質譜儀的質量分析器磁式質量分析器的原理特點

磁式質量分析器又稱單聚焦質量分析器，具有結構簡單、操作方便等特點，見圖1。由于磁式質量分析器只做方向聚焦，故分辨能力較低。

在電動力學里，運動的帶電粒子會受到磁場的作用力，這個力又叫作洛倫茲力。

洛倫茲力定律是一個基本公理，不是從別的理論推導出來的定律，而是由多次重復完成的實驗所得到的同樣的結果。假設初始速度為0質量為m、電荷為z的離子，在加速電壓U作用下，進入磁場強度為B的磁場內，會受到磁場力的作用發生偏轉。在加速電壓的作用下，離子在進入磁場時的瞬時速度v為:

 D＝（2Uz/m）^1/2

在磁場中受到與運動方向垂直的磁場力的作用發生偏離，離子運動軌道變成圓周運動，即

 mu²/r＝Bzv

合并兩式，質荷比m/z等于:

 m/z＝r²B²/2U

式中，r為偏轉軌道半徑；m是原子量單位；z是離子的電荷量。

該方程式為磁式質譜的基本方程。從方程式可知偏轉軌道半徑r為:

r＝（1/B）（2Um/z）^1/2

從該式可知，只要改變加速電壓U和磁場強度B的數值，就可使不同質荷比（m/z）的離子運動軌道半徑相同。這就是磁式質量分析器工作的基本原理。在離子加速電壓不變的條件下，改變磁場強度B的數值，就可使不同質荷比（m/z）離子沿一個固定運動軌跡到達離子接收器。

圖1 磁式質量分析器示意圖

磁式質量分析器的工作原理是依照帶電粒子的質荷比來分離的，而且上面公式（ D＝（2Uz/m）^1/2）的一個理想條件是離子的初始動能為0，進入磁場的動能完全由加速電壓來決定。但實際上離子在離子化和加速過程中初始動能并不相同且不等于0，如果同一質量的離子進入磁場時能量不同，它的運動軌跡也會不同，這就無法實現同一質量數離子的正常聚焦。這種離子能量分散現象會嚴重影響儀器的分辨率。

為了克服離子能量分散對分辨率的影響，通常會在磁分析器前面加一個靜電分析器，利用靜電分析器對離子進行能量聚集，這就是我們下面要介紹的雙聚焦質量分析器。