【中華百科全書●科學●質譜儀】

楊籍富

【中華百科全書●科學●質譜儀】

 

質譜儀(MassSpectrometer)，是測定物質質量的儀器，可以從肉眼僅見的微量樣品中，測出化合物的分子量，或分子式中含碳鍵排列的資料。

 

質譜儀的基本原理為樣品在電子束的轟擊而失去一顆電子，成為帶正電的陽離子。

 

(方程式圖1)陽離子經過加速後成為一股離子流，當我們在這股離子流的軌道上安裝一個磁場或靜電場時，離子運動的方向就會受場力的影響而產生偏轉。

 

偏轉的程度受離子運動的速度、離子質最和磁場強度這三種因素所影饗，如下列公式所示：(方程式圖2)R為離子偏轉軌跡的半徑E為離子加速器的電壓H為磁場強度M為離子質量e為代表電子的數目M/e為稱為離子的質荷比(MassPerCharge)假如我們把磁場強度固定下來，加速器的電壓也保持不變，則離子的質量越輕，偏轉越小；

 

質量越重，偏轉越大。

 

根據偏轉的程度就可以測出樣品的質量。

 

質譜儀的形式很多，但應用的主要原理則大同小異。

 

質譜儀的構造加附圖所示，(見圖1)樣品被離子源撞擊而為離子狀態，以靜電加速成為離子流，經過空場區的狹縫篩選(狹縫越寬，靈敏度越大，狹縫越窄，分辨力越高。

 

兩者不可兼得)，離子流進入磁場後，其軌跡就會被磁力吸引，作扇形散開。

 

質荷比較重的離子受磁力的影響較小；

 

質荷比較輕的離子偏較大。

 

磁場末端裝有一狹縫板，只容許單獨一種質荷比的離子通過，其他較重或較輕的離子都被摒諸門外，這稱為質量的聚焦。

 

同樣的情況，在磁場後裝置有靜電場，也會影響離子流的運動方向。

 

在靜電場末端設有另一塊狹縫板來約束離子的通過，這稱為能量的聚焦和方向的聚焦。

 

質譜儀若只有磁場的聚焦，稱為單聚焦質譜儀。

 

同時裝有磁場和靜電場的質譜儀叫雙聚焦質譜儀。

 

其準確度較高，可以測出分子量小數後四個位的數字。

 

在有機化學上往往能代替元素分析來測定分子式。

 

離子流經過上述多種過程的篩選，得以通過的離子數目很少，信號微弱的難以辨別。

 

必須經過電子倍增器的放大才能記錄下來，或輸往電腦資料處理系統。

 

現代的質譜儀由於配合電腦資料處理系統，不但所得數據異常精確，且處理分析樣品的速度也快速無比。

 

質譜儀不但可以測定一元素的準確質量，並可測定各同位素在元素中所占的百分比。

 

其他如分析化合物的成分，分離鈾同位素，以及決定岩石的年代等，在地質、化學、物理等分析鑑定過程中都占了相當重要的地位。

 

(吳義雄)

 

引用：http://ap6.pccu.edu.tw/Encyclopedia/data.asp?id=9090