演示文稿基本结构及工作原理
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演示文稿基本结构及工作原理
（优选）基本结构及工作原理
安捷伦四极杆MS 系统
➢ 离子源 ➢ 毛细管 ➢ 离子光学组件 ➢ 四极杆滤质器 ➢ 检测器 ➢ 真空系统
离子源
传输效率
抗污染
离子源设计 面临的问题
离子化效率
离子源
Agilent离子源
Agilent离子源：ESI
wk.baidu.com
ESI 电离模式（正离子）
八级杆离子向导和透镜1、透镜2
在SL系列MS中 透镜1 是一个电子静态透镜， 聚焦离子。 透镜2 被施加一个RF电压， 使其与四级杆有相同频率。
八级杆将继续聚焦飞向四级杆的离子。这个区域由分子涡轮泵泵走大量中 性物质。八级杆让离子在进入四级杆前，匀化离子能量分布。
四级杆质量过滤器
镀金陶瓷或者钼合金
离子检测—HED 运转模式
真空系统
➢ 真空腔
真空系统
真空腔由铝制成，有出口连接其它元件和质量分析器。 真空腔由密封圈分成几个阶段，每个阶段的压力逐 渐降低。真空腔表面是一个平的铝板，覆盖了真空腔顶 部大的出口。 真空腔的O 形环提供必要的密封。表面有螺母将其上紧。
真空系统
真空系统
➢ 真空泵
许多实验数据表明，ESI信号的响应值与被分析物的浓度有关。 已经观察到的线性响应相关的最大浓度是10-5mol/L，高于这个浓 度则线性曲线就会变得平坦。这个事实可以归属为在这个浓度下， 小液滴表面的电荷已经完全饱和了，增加浓度已经不能提高液滴表 面的生成离子的电荷数。在ESI动态范围内的低端还受到灵敏度的 限制，与质谱离子源和质量分析器的效率有关，且与无法避免的化 学背景有关。线性范围会随着仪器设计和应用领域不同而有很大的 变化，就一般而言，ESI的动态范围大致在3~4个数量级。ESI强度 与浓度变化的关系如下图：
ESI参数设定
电喷雾理论
电喷雾过程过程实质上是电泳过程。也就是说通过高压电
场可以分离溶液中的正离子与负离子，例如在正离子模式下， 电喷雾电离针相对真空取样小孔保持很高的正电位，负离子 被吸引到另一端，在半月形的液体表面聚集着大量的正电荷 离子，液体表面的正电荷离子之间相互排斥，并从针尖处的 液体表面扩展出去。当静电场力与液体表面张力保持平衡时， 液体表面锥体的半顶角为49.3°，在G.Taylor的研究工作中 称之为“Taylor锥体”。随着小液滴的减小，电场强度逐渐 加强，过剩的正电荷克服表面张力形成小液滴，最终从 Taylor锥体的尖端溅射出来。
Agilent离子源：APCI
APCI 电离模式（正离子）
APCI 参数设定
APCI的电离原理
ESI与APCI
ESI 液相离子化 极性化合物和生物大分子 流速：0.001 ~1ml/min
优点 ➢化合物无需具有挥发性 ➢是热不稳定化合物的首选 ➢除了单电荷离子还能形成 多电荷离子
APCI 气相离子化 非极性，小分子（较ESI 而言），且有一定挥发性 流速 ：0.2 ~2ml/min
高真空泵制造低压（高真空），常被称为“涡轮” 泵。一个控制器调整供应到泵中的电流，监测泵 马达速度。
运转期间分子涡轮泵的页片呈悬浮状 态，相互磨损较小。
当泵轴的磨损达到一定程度，就不能 保证平衡运转，泵的旋转页片和固定 页片间距只有1mm左右，一旦页片在 高速旋转时发生偏差，就会打在一起。
➢ 正离子和负离子分析要求不同的离子光学元件设置。
毛细管
毛细管的内孔被污染，会降低 离子传输，特别是低质量端。 如果污染严重，可能从进口到 出口产生泄漏电流，导致毛细 管电流增加。 严重时，导致室电压错误。
椎孔体
椎孔体既是一个透镜，也是移除中性多余的气体和溶剂分子的地方（锥1 直径= 1.7 mm）。 较重离子动量较大，通过锥孔体小孔; 干燥气体等较轻离子被锥孔体转向， 被泵抽走。 锥体适当提前可以提高灵敏度。
优点 ➢不易产生碎片离子 ➢源参数调整简单 ➢喷雾器及针位置不关键 ➢LC 流速可达 2.0ml/min
什么是CID？
CID对质谱图的影响
正离子和负离子
