Sektorový hmotnostní spektrometr

Sektorový hmotnostní spektrometr je druh hmotnostního spektrometru, který používá jako hmotnostní analyzátor statický elektrický (E) nebo magnetický (B) sektor nebo jejich kombinaci.[1] Často používanými kombinacemi sektorů jsou EB, BE (nazývaná jako obrácená geometrie), třísektorový BEB a čtyřsektorový EBEB spektrometr. Většina moderních sektorových spektrometrů patří mezi dvouohniskové přístroje; tuto variantu vyvinuli Arthur Jeffrey Dempster, Kenneth Bainbridge a Josef Mattauch v roce 1936[2] jako přístroj řídící směr i rychlost pohybu iontů.[3]

Pětisektorový hmotnostní spektrometr

Teorie

Popis vlastností iontů v homogenním lineárním statickém elektrickém nebo magnetickém poli sektorového spektrometru není složitý. Fyzikální chování částic lze popsat rovnicí pro Lorentzovu sílu. Tato rovnice je základem u všech metod hmotnostní spektrometrie a nachází využití i u nelineárních a nehomogenních polí; jde o významnou součást celé elektrodynamiky.

kde E je intenzita elektrického pole, B je magnetická indukce, q je náboj částice, v její okamžitá rychlost (vyjádřená jako vektor) a × představuje vektorový součin.

Síla působící na ion v lineárním homogenním elektrickém poli tak je:

,

ve směru elektrického pole pro kladně nabité a v opačném směru pro záporně nabité ionty.

Electric sector from a Finnigan MAT mass spectrometer (vacuum chamber housing removed)

Síla závisí pouze na náboji a intenzitě elektrického pole. Lehčí ionty jsou odkláněny více než těžší, protože mají menší setrvačnost, čímž se ionty oddělují a po opuštění elektrického sektoru vytvářejí svazky.

Síla působící na ion v lineárním homogenním magnetickém poli činí:

,

kolmo na vektor magnetické indukce i rychlost iontu ve směru odpovídajícímu pravidlu pravé ruky.

Působící magnetická síla závisí také na rychlosti, ovšem za vhodných podmínek (jako je stálá rychlost) se ionty o různých hmotnostech oddělí a vytvoří samostatné svazky.

Obvyklé geometrie

Níže jsou uvedeny nejčastější geometrie soustav pro hmotnostní spektrometrii, i když mnoho současných systémů nezapadá přesně do žádné z těchto skupin, protože byly vyvinuty později.

Bainbridgeova-Jordanova

Tato geometrie se skládá z 127,30° elektrického sektoru následovaného 60°magnetickým sektorem se stejným směrem zakřivení. Často se používá k určování atomových hmotností izotopů; ze zkoumaného izotopu přitom vzniká proud kladně nabitých částic. Na tento svazek působí současně navzájem kolmá pole, elektrické a magnetické. Jelikož jsou síly vytvářené těmito poli stejně velké a mají opačný směr, tak rychlost částic lze popsat tímto vzorcem:

částice volně procházejí štěrbinou a následně na ně působí další magnetické pole, což jim dodává polokruhovou dráhu, po jejímž překonání dopadají na detektor. Hmotnost izotopu se určí následnými výpočty.

Mattauchova-Herzogova

Soupravy s Mattauchovou-Herzogovou geometrií se skládají z 31,82° ( radiánů)elektrického sektoru, za nímž se nachází 90° magnetický sektor zakřivený v opačném směru.[4]

Ionty roztříděné hlavně podle svého náboje vstupují do magnetického pole s mnohem vyšší průchodností než u běžného energetického filtru. Tato geometrie často nachází využití tam, kde je potřeba rychle rozptýlit vzniklé ionty a nevyžaduje se vysoká citlivost, jako je hmotnostní spektrometrie sekundárních iontů (SIMS).[5]

Výhodou této geometrie oproti Nierově-Johnsonově je to, že ionty o rozdílných hmotnostech se soustředí na jedno místo, což umožňuje použít plochý detektor.

Nierova-Johnsonova

Nierova-Johnsonova geometrie se skládá z 90°elektrického sektoru a 60°magnetického sektoru zakřiveného ve stejném směru.[6][7]

Hinterbergerova-Kongova

Soustavy s Hinterbergerovou-Konigovou geometrií mají 42,43° elektrický sektor následovaný 130° magnetickým sektorem se shodným směrem zakřivení.

Takešitova

Takešitova geometrie obsahuje 54,43° elektrický sektor, druhý elektrický sektor se stejným směrem zakřivení a 180° magnetický sektor zakřivený opačným směrem.

Macudova

Soupravy s Macudovou geometrií mají 85°elektrický sektor následovaný kvadrupólovými čočkami a 72,5° magnetickým sektorem zakřiveným stejným směrem.[8] Tato geometrie je využívána při analýzách metodami citlivé iontové mikrosondy s vysokým rozlišením (SHRIMP) a Panorama (zdroj plynu, vysoké rozlišení, multikolektor, využití k měření izotopologů v geochemii).

Odkazy

Literatura
  • Thomson, J. J.: Rays of Positive Electricity and their Application to Chemical Analyses; Longmans Green: London, 1913

Reference

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Sector mass spectrometer na anglické Wikipedii.

  1. Šablona:GoldBookRef
  2. Šablona:Britannica
  3. Thomas W. Burgoyne; Gary M. Hieftje. An introduction to ion optics for the mass spectrograph. Mass Spectrometry Reviews. 1996, s. 241–259. Dostupné online. DOI 10.1002/(SICI)1098-2787(1996)15:4<241::AID-MAS2>3.0.CO;2-I. PMID 27082712. Bibcode 1996MSRv...15..241B.
  4. Alfred Klemm. Zur Theorie der für alle Massen doppelfokussierenden Massenspektrographen. Zeitschrift für Naturforschung A. 1946, s. 137–141. Dostupné online. DOI 10.1515/zna-1946-0306. Bibcode 1946ZNatA...1..137K.
  5. Characterization of a second-generation focal-plane camera coupled to an inductively coupled plasma Mattauch-Herzog geometry mass spectrograph. Analytical Chemistry. 2006, s. 4319–4325. DOI 10.1021/ac052026k. PMID 16808438.
  6. J. De Laeter; M. D. Kurz. Alfred Nier and the sector field mass spectrometer. Journal of Mass Spectrometry. 2006, s. 847–854. DOI 10.1002/jms.1057. Bibcode 2006JMSp...41..847D.
  7. Šablona:GoldBookRef
  8. Šablona:Cite patent
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.