Въведение
RF масспектрометърът се нарича още квадруполен масспектрометър. Основният компонент на радиочестотния масспектрометър е квадруполен прът. В четворния прът четирите електродни пръта са разделени на две групи и съответно към тях се прилага радиочестотно (RF) обратно променливо напрежение. Йоните, разположени в това потенциално поле, могат да достигнат до детектора, след като избраната част е стабилна, или да влязат в пространството след това за последващ анализ. Структурата и схемата на радиочестотния масспектрометър са по-прости от другите масспектрометри. Цената също е относително ниска. Радиочестотните масспектрометри се използват широко в хроматографията-массептометрия (Chromatography-MassSepctrometry).
TendemMassSpectrometry (TendemMS) може да се постигне чрез използването на множество квадруполи в серия за получаване на информация за структурата на аналита.
Радиочестотният масспектрометър позволява всеки път да преминават само йони с едно съотношение на заряд към маса. При сканиране на голям масов интервал времето, необходимо на радиочестотния масспектрометър, е много по-голямо от това на масспектрометрията за време на полет (TimeofFlightMassSpectrometry, ToF-MS). ), Orbitrap MS (OrbitrapMS), Linear Ion Trap (LinearIonTrap) и други масспектрометри, които използват импулсно вземане на проби.
Радио честота
Радиочестотата (RF) е съкращението от RadioFrequency, което означава електромагнитната честота, която може да бъде излъчена в космоса, а честотният диапазон е от 300 KHz до 300 GHz. Радиочестотата се обозначава съкратено като RF. Радиочестотата е радиочестотен ток, което е съкращение от високочестотен променлив ток, променящ електромагнитната вълна. Променливият ток, който се променя по-малко от 1000 пъти в секунда, се нарича нискочестотен ток, а този, който се променя повече от 10 000 пъти, се нарича високочестотен ток. Радиочестотата е такъв високочестотен ток. Висока честота (по-голяма от 10K); радиочестота (300K-300G) е по-високочестотната лента на високата честота; микровълновата честотна лента (300M-300G) е по-високочестотната лента на радиочестотата.
В теорията на електрониката, когато токът тече през проводник, около проводника ще се образува магнитно поле; когато променлив ток преминава през проводника, около проводника ще се образува променливо електромагнитно поле, което се нарича електромагнитна вълна. Когато честотата на електромагнитната вълна е по-ниска от 100kHz, електромагнитната вълна ще се абсорбира от повърхността и не може да образува ефективно предаване, но когато честотата на електромагнитната вълна е по-висока от 100kHz, електромагнитната вълна може да се разпространява във въздуха и да се отразява от йоносферата във външния край на атмосферата, за да образуват възможност за предаване на дълги разстояния. Ние наричаме високочестотни електромагнитни вълни с възможности за предаване на дълги разстояния като радиочестота; радиочестотната технология се използва широко в областта на безжичните комуникации, а кабелната телевизионна система използва радиочестотно предаване.
История
Най-ранната литература за радиочестотни масспектрометри датира от средата на 1950 г. Изобретателят, професор Волфганг Паул, спечели Нобелова награда за физика през 1989 г.
Качествен селектор и неговия принцип
Въпреки че повечето от квадруполните качествени селектори, използвани в действителност, са цилиндрични, идеалният качествен селектор е хиперболична форма. Размерът на масовия селектор обикновено е между няколко сантиметра и десетки сантиметри.
Четирите полюса на четириполюсния селектор за качество са разделени на две съответни групи и съответно се прилага обратното високо напрежение на радиочестотата. Изразите на двата комплекта напрежения са:
Двете групи напрежения имат само противоположни знаци. Където U е компонентът на постоянен ток (DC), а V е амплитудата на компонента на радиочестотата (променлив ток, който достига честотата на предаване, RF) (тук се използва V_rms вместо Vp-p).
При нормални обстоятелства стойността на U е 500-2000V, а стойността на V е 0-3000V.
В такава среда на електрическо поле йоните ще осцилират според електрическото поле. Но само йони със специфично съотношение заряд/маса могат да преминават стабилно през електрическото поле. Когато напрежението на полюса е посочено, йоните с твърде малка маса ще бъдат засегнати от голямо напрежение, което ще предизвика много силно трептене, което ще накара контактния полюс да загуби заряд и да бъде изпомпван от вакуумната система; Той не може да бъде изтеглен от достатъчно електрическо поле и в крайна сметка ще докосне полюса или ще излети извън електрическото поле и няма да успее да премине масовия селектор.
In the hardware of the quadrupole mass selector, the usual method is to adjust the radio frequency working frequency w to select the mass of the ion, and adjust the ratio of U to V to adjust the ion pass rate. The corresponding picture in this section shows that the triangular area is the stable area of the ion of this mass. The ratio of U to V is represented here as a slope. It can be seen that the larger the U/V, the higher the accuracy of ion selection, and the stronger the resolution of the instrument, but the number of ions that can be stably passed is reduced; while the smaller the U/V ratio, the more ions pass, but the resolution decreases. . After weighing, the resolution of most RF mass spectrometers is about 1Th, which is reflected in the mass spectrum that the half-peak width is about 1Th or 1Da.