➢ 大气压电离技术能生成正离子和负离子。 对于指定 的分析，主要的离子类型取决于分析物的化学结构和 溶液的 pH 值（尤其对于ESI源）。
➢ 虽然离子源中可能存在两种离子类型，离子传输和聚 焦区域中离子光学元件的极性决定了检测到的离子类 型。
﹡ 事实上，大量证据表明，从ESI图谱中观察到的离子与液相中 存在的离子是不一样的。
电喷雾理论
处于正电压的雾化针喷出的气溶胶小液滴带有过量的正电荷，随 着溶剂的挥发和小液滴面积的缩小，表面电荷与表面积的比值就会 变大，直到电荷排斥足以克服表面张力，使小液滴发生溅射，此时 电荷排斥等于表面张力，并服从雷利（Rayleigh）稳定限，可用公 式表述如下：
式中，q为小液滴电荷数；R为小液滴面积；ε0为真空介电常数； γ为表面张力。
带点小液滴通过发射出细小的小液滴来降低“库仑力”，随着溶 剂的不断挥发，小液滴会重新达到雷利稳定限，然后进一步发射出 更细小的小液滴，由于较大的小液滴是通过不断分裂形成较小的小 液滴束，这个过程被命名为为“不均匀裂解”。
电喷雾理论
四级杆质量过滤器如何工作
马修稳定图
马修稳定图中的三角区包括了所有允许离子遵循一个稳定的轨道飞行到 达检测器的可能的DC 和RF 的组合。在DC 和RF 外的三角区的组合会 导致在四级杆区域离子不稳定。
检测器—高能量倍增检测器 （HED）
离子从四级杆质量过滤器中通过后，由透镜引导进入高能量打拿极（HED）， HED产生与它接收到的离子的数量成正比的电流信号，匹配的电子倍增器电极 使电子积累和加速进入放大器的喇叭口，信号被传递到电极进行放大和处理。
喷针
Taylor锥体
对电极
高压电源
电喷雾理论
D.P.H Smith提出的公式可以解释影响电喷雾过程的几个 参数。发生电喷雾的高电压Von (kV) 与电喷雾针的半径 (um)， 溶剂的表面张力γ (N/m) 有关，还与喷雾针尖和反向电极(取样真
空小孔)的距离d (mm) 有关 ：
若使用甲醇作溶剂(γ=0.0226N/m)，喷雾毛细管的半径为50um， 喷雾针尖与反向电极之间的距离是5mm，则可能发生的电压为 1.27kV，如果换成水，则发生电喷雾的电压就要升到2.29kV。
（优选）基本结构及工作原理
安捷伦四极杆MS 系统
➢ 离子源 ➢ 毛细管 ➢ 离子光学组件 ➢ 四极杆滤质器 ➢ 检测器 ➢ 真空系统
离子源
传输效率
抗污染
离子源设计 面临的问题
离子化效率
离子源
Agilent离子源
Agilent离子源：ESI
wk.baidu.com
ESI 电离模式（正离子）
八级杆离子向导和透镜1、透镜2
在SL系列MS中 透镜1 是一个电子静态透镜， 聚焦离子。 透镜2 被施加一个RF电压， 使其与四级杆有相同频率。
八级杆将继续聚焦飞向四级杆的离子。这个区域由分子涡轮泵泵走大量中 性物质。八级杆让离子在进入四级杆前，匀化离子能量分布。
四级杆质量过滤器
镀金陶瓷或者钼合金
离子检测—HED 运转模式
真空系统
➢ 真空腔
真空系统
真空腔由铝制成，有出口连接其它元件和质量分析器。 真空腔由密封圈分成几个阶段，每个阶段的压力逐 渐降低。真空腔表面是一个平的铝板，覆盖了真空腔顶 部大的出口。 真空腔的O 形环提供必要的密封。表面有螺母将其上紧。
真空系统
真空系统
➢ 真空泵
许多实验数据表明，ESI信号的响应值与被分析物的浓度有关。 已经观察到的线性响应相关的最大浓度是10-5mol/L，高于这个浓 度则线性曲线就会变得平坦。这个事实可以归属为在这个浓度下， 小液滴表面的电荷已经完全饱和了，增加浓度已经不能提高液滴表 面的生成离子的电荷数。在ESI动态范围内的低端还受到灵敏度的 限制，与质谱离子源和质量分析器的效率有关，且与无法避免的化 学背景有关。线性范围会随着仪器设计和应用领域不同而有很大的 变化，就一般而言，ESI的动态范围大致在3~4个数量级。ESI强度 与浓度变化的关系如下图：
ESI参数设定
电喷雾理论
电喷雾过程过程实质上是电泳过程。也就是说通过高压电
