液质联用中的质谱——检测器

2023.9.19

chloe

随遇而安

　　质谱系统的关键要素是用于将质量分离离子流转换成可测量信号的检测器类型。常用的探测器包括：

　　1、电子倍增器（Electron Multiplier，EM）

　　离散金属板的串联连接，可将离子电流放大约108到可测量的电子电流。原理是让离子撞击到容易释放出二次电子的材质表面，二次电子经由重复撞击相同材质连续放大二次电子数目后，再记录二次电子数量来达到检测目的。电子倍增器依据其结构可分为不连续式（Discrete）与连续式（Continuous）两种，前者面积大但动态范围宽，后者面积小适用于空间有限的分析器，但动态范围窄。总的来说，电子倍增器的响应时间约为20ns，不适合TOF，常用于四极杆、离子阱。

电子倍增器：（a）不连续式（b）连续式

　　2、微通道板（Microchannel Plate，MCP）检测器

　　微通道板MCP类似于连续式电子倍增器，只是它将每个微小化的电子倍增器做成数组形态，并集中在一只半导体圆盘上。由于电流信号的时间半高宽通常小于2ns，适用于TOF。MCP最常见的结构为二片堆叠式，当离子撞击进入MCP中，其效果类似于连续式电子倍增器，二次电子反复撞击通道内部表面产生大量二次电子。这些大量的二次电子在通过第一片板后，会被分配到第二片微通道板的不同通道上，二次电子再次在不同信道内被放大，最终输出大量电子流被收集器收集，产生短脉冲信号。

　　MCP的优点是检测面积大、增益值高、反应速度快、甚至可搭配荧光屏或数组式收集信号电极变成离子图像检测器。其缺点是易受湿度影响，保存不易，需在高真空度（<1×10^-6 mbar）下工作。

微通道板MCP检测器

　　3、无增益式离子检测器

　　本身不放大离子信号，只作为收集离子电流或感应离子电荷的简单装置。此类检测器的检测原理只与电荷数z有关（非m/z），对质量没有选择性，其灵敏度可在搭配后端信号放大电路后大幅增加，也可在特定仪器上借由傅里叶变换分析器做多次测量达到单一电荷检测极限。

　　其结构主要由检测离子的电极和在后端的信号放大电路构成。一般用来检测离子的电极称做法拉第电极，而此电极依其形状又常被称为法拉第板或法拉第杯。法拉第杯通常直接放置在离子路径上收集离子，而法拉第板则可直接收集离子或安装于离子路径旁感应离子信号。

法拉第杯检测器

　　4、闪烁检测器（Scintillation Detector）

　　闪烁检测器也称达利检测器（Daly Detector），其原理也是离子转换为二次电子，但产生二次电子数目没有被放大，而是直接加速撞击高效率的荧光屏后发光，然后光子再由极为灵敏的光电倍增管检测并放大成电子信号。光电倍增管的结构与不连续式电子倍增器的结构相似，光子射入光电倍增管中，因光电效应使得电极表面的电子被入射光激发出来。电子流经过多次电极间的反复放大而增加，并被转成电压。

　　达利检测器的增益比高，但只适用于正离子，信号响应时间长，且需要高真空，体积较大。许多早期使用该检测器的质谱都已改成电子倍增器。

　　目前，商业质谱仪常以转换二次发射电极搭配电子倍增器使用，来增加仪器灵敏度。