기기분석 28장 Mass spectrometry 질량 분석

 

28장(11장)

Mass spectrometry

 

 

Mass spectra

기체의 전자 한, 두개를 빼서 이온상태로 바꿈 -> 질량 분석장치-> detector

 

i) 원자는 플라스마에 의해 이온화된다. (singly charged positive ions)

ii) mass analyzer에 의해 분리 (mass-to-charge ratio에 따라).

iii) 원자 질량이 atomic mass units (amu, da).으로 표현

iv) mass spectrum is a plot of

생성된 이온 수 versus the mass-to-charge ratio versus singly charged ions 의 mass

원자: plasma, 분자 : 다양 – 둘은 이온화 시키는 것만 다르다.

나오는 정보는 항상 charge를 띠고 있다.

Charge가 1가 일떄 mass 200

Charge가 2가 일떄 mass 100

28F. Atomic mass spectrometry

 

Plasma:

상당한 농도의 양이온과 전자를 포함하는 conducting gaseous mixture

ICP에서 플라즈마를 만든다.

고,액,기체는 얼마만큼의 자유도 가지느냐에 따라 나누어지는데

플라즈마는 여기에 있던 전자도 궤도를 이탈하여 핵과 전자가 무질서하게 존재하고 매우 높은 에너지들 가진 상태. 전하를 많이 머금고 있다.

Ex) 오로라

To nebulize: 원하는 분석물 들어있는 liquid 형태 샘플을 에어로졸 형태로 spray형식으로 작은 fine입자가 되게끔 뿌려준다

 

Plasma sources

▪ Inductively coupled plasma (ICP) source:

 

28F-1. Mass spectrometer interface

ICP는 대기압에서 작동하는 동안 Mass spectrometer는 높은 진공에서 작동

그 interface(접점)에서 생성된 이온을 Mass spectrometer로 이동시킬 때 상당한 fraction이 있을 수 있으므로 interface는 2개의 metal cones으로 이루어져있다.

Sampler와 skimmer를 통해 진공상태를 유지하면서 이온이 된 것만 Mass spectrometer로 들어가게 한다.

 

28F-2. Mass analyzers

(i) Quardrupole

(ii) Magnetic sector

(iii) Double-focusing analyzers

(iv) Time-of-flight analyzer

resolution, throughput and scanning time

- The resolution R = m/△m

 

- Atomic mass

atomic mass units (amu), or daltons (Da).

relative to the mass of the carbon isotope 126C

a mass of exactly 12 amu.

- Mass-to-charge ratio (of ions) (m/z):

12C1H4 +, m/z =16.0313/1 = 16.0313

13C1H4 2+, m/z =17.0346/2 = 8.5173

SMALL

(i) Quardrupole

4개의 원통형 금속 막대, 전기를 걸 수 있는 전극이 4개의 기둥에 연결되어 있다.

a certain mass-to-charge (m/z)

전기장이 걸려 있어서 특정한 원자량인 것만 지나가게 한다.

아닌 원자량을 가진 이온은 detector에 도달하기 전에 기둥에 충돌하여 소멸된다.

센 전기장에는 큰 이온, 작은 전기장에는 작은 이온이 달라붙는다.

high throughput

but lack resolution (11, 12, 13은 구분하나 11.92, 11.84 등 소수점 아래는 구분하지 못함), Unit mass (1 Da) is the typical resolution -> 비슷한 질량 대 전하 값을 갖는 다원자 이온들로부터 단원자 이온들은 분리해내기 부적합

 

(ii) Magnetic sector

자기장에서 이온의 Deflection(빗나감)에 기초한 분리

m/z values에 따른 이온의 궤적

자기장이 다른 m/z values 갖는 이온들을 scan하고 detector로 나른다.

휘어있는 부분에 자기장이 걸려져 있다. 무게가 큰놈은 덜 휘고 무게가 작은 놈은 많이 휜다. 따라서 특정한 mass지닌 놈만 적당히 꺾여서 detector에 도달

 

(iii) Double-focusing analyzers

electric sector가 정전기적 인력이 생길 수 있게 하여 먼저 원자량 선별 후 magnetic sector에서 원자량 선별

전기장은 좁은 범위의 kinetic energies만 갖는 이온의 빔의 초점을 맞춘다. 그리고 magnetic sector로 가게 한다.

Resolution 은 10,000으로 높다.

background ions으로부터 관심이온을 잘 분리

detection limits가 좋다

 

(iv) Time-of-flight mass spectrometry

낮은 m/z 갖는 이온일수록 가벼운 이온일수록 빨리 날아가 detector에 도달

이온들은 어떠한 도 걸리지 않은 관으로 들어감. 관에 들어온 이온들은 같은 운동에너지 가져서 이온속도는 질량에 역비례. Detector에 도달하는 이온의 시간계산

모든 이온은 레이저 펄스 충격을 주는 동안 형성 -> 이온은 속도 차이로 퍼짐 -> 순서대로 도착

 

 

28F-3. Transducers

(i) (Discrete-dynode) Electron multipliers

20개의 다이노드를 갖는 Electron multipliers는 전류를 107 배로 증폭

(ii) Continuous dynode electron multipliers

Transducer 전체를 가로질러 1.8 – 2 kV전압이 걸려 있다. 이온이 입구 가까이에 있는 표면을 때리면 전자가 방출되고, 이 이차전자들이 표면을 따라 튀어 다니면서 충돌할 때 마다 더 많은 전자 방출