1.2. Ионнооптические системы в масс-спектрометрии
Ионнооптическими системами называются устройства, использующие электрические, магнитные поля или их комбинации, а также фактор времени для формирования, фокусировки ионных пучков и их разделения на отдельные компоненты по отношению .
Сам термин "масс-спектрометрия" подчеркивает аналогию между данным методом и методом анализа по оптическим спектрам. Однако здесь есть и определенные различия. Если в оптическом спектре каждая компонента характеризуется только двумя параметрами: частотой (ν) и интенсивностью излучения (J) , то в ионном пучке присутствуют частицы различные по массе, заряду, скорости (υ) и имеющие различную конечную интенсивность (I).
Таким образом, для ионного пучка имеем четыре параметра (m, q, υ, I).
Обычно процесс ионизации подбирается так, что q = 1 независимо от массы иона. С другой стороны, скорость иона есть функция его массы. Поэтому можно считать, что в масс-спектрометрии каждая компонента также характеризуется двумя параметрами: m, I.
Кроме того, если световой луч любой интенсивности можно рассматривать как поток невзаимодействующих друг с другом фотонов, то в ионном пучке, вообще говоря, нет частиц, не взаимодействующих друг с другом.
Далее, в оптике посредством набора стекол можно создать любую систему преломляющих сред, на границе которых показатель преломления будет меняться скачкообразно. В ионной оптике, имея дело с электростатическими и магнитными полями, можно осуществить лишь непрерывное изменение показателя преломления, поэтому в ионнооп-тических системах труднее бороться с искажениями, т.е. с абберацией.
В масс-спектрометрии применяется также и своя терминология.
Ионный луч-это поток малого сечения не
взаимодействующих друг с другом ионов
определенного типа, т.е. одинаковой
массы и определенной конфигурации.
Обычно он имеет форму искривленной
узкой ленты (рисунок 2) с площадью сечения
и соотношением сторон 1 : 100.
Ионный пучок-это совокупный поток таких ионных лучей, имеющий те же поперечное сечение, соотношение сторон и траекторию движения ионов.
В дальнейшем область существования электрических и магнитных полей мы будем считать резко ограниченной.
Поскольку все ионнооптические системы связаны с движением ионов в электрических, магнитных полях или в их комбинациях, то рассмотрим сначала поведение ионов в этих полях.
1.2.1. Движение ионов в продольном электрическом поле
Продольное электрическое поле, силовые линии которого совпадают с направлением движения иона, можно создать системой сеток S1 S2 с приложенной на них постоянной электрической разностью потенциалов, U (рисунок 3).
Если ион с массой m и зарядом q находится в однородном продольном поле электрического конденсатора, то он приобретет энергию EИ , согласно соотношению:
. (1)
Следовательно, скорость его движения, υ, будет
(2)
Если имеем два иона с массами m1 и m2 и если U=const и q=const, то
. (3)
Обычно однородные продольные электрические поля используются в ионных источниках масс-спектрометров для ускорения ионов с целью их дальнейшего разделения в камере анализатора.