Johdanto
RF-massaspektrometriä kutsutaan myös Quadrupoli-massaspektrometriksi. Radiotaajuusmassaspektrometrin ydinkomponentti on kvadrupolisauva. Nelinkertaisessa sauvassa neljä elektrodin sauvaa on jaettu kahteen ryhmään, ja niihin syötetään radiotaajuinen (RF) käänteinen vaihtojännite. Tässä potentiaalikentässä sijaitsevat ionit voivat saavuttaa ilmaisimen sen jälkeen, kun valittu osa on stabiili, tai päästä tilaan myöhemmin myöhempää analyysiä varten. Radiotaajuusmassaspektrometrin rakenne ja piiri ovat yksinkertaisempia kuin muut massaspektrometrit. Kustannukset ovat myös suhteellisen alhaiset. Radiotaajuisia massaspektrometrejä käytetään laajalti kromatografia-massasepctrometriassa (Chromatography-MassSepctrometry).
TendemMassSpectrometry (TendemMS) voidaan saavuttaa käyttämällä useita kvadrupoleja sarjassa analyytin rakennetietojen saamiseksi.
Radiotaajuusmassaspektrometri sallii vain ionien, joilla on yksi varaus-massasuhde, kulkea läpi joka kerta. Pyyhkäistäessä suurta massaväliä radiotaajuusmassaspektrometrin vaatima aika on paljon suurempi kuin lentoajan massaspektrometrian (TimeofFlightMassSpectrometry, ToF-MS) aika. ), Orbitrap MS (OrbitrapMS), Linear Ion Trap (LinearIonTrap) ja muut massaspektrometrit, jotka käyttävät pulssinäytteenottoa.
Radiotaajuus
Radiotaajuus (RF) on lyhenne sanoista Radio Frequency, joka tarkoittaa sähkömagneettista taajuutta, joka voidaan säteillä avaruuteen ja jonka taajuusalue on 300 kHz - 300 GHz. Radiotaajuudesta käytetään lyhennettä RF. Radiotaajuus on radiotaajuusvirta, joka on lyhenne sanoista korkeataajuinen vaihtovirta muuttuva sähkömagneettinen aalto. Vaihtovirtaa, joka muuttuu alle 1 000 kertaa sekunnissa, kutsutaan matalataajuiseksi virraksi ja sitä, joka muuttuu yli 10 000 kertaa, suurtaajuiseksi virraksi. Radiotaajuus on niin korkeataajuista virtaa. Korkea taajuus (yli 10K); radiotaajuus (300K-300G) on korkean taajuuden korkeampi taajuuskaista; Mikroaaltotaajuuskaista (300M-300G) on radiotaajuuden korkeampi taajuuskaista.
Elektroniikan teoriassa, kun virta kulkee johtimen läpi, johtimen ympärille muodostuu magneettikenttä; kun vaihtovirta kulkee johtimen läpi, johtimen ympärille muodostuu vaihtuva sähkömagneettinen kenttä, jota kutsutaan sähkömagneettiseksi aalloksi. Kun sähkömagneettisen aallon taajuus on pienempi kuin 100 khz, pinta absorboi sähkömagneettisen aallon eikä voi muodostaa tehokasta lähetystä, mutta kun sähkömagneettisen aallon taajuus on suurempi kuin 100 kHz, sähkömagneettinen aalto voi levitä ilmassa ja heijastua ionosfääristä ulkoreunalla ilmakehän muodostaa pitkän matkan lähetyskyky , Kutsumme korkeataajuisia sähkömagneettisia aaltoja pitkän matkan lähetysominaisuuksilla radiotaajuuksiksi; radiotaajuustekniikkaa käytetään laajasti langattoman viestinnän alalla, ja kaapelitelevisiojärjestelmä käyttää radiotaajuista lähetystä.
Historia
Varhaisin kirjallisuus radiotaajuisista massaspektrometreista on peräisin vuoden 1950 puolivälistä. Keksijä, professori Wolfgang Paul, voitti fysiikan Nobel-palkinnon vuonna 1989.
