有哪些常见的离子质谱检测器?

一个关键因素质谱(MS)系统探测器的类型¹用于大规模分离离子电流转换成可测量的信号。使用不同类型的探测器根据因素包括动态范围、空间信息保留,噪音和适用性质量分析器。一些常用的类型包括电子倍增器(EM),法拉第杯(FC),光电倍增管转换打拿极和阵列探测器。在本文中,我们考虑这些探测器。

电子倍增器(EM)

一个巨大的新兴市场的优势²探测器是无声的,当校准properly-they和单离子计数是可能的。

一个EM的本质是一种串行连接的离散叫做打拿极的金属板,放大电流的离子~ 10倍⁸测量电流的电子。当一个次级离子进入新兴市场,它停在第一个转换打拿极。影响的能量消散的弹射打拿极的电子材料,创建一个电荷。额外的电子喷射通过随后的打拿极级联过程。在最后打拿极电压脉冲积累的电荷测量。示意图见图1。

图1: 原理图说明如何发现入射离子转化为可测量的信号使用EM探测器。来源:Nikob7,重新创建Creative Commons Attribution-Share都4.0国际许可证。

产生的电压脉冲的大小的影响一个接一个的二次离子随机分布。这些类型的探测器的脉冲高度分布可以测量和两个截然不同的区域。观察到的高信号分布的低端的电子噪声降低到最低的结果探测器系统。这个最低后,越来越与广泛分布观测信号代表了离子电流测量。通过设置一个阈值来消除噪声,这些因子能有效计算单个离子的动态范围10⁶赫兹。除此之外计数率,探测器将开始受到两种不同的现象。第一个是“死时间”效应,指时间检测器是本质上不运行时处理信号已经收到(以ns)。第二个是quasi-simultaneous到达效果,两个离子罢工转换打拿极的电子倍增器立刻但只认为是一个离子。

另一种类型的探测器常用和EM是channeltron紧密相关。³但而不是使用一系列离散的打拿极的金属板,它是由一个连续的曲面模拟信号放大的级联效应用于离散打拿极电子倍增器。

法拉第杯(FC)

FC探测器⁴是相对简单和廉价的设备。他们的主要优势是能够测量高离子电流电磁斗争的地方。它由一个空心导电电极通过高电阻连接到地面。电子的离子撞击收集器导致流从地面通过电阻器和由此产生的电位降电阻是放大。元电荷在单一离子是1.6 x 10^-19年c .因此,1 x 10的计数率⁶关于现实的上限的c / s (EM探测器使用)会产生电流的1.6 x 10^-13年(图2)。即使一个电阻高达10¹¹W连接到地面,放大器必须能够检测潜在的下降16个mV。因此,测量低电流将变得更加困难,因为热电阻和放大器电路和电子噪音会对精度有很大的影响。通常这些组件将在一个封闭的撤离,热室控制。

图2: 原理图的法拉第杯离子检测器。来源:k·默里,重新创建Creative Commons Attribution-Share都3.0 Unported许可证。

光电倍增管转换打拿极

在一个光电倍增管转换打拿极探测器,⁵离子最初打拿极导致电子发射。电子生产然后罢工一个荧光屏反过来释放光子。光子然后进入乘数放大发生级联的方式,就像电子倍增器。使用光子的主要优势是,探测器的乘数部分可以保持密封在真空中,防止污染和大大延长的生命探测器。

图3:光电倍增管的原理图转换打拿极探测器。来源:Kkmurray,重新创建Creative Commons Attribution-Share都3.0 Unported许可证。

阵列探测器

第一个探测器在质谱仪的确是一个数组探测器——胶卷。从那时起,阵列探测器有演变成各种类型使用不同的原则。阵列探测器可以覆盖广泛的探测器类型和系统⁶但通常可以分为两类:

• 探测器,可以测量许多不同质荷比的离子同时(m / z)值
• 位置灵敏探测器

有时一个单一类型的探测器可以满足需求或多或少。

阵列探测器同时测量几个离子不同的m / z

也许最简单的“数组”探测器可以找到这些女士结合EM和FC探测器的系统。同位素比值测量,最丰富的同位素可以测量使用FC,而实力较弱的丰富的同位素,产生离子电流要小得多,更适合用来测量在一个新兴市场。

