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其中，e是一個(gè)電子的電荷。將該離子垂直射入扇形磁場中，在洛倫茲力作用下作圓周運(yùn)動(dòng)，如圖所示，所受到的向心力與離心力平衡。

離子在扇形磁場中的運(yùn)動(dòng)

所以，

B zeV= mv2 *1/r

其中，B為磁場強(qiáng)度，r為離子的運(yùn)動(dòng)軌道半徑。合并上述兩式可得

r=1/B（2mV/ze）1/2

這表明，不同質(zhì)量的離子具有不同的軌道半徑，質(zhì)量越大，其軌道半徑也越大。這意味著磁場具有質(zhì)量色散能力，可單獨(dú)用作質(zhì)量分析器。若改變加速電壓V(對(duì)應(yīng)于離子動(dòng)能的變化)，離子的運(yùn)動(dòng)軌道半徑也發(fā)生變化。磁場的這一能量色散能力是單聚焦質(zhì)譜儀不能獲得高分辨的原因。

當(dāng)儀器將離子的運(yùn)動(dòng)軌道半徑r固定后，可得

m/z=k B2/V

式中，k為一常數(shù)。這表明，離子的質(zhì)荷比(m/z)與磁場強(qiáng)度的平方成正比，而與加速電壓成反比。若將加速電壓固定，掃描磁場則可檢出樣品分子生成的各種m/z值的離子。此式還表明，增加磁場強(qiáng)度使儀器的質(zhì)量范圍增大；降低加速電壓也能達(dá)到相同目的，但儀器靈敏度有所下降。

二、四極分析器與離子肼

四極分析器由四根平行電極組成。理想的電極截圖是兩組對(duì)稱的雙曲線。在一堆電極上加電壓U+ coswt, 另一對(duì)上加電壓-（U+ coswt），其中U是直流電壓，coswt是射頻電壓，由此形成一個(gè)四極場，其中任意一點(diǎn)上的電位

當(dāng)質(zhì)荷比m/e的離子沿z軸方向射入四極場時(shí)，其運(yùn)動(dòng)方程為

令

則可以簡化為

這是典型的 Mathieu方程，其解十分復(fù)雜，所代表的物理意義可由以a,q為坐標(biāo)的曲線表示。a,q值在穩(wěn)定區(qū)內(nèi)的離子產(chǎn)生穩(wěn)定振蕩，順利通過四極場到達(dá)檢測器；a,q值在非穩(wěn)定區(qū)的離子因產(chǎn)生不穩(wěn)定振蕩而被電極中和。對(duì)于一臺(tái)四極質(zhì)譜儀，其場半徑r為確定值，ω也選為定值。若以a/q=U/=常數(shù)對(duì)V進(jìn)行掃描，可使一組不同質(zhì)量的離子先后進(jìn)入穩(wěn)定區(qū)而被檢測。顯然，a/q值越大(掃描成的斜率越大)，在掃描線上穩(wěn)定區(qū)內(nèi)的質(zhì)量范圍越窄，儀器的分辨率越高。由此也可看出、四極質(zhì)量分析器實(shí)際上是一個(gè)質(zhì)量過濾器。

四極分析器可以自身串聯(lián)，構(gòu)成串聯(lián)質(zhì)譜儀，還可以與其他質(zhì)量分析器串接，構(gòu)成雜化型串聯(lián)質(zhì)譜儀，以綜合利用各種分析器的特點(diǎn)。

四級(jí)桿質(zhì)量分析器

與四極質(zhì)量分析器有些相似的四極離子阱既可用作普通質(zhì)譜儀，又因其選擇并儲(chǔ)存離子的功能，可用于氣相離子分子反應(yīng)研究。四極離子阱由三個(gè)特殊電極組成，一般上下兩端是兩個(gè)碟狀電極，中間為面包圈狀的環(huán)形電極。在碟狀電極上施加直流電壓，向環(huán)形電極加射頻電壓；適當(dāng)?shù)碾妷嚎梢孕纬梢粋€(gè)勢能阱，離子可被拘禁其中。當(dāng)向離子阱中引入氦氣，使其壓力達(dá)到一定時(shí)，離子的運(yùn)動(dòng)受到阻尼。這相當(dāng)于一種聚焦作用，使儀器的分辨率和靈敏度均大為提高。

四極離子阱可直接在阱中使樣品電離，也可使用外部離子源。前者是在一個(gè)碟狀電極上置一微孔，燈絲發(fā)射的電子由此進(jìn)入阱中使樣品分子電離；后者將在離子源中產(chǎn)生的離子注入阱中進(jìn)行分析。使加在環(huán)狀電極上的射頻電壓的幅值逐漸增加，離子將按m/z值增加的順序離開離子阱，到達(dá)檢測器。

三、飛行時(shí)間質(zhì)譜

 飛行時(shí)間質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)

飛行時(shí)間質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)示意圖如上，在檢測器前設(shè)置了一個(gè)電位選擇器網(wǎng)柵，與離子源控制柵極同步運(yùn)行，使所選擇質(zhì)量的離子進(jìn)入檢測器。與入射離子成直角，配制滯阻電極的飛行時(shí)間質(zhì)量分析器分辨率更高，并可消除中性離子和散射離子的影響。

四、傅里葉變換離子回旋共振

傅里葉變換離子回旋共振( FT-ICR)的分析室是一個(gè)置于均勻(超導(dǎo))磁場中的立方空腔。離子沿平行于磁場的方向進(jìn)入分析室，加在垂直于磁場的捕集電極上的低直流電壓形成一個(gè)靜電場將離子拘禁于室中。在磁場的作用下，離子在垂直于磁場的圓形軌道上作回旋運(yùn)動(dòng)；回旋頻率(w)僅與磁場強(qiáng)度(B)和離子的質(zhì)荷比(m/z)有關(guān)，即

w=1.537×107× zB/m

式中各量的單位分別是，ω：赫茲(Hz)，B:特斯拉(T)，m:原子質(zhì)量單位(u)。由于離子的回旋頻率與其速度無關(guān)，一組在不同空間位置上m/x值相同而速度不同的離子將以同一頻率運(yùn)動(dòng)，離子的速度只影響其軌道半徑。

通過發(fā)射電極向離子加一個(gè)射頻電場；若射頻電壓的頻率正好與離子回旋的頻率相同，離子將共振吸收能量，使其運(yùn)動(dòng)軌道半徑和運(yùn)動(dòng)速度逐漸穩(wěn)步增大，但頻率仍然不變。當(dāng)一組離子達(dá)到同步回旋之后，在接收電極上將產(chǎn)生鏡像電流。兩個(gè)接收電極通過一個(gè)電阻與地相接；當(dāng)在其間回旋的離子離開**個(gè)電極而接近第二個(gè)電極時(shí)，外部電路中的電子受正離子的電場吸引而向第二個(gè)電極集中。在離子回旋的另半周，外電路的電子向反方向運(yùn)動(dòng)。這樣在電阻的兩端形成了一個(gè)很小的交變電流，其頻率與離子回旋的頻率相同。因此，根據(jù)鏡像電流的頻率*終可以計(jì)算出離子的質(zhì)量。