对质谱分析技术的理解
分析化学中的质谱和光谱技术
分析化学中的质谱和光谱技术在化学分析领域，质谱和光谱技术是两个非常重要的分析方法。它们可以帮助我们研究和识别物质的性质、组成和结构，从而更
好地了解和掌握化学现象。本文将分别从质谱和光谱两个方面进
行探讨。
质谱技术
质谱是一种用于分析物质结构和组成的技术。它可以通过对分
子或原子进行加速、分离和检测，获得分子或原子的质量信息，
并进而分析它们的结构和化学性质。质谱可以应用于有机、无机、生物等多种物质的分析和研究。常见的质谱仪有飞行时间质谱仪、四极杆质谱仪等。
飞行时间质谱仪是一种常用的质谱仪器。其原理是基于不同分
子离子通过一个电场加速后，在相同距离的条件下，离子速度快
的到达。
四极杆质谱仪则是使用一组交替的正负电压，在电场中通过一
个击穿电压产生等离子体，物质分子在电场中被加速、分离，最
后在检测器中检测，生成质谱图。
质谱技术在分析有机物、无机物、生物大分子等方面具有广泛
应用。例如，在有机合成中，质谱可以用于对新合成的物质进行
鉴定；在环境污染监测中，质谱可用于检测空气、土壤和水中有
害物质的含量；在药物研究中，质谱可用于确定药物分子的结构
和组成等。
光谱技术
光谱技术是一种基于分析物质与电磁波作用的技术。通过对物
质吸收、发射或散射光的特性进行分析，可得到物质的不同性质
和组成信息。光谱技术包括紫外光谱、红外光谱、核磁共振等。
紫外光谱是一种基于物质对紫外光的吸收特性进行分析的技术。紫外光对物质分子中的电子能级起着激发和促进作用，从而导致
分子发生光学吸收。通过测量分子溶液在紫外光吸收波长处的吸
光度，可获取物质组成和物质结构的信息。
质谱分析
14-1 质谱分析概述
设备框图
14-2 质谱仪器原理
14-2 质谱仪器原理
14-2 质谱仪器原理
14-2 质谱仪器原理
14-2 质谱仪器原理
电子轰击离子源
14-2 质谱仪器原理
1 相对 分子量 的测定
14-6 质谱定性分析及谱图解析
1 相对分子量的测定
相对分子量确定
M+1
M-1
14-6 质谱定性分析及谱图解析
2 分子式的确定
高分辨质谱：可分辨质荷比相差很小的分子 离子或碎片离子。
如：CO 和N2 分子离子的m/e均为28，但其准确
质荷比分别为28.0040和27.9949，高分辨质谱可以 识别它们。
第十四章 质谱分析(Mass Spectroscopy- MS )
1、定义：质谱法是通过对样品的分子电量后所产生离子的 质荷比m/e 及其强度的测量来进行成分的结构分析的一种仪 器分析方法。 首先，被分析样品的气态分子，在高真空中受到高速电 子流或其它能量形式的作用， 失去外层电子生成分子离子， 或进一步发生化学键的断裂或重排，生成多种碎片离子 。然 后，将各种离子导入质量分析器，利用离子在电场或磁场中 的运动性质，使多种离子按不同质荷比m/e 的大小次序分开 ，并对多种的离子流进行控制、记录，得到质谱图。最后， 得到谱图中的各种离子及其强度实现对样品成分及结构的分 析。
质谱分析的原理
质谱分析的原理
质谱分析是一种广泛应用于化学、生物、环境等领域的分析技术，它通过测定化合物的分子质量和结构，来揭示样品中化合物的
成分和结构信息。质谱分析的原理主要包括样品的离子化、质谱仪
的质谱扫描和质谱图的解析三个方面。
首先，样品的离子化是质谱分析的第一步。在质谱分析中，样
品通常需要先进行离子化处理，将其转化为带电离子。这通常通过
电离源来实现，电离源可以是电子轰击电离、化学电离或者光解电
离等方式。离子化后的样品离子会被加速器加速，形成一束离子流，然后进入质谱仪进行下一步的分析。
其次，质谱仪的质谱扫描是质谱分析的核心步骤。质谱扫描是
指质谱仪对进入的离子流进行分析，测定其质荷比。质谱仪通常包
