7. Hmotnostní analyzátory II.
(dynamické)
Přehled:
Kvadrupólový analyzátor
Monopólový analyzátor
Iontová past
Iontová cyklotronová rezonance (s Fourierovou transformací)
Analyzátor z doby letu iontu (Time-of-flight)
Radiofrekvenční (mřížkové) separátotry
Kvadrupólový analyzátor
(Paul,1953)
Kvadrupólový analyzátor (Paul,1953)
Kombinovaný radiofrekvenční filtr (DC/RF)
Mathieuovy rovnice:
d2x/dt2 + (e/mr2)(U + Vocos t) x = 0
d2y/dt2 + (e/mr2)(U + Vocos t) y = 0
d2z/dt2 = 0
Řešení:
ax = - ay = 4zeU/m 2 ro
2 (U ­ ss pole)
qx = - qy = 2zeVo/m 2 ro
2 (V­ rf pole)
- rf frekvence, ro vzdálenost tyčí
Znázornění řešení: diagram stability
Diagram stability (řešení Mathieuových rovnic),
citlivost a rozlišení; U=0 : úplná propustnost filtru,
jednotkové rozlišení, lineární stupnice hmot,
ovládání počítačem, tolerance k vyšším tlakům(10-2Pa),
diskriminace vyšších hmot (nižší citlivost pro vyšší m) - (rozptylové pole)
Kvadrupólový analyzátor
Diskriminace vyšších m/z - nutné nastavení
citlivosti kanálů před měřením
Rychlý scan, možný SIM (selected ion monitoring)
Rozlišení řádu 103
Monopólový analyzátor
Zjednodušený kvadrupól:
­ tyče ve tvaru V,O ­proti sobě
=jeden kvadrant kvadrupólu
Iontová past
monopólová smyčka,
stabilní podmínky
uvnitř smyčky,
vypuzování iontů
postupně podle m/z
Animace iontová past
Iontová past ­ použití jako tandemový přístroj
Tandemová MS - princip
První analyzátor (MS) izoluje iont prekurzoru
Ion prekurzoru necháme fragmentovat:
mp
+  md
+ + mn
Druhý analyzátor (MS) analyzuje produkty
(dceřiné ionty a neutrální fragmenty)
Různé typy scanů ­ viz minulý obrázek
Iontová cyklotronová rezonance
Ionty v magnetickém poli na kruhové dráze, charakteristické pro
dané m/z, ion absorbuje energii odpovídající precesní frekvenci
(resonance) kolmo k rovině precese, sledování reakcí v plynné fázi
Pulzní mód práce: FT-MS, cyklotronová frekvence =zeB/(2m)
Iontová cyklotronová rezonance ­ princip (FT)
Iontová cyklotronová rezonance
Radiofrekvenční (mřížkový) filtr
Analyzátory z doby letu iontů TOF
Smythe,Mattauch 1932, Wolf,Stephens 1953
Animace TOF
Detektory iontů
Detektory iontů
Schéma násobiče elektronů
Detektory iontů
Analogový a digitální typ signálu
Šum - pozadí
Zpracování signálu
Otázky
1. Jestliže spektrometr skenuje 10 s jednu dekádu hmot, jak dlouho bude trvat sken
od hmoty 1 do 1000?
2. Jste vedoucím divize NASA a máte navrhnout hmotnostní spektrometr pro
automatickou sondu k Marsu (iontový zdroj, analyzátor). Podmínky jsou:
- rozsah hmot M150, (jednoduché organické molekuly), požaduje se jejich
absolutní identifikace
- přístroj musí být malý a nepříliš těžký, ale robustní, aby vydržel přetížení při
startu a přistání sondy, a spolehlivý
- musí být řízen počítačem (automatická stanice)
3. Jak se změní časové rozlišení spektrometru TOF, prodloužíme-li délku trubice
resp. zvýšíme-li urychlující potenciál
Odpovědi
1. 30 s
2. - Organické molekuly jsou většinou těkavé, pro identifikaci molekul je třeba mít k
dispozici fragmentační data. Proto EI iontový zdroj, CI je příliš komplikovaná.
- Vysoké rozlišení (sektorové přístroje) jsou příliš těžké, proto je nejlepší volba
kvadrupólový analyzátor
3. Časové rozlišení roste s rostoucí délkou trubice a klesá s rostoucím urychlujícím
potenciálem: m/m = t/(2t)