《质谱分析简》PPT课件

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1、第五章质谱分析(MassSpectrometry,MS)5.1概述5.2质谱分离原理5.3质谱仪的基本结构5.4无机物的质谱分析5.5质谱仪的主要性能指标5.6色谱-质谱联用5.7光谱-质谱联用§5.1概述一、质谱仪的发展简史1912年：世界第一台质谱装置1940年代：质谱仪用于同位素测定1950年代：分析石油1960年代：研究GC-MS联用技术1970年代：商品GC-MS出现，计算机引入，GC-MS技术基本成熟1980年代：大气压电离的LC-MS；ICP-MS1990年代：基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪出现质谱技术用于生物医药领域——生物质谱一.定义

2、质谱法是通过将样品转化为运动的气态离子并按质荷比(质量m和电荷z的比值m/z)大小进行分离、记录和分析的方法。这种方法所得的结果为质谱图(条图、棒图）。根据质谱图提供的信息，可以进行物质的鉴定(确定样品相对分子质量及分子结构)。二、质谱分析法的特点1、应用范围广，可用于：无机物、有机物的定性、定量分析；同位素分析；复杂化合物的结构分析；固体表面的结构和组成分析等。生产过程监测、环境监测、热力学与反应动力学、空间探测等。被分析的样品可以是气体和液体，也可以是固体。特点：在有机化合物结构分析的四大工具中，与核磁共振波谱、红外光谱和紫外光谱比较，质谱法是唯一

3、可以确定分子式的方法；2、灵敏度高。通常只需要ug级甚至更少的样品．便可得到质谱图。目前有机质谱仪的绝对灵敏度可达50pg，无机质谱仪绝对灵敏度可达10−14g。特点3、分析速度快，并可实现多组分同时测定。4、与其它仪器相比，仪器结构复杂，价格昂贵，使用及维修比较困难。对样品有破坏性。根据各类有机化合物分子的断裂规律，质谱中的分子碎片离子峰可提供有关有机化合物结构的丰富的信息。目前质谱技术已发展成为三个分支，即：同位素质谱无机质谱有机质谱。本章主要介绍无机质谱。§5.2质谱分析的基本原理一、原理：质谱仪是利用电磁学原理，使气体分子产生带正电荷的离子，离

4、子经加速进入磁场中，其动能与加速电压U及电荷Z有关Z--离子所带的电荷数；e原电荷=1.60×10-19CU--加速电压，V；m--离子的质量，kg；ν--加速后离子的运动速度，m/s当带电离子垂直进入磁分析器（为一扇形匀强磁场）后，由于磁场的作用，使离子作圆周运动，粒子做匀速圆周运动所需的向心力F=mν2/r是离子所受的洛伦兹力(磁场作用力)提供的，所以mν2/r=BZeν（r--离子运动的轨道半径，单位：m；B，磁场强度，T）相关公式及粒子做匀速圆周运动示意图即公式为把ν=BZer/m代入上式所得；图为粒子在匀强磁场作圆周运动的示意图。可见:质荷比

5、m/Z=B2er2/2U在实际应用时，代入相关数据r的单位取cm，m(质量)换成M[原（分、离）子量]，则为：M=m(kg)÷1.6606×10-27(kg)可见质荷比与磁场强度、加速电场的电势差和质量分析器半径有关。二、静态与动态质谱仪1、静态质谱仪：采用稳定的电、磁场（U、B为固定值），则按空间位置将m/Z不同的离子分开（m/Z∝r2），其工作原理见下图。静态质谱仪（计）主要有：单聚焦（方向）和双聚焦（速度和方向）质谱仪，主要用于无机物和同位素的测定。单聚焦（方向）质谱计结构：扇形磁场可以是1800900,600等双聚焦（速度和方向）质谱仪图5-1

6、静态（双聚焦）质谱仪原理示意图2、动态质谱仪采用固定r当U固定时，则m/Z∝B2；当B固定时，m/Z∝1/U；可见：质谱仪变化电场或磁场，可按时间不同来区分m/Z不同的离子动态质谱仪图5-2动态质谱仪原理示意图例：一台质谱仪的质量分析器半径为12.7cm，磁场强度为240mT，如果进行质荷比从20-200之间的扫描，问加速电压的范围应为多少？解：由分别代入M/Z=20和M/Z=200时，可得加速电压的范围为224V——2239V动态质谱仪(计)主要有：飞行时间和四极杆质谱，还有离子阱质谱计等，如江西省分析测试中心的ICP-MS仪(ELAN250型，由加

7、拿大SCIEX公司生产)，采用的是四极滤质器，可同时测定78种元素，包括稀土、痕量元素、同位素、价态、形态分析。主要构件原理图如下：ICP-MS联用仪图5-3ICP-MS联用仪主件示意图ICP源（电感耦合高频等离子焰炬光源）所谓等离子体，实际上是一束气体离子流，是发射光谱比较理想的新型光源，于20世纪60年代开始研制并应用，70年代迅速发展，其温度可达10000K，可以观测到很多一般火焰中无法观测的光谱，谱线强度也很高，它需要分辨率高于0.02nm的单色仪。它用于质谱仪是为了更好地使样品完全离子化。故ICP-MS是目前测定无机物的理想仪器，在AES已作

8、详细介绍。§5.3质谱仪的基本结构图5-4质谱仪结构示意图进样系统1Pa离子源10-4—10-