Масс-спектрометры с двойной фокусировкой
После ускорения ионов в электрическом поле кинетическая энергия ионов одного и того же сорта оказывается неодинаковой. Отдельные ионы приобретают различную энергию уже в источнике ионизации. Кроме того, скорости отдельных ионов различны (как по величине, так и по направлению) вследствие их теплового движения. Оба эти эффекта приводят к уширению пиков и ухудшению разрешающей способности.
При использовании метода двойной фокусировки ионы разделяют сначала в электростатическом, а затем в магнитном секторе. (рис. 11.1.2) В электростатическом секторе ионы разделяют (фокусируют) в соответствии с их кинетическими энергиями. Выходная щель электростатического сектора пропускает только те ионы, энергия которых находится в достаточно узком диапазоне и соответствует средней кинетической энергии.
З
атем
ионы разделяют в магнитном секторе в
соответствии с их массовыми числами,
как описано выше. Обе плоскости фокусировки
— электростатической (по энергиям) и
магнитной (по массовым числам)
перпендикулярны друг другу. В результате
такой двойной фокусировки в точку
пересечения обеих плоскостей попадают
только те ионы, которые обладают как
определенной кинетической энергией,
так и определенным значением массового
числа.
Рисунок 11.1.3 Анализатор с двойной фокусировкой в геометрии Маттауха-Герцога.
Рисунок 11.1.2 Анализатор с двойной фокусировкой в геометрии Нира-Джонса
При ином взаимном расположении электростатического и магнитного секторов можно добиться, чтобы обе плоскости фокусировки совпадали. Такая геометрия масс-анализатора называется геометрией Маттауха—Герцога. (рис. 11.1.3) Она особенно удобна для регистрации масс-спектра на фотопластинку и часто применяется для элементного масс-спектрометрического анализа с искровой ионизацией.
Применение двойной фокусировки позволяет достичь разрешения порядка 105 и определять массовые числа с точностью до пяти значащих цифр.
Квадрупольные масс-спектрометры
Д
Рис. 11.1.4. Расположение электродов в квадрупольном масс-аналиэаторе
ругой тип масс-спектрометров составляют приборы с квадрупольными масс-анализаторами. Они более компактны и надежны в эксплуатации, чем приборы с магнитными анализаторами. Разделение ионов в них осуществляется в динамическом режиме. Ионы ускоряют под действием постоянного напряжения 5—15 В и направляют в пространство между четырьмя параллельными электродами (рис. 11.1.4. ). Электроды представляют собой металлические стержни (размером приблизительно 0,6 х 15 см). Одна пара расположенных по диагонали электродов заряжена положительно, другая — отрицательно.Кроме этого постоянного напряжения, а электроды налагают также высококочастотное переменное напряжение. Для одной пары электродов переменное напряжение смещено по фазе на 1800 по отношению к другой. Совместное действие постоянного и переменного электрического поля вызывает отклонение траекторий ионов от первоначального направления.
При прохождении потока ионов в канале анализатора напряжения подбирают таким образом, чтобы весь путь между электродами прошли только ионы с определенным значением массового числа. При этом происходит своеобразная «фильтрация» ионов. Поэтому данный тип масс-анализаторов называют также «масс-фильтрами».
Дальнейшее развитие конструкции квадрупольных масс-анализаторов привело к созданию трехмерных ионных довушек. Они позволяют регистрировать и ионы, движущиеся по нестационарным траекториям (в то время как обычные квадрупольные масс-анализаторы – только по стационарным.
Квадрупольные масс-анализаторы характеризуются высокой чувствительностью, в результате чего становится возможным работать при давлениях вплоть до 10-2 Па. Разрешающая способность достигает 1000. Приборы с квадрупольными масс-анализаторами невелики по размерам, дешевы, стабильны в эксплуатации и позволяют зарегистрировать спектр за очень короткое время (до 0, 1 с). Последнее обстоятельство очень важно при использовании масс-спектрометрии в сочетании с хроматографией. Этот тип приборов в настоящее время наиболее распространен.