扇形磁場質譜計

扇形磁場質譜計，質譜分析儀器中最基本的一種，又稱扇形磁質譜計。

扇形磁場質譜計

氣體分子或液體、固體的蒸氣分子受到具有一定能量的高速電子流轟擊後,分子變成帶正電荷的陽離子,稱為分子離子。電場或磁場的作用使離子加速，電場強度越大，電場內的陽離子速度越大。帶正電荷的離子在磁場內運動時，也會因磁場的作用而加速，其加速度與磁場強度有關。但是,它在磁場空間中的運動不呈直線,而是以一定的曲率半徑作曲線運動。一個帶正電荷的分子離子在磁場空間受磁場影響所作曲線運動的曲率半徑 r 與有關參數的關係，可由下式表示

式中E為使分子離子加速進入磁場的電場強度；H為所用磁場的強度;m為分子離子的質量數(以12C 的原子量為12個質量單位來確定其他原子或分子的質量的一種質量表示方法)；e為分子離子所具有的電荷單位數,m/e稱為分子離子的質荷比。它是以不同的分子離子為特徵的。不同的離子具有不同m/e,是利用質譜法進行定性分析的依據。由於在多數情況下,分子離子只帶一個正電荷,有時就用質量數m表示質荷比。
分子離子在磁場空間作曲線運動的曲率半逕取決於3個因素:加速電場的強度,磁場強度,以不同離子為特徵的質荷比或質量數。質譜儀器正是根據這 3個因素使混合的分子離子先按質荷比進行分離,而後加以檢測,以實現定性分析和定量分析。 圖中a為質譜儀分析和扇形磁場質譜計的原理。經過電場E加速的分子離子經狹縫S1進入磁場，不同質荷比的離子在磁場中以不同的曲率半徑運動，質荷比越大的離子,其曲率半徑r也越大。如圖中r3＞r2＞r1,則對應的質量數m3＞m2＞m1。因此,不同質量數的離子在通過磁場後便得到分離。

扇形磁場質譜計

如果在磁場的另一端裝置一個狹縫S2,如圖中正好是對應於曲率半徑為r1、質量數為m1的離子對準了它,則對應於m1的離子就可穿過狹縫S 2被裝在狹縫後面的離子收集極所收集，並給出一個與收集離子的數量有關的電信號。這個信號的大小就是利用質譜分析儀器進行定量分析的依據。
對於同一質量數的離子，固定E而改變H，則其運動的曲率半徑r便隨著H不同而變化的。如果逐步加大H,則可使具有較大質量數的離子m2和m 3的曲率半徑r2和r3變小,依次達到r1而穿過狹縫為收集極所收集,並同樣依次給出相應的信號。這樣,以H(實際上就是m或m/e)為橫坐標，以收集極給出離子流大小的信號為縱坐標，繪出或直接記錄下的曲線,就是分析得到的質譜圖（圖中b）。根據質譜圖就可以分析得到定性分析、定量分析和其他分析結果。上述逐步改變H 使不同的離子通過固定的狹縫就是磁學式質譜分析儀器中的磁場掃描。
圖中c是扇形磁場質譜計的結構原理。樣品氣體經進樣系統引入。整個系統是離子運動系統，必須在高真空下工作，因而接有高真空抽吸泵，以使系統保持真空。引入的氣體先進入電子轟擊離子源。樣品分子在離子源中受高速電子束的轟擊，電離生成離子分子。生成的離子分子在加速電場作用下加速進入磁場。樣品分子離子在磁場中被分離（這一部分稱為質量分析器），而後經狹縫引出為收集極收集並由電測裝置檢測。檢測結果由顯示記錄儀器顯示並記錄下質譜圖。

配圖

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