自动检测技术7质谱基础知识

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1、质谱基础知识化学与分析测试实验室陈忠林质谱基本原理黑箱与弹弓碎片重组——考古质谱仪结构组成框图进样系统离子源质量分析器检测器真空系统供电系统数据处理系统质谱仪结构组成原理图作用：将样品引入离子源方式1：直接进样（气体、液体、固体）方式2：利用GC进样质谱仪结构组成进样系统质谱仪结构组成进样系统作用：用某种电离方式将待测样品分子（或原子）电离成离子（正离子、负离子、分子离子、碎片离子、单电荷离子、多电荷离子），并将离子加速、聚焦成为离子束，送进质量分析器。质谱仪结构组成离子源质谱仪结构组成离子源电子轰击（EI）化学电离（CI）场致电离与场解析（FI、FD）电喷雾

2、电离（ESI）大气压化学电离（APCI）快原子轰击（FAB）其它很多种离子源电离方式离子源结构与离子轨道离子源电子轰击电离方式离子源化学电离方式离子源化学电离方式离子源大气压电喷雾电离方式离子源大气压电喷雾电离方式离子源大气压电喷雾电离过程离子源大气压化学电离方式离子源大气压化学电离过程质荷比：离子质量与所带电荷的比值。质谱图：离子碎片丰度对质荷比作图得到质谱图。分子离子：样品分子失去一个电子后形成的质量与分子量相等的离子，M+。碎片离子：由样品分子或分子离子发生化学键断裂后形成的各种离子。质谱常用术语质谱图母离子：可进一步电离产生更小碎片的离子，与子

3、离子对应。子离子：由母离子裂解而来的小碎片离子。同位素离子：由样品中元素的同位素产生的离子。如12C/13C=1.11质谱常用术语M+1离子：分子离子在电离室内捕获一个氢形成的离子或同位素分子离子。重排离子：分子离子裂解为碎片离子时，某些碎片不仅仅通过键的简单断裂，而是经过原子或基团重排后形成的离子。质谱常用术语分子离子峰确定分子量掌握分子离子峰稳定性规律：芳香环>共轭链烯>脂环化合物>直链烷烃类>硫醇>酮>胺>酯>醚>分支较多的烷烃类>醇。用N规则判断：由C、H、O组成的有机化合物，分子离子的质量一定是偶数；由C、H、O、N组成的有机化合物，含奇数个N，分子离子的质量

4、是奇数，含偶数个N，分子离子的质量是偶数。看分子离子峰与临近峰质量差应合理。分子离子峰的左面不可能出现比分子离子峰质量小3-14个质量单位的峰。利用M+1峰的信息。某些化合物如醚、酯、胺、酰胺等的分子离子不稳定，但M+1（捕获•H）峰却很大。分子离子峰确定分子量利用M-1峰的信息。有些化合物特别是醛类没有分子离子峰，但M-1(失去•H)峰却较大。降低电子轰击源的能量，观察炙谱峰的变化情况。逐渐降低电子流的能量，减少分子离子的裂解。分子离子峰确定分子量有机物电离举例甲基异丁基酮有机物电离举例癸烷有机物电离举例6-环己基十一烷作用：使进入的具有不同质荷比（m/e）的

5、正离子（或负离子）进行分离，顺序到达检测器。原理：质谱方程式m/e=H2R2/2V。意义：离子在磁场内的运动半径R与离子的质荷比m/e、外加磁场强度H、加速电压V有关。只有在一定的V及H条件下，具有一定质荷比的离子才能以运动半径为R的轨道到达检测器质谱仪结构组成质量分析器方程应用：（1）若固定H、R，则m/e与V成反比，只要连续改变加速电压V（电压扫描），就可使具有不同m/e的离子按顺序到达检测器，得到不同的质谱图。（2）若固定V、R，则m/e与H2成正比，只要连续改变磁场强度H（磁场扫描），就可使具有不同m/e的离子按顺序到达检测器，得到不同的质谱图。质谱仪结构组成

6、质量分析器质谱仪结构组成质量分析器射频：四极杆、离子阱飞行时间扇形磁场傅立叶变换其它质谱仪结构组成质量分析器类型质量分析器类型四极杆四极杆质量分析器：有两组对称的电极组成，每对电极上分别施加高频电压，改变高频电压（电压扫描或频率扫描）可以选择性使不同质量（质荷比）的离子通过，到达检测器产生质谱信号。质量分析器类型四极杆质量分析器类型离子阱质量分析器类型飞行时间质量分析器类型扇形磁场作用：将通过质量分析器的离子转变成电信号输出。类型：直接测量；电子倍增器。质谱仪结构组成检测器质谱仪结构组成检测器质谱仪结构组成检测器质谱仪结构组成检测器作用：将检测器检测

7、到的电信号记录并储存，同时控制各部分电子元件的操作参数。质谱仪结构组成数据处理系统质谱仪结构组成数据处理系统质谱仪结构组成真空系统提供足够的平均自由程提供无碰撞的离子轨道减少离子-分子反应减少背景干扰延长灯丝寿命消除放电增加灵敏度质谱仪结构组成真空系统的作用真空系统的作用自由程与压力的关系Pressure(Torr)MeanFreePath(meters)7606.0x10-814.5x10-510-34.5x10-210-54.5x10010-74.5x10210-94.5x104真空系统高真空的实现前级泵（粗抽