质谱是按照原子（分子）质量的顺序排列的图谱。利用光谱法、核感应法或微波吸收法都可以构成试验装置，进行质谱研究；而历史上把基于电磁学原理设计而成的仪器叫做质谱仪（mass spectrometer或mass spectrograph）。因此种仪器中采用的质量分析器只能对带电粒子起分离作用，所以，要求将被研究的原子（分子）转变成离子，而仪器所获得的信息则是离子的质量m与电荷e之比m/e。近百年来，人们利用质谱仪进行了原子量测定、同位素分离与分析、有机物结构分析和其它科学实验，形成质谱法（mass spetromettry或mass spetroscopy），其在现代分离、分析研究领域中占有重要地位。
质谱仪器的主要特点有：① 擅长同位素分析；② 可以进行多种形态样品（气体、液体、固体、常温、高温、常量、微量……）分析；③ 可以同时（或顺序）检测多种成分；④ 可以连续（或间歇）进样、连续分析；⑤ 可以提供丰富的结构信息；⑥ 可以进行快速分析与实时检测；⑦ 即可进行定性分析，也可定量分析；⑧ 样品用量少，灵敏度很高；⑨ 测量准确度与精密度较高；⑩ 仪器结构复杂，造价较高。同位素比例质谱仪是利用离子光学和电磁原理，按照质荷比（m/e）进行分离从而测定同位素质量和相对含量的科学实验仪器。
1、 IRMS的基本测量过程
在稳定同位素分析中均以气体形式进行质谱分析，因此常有气体质谱仪之称。同位素质谱分析仪的测量过程可归纳为以下步骤：
① 将被分析的样品以气体形式送入离子源；
② 把被分析的元素转变为电荷为e的阳离子，应用纵电场将离子束准直成为一定能量的平行离子束；
③ 利用电、磁分析器将离子束分解为不同m/e比值的组分；
④ 记录并测定离子束每一组分的强度；
⑤ 应用计算机程序将离子束强度转化为同位素丰度；
⑥ 将待测样品与工作标准相比较，得到相对于国际标准的同位素比值。
2、 IRMS的基本原理：
同位素比例质谱仪的原理是首先将样品转化成气体（如CO2，N2，SO2或H2），在离子源中将气体分子离子化（从每个分子中剥离一个电子，导致每个分子带有一个正电荷），接着将离子化气体打入飞行管中。飞行管是弯曲的，磁铁置于其上方，带电分子依质量不同而分离，含有重同位素的分子弯曲程度小于含轻同位素的分子。
在飞行管的末端有一个法拉第收集器，用以测量经过磁体分离之后，具有特定质量的离子束强度。由于它是把样品转化成气体才能测定，所以又叫气体同位素比例质谱仪。以CO2为例，需要有三个法拉第收集器来收集质量分别为44、45和46的离子束。不同质量离子同时收集，从而可以xx测定不同质量离子之间的比率。
带电粒子在磁场中运动时发生偏转，偏转程度与粒子的质荷比m/e成反比。带电离子携带电荷e’，通过电场时获得能量e’V，它应与该离子冬动能相等：
1/2m’ v’ 2＝e’ V （1）
式中m’和 v’分别为粒子的质量和速度，e’为粒子电荷，V为电压。带电粒子沿垂直磁力线方向进入磁场时，受到洛仑兹力作用，此力垂直于磁场方向和运动方向，力的大小为：
F=e’ VB/c （2）
式中B为磁场强度，c为光速。合并（1）和（2）式，得到：
F＝ （3）
显然，F为粒子质量的函数，确切来说是荷质比 的函数。据此，带电粒子在磁场中运动时因洛仑兹力而偏转，导致不同质量同位素的分离，重同位素偏转半径大，轻同位素偏转半径小。
实际测定中，不是直接测定同位素的{jd1}含量，因为这一点很难做到；而是测定两种同位素的比值，例如18O/16O或34S/32S等。用作稳定同位素分析的质谱仪是将样品和标准的同位素比值作对比进行测量。
3、 IRMS的基本结构
同位素比例质谱仪与其它质谱仪一样，其结构主要可分为进样系统、离子源、质量分析器和检测器四部分，此外还有电气系统和真空系统支持。
（a） 进样系统：即把待测气体导入质谱仪的系统。它要求导入样品但不破坏离子源和分析室的真空。为避免扩散引起的同位素分馏，要求在进样系统中形成粘滞性气体流，即气体的分子平均自由路径小于储样器和气流管道的直径，因此气体分之间能够彼此频繁碰撞，分子间相互作用，形成一个整体。。
（b） 离子源：在离子源中，待测样品的气体分子发生电离，加速并聚焦成束。针对某种元素，往往可以采用不止一种离子源测定同位素丰度。对离子源的要求是电离效率高，单色性好。
（c） 质量分析器：接收来自质量分析器的具有不同荷质比的离子分开。主体为一扇形磁铁。要求其分离大，聚焦效果好。
（d） 离子检测器：接收来自质量分析器的具有不同荷质比俄离子束，并加以放大和记录。由离子接收器和放大测量装置组成。离子通过磁场后，待分析离子束通过特别的狭缝后，重新聚焦落到接收器上并收集起来。接收器一般为法拉第筒。现代质谱仪都有两个或多个接收器以便同时接收不同质量数的离子束，交替车辆样品和标准的同位素比值并将两者加以比较，可以得到高的测量精度。对检测部分的要求是灵敏度高，信号不畸变。

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