扇形质谱仪

扇形质谱仪（Sector mass spectrometer），是一类在扇形仪器中使用静电（E）或磁力（B）或两种组合使用（在空间区域内分开）的作用下进行质量分析的仪器。一般具有抽真空的马蹄形玻璃管，由进样口、电子轰击源、一端加速板以及另一端的收集器狭缝组成，并且在管子的弯曲处施加电场，大多数现代扇形质谱仪都是双聚焦仪器（最早由Francis William Aston、Arthur Jeffrey Dempster、Kenneth Bainbridge和Josef Mattauch在 1936 年开发）

运作原理

通过施加电场或磁场，粒子以弯曲的路径前进，分子离子根据质量被分离并收集 ，不同的碎片落在检测器上并进行记录质谱 在扇形仪器中产生的离子均匀、线性、静态电场或磁场（单独）中的行为很简单。其中是由物理学中一个称为洛伦兹力定律的方程来描述。该方程是所有质谱技术的基本方程，也适用于非线性、非均匀的情况，通常是电磁学领域中的一个重要方程。

$F=q(E+v\times B)$，其中E为电场强度，N为磁场强度，q为粒子的电荷数，v为当前之速度（表示为矢量），x 为向量积。

因此在线性的均匀电场（扇形区），因此离子受到的的力可以用以下公式进行表示

$F=qE$, 离子收到的力的方向，以电场方向为基准，与正离子相反，与负离子相同。

该力仅取决于电荷和电场强度。由于惯性的差异，较轻的离子将被偏转得更多，而较重的离子将更少地偏转，并且当它们离开电扇区时，离子将在空间中彼此排斥并分离成不同的离子束，并且在线性均匀磁场（磁扇区）中对离子的力为：

$F=qvB$

垂直于磁场和离子本身的速度矢量，方向由向量积的右手定则和电荷的符号决定。

磁扇区中的力因速度而变得复杂，但在一般的情况下（例如均匀速度），不同质量的离子将在空间中被物理分离成不同的光束，如同电扇区一样。

不同的几何分类

这些是质谱仪中的一些经典几何形状，通常用于区分不同类型的扇区排列，但随着设计的进一步发展，大多数现代仪器并不完全适合这些类别中的任何一个。

班布里奇-约旦

此种扇形质谱仪是由一个没有初始漂移长度的，且弧度为127.30°（$\pi /{\sqrt {2}}$）的电扇区和一个具有相同曲率方向的60°磁扇形组成，这种扇形质谱仪也被称为“Bainbridge 质谱仪”，一般用于确定同位素原子质量。

从正在分析的同位素产生一束正离子，光束受到垂直电场和磁场的共同作用，由于当粒子的速度为 $v=E/B$ 时，光束没有受到合力的作用，便会自由地穿过狭缝，当受到另外一个磁场作用时，会会穿过半圆形的路径并装机到侦测器，从而对同位素质量进行计算。

马托赫-赫尔佐格

Mattauch-Herzog 几何由弧度为31.82° ($\pi /4{\sqrt {2}}$）且拥有初始漂移长度的电扇区以及相反曲率方向的90°磁扇区组成。分离原理主要是，按电荷分类的离子进入磁场后会产生能量集中效应，并且比标准能量过滤器的传输率要高得多。这种几何形状通常用于在产生的离子中具有高能量分布同时也需要灵敏度的应用中，例如火花源质谱 (SSMS) 和二次离子质谱 (SIMS)。这种几何比 Nier-Johnson 几何的优势在于不同质量的离子都聚焦在同一个平面上。

尼尔-约翰逊

Nier-Johnson 几何结构由一个 90° 的电扇区、一个较长的中间漂移长度和一个具有相同曲率方向的 60° 磁扇区组成。

Hinterberger-Konig

Hinterberger-Konig 的几何结构是由一个 42.43° 的电扇区、一个较长的中间漂移长度和一个相同曲率方向的 130° 磁扇区组成。

竹下

Takeshita 的几何结构由一个 54.43° 电扇区和短漂移长度组成，第二个为具有相同曲率方向的电扇区，然后是另一个不同的漂移长度，配备相反曲率方向的 180° 磁扇区。

松田

Matsuda 几何结构由一个 85° 电扇、一个四极透镜和一个 72.5° 相同曲率方向的磁扇组成。这种几何结构用于SHRIMP和 Panorama（气源、高分辨率、多收集器，用于测量地球化学物质中的同位素体）。