液質(zhì)聯(lián)用中的質(zhì)譜——檢測器

2023.9.19

　　質(zhì)譜系統(tǒng)的關(guān)鍵要素是用于將質(zhì)量分離離子流轉(zhuǎn)換成可測量信號的檢測器類型。常用的探測器包括：

　　1、電子倍增器（Electron Multiplier，EM）

　　離散金屬板的串聯(lián)連接，可將離子電流放大約108到可測量的電子電流。原理是讓離子撞擊到容易釋放出二次電子的材質(zhì)表面，二次電子經(jīng)由重復(fù)撞擊相同材質(zhì)連續(xù)放大二次電子數(shù)目后，再記錄二次電子數(shù)量來達(dá)到檢測目的。電子倍增器依據(jù)其結(jié)構(gòu)可分為不連續(xù)式（Discrete）與連續(xù)式（Continuous）兩種，前者面積大但動態(tài)范圍寬，后者面積小適用于空間有限的分析器，但動態(tài)范圍窄?？偟膩碚f，電子倍增器的響應(yīng)時間約為20ns，不適合TOF，常用于四極桿、離子阱。

電子倍增器：（a）不連續(xù)式（b）連續(xù)式

　　2、微通道板（Microchannel Plate，MCP）檢測器

　　微通道板MCP類似于連續(xù)式電子倍增器，只是它將每個微小化的電子倍增器做成數(shù)組形態(tài)，并集中在一只半導(dǎo)體圓盤上。由于電流信號的時間半高寬通常小于2ns，適用于TOF。MCP最常見的結(jié)構(gòu)為二片堆疊式，當(dāng)離子撞擊進(jìn)入MCP中，其效果類似于連續(xù)式電子倍增器，二次電子反復(fù)撞擊通道內(nèi)部表面產(chǎn)生大量二次電子。這些大量的二次電子在通過第一片板后，會被分配到第二片微通道板的不同通道上，二次電子再次在不同信道內(nèi)被放大，最終輸出大量電子流被收集器收集，產(chǎn)生短脈沖信號。

　　MCP的優(yōu)點是檢測面積大、增益值高、反應(yīng)速度快、甚至可搭配熒光屏或數(shù)組式收集信號電極變成離子圖像檢測器。其缺點是易受濕度影響，保存不易，需在高真空度（<1×10^-6 mbar）下工作。

微通道板MCP檢測器

　　3、無增益式離子檢測器

　　本身不放大離子信號，只作為收集離子電流或感應(yīng)離子電荷的簡單裝置。此類檢測器的檢測原理只與電荷數(shù)z有關(guān)（非m/z），對質(zhì)量沒有選擇性，其靈敏度可在搭配后端信號放大電路后大幅增加，也可在特定儀器上借由傅里葉變換分析器做多次測量達(dá)到單一電荷檢測極限。

　　其結(jié)構(gòu)主要由檢測離子的電極和在后端的信號放大電路構(gòu)成。一般用來檢測離子的電極稱做法拉第電極，而此電極依其形狀又常被稱為法拉第板或法拉第杯。法拉第杯通常直接放置在離子路徑上收集離子，而法拉第板則可直接收集離子或安裝于離子路徑旁感應(yīng)離子信號。

法拉第杯檢測器

　　4、閃爍檢測器（Scintillation Detector）

　　閃爍檢測器也稱達(dá)利檢測器（Daly Detector），其原理也是離子轉(zhuǎn)換為二次電子，但產(chǎn)生二次電子數(shù)目沒有被放大，而是直接加速撞擊高效率的熒光屏后發(fā)光，然后光子再由極為靈敏的光電倍增管檢測并放大成電子信號。光電倍增管的結(jié)構(gòu)與不連續(xù)式電子倍增器的結(jié)構(gòu)相似，光子射入光電倍增管中，因光電效應(yīng)使得電極表面的電子被入射光激發(fā)出來。電子流經(jīng)過多次電極間的反復(fù)放大而增加，并被轉(zhuǎn)成電壓。

　　達(dá)利檢測器的增益比高，但只適用于正離子，信號響應(yīng)時間長，且需要高真空，體積較大。許多早期使用該檢測器的質(zhì)譜都已改成電子倍增器。

　　目前，商業(yè)質(zhì)譜儀常以轉(zhuǎn)換二次發(fā)射電極搭配電子倍增器使用，來增加儀器靈敏度。