括质子化区、分析区和检测器。在质子化区，离子流会被进一步加
速和聚焦，然后进入分析区。在分析区，离子流会受到磁场和电场
的作用，不同质荷比的离子会受到不同的力，从而形成质谱图。最后，质谱图会被送入检测器进行检测和记录。
最后，质谱图的解析是质谱分析的最终步骤。质谱图是质谱分
析的结果，它通过记录离子流的质荷比和强度，来反映样品中不同
化合物的质谱特征。质谱图的解析需要借助计算机和质谱数据库等
工具，通过比对已知化合物的质谱数据，来识别出样品中的化合物
成分和结构信息。
总的来说，质谱分析的原理包括样品的离子化、质谱仪的质谱
扫描和质谱图的解析三个方面。通过这些步骤，质谱分析可以准确、快速地揭示样品中的化合物成分和结构信息，为化学、生物、环境
等领域的研究和应用提供重要的分析手段。
质谱分析论文
对质谱分析技术的理解
袁媛
（天津师范大学物理与电子信息学院物理一班 09506042）
摘要：着重从以下几个方面阐明质谱分析技术：（1）质谱分析技术的定义；（2）质谱分析技术的特点；（3）质谱分析技术的基本过程；（4）质谱仪的发展；（5）质谱仪的分类；（6）质谱仪的系统组成；（7）质谱仪工作过程及基本原理；（8）质谱分析技术的应用。
关键词：质谱质谱仪离子质量分子
作者简介：天津师范大学物理与电子信息学院天津300387
引言：
在《原子与亚原子物理》中，简单学习了质谱分析方法，它是是通过对被测样品离子的质荷比的测定来进行分析的一种分析方法。这里将从多层面，多角度对质谱分析技术进行理解。
正文：
一、质谱分析技术的定义
质谱分析法（Mass Spectrometry, MS）是在高真空系统中测定样品的分子离子及碎片离子质量，以确定样品相对分子质量及分子结构的方法。化合物分子受到电子流冲击后，形成的带正电荷分子离子及碎片离子，按照其质量m和电荷z的比值m/z（质荷比）大小依次排列而被记录下来的图谱，称为质谱。在质谱分析过程中，被分析的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同，把离子按质荷比（m/z）分开而得到质谱，通过样品的质谱和相关信息，可以得到样品的定性定量结果。
二、质谱分析法的特点
1.应用范围广。测定样品可以是无机物，也可以是有机物。应用上可做化合物的结构分析、测定原子量与相对分子量、同位素分析、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。
简述质谱法的基本原理
简述质谱法的基本原理
质谱法是一种用于分析物质组成和结构的分析方法，其基本原理可以概括如下：
1. 样品离子化：将待分析的物质样品转化为离子态。常见的离子化方法包括电离、化学离子化和表面离子化等。
2. 离子加速和分离：离子被加速至高能量状态，并通过一系列电场或磁场进行分离，根据离子质荷比的差异将离子分离开来。其中，质量分析器的作用就是按照离子的质量-荷比与电磁场
相互作用来实现离子的分离。
3. 质量分析：质量分析器是质谱法中最核心的部分，负责对分离后的离子进行质量和丰度分析。常见的质量分析器包括质谱仪中的磁谱仪和时间飞行质谱仪等。
4. 检测和数据处理：分析仪器会对通过质谱仪的离子进行检测和信号放大，然后将其转化为电信号。接下来，对这些信号进行数据采集和处理，最终得到质谱图。
通过质谱图，可以识别分子的质量和结构信息，进而推断样品的组成和化学性质。质谱法在化学、生物化学、环境科学等领域广泛应用，成为现代科学研究和分析的重要工具。
质谱的作用
质谱的作用
质谱是一种科学分析技术，利用质谱仪对化合物进行分析、鉴定和定量。它广泛应用于生物医学、化学、环境科学等领域，具有非常重要的作用。
