--- title: "离子跑一段路，怎样量出质荷比" description: "同一电势给相同电荷相近的能量。轻离子先到，重离子后到；参考峰标定时间，离子镜帮助缩小能量展宽。" canonical_url: "https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/time-of-flight-mass-spectrometer/" language: "zh-CN" page_type: "story" alternate_languages: en: "https://sandboxphysics.com/stories/instruments/time-of-flight-mass-spectrometer/" last_modified: "2026-11-11" --- [物理仪器怎样测量](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/) 走进仪器 # 离子跑一段路，怎样量出质荷比 飞行时间质谱仪先给离子一脚电场推力，再看它们何时撞上探测器。已知离子校准时间刻度后，就能读出质量与电荷的比值，也就是质荷比。谱峰有多宽，取决于这场起跑和计时究竟有多整齐。 Sandbox Physics · 2026-11-11 ## 电场给能量，飞行管把差别拉开 把一小团带正电的离子送到两块电极之间，再加上提取电压。正离子受到电场推力，穿过电极开口，进入一段几乎没有电场的真空管。不同离子从同一发脉冲出发，探测器守在下游计时。 相同电荷经过相同电势差，得到相同的电能。能量相近时，重离子的速度较小，飞过同样距离就要更久。探测器上先后出现的一串电脉冲，把混在一起的离子摊成一条时间谱。 来源：[1] [2] ## 起跑位置也会写进时间里 离子源有大小。一些离子靠近出口，另一些还在后面；它们开始时也可能朝前或朝后运动。提取电场先改变这些速度，离子还要花时间穿过加速间隙。只算无场管里的路程，会漏掉起跑这一段。 靠后的位置可能让离子多获得一些电能，随后反而追上先离开的同伴。Wiley和McLaren在1955年分析了这样的双区离子源：分别选择两段电场，把一部分起跑位置造成的时差压小。改善分辨能力，需要从源头整理离子团。 来源：[2] ## 用已经知道的离子给时钟定刻度 电脉冲发出，到电场真正建立，中间有延迟。探测器、电缆和计时电路还会再添上一段时间。把计时器显示的零点直接当作离子的起跑瞬间，整条质量轴都可能偏移。 先送入质荷比已知的参考离子，保存它们的到达时刻，就能拟合时间偏置和比例。再换一组没有参与拟合的已知离子，检查它们是否落在正确位置。未知样品随后使用同一份冻结标定。 加速电压和飞行几何要与这些参考保持相应关系。电压变了，离子速度也会变；管长的热胀冷缩同样会移动峰位。读回实际电压、留住参考时刻，才有机会区分样品变化和仪器漂移。 来源：[1] [2] ## 离子镜让快离子多停留一会儿 同一种离子也有能量分散。跑得快的先接近探测器，跑得慢的拖在后面，原本一条细线就会展宽。延长直线飞行管，同时也会继续拉大这种时差。 在路的尽头放一段反向电场，离子会逐渐减速，把动能换成电势能，再掉头返回。能量较高的离子钻得更深，停留更久。选择合适的镜场与漂移长度，就能补偿一部分速度差，让它们重新聚在接近的到达时刻。离子实际多走的路，决定了这种时间聚焦。 来源：[3] [1] ## 峰的位置、宽度和面积各说一件事 峰的位置给出质荷比。在峰高一半的位置量出宽度，叫半高全宽。宽度越小，相邻组分越容易分开；这与峰位离真实参考有多近，是两件不同的事。一条很窄但整体偏移的峰，仍然需要重新标定。 峰面积数的是被记录的事件。离子可能撞到孔径、错过探测面，或者在探测器还没恢复时到达。另用独立电荷参考检查效率，才能进一步解释强度；增加束流也可能让丢计数变得严重。 来源：[1] [3] ## 一条时间峰仍可能装着不同离子 飞行给出的是质量与电荷的比值。质量加倍、电荷也加倍的两种离子，在相同起跑条件下可以一起到达。要给它们分别定质量或化学名称，还需要电荷态或其他实验信息；时间谱本身保留这个共同的比值。 来源：[1] [2] ## [沿着离子的实际路径计时](https://sandboxphysics.com/zh/labs/time-of-flight-mass-spectrometer/) 比较源展宽、静电反射和独立参考峰。 模型传播有限提取区、漂移与单级离子镜中的正离子，从保存的探测事件重建质荷比与峰宽。 ## 来源与延伸阅读 1. [Agilent 7200 Q-TOF Concepts Guide, G3850-90003, February 2012](https://www.agilent.com/cs/library/usermanuals/public/G3850-90003.pdf) 印刷36–43、45、48、57页的官方文字：离子脉冲器、飞行时间、静电镜、探测与标定。下载403，图页截图超时；未声称看清插图。 2. [W. C. Wiley and I. H. McLaren, Time-of-Flight Mass Spectrometer with Improved Resolution (1955)](https://masspec.scripps.edu/learn/ms/pdf/1955_WileyWC.pdf) 实际渲染阅读原论文1150–1153页，图2、式1–11：有限源区、加速时间、初始位置与速度展宽。 3. [B. A. Mamyrin et al., The mass-reflectron (1973)](https://jetp.ras.ru/cgi-bin/dn/e_037_01_0045.pdf) 实际渲染阅读45–46页、图1–2与式1–10：静电反射、能量与飞行时间补偿，区分一阶与二阶聚焦。 [游标怎样读出毫米的零头](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/length-metrology/) [空气也会托住天平上的物体](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/precision-balance/) [Cavendish 怎样量出两个球的引力](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/cavendish-balance/) [液柱究竟在量哪一边的压强](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/manometer/) [杯子也在吸热，怎样量出样品的比热](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/calorimeter/) [旋转流变仪为什么要同时量转速和扭矩](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/rotational-rheometer/) [管口外的空气怎样改变共振](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/resonance-tube/) [地震仪怎样从机壳里的运动读出地面](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