2、離子源

在質(zhì)譜儀中，離子源的作用是使被分析的物質(zhì)電離成離子。在多數(shù)情況下，離子源還把這些離子按一定的離子光學(xué)系統(tǒng)聚成一定幾何形狀和一定能量的離子束。離子源的性能與質(zhì)譜儀器的靈敏度、分辨本領(lǐng)等主要技術(shù)指標(biāo)有很大關(guān)系。因此，通常把離于源稱為質(zhì)譜儀器的心臟部件。理想的離子源應(yīng)具有電離效率高、束流聚焦好、傳輸效率高，并且離子流穩(wěn)定性高，質(zhì)量歧視效應(yīng)不顯著等性能。常見(jiàn)的電離方法有電于轟擊〔EI〕、化學(xué)電離(CI),和其它一些軟電離的方法。同位素質(zhì)譜分析僅用電子轟擊一種電離方法。

電子轟擊電離是利用熱陰極發(fā)射的具有一定能量的電于束，轟擊樣品的氣體或熱氣。當(dāng)電子的能且大于樣品的分子(或原子)的電離電位時(shí)，有些分子可以因丟失電子而電離成正離子，也有的分子可以因俘獲電子而成負(fù)離子《圖48-4)。

電子轟擊電離方法能夠電離全部氣體、揮發(fā)性化合物和金屬蒸氣。對(duì)蒸氣壓較低的液體和固體樣品，可在電離室內(nèi)設(shè)置涂有樣品的加熱金屬帶或小型坩堝，使難揮發(fā)的液體、固體樣品加熱到一定溫度后而蒸發(fā)。

3、質(zhì)量分析器

質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀器的主體.。按照質(zhì)量分析器類型不同，離子的分離或者根據(jù)空間軌跡不同，或者表現(xiàn)為軌跡穩(wěn)定與否，或者由于飛行時(shí)間不同而實(shí)現(xiàn)。同位素質(zhì)譜儀通常采用的是磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)質(zhì)量分析器。

磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)質(zhì)量分析器是采用磁鐵使不同質(zhì)荷比的離子發(fā)生磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)而實(shí)現(xiàn)分離的儀器，這類質(zhì)譜儀稱為磁質(zhì)譜。它多采用半圓形(180⁰)或扇形(60⁰或90⁰)的均勻磁場(chǎng)。一般是用一塊磁鐵的單聚焦儀器?，F(xiàn)以180⁰均勻磁場(chǎng)單聚焦質(zhì)譜儀器為例，說(shuō)明磁質(zhì)譜儀是如何按照質(zhì)荷比將離子進(jìn)行分離的。圖48-5為單聚焦質(zhì)譜計(jì)的工作原理示意圖。

設(shè)電荷為e，質(zhì)量為m的正離子，在電離室出口縫S₀和離子源出口縫S₁之間受到電壓V的加速，離子到達(dá)S₁時(shí)的速度為v₀。在忽略離子初始能量的情況下，離子到達(dá)S₁時(shí)的動(dòng)能等于離子在加速電場(chǎng)中的勢(shì)能，即:

（48-1）

設(shè)質(zhì)量分析器的磁場(chǎng)H垂直作用于紙面。當(dāng)帶電離子進(jìn)入橫向均勻磁場(chǎng)時(shí)，離子受到磁場(chǎng)作用力而改變運(yùn)動(dòng)方向，作勻速圓周運(yùn)動(dòng)。設(shè)離子圓周運(yùn)動(dòng)的軌道半徑為R，則向心力必然和磁場(chǎng)作用力相等，即:

（48-2）

由(48-1)式和(48-2)式聯(lián)立，消去V得到：

（48-3）

(48-3)是磁式質(zhì)譜計(jì)，也通稱為質(zhì)譜計(jì)的基本方程式。從基本方程式可以看出，離子的質(zhì)荷比與加速電壓V、磁場(chǎng)強(qiáng)度H和軌道半徑R三個(gè)量有關(guān)，只要改變?nèi)魏我粋€(gè)量值都可以使離于按質(zhì)荷比m/e分離。圖48-5所示的是在H和V不變的情況下。質(zhì)量不(m₁＜m₂＜m₃) 的三種離子以不同軌道半徑(R, <R,<R, )實(shí)現(xiàn)了分離。當(dāng)固定離子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑R，改變加速電壓(電掃描)或改變磁場(chǎng)強(qiáng)度(磁掃描)，就能夠在離子接收器上記錄到不同質(zhì)荷比的離子流強(qiáng)度。

4、離子接收器

在質(zhì)譜計(jì)中，通過(guò)質(zhì)量分析器分離后的不同質(zhì)荷比的離子束，最終到達(dá)離子接收和檢測(cè)系統(tǒng)，然后根據(jù)接收、檢測(cè)到的離子的類型和數(shù)量進(jìn)行質(zhì)譜分析。常用的離子接收器有兩種類型:法拉第筒和電子倍增器。同位素質(zhì)譜儀一般采用的是法拉第筒接收器。

法拉第簡(jiǎn)是一種最簡(jiǎn)單、最常用的接收器。用一個(gè)筒狀(或平板狀)電極接收離子(圖48-6)，并用直接電測(cè)法記錄離子流強(qiáng)度，稱單接收器。為了同時(shí)檢測(cè)多種成分，或在精密測(cè)定同位素比值時(shí)減少先后測(cè)定過(guò)程中由于進(jìn)樣系統(tǒng)、質(zhì)量分析系統(tǒng)和離子流檢測(cè)系統(tǒng)不穩(wěn)定所引起的誤差，可采用多束接收器（圖48-7)。

參考資料：土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法