首先，质谱能够帮助实现化合物的鉴定和结构确定。质谱仪能够将样品中的化合物分解成各种离子，然后根据它们的质量-电荷比（m/z）对离子进行分离和检测。通过分析质谱图，可以确定化合物的分子量、碳氢化学式以及离子的相对丰度等信息。结合其他仪器和方法，如核磁共振（NMR）谱图和红外光谱，可以进一步确定化合物的结构。
其次，质谱在药物分析中起着重要的作用。药物分析需要进行深入的研究，以确定药物的结构、纯度和成分。质谱技术可以用于药物的定性和定量分析。通过与已知药物或参考物质的标准库进行比对，可以快速准确地确定药物的成分和浓度。这对于制药工业来说非常重要，因为药物的质量控制和合规性是保证药品安全和有效性的关键。
此外，质谱在环境科学中也有广泛的应用。质谱技术可以用于分析和监测大气、水体和土壤中的各种污染物和化合物。通过对这些样品进行测试，可以确定污染源、评估环境质量和监测环境变化。例如，在大气污染的研究中，质谱仪可以用于测量大气颗粒物中的组分，以确定其来源和影响。这对于环境保护和治理具有重要意义。
另外，质谱还可以用于生物医学研究和诊断。研究人员可以利
用质谱技术对生物样本进行分析，以研究代谢物、蛋白质和其他生物分子的组成和功能。在临床诊断中，质谱可以用于检测和鉴定血液、尿液和组织样本中的代谢产物和生物标志物，以帮助诊断疾病。例如，肿瘤标志物的检测可以通过质谱仪来实现。
质谱的认识与了解
对有机化学中质谱学习的认识与了解一．质谱法简介
质谱法是将样品离子化，变为气态离子混合物，并按质荷比（m/z）分离的分析技术;质谱仪是实现上述分离分析技术,从而测定物质的质量与含量及其结构的仪器。质谱分析法是一种快速,有效的分析方法,利用质谱仪可进行同位素分析,化合物分析,气体成分分析以及金属和非金属固体样品的超纯痕量分析。在有机混合物的分析研究中证明了质谱分析法比化学分析法和光学分析法具有更加卓越的优越性，其中有机化合物质谱分析在质谱学中占最大的比重,全世界几乎有3/4仪器从事有机分析, 现在的有机质谱法，不仅可以进行小分子的分析，而且可以直接分析糖，核酸，蛋白质等生物大分子，在生物化学和生物医学上的研究成为当前的热点，生物质谱学的时代已经到来，当代研究有机化合物已经离不开质谱仪。二．质谱仪的结构与原理
2.1质谱仪简介
质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心。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。离子源、质量分析器和离子检测器都各有多种类型。质谱仪按应用范围分为同位素质谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪；按分辨本领分为高分辨、中分辨和低分辨质谱仪；按工作原理分为静态仪器和动态仪器。下图为一质谱仪。
质谱的原理及应用
质谱的原理及应用
1. 质谱的基本原理
质谱是一种重要的分析技术，它利用离子化技术将待测物质转化为离子，并通过对离子进行分析，得到物质的分子结构、组成和质量信息。质谱的基本原理包括样品离子化、离子分离、离子检测和质量分析。
1.1 样品离子化
样品离子化是质谱的第一步，常见的离子化方法包括电离和化学离子化。电离通常采用电子轰击、电子喷雾和激光离化等方法。
1.2 离子分离
离子分离是质谱的关键步骤，通过施加电场或磁场，可以将离子按照质荷比进行分离。常见的离子分离方法包括质量过滤、离子阱和飞行时间法等。
1.3 离子检测
离子检测是质谱的关键环节，常见的离子检测方法包括电子增强器、多极杆和检测器等。离子检测器会将离子转化为电信号，并进行放大和信号处理。
1.4 质量分析
