中研院地球科學研究所 - 質譜儀實驗室
IES, Academia Sinica - Mass Spectrometer Lab


質譜儀介紹

認識質譜儀

什麼是質譜儀?

一般所熟悉的光譜,表示的是目標光源中各個波長的訊號強度(圖一)。相類似的,質譜表示的是樣品中各個不同質量元素的訊號強度(圖二)。質譜儀,就是用來測量質譜的儀器。

圖一(放大) 圖二(放大)

構造與工作原理

質譜儀構造上可分為:

  1. 離子源:測量質譜的第一步,是要產生離子源。我們將標本以高溫、電漿、雷射等方法由分子態游離成離子態而產生離子源。離子產生後會被質譜儀所產生的一萬伏特高壓加速而飛進質譜儀的飛行管中。(動態圖示)

  2. 質量分析器:當離子以某個速度進入磁場時,會受到與其前進方向相垂直的力,這個力成為讓離子開始轉彎的向心力。而離子轉彎的半徑與離子的質量與電荷比有關,當離子的電荷是一樣的時候,轉彎半徑就只與離子的質量有關,此時越重的離子其轉彎半徑就越大,因此當離子束經過磁場時,不同質量的離子就會分開,各自按著其質量相對應的轉彎半徑前進。質譜儀就是用此方法來分離不同質量的元素。

    r :
    V :
    B :
    m :
    q :

    轉彎半徑
    加速電壓
    磁場強度
    離子質量
    離子電荷


    由上式中可看出轉彎半徑 r 與質量-電荷比的根號成正比,因此如果離子所帶電荷相同,在固定電壓 V 與磁場 B 的狀況下,轉彎半徑就只與離子的質量有關。(動態圖示)

  3. 偵測器:偵測器是離子最後的終點站,當離子打進偵測器後,偵測器會從與其連接的電線拉一個電子來與離子中和,使離子恢復成不帶電的中性粒子,而偵測器背後的電線因有電子流動,於是產生了電流,單位時間內打進來的離子越多,電流也就越大,代表該質量的訊號強度越大。

    偵測器內部  

總合前面的敘述,質譜儀的分析過程如(動態圖示)

質譜儀的應用

質譜儀在生物、化學、環境科學等領域都有廣泛的應用。在地球科學,我們一般用來測量放射性元素的同位素比值,由同位素比值我們做了這些研究