Chapter-5-四极质谱.ppt

第五章 四极杆质谱仪 一 四极杆质谱仪简介与工作原理二 四极杆质谱仪的特点与应用三 四极杆质谱仪的研究与开发1 一 四极杆质谱仪简介与工作原理2 本节内容1，四极杆质谱仪简介2，四极杆质谱仪工作原理3 1，四极杆质量分析器简介4 四极杆质谱仪的质量分析器是由四根杆状电极组成，两对电极中间施加交变射频场.在一定频率的射频电压与直流电压作用下，只允许一定质荷比的离子通过四极分析器而到达接收器。这种分析器又称四极杆滤质器。5 一种简单的四极杆质谱仪6一种简单的四极杆质谱仪7400 L/sec300 L/secDetector1SourceTube LensSkimmerSquareQuadrupoleOctopole BackLensBackSectionFrontSectionIon TransferTube3x10-3 Torr HeInter-multipole Lens 1CenterSectionDetector2FrontLensQuadrupole8.3 L/sec 25 L/secIon Transfer TubeSquareTube LensElectrospraySplit Gate Lens一种复杂的四极质谱系统8 2.四极质谱原理(1).四极场的产生与功能(2).四极场的应用(3).影响四极质谱性能的因素9 四极场的产生与功能1.产生四极场的条件(1).电极要求 四根电极，按一定方式固定在一起。四根双曲面电极可以产生完美四极电场，即四极电场含量=100%10 四根双曲面电极结构示意图11四根双曲面电极结构示意图（A2=100%）12四根圆柱形电极组成的四极质谱仪示意图13圆柱形电极组成四极质谱时的电场分析假定 r 为电极杆半径，r0 为场半径。当 r=1.145 r0 时 A2=1.00 A6=7.09x10-6 A10=-2.45x10-3 A14=-2.83x10-4 A18=-2.20 x10-514理论和实验结果都证明：当 r/r0 的值选择合适时，用四个圆柱形电极组成的四极质谱仪仍可以获得理想的研究结果。15 用圆柱形电极取代双曲面形电极的最大优点在于：A 可简化四极质谱仪的生产工艺，B 可降低四极质谱的生产成本。16(2).电源要求 射频电源a=+(U-Vcost)b=-(U-Vcost)上式中，为直流电压值，为交流电压值，2f,为交流电压角频率,f 为交流电压频率。17 2.离子在四极电场中的运动和稳定区图（详见：Quadrupole Mass Spectrometry and its Application,Editor Peter H Dawson,AIP Press 1995)18 离子运动方程：离子运动方程：在四个电极杆的x和y方向分别施加U+Vcost和-(U+Vcost)的高频电压，四个电极之间任意位置上的电势可以写作：当质量为m，电荷为e的离子从z方向进入四极滤质器，运动方程为：19 运动方程的转换：运动方程的转换：Mathieu方程一般形式：令 ，则此运动方程转化成Mathieu 方程：数学上可以求出此方程的解。20 稳定区全图21 第一稳定区图22 Ion motion in quadrupole rods23第一稳定区的几个重要参数：稳定区范围：a=00.237q=00.908顶点坐标：a=0.237q=0.706*最重要的是，对于只含有纯四极场的第一稳定区图，其顶端部分近似为一个锐角。24纯四极场第一稳定区图顶端部分25四极杆质谱仪的性能估计对于任何一个四极质量分析器，它有两个最重要的性能指标，即：质量测量范围质量分辨能力 其它诸如灵敏度，稳定性，质量精度等。26A.质量测量范围由：得到：27假定:r0=5mm=0.005m，(对四极杆质谱)f=1x106 Hz (1MHz)Vmax=10000 伏特因此：mmax=5535 amu28提高质量测量范围的几个方法：提高质量测量范围的几个方法：-使用较高电压的射频电源 （增大V）-使用较低频率的射频电源 （减小f）-使用较小直径的四极杆电极（减小r0）29B.质量分辨能力定义：m/m实际应用中，通过改变扫描线的斜率，即 =a/q=2U/V调节质谱仪的质量分辨能力。30质量分辨的定义31 质量分辨与质谱测量32 扫描线与质量分辨33 质量分辨即，质量分辨能力取决于扫描线与稳定图的交点位置。扫描线由工作电压决定。34 扫描线1扫描线2因为：(q2-q1)(q4-q3)所以:(m1/m1)(m2/m2)35影响质量分辨能力的几个因素：A 工作参数：四极质谱工作电源的输出直/交流电压比U/V），即扫描线的斜率。所以，在实验过程中，需仔细调节扫描电压的比值，以实现较高质量分辨的质谱测量结果。又，质量分辨越高，则离子透过率越低。36B，仪器参数：1).传统理论认为，四极质谱仪的四个电极所产生的电场应尽可能接近纯的四极场；2).其它外加“杂散电场”对四极场区的干扰应尽可能小。37根据条件 1),组成四极质谱的四个电极，其形状必须尽可能接近为理想的双曲面；此四个电极的组装精度必须足够高。根据条件 2),组成四极质谱的四个电极必须屏蔽良好，以减少外电场的干扰；此四个电极表面必须足够干净，以避免表面污染物积累电荷而产生“杂散电场”干扰。38一般四极杆电极都安置在一金属屏蔽罩中39四极杆电极机械精度与质量分辨的关系由 得到：和 所以40当 r0=5mm 时，若需要 dm/m=1/2000,即要求四极质谱的质量分辨达到 2000，则四极杆的机械精度必须达到：即41 四极电场的功能(1).可以在较高气体压力下聚焦和传输正、负离子，故常常被用作离子导引(Ion Guide);(2).可以对离子进行选择,故常常被用作离子质量分析器(Mass Analyzer);(3).可以束缚正、负离子,故常常被用作离子阱(Ion Trap).42离子导引43线型离子阱44四极-飞行时间质谱联用仪45三重四极质谱仪46谢 谢！47