质量分析是质谱的核心内容，通过质谱仪器对离子进行质量分析，可以得到物质的质量谱图。常见的质谱分析方法包括质谱仪、质谱图和质谱库的利用。
2. 质谱的应用领域
质谱作为一种高灵敏度和高分辨率的分析方法，已广泛应用于多个领域。
2.1 生物医药领域
质谱在生物医药领域中主要应用于药物代谢动力学研究、蛋白质组学和分子诊断等。通过质谱技术可以分析药物在体内的代谢途径、代谢产物和代谢酶等，对药物的疗效和安全性进行评估。此外，质谱还可以用于分析蛋白质组的组成和结构，帮助研究蛋白质功能及其与疾病之间的关系。
2.2 环境监测领域
质谱在环境监测领域中主要用于有机污染物和无机污染物的检测与分析。通过质谱技术可以对空气、水体、土壤等中的污染物进行快速、准确的分析，有助于环境质量评估和环境治理。
化学物质的质谱分析
化学物质的质谱分析
质谱分析是一种常见而重要的化学分析方法，用于确定化学物质的分子结构、相对分子质量、分子组成以及碎片分析等。本文将介绍质谱分析的基本原理、仪器设备以及在化学领域中的应用。
一、基本原理
质谱分析的基本原理是利用分子或离子在磁场中的质荷比差异，通过对这些离子进行分离、检测和记录，以获得化学物质的信息。其核心步骤包括样品的离子化、离子的分离和质量分析。
1. 样品的离子化
样品的离子化是质谱分析的首要步骤。常见的离子化方式包括电子轰击离子化、化学离子化和电喷雾离子化等。其中，电子轰击离子化是最常用的方法，通过高能电子轰击样品分子，使其电离产生带正电荷的分子离子。
2. 离子的分离
离子的分离是通过质谱仪中的质量分析器实现的。主要包括两个步骤，即加速和聚焦。具体来说，离子在加速电位下加速，然后通过聚焦系统进入质量分析器。
3. 质量分析
质量分析是对离子质量进行分析和检测的过程。常用的质量分析器
包括磁扇质量分析器、四极质量分析器和时间飞行质量分析器等。这
些质量分析器利用离子质量在磁场中的质荷比差异来进行分析和检测。
二、仪器设备
质谱分析仪器是实现质谱分析的基础工具，主要包括离子源、质量
分析器、检测器和数据系统等。
1. 离子源
离子源用于将样品分子转化为带正电荷的离子。常见的离子源包括
电子轰击离子源、化学离子源和电喷雾离子源等。
2. 质量分析器
质量分析器用于对离子进行分离和质量分析。常见的质量分析器有
磁扇质量分析器、四极质量分析器和时间飞行质量分析器等。
3. 检测器
检测器用于检测和记录离子信号，并转化为电信号进行进一步处理
质谱法的基本原理
质谱法的基本原理
质谱法是一种分析技术，其基本原理是利用样品中不同化合物间的质量差异来进行分析。其步骤包括：将样品分解成离子，将离子加速并分离成不同的质量/电荷比（m/z）值，然后将这些离子按照m/z比例进行检测和记录。通过对样品中离子种类、离子数量和离子峰的质谱图进行解析，可以确定样品中化合物的种类、相对含量及其结构。其中，离子的产生可采用不同的方法，如电子轰击、化学电离等。常用的质谱检测技术包括飞行时间质谱、磁扇形质谱和四极杆质谱等。质谱法广泛应用于环境、食品、医药、化学等领域的分析和检测。
化学分析中的质谱和核磁共振技术
化学分析中的质谱和核磁共振技术
化学分析是一门重要的科学技术，它通过研究物质的组成、结构和性质，为各个领域的科学研究和工业应用提供了重要的支持。在化学分析中，质谱和核磁共振技术是两种常用的分析方法，它们通过对物质的分子结构和组成进行研究，为我们提供了丰富的信息。
质谱技术是一种通过对物质中分子离子的质量和相对丰度进行测量，来确定物质的组成和结构的方法。它基于物质分子在电离后形成离子的特性，利用质谱仪对这些离子进行分析。质谱仪由离子源、质量分析器和检测器组成。在质谱仪中，物质样品首先被电离，产生带有正电荷的离子，然后经过质量分析器的分离和聚焦，最后被检测器检测到并生成质谱图。质谱图是质谱仪输出的结果，它通过质量分析器将离子按质量进行分离，并记录下每种离子的相对丰度。通过分析质谱图，我们可以确定物质的分子结构和组成，以及各种离子的相对丰度。
