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动画演示:双聚焦质谱工作原理

已有 418 次阅读 2026-11-12 22:22 |个人分类:地球科学|系统分类:图片百科

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为什么质荷比相同的离子,在质谱仪中也会走出不同的轨迹?动画开头用三条彩色轨迹展示了这个问题。离子从离子源出来后,即使经过同一加速电压,仍可能带有微小的动能差异,出射方向也会偏离中心轨迹。如果这些差异得不到补偿,同一质荷比的离子到达检测端时就会分布在较宽的范围内,导致谱峰展宽。两个质荷比非常接近的离子峰,也就更容易重叠。动画采用静电扇区在前、磁扇区在后的布局。静电扇区由两块弧形电极形成径向电场,使离子沿弯曲轨迹运动。对电荷相同的离子来说,动能较高的离子在相同电场下偏转较小,动能较低的离子偏转较大。因此,静电扇区会把离子的初始动能差异转化为轨迹差异,为后续补偿创造条件。离子进入磁扇区后,受到洛伦兹力作用,再次发生偏转。在均匀磁场中,离子垂直于磁场运动时,轨道半径为(r=p/(|q|B)),其中 p为离子动量,q 为电荷,B 为磁感应强度。通过合理设计两个扇区的偏转角、场强和相对位置,可以使它们产生的能量色散在检测端相互补偿,同时让出射角略有差异的离子重新汇聚。动画中三条彩色轨迹最终收拢,展示的正是同一质荷比离子的能量聚焦和方向聚焦。聚焦使同一质荷比的离子在检测端分布得更集中,谱峰随之变窄。动画最后以硅同位素分析为例。²⁸Si⁺ 和 ¹²C¹⁶O⁺ 的名义质荷比均为 28,但实际质荷比略有差异。在分辨率足够的条件下,双聚焦质谱可以将这两个相邻峰分开,从而降低一氧化碳分子离子对 ²⁸Si⁺ 测量的干扰。



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