类质谱仪结构与原理简介
离子阱类质谱仪地基本工作原理
离子阱质谱仪的分类
根据结构和工作原理，离子阱质谱仪 可分为线性离子阱和四极离子阱两类 。线性离子阱通过电场和磁场的作用 ，将离子按质荷比分离并检测；而四 极离子阱则利用四极滤器，通过调整 电场和磁场，实现离子的分离和检测 。
灵敏度
灵敏度
灵敏度是离子阱质谱仪检测离子的能 力，高灵敏度的仪器能够检测到更低 浓度的离子。提高灵敏度的方法包括 优化离子源、降低仪器噪音和采用先 进的信号放大技术。
灵敏度影响因素
影响离子阱质谱仪灵敏度的因素有很 多，如仪器设计、制造工艺、操作条 件和样品性质等。优化这些因素可以 提高灵敏度，从而更好地检测和解析 低浓度样品。
电场与磁场系统
总结词
电场与磁场系统是离子阱质谱仪的核心部分，通过控制电场和磁场来对离子进行分离和 检测。
详细描述
在离子阱质谱仪中，电场与磁场系统通常由一组电极和磁铁组成。电场的作用是使离子 加速或减速，而磁场的作用则是使离子发生偏转。通过精确控制电场和磁场的强度和方 向，离子阱质谱仪能够将不同质量和电荷状态的离子分离，并引导到检测器中进行检测
磁场作用
磁场的作用是控制离子的运动轨迹。 在离子阱中，磁场的方向与电场垂直 ，形成洛伦兹力，使离子在电场和磁 场的共同作用下做回旋运动。
离子的形成与捕获
气体分子电离
在电场的作用下，气体分子吸收 能量并发生电离，形成带正电荷 或负电荷的离子。
离子捕获
在离子阱中，电极施加的电场和 磁场共同作用，形成一个封闭的 空间，使离子在空间内做回旋运 动并被捕获。
离子的分离与检测
分离方式
离子阱质谱仪采用不同的分离方式，如时间飞行质谱仪、四极杆质谱仪等，根 据离子的质荷比、电荷态等特性进行分离。
离子阱类质谱仪的基本工作原理
离子阱类质谱仪的基本工作原理离子阱类质谱仪（ion trap mass spectrometer）是一种广泛应用于科学研究和工业应用中的质谱仪。
它通过将带电粒子困在一个电场中，通过控制电场参数，可以使得不同质量的离子在电场中稳定悬浮或循环运动。
该质谱仪具有以下特点：高分辨率、高灵敏度、相对简单的电子支持底座、易于控制、可进行多次扫描等。
1.离子产生：样品经过电离过程，可以通过电子轰击、光子电离、化学电离等方式将分子中的一个或多个电子剥离，形成带电离子。
常用的离子阱类质谱仪有电子轰击离子源、化学电离源、光解电离源等。
2.离子注入：离子生成后，通过引入与分析区连接的离子注入孔口将离子注入分析区（离子阱）内。
注入方法通常有直接注入和时间聚焦注入两种方式。
直接注入通过电场作用将离子注入到分析区，时间聚焦注入则利用离子的动能和速度分布差异，通过调整时序来选择只有特定方向和速率的离子被注入。
3. 离子控制：离子进入离子阱后，通过调整电场控制参数，使得离子在分析区内作稳定运动，常见的离子阱类型有线性离子阱（linear ion trap）和三维离子阱（3D ion trap）。
线性离子阱是由两个平行的极板和一个夹持离子的圆柱形电极构成，通过调整极板电压和夹持电势，使得离子在轴向上做一维运动，产生稳定的轨道；三维离子阱则引入了额外的射频电场，使得离子在径向上也进行稳定的悬浮旋转运动。
4.离子激发：离子在离子阱内运动时，可以通过外加电场、光子激发或碰撞等方式，对其进行激发，使得离子达到能级跃迁。
激发过程可以产生对应于激发态的离子信号，从而间接地确认样品中其中一种化合物的存在。
5.质谱检测：离子阱类质谱仪的检测采用非破坏性检测方式，通过监测离子在离子阱内运动的轨迹和特性来获得离子的质荷比和数量信息。
常见的检测方法有周转时间法、振荡电子法等。
利用这些技术，可实现离子的质量分离、质荷比测量、质谱图谱等信息的获取。
总的来说，离子阱类质谱仪通过控制离子的运动轨迹和电场参数，使得离子在离子阱内稳定悬浮或循环运动，从而实现离子的分离、激发和检测。
质谱仪原理及应用 质谱仪操作规程
质谱仪原理及应用质谱仪操作规程质谱仪原理及应用质谱仪又称质谱计（massspectrometer）。
进行质谱分析的仪器，即依据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分别和质谱仪原理及应用质谱仪又称质谱计（massspectrometer）。
进行质谱分析的仪器，即依据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分别和检测物质构成的一类仪器。
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取得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/z大小分别的装置。
分别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养谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪；按辨别本领分为高辨别、中辨别和低辨别质谱仪；按工作原理分为静态仪器和动态仪器。
分别和检测不同同位素的仪器。
仪器的紧要装置放在真空中。
将物质气化、电离成离子束，经电压加速和聚焦，然后通过磁场电场区，不同质量的离子受到磁场电场的偏转不同，聚焦在不同的位置，从而获得不同同位素的质量谱。
质谱方法*早于1913年由J.J.汤姆孙确定，以后经 F.W.阿斯顿等人改进完善。
