Analizator cyklotronowego rezonansu jonów

Z Wikipedii

Analizator cyklotronowego rezonansu jonów (ICR, Ion Cyclotron Resonance - to analizator jonów, element konstrukcji spektrometrów mas.

[edytuj] Zasada działania

Jest to analizator cyklotronowy, który wykorzystuje zjawisko zakrzywienia toru lotu jonów w polu magnetycznym. Jeśli pole magnetyczne jest silne, promień krzywizny staje się mały, a jony wpadają w ruch kołowy i krążą wewnątrz komory urządzenia. Tak poruszające się jony mogą być utrzymywane w urządzeniu przez nawet kilka minut.

Ruch jonów po okręgu charakteryzuje między innymi promień i częstotliwość (odwrotność okresu). Wartości tych parametrów zależą od siły pola magnetycznego oraz stosunku masy do ładunku elektrycznego jonów (m/z). Jony o większym m/z charakteryzuje mniejsza częstotliwość.

W analizatorze ICR mierzy się częstotliwość ruchu kołowego jonów, którą można przeliczyć na m/z. Pomiar jest dokonywany przez wzbudzenie jonów o określonym m/z przez falę elekromagnetyczną o częstotliwości charakterystycznej dla tych jonów. Promieniowanie elektromagnetyczne wzbudza jony poruszające się w cyklotronie tylko wtedy, kiedy częstotliwość pola elektromagnetycznego jest równa częstotliwości ruchu kołowego jonu. Zjawisko to nazywa się jonowym rezonansem cyklotronowym.

[edytuj] Konstrukcja

Jony, które zaabsorbowały energię (zostały wzbudzone) poruszają się z tą samą częstotliwością, jednak promień ich ruchu staje się większy. Zachowują prędkość kątową kosztem zwiększania prędkości liniowej. Aby stwierdzić ile jonów uległo wzbudzeniu przy danej częstotliwości, można zmierzyć energię pochłoniętej fali elektromagnetycznej. Można także umieścić w cyklotronie płyty podłączone do urządzenia precyzyjnie mierzącego natężenie prądu elektrycznego.

Jony wzbudzone mają większy promień ruchu kołowego, więc przelatują bliżej płyt, wzbudzając prąd. Prąd ten jest mierzony. Widmo m/z jest tworzone przez działanie na jony polem elektromagnetycznym o zmieniającej się częstotliwości i rejestrację zmian natężenia prądu w płytach detektorowych (lub zmiany absorpcji fali elektromagnetycznej).

W analizatorze panuje bardzo wysoka próżnia - ciśnienie nie większe niż 10^-4 Pa, zwykle 10^-6 Pa lub mniejsze. Im niższe ciśnienie, tym wyższa rozdzielczość analizatora cyklotronowego. Rozdzielczości analizatorów cyklotronowych mogą być bardzo duże, zwykle kilkaset tysięcy, a mogą dochodzić nawet do miliona (przy m/z 500 Th). Rozdzielczości tych analizatorów szybko zmniejszają się wraz ze wzrostem m/z analizowanych jonów.

Warto dodać, że stałe pole magnetyczne jest zapewniane przez elektromagnesy nadprzewodzące. Elektromagnesy stosowane w analizatorach ICR dostarczają pola o sile od 3 do 12 T. Zwiększenie siły pola magnetycznego zwiększa rozdzielczość urządzenia. Analizatory ICR charakteryzują się także bardzo dużą czułością.

Zobacz też: Analizator cyklotronowego rezonansu jonów z fourierowską transformacją wyników