质谱技术在化学分析中具有广泛的应用。它可以用于有机化合物的结构鉴定和定量分析，无机化合物的元素分析，生物大分子的结构和功能研究等。例如，在有机化学中，质谱技术可以通过质谱图的特征峰和碎片离子的相对丰度，确定有机化合物的分子式、结构和官能团。在环境分析中，质谱技术可以用于检测水和空气中的有机物和无机物污染物。在药物研发中，质谱技术可以用于药物的结构鉴定和代谢物的分析。质谱技术的应用范围非常广泛，为各个领域的科学研究和工业应用提供了强大的支持。
核磁共振技术是一种通过测量物质中核自旋的共振吸收信号，来确定物质的结构和性质的方法。它基于物质中核自旋的量子性质，利用核磁共振仪对这些核自旋进行分析。核磁共振仪由磁场系统、射频系统和检测系统组成。在核磁共振仪中，物质样品首先置于强大的静态磁场中，使得样品中的核自旋朝向有序。然后通过射频脉冲的作用，使核自旋产生共振吸收，从而产生共振信号。通过测量共振信号的强度和频率，我们可以确定物质的结构和性质。
质谱分析技术
（4）分离管为一定半径的圆形管道，在分离管的四周存在均 匀磁场。在磁场的作用下，离子的运动由直线运动变为匀速圆 周运动。此时，圆周上任何一点的向心力和离心力相等。故：
其中，R为圆周半径，H为磁场强度。
合并以上两个式子，消去υ，可得
上式称为磁分析器质谱方程，是设计质谱仪的主要依据。 式中R为一定值（因仪器条件限制），如再固定加 速电压U，则m/z仅与外加磁场强度H有关。实际工作中 通过调节磁场强度H，使其由小到大逐渐变化，则m/z不 同的正离子也依次由小到大通过分离管进入离子检测器， 产生的信号经放大后，被记录下来得到质谱图。
而在实际工作中，有时很难找到相邻的且峰高相等的两 个峰，同时峰谷又为峰高的10%。在这种情况下，可任选一 单峰，测其峰高5%处的峰宽W0.05，即可当作上式中的△m， 此时分辨率定义为：
m R W 0.05
（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。自质谱进入大分子研究的分析 领域以来，质量范围已成为被关注和感兴趣的焦点。各种质 谱仪具有的质量范围各不相同。目前质量范围最大的质谱仪 是基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪，该种仪器测定的 分子质量可高达1 000 000u以上。 测定气体用的质谱仪，一般质量测定范围在2～100，而 有机质谱仪一般可达几千。
在离子源中样品粒子被电离和解离，电离后成为带电单位 电荷的分子离子。其解离后则生成一系列的碎片，这些碎片可 能形成带正电荷的碎片离子，或带负电荷或呈中性。
质谱 技术
质谱技术是一种与光谱并列的谱学方法，通常是指广泛应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。它利用离子源将某种样品离子化，然后利用电场和磁场将离子按质荷比分离，并测量其质量和电荷比，从而得到离子的质荷比和相对强度。
在质谱分析中，样品需要被离子化，这可以通过各种离子源来实现，如电子轰击源、化学电离源、场电离源等。离子的质荷比可以通过电场和磁场来分离，其中磁场是实现质荷比分离的关键部分。
测量质荷比和相对强度可以通过不同的方式来实现。早期的质谱仪通常采用照相乳胶或闪烁计数器作为检测器，而现代的质谱仪则采用电子倍增器或法拉第杯等更灵敏的检测器。
