6.4.1 普发真空 质谱仪的优势
普发真空离子源的电势曲线如图 6.20 所示。加热电子发射阴 极具有大约 20 V 的电势。维纳尔电极通常被连接至阴极的正 极，并防止电子在离子源附近散射。阳极电势 V2 为 80 V 的 有效金属丝使电子减速进入形成区域 (100 V)，它们在其中电 离进入的中性气体分子。离子通过孔在电势 V5 为 -150 V 时 加速，并再次由聚焦电极减速至 V3 = 80 V。喷射孔在离子 进入质量过滤器之前再次使其加速，并由场轴电势 V4 = 85 V 在能量大约为 15 eV 时使其减速（形成区域和场轴之间的 差值）。
图 6.20: 电偏压离子源中的电势曲线
普发真空 PrismaPlus 和 HiQuad 质谱仪的特点是其如上所述 的电偏压离子源和其场轴技术。
电偏压离子源
在许多四极杆质谱仪中，阴极接地，甚至有负电势。阴极（
金属丝）使发射的电子加速到形成区域（阳极），它们在这
里电离中性气体粒子，这些电离了的粒子之后被抽出到质量
过滤器之中。在这样的磁场条件下，电子也可以撞击真空中
的其他表面，它们在这里触发 EID（电子碰撞解吸）离子。
这会导致不理想的背景噪音，如果腔室中有高密集表面，在
金属丝通电时，也会导致相当大的气体解吸。
普发真空离子源具有正电势（大约 100-150 V）。从该离子 源发射的电子被所有具有较低电势（如接地）的表面排斥， 从而使电子远离这些表面，避免触发可造成干扰的 EID 离 子。
场轴技术
在离子源中形成的离子以高动能向质量过滤器加速。因此，
离子不会受到周边或 RF 边缘场的影响，并以最初高能量向
质量过滤器移动。即使没有前置过滤器，离子射入四级场的
理想条件可以由该方式获得，这与其它需要使用前置过滤器
的质谱仪不一样。质量过滤器本身适当地偏向场轴电压，这
使离子在进入过滤器后再次减速至约 15 eV 的动能。为场轴
电压两倍的该能量和离子质量确定离子的速度，从而确定其
在质量过滤器中的飞行时间。由此产生的有利射入条件导致
离子在宽广的质量范围内通过质量过滤器的高穿透率，从而
保证系统的高灵敏度。
二次电子倍增器的直角排列
普发真空质谱仪的另一个优势是二次电子倍增器 (SEM)
的排列，其相对于过滤器轴偏移 90°（90 度离轴 SEM，
图 6.21）。
如果 SEM 被布置在轴方向，在质量过滤器后，所有碰撞粒子 （中性粒子、离子、电子、光子）将产生二次电子，从而增 大了背景信号。为防止这种情况，从过滤器排出的离子被偏 转 90 度，然后向 SEM 第一倍增极加速。中性粒子和光子通 过电偏转单元时没有发生任何偏转，且电子偏转的程度比离 子大得多。这意味着，允许通过过滤器的所有离子几乎都会 撞击 SEM ，这显著提高了信号噪音比。
除了极少数特殊型号，所有 HiQuad 分析仪都配备了这种技 术。
在 PrismaPlus 中， 提供一个 C-SEM 作为电流放大器。同 样，在这种情况下，离开质量过滤器的离子稍稍偏向 C-SEM，并与不需要的粒子分离。
图 6.21: 90° 离轴 SEM
质量甄别
撞击转换倍增极每个离子产生的二次电子数量取决于离子质
量、能量与类型（原子或分子离子）。转换率与质量有关。
这种影响被称为质量歧视，使用离散设计的 SEM 没有使用
C-SEM 的效果明显。在离子撞击转换倍增极之前将其加速到
高能量可以减少质量歧视。
总结
稳定的 RF 电源和精密机械过滤器都是必要的，以使用预选
的质量分辨率实现宽广质量范围内的最大可能传输。适当选
择了场轴技术的偏压离子源以及SEM 的 90 度离轴排列大大
提高了信号噪音比。凭借被施加了高压的借转换倍增极，可
以减少 SEM 或 C-SEM 中的质量歧视。
以下属性使四级杆质谱仪有别于其他设计：：
- 尺寸紧凑、重量轻
- 质量与 RF 电压振幅之间的线性关系系
- 高灵敏度
- 信号噪音比大
- 测量速度与重复率高
- 宽广的动态范围（可达 10 个数量级）
- 安装方向无限制
- 无磁场干扰
凭借这些优势，四级杆质谱仪已经成为最广泛使用的质谱 仪。
