Kütle spektrometresi iyonları nasıl ayırır?
Dört kutuplu ayırma sistemi
Burada iyonlar, kütle-yük oranına göre ayrılır. Fiziksel olarak, elektrik yüklü parçacıkların (iyonların) yollarından sapmasının yalnızca kütle/yük oranına göre mümkün olduğunu biliyoruz, çünkü parçacıkların çekimi yükle orantılıyken eylemsizlik (değişime dirençli) kütleyle orantılıdır. Ayırma sistemi, paralel olarak yerleştirilmiş ve birbirinden izole edilmiş dört silindirik metal çubuktan oluşur; karşılıklı iki çubuk aynı potansiyele sahiptir. Şekil 4,2'de çubukların ve güç kaynaklarının düzeni şematik olarak gösterilmektedir. Ayırma sisteminin içindeki Φ elektrik alanı, bir DC gerilimi ve yüksek frekanslı bir AC geriliminin üst üste bindirilmesiyle oluşturulur:
r0 = çubuk sisteminin içine yazılabilen silindirin yarıçapı.
Şekil 4,2 Dört kutuplu kütle spektrometresi için şema
Ayrıştırma sisteminin içindeki merkez çizgisine yakın ve paralel hareket eden ve hareketine dik olan tek bir yüklü iyon üzerinde etki yaratan kuvvetler şunlardır:
Bu hareket denklemlerinin matematiksel olarak işlenmesi Mathieu'nun diferansiyel denklemlerini kullanır. Kararlı ve kararsız iyon yolları olduğu gösterilmiştir. Sabit yollarla, iyonların ayırma sisteminin merkez çizgisinden olan mesafesi her zaman ro'dan (geçiş koşulu) daha az kalır. Kararsız yollarda, iyon nihayetinde çubuk yüzeyiyle çarpışana kadar eksenden uzaklık artacaktır. İyon deşarj olur (nötrleştirilir) ve böylece dedektör tarafından kullanılamaz hale gelir (blokaj durumu).
Diferansiyel denklemi çözmeden bile, dört kutuplu ayırma sisteminin en önemli özelliklerinin anlaşılmasına yol açan salt fenomenolojik bir açıklamaya varmak mümkündür.
Ayırma sistemini kestiğimizi ve birbirine dik olan ve her biri iki zıt çubuğun merkezlerinden geçen iki düzlemde hareket eden, atom numarası M olan tek iyonlaştırılmış, pozitif bir iyonun sapmasını gözlemlediğimizi hayal edersek. Adım adım ilerliyoruz ve önce xz düzlemini gözlemliyoruz (Şekil 4,5, sol) ve ardından yz düzlemi (Şekil 4,5, sağ):
Şekil 4,5 Ayırma sisteminin fenomenolojik açıklaması
1. Çubuklarda sadece DC potansiyeli U:
xz düzlemi (sol): Çubukta +U'nun pozitif potansiyeli, iyon üzerinde itici bir etkiyle iyonun ortalanmasını sağlar; toplayıcıya ulaşır (→ geçiş).
yz düzlemi (sağ): Çubuk -U üzerinde negatif potansiyel, yani merkez eksenden en küçük sapmalarda bile iyon en yakın çubuğa doğru çekilir ve orada nötralize edilir; toplayıcıya ulaşmaz (→ bloke olur).
2. Yüksek frekanslı voltajın üst üste bindirilmesi age V · cos ω t:
xz düzlemi (sol): Çubuk potansiyeli +U + V · cos ω t. Artan AC voltaj genliği V ile iyon, çubukla temas edene ve nötralize olana kadar daha büyük genliklerde sevimli enine salınımlar gerçekleştirmek üzere uyarılır. Ayırma sistemi çok büyük V değerlerinde bloke kalır.
yz düzlemi (sağ): Çubuk potansiyeli -U -V · cos ω t. Burada da üst üste binme ek bir kuvvet oluşturur, böylece V için belirli bir değerden itibaren enine salınımların genliği çubuklar arasındaki boşluktan daha küçük olur ve iyon çok büyük bir V'de toplayıcıya geçebilir.
3. M sabit kütlesi için i + = i + (V) iyon emisyonu:
xz düzlemi (sol): V < V 1'lik gerilimlerde salınımların artmasına yol açan sapma V 1'den küçüktür, yani hala "geçti" aralığındadır. V > V1 olduğunda, sapma artışa ve dolayısıyla tıkanmaya neden olmak için yeterli olacaktır.
yz düzlemi (sağ): V < V 1'lik gerilimlerde salınımların sönümlenmesine yol açan sapma V 1'den küçüktür, yani hala "blok" alanındadır. V > V1 olduğunda sönümleme, salınımları dengelemek ve geçişe izin vermek için yeterli olacaktır.
4. Sabit U / V oranı için iyon akışı i+ = i+ (M):
Burada ilişkiler i + = i + için olanların tam tersidir (V) V'nin hafif kütleler üzerindeki etkisi ağır kütlelere göre daha büyüktür.
xz düzlemi: M < M1 kütleleri için salınımların artmasına neden olan sapma, M 1'de olduğundan daha büyüktür, bu da iyonların bloke edileceği anlamına gelir. M > M1'de sapma artık iyonun geçebilmesi için artış için yeterli değildir.
yz düzlemi: M < M1 kütleleri için salınımların sönümlenmesiyle sonuçlanan sapma, M1'den daha büyüktür, yani iyon geçecektir. M > M1'de sönümleme sistemi sakinleştirmek için yeterli değildir ve bu nedenle iyon bloke edilir.