质谱技术被广泛应用于各个学科领域，如化学、生物学、医学、环境科学等。它可以用于化合物的鉴定、分子结构的确定、蛋白质的分析等。此外，质谱技术还可以与其他分析方法相结合，如色谱-质谱联用、光谱-质谱联用等，以提供更全面、更准确的分析结果。
质谱的定义
质谱的定义：
质谱分析是一种测量离子质荷比（质量-电荷比）的分析方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。第一台质谱仪是英国科学家弗朗西斯·阿斯顿于1919年制成的。阿斯顿用这台装置发现了多种元素同位素，研究了53个非放射性元素，发现了天然存在的287种核素中的212种，第一次证明原子质量亏损。他为此荣获1922年诺贝尔化学奖。
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生物质谱技术
生物质谱技术（Biomass Spectrometry）是一种用于分析和鉴定生物样品中化合物的分析技术。它基于将生物样品中的化合物分离并通过质谱仪进行检测。
生物质谱技术通过测量样品中不同化合物的质荷比（m/z）来提供化学信息。首先，生物样品（如血液、尿液、组织等）经过样品前处理，例如提取和纯化。然后，样品中的化合物通过不同的分析方法，如毛细管电泳、液相色谱或气相色谱等进行分离。
分离后的化合物进入质谱仪，通过电离源将化合物中的分子离子化，然后根据质谱仪的设计进行质量分析和检测。质谱仪会将离子根据其质量-荷电比进行分离和检测，生成质谱图。
通过分析质谱图，可以确定样品中存在的化合物的分子质量和相对丰度。这种分析技术广泛应用于医药、生物学、农业、食品科学等领域。它可以用于药物代谢研究、毒理学分析、蛋白质鉴定、生物标志物筛选等。
生物质谱技术具有高分辨率、高灵敏度和广泛的应用范围。它可以帮助科学家们深入理解生物体内化合物的结构、功能和代谢途径，为疾病诊断和新药研发提供重要的信息。
质谱的方法原理及应用
质谱的方法原理及应用
1. 原理
质谱（mass spectrometry）是一种分析技术，用于确定样品中化合物的分子质
量和结构，以及分析样品中各种物质的相对丰度。质谱的原理基于离子化和分离分析。
质谱仪由离子源、质量分离器和离子探测器组成。样品通常需要被离子化，可
以通过多种方法实现，例如电离、电子轰击和激光脱附等。离子化后的样品离子被引入质量分离器，其中离子将按照其质量/电荷比（m/z）值分离，并到达离子探
测器进行检测。根据离子信号的强度和m/z值，可以确定化合物的分子质量和相
对丰度。
质谱方法原理的核心是根据不同离子的m/z值进行分析和识别。根据离子的
m/z值，可以得到化合物的分子质量，进而推导出其可能的化学结构。
2. 应用
质谱技术在许多领域都有广泛的应用。以下是质谱在不同领域中的应用举例：
a. 化学分析
•质谱可用于化合物的结构鉴定。通过比较质谱图上的峰值与数据库的对应数据，可以确定化合物的分子式和结构。
•质谱在分析环境中的化学物质时也非常有用。例如，可以使用质谱来检测空气中的有害气体或水中的污染物。
b. 生物医学
•质谱在药物开发中发挥重要作用。通过质谱可以确定药物的分子结构，帮助药物设计和合成。
•在生物医学领域中，质谱被广泛用于研究蛋白质和代谢产物。质谱可以用来分析蛋白质的氨基酸序列，研究蛋白质组学和代谢组学。
c. 环境科学
•质谱在环境科学领域中被用于监测和检测有机污染物。通过质谱技术，可以识别和定量分析环境样品中的各种有机化合物，如农药、有机溶剂和石油产品。
d. 食品安全
•质谱在食品安全检测中有着重要的应用。可以使用质谱来检测食品中的农药残留、毒素和添加剂等成分，确保食品的质量安全。
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对质谱分析技术的理解
