第十三章 质谱和气相色谱-质谱联用_2014分析

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[例题] 要鉴别N2+(m/z为28.006) 和
CO+(m/z为27.995)两个峰,仪器的分
辨率至少是多少?
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13.1.3 质谱仪主要性能指标
(2)质量范围 质量范围是指质谱仪能测量的最大 m/z值,它决定 仪器所能测量的最大相对分子量。
四极质谱
飞行时间质谱 (3)灵敏度
M/Z小于或等于1000
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4 .离子阱分析器 (Ion trap) 一种通过电场或磁场将气相 离子控制并贮存一段时间的 装置。
原理:类似四级质量分析器。 特定m/z离子在阱内一定轨 道上稳定旋转,改变端电极 电压,不同m/z离子飞出阱 到达检测器;
即:用高频交流电把离子限 制在离子阱里,然后用离子 的特征电压分别将其推出离 子阱,到检测器检测。
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化学电离源 优点: 准分子离子强度高,便于推算分子量; 缺点: 只适用于易挥发,受热不分解的样品
碎片离子峰少,强度低
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13.1.2 质谱仪基本组成—质量分析器
作用:是质谱仪器的核心,将离子按m/z顺序分开而获得质谱。 质量分析器是质谱仪的核心部件,因此常以质量分析器的类型 来命名一台质谱仪 。 有机质谱仪种类 1. 单聚焦质量分析器 2. 双聚焦质量分析器
PAHs测定一般用EI
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2. 化学电离源(CI):
有些化合物稳定性差,为了得到分子量可采用化学电离 CI源是通过离子—分子反应而完成的;EI电离是电子直接与
样品分子作用;
反应气:一般为甲烷、正丁烷或氨气等,生成(M+H)+,
(M-H)+,(M+NH4)+。
PBDEs和OCPs测定一般用CI
提高检测器电压可以提高灵敏度,但降低检测器寿命
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1 电子倍增器
电子倍增器工作原理图 从质量分析器出来的离子轰击阴极导致电子发射,电子在 电场的作用下,依次轰击下一级电极而被放大,电子倍增 器的放大倍数一般在105~108。电子倍增器中电子通过的 时间很短,利用电子倍增器可以实现高灵敏、快速测定。
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5.飞行时间分析器(time-of-flight analyzer, TOF)
这种分析器不是磁场或电场,而是一根长、直的飞行管。 用一个脉冲将离子源产生的离子加速后进入无场漂移管, 并以恒定速度飞向离子接收器。离子质量越大,到达接 收器所用时间越长,离子质量越小,到达接收器所用时 间越短,根据这一原理,可以把不同质量的离子按m/z 值大小进行分离。
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1. 电子电离源(离子源—EI)
质谱中最常用的离子源,一般为70 ev电子束,远大于多数有 机化合物的电离电位 (7~15 ev),会使相当多的分子离子进 一步裂解 主要用于挥发性样品,样品需经过汽化,进入电离区,在70 eV 电子撞击下,样品分子可能有四种不同途径形成离子。 样品分子直接与电子作用
离子检测器,采集放大离子信号,经计算机处理,绘制成质谱图。
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13.1.5质谱联用技术
两种或多种仪器分析方法结合起来的技术称为联用技术, 利用联用技术的主要有色谱—质谱联用、毛细管电泳— 质谱联用、质谱—质谱联用,其主要问题是如何解决与 质谱相连的接口及相关信息的高速获取与贮存等问题。
1. 色谱—质谱联用 色谱—质谱联用技术,必须解决的主要问题有两大方 面:①是如何实现接口,降低压力使色谱柱的出口与 质谱的进样系统连接,达到两部分速度的匹配;②是 必须除去色谱中大量的流动相分子。
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13.1.2 质谱仪基本组成
进样系统
1.气体扩散 2.直接进样 3.气相色谱 4. 液相色谱
离子源
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.激光
质量分析器
1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间 4.四极杆
检测器
质谱仪需要在高真空下工作:离子源(10-3 10 -5 Pa ) 质量分析器(10 -6 Pa ) (1)大量氧会烧坏离子源的灯丝; (2)用作加速离子的几千伏高压会引起放电; (3)引起额外的离子-分子反应,改变裂解模型,谱图复杂化。
第十三章 质谱分析法
Chapter 13. mass spectrometry,MS
