四极质谱计灵敏度与离子源参数关系的实验研究(2)
灵敏度随发射电流变化的曲线见图3，为了直观，用0.1mA的灵敏度对三种气体的灵敏度各自进行了归一化。
从图3可以，随着发射电流的增大，三种气体的灵敏度都随之增大，Ar和N2 的曲线大部分重合，三条曲线都呈近似线性的变化趋势。Ar、He、N2在发射电流为2mA，时的灵敏度，比在默认发射电流为1mA，时的灵敏度分别增大了79.8%，74.9%、77.1%可见，调节发射电流可以大幅度的提高质谱计的灵敏度，并成为调节质谱计灵敏度的主要手段。理论上，发射电流过大时造成的空间电荷将会使电子飞行路程缩短，导致离子流下降，灵敏度达到饱和，但本次实验中发射电流没有调到这个数值。
对于电离真空计，工作发射电流一般为5mA,发射电流从1mA，上升到 2mA ，电离计的灵敏度不变，离子流会上升一倍。对于本次实验用的质谱计，三种气体的离子流上升幅度只有80%左右且各不相同。这可能是由于质谱计与电离规的收集方式不同，当增大发射电流时，可进入四极场的稳定离子入口条件发生变化，导致流通率变化所致。
以上数据说明，在质谱计的实际使用过程中，可以通过调节发射电流来增大质谱计的灵敏度并使之达到最大值。值得注意的是，质谱计灵敏度增大的同时，稳定性会有所下降，而且在调节发射电流时必须有一个较高的真空度以尽量避免离子源的污染。
在质谱计灵敏度大小满足要求的前提下，不要提高发射电流，以延长灯丝的寿命。
2.2、阴极电压(cathode)测试
在校准室中引入N2，动态平衡后测量压力为2.45×10-4 Pa。调节离子源的阴极电压，范围为(30~125)V，间隔5V。同时测量N2 的灵敏度，阴极电压与灵敏度的实验数据和关系图分别见表3和表4
由图4可知，阴极电压由30V增大到45V时，灵敏度与阴极电压呈近似线性关系，随着阴极电压的提高，灵敏度也随之提高；在阴极电压为100V左右时，灵敏度达到最大值；当阴极电压进一步提高时，灵敏度呈缓慢下降趋势。这是由于当阴极电压较低时，电子能量相对较低，不能大量电离气体分子生成带电离子。适当提高阴极电压，可以提高电子能量，使电子电离气体分子的概率增大，故而离子流也相应增大。但当电压过大时，造成电子能量过大，电子速度很快，电子和分子碰撞的时间缩短，能量不能完全交换，导致离子产量下降。
由于不同气体的电离电位并不相同，如Ar、N2、He的电离电位分别为15.7V、15.5V、24.5V ，所以使不同气体具有最大灵敏度的阴极电压也不相同。对于本实验用的质谱计，阴极电压在100V时，N2的灵敏度可达最大值，但要使He的灵敏度达到最大值，阴极电压将会是高于100V的某一数值。质谱计阴极电压的默认值设为70V。，是为了兼顾各种气体的电离电位，使大部分气体有较大的灵敏度，对于特定气体，可通过调节阴极电压提高灵敏度。
在质谱计的实际使用过程中，如果灵敏度不能满足要求，可先调节发射电流来增大灵敏度，如还不能满足要求，可适当调节阴极电压。但是从表3可以看出，阴极电压在70V~125V，之间变化时，灵敏度的最大增幅不超过7.47%。所以用调节阴极电压来增大灵敏度的方法只作为调节灵敏度的辅助手段，通常不建议使用。
2.3、聚焦电压（focus）测试
在校准室中引入N2，动态平衡后测量压力为2.53×10 -4 Pa。调节离子源的聚焦电压，范围为1V～31V，间隔3V。同时测量N2气的灵敏度。聚焦电压与灵敏度的实验数据和关系图分别见表4和图5。
由图5可以看出，聚焦电压与灵敏度的关系曲线呈典型的“峰型”，聚焦电压在16V～19V范围内时，灵敏度处于最高峰附近，而在峰高两测灵敏度则迅速下降。这是由于当聚焦电压较低时，离子运动轨迹处于发散状态，容易打在两侧极板被吸附。随着聚焦电压的增大，离子运动轨迹接近聚焦极的中轴线，绝大部分离子可以通过聚焦极，灵敏度出现最大值。当聚焦电压过大，离子运动轨迹又开始偏离中轴线，离子通过率降低，灵敏度下降。
由表4可知，灵敏度最大值出现在聚焦电压为19V时，此时的灵敏度比默认聚焦电压为20V时的灵敏度高6.49%比聚焦电压在1V时的灵敏度高243%。可见，当聚焦电压处于默认值时，对之进一步调节并不能带来灵敏度的大幅度提升。但当聚焦电压处在偏离峰高的两则区域时，调节聚焦电压可大幅度提高灵敏度。一般情况下，质谱计在默认的聚焦电压下灵敏度已接近最大值，调节聚焦电压只作为调节灵敏度的辅助手段，通常不建议使用。
3、结论
1.离子源发射电流在0.1mA～2mA 范围内变化时，质谱计灵敏度与之呈近似线性关系。适当调节发射电流能大幅度提高质谱的灵敏度，可以作为调节灵敏度的主要手段。
2.质谱计灵敏度与离子源的阴极电压在一定范围内呈线性关系，当阴极电压增大到一定数值时，灵敏度达到最大值，而后开始缓慢下降。在线性区内调节阴极电压可大幅度增大灵敏度，但在一般情况下，质谱计默认的阴极电压可使灵敏度接近最大值，对之进行调节只能小幅度提高灵敏度，除特殊情况外，不建议调节。
3.质谱计灵敏度与离子源的聚焦电压呈典型的“峰型”关系，聚焦电压在某一较小范围（工作范围）内变化时灵敏度有最大值，超出此范围则灵敏度迅速下降。在峰高的两侧调节聚焦电压可大幅度提高灵敏度，但在一般情况下，质谱计默认的聚焦电压已处在工作范围内，调节聚焦电压不能明显提高灵敏度，除特殊情况外，不建议调节。