现代质谱仪经过不断改进，仍旧利用电磁学原理，使离子束按荷质比分别。
质谱仪的性能指标是它的辨别率，假如质谱仪恰能辨别质量m和m＋Δm，辨别率定义为m／Δm。
现代质谱仪的辨别率达105～106量级，可测量原子质量精准明确到小数点后7位数字。
质谱仪*紧要的应用是分别同位素并测定它们的原子质量及相对丰度。
测定原子质量的精度超过化学测量方法，大约2／3以上的原子的精准明确质量是用质谱方法测定的。
质谱仪的基本原理
质谱仪的基本原理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)分别的分析技术，也是液质联用仪的核心部件。
在有机混合物的分析讨论中，质谱分析法比化学分析法和光学分析法具有越发卓越的优越性，当代讨论有机化合物已经离不开质谱仪。
一、基本原理质谱仪的分析原理各不相同，下面主要对四极杆质谱仪、飞翔时光质谱仪、离子阱质谱仪和多级串联质谱仪的基本原理举行容易介绍。
(一) 四极杆质谱仪四极杆质谱仪由两组对称的电极组成。
电极上加有直流电压和射频电压[±(U+Vcos ω t)]。
相对的两个电极电压相同，相邻的两个电极上电压大小相等，极性相反。
带电粒子射入高频电场中，在场半径限定的空间内振荡。
在一定的电压和频率下，惟独一种质荷比的离子可以通过四极杆达到检测器，其余离子则因振幅不断增大，撞在电极上而被“过滤”掉。
利用电压或频率扫描，可以检测不同质荷比的离子。
其优点是扫描速度快、比磁式质谱价格廉价、体积小、常作为台式进入常规试验室，缺点是质量范围及辨别率有限 (二) 飞翔时光质谱仪飞翔时光质谱仪(TOF)利用相同能量的带电粒子，因为质量的差异而具有不同速度的原理，不同质量的离子以不同时光通过相同的漂移距离到达接收器。
其优点为扫描速度快、敏捷度高、不受质量范围限制以及吉构容易、造价低廉等，缺点是定量较差。
(三) 离子阱质谱仪离子阱质谱仪(TRAP)由一个环形电极和上下两个端盖电极组成，加上前端的离子源入射和检测器。
离子阱能够储存(捕捉)离子，按照马修方程，当离子在r径向和z轴向两个方向都稳定时，离子就能够被离子阱稳定地捕捉。
当扫描射频电压时，每个离子的q逐渐由小变大，直到离子脱离稳定区，跑出离子阱，即可被检测。
其最大的优点是可以举行时光串联，从而举行MS/MS分析。
即可以挑选一个母离子保留在离子阱里，赋予一定能量打碎，获得它的二级质谱，然后这些二级碎片离子继续保存在离子阱里，有挑选性的打碎特定的二级离子，得到它的三级碎片，依此类推得到多级离子。
质谱仪的工作原理
质谱仪的工作原理质谱仪是一种用于分析化合物的仪器，它通过将化合物转化为离子，并根据离子的质量-电荷比进行分离和检测，从而得到化合物的质谱图谱。
质谱仪的工作原理主要包括样品的离子化、离子的分离和检测三个步骤。
首先，样品需要被离子化。
这一步通常通过不同的方法实现，比如电子轰击离子化、化学离子化或者光解离子化。
其中，电子轰击离子化是最常用的方法之一。
在电子轰击离子化中，样品被暴露在高能电子束下，电子的能量足以将样品中的分子转化为离子。
这样就得到了带电的离子化样品。
接下来，离子需要被分离。
这一步通常是通过质谱仪中的质量分析器来实现的。
质量分析器的作用是根据离子的质量-电荷比进行分离。
其中，最常用的质量分析器包括飞行时间质谱仪、离子阱质谱仪和四极杆质谱仪。
不同的质量分析器有不同的分离原理，但它们的共同目标都是将不同质量-电荷比的离子进行分离，以便后续的检测和分析。
最后，分离后的离子需要被检测。
这一步通常是通过检测器来实现的。
检测器的作用是将分离后的离子转化为电信号，并将这些信号转化为质谱图谱。
常见的检测器包括离子多重检测器、光电子倍增管和电子捕获检测器等。
这些检测器能够将离子的信号放大并转化为可读的质谱图谱，从而为后续的分析提供数据支持。
总的来说，质谱仪的工作原理是将样品离子化、分离和检测，通过这三个步骤得到化合物的质谱图谱。
质谱仪在分析化合物中起着至关重要的作用，广泛应用于化学、生物、药物等领域。
通过了解质谱仪的工作原理，我们可以更好地理解它的应用和意义，为化学分析提供更准确的数据支持。
离子阱类质谱仪的基本工作原理
由公式（7），离子的轴向基频为
当 w z w z，0 1/2 z
z 0.318 ， 2 1.05 106 rad s-1
则
w z 0.5 0.318 2 3.14 1.05 106
离子阱类质谱是一类极其重要和应用 广泛的质谱分析方法，是化学及生物学分 析的基本工具，了解其工作的基本原理， 对于深入了解阱类质谱的设计构造，性能 指标，操作模式，参数优化和合理使用都 是基本的和必须的，其基本原理主要涉及 离子在四级场中对的运动规律的描述。
1. 仪器类型
1.1三维离子阱
三维离子阱是较早出现的一种离子阱，由一 对环形电极和两个呈双曲面形的端盖电极组成， 两个端盖电极顶端开有小孔，作为离子出入的通 道。一般在环形电极上施加射频交流电压或再加 直流电压，以提供一个捕获离子的四级场，上下 两个端盖电极一般接地。三维离子阱的主要缺陷 是双曲面电极加工组装困难，且离子捕获在阱中 心的一个空间点上，捕获效率受到限制，另外存 在着空间电荷效应，质谱的分辨率很难提高。
图9.swift信号（a）频域波形；（b）时域 波形
4.2激发裂解
该操作是对隔离出来的离子，通过共振激发
