武汉大学分析化学课件-第6章-原子质谱法讲课稿.ppt

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1、武汉大学分析化学课件-第6章-原子质谱法6.2.基本原理6.2.1.原子质谱法基本过程原子质谱分析包括以下几个步骤：1.样品原子化；2.转化为离子流或离子束，一般为单电荷正离子；3.按质量-电荷比（质荷比，m/z）分离；4.计算各种离子的数目或测定由试样形成的离子轰击传感器时产生的离子电流。因为在2步中形成的离子多为单电荷，故m/z值通常就是该离子的质量数。6.2.2质谱法中的相对原子质量和质荷比同位素（isotope）是指元素拥有两个或两个以上原子序数（质子数）相同，而原子质量不同的原子，它们分别有不同的中子数。同位素化学性质相近，但物理性质不同。6.2.2质谱法中的相

2、对原子质量和质荷比与其他分析方法不同，质谱法中所关注的常常是某元素特定同位素的实际质量或含有某组特定同位素的实际质量。自然界中，元素的相对原子质量（Ar）由下列式子计算：通常情况下，质谱分析中所讨论的离子为正离子。质荷比为离子的原子质量m与其所带电荷数z之比。因此，12C1H4+的m/z=16.035/1=16.03513C1H42+的m/z=17.035/2=8.5186.3.质谱仪器6.3.1.质谱仪器的基本组成6.3.2.分析系统6.3.2.1.离子源1.高频火花离子源2.电感耦合等离子体离子源3.辉光放电离子源4.其他离子源：(1)激光离子源；(2)离子轰击离子源

3、；6.3.2.2.质量分析器质量分析器(MassAnalyzer)是质谱仪器的重要组成部分，它位于离子源和检测器之间，其作用是依据不同方式将样品离子按质荷比（m/z）分离。l.磁质量分析器6.3.2.2.质量分析器单聚集质谱仪分辨率低的主要原因在于它不能克服离子初始能量分散对分辨率造成的影响。为了消除离子能量分散对分辨率的影响，通常在扇形磁场前加一扇形电场，扇形电场是一个能量分析器，不起质量分离作用。6.3.2.2.质量分析器2.四极滤质器6.3.2.2.质量分析器(1).交流电场中正离子迁程过程6.3.2.2.质量分析器(2).复合电场内正离子运动轨迹考虑施加在交流信号

4、上的直流电压的影响，对于相同动能的离子，其动量正比于质量的平方根，因此改变重离子的运动行为比轻离子要困难些。如果离子的质量重而且交流电压的频率高，交流电压将不会对离子运动有显著的响应，而主要受直流电压的影响。在此情况下，离子将留在电极之间的空腔内。对于质量轻的离子，且交流频率低的情况，离子将打在电极杆上，并在交流电压的负半周期时被清除掉。在xz平面上一对正电极成为正离子很易通过的通道，即高通量滤质器。在没有交流电压的时候，而带有负直流电压的一对电极杆将湮没所有被吸引到电极杆上的正离子。不过，对较轻离子这种运动可以被交流电的振荡抵消，在yz平面上，形成低通量滤质器。6.3.

5、2.2.质量分析器(3).滤质器扫描四极场只允许一种具有适当稳定振幅质荷比的离子m通过。质量大于稳定运动离子m的离子，将因振幅增大而碰到y方向电极被吸收;质量小于m的离子则振幅不断增大碰到x方向电极被吸收，稳定运动离子m以外，其余离子则因振幅不断增大最后碰到四极杆而被吸收。四个电极上的交流和直流电压从零到一最大值同步增加，其Udc/Urf不变,可使不同质荷比m/z的离子依次分离，按顺序通过四极场实现质量扫描。实际上通过设定电压变化范围即可设置样品离子的扫描范围。四极质谱仪器的两对电极杆形成高、低通带，只有在一定质荷比范围的离子才能到达检测器。此范围的变化可由交流和直流的电

6、压来调节，进而实现质谱扫描。6.3.2.2.质量分析器3.离子回旋共振分析器（IonCyclotronResonance，ICR）6.3.2.3.检测器Faraday杯结构原理图6.3.2.3.检测器电子倍增器示意图6.3.2.3.检测器a不连续打拿极电子倍增器;b连续打拿极的电子倍增器6.3.2.4.真空系统为了保证离子源中灯丝的正常工作，保证离子在离子源和分析器正常运行，消减不必要的离子碰撞，散射效应，复合反应和离子-分子反应，减小本底与记忆效应等，因此，质谱仪器的离子源和分析器都必须处在优于10-5mbar(≈mmHg)的真空中才能工作。质谱仪器都必须有真空系统(V

7、acuumsystem)。一般真空系统由机械真空泵和扩散泵或涡轮分子泵组成。6.3.3.质谱仪器的主要性能指标1.质量测定范围表示质谱仪器能够分析试样的相对原子质量（或相对分子质量）范围。2.质谱仪器的分辨率6.3.3.质谱仪器的主要性能指标3.灵敏度绝对灵敏度是指仪器可检测的最小试样量；相对灵敏度是仪器可以同时检测的大组分与小组分的含量之比；而分析灵敏度则指输入仪器的试样量与仪器输出的信号比。优点：试样在常温下引入；气体的温度很高使试样完全蒸发和解离；试样原子离子化的百分比很高；产生的主要是一价离子；离子能量分散小；外部离子