离子分离方法与原理-辉光放电质谱理论与应用

辉光放电源中的离子产生后导出，进入质量分析器，将不同质荷比的离子分离，并进行探测。电场和磁场都能使带电离子的运动轨迹发生偏转，这是分离离子的基础。GD-MS中所采用的质量分析器包括四极杆质量分析器、飞行时间质量分析器、扇形质量分析器等。目前商业化的GD-MS主要采用双聚焦的扇形质量分析器，其中包括一个扇形电场分析器和一个扇形磁场分析器。

Nier-Johnson型和反向Nier-Johnson型的双聚焦扇形质量分析器中，离子流在扇形电场和扇形磁场中偏转和聚焦方向是相同的，其运动轨迹像字母C，因此也被称为C型。在这种设计中电场和磁场的扇形角度都是90°。扇形电场分析器放在前面的称为Nier-Johnson型双聚焦扇形质量分析器（图1．7），扇形磁场分析器放在前面的称为反向Nier-Johnson型双聚焦扇形质量分析器（图1．8）。Mattauch-Herzog型的双聚焦质量分析器中，离子流在扇形电场和扇形磁场中偏转方向是相反的，其运动轨迹像字母S（图1．9）。Mattauch-Herzog型双聚焦质量分析器由一个31．83°的扇形静电场与一个90°的扇形磁场结合。

图1．7 Nier-Johnson型双聚焦扇形场示意图

质荷比为m／z的离子进入电场强度为E的扇形电场，受电场作用离子的偏转半径re为

式中，v为离子的速度；e为单电荷离子所带的电量（1．6× 10－19C）。

在电场强度E不变的情况下，相同质荷比的离子速度不同（能量不同），偏转的半径也不同。离子速度越快（能量越大），偏转半径也越大。所以当扇形电场的半径固定后，就只有符合一定能量范围的离子才能通过静电场，否则会由于偏转半径太大或太小而被阻挡通过。(www.xing528.com)

图1．8 反向Nier-Johnson型双聚焦扇形场示意图

图1．9 Mattauch-Herzog型双聚焦扇形场示意图

质荷比为m／z的离子在忽略其初始动能下，经电压V加速后进入磁场强度为B的扇形磁场，偏转半径rm可用下式计算：

可见在扇形磁场中，离子的偏转半径与离子的质荷比、加速电压和磁场强度有关。在离子通道偏转半径rm固定的情况下，通过改变磁场强度B，就可使离子按照不同的质荷比分离。