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三种化学仪器的设计探讨

时间:2023-12-26 01:24 点击次数:134

  我们已经发展了一套比较完整的软电离质谱理论,在这里我们讨论如何使用该理论来设计三种仪器。这3种仪器包括离子源、质谱仪、原子间力测量仪器。

  从方程(1)可以看出,在软电离质谱法中,分析物的最大可测量半径与压力p和离子迁移率v成反比。压力p越低(真空度越高),可测量的分析物半径越大,方程(1)可用于估计在不同压力p下分析物的可测量半径。

  根据Mason-Schamp方程(2),可以影响v的因素包括电场强度E、热力学温度T和周围气体的平均分子量μ等。根据我们的理论,如果携带分析物的电荷(或离子)过多,则分析物是不稳定的。在这一点上,达到质谱的时间具有重要意义。如果电荷(或离子)和分析物之间的化学键在到达质谱仪之前已经断裂,仪器无法检测到。如果在断裂之前到达质谱仪,则有相应的信号。现今离子源测量的分子量,最高大概在一亿左右,但按照我们的方程,可以测定无限大分子量的物质。

  气相离子不仅可以在离子源等弱电场中移动,还可以在离子迁移率仪器、质谱仪等移动。以四极杆或磁质谱为例,将软电离技术应用于此类质谱仪时,需要修改相应的方程。质谱仪电场中的电荷(或离子)可能受到来自电场不同方向的力,必须确保离子运动方向上的作用力与摩擦力的方向平行,并且作用力大于摩擦力,否则会导致化学键断裂,影响质谱仪的效率。离子阱质谱仪、四极质谱仪和磁质谱仪是常见的质谱检测器。当离子在这些质谱检测器中移动时,方程(3)和(4)将适用,

  式中:rc 是曲率半径, mt是电荷与分析物的总质量,B 是磁感应强度。

  为了提高应用于软电离技术的质谱仪中气相离子的可检测数量和响应值,根据方程(5)和(6)限制了质谱仪的某些设计条件。本文仅列出了磁性质谱仪和飞行时间质谱仪的方程,其他质谱仪的方程式依此类推。

  测量原子间单键力的仪器方面。根据方程式(7),笔者提出一种测定单键力的仪器设计思路。在压强为p的气体当中(例如惰性气体),带电荷的分子(例如O=O),在电场中移动,通过测定化学键断裂时的离子迁移速率v,从而测定原子间的单键力。其中,笔者提出测定v的一种可能的方式,是通过调节电场的强度E,当达到一定数值时,化学键断裂。而化学键断裂前后,分子量的变化为:O=O m/z=32变成O m/z=16。

  作者简介:罗杰鸿,广东广州人,硕士研究生,工程师,主要研究方向为分析方法学,仪器原理与研制,凝聚态物理,电学理论与超导体理论,理论物理等等。

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