Laadunvalitsin ja sen periaate
Vaikka suurin osa todellisuudessa käytetyistä kvadrupolilaatuisista valitsimista on lieriömäisiä, ihanteellinen laadunvalitsin on hyperbolinen muoto. Massavalitsimen koko on yleensä muutamasta sentistä kymmeniin senttimetreihin.
Kvadrupolilaadunvalitsimen neljä napaa on jaettu kahteen vastaavaan ryhmään ja vastaavasti syötetään käänteistä radiotaajuista suurjännitettä. Kahden jännitejoukon lausekkeet ovat:
Molemmilla jännitteillä on vain vastakkaiset merkit. Missä U on tasavirtakomponentti (DC) ja V on radiotaajuuden (lähetystaajuuden saavuttava vaihtovirta, RF) komponentin amplitudi (V_rms käytetään tässä Vp-p:n sijaan).
Normaalioloissa U:n arvo on 500-2000V ja V:n arvo 0-3000V.
Tällaisessa sähkökenttäympäristössä ionit värähtelevät sähkökentän mukaan. Kuitenkin vain ionit, joilla on tietty varaus-massasuhde, voivat kulkea sähkökentän läpi stabiilisti. Kun navan jännite on määritelty, liian pienimassaisiin ioneihin vaikuttaa suuri jännite, mikä aiheuttaa erittäin voimakkaan värähtelyn, mikä saa kosketusnapaan latautumaan ja tyhjiöjärjestelmän pumppaa sen pois; Sitä ei voida vetää tarpeeksi sähkökentällä, ja lopulta se koskettaa napaa tai lentää ulos sähkökentästä eikä ohita massanvalitsinta.
In the hardware of the quadrupole mass selector, the usual method is to adjust the radio frequency working frequency w to select the mass of the ion, and adjust the ratio of U to V to adjust the ion pass rate. The corresponding picture in this section shows that the triangular area is the stable area of the ion of this mass. The ratio of U to V is represented here as a slope. It can be seen that the larger the U/V, the higher the accuracy of ion selection, and the stronger the resolution of the instrument, but the number of ions that can be stably passed is reduced; while the smaller the U/V ratio, the more ions pass, but the resolution decreases. . After weighing, the resolution of most RF mass spectrometers is about 1Th, which is reflected in the mass spectrum that the half-peak width is about 1Th or 1Da.
On syytä huomauttaa, että kun U-arvo on nolla, eli kun kvadrupoliin syötetään vain RF-jännite, kaikki ionit voivat kulkea läpi. Tämän operaation merkitys on, että ionisäde voidaan keskittyä enemmän. Yleensä käytetään ionipeilinä (IonLens). Tyypillisin jatke on oktopolien ja heksapolien ulkonäkö, jotka ovat itse asiassa johdettu kvadrupolien perustoiminnallisista ominaisuuksista.
Tyhjiöjärjestelmä
RF-massaspektrometrin tyhjiöjärjestelmä on yleensä jaettu kahteen vaiheeseen.
The primary vacuum system provides basic vacuum support for the secondary vacuum system. The secondary vacuum system is usually directly connected to the cavity of the mass spectrometer to make the mass spectrometer reach a vacuum state. It is worth noting that the vacuum of the RF mass spectrometer is not a high vacuum (0.001Pa). The ions move in the pole, and a large amount of energy is obtained from the electric field. In order to form a stable ion cloud, a very small amount of gas must be present in RF mass spectrometry to absorb excess kinetic energy. The vacuum of a radio frequency mass spectrometer is usually one percent of the time-of-flight mass spectrometry (1e-5Pa) and one ten billionth of the orbital ion trap mass spectrometry (1e-14Pa).
Ensisijainen tyhjiö
Ensisijainen tyhjiö on yleensä mekaaninen pumppu (RoughingPump) tai rullapumppu (ScrollPump). Tyhjiöaste on noin 1 mTorr (0,13 Pa).
Mekaaniset pumput ovat suhteellisen edullisia rullapumppuihin verrattuna, mutta vaativat voiteluöljyä toimiakseen. Kaasuherkkää analyysiä suoritettaessa, erityisesti ilmakehätieteiden alalla, käytetään yleensä mekaanisen pumpun sijasta rullapumppua.
Toissijainen tyhjiö
Toissijaisessa tyhjiössä käytetään yleensä turbomolekulaarista pumppua (TurbomolecularPump) tai dispersiopumppua (DiffusionPump).