袁媛
（天津师范大学物理与电子信息学院物理一班 09506042）
摘要：着重从以下几个方面阐明质谱分析技术：（1）质谱分析技术的定义；（2）质谱分析技术的特点；（3）质谱分析技术的基本过程；（4）质谱仪的发展；（5）质谱仪的分类；（6）质谱仪的系统组成；（7）质谱仪工作过程及基本原理；（8）质谱分析技术的应用。
关键词：质谱质谱仪离子质量分子
作者简介：天津师范大学 物理与电子信息学院 天津 300387
引言：
在《原子与亚原子物理》中，简单学习了质谱分析方法，它是是通过对被测样品离子的质荷比的测定来进行分析的一种分析方法。这里将从多层面，多角度对质谱分析技术进行理解。
正文：
一、质谱分析技术的定义
质谱分析法（Mass Spectrometry, MS）是在高真空系统中测定样品的分子离子及碎片离子质量，以确定样品相对分子质量及分子结构的方法。化合物分子受到电子流冲击后，形成的带正电荷分子离子及碎片离子，按照其质量m和电荷z的比值m/z（质荷比）大小依次排列而被记录下来的图谱，称为质谱。在质谱分析过程中，被分析的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同，把离子按质荷比（m/z）分开而得到质谱，通过样品的质谱和相关信息，可以得到样品的定性定量结果。
二、质谱分析法的特点
1.应用范围广。测定样品可以是无机物，也可以是有机物。应用上可做化合物的结构分析、测定原子量与相对分子量、同位素分析、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。
2.灵敏度高，样品用量少。目前有机质谱仪的绝对灵敏度可达50pg（pg为10−1 2 g），无机质谱仪绝对灵敏度可达10−14 。用微克级样品即可得到满意的分析结果。
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。
三、质谱分析的基本过程
质谱仪是一种测量带电粒子质荷比的装置。它利用带点粒子在电场和磁场中的运动行为（偏转、漂移、振荡）进行分离和测量。在离子源中样品粒子被电离和解离，电离后成为带电单位电荷的分子离子。其解离后则生成一系列的碎片，这些碎片可能形成带正电荷的碎片离子，或带负电荷或呈中性。
将分子离子和碎片离子引入到一个强的正电场中，使之加速，加速电位通常为6~8kV，此时，所有带单位正电荷的离子都将获得动能。由于动能达数千电子伏，可以认为此时各种带单位正电荷的离子都有近似相同的动能。但是不同质荷比的离子则具有不同的速度，利用离子不同的质荷比及其速度差异、质量分析可将其分离，然后由检测器测量其强度记录后获得一张以质荷比为横坐标、以相对强度为纵坐标的质谱图。(质荷比：m/z ，其中m为离子的质量数，z为离子携带电荷数。)
质谱分析的基本过程可以概括为以下四个环节：
1、通过合适的进样装置将样品引入并进行汽化；
2、汽化后的样品引入到离子源进行电离，即离子化过程；
3、电离后的离子经过适当的加速后进入质量分析器，按不同的质荷比进行分离；
4、经检测、记录，获得一张质谱图。
根据质谱图提供的信息，可以进行无机物和有机物定性和定量分析、复杂化合物的结构分析、样品中同位素比的测定以及固定表面的结构和组成的分析等。
四、质谱仪的发展
从J.J. Thomson制成第一台质谱仪，到现在已有近90年了，早期的质谱仪主要是用来进行同位素测定和无机元素分析，二十世纪四十年代以后开始用于有机物分析，六十年代出现了气相色谱-质谱联用仪，使质谱仪的应用领域大大扩展，开始成为有机物分析的重要仪器。计算机的应用又使质谱分析法发生了飞跃变化，使其技术更加成熟，使用更加方便。八十年代以后又出现了一些新的质谱技术，如快原子轰击电离子源，基质辅助激光解吸电离源，电喷雾电离源，大
