主题：【原创】“源”来如此：图解离子源

对于GCMS工作者来讲，离子源是最熟悉不过的了。谁都知道柱流出物在离子源内被离子化，每个拆解过离子源的人都能清楚的分辨出什么部件是做什么的。所以，这个帖子不适合老鸟看，给新手上路的。
So，请大家跟我一起在心中默念：“老鸟退散！”

从EI说起。
不管各家EI源是如何实现的，它都遵循下面的整体结构。
包括：灯丝，离子化室，一些透镜和附属机构，比如加热和测温组件等等


EI是Electron Ionization
回想美好的高中时期，物理老师说：任何微观物质都具有波粒二象性。那么，根据德布洛意物质波方程λ=h/(mν)（h：普朗克常量）可以得到具有70eV（电子伏特）动能的电子，其波长是1.4埃（Å）。当这个能量足以激发分子中的电子到激发态时，就有可能促使分子放出电子而带电。所以，其实EI并不是说电子直接打到分子上，把它打碎的。这是个复杂的量子化学/物理过程……


上面这张图显示了不同气体在束流恒定的情况下，不同动能时每厘米平均自由程每mmHg下离子的产生情况。量子物理告诉我们，能量和鸡蛋一样，一份一份的。太多或者太少都不行。所以，大家看到三种物质都在大约70eV下都出现了最大值。而且在70eV附近没有非常巨大的变化。
撒网捕鱼总是收益不好，所以只有大约千分之一的物质会被电离。不过，这已经足够了。和FID相比，高太多了！
然而，只有10~20eV的能量被传递给有机物分子。大多数有机物只要10eV就可以发生电离，能量越多，自爆（炸裂）的概率就越大，产生的碎片可以使我们对分子结构有更多的了解。激发能量越低，信号的绝对强度就越差，除非特殊情况，企图通过降低激发能量来获得更好的谱图的努力绝对是得不偿失。（而且，标准谱库都是70eV，不是这个数的，不能做谱库检索）
生成的离子会被透镜牵引出离子化室，经过聚焦和加速后，飞向质量分析器，这是后话，我们先不说了。

2. 离子源的实现方式

理论和实践总是相辅相成互相促进的。我们来看看世面上机器的离子源是怎么实现的。（为了防止广告嫌疑，除了我手头上DSQ的拆解图片外，还去网上找了其它机器的图片。在此，谨向原作者表示衷心的感谢！）

灯丝：

从左到右依次是安捷伦，岛津和热电气质的灯丝。可以看到，安捷伦和岛津都是双引线，只有热点的是三条腿。原因是这第三条腿上还加了正电，用来牵引电子。

离子化室（离子盒）：

上面是热电的离子盒，下面是岛津的。这里只对岛津的做一点儿说明：左边是EI的，中间是CI，右边是NCI。岛津对于CI反应气的引入，是通过在离子盒上加装管路实现的。而热电的机器，把CI反应气和调谐气管路共用实现。

透镜：
曾经有人听到我说离子透镜的时候，还煞有介事的认真看了看，问我，怎么透镜上没有玻璃捏？我说：这要真的是装上了玻璃，就什么都过不去了……
所谓透镜，无非是因为它起到了和光学中透镜一样的作用罢了。这一块可以统称为离子光学系统。一般现在都是三枚透镜的透镜组。包括了离子的提取，聚焦和加速。

这是热电DSQII的离子透镜组。三枚透镜是装在最左边的陶瓷壳子里面的。这个壳子让一个人摔坏了一个角，让我心疼了好几天。从右至左依次是：固定用铁箍，透镜1，陶瓷垫圈，透镜2，陶瓷垫圈和透镜3。
下面想对这三枚透镜多几句废话。
Len1：Len1距离离子源最近，它主要是用来从离子盒中提取离子。对于热电的DSQII而言，默认值是25V，可调范围是0-130V。对于正离子，它是负值，反之，对于负离子，上面加的是正电。改变Len1的电压，不仅影响离子的提取，还会改变离子的动能和离子相对丰度。如果离子源污染，Len1会发生变化，但是不要企图通过手动调节Len1来克服离子源污染，因为它会影响离子动能的。

Len2：Len2是聚焦透镜，有的机器叫它gate lens。它的可调范围是0-130V，默认值是7V。Len2有两个最佳值，分别在7V和100V附近。当进行痕量分析时，选用较低的优化电压，此时的噪音强度和信噪比都比较好，但是信号的绝对强度比100V时低一些。（这是明摆的吧……）

Len3：最后加速了，Len3是加速透镜，它将离子束加速到合理的速度后飞向质量分析器（当然DSQ还有个预四级）

如果一些特殊试验需要手动调谐，仔细调节透镜1&2可以获得很好的效果。

好了，到这里，就先到这里吧，有炮存着过两天再放……

参考文献：
三家公司的GCMS说明书
Ekman, R., J. Silberring, et al., Eds. (2009). Mass Spectrometry Instrumentation, Interpretation, and Applications. WILEY-INTERSCIENCE SERIES IN MASS SPECTROMETRY. New Jersey, John Wiley & Sons.
McLafferty, F. W. (2011). "A century of progress in molecular mass spectrometry." Annual review of analytical chemistry 4: 1-22.
Hoffmann, E. d. and V. Stroobant (2007). Mass Spectrometery Principles and Applications. West Sussex, John Wiley & Sons Ltd.