进行裂解，以产生碎片离子用于进行母离子的结 构分析MS/MS。操作过程是，加一可以是任意频 率的辅助交流信号，当频率确定后，工作位点便 （ qz=221/2wz/）随之确定，此时用射频进行 电压扫描，母离子的本征振荡频率持续变化，当 与辅助交流信号的频率一致时便发生共振激发， 在驰像过程激发能转变为内能使其解离，当然若 已知母离子的振荡频率时，也可直接施加相同频 率的辅助交流信号进行激发解离。
质谱仪工作原理
质量精度是指质量测定的精确程度。 常用相对百分比表示
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46
• • • •
四极杆分析器 飞行时间分析器 离子阱分析器 回旋共振分析器等
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（1）磁式质量分析器
磁场
S1
R
S2
离子源
B
收集器
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仪器原理图
电离室原理 与结构
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离子生成后，在质谱仪中被电场加速。加速后其动能和 位能相等，即：
1 2 mv zV 2
(1)
其中 m: 离子质量；v: 离子速度；z: 离子电荷； V: 加速电压
A•+ B + ABCD+
碎
片
D• + C +
AB • + CD + C•+ D
+
离
子
分子离子、碎片离子、重排离子、加合离子、同位素离子。 14
EI 源的特点：
电离效率高；应用广泛；操作方便
EI源：可变的离子化能量 (10～240eV,常用70eV )
电子能量 分子离子增加 电子能量 碎片离子增加
质谱表 元素图表
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四、质谱仪的性能指标
1、质量范围 指所能检测的m/z范围 四极杆质谱 m/z小于或等于2000 磁式质谱 m/z可达到几千 飞行时间质谱 m/z可达到几十万
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2、分辨率R
质谱仪把相邻两质量
组分分开的能力
M R M
例如：CO+ 27.9949，N2+，28.0061
M R M 27.9949 2500 28.0061 27.9949
11
3、离子源
•电子轰击离子源EI， GC-MS •化学电离源CI, •快原子轰击源FAB, 磁式双聚焦质谱仪 •电喷雾源ESI, LC-MS •大气压化学电离源APCI， •激光解吸源LD
质谱的原理和仪器构造
1 2
mv2
被加速后的离子进入磁场，离子运动的方向和 磁力线垂直。在磁场中，运动的离子如同电流， 会与磁场产生相互作用力。离子受磁场的作用 力作圆周运动。离子所受的磁场作用力提供离 子作圆周运动的向心力。
Bzev=
mv2 r
公式4
式中：B – 磁场强度(洛伦磁力)
r - 离子的运动轨道半径； 合并上述两式，r 消= 去B1 v(,可2mze得V)1：/2
公式5
这样V加速电压为定值，通过B(磁场强度)的扫描，顺次记录 下各质荷比离子的强度，从而得到所有m/z离子的质谱图。
不同质量的离子具有不同的轨道半径，质量越大，其轨道半 径也越大。这意味着磁场有质量色散能力,可以单独用作质量 分析器。
改变加速电V(对应离子动能的变化)，离子的
轨道半径也发生变化。当仪器将离子的运动轨
公式3所描述的是理想情况。事实上，离子在 加速前，其动能并非绝对为零，而是在某一较 小的动能值之内有一个分别。同一质量的离子， 由于初始动能略有差别，加速后的速度也略有 差别，因此它们经静磁场偏转后不能准确地聚
焦于一点，也就是说静磁场具有能量色散作用。
因质量相同而动能略有差别的离子不能聚焦在 一点，仪器的分辨率不是很高。
测定灵敏度的方法多种多样的，一般直接进样灵敏度的测 定方法是：在固定分辨本领的情况下，直接进入微克量级 的某种样品，看其分子离子峰的强度与噪声的比值，就是 信/噪比值，用 S/N 表示。噪声指基线的强度。
4. 质量精度
利用质谱仪定性分析时，质量精度是一个很重要的性能指 标。在低分辨质谱仪中，仪器的质量指示标尺精度不应低 于±0.4质量数。高分辨率质谱仪给出离子的精确质量，相 对精度一般在1-10ppm。
a,q值在稳定区内的离子产生稳定振荡，顺利通过四极 场到达检测器；a,q值在非稳定区的离子因产生不稳定 振荡而被电极中和。操作仪器时，变化参数有U、V、 ω三个。一般固定ω，a/q=U/V为常数对V进行扫描， 可使一组不同质量的离子先后进入稳定区而被检测。 a/q值越大(扫描成的斜率越大)，在扫描线上稳定区的 质量范围越窄，仪器的分辨率越高。
一般质谱仪结构与工作原理
⼀般质谱仪结构与⼯作原理质谱分析法主要是通过对样品的离⼦的质荷⽐的分析⽽实现对样品进⾏定性和定量的⼀种⽅法。
因此，质谱仪都必须有电离装置把样品电离为离⼦，有质量分析装置把不同质荷⽐的离⼦分开,经检测器检测之后可以得到样品的质谱图，由于有机样品,⽆机样品和同位素样品等具有不同形态、性质和不同的分析要求,所以，所⽤的电离装置、质量分析装置和检测装置有所不同。
但是，不管是哪种类型的质谱仪，其基本组成是相同的。
都包括离⼦源、质量分析器、检测器和真空系统。
本节主要介绍有机质谱仪的基本结构和⼯作原理。
离⼦源（Ion source） 离⼦源的作⽤是将欲分析样品电离，得到带有样品信息的离⼦。
质谱仪的离⼦源种类很多，现将主要的离⼦源介绍如下。
