同位素质谱分析（二）

2、同位离子源

在质谱仪中，素质离子源的谱分作用是使被分析的物质电离成离子。在多数情况下，同位离子源还把这些离子按一定的素质离子光学系统聚成一定几何形状和一定能量的离子束。离子源的谱分性能与质谱仪器的灵敏度、分辨本领等主要技术指标有很大关系。同位因此，素质通常把离于源称为质谱仪器的谱分心脏部件。理想的同位离子源应具有电离效率高、束流聚焦好、素质传输效率高，谱分并且离子流稳定性高，同位质量歧视效应不显著等性能。素质常见的谱分电离方法有电于轰击〔EI〕、化学电离(CI),和其它一些软电离的方法。同位素质谱分析仅用电子轰击一种电离方法。

电子轰击电离是利用热阴极发射的具有一定能量的电于束，轰击样品的气体或热气。当电子的能且大于样品的分子(或原子)的电离电位时，有些分子可以因丢失电子而电离成正离子，也有的分子可以因俘获电子而成负离子《图48-4)。

电子轰击电离方法能够电离全部气体、挥发性化合物和金属蒸气。对蒸气压较低的液体和固体样品，可在电离室内设置涂有样品的加热金属带或小型坩埚，使难挥发的液体、固体样品加热到一定温度后而蒸发。

3、质量分析器

质量分析器是质谱仪器的主体.。按照质量分析器类型不同，离子的分离或者根据空间轨迹不同，或者表现为轨迹稳定与否，或者由于飞行时间不同而实现。同位素质谱仪通常采用的是磁场偏转质量分析器。

磁场偏转质量分析器是采用磁铁使不同质荷比的离子发生磁场偏转而实现分离的仪器，这类质谱仪称为磁质谱。它多采用半圆形(180⁰)或扇形(60⁰或90⁰)的均匀磁场。一般是用一块磁铁的单聚焦仪器。现以180⁰均匀磁场单聚焦质谱仪器为例，说明磁质谱仪是如何按照质荷比将离子进行分离的。图48-5为单聚焦质谱计的工作原理示意图。

设电荷为e，质量为m的正离子，在电离室出口缝S₀和离子源出口缝S₁之间受到电压V的加速，离子到达S₁时的速度为v₀。在忽略离子初始能量的情况下，离子到达S₁时的动能等于离子在加速电场中的势能，即:

（48-1）

设质量分析器的磁场H垂直作用于纸面。当带电离子进入横向均匀磁场时，离子受到磁场作用力而改变运动方向，作匀速圆周运动。设离子圆周运动的轨道半径为R，则向心力必然和磁场作用力相等，即:

（48-2）

由(48-1)式和(48-2)式联立，消去V得到：

（48-3）

(48-3)是磁式质谱计，也通称为质谱计的基本方程式。从基本方程式可以看出，离子的质荷比与加速电压V、磁场强度H和轨道半径R三个量有关，只要改变任何一个量值都可以使离于按质荷比m/e分离。图48-5所示的是在H和V不变的情况下。质量不(m₁＜m₂＜m₃) 的三种离子以不同轨道半径(R, <R,<R, )实现了分离。当固定离子运动的轨道半径R，改变加速电压(电扫描)或改变磁场强度(磁扫描)，就能够在离子接收器上记录到不同质荷比的离子流强度。

4、离子接收器

在质谱计中，通过质量分析器分离后的不同质荷比的离子束，最终到达离子接收和检测系统，然后根据接收、检测到的离子的类型和数量进行质谱分析。常用的离子接收器有两种类型:法拉第筒和电子倍增器。同位素质谱仪一般采用的是法拉第筒接收器。

法拉第简是一种最简单、最常用的接收器。用一个筒状(或平板状)电极接收离子(图48-6)，并用直接电测法记录离子流强度，称单接收器。为了同时检测多种成分，或在精密测定同位素比值时减少先后测定过程中由于进样系统、质量分析系统和离子流检测系统不稳定所引起的误差，可采用多束接收器（图48-7)。

参考资料：土壤农业化学分析方法