/seismometer/) [电表接上以后，电压为什么变了？](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/electrical-meters/) [检流计归零时，电阻怎样显出读数](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/resistance-bridges/) [电容为什么也会像电感](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/lcr-impedance/) [示波器上的慢波是怎样冒出来的](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/digital-oscilloscope/) [锁相放大器怎样找出埋在噪声里的信号](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/lock-in-amplifier/) [频谱里的小峰会从哪里来](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/spectrum-analyzer/) [网络分析仪怎样把电缆和器件分开](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/vector-network-analyzer/) [石英晶体慢了，怎样判断它是否变重了](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/quartz-microbalance/) [交叉色散怎样把重叠的谱阶铺开](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/echelle-spectrograph/) [只量总亮度，怎样分出许多颜色](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/ftir-spectrometer/) [用一束光量出溶液有多浓](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/uv-vis-spectrophotometer/) [椭偏仪怎样从反射光里读出薄膜厚度](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/spectroscopic-ellipsometer/) [偏振仪怎样看出样品把光混在了一起](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/mueller-polarimeter/) [一颗颗光子怎样告诉我们荧光寿命](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/tcspc-fluorescence-lifetime/) [布里渊显微镜怎样用光听见材料里的声波](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/brillouin-microscope/) [白色积分球怎样比较一盏灯的总输出](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/integrating-sphere-radiometer/) [粉末的圆环怎样显露原子间距](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/powder-xray-diffractometer/) [小角X射线散射怎样从光晕看颗粒](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/small-angle-xray-scattering/) [X 射线荧光为什么要看样品厚度](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/xray-fluorescence-spectrometer/) [原子力显微镜扫出的凸起为什么会变宽](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/atomic-force-microscope/) [小压痕怎样分开硬度与弹性](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/nanoindenter/) [差示扫描量热怎样读懂一个熔化峰](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/differential-scanning-calorimeter/) [热重分析怎样把失重与气体托力分开](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/thermogravimetric-analyzer/) [金刚石对顶砧怎样从红宝石的光读出压力](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/diamond-anvil-cell/) [金刚石怎样从荧光里读出磁场方向](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/nv-center-magnetometer/) [用光听见原子在磁场里的节奏](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/optically-pumped-magnetometer/) [让激光跟着原子走时](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/optical-lattice-clock/) [Kibble 天平怎样用两次实验测质量](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/kibble-balance/) [稀释制冷机怎样一直搬走极低温的热](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/dilution-refrigerator/) [泵很大，为什么样品旁边还抽不干净](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/ultra-high-vacuum-system/) [怎样用微波读出超导量子比特](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/superconducting-qubit-readout/) [电流怎样在薄片两侧留下电压](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/four-probe-hall/) [四根直杆怎样筛选离子的质量](https://sandboxphysics.com/zh/stories/instruments/quadrupole-mass-filter/)