常见电离源
##真空状态下使用的电离源:
电子轰击电离源 Electron Impact Ionization,EI
化学电离源 Chemical Ionization,CI
快原子轰击源 Fast Atom Bombardment,FAB
基质辅助激光解析电离 Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization,MALDI
##大气压状态下使用的电离源:
电喷雾电离源 ELectrospray Ionization,ESI
大气压化学电离源 Atmospheric Pressure Chemical Ionization,APCI
大气压光电离源 Atmospheric Pressure Photo spray Ionization,APPI
电子轰击电离源
一般用于小分子量的、无机的气体分子物质。
固体、液体样品需要加热气化才进入离子源,则需考虑热稳定性与挥发性。
常与气相色谱联用
电子轰击,发生能量交换,被测物质的分子或原子失去价电子生成正离子,或捕获电子生成负离子。
商用EI源使用的轰击电子的能量一般为70eV,具有较多的标准库;较高的电子能量可使分子离子上的剩余能量大于分子中某些键的键能,而使分子离子发生裂解。
使用较低的电离电压,来控制碎片离子的数量和分子离子峰的强度。
结构上:
加热灯丝(位于阴极)产生电子,在另一端的阳极(在电场作用下?)收集阴极发射的电子和在电离过程中产生的负离子(即电子)。(后面只分析正离子)
灯丝常用钨丝和铼丝,常用两条灯丝;设置屏蔽罩防止阴极按全方位角发射电子,利用罩上一定的电位,使电子以同一方向进入电离室。
阴极对仪器的灵敏度、稳定性和分辨率都有影响,需稳定阴极丝的供电电流,以保证发射电子流的稳定性;即通过全波整流后的直流经晶闸管向钨阴极提供2-5A的直流电流,构成负反馈机制。
在电离室中产生的正离子,由处于负电位的加速电极引出并使之加速。
再使用永久磁铁产生磁场,目的是使电子以螺旋运动的形式通过电离室,以增加电子在电离室中的路径!
辅助磁场方向大致与电流方向一致,电子绕磁力线做螺旋运动。(电离室产生的正离子也做螺旋线运动)
质量歧视效应:不同质荷比(m/ze)的离子具有不同的运动半径。则不同质荷比的离子具有不同的初始能量,会引起离子能量分散,这会直接影响仪器的分辨率。为减小质量歧视效应,一般会把电离室的宽度做的很小,同时采用推斥极来改善电离室内的电位分布。
离子推斥极,改善电离室内的电位分布,限制电子和离子定向运动,来增大离子流强度,减少离子能量分布。一般取一对,位于电离室的上下方,来构成电子束的宽度的限制尺寸。
离子光学系统,离子源设计的关键,作用是通过静电透镜系统将离子引出电离室,并进一步加速、聚焦成一定形状的离子束;静电透镜是指施加一定电位的中心开孔的金属薄板或圆筒构成的电子和离子光学器件,将电离室中大部分的离子以很小的散角送至质量分析器。
化学电离源
一般用于电离分子量大的、稳定性差的有机物
化学电离是基于离子-分子反应产生离子,即利用大量反应气体的离子与少量样品分子之间的碰撞来生成样品离子,而反应气体的离子是用电子轰击反应气体产生而产生的。
化学电离源的关键是既要维持较高的工作气压,又要不影响电子束的射入和离子束的引出。源附近的气压分布:电离室内压强高,电离室外压强低,将电离室外的碰撞减至最小。使用两套独立的真空系统进行差级抽气,离子源要用高速抽气泵。
需要保持电离室的气密性,即离子引出缝和电子入射口的截面不能过大。
选择不同的反应气体来控制化学电离的碎片离子的种类和数目,产生正离子的机理有:
- 将过程看成是从一个酸性反应气体离子向样品分子的质子迁移
- ·反应气离子捕获(样品分子直接与整个反应气体离子结合
- 电子迁移
化学电离也可使样品分子电离负离子,电子与样品分子的相互作用产生负离子的机理有:
- 谐振捕获
- 离解谐振捕获
- 离子对得到形成
反应气离子与样品分子作用而形成负离子
- 负离子质谱
大气压化学电离源
由于结构与极性的限制,APCI可作为ESI的补充,来增加离子产率;
与电喷雾电离源结构大致相同,不同之处在于APC喷嘴的下游放置一个针状放电电极;
通过放电电极的高压放电,使空气中的某些中性分子(N2,O2气体)电离,溶剂分子也会被电离,这些离子与分析物分子发生离子-分子反应,使分析物分子离子化,这些反应包括质子转移和电荷交换产生的正离子,质子脱落和电子捕获产生的负离子等。
存在基质效应;
-
为什么溶剂分子被电离了,但是样品(分析物)分子没有被电离?
-
加热为了雾化、气化?
火花电离型离子源
利用真空高压放电使样品电极产生电离
- 前击穿阶段
- 高压击穿(火花击穿)阶段
- 电弧阶段
离子轰击型离子源
利用气体放电或其他方式产生的具有一定能量的一次离子束,轰击真空中的固体表面,会发生:一次离子的散射,中性粒子、正负二次离子的溅射,二次电子、X射线和光的发射。
离子束与样品表面(靶面)成一定的入射角
二次离子质谱法:直接引出溅射二次离子进行分析
电离中性粒子质谱法:利用辅助电子束碰撞溅射出来的中性粒子,分析电离后的离子
快原子轰击离子源
适用于极性和不挥发、热不稳定化合物的电离
用一个离子源将输入的氩气电离成为离子,然后将氩离子与中性氩气碰撞,由所发生的谐振电荷迁移过程,获得与氩离子的能量相近的快原子束;再轰击样品,同样是检测二次离子。
激光离子源
激光具有很强的能量,激光器产生的相干光束能会聚成高辐射密度的光束,并聚焦在很小的面积上,可以产生极高的表面温度,激光离子源可用于蒸发和电离样品(不挥发、热不稳定)。
出现以下效应:热电子发射、热离子发射、中性原子/分子蒸发、光电离;
所产生的离子流延续时间短需要快速反应的质量分析器;
场致电离离子源
可用于气态样品的电离,不可用于电离不挥发或热不稳定的化合物;除非是场致解吸
在距离很近的阳极和阴极之间,施加几千伏的稳定直流电压,在阳极的尖端附近产生强电场,可将非常尖端的气态样品分子中的电子拉出去,而形成离子。
- 隧道效应
产生场致电离的时间短,也需要快速响应的质量分析器和检测系统
场致解吸可以不用加热而形成分子分离,但是所得到的总离子流比其他方法都低