實驗室分析儀器--質譜儀電子轟擊型離子源及原理
電子轟擊離子源(electron impact ion source)是利用具有一定能量的電子束使氣態的樣品分子或原子電離的離子源(簡稱EI源)。具有結構簡單、電離效率高、通用性強、性能穩定、操作方便等特點,可用于氣體、揮發性化合物和金屬蒸氣等樣品的電離,是質譜儀器中廣泛采用的電離源之一。
在質譜分析領域,為了適應不同樣品電離的需求質譜儀器會配置不同功能的離子源。但電子轟擊源作為一個基本裝置,仍被廣泛應用在氣體質譜儀、同位素質譜儀和有機質譜儀上。應該特別指出,電子轟擊源是最早用于有機質譜分析的一種離子源,可提供有機化合物豐富的結構信息,具有較好的重復性,是有機化合物結構分析的常規工具。
電子轟擊離子源一般由燈絲(或稱陰極)、電子收集極、狹縫、永久磁鐵。、聚焦電極等組成(見圖1)
圖1 電子轟擊型離子源示意圖
燈絲通常用鎢絲或錸絲制成。在高真空條件下,通過控制燈絲電流使燈絲溫度升至2000℃左右發射電子。一定能量的電子在電離室與氣態的樣品分子或原子相互作用使其部分發生電離。永久磁鐵產生的磁場使電子在電離室內做螺旋運動,可增加電子與氣態分子或原子之間相互作用的概率,從而提高電離效率。電離室形成的離子在推斥極、抽出極、加速電壓(accelerating voltage)、離子聚焦透鏡等作用下,以一定速度和形狀進入質量分析器。
在電子轟擊源中,被測物質的分子(或原子)是失去價電子生成正離子:
M+eM++2e
或是捕獲電子生成負離子:
M+e-→m
一般情況下,生成的正離子是負離子的103倍。如果不特別指出,常規質譜只研究正離子。轟擊電子的能量一般為70eV,但較高的電子能量可使分子離子上的剩余能量大于分子中某些鍵的鍵能,因而使分子離子發生裂解。為了控制碎片離子的數量,增加分子離子峰的強度,可使用較低的電離電壓。一般儀器的電離電壓在5~100V范圍內可調。
電子轟擊源的一個主要缺點是固、液態樣品必須氣化進入離子源,因此不適合于難揮發的樣品和熱穩定性差的樣品。