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四極桿質(zhì)譜儀
閱讀�7201時間�2018-05-08 10:07:04

四級桿質(zhì)譜儀(QuadrupoleMassSpectrometer)的名字來源于其四級桿�(zhì)量選擇器(QuadrupoleMassAnalyzer,QMA)�
在四級桿�,四根電極桿分為兩兩一�,分別在其上施加射頻(RadioFrequency,RF)反相交變電壓。位于此電勢場中的離�,被選擇的部分穩(wěn)定后可到達檢測器(Detector),或者進入之后的空間進行后續(xù)分析�
四級桿質(zhì)譜儀的結(jié)�(gòu)和電路都相對其他�(zhì)譜儀要簡�。成本也相對低廉�
四級桿質(zhì)譜儀被廣泛的�(yīng)用于色譜-�(zhì)�(Chromatography-MassSepctrometry)�(lián)用中�
通過多個四級桿的串�(lián)使用,可以實�(xiàn)多重�(zhì)譜分�(TendemMassSpectrometry,TendemMS),從而獲得待測物的結(jié)�(gòu)信息�
四級桿質(zhì)譜儀每次只允許單一荷質(zhì)比的離子通過,在掃描較大�(zhì)量區(qū)間時,四級桿�(zhì)譜儀所需的時間要遠遠大于飛行時間�(zhì)�(TimeofFlightMassSpectrometry,ToF-MS)�

歷史

  �(guān)于四級桿�(zhì)譜儀的最早文獻時間為1950年中�。發(fā)明人沃爾�?qū)?保羅 教授(Professor Wolfgang Paul)�1989年獲得諾貝爾物理�(xué)��

真空系統(tǒng)

  �(zhì)譜儀的真空系�(tǒng)通常分為兩級�
  初級真空系統(tǒng)為二級真空系�(tǒng)提供基本真空支持。二級真空系�(tǒng)通常直接與質(zhì)譜儀腔體相�,使�(zhì)譜儀達到真空狀�(tài)。值得注意的是,四級桿�(zhì)譜儀的真空并非高真空(0.001Pa)。離子在極桿中運�,大量的能量由電場中獲得。為形成�(wěn)定的離子云,四級桿質(zhì)譜中需要存在極為微量的氣體用來吸收過量的動�。四級桿�(zhì)譜儀的真空通常為飛行時間質(zhì)�(1e-5Pa)的百分之一,為軌道離子阱質(zhì)�(1e-14Pa)的百億分之一�
  初級真空
  初級真空通常采用機械�(RoughingPump)或卷�(ScrollPump)。真空程度大約為1mTorr(0.13Pa)�
  機械泵相對卷泵價格低�,然而需要潤滑油才能操作。在進行對氣體敏感的分析�,尤其是大氣科學(xué)�(lǐng)域,通常選擇使用卷泵而不是機械泵�
  二級真空
  二級真空通常采用渦輪分子�(TurbomolecularPump)或分散泵(DiffusionPump)�
  渦輪分子�
  渦輪分子�
  分子泵體積小,效率相對分散泵要高。通常的分子泵都可以支�350L/min的氣流速度,較為高端的分子泵可以實�(xiàn)1e-14Pa的超高真��
  分散泵體積龐�,可達到1-2�。在�(xiàn)代儀器中,基本已�(jīng)被渦輪分子泵取代�
  對于四級桿質(zhì)譜儀所需的真空條�,通常渦輪分子泵在30分鐘�(nèi)即可達到。分散泵則需�20-80小時�

電源系統(tǒng)

  因為四級桿系�(tǒng)對于高頻電壓的需求,在四級桿�(zhì)譜的核心供電系統(tǒng)中通常不使用磁�,而使用空氣芯變壓器以便保證電路對于高頻射頻的響應(yīng)。早期的起震元器件采用電�-電感-三極管的自激振蕩方式(美國喬治亞州的THS公司生產(chǎn)的質(zhì)譜依然采用此系統(tǒng)),隨電子技�(shù)的發(fā)展,震蕩源多采用電壓控制振蕩�(VoltagedControlledOscillator,VCO)或采用直接數(shù)字合�(DirectDigitalSynthesis,DDS)方式�

擴展�(yīng)�

  直接測量
  (Direct Measurement)
  四級桿質(zhì)譜儀可作為直接測量儀器使用�
  通過搭配不同的離子源,四級桿�(zhì)譜儀則作為一般的分析化學(xué)工具使用。尤其在長期測量中,四級桿質(zhì)譜儀�(chǎn)生的�(shù)�(jù)量要顯著小于其他并行測量�(zhì)譜(飛行時間�(zhì)譜等��
  多級�(zhì)�
  (Tendem Mass Spectrometry, MS-MS)
  由于四級桿質(zhì)譜儀的解析能�(Resolving Power)偏低,因此在確定未知物質(zhì)時的能力有所欠缺。通過多級�(zhì)�,離子在兩組四級桿系�(tǒng)中間通過獨立的腔體進行裂解操作。由此對特定�(zhì)量的離子所�(chǎn)生的碎片進行分析,可得到該離子的�(jié)�(gòu)信息�
  裂解方法有注入氣體與離子�(fā)生碰撞的撞擊裂解�(Collision Induced Dissociation, CID),也有直接通過電子槍射出電子裂解的方法(Electron Dissociation)�
  多級�(zhì)譜在生物化學(xué)以及有機化學(xué)中起到了至關(guān)重要的作��
  色譜-�(zhì)譜聯(lián)�
  (Chromatography-Mass Spectrometry)
  色譜�(zhì)譜聯(lián)用中最典型的應(yīng)用為氣相色譜�(zhì)譜法(Gas Chromatography-Mass Spectrometry, GC-MS)以及液相色譜�(zhì)譜法(Liquid Chromatography-Mass Spectrometry)�
  其優(yōu)勢在于通過色譜�(zhì)譜的�(lián)�,解決了�(zhì)譜中如果離子之間�(zhì)量過于相似而無法分辨的情況。在色譜法中,滯留時�(Retension Time)給出了混合物中不同種類物�(zhì)的結(jié)�(gòu)信息,預(yù)分離操作提高了質(zhì)譜設(shè)備的可信�。此方法類似于離子遷移率�(zhì)譜法(Ion Mobility Spectrometry-MS, IMS-MS)�
  �(yīng)用此方法的難度在于如何耦合色譜�(shè)備與�(zhì)譜設(shè)�。其中最常用的方法為電噴霧電�(Electrospray Ionization, ESI)�

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