Существует несколько типов анализаторов масс, разделяющих ионы по величине отношения их массы к заряду: магнитные сектор­ные анализаторы, квадрупольные фильтры масс, времяпролетные анализаторы, приборы ионно-циклотронного резонанса. В подавляю­щем большинстве приборов встречаются первые два вида анализато­ров.

Магнит Рис.6.2.

Принципиальное устройство одно­фокусного масс - спектрального ана­лизатора с магнит­ным отклонением

Рассмотрим схему устройства магнитного секторного ана­лизатора масс (рис. 6.2). Ионы, образующиеся в ионном источнике,
ускоряются разностью потенциалов V (2000 - 8000 В) по направле­нию к щели источника, имеющей потенциал земли. Уменьшение по­тенциальной энергии ионов равно приросту их кинетической энергии:

z е V - т v2/2,

где z - число зарядов иона,* е - заряд электрона; V - ускоряющее на­пряжение; т - масса иона; v - скорость иона.

Для того чтобы ион достиг коллектора, он должен пройти по траектории е радиусом кривизны г через магнитное поле напряженно­стью В. Баланс между угловым моментом и центробежной силой, вы­зываемой магнитным полем, выражается уравнением

mV2/r=Bzev.

Комбинация этих соотношений приводит к основному уравнению масс-спектрометра и:

т / z ~ В2 г2 е / 2 К Таким образом, варьируя В или V, можно сделать так, чтобы коллек­тора достигали разделенные магнитным полем ионы с различным значением m/z. Наиболее распространенная форма сканирования маг­нитного поля - экспоненциальная с движением вниз по шкале масс.

Магнитные секторные приборы дороже и сложнее в эксплуа­тации, чем квадрупольные, менее пригодны к МЗИ. Кроме того, их труднее состыковать со многими системами ввода, так как ионный источник функционирует под высоким напряжением, тогда как сис­темы ввода, как правило, имеют потенциал земли. Тем не менее сек­торные приборы с двойной фокусировкой широко распространены из - за возможности их универсального использования: в отличие от квад - руполъных анализаторов они способны анализировать метастабиль­ные ионы, измерять точные массы ионов.

Квадрупольный фильтр масс (ионная ловушка) состоит из четырех параллельных стержней круглого или гиперболического се­чения, установленных симметрично относительно оси Z (рис. 6.3). Напряжение складывается из компоненты постоянного тока U и ра­диочастотной компоненты V0Cos(ot и прикладывается между сосед­ними стержнями. Противоположные стержни электрически соедине­ны. Ионы, вводимые в фильтр с небольшим ускоряющим напряжени­ем (обычно 10-20 В), под действием этого электрического поля начи­нают колебаться вдоль осей X и У. Для масс типа Ш], попадающих

внутрь района стабильности, ион может следовать по колебательной траектории, ограниченной стержнями, тогда как для других масс типа т2 ионы теряются на стержнях. Таким образом осуществляется деле­ние ионов по массам. Масс-спектр сканируется варьированием U и V0 при сохранении постоянной величины отношения U/Vq. Регистрируе­мая масса то пропорциональна Vo, т. е. линейное увеличение Vo пред­ставляет собой легко калибруемую линейную шкалу масс.

Квадрупольные приборы пользуются заслуженной популяр­ностью благодаря своей компактности и сравнительно низкой стои­мости; работа на них не требует от оператора большого опыта. По сравнению с магнитными секторными приборами они имеют ряд пре­имуществ: простота управления с помощью компьютера; легкость сочетания с широким диапазоном систем ввода; возможность быстро­го переключения в широком диапазоне масс без потери чувствитель­ности.

Yj

{

Современный квадрупольный масс-анализатор обеспечивает следующие функции [17]:

• полное сканирование - получение полных масс-спектров с чувст­вительностью на порядок выше чувствительности традиционных анали­заторов;

• селективный мониторинг ионов, предназначенный для целевого многокомпонентного анализа;

• МС/МС с полным сканированием - дает полные масс-спектры до­черних ионов с чувствительностью на порядок выше традиционных;

• селективный мониторинг реакций для детектирования и количе­ственного анализа известных компонентов, одного или более ионов;

• сканирование в узком диапазоне масс при высоком разрешении (режим Zoom 8сап)-позволяет однозначно определять изотопы мно­гозарядных ионов, заряд ионов и автоматически устанавливать моле­кулярную массу.

Разработана [18] трехэлектродная квадрупольная ловушка, состоящая из двух полюсных и центрального кольцевого электрода, к которому приложено высокочастотное напряжение. Ионы создаются непосредственно в пространстве ловушки импульсами электронного пучка или вводятся извне и осциллируют в высокочастотном поле, пока, благодаря изменению амплитуды, траектория их не станет не­стабильной.