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飞行时间质谱仪

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飞行时间质谱仪为一种非常常用的质谱仪。一个离子漂移管为这种质谱仪的质量分析器。通过离子源产生的离子加速后往无场漂移管中进入,并且用相同的速度往离子接收器飞去。越大的离子质量,到达接收器需要花费越长的时间,越小的离子质量,到达接收器需要花费越短的时间,按照这一原理,能够根据m/z值大小来分离不同质量的离子。

飞行时间质谱仪
飞行时间质谱仪的发展
飞行时间质谱仪的发展

飞行时间质谱仪为一种非常常用的质谱仪。一个离子漂移管为这种质谱仪的质量分析器。通过离子源产生的离子加速后往无场漂移管中进入,并且用相同的速度往离子接收器飞去。越...[查看全部]

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飞行时间质谱仪原理
飞行时间质谱仪的原理和解析度

飞行时间质谱仪为一种非常常用的质谱仪。一个离子漂移管为这种质谱仪的质量分析器。通过离子源产生的离子加速后往无场漂移管中进入,并且用相同的速度往离子接收器飞去。越大的离子质量,到达接收器需要花费越长的时间,越小的离子质量,到达接收器需要花费越短的时间,按照这一原理,能够根据m/z值大小来分离不同质量的离子。

原理

对离子从离子源到达检测器的时间加以测量为飞行时间质谱仪的原理。离子束在离子源中产生,之后加速并且对它们从离子源至检测器的时间进行测量均包含于此过程中。有一漂移管位于其间,一般两厘米长。在加速区,所有离子接受相同的动能,然而它们的质量有所差异,所以,有着不一样的速度,通过漂移管到达检测器的时间(TOF)也就有所不同。所以有:

由此可见,离子相对较轻,那么速度就会相对较快,而如果离子较重,那么速度就会较慢。很显然,其到达检测器的时间决定了离子的m/z值。

飞行时间质谱仪有着比较快的扫描速度,以微秒作为记录一张质谱所需的时间的计量单位,此种仪器有着比较宽的质量范围,能够对测定m/z10000以上的离子加以测定。

解析度(resolution)

在电子技术获得相当大的发展以后,很大幅度地提升了ToF-MS的解析度。由于需要对离子到达传感器的时间进行解析,所以需要不停地扫描传感器信号。使得平均的时间减少。这个过程对于数模转换器的采样率的要求相当的高。4路数模转换器在Aerodyne和Ionicon的产品中被采用。

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飞行时间质谱仪特点
飞行时间质谱仪的优缺点和应用

飞行时间质谱仪为一种非常常用的质谱仪。一个离子漂移管为这种质谱仪的质量分析器。通过离子源产生的离子加速后往无场漂移管中进入,并且用相同的速度往离子接收器飞去。越大的离子质量,到达接收器需要花费越长的时间,越小的离子质量,到达接收器需要花费越短的时间,按照这一原理,能够根据m/z值大小来分离不同质量的离子。

优点

飞行时间质谱仪有着非常简单的结构,有着比较快的扫描速度,而且能够检测的分子量范围比较大。

缺点

分辨率比较低是传统飞行时间质谱仪的主要缺点,由于离子在离开离子源时有着不同的初始能量,使具有相同质荷比的离子达到检测器有一定的时间分布,导致降低了分辨能力。将一组静电场反射镜加在线性检测器前面,反推回自由飞行中的离子,初始能量大的离子因为有着较快的初始速度,进入静电场反射镜有着较长的距离,也就有着较长的返回的路程,初始能量小的离子也就有着较短的返回路程,如此就会聚焦于返回路程的一定位置,从而对仪器的分辨能力加以改善。这种带有静电场反射镜的飞行时间质谱仪被叫做反射式飞行时间质谱仪。

应用

由于ATOFMS能够对组成颗粒物的特殊化合物加以鉴别,所以考察粒子与周围气体以及其他颗粒物之间的动态化学过程的新视角能够为其所提供。若二次化学反应或者半挥发性化合物的损失这样的传统的滤膜或碰撞器气溶胶采样方法的固有问题能够通过实时化学组分分析加以消除。

具体应用包含:

吸入毒理学研究

1、分析药物强化样品

2、检测化学和生物气溶胶

3、测量发动机排放

4、粉末生产质量以及过程控制等

5、分析研究气溶胶

6、识别大气粒子表征、排放源

7、半导体加工过程

8、监测室内空气质量

9、研究气溶胶-药物释放

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飞行时间质谱仪发展
飞行时间质谱仪的发展

飞行时间质谱仪为一种非常常用的质谱仪。一个离子漂移管为这种质谱仪的质量分析器。通过离子源产生的离子加速后往无场漂移管中进入,并且用相同的速度往离子接收器飞去。越大的离子质量,到达接收器需要花费越长的时间,越小的离子质量,到达接收器需要花费越短的时间,按照这一原理,能够根据m/z值大小来分离不同质量的离子。

发展

飞行时间质谱仪利用离子在一定距离真空无场区内根据不一样的质荷比往检测器用不一样的速度到达,从而使质谱图的质谱仪建立。真空系统、记录系统、检测器、飞行管以及离子源均为经典线性飞行时间质谱仪组分。相比于常规使用的质谱仪,其优势在于有着不会受到限制的质量范围,较高的离子流通率,以及简单的结构。

