13.2 Времяпролетный анализатор

Времяпролетный масс-спектрометр (рис. 6.8) основан на про­стейшем принципе: скорость разогнанных ионов обратно пропор­циональна их массам:

или

где V - ускоряющее напряжение.

Если ионы движутся в полой трубе, то места регистрации они достигают в порядке увеличения своей массы. Анализатор такого ти­па крайне прост и дешев, а его диапазон масс практически не лимитирован. Однако широкому использованию времяпролетных приборов мешала низкая разрешающая способность и невозможность их применения с непрерывными методами ионизации. Время дости­жения ионом детектора можно рассчитать по формуле

Для разности потенциалов 3 кВ и длины трубы дрейфа 0,5 м ион с m/z- 500 достигает детектора за 15 мкс, а ион с m /z = 50 - за 4,6 мкс, т. е. масс-спектр в диапазоне от 50 до 500 Да можно зарегистрировать за время около 10 мкс. Понятно, что время можно увеличивать, уменьшая разность потенциалов или увеличивая длину дрейфа.

Основные проблемы времяпролетных приборов - это разброс ионов с одной массой по времени, по скорости (энергии) и в про­странстве.

2. Ионная ловушка

Ионная ловушка была впер­вые описана одновременно с квад-рупольным анализатором, однако первый коммерческий прибор поя­вился на рынке только в 1983 г. Тем не менее к настоящему време­ни ионная ловушка превратилась из простого детектора к газовому хроматографу в высокоэффектив­ный хромато-масс-спектрометр с диапазоном регистрируемых масс в десятки тысяч дальтон, разре­шающей способностью до 25 000, возможностью работы в режиме тандемной масс-спектрометрии с регистрацией до 10 поколений фрагментных ионов и высочайшей чувствительностью.

Основой прибора являются три электрода: два концевых (полюсных) гиперболической фор­мы, обычно имеющие потенциал Земли, и один кольцевой электрод между ними, на который подается ра­диочастотное напряжение, обычно мегагерцового диапазона.

Принципиальная схема ионной ловушки: 1-катод; 2-фокусирующая линза;

3-запирающий электрод; 4-полюсный электрод; 5-центральный кольцевой электрод;

6-полюсный электрод; 7-умножитель; 8-ввод образца

Ловушка может удерживать ионы достаточно долгое время. Для ионизации образца используют электронный удар или химическую ио­низацию. Работа ведется в импульсном режиме. Например, импульсная подача электронов в ловушку (0,1-10 мс) вызьгеает ионизацию необхо­димого числа молекул образца. Образовавшиеся ионы какое-то время удерживаются полем центрального электрода. В классическом варианте нестабильного масс-селективного сканирования импульсное изменение амплитуды радиочастотного напряжения, приложенного к кольцевому электроду, заставляет ионы с определенным значением m/z переходить на нестабильные траектории и покидать ловушку, попадая на электрон­ный умножитель. В результате генерируется масс-спектр.

К достоинствам ионных ловушек следует также отне­сти небольшие размеры и са­мую низкую среди масс-спектрометров стоимость при­бора. К недостаткам - проте­кание в ловушке ионно-молекулярных реакций, что приводит к искажениям стан­дартного масс-спектра. В ре­зультате использование стан­дартных компьютерных биб­лиотек Wilеу и NISТ для идентификации соединений по масс-спектрам оказывается менее эф­фективным, чем в случае магнитных или квадрупольных анализаторов.