4.2: Магнітний сектор

Last updated

Oct 25, 2022
Save as PDF
- 4.1: Квадруполь
- 4.03: Електричний сектор

$\newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} }$

$\newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\id}{\mathrm{id}}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

$\newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}$

$\newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}$

$\newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}$

$\newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}$

$\newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}$

$\newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}$

$\newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}$

$\newcommand{\Span}{\mathrm{span}}$

Магнітний сектор. Перший мас-спектрометр, побудований Джей Джей Томпсоном в 1897 році, використовував магніт для вимірювання значення m/z електрона. Прилади магнітного сектора еволюціонували з цієї ж концепції. Секторні прилади мають більш високу роздільну здатність і більший діапазон маси, ніж квадрупольні прилади, але вони вимагають більших вакуумних насосів і часто сканують повільніше. Типовий діапазон маси становить до 5000 м/z, але це може бути розширено до 30 000 м/z. Прилади магнітного сектора часто використовуються послідовно з електричним сектором, описаним нижче, для експериментів з високою роздільною здатністю та тандемною мас-спектрометрією.

зображення — Малюнок $\PageIndex{1}$ : Мас-спектрометр з магнітним сектором. Низький $m / z$ іон $\left(B^{+}\right)$ відокремлений від високого $m / z$ іона $\left(\mathrm{A}^{+}\right)$ .

Магнітно-секторні прилади (рис. $\PageIndex{1}$ ) розділяють іони в магнітному полі відповідно до імпульсу і заряду іона. Іони прискорюються з області джерела в магнітний сектор електричним полем від 1 до 10 кВ. Це прискорення значно більше, ніж прискорення 100 В, характерне для квадрупольного інструменту. Оскільки іони заряджаються, в міру переміщення по магнітному сектору магнітне поле згинає іонний пучок по дузі. Це той самий принцип, який змушує електродвигуни обертатися. Радіус цієї дуги (r) залежить від імпульсу іона $\mathrm{\mu}$ , заряду іона (C) та напруженості магнітного поля (B) відповідно до Рівняння $\PageIndex{1}$ .

$r=\frac{\mu}{C \times B} \nonumber$

Іони з більшим імпульсом будуть слідувати дузі з більшим радіусом. Це відокремлює іони відповідно до їх імпульсу, тому магнітні сектори часто називають аналізаторами імпульсу. Імпульс іона - добуток маси $(m)$ і швидкості $(v)$ . Заряд іона - добуток зарядового числа іона (z) і заряду електрона (е). Підстановка цих змінних у рівняння $\PageIndex{1}$ дає:

$r=\frac{m / z \times v}{\mathrm{~B} \times \mathrm{e}} \nonumber$

Швидкість іона визначається напругою прискорення в області джерела (V) і відношенням маси до заряду (м/z) іона. Рівняння $\PageIndex{2}$ перебудовується, щоб дати m/z іон, переданий для заданого радіуса, магнітного поля та напруги прискорення як:

$m / z=\frac{r^{2} \mathrm{~B}^{2} \mathrm{e}}{2 \mathrm{~V}} \nonumber$

Лише одне значення m/z задовольнить рівняння $\PageIndex{3}$ для заданого радіуса, магнітного поля та напруги прискорення. Інші m/z іони будуть подорожувати іншим радіусом в магнітному секторі.

Старі інструменти магнітного сектора використовують фотографічну пластину для одночасного виявлення іонів на різних радіусах. Оскільки кожен м/з має різний радіус, вони вражають фотопластину в іншому місці. Сучасні прилади мають набір щілин під фіксованим радіусом для передачі одного м/з на детектор. Масовий спектр сканується шляхом зміни магнітного поля або напруги прискорення для передачі різних m/z іонів. Деякі нові прилади використовують багатоканальні детектори діодного масиву для одночасного виявлення іонів у діапазоні значень m/z.