Секторный масс-спектрометр

Пятисекторный масс-спектрометр

Инструмент сектора является общим термином для класса масс - спектрометра , который использует статический электрический (Е) или магнитный (B) сектор или некоторую комбинацию два (отдельно в пространстве) в качестве масс - анализатора. ^[1] Популярными комбинациями этих секторов были инструменты EB, BE (так называемой обратной геометрии), трехсекторные BEB и четырехсекторные EBEB (электрические-магнитные-электрические-магнитные) инструменты. Большинство современных секторных инструментов представляют собой инструменты с двойной фокусировкой (впервые разработанные А. Демпстером , К. Бейнбриджем и Дж. Маттаухом в 1936 г. ^[2] ), поскольку они фокусируют ионные пучки как по направлению, так и по скорости. ^[3]

Теория [ править ]

Поведение ионов в однородном, линейном, статическом электрическом или магнитном поле (по отдельности), как в секторном приборе, простое. В физике описываются одним уравнением называется силой Лоренца закон. Это уравнение является фундаментальным уравнением всех масс-спектрометрических методов и применимо также в нелинейных, неоднородных случаях и является важным уравнением в области электродинамики в целом.

${\ Displaystyle \ mathbf {F} = q (\ mathbf {E} + \ mathbf {v} \ times \ mathbf {B}),}$

где E - напряженность электрического поля , B - индукция магнитного поля , q - заряд частицы, v - ее текущая скорость (выраженная в виде вектора), а × - векторное произведение .

Таким образом, сила, действующая на ион в линейном однородном электрическом поле (электрический сектор), равна:

${\ Displaystyle F = qE \,}$,

в направлении электрического поля, с положительными ионами и противоположно направлению с отрицательными ионами.

Электрический сектор от масс-спектрометра Finnigan MAT (корпус вакуумной камеры снят)

Сила зависит только от заряда и напряженности электрического поля. Более легкие ионы будут отклоняться больше, а более тяжелые - меньше из-за разницы в инерции, и ионы будут физически отделяться друг от друга в пространстве на отдельные пучки ионов при выходе из электрического сектора.

А сила, действующая на ион в линейном однородном магнитном поле (магнитном секторе), равна:

${\ Displaystyle F = qvB \,}$,

перпендикулярно как магнитное поля и вектору скорости самого иона, в направлении определяется правилом правой руки от перекрестных продуктов и знаком заряда.

Сила в магнитном секторе усложняется зависимостью от скорости, но при правильных условиях (например, при равномерной скорости) ионы разных масс будут физически разделяться в пространстве на разные пучки, как в электрическом секторе.

Классическая геометрия [ править ]

Это некоторые из классических геометрий масс-спектрографов, которые часто используются для различения различных типов расположения секторов, хотя большинство современных инструментов не вписываются точно ни в одну из этих категорий по мере дальнейшего развития конструкции.

Бейнбридж-Джордан [ править ]

Секторная геометрия прибора состоит из электрического сектора 127,30 ° без начальной длины дрейфа, за которым следует магнитный сектор 60 ° с тем же направлением кривизны. Эта конфигурация, которую иногда называют «масс-спектрометром Бейнбриджа», часто используется для определения изотопных масс . Пучок положительных частиц создается из исследуемого изотопа. Луч подвергается совместному действию перпендикулярных электрических и магнитных полей . Поскольку силы из-за этих двух полей равны и противоположны, когда частицы имеют скорость, заданную формулой${\ displaystyle \ left ({\ frac {\ pi} {\ sqrt {2}}} \ right)}$

${\ Displaystyle v = E / B \,}$

они не испытывают равнодействующей силы ; они свободно проходят через щель, а затем подвергаются воздействию другого магнитного поля, пересекающего полукруглый путь и ударяющего по фотопластинке . Масса изотопа определяется путем последующего расчета.

Маттаух-Херцог [ править ]

Геометрия Маттауха-Герцога состоит из электрического сектора 31,82 ° ( радиан), длины дрейфа, за которым следует магнитный сектор 90 ° с противоположным направлением кривизны. ^[4] Попадание в магнитное поле ионов, отсортированных в основном по заряду, производит эффект фокусировки энергии и гораздо более высокую пропускную способность, чем стандартный энергетический фильтр. Эта геометрия часто используется в приложениях с большим разбросом энергии в образующихся ионах, где все же требуется чувствительность, таких как масс-спектрометрия с искровым источником (SSMS) и масс-спектрометрия вторичных ионов (SIMS). ^[5]${\ displaystyle \ pi / 4 {\ sqrt {2}}}$Преимущество этой геометрии перед геометрией Ниера-Джонсона состоит в том, что ионы разной массы сфокусированы на одной и той же плоской плоскости. Это позволяет использовать фотопластинку или другую плоскую детекторную матрицу.

Ниер-Джонсон [ править ]

Геометрия Ниера-Джонсона состоит из электрического сектора 90 °, длинной промежуточной длины дрейфа и магнитного сектора 60 ° с тем же направлением кривизны. ^{[6] [7]}

Хинтербергер-Кениг [ править ]

Геометрия Хинтербергера-Кенига состоит из электрического сектора 42,43 °, длинной промежуточной длины дрейфа и магнитного сектора 130 ° с тем же направлением кривизны.

Такешита [ править ]

Геометрия Takeshita состоит из электрического сектора 54,43 ° и короткой длины дрейфа, второго электрического сектора того же направления кривизны, за которым следует другая длина дрейфа перед магнитным сектором 180 ° противоположного направления кривизны.

Мацуда [ править ]

Геометрия Мацуда состоит из электрического сектора 85 °, квадрупольной линзы и магнитного сектора 72,5 ° с одинаковым направлением кривизны. ^[8] Эта геометрия используется в SHRIMP и Panorama (источник газа, высокое разрешение, мультиколлектор для измерения изотопологов в геохимии).

См. Также [ править ]

• Масс-анализируемая спектрометрия кинетической энергии ионов
• Зарядка удаленной фрагментации
• Кеннет Бейнбридж
• Альфред OC Nier

Ссылки [ править ]

Дальнейшее чтение [ править ]

Внешние ссылки [ править ]