电⼦电离源(Electron Ionization EI)电⼦电离源⼜称EI源，是应⽤最为⼴泛的离⼦源，它主要⽤于挥发性样品的电离。
图9.1是电⼦电离源的原理图，由GC或直接进样杆进⼊的样品，以⽓体形式进⼊离⼦源，由灯丝F发出的电⼦与样品分⼦发⽣碰撞使样品分⼦电离。
⼀般情况下,灯丝F与接收极T之间的电压为70伏,所有的标准质谱图都是在70ev下做出的。
在70ev电⼦碰撞作⽤下,有机物分⼦可能被打掉⼀个电⼦形成分⼦离⼦，也可能会发⽣化学键的断裂形成碎⽚离⼦。
由分⼦离⼦可以确定化合物分⼦量,由碎⽚离⼦可以得到化合物的结构。
对于⼀些不稳定的化合物,在70ev的电⼦轰击下很难得到分⼦离⼦。
为了得到分⼦量，可以采⽤1020ev的电⼦能量，不过此时仪器灵敏度将⼤⼤降低，需要加⼤样品的进样量。
⽽且，得到的质谱图不再是标准质谱图。
离⼦源中进⾏的电离过程是很复杂的过程，有专门的理论对这些过程进⾏解释和描述。
在电⼦轰击下，样品分⼦可能有四种不同途径形成离⼦：样品分⼦被打掉⼀个电⼦形成分⼦离⼦。
分⼦离⼦进⼀步发⽣化学键断裂形成碎⽚离⼦。
分⼦离⼦发⽣结构重排形成重排离⼦。
通过分⼦离⼦反应⽣成加合离⼦。
质谱仪的离子检测器分类及结构原理
质谱仪的离子检测器分类及结构原理质谱仪的离子检测器可以分为以下几种分类及结构原理：1. 电离器 (Ionizer)：- 热电子电离器 (Thermal Ionization Ionizer)：使用热电子电离样品分子，产生离子。
- 离子源 (Ion Source)：采用不同的方法将样品分子转化为离子，如电子轰击电离、化学电离或激光电离。
- 电喷雾电离器 (Electrospray Ionization Ionizer, ESI)：将溶液通过喷雾接入离子源，并在电场中产生离子。
2. 离子分离器 (Ion Separator)：- 电场分离器 (Electrostatic Separator)：使用电场将离子按质量-电荷比分离。
- 磁场分离器 (Magnetic Separator)：利用磁场对离子进行转弯、偏转和聚焦，使不同质量-电荷比的离子分离出来。
- 时间飞行离子分离器 (Time-of-Flight Ion Separator, TOF)：根据离子在电场中的飞行时间和质量-电荷比之间的关系分离离子。
3. 离子检测器 (Ion Detector)：- 电流计 (Current Meter)：通过测量离子击中探测器的电流来检测离子。
- 电子增益器 (Electron Multiplier)：将离子转化为电子，并在电子增益器中产生电子放大，再通过电流计检测电子。
- 光电离检测器 (Photoionization Detector, PID)：使用紫外光将离子光电离，然后通过光电离器将电子转化为电流检测。
- 荧光板 (Fluorescent Screen)：离子撞击荧光板上产生荧光，并使用光电倍增管将荧光转化为电流检测。
以上是常见的离子检测器分类及结构原理，不同类型的离子检测器适用于不同的实验需求和应用领域。
质谱仪简介 质谱仪是如何工作的
质谱仪简介质谱仪是如何工作的质谱仪又称质谱计。
分别和检测不同同位素的仪器。
即依据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分别和检测物质构成的一类仪器。
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取得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/z大小分别的装置。
分别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养谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪；按辨别本领分为高辨别、中辨别和低辨别质谱仪；按工作原理分为静态仪器和动态仪器。
用法分别和检测不同同位素的仪器。
仪器的紧要装置放在真空中。
将物质气化、电离成离子束，经电压加速和聚焦，然后通过磁场电场区，不同质量的离子受到磁场电场的偏转不同，聚焦在不同的位置，从而获得不同同位素的质量谱。
质谱方法比较早于1913年由J.J.汤姆孙确定，以后经 F.W.阿斯顿等人改进完善。
现代质谱仪经过不断改进，仍旧利用电磁学原理，使离子束按荷质比分别。
质谱仪的性能指标是它的辨别率，假如质谱仪恰能辨别质量m和m ＋Δm，辨别率定义为m／Δm。
现代质谱仪的辨别率达 105 ～106 量级，可测量原子质量精准明确到小数点后7位数字。
质谱仪较为紧要的应用是分别同位素并测定它们的原子质量及相对丰度。
测定原子质量的精度超过化学测量方法，大约2／3以上的原子的精准明确质量是用质谱方法测定的。
由于质量和能量的当量关系，由此可得到有关核结构与核结合能的学问。
对于可通过矿石中提取的放射性衰变产物元素的分析测量，可确定矿石的地质时代。
质谱方法还可用于有机化学分析，特别是微量杂质分析，测量分子的分子量，为确定化合物的分子式和分子结构供应牢靠的依据。
质谱仪的结构原理应用范围
质谱仪的结构原理应用范围一、质谱仪的概述质谱仪是一种重要的分析仪器，它能够对物质进行精确的质量测量和结构分析。
质谱仪通过将样品中的分子或离子分离并进行质量分析，可以获得关于样品组成、结构和相对丰度等信息。