Струва си да се отбележи, че когато стойността на U е нула, т.е. когато към квадруполя се прилага само RF напрежение, всички йони могат да преминат. Значението на тази операция е, че йонният лъч може да бъде по-концентриран. Обикновено се използва като йонно огледало (IonLens). Най-типичното разширение е появата на октополи и хексаполи, които всъщност са извлечени от основните работни характеристики на четириполюсите.
Вакуумна система
Вакуумната система на радиочестотния масспектрометър обикновено се разделя на два етапа.
The primary vacuum system provides basic vacuum support for the secondary vacuum system. The secondary vacuum system is usually directly connected to the cavity of the mass spectrometer to make the mass spectrometer reach a vacuum state. It is worth noting that the vacuum of the RF mass spectrometer is not a high vacuum (0.001Pa). The ions move in the pole, and a large amount of energy is obtained from the electric field. In order to form a stable ion cloud, a very small amount of gas must be present in RF mass spectrometry to absorb excess kinetic energy. The vacuum of a radio frequency mass spectrometer is usually one percent of the time-of-flight mass spectrometry (1e-5Pa) and one ten billionth of the orbital ion trap mass spectrometry (1e-14Pa).
Първичен вакуум
Първичният вакуум обикновено е механична помпа (RoughingPump) или спирална помпа (ScrollPump). Степента на вакуум е около 1mTorr (0,13Pa).
Механичните помпи са сравнително евтини в сравнение с ролковите помпи, но изискват смазочно масло, за да работят. При извършване на газово-чувствителен анализ, особено в областта на атмосферните науки, обикновено се използва ролкова помпа вместо механична помпа.
Вторичен вакуум
Вторичният вакуум обикновено използва турбомолекулярна помпа (TurbomolecularPump) или дисперсионна помпа (DiffusionPump).
Молекулярната помпа е малка по размер и нейната ефективност е по-висока от тази на дисперсионната помпа. Обичайните молекулярни помпи могат да поддържат скорост на въздушния поток от 350 L/min, а молекулярните помпи от по-висок клас могат да постигнат ултрависок вакуум от 1e-14Pa.
Диспергиращата помпа има огромен обем, който може да достигне 1-2 метра. В съвременните инструменти той основно е заменен от турбомолекулярни помпи.
За условията на вакуум, изисквани от квадруполния масспектрометър, турбомолекулярната помпа обикновено може да достигне в рамките на 30 минути. Дисперсионната помпа се нуждае от 20-80 часа.
Захранваща система
Because the quadrupole system requires high-frequency voltage, magnetic cores are usually not used in the core power supply system of RF mass spectrometry, but air-core transformers are used to ensure the circuit For high frequency radio frequency response. The early shock-generating components used a capacitor-inductor-transistor self-oscillation method (the mass spectrometer produced by THS in Georgia, USA still uses this system), with electronic technology For the development of oscillating sources, voltage-controlled oscillators (VoltagedControlledOscillator, VCO) or direct digital synthesis (DirectDigital Synthesis, DDS) are mostly used.
Разширени приложения
Директно измерване
(Директно измерване)
RF масспектрометърът може да се използва като инструмент за директно измерване.
Чрез съпоставяне на различни източници на йони, радиочестотният масспектрометър се използва като общ инструмент за аналитична химия. Особено при дългосрочно измерване количеството данни, генерирано от радиочестотния масспектрометър, е значително по-малко от други паралелни измервания на масспектрометрия (масспектрометрия по време на полет и др.).
Многоетапна масспектрометрия
(TendemMassSpectrometry, MS-MS)
Поради ниската разделителна способност на радиочестотния масспектрометър липсва способността за определяне на неизвестни вещества. Чрез многостепенна масова спектрометрия йоните преминават през независими камери в средата на двете групи квадруполни системи за фрагментиране. По този начин се анализират фрагментите, произведени от йони със специфична маса, и може да се получи информация за структурата на йоните.
Методът на фрагментация включва метода на фрагментация при сблъсък (CollisionInducedDissociation, CID), при който инжектираният газ се сблъсква с йони, и метода, който директно излъчва фрагментацията на електрони чрез електронната пушка (ElectronDissociation).
Многостепенната масспектрометрия играе жизненоважна роля в биохимията и органичната химия.
Хроматография-масспектрометрия
(Хроматография-масспектрометрия)
Най-типичното приложение на хроматография-масспектрометрия е газовата хроматографска масспектрометрия (GasChromatography-MassSpectrometry, GC-MS) и течната хроматография-масспектрометрия (LiquidChromatography-MassSpectrometry).
Предимството се крие в комбинацията от хроматография и масова спектрометрия, която решава проблема, че ако масите на йоните са твърде сходни в масовата спектрометрия, те не могат да бъдат разграничени. В хроматографията времето на задържане (RetensionTime) дава информация за структурата на различни видове вещества в сместа, а операцията по предварително разделяне подобрява достоверността на масспектрометъра. Този метод е подобен на спектрометрията на подвижността на йони (IonMobility Spectrometry-MS, IMS-MS).
Трудността при прилагането на този метод се крие в това как да се свърже оборудването за хроматография и оборудването за масспектрометрия. Най-често използваният метод е електроспрей йонизация (Electrospray Ionization, ESI).
Тази страница не е упълномощена за копиране от 41021653