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特點

飛行時間質譜儀可檢測的分子量范圍大，掃描速度快，儀器結構簡單。這種飛行時間質譜儀的主要缺點是分辨率低，因為離子在離開在離子源時初始能量不同，使得具有相同質荷比的離子達到檢測器的時間有一定分布，造成分辨能力下降。改進的方法之一是在線性檢測器前面的加上一組靜電場反射鏡，將自由飛行中的離子反推回去，初始能量大的離子由于初始速度快，進入靜電場反射鏡的距離長，返回時的路程也就長，初始能量小的離子返回時的路程短，這樣就會在返回路程的一定位置聚焦，從而改善了儀器的分辨能力。這種帶有靜電場反射鏡的飛行時間質譜儀被稱為反射式飛行時間質譜儀/Reflectron time-of-flight mass spectrometer。

例題介紹

用電場加速帶電粒子，后進入分析器，分析器是一根長、直的真空飛行管組成。

高考題

（07重慶）飛行時同質譜儀可通過測量離子飛行時間得到離子的荷質比q/m。如圖1，帶正電的離子經電壓為U的電場加速后進入長度為L的真空管AB，可測得離子飛越AB所用時間L1.改進以上方法，如圖2，讓離子飛越AB后進入場強為E（方向如圖）的勻強電場區域BC，在電場的作用下離子返回B端，此時，測得離子從A出發后飛行的總時間t2，（不計離子重力）

（1）忽略離子源中離子的初速度，①用t1計算荷質比;②用t2計算荷質比。

（2）離子源中相同荷質比離子的初速度不盡相同，設兩個荷質比都為q/m的離子在A端的速度分別為v和v′（v≠v′），在改進后的方法中，它們飛行的總時間通常不同，存在時間差Δt。可通過調節電場E使Δt=0.求此時E的大小。

解:（1）①設離子帶電量為q，質量為m，經電場加速后的速度為v，則

（1）

離子飛越真空管AB做勻速直線運動，則

（2）

由（1）、（2）兩式得離子比荷

（3）

②離子在勻強電場區域BC中做往返運動，設加速度為a，則

（4）

L2= （5）

由（1）、（4）、（5）式得離子荷質比

或（6）

（2）兩離子初速度分別為v、v′，則

（7）

+ （8）

Δt=t-t′= （9）

要使Δt=0，則須（10）

所以E= （11）

另外一例

飛行時間質譜儀可以對氣體分子進行分析。如圖所示，在真空狀態下，脈沖閥P噴出微量氣體，經激光照射產生不同價位的正離子，自a板小孔進入a、b間的加速電場，從b板小孔射出，沿中線方向進入M、N板間的偏轉控制區，到達探測器。已知元電荷電量為e，a、b板間距為d，極板M、N的長度和間距均為L。不計離子重力及進入a板時的初速度。

（1）當a、b間的電壓為U1時，在M、N間加上適當的電壓U2，使離子到達探測器。請導出離子的全部飛行時間與比荷K（）的關系式。

（2）去掉偏轉電壓U2，在M、N間區域加上垂直于紙面的勻強磁場，磁感應強度B，若進入a、b間所有離子質量均為m，要使所有的離子均能通過控制區從右側飛出，a、b間的加速電壓U1至少為多少?

（1）由動能定理:

n價正離子在a、b間的加速度:

在a、b間運動的時間:=d

在MN間運動的時間:

離子到達探測器的時間:=

（2）假定n價正離子在磁場中向N板偏轉，洛侖茲力充當向心力，設軌跡半徑為R，由牛頓第二定律

離子剛好從N板右側邊緣穿出時，由幾何關系:

由以上各式得:

當n=1時U1取最小值

儀器介紹

俄羅斯Mettek高技術氣體分析儀器公司介紹:

Mettek公司是國家鋼鐵材料測試中心在冶金過程在線氣體檢測技術領域的合作伙伴。

Mettek公司是專業化的、以飛行時間質譜技術為基礎的工藝氣體檢測技術公司，該公司由俄羅斯A.F.Ioffe物理技術學院創建。著名的2000年諾貝爾物理學獎獲得者G.F.Alferov和反射型飛行時間質譜儀的發明者B.A.Mamyrin即出自該院。飛行時間質譜技術的應用為冶金工藝氣體的在線檢測提供了全新、高效的手段，建立于納克公司的Mettek商務及技術中心，將為推動這一技術在中國的應用發揮重要作用。

飛行時間質譜儀的特點:EMG系列氣體分析儀采用*的飛行時間質譜技術，與紅外、熱導、磁氧等傳統分析技術相比，具有質譜分析的所有優點如測量速度快、精度高、采樣量少、系統集成化和自動化程度高等。飛行時間質譜技術本身具有明顯優于其他類型質譜的特點:最寬的測量范圍;最快的分析速度;最小巧的結構;最少的運轉費用。

EMG系列工業氣體在線分析儀應用范圍:

用于所有有氣體參與或生成氣體的工藝過程如燒結、熔煉等的監測和控制。通過在線測定原料、過程或產物中的氣體成分和流量數據，指導生產過程，優化工藝模式，及時預報險情，提高生產產量和質量。