二次離子質譜儀不同質量分析器的區別

二次離子質譜法是一種高效的分析技術，利用化合物的離子化過程及其質量分析，以確定待測化合物的分子量、分子式和結構特征。質譜儀作為該方法的重要組成部分，通過將離子的質量進行有效分離，并依據電荷與質量比率輸出至檢測器，在此被探測并轉換為數字信號。

簡介
在質譜分析中，有三種常見的質譜儀離子分析器可用于離子的分離。

1. 四極桿質譜儀

2. 飛行時間質譜儀

3. 磁扇形質量分析儀

 
四極桿質譜儀
直流偏壓會使所有帶電分子加速并遠離中心線，其速度與它們的電荷與質量比成正比。當這些分子的軌跡偏離過大時，它們將撞擊金屬棒或容器的側壁并被吸收。因此，直流偏壓的作用類似于質譜儀中的磁場B，可以調節以使特定電荷與質量比的分子有效地撞擊檢測器。

兩個相互垂直的正弦電場，其夾角為90度，相位差亦為90度，將產生一個隨時間振蕩的電場，形成一個圓形波動。因此，當帶電粒子向下飛向探測器時，它們將沿著螺旋軌跡運動，螺旋的直徑由分子的電荷與質量比以及電場的頻率和強度所決定。通過結合直流偏置與旋轉電場，使得帶電粒子能夠沿著彎曲的螺旋軌跡飛行。通過確定彎曲螺旋的峰值與四極場結束時探測器的位置時間一致，可獲得對分子電荷與質量比的ji高選擇性。
 
飛行時間質譜儀
TOF分析儀通過時間分離離子，而不依賴于電場或磁場。從宏觀角度來看，TOF與色譜法相似，但不同于傳統的固定相和流動相，其分離機制基于離子的動能和速度。

 

同種電荷的離子具有相同的動能；在飛行管中，離子的動能等于其從離子源發射時所具備的動能。

                 （1）

 
飛行時間是指離子從飛行管一端到達另一端所需的時間：

                          （2）

 
L代表飛行管長度
v代表離子速度
將方程1代入方程2中的動能項，可得到飛行時間方程：

      （3）

 
在分析過程中，我們保持離子源電壓V和管子長度L不變，這可以用來說明飛行時間與電荷質量比的平方根成正比。
不幸的是，在較高的質量數下，分辨率的實現變得相對困難，因為飛行時間延長。此外，并非所有具有相同質荷比的離子在較高質量數條件下都能達到理想的TOF速度。為了解決這一問題，通常會在分析儀中引入反射器。反射器由一系列置于飛行管末端的高電壓環形電極構成。當離子進入反射器時，由于施加了高電壓，它們將朝相反方向進行反射。通過縮小單個質荷比所對應的飛行時間寬帶范圍，反射器顯著提高了分辨率。速度較快的離子進入反射器的距離更遠，速度較慢的離子進入反射器的距離較短。因此，相同質荷比下的慢速和快速離子能夠同時到達檢測器，從而減少輸出信號帶寬。

圖3. 反射圖及反射器圖片

附著于反射器飛行管（左側）的離子鏡（右側）。施加在金屬板堆棧上的電壓將產生反射離子，返回至飛行管的電場。在此特定設計中，鏡電極之間的間隙很大，這可能導致由于包裹真空管的金屬表面靠近而引起鏡內電場的扭曲。（來源：維基百科）

磁扇形質量分析儀
與前述的飛行時間（TOF）分析儀相似，磁性扇區分析儀中，離子通過飛行管被加速，并依據其電荷與質量比進行分離。磁性扇區分析儀與TOF的主要區別在于，它利用磁場對離子進行分離。當帶電粒子進入磁場時，其運動軌跡會沿著施加磁場的垂直方向偏轉至特定的圓形軌道。在磁場中，離子受到兩個相等的力的作用：即磁場力和向心力。

              （4）

 
接下來，我們可以對上述方程進行重新排列，以得出以下結果：

                                 （5）

 
若將該方程代入動能公式中：

                                                              （6）                                           

                            （7）

基本上，具有特定質荷比（m/z）的離子將展現出獨te的路徑半徑。在保持加速區域的磁場強度B和電壓差V不變的情況下，可以精確確定該半徑。當類似的離子穿過磁場時，它們會被偏轉至相同角度，并沿著一致的軌跡行進。那些未被選中的離子，將因與飛行管兩側發生碰撞或無法通過狹縫到達檢測器而被排除。磁性扇形分析器用于質量聚焦，其功能在于實現角向分散。