质谱仪的质量分析器-磁式质量分析器的原理特点

磁式质量分析器又称单聚焦质量分析器，具有结构简单、操作方便等特点，见图1。由于磁式质量分析器只做方向聚焦，故分辨能力较低。

在电动力学里，运动的带电粒子会受到磁场的作用力，这个力又叫作洛伦兹力。

洛伦兹力定律是一个基本公理，不是从别的理论推导出来的定律，而是由多次重复完成的实验所得到的同样的结果。假设初始速度为0质量为m、电荷为z的离子，在加速电压U作用下，进入磁场强度为B的磁场内，会受到磁场力的作用发生偏转。在加速电压的作用下，离子在进入磁场时的瞬时速度v为:

 D＝（2Uz/m）^1/2

在磁场中受到与运动方向垂直的磁场力的作用发生偏离，离子运动轨道变成圆周运动，即

 mu²/r＝Bzv

合并两式，质荷比m/z等于:

 m/z＝r²B²/2U

式中，r为偏转轨道半径；m是原子量单位；z是离子的电荷量。

该方程式为磁式质谱的基本方程。从方程式可知偏转轨道半径r为:

r＝（1/B）（2Um/z）^1/2

从该式可知，只要改变加速电压U和磁场强度B的数值，就可使不同质荷比（m/z）的离子运动轨道半径相同。这就是磁式质量分析器工作的基本原理。在离子加速电压不变的条件下，改变磁场强度B的数值，就可使不同质荷比（m/z）离子沿一个固定运动轨迹到达离子接收器。

图1 磁式质量分析器示意图

磁式质量分析器的工作原理是依照带电粒子的质荷比来分离的，而且上面公式（ D＝（2Uz/m）^1/2）的一个理想条件是离子的初始动能为0，进入磁场的动能完全由加速电压来决定。但实际上离子在离子化和加速过程中初始动能并不相同且不等于0，如果同一质量的离子进入磁场时能量不同，它的运动轨迹也会不同，这就无法实现同一质量数离子的正常聚焦。这种离子能量分散现象会严重影响仪器的分辨率。

为了克服离子能量分散对分辨率的影响，通常会在磁分析器前面加一个静电分析器，利用静电分析器对离子进行能量聚集，这就是我们下面要介绍的双聚焦质量分析器。