1.7. Методы масс-спектрометрического анализа и масс-спектрометрические устройства

Для проведения масс-анализа используются разнообразные по устройству и назначению масс-спектрометрические приборы с различным принципом работы. Остановимся на этих особенностях.

1.7.1 Общие положения

В основе всего многообразия по использованию масс-спектрометрических устройств как при работе со стабильными изотопами, так и молекулярными смесями, лежит две типовые задачи:

• Прецизионное определение массы компонент.

• Измерение относительного содержания изотопов или других компонент, входящих в состав исследуемой пробы.

Прецизионное определение масс ионов сейчас производится крайне редко в исследовательских целях. В этом случае используются специальные дорогостоящие приборы с высокой разрешающей способностью и высокой точностью анализа. Обычно это масс-спектрометры с двойной фокусировкой.

Основной же задачей серийно выпускаемых масс-спектрометров является измерение концентрации изотопов в пробе или исследуемых молекулярных компонент в смеси, а также определение вариаций изотопного состава химических элементов в различных технологических и природных процессах.

В зависимости от требуемых нормативов измерять составы смесей приходится с разной точностью. При оценочных измерениях точность обычно не велика и можно использовать однолучевой метод с линейной разверткой спектра. Для прецизионных же измерений требуется многолучевой или в пределе двулучевой метод измерений.

Суть однолучевого метода регистрации состоит в том, что все ионы независимо от массы последовательно, приводятся на один и тот же коллектор. За этот отрезок времени неизбежно происходят колебания в параметрах измерительной электронной схемы. Эти колебания по разному будут сказываться на регистрируемой интенсивности ионных токов, что неизбежно вызывает появление ошибки измерений. С другой стороны в данном методе регистрации можно использовать простые не дорогостоящие приборы.

При многолучевом или двулучевом методе регистрации ионы разной массы одновременно приводятся на разные коллекторы. Поэтому изменения в параметрах электронной схемы прибора здесь будут сказываться одинаково на все фиксируемые интенсивности ионных токов и точность анализа повышается. Однако в этом случае необходимо использовать более сложные и дорогостоящие масс-спектрометры.

Для решения многообразных задач масс-анализа использовались и используются разные по конструкции масс-сепктрометрические устройства, которые можно сравнивать между собой, используя их следующие основные параметры.

- Диапазон измеряемых масс, а.е.м

• Разрешающая способность

• Точность анализа или погрешность измерений

• Чувствительность

• Количество вещества, необходимое для проведения анализа

• Экспрессность или скорость проведения измерений

• Стоимость используемого прибора

Все применявшиеся ранее и эксплуатируемые в настоящее время масс-спектрометрические устройства можно подразделить на два больших класса

• Статические системы

• Динамические системы

Статические системы используют неизменные во времени электрические и магнитные поля и применяются обычно в стационарных лабораторных условиях.

Динамические системы используют переменные во времени электрические и магнитные поля или фактор времени. Используются они как в стационарных, так и в переносных, часто специальных, условиях.