电感耦合等离子体质谱技术

采样锥 采样锥
光子挡板型 12
VARIAN
弯曲离子路径型 13
VARIAN
14
AGILENT 7500
Ω型 15
Ω型
16
四极杆质量分离器
17
VARIAN
18
四极杆质量过滤器
（ A）
轻离子
重离子
经 m /z过 滤 后 的 离子出口
（ B）
正极棒平面
轻离子
重离子 负极棒平面 在四极杆的二组极棒间离子分离的平面侧视图
四极杆质量分析器的特性
灵敏度 分辨率 丰度灵敏度
23
1. 分辨率
传统的定义：R=M/DM 一般为400
现代的定义：峰高的 10%的峰宽
24
2.灵敏度
随着分辨率的增加，即U/V比值
的增加，稳定性图顶部的面积减小
，m/z处感兴趣的离子部分（即通
过四极杆）亦将减少。所以分辨率
高的时候，灵敏度会降低。一般实
单聚焦质量分析器原理图
28
双聚焦质量分析器原理图
29
第六讲
第零节 第一节 第二节 第三节 第四节
等离子体质谱法
系统介绍 接口系统 透镜系统 质量分析器 检测系统
30
离子检测器的种类：
连续打拿级电子倍增器 不连续打拿级电子倍增器 法拉第杯检测器 Daley 检测器 ……
31
第一种：连续打拿级电子倍增器
大量的样品均被光子挡 图1-4 ELAN6100DRC系统的离子透镜系统AutoLens (梁细荣，1999)
板给阻挡了！！！ 6
第一节 接口系统
ICP
MS
105Pa
F
A
BDE
10 Pa 1 . 3 3 3
× 1 0 2P a
1 . 3 3 -32× 1 0 -2 P a
G
J I
C
至质量
分析器
±HV
Continuous dynode electron multiplier
又名：通道式电子倍增器 Channel Electron
Multiplier, CEM
32

CEM 原理
是一个一端具有锥形的开口玻璃 管，工作原理类似于一个光电倍 增管。
锥体内表面涂有一种金属氧化物
半导体类物质，当电子撞击其表
仅 加 RF 电压的极棒
质量过滤器
仅 加 RF 电压的极棒
离子入口
U + V C O S ( t)
端视图
- (U + V CO S(t))
四极杆质量过滤器的结构示意图
表明离子运动轨迹和施加 电压的四极杆极棒的示意图
19
图 1 -9 四 极 杆 质 量 过 滤 器 的 结 构 及 工 作 原 理 示 意 图 （ 根 据 文 献 [1 3 ]绘 制 ）
H
至 机械泵
至真空泵
10 Pa （
根
图 据K
1
E
6 J
I a
C r
P -M S v is, A
的 L
采 Gr
2样
ay,
接 R
口部分 S H ouk
示 et
意图 al.19 9 2）
7
第一节 接口系统
不同公司的cones
Finnigan
PE Sciex Thermo JA
8
VG
离子透镜系统… 用电压来控制离子轨迹
检测器 脉冲 前置放大器 模拟
计算机 控制系统
真空 系统
前极真空
真空 系统
电路控制系统
炬管 气体控 制系统
进样
光子 RF 系统
挡板
第一级 真空
雾 DR化C气 气 辅助气 冷却气
图1-3 ELAN6100DRC等离子体质谱仪结构示意图(根据ELAN6100DRC说明书绘制3)
炬管、气流 和感应磁场 示意图
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R:极棒间内切半径 ω:射频频率 M:感兴趣的质量数 Z:电价数 U:直流电压幅度 V:射频电压幅度
a 4U
m r 2 2
z
q 2V
m r 2 2
z
21
四极杆质量分析器的分辨率
四极杆质量分析器将M-1,M,M+1质量 分开的程度取决于四极杆扫描线的斜 率。
U/V增大：扫描线有一个较高的斜率 ，扫描线靠近稳定区域的顶部通过， 因而通过质量分析器的m/z范围窄一 些。临近的离子被分离得更完全；因 此，增加U/V可以提高分辨率。 22
(1/2)m 2= e V = [(2V)/(m/e)]1/2
在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行；
离心力 =向心力；m 2 / R= H0 e V 曲率半径： R= （m ）/ e H0
质谱方程式：m/e = (H02 R2) / 2V 离子在磁场中的轨道半径R取决于： m/e 、 H0 、 V 改变加速电压V, 可以使不同m/e 的离子进入检测器。 质谱分辨率 = M / M （分辨率与选定分子质量有关）
电感耦合等离子体质谱技术
2010.11
1
第六讲
第零节 第一节 第二节 第三节 第四节
等离子体质谱仪
系统介绍 接口系统 透镜系统 质量分析器 检测系统
2
ICP-MS
检测器 电子器件
高压源
真空 第零节 系统介绍
真空及各部接口示意图
四极杆 四极杆 前极偏压
动态反应池 DRC进气口 截取锥 DRC 离子透镜 采样锥
面时，形成一个或多个二次电子。
随着这些电子不断撞击新的图层，
发射出更多的二次电子。
H 负载线圈
标准分析区 初辐射区
I H 感应区
炬管
冷却气流
辅助气流
气溶胶气流（进入轴向通道）
4
( 根据 K E Jarvis, A L Gray, R S Houk .1992)
et al.
离子化 原子化 激发 蒸发
5
第一节
接口的设计
离子透镜 光子挡板
超声波 辐射区
接口系统
10-5Torr
10-3Torr
V初始
等场强线
V1
V2
1
2
离子 源
离子 透镜
图1-7离子 透镜操作 原理 （根 据Javis， Gr ay， Ho uk et a l, 1992绘 制） 9
第二节 离子透镜系统
不同的离子透镜的设计：
光子挡板型 Ω型 弯曲离子路径型
10
第二节 离子透镜系统
ELAN 6000系列， PE 公司
离子透镜 光子挡板
际引用中，根据具体情况在分辨率
和灵敏度之间选择折衷条件。常规
引用设为0.6-1.0amu.
25
3.丰度灵敏度
代表一个分析物谱峰的拖尾 对相邻质量处的重叠程度。 因此如果一台四极杆分辨率 好，但丰度灵敏度差，那就 意味着通常不能测定高含量 相邻的超痕量同位素。
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质量分析器原理
加速后离子的动能 :
超声波 辐射区
10-5Torr
10-3Torr
光子挡板型 图1-4 ELAN6100DRC系统的离子透镜系统AutoLens (梁细荣，1999) 11
POEMS III, TJA
Aperture
光子 挡板
Pole Bias
Lens 3 Lens 2
Lens 4
Extractor
四极杆
Collector