场可以分离溶液中的正离子与负离子，例如在正离子模式下， 电喷雾电离针相对真空取样小孔保持很高的正电位，负离子 被吸引到另一端，在半月形的液体表面聚集着大量的正电荷 离子，液体表面的正电荷离子之间相互排斥，并从针尖处的 液体表面扩展出去。当静电场力与液体表面张力保持平衡时， 液体表面锥体的半顶角为49.3°，在G.Taylor的研究工作中 称之为“Taylor锥体”。随着小液滴的减小，电场强度逐渐 加强，过剩的正电荷克服表面张力形成小液滴，最终从 Taylor锥体的尖端溅射出来。
Agilent离子源：APCI
APCI 电离模式（正离子）
APCI 参数设定
APCI的电离原理
ESI与APCI
ESI 液相离子化 极性化合物和生物大分子 流速：0.001 ~1ml/min
优点 ➢化合物无需具有挥发性 ➢是热不稳定化合物的首选 ➢除了单电荷离子还能形成 多电荷离子
APCI 气相离子化 非极性，小分子（较ESI 而言），且有一定挥发性 流速 ：0.2 ~2ml/min
高真空泵制造低压（高真空），常被称为“涡轮” 泵。一个控制器调整供应到泵中的电流，监测泵 马达速度。
运转期间分子涡轮泵的页片呈悬浮状 态，相互磨损较小。
当泵轴的磨损达到一定程度，就不能 保证平衡运转，泵的旋转页片和固定 页片间距只有1mm左右，一旦页片在 高速旋转时发生偏差，就会打在一起。
➢ 正离子和负离子分析要求不同的离子光学元件设置。
毛细管
毛细管的内孔被污染，会降低 离子传输，特别是低质量端。 如果污染严重，可能从进口到 出口产生泄漏电流，导致毛细 管电流增加。 严重时，导致室电压错误。
椎孔体
椎孔体既是一个透镜，也是移除中性多余的气体和溶剂分子的地方（锥1 直径= 1.7 mm）。 较重离子动量较大，通过锥孔体小孔; 干燥气体等较轻离子被锥孔体转向， 被泵抽走。 锥体适当提前可以提高灵敏度。
优点 ➢不易产生碎片离子 ➢源参数调整简单 ➢喷雾器及针位置不关键 ➢LC 流速可达 2.0ml/min
什么是CID？
CID对质谱图的影响
正离子和负离子
➢ 大气压电离技术能生成正离子和负离子。 对于指定 的分析，主要的离子类型取决于分析物的化学结构和 溶液的 pH 值（尤其对于ESI源）。
➢ 虽然离子源中可能存在两种离子类型，离子传输和聚 焦区域中离子光学元件的极性决定了检测到的离子类 型。
﹡ 事实上，大量证据表明，从ESI图谱中观察到的离子与液相中 存在的离子是不一样的。
电喷雾理论
处于正电压的雾化针喷出的气溶胶小液滴带有过量的正电荷，随 着溶剂的挥发和小液滴面积的缩小，表面电荷与表面积的比值就会 变大，直到电荷排斥足以克服表面张力，使小液滴发生溅射，此时 电荷排斥等于表面张力，并服从雷利（Rayleigh）稳定限，可用公 式表述如下：
式中，q为小液滴电荷数；R为小液滴面积；ε0为真空介电常数； γ为表面张力。
带点小液滴通过发射出细小的小液滴来降低“库仑力”，随着溶 剂的不断挥发，小液滴会重新达到雷利稳定限，然后进一步发射出 更细小的小液滴，由于较大的小液滴是通过不断分裂形成较小的小 液滴束，这个过程被命名为为“不均匀裂解”。
电喷雾理论
四级杆质量过滤器如何工作
马修稳定图
马修稳定图中的三角区包括了所有允许离子遵循一个稳定的轨道飞行到 达检测器的可能的DC 和RF 的组合。在DC 和RF 外的三角区的组合会 导致在四级杆区域离子不稳定。
检测器—高能量倍增检测器 （HED）
离子从四级杆质量过滤器中通过后，由透镜引导进入高能量打拿极（HED）， HED产生与它接收到的离子的数量成正比的电流信号，匹配的电子倍增器电极 使电子积累和加速进入放大器的喇叭口，信号被传递到电极进行放大和处理。
喷针
Taylor锥体
对电极
高压电源
电喷雾理论
D.P.H Smith提出的公式可以解释影响电喷雾过程的几个 参数。发生电喷雾的高电压Von (kV) 与电喷雾针的半径 (um)， 溶剂的表面张力γ (N/m) 有关，还与喷雾针尖和反向电极(取样真
空小孔)的距离d (mm) 有关 ：
若使用甲醇作溶剂(γ=0.0226N/m)，喷雾毛细管的半径为50um， 喷雾针尖与反向电极之间的距离是5mm，则可能发生的电压为 1.27kV，如果换成水，则发生电喷雾的电压就要升到2.29kV。