二、质谱仪的基本结构1.离子源：将样品中的分子或原子转化为离子的区域，常见的离子源包括电子轰击离子源、化学离子化源等。
2.质量分析器：对离子进行分析和质谱测量的部分，常见的质量分析器有磁扇形质谱仪、飞行时间质谱仪等。
3.探测器：测量离子信号强度的部分，常见的探测器有电离倍增管（MCP）、电子倍增器（EM）等。
4.数据系统：用于数据采集、分析和处理的计算机系统。
三、质谱仪的工作原理1.离子化：样品通过离子源中的电子轰击或化学反应等方式，转化为离子态。
2.分离：通过质量分析器中的磁场或电场等力的作用，对离子进行分离。
3.检测：分离后的离子通过探测器进行检测，获得离子信号。
4.数据处理：通过数据系统对获得的离子信号进行处理和分析，得到质谱图和相关的结构信息。
四、质谱仪的应用范围质谱仪在许多领域都有广泛的应用，其主要应用范围包括但不限于以下几个方面：1.环境监测：质谱仪可以对大气污染物、水质污染物等进行准确分析和监测，有助于提供环境保护和治理的依据。
2.医学诊断：质谱仪可以通过分析体内的代谢产物、药物等，为医学诊断和治疗提供依据，如癌症早期诊断、药物代谢研究等。
3.食品安全：质谱仪可以检测食品中的农药残留、添加物等有害物质，确保食品安全，维护人民健康。
4.新药研发：质谱仪在新药研发中起着至关重要的作用，可以对药物的结构和代谢途径进行研究，加速新药的研发进程。
5.石油化工：质谱仪可以用于石油化工原料的质量控制和分析，提高产品质量和生产效率。
6.法医学：质谱仪在法医学中可以用于毒物检测、尸检等领域，帮助司法机关进行刑事案件的调查和破案。
五、质谱仪的发展趋势随着科技的不断进步，质谱仪也在不断发展和改进。
主要的发展趋势包括：1.微型化：质谱仪越来越小型化，体积更小、便携性更强，方便移动和实地应用。
利用质谱仪进行分析的基本原理与方法
利用质谱仪进行分析的基本原理与方法质谱仪是一种广泛应用于化学、生物、环境等领域的分析仪器，它通过测量样品中离子的质量和相对丰度，可以获得有关样品组成和结构的信息。
本文将介绍质谱仪的基本原理和常用的分析方法。
一、质谱仪的基本原理质谱仪的基本原理是将样品中的分子或原子通过电离技术转化为带电粒子（离子），然后根据离子在电场和磁场中的运动轨迹和质量-电荷比，进行分析和检测。
主要包括离子化、分离和检测三个步骤。
1. 离子化离子化是将样品中的分子或原子转化为带电粒子的过程。
常用的离子化技术包括电离、化学离子化和质子转移离子化等。
其中，电离是最常用的方法，通过电子轰击或光解等方式将样品中的分子或原子电离为正离子或负离子。
2. 分离分离是将离子根据其质量-电荷比进行分离的过程。
常用的分离技术有磁场分离、电场分离和质量分离等。
磁场分离利用磁场对离子进行偏转，根据其质量-电荷比的不同，使离子在磁场中产生不同的轨迹，从而实现分离。
3. 检测检测是对分离后的离子进行检测和测量的过程。
常用的检测技术包括离子倍增器、荧光检测器和质量分析器等。
离子倍增器可以将离子的信号放大，提高检测灵敏度；荧光检测器则通过测量离子的荧光强度来获得离子的相对丰度；质量分析器则根据离子的质量-电荷比进行分析和测量。
二、质谱仪的常用分析方法1. 质谱图谱分析质谱图谱分析是质谱仪最常用的分析方法之一，它通过测量样品中的离子质量和相对丰度，绘制出离子信号强度与质量-电荷比的关系图谱。
质谱图谱可以用于确定样品的组成和结构，鉴定有机物的分子式和结构等。
2. 质谱定量分析质谱定量分析是利用质谱仪对样品中的目标物质进行定量分析的方法。
通过测量目标物质的离子信号强度与浓度的关系，建立标准曲线或内标法等定量方法，可以准确测定样品中目标物质的含量。
3. 质谱图像分析质谱图像分析是将质谱仪与显微镜或成像设备相结合，对样品进行成像和分析的方法。
通过将样品表面的离子进行成像，可以获得样品的分布信息和空间分辨率。
质谱仪工作原理
++
:e
(M-R3)+
(M-R2)+
(M-R1)+ M+
Mass Spectrum
13
电子轰击法是通用的电离法，是使用高能电子束 从试样分子中撞出一个电子而产生正离子，即
ABCD + e- ABCD+ + 2e- 分子离子
BCD• + A +
B• + A +
CD• + AB +
碎
ABCD+
mv2 Hzv
R
由此式得：
v RHz m
(2)
其中：R为曲率半径
H为磁场强度
代入(1)式得：
m / z H 2R2 2V 质谱的根本方程
28
• 当 R为仪器设置不变时，改变加速电压 或磁场强度，则不同m/z的离子依次通过 狭缝到达检测器，形成质量谱，简称质 谱。
29
方向聚焦； 一样质荷比，入射方向不同的离子会聚； 分辨率不高
32
四极杆质量分析器
Electron Beam Sample in
Ion Beam
A
C
+
B
33
直流电压Vdc 交流电压Vrf
34
-
+
+
35
构造:
四根棒状电极，形成四极场
1，3棒： (Vdc +Vrf)
2，4棒：- (Vdc+ Vrf )
原理：
在一定的Vdc Vrf 下 ， 只有一定质量 的离子可通过四极场，到达检测器。
数据处理 系统
Data System
6
进样系统
质谱仪的结构原理
灵敏度降低 加大进样量
非标准质谱图
在质谱中可以获得样品的重要电子 轰击产生的M+峰，往往不存在或其 强度很低，必须采用比较温和的电 离方法。
氨
引入
CI源
不稳定的化合物
异丁烷
反应气体
比例为1:10000
真空度： 1.3×102～ 1.3×103Pa
甲烷
CI源