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13.1 质谱仪 13.2 气相色谱-质谱联用仪 (GC-MS) 13.3 液相色谱-质谱联用仪 (HLPC-MS) 13.4电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)
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13.1 质谱仪 13.1 mass spectrometer
丙酸的质谱标与质谱图
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13.1.3 质谱仪主要性能指标
(1)分辨率 分辨率是指仪器对质量非常接近的两种离子的分辨能力。 一般定义是:对两个相等强度的相邻峰,当两峰间的峰谷 不大于其峰高10%时,则认为两峰已经分开,其分辨率:
m1 m1 R m 2 m1 m
其中m1、m2为质量数,且m1<m2,故在两峰质量数较 小时,要求仪器分辨率越大。
对于能量相同的离子,通过扇形静电 场分析器后又会聚在一起,在分析器 的焦面上按能量高低的次序排列起来, 实现了能量(或速度)的聚焦。
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然后,经过狭缝进入磁分 析器,再进行m/z方向聚 焦。这种同时实现速度和 方向双聚焦的分析器,称 为双聚焦分析器。具有双 聚焦质量分析器的质谱仪 称为双聚焦质谱仪。
(三)检测器 (detector)
质谱仪检测器种类:
1 电子倍增器 electron photon multiplier 2 光子倍增器 photon multiplier 3 法拉第杯 Faraday cup 4 阵列检测器 array detectors
பைடு நூலகம்
质谱仪检测器特征:
信号增益与检测器电压有关
离子的生成方式有失去或捕获电荷(如: 电子发射,质子化或去质子化)
分子质量精确测定与化合物结构分析的 重要工具。
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13.1.2 质谱仪基本分类
火花源双聚焦质谱仪 无机质谱仪 二次离子质谱仪(SIMS) 感应耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)
质谱仪
气体同位素质谱仪
同位素机质谱仪
放射性同位素质谱仪 液相色谱-质谱联用仪(LC-MS) 有机质谱仪 气相色谱-质谱联用仪(GC-MS) 富立叶变换质谱仪(FT-MS)
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13.1.4 质谱仪分析原理
离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。电离后的分 子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子
和中性粒子。它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动
能而进入质量分析器。质量分析器是将同时进入其中的不同质量 的离子,按质荷比m/e大小分离的装置。分离后的离子依次进入
材料:由镀金陶瓷或钼合金
特点: 灵敏度高 使用电场而不用磁场,无磁滞现象,扫描速度快 适用于GC-MS与HPLC-MS。
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3. 四极杆质量分析器
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在一定Vdc /Vrf作用下,具有一定的m/z的离子能到达 收集器,其它离子被滤掉。
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4 .离子阱分析器 (Ion trap) 离子阱的主体是一个环电极和上下两端盖电极, 环电极和上下两端盖电极都是绕Z轴旋转的双曲 面,并满足r02=2Z02。
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13.1.2 进样系统
要求: 大气压下的样品要进入高真空的质谱仪,而 不影响仪器的真空度。
方式:
进样板进样 进样头进样 毛细管进样(从气相色谱及液相色谱柱)
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13.1.2 质谱仪基本组成—离子源
主要作用是使欲分析的样品实现离子化,尤其是中 性物质带上电荷。 其原理和结构如下图:
1. 电子电离源 Electron Ionization (EI)源 2. 化学电离源 Chemical Ionization (CI)源
M/Z可达到几十万
指信噪比大于10时的样品量。
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6. 真空系统
作用: 保证离子源灯丝正常工作 保证离子在离子源和分析器正常运行 消减不必要离子碰撞、衍射效应、复合反应和离子-分子反应 减少本底与记忆效应 质谱仪必须有真空系统 离子源的真空度应达到10-3-10-5 Pa, 质量分析器应达到10-6 Pa。 质谱仪器中凡有样品分子和离子的地方必须抽成真空状态,即质 谱仪的离子源、质量分析器及检测系统都必须处于真空状态下工 作(一般为1.333×10-4~1.333 ×10-6Pa )
单聚焦分析器分辨率低的 主要 原因在于它不能进行 能量聚焦。 双聚焦分析器具有能量聚焦和 方向聚焦的特点