Molekyylipumppu on kooltaan pieni ja sen hyötysuhde on suurempi kuin dispersiopumpun. Tavalliset molekyylipumput voivat tukea 350 l/min ilmavirtausnopeutta, ja huippuluokan molekyylipumput voivat saavuttaa erittäin korkean tyhjiön 1e-14Pa.
Hajotuspumpulla on valtava tilavuus, joka voi olla 1-2 metriä. Nykyaikaisissa instrumenteissa se on periaatteessa korvattu turbomolekyylipumpuilla.
Kvadrupolimassaspektrometrin vaatimissa tyhjiöolosuhteissa turbomolekyylipumppu voi yleensä saavuttaa 30 minuutin sisällä. Dispersiopumppu tarvitsee 20-80 tuntia.
Virtajärjestelmä
Because the quadrupole system requires high-frequency voltage, magnetic cores are usually not used in the core power supply system of RF mass spectrometry, but air-core transformers are used to ensure the circuit For high frequency radio frequency response. The early shock-generating components used a capacitor-inductor-transistor self-oscillation method (the mass spectrometer produced by THS in Georgia, USA still uses this system), with electronic technology For the development of oscillating sources, voltage-controlled oscillators (VoltagedControlledOscillator, VCO) or direct digital synthesis (DirectDigital Synthesis, DDS) are mostly used.
Laajennetut sovellukset
Suora mittaus
(DirectMeasurement)
RF-massaspektrometriä voidaan käyttää suorana mittauslaitteena.
Yhdistämällä eri ionilähteitä RF-massaspektrometria käytetään yleisenä analyyttisen kemian työkaluna. Erityisesti pitkäkestoisessa mittauksessa RF-massaspektrometrin tuottaman tiedon määrä on huomattavasti pienempi kuin muissa rinnakkaismittausmassaspektreissä (lentoajan massaspektrometria jne.).
Monivaiheinen massaspektrometria
(TendemMassSpectrometry, MS-MS)
RF-massaspektrometrin alhaisen erotuskyvyn vuoksi kyky määrittää tuntemattomia aineita puuttuu. Monivaiheisen massaspektrometrian avulla ionit kulkevat kahden kvadrupolijärjestelmän ryhmän keskellä olevien itsenäisten kammioiden läpi fragmentoitumista varten. Näin ollen ominaismassaisten ionien tuottamat fragmentit analysoidaan ja ionien rakenneinformaatio voidaan saada.
Fragmentointimenetelmä sisältää törmäysfragmentointimenetelmän (CollisionInducedDisssociation, CID), jossa ruiskutettu kaasu törmää ioneihin, ja menetelmän, joka emittoi elektronien fragmentoinnin suoraan elektronitykin kautta (ElectronDisssociation).
Monivaiheisella massaspektrometrialla on keskeinen rooli biokemiassa ja orgaanisessa kemiassa.
Kromatografia-massaspektrometria
(Kromatografia-massaspektrometria)
Kromatografia-massaspektrometrian tyypillisin sovellus on kaasukromatografia-massaspektrometria (GasChromatography-MassSpectrometry, GC-MS) ja nestekromatografia-massaspektrometria (LiquidChromatography-MassSpectrometry).
Etuna on kromatografian ja massaspektrometrian yhdistäminen, joka ratkaisee sen ongelman, että jos ionien massat ovat massaspektrometriassa liian samanlaisia, niitä ei voida erottaa. Kromatografiassa retentioaika (RetensionTime) antaa rakenteellista tietoa erityyppisistä seoksessa olevista aineista, ja esierotustoiminto parantaa massaspektrometrin uskottavuutta. Tämä menetelmä on samanlainen kuin ioniliikkuvuusspektrometria (IonMobility Spectrometry-MS, IMS-MS).
Tämän menetelmän soveltamisen vaikeus piilee kromatografialaitteiden ja massaspektrometrialaitteiden yhdistämisessä. Yleisimmin käytetty menetelmä on sähkösumutusionisaatio (Electrospray Ionization, ESI).
Tätä sivua ei ole valtuutettu kopioimaan numerosta 41021653