气压化学电离源，以及随之而来的比较成熟的液相色谱-质谱联用仪，感应耦合等离子体质谱仪，富立叶变换质谱仪等。这些新的电离技术和新的质谱仪使质谱分析又取得了长足进展。目前质谱分析法已广泛地应用于化学、化工、材料、环境、地质、能源、药物、刑侦、生命科学、运动医学等各个领域。
五、质谱仪的分类
质谱仪种类非常多，工作原理和应用范围也有很大的不同。从应用角度，质谱仪可以分为下面几类：
1.有机质谱仪：由于应用特点不同又分为：
①气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）。在这类仪器中，由于质谱仪工作原理不同，又有气相色谱-四极质谱仪，气相色谱-飞行时间质谱仪，气相色谱-离子阱质谱仪等。
②液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）。同样，有液相色谱-四器极质谱仪，液相色谱-离子阱质谱仪，液相色谱-飞行时间质谱仪，以及各种各样的液相色谱-质谱-质谱联用仪。
③其他有机质谱仪，主要有：
基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪（MALDI-TOFMS）
富立叶变换质谱仪（FT-MS）
2.无机质谱仪，包括：
①火花源双聚焦质谱仪。
②感应耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）。
③二次离子质谱仪（SIMS）同位素质谱仪。
3.气体分析质谱仪，主要有：呼气质谱仪，氦质谱检漏仪等。
除上述分类外，还可以从质谱仪所用的质量分析器的不同，把质谱仪分为双聚焦质谱仪，四极杆质谱仪，飞行时间质谱仪，离子阱质谱仪，傅立叶变换质谱仪等。
六、质谱仪的系统组成
质谱仪主要由以下部分组成：
1.真空系统
质谱仪的离子源、质量分析器和检测器必须在高真空状态下工作，以减少本底的干扰，避免发生不必要的离子-分子反应。质谱仪的高真空系统通常由机械泵和油扩散泵或涡轮分子泵串联而成。机械泵作为前级泵将真空系统抽到0. 1-0.01Pa，然后再由油扩散泵或涡轮分子泵保证它们的高真空度。
2.进样系统
进行质谱分析时，先要将样品送入离子源。进样系统将样品引入离子源时，既要重复性非常好，还要不引起离子源真空度降低。对进样系统的要求是：
(1)在质谱分析的全过程中，能向离子源提供稳定的样品，并保证样品质谱峰达到应有的强度和稳定度；
(2)进样过程中，尽量减少样品分解、分馏、吸附和冷凝等不良现象；
(3)进样系统的时间常数小；
(4)易于安装，便于操作。
3.离子源
离子源的作用是使被分析的物质电离成带电的正离子或负离子，并使这些离子在离子光学系统的作用下，会聚成有一定几何形状和一定能量的离子束，然后进入质量分析器被分离。离子源的结构和性能与质谱仪的灵敏度和分辨率有密切的关系。样品分子电离的难易则与其分子组成和结构有关。
对离子源的主要要求是：
（1）离子流强度能满足测量精度的要求；
（2）离子束散角小；
（3）离子流稳定性好；
（4）电子利用率高；
（5）工作压力范围宽。
4.质量分析器
质量分析器作用是将离子源产生的离子按其质荷比的不同、在空间的位置、时间的先后或轨道的稳定与否进行分离，以便得到按质荷比大小顺序排列而成的质谱图。质量分析器的类型很多，如磁质量分析器、四极滤质器、飞行时间质量分析器、粒子阱质量分析器和离子回旋共振质量分析器等。质量分析器是由非磁性材料制成，单聚焦质量分析器所使用的磁场是扇性磁场，扇性开度角可以是1 80°，也可以是90°，当被加速的离子流进入质量分析器后，在磁场作用下，