Масс-спектрометры

Масс-спектрометры, приборы для разделения ионизированных частиц вещества (молекул, атомов) по их массам, основанные на воздействии магнитных и электрических полей на пучки ионов, летящих в вакууме. В масс-спектрометрах регистрация ионов осуществляется электрическими методами, в масс-спектрографах — по потемнению чувствительного слоя фотопластинки, помещаемой в прибор.

  Масс-спектрометр (рис. 1) обычно содержит устройство для подготовки исследуемого вещества 1; ионный источник 2, где это вещество частично ионизуется и происходит формирование ионного пучка; масс-анализатор 3, в котором происходит разделение ионов по массам, точнее, обычно по величине отношения массы m иона к его заряду e; приёмник ионов 4, где ионный ток преобразуется в электрический сигнал, который затем усиливается и регистрируется. В регистрирующее устройство 6, помимо информации о количестве ионов (ионный ток), из анализатора поступает также информация о массе ионов. Масс-спектрометр содержит также системы электрического питания и устройства, создающие и поддерживающие высокий вакуум в ионном источнике и анализаторе. Иногда масс-спектрометры соединяют с ЭВМ.

  При любом способе регистрации ионов масс-спектр в конечном счёте представляет собой зависимость величины ионного тока I от m. Например, в масс-спектре свинца (рис. 2) каждый из пиков ионного тока соответствует однозарядным ионам изотопов свинца. Высота каждого пика пропорциональна содержанию данного изотопа в свинце. Отношение массы иона к ширине dm пика (в единицах массы)  называется разрешающей силой или разрешающей способностью масс-спектрометра. Поскольку ширина пика на разных уровнях относит. интенсивности ионного тока различна, величина R на разных уровнях также различна. Так, например, в спектре рис. 2 в области пика изотопа 208Pb на уровне 10 % относительно вершины пика R = 250, а на уровне 50 % (полувысота) R = 380. Для полной характеристики разрешающей способности прибора необходимо знать форму ионного пика, которая зависит от мн. факторов. Иногда разрешающей способностью наз. значение той наибольшей массы, при которой два пика, отличающиеся по массе на 1, разрешаются до заданного уровня. Т. к. для мн. типов масс-спектрометров R не зависит от отношения м/е, то оба приведённых определения R совпадают. Принято говорить, что масс-спектрометр с R до 102 имеет низкую разрешающую силу, с R ~ 102 — 103 — среднюю, с R~ 103 — 104 — высокую, с R > 104 — 105 — очень высокую.

  Общепринятого определения чувствительности масс-спектрометров не существует. Если исследуемое вещество вводится в ионный источник в виде газа, то чувствительностью масс-спектрометра часто называют отношение тока, создаваемого ионами данной массы заданного вещества, к парциальному давлению этого вещества в ионном источнике. Эта величина в приборах разных типов и с разными разрешающими способностями лежит в диапазоне от 10-6 до 10-3 а/мм рт. ст. Относительной чувствительностью называется минимальное содержание вещества, которое ещё может быть обнаружено с помощью масс-спектрометров в смеси веществ. Для разных приборов, смесей и веществ она лежит в диапазоне от 10-3 до 10-7 %. За абсолютную чувствительность иногда принимают минимальное количество вещества в r, которое необходимо ввести в масс-спектрометр для обнаружения этого вещества.