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液質聯用中的質譜——檢測器

2023.9.19

　　質譜系統的關鍵要素是用于將質量分離離子流轉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表面，二次電子經由重復撞擊相同材質連續放大二次電子數目后，再記錄二次電子數量來達到檢測目的。電子倍增器依據其結構可分為不連續式（Discrete）與連續式（Continuous）兩種，前者面積大但動態范圍寬，后者面積小適用于空間有限的分析器，但動態范圍窄。總的來說，電子倍增器的響應時間約為20ns，不適合TOF，常用于四極桿、離子阱。

電子倍增器：（a）不連續式（b）連續式

　　2、微通道板（Microchannel Plate，MCP）檢測器

　　微通道板MCP類似于連續式電子倍增器，只是它將每個微小化的電子倍增器做成數組形態，并集中在一只半導體圓盤上。由于電流信號的時間半高寬通常小于2ns，適用于TOF。MCP最常見的結構為二片堆疊式，當離子撞擊進入MCP中，其效果類似于連續式電子倍增器，二次電子反復撞擊通道內部表面產生大量二次電子。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被放大，最終輸出大量電子流被收集器收集，產生短脈沖信號。

　　MCP的優點是檢測面積大、增益值高、反應速度快、甚至可搭配熒光屏或數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離子電荷的簡單裝置。此類檢測器的檢測原理只與電荷數z有關（非m/z），對質量沒有選擇性，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到單一電荷檢測極限。

　　其結構主要由檢測離子的電極和在后端的信號放大電路構成。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）

　　閃爍檢測器也稱達利檢測器（Daly Detector），其原理也是離子轉換為二次電子，但產生二次電子數目沒有被放大，而是直接加速撞擊高效率的熒光屏后發光，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。光電倍增管的結構與不連續式電子倍增器的結構相似，光子射入光電倍增管中，因光電效應使得電極表面的電子被入射光激發出來。電子流經過多次電極間的反復放大而增加，并被轉成電壓。

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

　　目前，商業質譜儀常以轉換二次發射電極搭配電子倍增器使用，來增加儀器靈敏度。