四极滤质器工作原理_凡哥笑笑

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四极滤质器工作原理

(2010-12-27 01:35:08)

标签：

四极滤质器

电感

耦合

等离子体

质谱

icp-ms

分析

对于电感耦合等离子体质谱ICP-MS

基本功能：
ICP-MS 一种高灵敏度的痕量分析仪器。利用ICP 产生的离子进行质谱分析，从而完成
元素定性、半定量和定量分析的测定。它具有同时多元素分析、极低的检出限、快速的分析
速度、非常宽的元素分析范围包括能分析难测定元素，即稀土元素,贵金属,铀等、能与色谱
分析联用进行元素形态分析等优点。
用途：
广泛应用于地质、环保、临床诊断及刑侦、石化、半导体和冶金等行业，可测定70 余种元
素。

分析系统是本仪器的核心。它由四根半径为r，长度为l，严格平行对称放置的园杆组成。相对两杆之间的距离为2r0，并短接成一组。两组杆是相互绝缘的。接通电路后。他们对地的电压分别为+F0和-F0，其形式为：

http://course.qqhru.edu.cn/eol/homepage/qqhru/courseware/070201/U/24/web_sj/image/goshi7.gif

http://s15/middle/53c3f40ag9854864d23fe&690

即一直流电压U和一角频率为w的交流电压Vcoswt的叠加。根据电场理论计算，人们发现当r=1.147r0时，四极杆中间靠近对称轴约四分之三区域中将形成双曲柱面型的电场分布。在图中所示的坐标系中，其空间电位分布可表示为：

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双曲柱面型的电场分布

http://s6/middle/53c3f40ag75a20d590c25&690

http://s2/middle/53c3f40ag9854860ffc91&690

当一个质量为M，电荷为e的离子沿对称轴（z方向）进入四极杆区时，根据牛顿定律可得出它所遵循的运动方程，即：

http://course.qqhru.edu.cn/eol/homepage/qqhru/courseware/070201/U/24/web_sj/image/goshi9.gif

其中，为了方便，引入了时间参量x，直流电压参量a合交流电压参量q，分别定义如下：

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显然，对于给定的M、e、r0 和 w，这些参量分别与t、U和V成正比。

由（5）式可知，离子沿轴向不受电场力的作用，以其进入四极场时的初速作匀速运动。方程（3）、（4）为标准的Mathieus方程。由Mathieus方程的一般解可知，它的解可分为二类，一类是稳定解；一类是发散解，这取决于a和q值。

离子的运动轨迹

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由上面的分析可知，进入四极场区之后，离子的运动轨迹可分为二类。一类是稳定的，即在离子沿z方向匀速运动的同时，离子围绕着z轴作有限振幅的摆动。最后它有可能通过四极场区而达到收集极（振幅小于r0）。另一类则是不稳定的（发散解），即离子围绕着z轴摆动的振幅越来越大，最后打在四极杆上而消失，不能到达收集极。

Mathieus方程（3）和（4）的两类解取决于a和q值，在分别以a和q为纵坐标和横坐标的图上可画出稳定解的区域，如图所示。对于在阴影区上的任何（a，q）值，方程（3）和（4）均有稳定解。

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在给定场参数r0和U、V、w的条件下，对应于一定质量M和一定电荷e的离子有一定的（a，q）值。通常称（a，q）为该离子的工作点。如果工作点（a，q）落在近乎三角形的阴影区内，则这种离子的运动是稳定的，反之是不稳定的。当e一定时，由（7）和（8）式可知比值a／q=2U／V与M无关，即当场参数r0和U、V、w一定时，不同质量M的离子工作点全部落在了通过原点而斜率为2U／V的一条直线上（我们称这条直线为扫描线）。并且只有那些工作点落在（a1，q1）和（a2，q2）两点之间的离子轨迹才是稳定的。不难看出，工作点（a1，q1）所对应的离子质量M应大于工作点（a2，q2）的。从图中还可以看出，增大U或减小V以增大扫描线的斜率2U／V，可使（a1，q1）和（a2，q2）二工作点的间距逐渐变小，直到扫描线切割于阴影区顶点：（a0，q0）附近为止。这时只有工作点（a0，q0）为一稳定的工作点，也就是说，在这种情形下只允许一定质量M（更确切些，一定M／e）的离子沿一稳定的轨迹运动，这种离子可以通过四极场区到达收集极而形成离子流，这就达到了按质量来分离离子的目的。离子电流经静电计放大后，可由电表、记录仪或示波器显示出来。

由Mathieus方程的解可知，阳影区三角形项点为：

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代入(6)和(7)式，可得

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上式中f=w／2p为交流电压的频率，其单位为兆赫，M的单位为原子质量单位（u），r0的单位为厘米，U0和V0的单位都是伏。

如果我们在保持比值U／V一定

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的条件下,

改变U（V值也在按比例地改变）的值，由（10）式可知，三角形顶点处对应的离子质量也随之改变，这意昧着在进行质量扫描。通过由计算机控制的数据采集系统便可得到一条随质量数M变化的离子电流I的曲线。我们称这条I~M曲线为质谱图。从质谱图可以得到一些与被测真空环境有关的信息。从质谱图的谱蜂位置便可确定真空环境中残余气体的成分；由谱峰强度I便可测定该成份的分压强。这就是四极滤质器对残余气体进行分析的原理。

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