[其他]双聚焦质谱仪

说明书

这里提供了一种质谱仪，至少具有三个静电型或磁场型分析器扇形体，至少有一个扇形体为静电型，而其余的扇形体至少有一个为磁场型，其中，所述质谱仪包括一聚焦扇形体序列，至少由三个所述扇形体组成，该序列扇形体具有一定的尺寸和位置以使之能共同谐调地工作，从而产生速度聚焦和方向聚焦的象，并且该序列扇形体的一定的尺寸和位置能使在序列中间不产生速度聚焦成象，其中，该序列的一个扇形体紧邻地配置在两个另一类型扇形体之间。

本发明论及的是质谱仪，特别是具有一个磁扇形体分析器的质谱仪。

在磁扇形体质谱仪中，离子束在磁场中偏转的大小，由这些离子的质量和电荷的比率（m/Z）来确定。在这种仪器中，从离子源发射出的离子束首先通过一个电位V被加速后，而具有一个能量

……〔1〕

式中的U是离子被加速后的速度。如果垂直于这些离子飞行的轨道平面设置一个磁场，则这些离子将受到一个向心力，式中r代表磁场中离子轨迹的曲率半径。如果该磁场的强度为B，则磁场对离子的作用力为BZU，而有：

……〔2〕

由〔1〕和〔2〕式得

……〔3〕

在实际应用上，在磁场中固定的位置上安装有二个狭缝，因而r是确定的，并且V也保持恒定，因此可以通过改变磁场B的大小来选择不同的m/Z比率的离子。由此可见，磁场的这个作用类似于把一束白光分解成它所包含的各种光谱分量的棱镜作用，和光学透镜对一束光线的作用类似，也可以利用一个磁场来使一束离子产生方向聚焦作用，这样就可以利用磁场把一束离子分裂成不同m/Z比率的分量同时形成离子源的象，即形成一系列的聚焦象，其中每个象对应不同m/Z比率的离子。为了实现方向聚焦的作用，当然必须象利用光学透镜产生光学象一样地精确地布置物和象的狭缝的位置，以及选择磁场的形状。关于这些方法的原理和技术都是已知的。

已知，在单聚焦质谱仪中，为获得尽可能清晰的象，从而达到较高的质量分辨率，利用了磁场的方向聚焦特性和磁场的色散特性。

不管多么仔细地设计一个单聚焦质谱仪，它的分辨率始终受着通过物狭缝进入磁场的具有相同m/Z比率的离子的速度分散性的限制。在实际中，普通离子源可产生几个电子伏特的能量分散度，对一个被加速的离子束来说，它的总的能量变化（典型值为3-10Kev）通常使分辨率限于约3，000以下（10%峰谷定义）。为了得到高分辨率，必须利用一个与磁扇形体分析器相结合的能量选择装置。采用最多的类型是由相互离开恒定距离的两柱面极板构成的扇形体，在该二极板之间保持有恒定的电位梯度（E）。如果二极板间的离子束的轨迹半径为r_e，则离子所受到的力由下式给出

……〔4〕

另一方面，在磁扇形体分析器情况下，离子所具有的能量由方程〔5〕给出

……〔5〕

把这些方程结合起来，得到下述方程

r_e＝2V/E……〔6〕

因此，一个这种类型的静电扇形体分析器将按照形成离子束时离子所具有的直线运动能量来使离子束发生色散。如果采用一些窄的狭缝使r_e确定下来，就可以用静电扇形体分析器从具有明显能量分散的离子束中选择出特定能量的离子。在一个磁扇形体分析器的情况下，只要正确放置物狭缝和象狭缝并选择合适的磁场形状，利用静电分析器也可以使离子束发生方向聚焦;这种聚焦作用显著地提高了分析器的分辨率。