另一种形式的探测器阵列可能在工具使用一个女士multicollection系统包括一些EMs和/或FCs,可以搬到测量特定的离子m / z值。在图4中看到的一个例子纳米级二次离子质谱仪(NanoSIMS),⁷6移动和固定1 EM探测器,允许7个不同质量的同时分析。这些都是分散与质谱仪离子根据m / z值,如磁性行业的工具。

图4: 原理图双聚焦磁质谱仪部分融合一个multicollector系统和静态磁场——纳米级二次离子质谱仪(NanoSIMS)。

数组为位敏探测器离子检测

阵列探测器的位置灵敏的测量⁸用微通道板块(MCP)很多年了。数组包含超过10⁶微小的玻璃通道,每个5-50米米直径,绑定在一起honeycomb-type数组和电连接。每个通道是一个continuous-dynode EM获得10的顺序⁴。增加收益,2或3 MCP探测器可以放在系列,导致最终收益10⁶到10⁸。自从二次电子被局限于他们起源于原始的通道离子的影响,有可能获得MCP的空间分辨率,提供一种记录最后的电子云分布是可用的。这通常是通过使用荧光屏和某种形式的相机,比如charge-couple装置(CCD)阵列系统或其他数字技术。尽管非常有用的位置传感的离子,它提供了更多的定性定量信息,除非非常好,经常校准老化效应是一个问题(MCP和荧光屏)。

的电阻阳极编码器(RAE)检测器⁹是一种收费部门探测器常用的成像女士,特别是二次离子质谱(SIMS)。与主管部门探测器一般来说,他们函数通过使用一个阳极结构拦截和划分几个传感器来自一个MCP的电子云。数学算法的基础上,在每一个传感器接收到的信号强度可以确定初始位置进行测量电荷的离子电流导致云。在特定情况下的雷,因为阳极半导体材料制成的电阻,使用的信号是电压电子云生产这种材料。这类设备的主要局限性是无法同时测量离子到达,因此他们大约10动态范围是有限的⁴-10年⁵赫兹。

你可以阅读更多关于前面的步骤过程遵循下面的链接文章女士电离源和质量分析器。

引用

1。Koppenaal DW, Barinaga CJ,丹顿MB, et al .女士探测器。一个。化学。2005年,418 - 427。美国化学学会

2。艾伦JS。一种改进的电子倍增器粒子计数器。启科学。Instrum。1947;18 (10):739 - 749。doi:10.1063/1.1740838

3所示。Tuithof HH, Boerboom AJH Meuzelaar HLC。同时检测的质谱使用channeltron电子倍增器数组。Int。j .质量范围。离子物理学》。1975;17 (3):299 - 307。doi:10.1016 / 0020 - 7381 (75)87040 - 9

4所示。布朗KL Tautfest GW。法拉第杯显示器高能源的电子束。启科学。Instrum。1956;27 (9):696 - 702。doi:10.1063/1.1715674

5。杜布瓦F, Knochenmuss R, Zenobi R . ion-to-photon转换为质谱检测器。Int。j .质量范围。离子Proc。1997;169 - 170:89 - 98。doi:10.1016 / s0168 - 1176 (97) 00210 - 3

6。巴恩斯JH, Hieftje通用。质谱探测器阵列技术的最新进展。Int。j .质量范围。2004年,238 (1):33-46。doi:10.1016 / j.ijms.2004.08.004

7所示。Nunez J, Renslow R,悬崖JB,安德顿CR。NanoSIMS生物应用程序:当前实践和分析。Biointerphases。2018;13 (3):03 b301。doi:10.1116/1.4993628

8。Sinha MP,沃兹沃思和m .微型焦平面质谱仪1000像素modified-CCD探测器阵列直接离子测量。启科学。Instrum。2005年,76 (2):025103。doi:10.1063/1.1840291

9。布里格姆RH, Bleiler RJ McNitt PJ,里德哒,弗莱明RH。描述两个电阻阳极编码器的位置灵敏探测器用于离子显微镜。启科学。Instrum。1993,64 (2):420 - 429。doi:10.1063/1.1144211