样品分子在承受电子轰击前，被一种反应气体(通常是甲烷)稀 释，稀释比例约为104:1，因此样品分子与电子的碰撞几率极小， 所生成的样品分子离子主要经过离子-分子反应组成。
❖ 样品分子被打掉一个电子形成分子离子。 质量分析器（10 -6 Pa ）
水平方向：灯丝与阳极间(70V电压)—高能电子 — 冲击样品—正离子 CH5+ ＋M→MH+＋CH4
❖ 分子离子进一步发生化学键断裂形成碎片离子。 分子离子进一步发生化学键断裂形成碎片离子。
分子离子进一步发生化学键断裂形成碎片离子。
APCI
结构与ESI大致相同，在喷嘴下游放置针状放电电极。电极放电，电离空气中 的中性气体分子和溶剂分子，产生H3O+，N2+，O2+和O+等离子，离子与分 析物分子进行离子-分子反应，使分析物分子离子化。反应过程：1.质子转移和 电荷交换产生正离子，2.质子脱离和电子捕获产生负离子。
原理与结构 仪器原理图
质谱仪的结构原理
质谱仪
离子源
质量分析 器
离子检测 器
进样系统
真空系统
质谱仪分类
有机质 谱仪
无机 质谱
仪
质谱 仪
同位 素质 谱仪
质谱仪器结构
大气
样品入口
离子化方法
类质谱仪结构与原理简介
Calibration是校正Orbitrap的质量轴，以及调节部分ion optic元件的 离子传输的参数，以及四极杆的校正等。
校正文件C:\Xcalibur\system\Exactive\instrument\msx_instrument_files\mater_cal.mscal
Calibration文件保存了大多数ion optic元件的参数，是不依赖于离子源和实验 类型的。不同实验、不同类型的源，采用相同的master文件的参数。 Calibration通过的项目参数自动保存在master文件里，不通过的不保存。 开电子开关或reset质谱后，质谱自检过程中会读取master文件
1、在Tune里，将Source中的Capillary Temp设置为100℃，等待降温 取离子传输管之前，其温度至少要降到150度以下，否则有可能会损坏离子传输管 2、拆下离子源；拆下Sweep Cone（如果有装的话） 3、用专用的工具将Capillary逆时针拧松，水平拔出来。 4、用专用的通针，通一下离子传输管内部 5、把Capillary放在干净的烧杯里，分别用50%甲醇水、甲醇各超声15min 6、用镊子取出Capillary，用干净N2吹干备用。
调谐 和 校正(Tune vs Calibration)的区别
★ Tune（调谐）和Calibration（校正）的区别
Tune主要是通过优化Source和部分ion optic的参数，让（待测）离 子的响应更高。
Tune file(.mstune) 里保存了Source和靠前的部分Ion Optics的参数，不同类型的 离子源的参数是会不同的。 不同实验、不同类型的源，需要调用不同的Tune file。
正离子校正液的特征峰
质谱仪常见几种分类 质谱仪工作原理
质谱仪常见几种分类质谱仪工作原理质谱仪是如何构成的？典型的质谱仪，一般由样品导入系统、离子源、质量分析器和检测器构成，此外，还含有真空系统和掌控及数据处理系统等辅佑襄助设备。
1.有机质谱仪：由于应用特点不同又分为：（1）气相色谱—质谱联用仪在这类仪器中，由于质谱仪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）其他有机质谱仪紧要有：基质辅佑襄助激光解吸飞行时间质谱仪、傅里叶变换质谱仪。
2．无机质谱仪：包括：火花源双聚焦质谱仪、感应耦合等离子体质谱仪、二次离子质谱仪等。
3．同位素养谱仪：包括：进行轻元素（H、C、S）同位素分析的小型低辨别率同位素养谱仪和进行重元素（U、Pu、Pb）同位素分析的具有较高辨别率的大型同位素养谱仪。
4．气体分析质谱仪：紧要有：呼气质谱仪、氦质谱检漏仪等。
除以上分类外，还可以从质谱仪所用的质量分析器的不同，将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、傅里叶变换质谱仪等。
离子阱质谱仪安装的一些要求离子阱质谱仪目前广泛应用于食品安全、药物开发、环境监测、生命科学讨论和分析等领域。
环境要求：1、推举试验室温度为20－27C，温度变化3C/hr，相对湿度80％2、推举液质联用仪工作台，长3米，宽0.8米，承重点于200公斤。
建议离墙距离0.3米以上。
电源要求：1、单相交流220V，（+5%～—10%），50—60Hz，有单独的良好接地。
2、若电压不稳，需配置稳压电源，功率大于5千瓦。
3、准备3个合格的万用接线板，总数不小于12个扁平三角接线插座。
4、试验室可以配备停电保护开关（空气开关）。
气体要求：1、氦气一瓶，纯度99.999%，配好减压阀，并试漏2、氮气，纯度99.9%，用气量5～15L/min。
质谱仪的工作原理
质谱仪的工作原理
质谱仪（Mass Spectrometer）是分析物质结构和组成的重要仪器，由于它具有很高的精确度和灵敏度，广泛应用在化学、生物学和材料科学等领域。
质谱仪的工作原理是将样品中的原子或分子电离为带正电荷的离子，然后通过一系列的电场不同强度的电场，使不同质量的离子沿着不同的轨道而运动，最后经过检测装置，检测出不同质量的离子的浓度，从而确定样品的组成结构。
1. 首先，将样品通过一个加速器，把样品电离成带有正电荷的离子。
