Характеристики масс-спектрометров и масс - спектрометрических детекторов

Важнейшими техническими характеристиками масс-спектрометров являются чувствительность, динамический диапазон, разрешение, скорость измерения масс-спектров.

Скорость сканирования

Масс-анализатор при фиксированных значениях магнитных и электромагнитных полей пропускает ионы с определенным соотношением массы и заряда (кроме многоколлекторных приборов и ионно-циклотронного резонанса). Для того чтобы проанализировать все ионы по отношению их массы к заряду, он должен работать в режиме сканирования, то есть параметры его поля должны за заданный промежуток времени пройти все значения, нужные для пропускания к детектору всех интересующих ионов. Эта скорость изменения поля называется скоростью сканирования и должна быть как можно больше (соответственно, время сканирования должно быть как можно меньше), поскольку масс-спектрометр должен успеть измерить сигнал за короткое время, например за время выхода хроматографического пика, которое может составлять несколько секунд. При этом чем больше масс-спектров за время выхода хроматографического пика будет измерено, тем точнее будет описан хроматографический пик, тем менее вероятно будет проскочить мимо его максимального значения.

Самым медленным масс-анализатором является магнитный, время его сканирования без особой потери чувствительности составляет секунды. Квадрупольный масс-анализатор может разворачивать спектр за сотые доли секунды, а ионная ловушка еще быстрее. Процесс сканирования всех перечисленных выше масс-анализаторов является компромиссным – чем больше скорость сканирования, тем меньше времени тратиться на запись сигнала на каждое массовое число, тем хуже чувствительность. Самыми быстрыми масс-анализаторами являются времяпролетные. В них нет развертки. Они способны записывать масс-спектры со скоростью 40,000 в секунду.

Разрешение

Разрешение или разрешающую способность можно определить как возможность анализатора разделять ионы с соседними массами (отличающимися на одну атомную единицу массы). Для точного определения масс ионов, которое необходимо для определения атомного состава иона, надо так разделить пики в масс-спектрах, чтобы они не перекрывались и не влияли на положение максимумов, по которому масса и определяется.

Для масс-анализаторов, разрешение определяется как отношение массы иона к ширине пика на 10 % или 50 % его высоты M/∆M. Так например, разрешение 1000 на 10% означает, что пики с массами 100.0 а.е.м. и 100.1 а.е.м. отделяются друг от друга, то есть не накладываются вплоть до 10 % высоты.

Номинальной массой или массовым числом называют ближайшее к точной массе иона целое число в шкале атомных единиц массы. Например, масса иона водорода Н+ равна 1.00787 а.е.м., а его массовое число равно 1. Такие масс-анализаторы, которые в основном измеряют номинальные массы, называют анализаторами низкого разрешения.

Масс-спектрометры с двойной фокусировкой (магнитный сектор плюс электростатический) – приборы среднего или высокого разрешения. Типичным для магнитного прибора разрешением является >60,000. На масс-спектрометре ионно-циклотронного резонанса на массе около 500 а.е.м. можно легко достигнуть разрешения 500,000, что позволяет проводить измерения массы ионов с точностью до 4-5 знака после запятой. Разрешения в несколько тысяч также можно добиваться при использовании времяпролетных масс-анализаторов, однако на высоких массах, в области которых собственно этот прибор имеет преимущество перед другими, и этого разрешения хватает лишь для того, чтобы измерить массу иона с точностью +/- десятки а.е.м.

Разрешающая способность по определению записывается в виде:

(1.9)

где M=0.5(M₁+M₂) – среднее значение массы регистрируемых ионов,

∆М – минимальная разность масс ионов, раздельно регистрируемых прибором.