新型工业质谱仪.ppt

第12章 工业质谱仪; 目 录;12.1 质谱分析法和工业质谱仪的组成 ;实验室质谱仪种类很多，从应用的角度可以分为有机、无机、同位素、气体分析质谱仪几类。其中，数量最多，用途最广的是有机质谱仪，包括各种色谱-质谱联用仪。从所用质量分析器的不同，可分为扇形磁场、四极杆、飞行时间、离子阱、傅里叶变换质谱仪等。 工业质谱仪是工业生产流程中使用的在线质谱仪，它是一种小型的气体分析质谱仪，目前使用的质量分析器有扇形磁场、四极杆、飞行时间三种。;工业质谱仪一般由检测系统、真空系统、电学系统和数据处理系统几个部分组成。 检测系统由进样系统、离子源、质量分析器和离子检测器组成。样品由进样系统导入离子源，在离子源中被电离成正离子或负离子，离子束按质荷比大小由质量分析器分开，被检测系统接收并记录而获得质谱图。 ;真空系统提供和维持质谱仪正常工作所需要的高真空，通常在 10－3～10－9 Pa。 电学系统为质谱仪的各个部件提供电源和控制电路。 数据处理系统快速、高效地计算和处理质谱仪获得的大量数据，并承担仪器控制的任务。;12.2 电子轰击型离子源;利用具有一定能量的电子束使气态样品分子或原子电离的离子源称为电子轰击型离子源。工业质谱仪的离子源都采用电子轰击型离子源。 对离子源的要求除有高的灵敏度，高的离子流稳定性外，还要求离子源具备高的抗污染能力。所以大都采用封闭离子源。一方面减少真空本底对谱图的影响，也减少灯丝碳化效应的影响。 ;图12-2 电子轰击型离子源简图 1—出口缝；2—加速极；3—聚焦极；4—引出极；5—阴极； 6—电子束；7—电离室；8—离子束；9—直流稳压电源 ;常见的电子轰击型离子源采用钨(或铼、钽)丝作为直热式阴极，在高真空条件下施加Vc电压，使阴极升温而发射电子； 在电离室与阴极之间加电压Ve的作用下，电子得到加速，成为具有10～100eV能量的慢电子； 电子通过电离室到达阳极的过程中，与存在于电离室中的被分析气体(或蒸气)样品中的原子(分子)碰撞，或撞出原子(分子)中的电子形成正离子，或被原子(分子)俘获而成为负离子； 利用引出极、聚焦极、加速极与电离室之间形成的静电场(场的分布与强度取决于电极的几何形状及Vd、Vf、Va等电压值)，将离子引出电离室，并且聚焦成为具有102～104eV能量的矩形(或圆形，取决于出口缝的形状)截面的离子束。;在电子轰击源中，被测物质的分子(或原子)或是失去价电子生成正离子，或是捕获电子生成负离子： M + e → M＋ + 2e M + e → M－ 一般情况下，生成的正离子是负离子的103倍。如果不特别指出，常规质谱只研究正离子。 轰击电子的能量至少应等于被测物质的电离电位，才能使被测物质电离生成正离子。元素周期表中各元素的电离电位在(3～25)eV(电子伏特)之间，其中绝大部分低于15eV。;12.3 质量分析器 ;自离子源发出的离子束在加速电极电场(800～8000V)的作用下，使质量为m的正离子获得的速度，沿直线方向(n)运动，其动能为： 式中z为离子电荷数，U为加速电压。显然，在一定的加速电压下，离子的运动速度与质量m有关。 ;当此具有一定动能的正离子进入垂直于离子速度方向的均匀磁场(质量分析器)时，正离子在磁场力(洛仑兹力)的作用下，将改变运动方向(磁场不能改变离子的运动速度)作圆周运动。设离子作圆周运动的轨道半径(近似为磁场曲率半径)为R，则运动离心力 必然和磁场力 相等，故 式中H为磁场强度。;由式(12-1)可得 ，由式(12-2)可得 ，则 ;由(12-3)式可得 ，将 代入(12-1)式或(12-2)式，均可得到： ;式(12-4)称为磁分析器质谱方程式，是设计质谱仪器的主要依据。由此式可见，离子在磁场内运动半径R与 m/z、U、H有关。因此只有在一定的U及H的条件下，某些具有一定质荷比 m/z 的正离子才能以运动半径为R的轨道到达检测器。 若H，R固定， ，只要连续改变加速电压U(电压扫描)；或U、R固定， ，连续改变H(磁场扫描)，就可使具有不同m/z的离子顺序到达检测器产生信号而得到质谱图。 ;这种质量分析器所用的磁场可以是180°的，也可以是90°或