4.2: Магнітний сектор

Last updated
Save as PDF

Page ID: 26207

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

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.