Секторный масс-спектрометр

редактировать

Пятисекторный масс-спектрометр

A секторный прибор - это общий термин для класса масс-спектрометра, в котором используется статический электрический (E) или магнитный ( Б) сектор или их комбинация (отдельно в космосе) в качестве масс-анализатора. 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 году), поскольку они фокусируют ионные пучки по направлению и скорости.

Содержание

1 Теория
2 Классическая геометрия
- 2.1 Бейнбридж-Джордан
- 2.2 Маттаух-Херцог
- 2.3 Ниер-Джонсон
- 2.4 Хинтербергер- Konig
- 2.5 Takeshita
- 2.6 Matsuda
3 См. Также
4 Ссылки
5 Дополнительная литература
6 Внешние ссылки

Теория

Поведение ионов в однородное, линейное, статическое электрическое или магнитное поле (по отдельности), как в секторном приборе, просто. Физика описывается одним уравнением, называемым законом силы Лоренца. Это уравнение является основным уравнением всех масс-спектрометрических методов и применимо также к нелинейным, неоднородным случаям и является важным уравнением в области электродинамики в целом.

F = q (E + v × B), {\ displaystyle \ mathbf {F} = q (\ mathbf {E} + \ mathbf {v} \ times \ mathbf {B}),}

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

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

Итак, сила на ионе в линейном однородном электрическом поле (электрический сектор):

F = q E {\ displaystyle F = qE \,}

F = qE \,

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

Электрический сектор 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.

И сила, действующая на ион в линейном однородном магнитном поле (магнитный сектор), составляет:

F = qv B {\ displaystyle F = qvB \,}

F = qvB \,

перпендикулярно обоим магнитным полям. и вектор скорости самого иона в направлении, определяемом правилом правой руки для скрещенных произведений и знака 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

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, поскольку дизайн эволюционировал дальше.

Бейнбридж-Джордан

Секторная геометрия инструмента состоит из 127,30 ° $(π 2) {\ displaystyle \ left ({\ frac {\ pi} {\ sqrt {2}) }} \ right)}$ $\ left ({\ frac {\ pi} {{\ sqrt {2}}}} \ right)$ электрический сектор 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 комбинированному воздействию перпендикулярных электрического и магнитных полей. Поскольку силы, создаваемые этими двумя полями, равны и противоположны, когда частицы имеют скорость, заданную

v = E / B {\ displaystyle v = E / B \,}

v=E/B\,

, они не испытывать результирующую силу ; они свободно проходят через щель, а затем подвергаются воздействию другого магнитного поля, пересекая полукруглый путь и ударяясь о фотопластинку . Масса изотопа определяется путем последующего расчета.

Маттаух-Херцог

Геометрия Маттауха-Герцога состоит из 31,82 ° ( $π / 4 2 {\ displaystyle \ pi / 4 {\ sqrt {2}}}$ $\ pi / 4 {\ sqrt {2}}$ радиан) электрический сектор, длина дрейфа которого следует за 90 ° магнитным сектором противоположного направления кривизны. Попадание ионов, отсортированных в основном по заряду, в магнитное поле, 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). Преимущество этой геометрии перед геометрией Ниера-Джонсона состоит в том, что ионы разной массы фокусируются на одной и той же плоской плоскости. Это позволяет использовать фотопластинку или другую плоскую детекторную матрицу.

Ниер-Джонсон

Геометрия Ниер-Джонсона состоит из электрического сектора 90 °, длинной промежуточной длины дрейфа и магнитного сектора 60 ° с тем же направлением кривизны.

Hinterberger-Konig

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

Такешита

Геометрия Такешиты состоит из электрического сектора 54,43 ° и короткой длины дрейфа, второго электрического сектора того же направления кривизны, за которым следует еще одна длина дрейфа перед магнитным сектором 180 ° противоположное направление кривизны.

Мацуда

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

См. Также

Ссылки

Дополнительная литература

Внешние ссылки