6. Hmotnostní analyzátory I. (sektorové), základy vakuové techniky, metastabilní ionty Magnetické pole jako separátor iontů: - ionty urychlené elektrickým polem U= 4 ­ 8 kV: E = mv2/2 = z.e.U v = (2.z.e.U/m)1/2 (1) - vakuum - fokusační a kolimační štěrbiny - magnetické pole - odstředivá síla F = mv2/r - dostředivá síla Fmag = B.v.z.e (B=indukce mag.pole) - rovnováha sil: mv2/r = B.v.z.e v = B.z.e.r/m (2) Porovnáním v2 z rovnic (1) a (2): (2.z.e.U/m) = (B.z.e.r/m) 2 r2 = 2. [m/(z.e)] . [U/B2] Magnetické pole jako separátor iontů Rozlišení řádu 103 -Rychlost iontů urychlených z iontového zdroje je statisticky rozdělena (Boltzmannovo rozdělení), nehomogenní elektrické pole v iontovém zdroji ­ následek: neostrá fokusace v magnetickém poli Energetická fokusace: elektrické pole /sektor) E/V.m-1/: F = z.E odstředivá síla: F = m.v2/R Kinetická energie iontů byla získána urychlením z iontového zdroje ­ V/J/C/: 1/2mv2 = z.V Odtud: mv2 = 2.z.V = z.E.R a R = 2V/E tj. na stejném poloměru R budou ionty se stejnou kinetickou energií bez ohledu na m/z. Dvojí fokusace ­ rozlišení řádu 105 Dvojitá fokusace: předřazené elektrické pole Základy vakuové techniky Vakuum nízké Tlak: 105 ­ 0,1 Pa Přístroje: rotační olejová vývěva membránová vývěva vysoké (HV) 0,1 Pa ­ 10-5 Pa difúzní vývěva sorpční vývěva turbomolekulová v. velmi vysoké (UHV) nižší než 10-5 Pa iontová v. titanová rozprašovací v. Rotační olejová vývěva Difúzní olejová vývěva Sorpční vývěva Turbomolekulární vývěva Titanová výbojová iontová vývěva Metastabilní ionty Ionty s dobou života řádu 1-10 s Iont je v sektorovém přístroji urychlen jako m1 +, rozloží se v oblasti bez pole (10 s) a je analyzován jako m2 +, jeho hybnost je však menší než m2 + vzniklého v iontové zdroji ­ proto je pík difúzní, representuje spíš přechod než iont. Spřažené scany: B/E (,,dceřinné" ionty), B2/E (,,rodičovské" ionty) m1 + = m2 + + m3 m3 = m1 ­ m2 Předpoklad: zachování hybnosti (rychlosti) Registrujeme iont m* = (m2)2/ m1 Lze určit nomograficky: log m* = 2.log m2 ­ log m1 resp. log m2 = (log m* + log m1) Př.: Předpokládejme, že ion m/z=60 se rozkládá na m/z= 59 a ztrácí atom H Jakou hodnotu má m* ? m* = 592 / 60 = 58,02 Metastabilní ionty Metastabilní ionty Příklad: Všechny metastabilní ionty pozorované ve spektru benzenu vznikají z jeho molekulárního iontu m/z=78 Byly pozorovány tyto metastabilní ionty m/z = 76,0, 74,1 34,7 a 19,5. Přiřaďte jim ionty fragmentů M2 + -------------------------------------------- S použitím vztahu: m* = (m2)2/ m1 dostaneme pro m2: 77, 76, 52 a 39 Otázky 1. Které plynné ionty produkované z atmosféry můžeme očekávat jestliže hmotnostní spektrometr pracuje při špatném vakuu? 2. Jaké změny musíme provést v iontovém zdroji při ionizaci elektrony, abychom mohli pozorovat negativní ionty ve hmotnostní spektrometru? 3. Rozlišení hmotnostního spektrometru je 4000. Jak přesně budeme měřit hmotnost iontu s m/z=400? 4. Byla naměřena hodnota m/z= 31,9898 pro bezbarvý plyn. Je podezření na metanol. Identifikujte ten plyn! Odpovědi 1. N2 (m/z=28), O2 (m/z=32), CO2 (m/z=44) 2. Je nutno změnit polaritu mezi clonou, odrážející ionty a první urychlující destičkou (odrážející clona musí mít negativní potenciál vzhledem k urychlující destičce) 3. Rozlišení m/m = 4000, m=400, odtud m =0,1 4. Jde o kyslík, metanol by měl molekulovou hmotnost 32,02624