2. 离子通过一系列以不同强度的电场，如电场偏移器、旋转电场偏移器、固定电场偏移器、旋转电场和静止电场等，使不同质量的离子沿着不同的轨道而运动，形成质谱图。
3. 质谱图由质子源检测装置检测出不同质量的离子的浓度，可以确定样品的组成结构。
4. 最后，将质谱图保存在计算机中，便于分析和比较研究。
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LTQ Obitrap Elite ETD硬件构造图
Ion Trap 碰撞气是He2
Liner Ion Trap for LTQ XL
LTQ Obitrap Elite ETD硬件构造图
C Trap
C-Trap for LTQ OB XL
HCD
C-Trap
C-Trap for LTQ OB XL
主要内容
一．质谱理论简介
1. 2.
1. 2. 3.
常规生物质谱理论简介 Orbi类质谱和硬件简介
日周月的维护 常规维护操作 调谐校正
二．日常优化维护内容
三．问题
常见问题排查和服务流程
★ 常见问题
通讯问题 校正不通过 信号下降
通讯问题
★ 仪器通讯链接图
HPLC
Data system
路由 器
正离子校正液的特征峰
信号不稳时，需要 通过调节修改离子 源参数使其稳定： ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ Spray Voltage Sheath Gas Aux Gas Syringe Pump Flow Rate 离子源的上下位置 离子源的左右位置（是否 居中） ⑦ 其他因素：喷雾针是否堵 塞;离子传输管脏了
常规维护操作
★ 开关机 ★ 机械泵震气 ★ 更换清洗Capillary（Ion Transfer Tube）（不用停机） ★ 清洗Tube Lens/skimmer（要停机）
关机流程
★ 关机顺序：
停HPLC（Nano的可以不停液相泵） 在软件Tune中将仪器设置为Standby，并关闭软件 关掉电子开关（Electronic Switch） 关掉电源开关，机械泵会停转 至少过15min后，关掉N2的减压阀（否则会漏掉N2），关机完成
MS
★ LTQ Orbitrap的数据精度高，扫描快，相同时间内传输的数据 量很大，在长时间不间断运行的情况下，数据电脑或者路由器 或者是仪器内置电脑都有可能会出现通讯问题。 ★ 通讯问题常表现在为：仪器不受控、LED状态指示不正确、数 据电脑上的软件不运行或者运行中出错、数据电脑死机等现象 。
★ 如果出现通讯问题，一般可以通过以下步骤排除
*1如果无法建立连接，参见通讯故障排查
常规维护操作-不停真空更换离子传输管
加热的离子传输管在原地位置， 小球在离子传输管上方
可拆除的离子传输管 离子传输管
加热的传输管移动
金属球落下 堵住
取离子传输管的工具
真空锁定装置的结构图
仪器维护：更换并清洗Capillary（离子传输管）
一、拆洗Capillary（带无粉橡胶手套来操作）
平时可以把校正液小管分装，避免全部污染。更换校正液。
★ 仪器不干净，主要表现在强度低，同时有可能出现污染离子。
定期合理清洗仪器
信号下降
★ 仪器的灵敏度高，意味着对待测物的灵敏，同时也是对污染的 敏感。由于Orbi检测器是非消耗型的，所以信号下降的常见可 能是参数不对、仪器没有定期合理清洗。 ★ 判断仪器信号是否下降的最可靠的方法就是进校正液。 ★ 若确定是仪器污染导致信号下降，一般的解决思路是：清洗更 换Capillary清洗Tube-Lens ★ 如果还不能解决问题，请联系800服务热线
负离子校正液的特征峰
信号不稳时，需要 通过调节修改离子 源参数使其稳定： ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ Spray Voltage Sheath Gas Aux Gas Syringe Pump Flow Rate 离子源的上下位置 离子源的左右位置（是否 居中） ⑦ 其他因素：喷雾针是否堵 塞;离子传输管脏了
开机流程
★ 开机顺序
检查气体、机械泵油和电源连接；电子开关（ Electronics Switch）处在关 闭状态 打开电源开关，机械泵启动，用垫片或电晕针堵Capillary 抽真空2h后，开电子开关（Electronic Switch） 打开电脑，打开Tune软件，仪器和软件建立连接 *1 设置Bake out时间，一般10-12h，开始Bake out 烘烤完后自动切换到待机状态 Bake Out后cooling 3h，FT Pening Guage读数接近或小于5E-10mbar Check或者Calibrate仪器 通过Check或者Calibration后，仪器可以使用
Calibration是校正Orbitrap的质量轴，以及调节部分ion optic元件的 离子传输的参数，以及四极杆的校正等。
校正文件C:\Xcalibur\system\Exactive\instrument\msx_instrument_files\mater_cal.mscal
Calibration文件保存了大多数ion optic元件的参数，是不依赖于离子源和实验 类型的。不同实验、不同类型的源，采用相同的master文件的参数。 Calibration通过的项目参数自动保存在master文件里，不通过的不保存。 开电子开关或reset质谱后，质谱自检过程中会读取master文件
每个月到季度要做的维护
检查气体的余量，必要时更换.