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2. 特点
磁场 能量聚焦:
相同质荷比,速度 (能量)不同的离子会聚;
方向聚焦: 相同质荷比,入射 方向不同的离子会聚;
+
S S
2 收集器
离子源1
双聚焦质量分析器的最大优点是大大提高了仪器的分辨率,可达15万, 甚至上百万。
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1.单聚焦质量分析器
特点:
方向聚焦;
相同质荷比,以 不同方向进入扇 形磁分析器的离 子有会聚作用, 起到了方向聚焦 的作用,而且仅 有方向聚焦,故 称为单聚焦质量 分析器
磁场
S1
R
S2
能量不聚焦
离子源
B
收集器
分辨率不高
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2. 质量分析器—双聚焦质量分析器
双聚焦质量分析器:由一个 静电分析器和一个磁分析器 组成,静电分析器允许有某 个能量的离子通过,并按不 同能量聚焦,先后进入磁分 析器,经过两次聚焦,大大 提高了分辨率。
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类似于光电倍增管,。由四级杆出来的离子打到 高能级产生电子,电子经倍增器产生电信号,记 录不同离子的信号即得质谱。
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(四)离子流的记录
各种m/e的离子流,经检测器检测变成电信号,放大后由 计算机采集和处理后,记录为质谱图或用示波器显示。 质谱图是以质荷比( m/e )为横坐标,以各离子m/e的相 对强度(也称丰度)为纵坐标构成。一般把原始图上最 强的,离子峰定为基峰,并定其为相对强度100%,其他 离子峰以对基峰的相对百分值表示。因而,质谱图各离 子峰为一些不同高度的直线条,每一条直线代表一个离 子m/e的质谱峰。
3. 四级杆质量分析器
4. 离子阱分析器 5. 回旋共振分析器 6. 分析时间分析器
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1. 质量分析器—单聚焦质量分析器
单聚焦质量分析器实际上是处于扇形磁场中的真空扇形容 器,因此,也称为磁扇形分析器。 常见的单聚焦分析器是采用180°、90°或60°的圆弧形离子 束通道。
单聚焦质量分析器原理图
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3. 四极杆分析器 (quadrupole mass analyzer)
在四根对立的电极上相对采用对位的交频电压,通过固定频率 的交频电压使固定核质比的离子可以通过。 结构: 由四根棒状电极,相对的两个电极相连,形成四极场 1,3棒:+(Vdc + Vrf) 2,4棒:- (Vdc+ Vrf ) 其中, Vdc为直流电压, Vrf为射频电压
V,L不变时, t由m/e决定 一般,1-30s
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作为一种高分辨质谱被广泛应用于GC-MS,LC-MS和ICP-MS
所以飞行时间质谱仪是采用脉冲式的程序操作,分为几步反复进行: 第一 步 开动电离室的电子枪,大约10-9s时间,样品电离,形成离子束; 第二 步 随后施加加速电压,大约10-4s,离子被加速后进入飞行管; 第三步 关 闭所有电源,大约级,使离子流在飞行管中无阻的“慢性飞行”,飞出管进 行检测; 完成了一个循环程序后,又一次开动电子枪重新产生离子束…… 29
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13.1.1 质谱仪定义与分类
13.1.2 质谱仪原理
13.1.3 质谱仪基本组成
13.1.4 质谱仪性能指标
13.1.5 质谱联用技术
13.1.6 质谱术语及主要离子峰类型
13.1.7 质谱解析质谱图与结构解析
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13.1.1 质谱仪定义
质谱仪是按照离子的质荷比(m/z)不同, 来分离不同分子量的分子.测定分子量进 行成分和结构分析。
BC AD + AD+ + BC+ BCD + ABCDA+
ABCD ABCD
ADBC + ABCD (ABCD)2
裂解重排
裂解碰撞
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8.2
电子电离源的特点:
(1) 电离电压:70 eV
质谱仪器
(3) EI源碎片离子多,结构信息丰富,有标准化合物质谱库。 (4 )样品在气态下电离,不能汽化的样品不能分析,主要用 于气-质联用仪。 (5 )有些样品得不到分子离子。 (6) 适用于分子量低于1000的样品。
样品分子电离过程
+ + +
+
+
: R1 : R2 : R3 : R4 : e
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电子电离源中分子离子及碎片离子的形成
ABCD
e-
ABCD
+ 2e-
形成分子离子
A + BCD A + BCD+ CD + AB
+
BC+ + D B + A+ A + B+
裂解成碎片离子
AB
+ CD+
D + C+ C + D+
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