4.1: Квадруполь

Last updated
Save as PDF

Page ID: 26183

\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

Квадрупольний мас-спектрометр (1) є найпоширенішим аналізатором маси. Його компактний розмір, швидка швидкість сканування, висока ефективність ^{передачі*} та скромні вимоги до вакууму ідеально підходять для невеликих недорогих інструментів. Більшість квадрупольних приладів обмежені роздільною здатністю m/z ^** і мають діапазон маси 1000 м/z. Багато настільні прилади мають діапазон маси 500 м/z, але дослідницькі прилади доступні з діапазоном маси до 4000 м/z.

зображення — Малюнок\(\PageIndex{1}\): Квадрупольний аналізатор маси. А) Траєкторія іонів через квадруполь, B) фокусування іонів протягом першої половини радіочастотного циклу, C) фокусування іонів протягом другої половини радіочастотного циклу.

У мас-спектрометрі електричне поле прискорює іони з області джерела і в квадрупольний аналізатор. Аналізатор складається з чотирьох стрижнів або електродів, розташованих поперек один від одного (рис.\(\PageIndex{1}\)). Коли іони рухаються через квадруполь, вони фільтруються відповідно до їх значення m/z, так що тільки один іон значення m/z може вражати детектор. Значення m/z, що передається квадруполем, визначається напругами радіочастотного (RF) та постійного струму (DC), прикладеного до електродів. Ці напруги виробляють коливальне електричне поле, яке функціонує як смуговий фільтр для передачі обраної маси до значення заряду.

Радіочастотна напруга відхиляє або передає іони відповідно до їх m/z значенням, поперемінно фокусуючи їх у різних площинях (рис. 9). Чотири електроди з'єднані в p airs і радіочастотний потенціал подається між цими двома парами електродів. Під час першої частини циклу РФ верхній і нижній стрижні знаходяться на позитивному потенціалі, а лівий і правий стрижні - з негативним потенціалом. Це видавлює позитивні іони в горизонтальну площину. Під час другої половини RF cy cle полярність стрижнів змінюється. Це змінює електричне поле і фокусує іони у вертикальній площині. Квадрупольне поле продовжує чергуватися, коли іони рухаються через аналізатор маси. Це змушує іони піддаватися складному набору рухів, що виробляє тривимірну хвилю.

Квадрупольне поле передає вибрані іони, оскільки амплітуда цієї тривимірної хвилі dep закінчується на значенні m/z v іона, застосованих потенціалів та частоті РФ. Вибравши відповідну частоту і потенціал РФ, квадруполь діє як фільтр високих частот, передаючи високі m/z іони і відкидаючи низькі m/z іони. Низькі іони m /z мають більшу швидкість прискорення, тому хвиля для цих іонів має більшу амплітуду. Якщо ця амплітуда досить велика, іони зіткнуться з електродами і не зможуть дістатися до детектора. Низьке значення m/z відсічення квадруполя змінюється шляхом регулювання радіочастотного потенціалу або частоти РФ. Будь-які іони з m/z більше цього зрізу передаються квадруполем.

На стрижні аналізатора також подається постійна напруга. Цей потенціал у поєднанні з радіочастотним потенціалом діє як фільтр низьких частот для відкидання високих іонів m/z. Оскільки вони швидко реагують на мінливе радіочастотне поле, рух низьких іонів m/z переважає радіочастотний потенціал. Цей рух стабілізує їх траєкторію шляхом перефокусування кожного разу, коли радіочастотний потенціал змінює полярність. Оскільки низькі іони m/z швидко перефокусуються, потенціал постійного струму не впливає на ці іони. Однак високі іони m/z не перефокусуються так швидко під час радіочастотного циклу. Потенціал постійного струму має більший вплив на їх траєкторію, і вони повільно відходять від центру квадруполя. В кінці аналізатора вони занадто далеко від осі, щоб вдарити детектор.

Поєднання фільтрів високих та низьких частот, що виробляються потенціалами РФ та постійного струму, регулюється для передачі лише вибраного значення m/z. Всі іони вище або нижче заданого m/z значення відхиляються квадрупольним фільтром. Поля РФ та постійного струму скануються (або за потенціалом, або частотою) для збору повного масового спектру. Квадрупольні аналізатори маси часто називають масовими фільтрами через схожість між м/z відбором квадруполя та вибору довжини хвилі за допомогою оптичного фільтра або вибору частоти електронним фільтром.

^* Ефективність передачі стосується того, скільки іонів, що виробляються в області джерела, насправді досягають детектора. Це важливий показник чутливості для мас-спектрометрів.
^** Масові спектри роздільної здатності одиниці (або низької роздільної здатності) розрізняють іони, розділені\(1 \mathrm{~m} / \mathrm{z}\) одиницею. Спектри, як і ті, що представлені тут, зазвичай відображаються у вигляді гістограм. Це поширений метод подання спектрів, оскільки він призводить до набагато меншого розміру файлу даних. Деякі аналізатори маси можуть отримувати спектри при значно більшій роздільній здатності. Про це докладно йдеться в розділі тлумачення.

Посилання

Сталь, С.; Хенчман, М.Дж. Обв., 1998, 75, 1049-1054.