质谱分析法的研究现状以及进展

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1、质谱分析法的研究现状以及进展一、前言有机质谱学是对有机化合物的分子式、分子量和化学结构进行灵敏、准确和快速的近代有机分析测试方法。目前，有机质谱学已经广泛应用于化学化工、医学药学、生命科学、环境科学等众多研究领域并形成了一系列交叉学科，为相关研究领域的突破和发展起到了至关重要的作用。质谱分析法是通过对被测样品离子质荷比的测定来分析其组成的一种分析方法。具有响应速度快，测量精度高，量程范围宽，稳定性好，可同时进行多点多组分检测，可做定性和定量分析，因此可以为工业过程的连续多组分检测提供了可靠保障。二、质谱分析法概述质谱分析法，即用电

2、场和磁场将运动的离子（带电荷的原子、分子或分子碎片）按它们的质荷比分离后进行检测的方法。测出了离子的准确质量，就可以确定离子的化合物组成。这是由于核素的准确质量是一位小数，决不会有两个核素的质量是一样的，而且决不会有一种核素的质量恰好是另一核素质量的整数倍。（一）原理　　使试样中各组分电离生成不同荷质比的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器，利用电场和磁场使发生相反的速度色散——离子束中速度较慢的离子通过电场后偏转大，速度快的偏转小；在磁场中离子发生角速度矢量相反的偏转，即速度慢的离子依然偏转大，速度快的偏转小；当两

3、个场的偏转作用彼此补偿时，它们的轨道便相交于一点。与此同时，在磁场中还能发生质量的分离，这样就使具有同一质荷比而速度不同的离子聚焦在同一点上，不同质荷比的离子聚焦在不同的点上，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。（二）仪器　　利用运动离子在电场和磁场中偏转原理设计的仪器称为质谱计或质谱仪。前者指用电子学方法检测离子，而后者指离子被聚焦在照相底板上进行检测。质谱法的仪器种类较多，根据使用范围，可分为无机质谱仪和有机质谱计。常用的有机质谱计有单聚焦质谱计、双聚焦质谱计和四极矩质谱计。目前后两种用得较多，而且多与气相色谱仪和电子

4、计算机联用。(三)仪器重要工作部分质谱计必须在高真空下才能工作。用以取得所需真空度的阀泵系统，一般由前级泵（常用机械泵）和油扩散泵或分子涡轮泵等组成。扩散泵能使离子源保持在10～10毫米汞柱的真空度。有时在分析器中还有一只扩散泵，能维持10～10毫米汞柱的真空度。质谱仪的工作部分主要由样品注入系统、离子源、质量分析器、检测器组成。（四）样品注入系统　　样品注入系统可分直接注入、气相色谱、液相色谱、气体扩散四种方法。固体样品通过直接进样杆将样品注入，加热使固体样品转为气体分子。对不纯的样品可经气相或液相色谱预先分离后，通过接口引入。

5、液相色谱－质谱接口有传动带接口、直接液体接口和热喷雾接口。热喷雾接口是最新提出的一种软电离方法，能适用于高极性反相溶剂和低挥发性的样品。样品由极性缓冲溶液以每分钟1～2毫升流速通过一毛细管。控制毛细管温度，使溶液接近出口处时，蒸发成细小的喷射流喷出。微小液滴还保留有残余的正负电荷，并与待测物形成带有电解质或溶剂特征的加合离子而进入质谱仪。（五）离子源　　使样品电离产生带电粒子（离子）束的装置。应用最广的电离方法是电子轰击法，其他还有化学电离、光致电离、场致电离、激光电离、火花电离、表面电离、X射线电离、场解吸电离和快原子轰击电离等

6、。其中场解吸和快原子轰击特别适合测定挥发性小和对热不稳定的化合物。（六）质量分析器　　将离子束按质荷比进行分离的装置。它的结构有单聚焦、双聚焦、四极矩、飞行时间和摆线等。（七）检测器　　经过分析器分离的同质量离子可用照相底板、电子倍增器收集检测。随着质谱仪的分辨率和灵敏度等性能的大大提高，只需要微克级甚至纳克级的样品，就能得到一张较满意的质谱图，因此对于微量不纯的化合物，可以利用气相色谱或液相色谱（对极性大的化合物）将化合物分离成单一组分，导入质谱计，录下质谱图，此时质谱计的作用如同一个检测器。由于色谱仪－质谱计联用后给出的信息量

7、大，该法与计算机联用，使质谱图的规格化、背景或柱流失峰的舍弃、元素组成的给出、数据的储存和计算、多次扫描数据的累加、未知化合物质谱图的库检索，以及打印数据和出图等工作均可由计算机执行，大大简化了操作手续。三、质谱分析法的主要作用（一）相对分子质量的测定由于分子离子具有稳定性，在进入质谱仪后，稳定性越高的分子离子其离子峰越大。并且由于组合分子离子的元素的相对原子质量是一定的，因此组合后，分子离子的质量数会呈现一定的规律性。根据谱图上的谱线，我们可以通过相邻的谱线之间的质量差来判断是否与已经判断的分子式呈现一致性等等手段。根据质谱图上

8、的分子离子峰可以准确的测定出该物质的相对原子质量。（二）分子式的确定高分辨质谱仪可以精确测定分子离子或碎片离子的质荷比，故可利用元素的精确质量和丰度比求算其他元素组成。对于相对分子质量小的元素，分子离子峰较强的化合物，在低分辨质谱仪上，可通过同位素