5. xz ve yz düzlemlerinin kombinasyonu.
Her iki çubuk çifti (sabit U / V) için i + = i + (M) iyon akımlarının üst üste bindirilmesinde üç önemli aralık vardır:
Aralık I: xz çubuk çiftinin blokaj davranışı nedeniyle M için geçiş yok.
Aralık II: Kütle M için çubuk sistemlerinin geçiş faktörü U/V oranıyla belirlenir (diğer iyonlar geçemez). Yüksek geçirgenliğin (yüksek duyarlılığa karşılık gelir) düşük seçicilik fiyatına (= çözünürlük, bkz. Kütle spektrometrisindeki Özellikler ) satın alındığını görüyoruz. Ayırma sisteminin ideal ayarı bu iki özellik arasında bir ödün verilmesini gerektirir. Sabit çözünürlük elde etmek için, U/V oranı tüm ölçüm aralığı boyunca sabit kalacaktır. Ayırma sisteminden geçebilen iyonların "atom numarası" M ( bkz. sayfa İyonizasyon ) bu koşulu karşılamalıdır:
V = Yüksek frekans genliği,
rO = Dört kutuplu yazılı yarıçap
f = Yüksek frekans
Bu doğrusal bağımlılığın bir sonucu olarak, U ve V'nin eş zamanlı, orantılı modifikasyonu nedeniyle li yakın kütle ölçeğine sahip bir kütle spektrumu ortaya çıkar.
Aralık III: M, yz çubuk çiftinin blokaj özellikleri nedeniyle geçemez.
Ölçüm sistemi (dedektör)
Ayırma sisteminden ayrıldıktan sonra iyonlar, en basit durumda bir Faraday kafesi (Faraday kabı) şeklinde olan iyon kapanı veya dedektörüyle karşılaşır. Her durumda, dedektöre çarpan iyonlar, iyon kapanındaki elektronlar tarafından nötralize edilir. Elektriksel amplifikasyondan sonra, ölçüm sinyalinin kendisi ilgili "iyon emisyon akışı" olduğu için gösterilir. Daha yüksek hassasiyet elde etmek için, Faraday kabının yerine ikincil elektron çarpan alıcı (SEMP) kullanılabilir.
Kanaltronlar veya Kanal Plakaları SEMP'ler olarak kullanılabilir. SEMP'ler başlangıçta yaklaşık 10 +6 kazanç sağlayan neredeyse eylemsiz amplifikatörlerdir; bu, ilk kullanım aşamasında gerçekten düşer ancak daha sonra uzun bir süre boyunca neredeyse sabit hale gelir. Şekil 4,6'da solda bir Faraday iyon kapanının temel yapılandırması ve sağda bir Channeltron'dan geçen bir bölüm gösterilmektedir. Spektrumları kaydederken, kütle satırı başına t0 tarama süresi ve amplifikatörün t zaman sabitleri, t0 = 10 τ olduğu koşulunu karşılamalıdır. TRANSPECTOR gibi modern cihazlarda, tarama süresinin ve amplifikatör zaman sabitlerinin sınırsız seçimi mikroişlemci kontrolü ile mantıksal değer çiftleri ile sınırlandırılacaktır.
Şekil 4,6 Sol: Faraday kabı prensibi. Sağ: Channeltron konfigürasyonu
Vakum Teknolojisinin Temelleri
Vakum pompası temellerini ve proseslerini keşfetmek için "Vakum Teknolojisinin Temelleri" adlı e-Kitabımızı indirin.
Referanslar
- Vakum sembolleri
- Terimler Sözlüğü
- Referanslar ve kaynaklar
Vakum sembolleri
Vakum sembolleri
Pompa tiplerinin ve pompalama sistemlerindeki parçaların görsel bir temsili olarak vakum teknolojisi şemalarında yaygın olarak kullanılan sembollerin sözlüğü
Terimler Sözlüğü
Terimler Sözlüğü
Vakum teknolojisinde kullanılan ölçüm birimlerine ve sembollerin ne anlama geldiğine ve tarihi birimlerin modern eşdeğerlerine genel bir bakış
Referanslar ve kaynaklar
Referanslar ve kaynaklar
Vakum teknolojisinin temel bilgileriyle ilgili referanslar, kaynaklar ve daha fazla okuma
Vakum sembolleri
Pompa tiplerinin ve pompalama sistemlerindeki parçaların görsel bir temsili olarak vakum teknolojisi şemalarında yaygın olarak kullanılan sembollerin sözlüğü
Terimler Sözlüğü
Vakum teknolojisinde kullanılan ölçüm birimlerine ve sembollerin ne anlama geldiğine ve tarihi birimlerin modern eşdeğerlerine genel bir bakış
Referanslar ve kaynaklar
Vakum teknolojisinin temel bilgileriyle ilgili referanslar, kaynaklar ve daha fazla okuma
