二次离子质谱仪不同质量分析器的区别

二次离子质谱法是一种高效的分析技术，利用化合物的离子化过程及其质量分析，以确定待测化合物的分子量、分子式和结构特征。质谱仪作为该方法的重要组成部分，通过将离子的质量进行有效分离，并依据电荷与质量比率输出至检测器，在此被探测并转换为数字信号。

简介
在质谱分析中，有三种常见的质谱仪离子分析器可用于离子的分离。

1. 四极杆质谱仪

2. 飞行时间质谱仪

3. 磁扇形质量分析仪

 
四极杆质谱仪
直流偏压会使所有带电分子加速并远离中心线，其速度与它们的电荷与质量比成正比。当这些分子的轨迹偏离过大时，它们将撞击金属棒或容器的侧壁并被吸收。因此，直流偏压的作用类似于质谱仪中的磁场B，可以调节以使特定电荷与质量比的分子有效地撞击检测器。

两个相互垂直的正弦电场，其夹角为90度，相位差亦为90度，将产生一个随时间振荡的电场，形成一个圆形波动。因此，当带电粒子向下飞向探测器时，它们将沿着螺旋轨迹运动，螺旋的直径由分子的电荷与质量比以及电场的频率和强度所决定。通过结合直流偏置与旋转电场，使得带电粒子能够沿着弯曲的螺旋轨迹飞行。通过确定弯曲螺旋的峰值与四极场结束时探测器的位置时间一致，可获得对分子电荷与质量比的ji高选择性。
 
飞行时间质谱仪
TOF分析仪通过时间分离离子，而不依赖于电场或磁场。从宏观角度来看，TOF与色谱法相似，但不同于传统的固定相和流动相，其分离机制基于离子的动能和速度。

 

同种电荷的离子具有相同的动能；在飞行管中，离子的动能等于其从离子源发射时所具备的动能。

                 （1）

 
飞行时间是指离子从飞行管一端到达另一端所需的时间：

                          （2）

 
L代表飞行管长度
v代表离子速度
将方程1代入方程2中的动能项，可得到飞行时间方程：

      （3）

 
在分析过程中，我们保持离子源电压V和管子长度L不变，这可以用来说明飞行时间与电荷质量比的平方根成正比。
不幸的是，在较高的质量数下，分辨率的实现变得相对困难，因为飞行时间延长。此外，并非所有具有相同质荷比的离子在较高质量数条件下都能达到理想的TOF速度。为了解决这一问题，通常会在分析仪中引入反射器。反射器由一系列置于飞行管末端的高电压环形电极构成。当离子进入反射器时，由于施加了高电压，它们将朝相反方向进行反射。通过缩小单个质荷比所对应的飞行时间宽带范围，反射器显著提高了分辨率。速度较快的离子进入反射器的距离更远，速度较慢的离子进入反射器的距离较短。因此，相同质荷比下的慢速和快速离子能够同时到达检测器，从而减少输出信号带宽。

图3. 反射图及反射器图片

附着于反射器飞行管（左侧）的离子镜（右侧）。施加在金属板堆栈上的电压将产生反射离子，返回至飞行管的电场。在此特定设计中，镜电极之间的间隙很大，这可能导致由于包裹真空管的金属表面靠近而引起镜内电场的扭曲。（来源：维基百科）

磁扇形质量分析仪
与前述的飞行时间（TOF）分析仪相似，磁性扇区分析仪中，离子通过飞行管被加速，并依据其电荷与质量比进行分离。磁性扇区分析仪与TOF的主要区别在于，它利用磁场对离子进行分离。当带电粒子进入磁场时，其运动轨迹会沿着施加磁场的垂直方向偏转至特定的圆形轨道。在磁场中，离子受到两个相等的力的作用：即磁场力和向心力。

              （4）

 
接下来，我们可以对上述方程进行重新排列，以得出以下结果：

                                 （5）

 
若将该方程代入动能公式中：

                                                              （6）                                           

                            （7）

基本上，具有特定质荷比（m/z）的离子将展现出独te的路径半径。在保持加速区域的磁场强度B和电压差V不变的情况下，可以精确确定该半径。当类似的离子穿过磁场时，它们会被偏转至相同角度，并沿着一致的轨迹行进。那些未被选中的离子，将因与飞行管两侧发生碰撞或无法通过狭缝到达检测器而被排除。磁性扇形分析器用于质量聚焦，其功能在于实现角向分散。