Ионно-циклотронный резонанс.

Все более широкое распространение получил в последнее время масс-анализатор на основе ионно-циклотронного резонанса. Циклотронно-резонансный масс-анализатор – ячейка в виде прямоугольного параллелепипеда или куба, помещенная в однородное магнитное поле. Ионы, попадая в ячейку, движутся в ней по спиральной траектории (циклотронное движение) с частотой ω_ц = 1/2πzH/m, где H – напряженность магнитного поля, т. е. ионы с одинаковыми значениями m/z имеют определенную циклотронную частоту. Действие прибора основано на резонансном поглощении энергии ионами при совпадении частоты поля и циклотронной частоты ионов. На применении циклотронно-резонансного масс-анализатора основан метод ионно-циклотронного резонанса, который используют для определения массы ионов, образующихся при ионно-молекулярных реакциях в газовой фазе; анализа структуры высокомолекулярных ионов; определения кислотно-основных свойств веществ. Именно этот тип масс-анализатора позволяет наиболее точно измерить массу иона, обладает очень высоким разрешением.

Время-пролетный анализатор.

При исследовании соединений, непереводимых в газовую фазу, используются "время-пролетные" (Time Of Flight, TOF) масс-анализаторы. Во время-пролетных анализаторах ионы движутся в бесполевом пространстве.

Рис. 1. Схема время-пролетного масс-анализатора: 1 – сетка; 2 – детектор.

Ионы из источника разгоняются электрическим полем, приобретая достаточно большую кинетическую энергию, и вылетают в бесполевое пространство. На входе в это пространство все ионы имеют одинаковую кинетическую энергию, а если вспомнить всем известную формулу, выражающую величину кинетической энергии через массу и скорость (E=mv²/2), то, очевидно, в зависимости от массы ионы будут двигаться с разными скоростями и, соответственно, в разное время достигнут детектора, расположенного в конце их пролета. Зарегистрировав их и измерив время t=L , где U – напряжение, можно посчитать и их массу. Все процессы происходят за миллионные доли секунды. То есть, этот масс-анализатор очень "быстрый". На основе такого масс-анализатора можно построить очень быстрый масс-спектрометр, что необходимо при анализе органических веществ, представляющих собой смесь огромного количества индивидуальных соединений (например, нефть). Другое преимущество этого метода - получение очень широкого диапазона масс, то есть с его помощью легко измерять массы очень больших молекул. Ионизация осуществляется лазерной.

Орбитальная ловушка ионов.

В июне 2005 года представлен серийный масс-спектрометр, использующий новый масс-анализатор - орбитальную ловушку ионов. Этот масс-анализатор изобретен российским физиком Александром Макаровым, работающим в Thermo Fisher Scientific в Бремене/Германия.

Орбитальная ловушка ионов не использует ни магнитных полей, как масс-спектрометр с двойной фокусировкой или ионно-циклотронного резонанса, ни радиочастот, как квадруполи или квадрупольные ионные ловушки. Орбитальная ловушка ионов использует симметричное статическое электрическое поле между внешним и внутренним электродами специальной формы. Попадающие в поле ионы начинают двигаться по стабильным циклическим траекториям вокруг центрального электрода и одновременно осциллировать вдоль его оси.

Благодаря тому, что осцилляция не зависит от энергии ионов и тому, что электрическое поле устанавливается с высокой точностью и стабильностью, может быть достигнуто высокое разрешение и масса может быть измерена с высокой точностью.

Мы описали процессы получения ионов, рассортировки их по массам (анализа по массам), теперь нам осталось их чем-нибудь измерить. Измеряя массу ионов (m/z) и их количество на каждой массе (интенсивность), мы и получим масс-спектр.

Детектор.

Последним элементом масс-спектрометра, является детектор заряженных частиц. Первые масс-спектрографы использовали в качестве детектора фотопластинку. Сейчас используются динодные вторично-электронные умножители, в которых ион, попадая на первый динод (динод – электрод в фотоэлектронном умножителе и некоторых других электровакуумных приборах, служащий для усиления электронного потока за счет вторичной эмиссии), выбивает из него пучок электронов, которые в свою очередь, попадая на следующий динод, выбивают из него еще большее количество электронов и т.д. Другой вариант – фотоумножители, регистрирующие свечение, возникающее при бомбардировке ионами люминофора. Кроме того, используются микроканальные умножители и коллекторы, собирающие все ионы, попавшие в данную точку пространства (коллекторы Фарадея).