更换时注意要擦干净接头，同时用气体吹干净接头。
检查风扇空气滤网，必要时清洗，脏的过滤网会引起冷却效果不佳而造成仪 器损坏。 关机更换机械泵油：视情况而定，一般半年换一次油。用如果样品量很大且 溶剂流速很大，比如一天24小时运行样品，特别是APCI使用高流速频率很高 时可能每1-2月需要更换 关机清洗Tube Lens和skimmer，视情况而定，一般1-2个月清洗一次。
C Trap HCD 碰撞气是N2
Source 雾化气是N2
Ion optics
Ion Trap 碰撞气是He2 Orbirap ETD Source 载气是N2
Ion Max Source
API 包含ESI, APCI, HESI, APPI Interchangeable probes Ion Sweep technology for greater robustn件， 重新配置
正 常 是
否 重启电脑， 重新配置
正 常 是 否
是
报 修 是 是 否 正 常 重启电子 开关 否 解决 是 正 常
是 Reset仪器 否 正 常 拔插网线
★ 若电脑中病毒或者在电脑上安装了杀毒软件、更改电脑网卡IP 地址等，也会出现通讯问题，所以不能在电脑上安装杀毒软件 ，不能改IP地址，不要随意用不确定是否安全的移动存储设备
主要内容
一．质谱理论简介
1. 2.
1. 2. 3.
常规生物质谱理论简介 Orbi类质谱和硬件简介
日周月的维护 常规维护操作 调谐校正
二．日常优化维护内容
三．问题
每天要做的检查和维护
1. 检查实验室的温度 (18-22℃) 和相对 湿度 (40 ~60 %).、 2. 检查真空度 离子传输管没有堵时， Fore Vacuum的值为1-2mbar* 3. 检查氮气的压力 4. 每天实验完成后，冲洗HPLC和离子源（对于大源而言）
调谐 和 校正(Tune vs Calibration)的区别
★ Tune（调谐）和Calibration（校正）的区别
Tune主要是通过优化Source和部分ion optic的参数，让（待测）离 子的响应更高。
Tune file(.mstune) 里保存了Source和靠前的部分Ion Optics的参数，不同类型的 离子源的参数是会不同的。 不同实验、不同类型的源，需要调用不同的Tune file。
API Stack 实物
Heated ion transfer tube in-place
？
加热的离子传输管
加RF的S Lens（18片）
Exit Lens
Inject Flatpole(front view)
interflatpole lens位于 Inject Flatpole后面
固定Inject Flatpole和 interflatpole lens的架子
校正不通过
校正不通过，以以下三种情况最为常见。
★ 喷雾不稳定：TIC Variation＞10%。
解决方案：调节Source等参数，调节HESI Probe位置 使之小于10%
★ 校正液污染：校正液在正常情况下，应该出现前述的分布，如 果在特征峰附近出现一些比特征峰高的离子，校正液可能被污 染。
二．日常优化维护内容
三．问题
一、质谱理论简介
1.常规生物质谱理论简介 Ion Optics Data Processing
HPLC
Source
Detector
分离样品
产生离子
离子传输
离子检测
数据处理
LTQ Orbitrap质谱和硬件简介
LTQ Obitrap Elite ETD
LTQ Obitrap Elite ETD硬件构造图
Ion Max Housing
ESI
APCI(现有新版)
HESI II Probe
Nano Flex Ion Source
Ion Optics之 API Stack 组成
Metal Ball Capillary/Ion Transfer Tube S-Lens
Exit-Lens
API Stack结构图
1、在Tune里，将Source中的Capillary Temp设置为100℃，等待降温 取离子传输管之前，其温度至少要降到150度以下，否则有可能会损坏离子传输管 2、拆下离子源；拆下Sweep Cone（如果有装的话） 3、用专用的工具将Capillary逆时针拧松，水平拔出来。 4、用专用的通针，通一下离子传输管内部 5、把Capillary放在干净的烧杯里，分别用50%甲醇水、甲醇各超声15min 6、用镊子取出Capillary，用干净N2吹干备用。