在20世纪40年代,飞行时间质谱仪的分辨率因为受到仪器设计和电子技术的限制仅有大约100.50年代,空间聚焦和延时聚焦(timelag focus)离子源被Wiley和Malarin设计出来,分辨率得到提高,达到了几百。

70年代,离子反射镜被Mamyfin和Karataev设计了出来,使离子能量分散问题得到了进一步的解决,飞行时间质谱仪达到了高分辨仪器的行列。

80年代末,基体辅助激光解吸电离质谱法被Kams和Hillenkamp发现了,使分析生物大分子的重大突破得以实现,使之变成了生命科学研究的重要工具。

90年代,因为电子技术的发展以及进一步运用的延时聚焦技术,商售激光飞行时间质谱仪的分辨率已经超过了1万,应用范围也变得越来越广泛。

21世纪,相继问世了如电喷雾离子源、辉光放电离子源、气质联用、液质联用和毛细管电泳联用等各类功能飞行时间质谱仪,从而使常规四极或磁式质谱仪的主要功能具备了。飞行时间质谱仪如今已经被当作一种非常有前途的高性能质谱仪器。

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飞行时间质谱仪应用
飞行时间质谱仪原理和环境应用

飞行时间质谱仪为一种非常常用的质谱仪。一个离子漂移管为这种质谱仪的质量分析器。通过离子源产生的离子加速后往无场漂移管中进入,并且用相同的速度往离子接收器飞去。越大的离子质量,到达接收器需要花费越长的时间,越小的离子质量,到达接收器需要花费越短的时间,按照这一原理,能够根据m/z值大小来分离不同质量的离子。

原理

飞行时间质谱包括垂直飞行模式以及平行飞行模式这两种飞行模式。垂直飞行模式在现代质谱产品中应用较为普遍。特别是在大气化学领域,测量粒径的仪器为欧洲的科研团队主要使用的仪器,而质谱仪则是美国的科研团队主要使用的仪器。近几年,Aerodyne INC., Ionicon GmbH, THS INC在这当中成为了行业领军企业。 

为了对检测器加以保护,同时使测量精度得到提高,质谱仪需要在真空情况下运转。气体样本shou先利用微孔取样,之后到达离子源,再通过脉冲电场往飞行时间模块里送。然后使用垂直于送入方向的脉冲电场加速离子。对所有离子在水平方向没有初速度进行确定为如此做的主要的目的,在V或者W型飞行以后,到达传感器。

不同离子到达传感器有着不一样的时间,凭借此将m/z推导出来。一般假定认为一个电荷仅仅可以由离子带,这样,得到的信号,和检测到离子的相对原子质量直接进行对应。因此,x轴单位在多数质谱图表中都是原子质量单位。

在环境监测中应用

颗粒分类:

1、能够同时分类颗粒的大小与颗粒化学成分组合。

2、能够使主要化学成分和颗粒粒径之间的对应关系建立。

3、化学组成能够按照颗粒物质谱特征进行表征,颗粒物能够通过颗粒物的窄气动力学直径进行分类。

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飞行时间质谱仪对比
飞行时间质谱仪与四级杆质谱的对比

飞行时间质谱仪为一种非常常用的质谱仪。一个离子漂移管为这种质谱仪的质量分析器。通过离子源产生的离子加速后往无场漂移管中进入,并且用相同的速度往离子接收器飞去。越大的离子质量,到达接收器需要花费越长的时间,越小的离子质量,到达接收器需要花费越短的时间,按照这一原理,能够根据m/z值大小来分离不同质量的离子。

ToF-MS与四级杆质谱的比较

ToF-MS

然而在每次进样时,能够对样本中所有的m/z进行全谱采集,使数据采集效率得到显著的提高,并且回溯分析被允许。2MB左右一般为四级杆质谱进行24小时检测所获得的数据量,而ToF-MS在一天所采集的数据能够达到10GB。

四级杆质谱

在采样过程中,每次仅有一个特定的m/z被四级杆质谱允许通过,所以若要使质谱图获得完整,需要连续扫描不同的m/z。Aerodyne的ACSM产品和THS为在大气化学领域生产四级杆质谱的主要生产商

特点

分辨率比较低是传统飞行时间质谱仪的主要缺点,由于离子在离开离子源时有着不同的初始能量,使具有相同质荷比的离子达到检测器有一定的时间分布,导致降低了分辨能力。将一组静电场反射镜加在线性检测器前面,反推回自由飞行中的离子,初始能量大的离子因为有着较快的初始速度,进入静电场反射镜有着较长的距离,也就有着较长的返回的路程,初始能量小的离子也就有着较短的返回路程,如此就会聚焦于返回路程的一定位置,从而对仪器的分辨能力加以改善。这种带有静电场反射镜的飞行时间质谱仪被叫做反射式飞行时间质谱仪。飞行时间质谱仪有着非常简单的结构,有着比较快的扫描速度,而且能够检测的分子量范围比较大。

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飞行时间质谱仪产品导购
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