质谱仪的结构原理
质谱仪的构造和工作原理
质谱仪的构造和工作原理
质谱仪是一种利用质谱原理进行分析和检测的仪器。
它通常由离子源、质量分析器和检测器三部分组成。
离子源用于将样品中的分子转化为带电的离子，质量分析器用于根据离子质量、电荷比和能量将离子分离并检测，检测器则用于对检测到的离子进行计数和记录。
质谱仪的工作原理是将样品原子或分子通过电离源产生带电离子，然后经过质量分析器进行分离并检测。
其中，离子源的类型有多种，如电子轰击离子源、化学电离源和光电离源等。
不同的离子源会对样品进行不同的离子化反应，因此在选择离子源时需要考虑样品性质和分析需求。
质量分析器是质谱仪最核心的部分，它可以将离子根据其质量、电荷比和能量进行分离。
常用的质量分析器有四极杆质谱仪、飞行时间质谱仪和离子阱质谱仪等。
每种质量分析器的工作原理不同，但都是根据离子在电场中的运动规律进行离子分离和检测。
检测器是质谱仪的最后一部分，它的作用是对分离和检测到的离子进行计数和记录。
常用的检测器有电子增强器、多道计数器和荧光屏等。
在选择检测器时需要考虑样品的离子强度和信噪比等因素。
总之，质谱仪是一种非常重要的分析仪器，它可以广泛应用于化学、生物、医学、环境等领域，为科学研究和产业发展提供了有力的支持。
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质谱仪的原理及应用
质谱仪的原理及应用
质谱仪是一种高科技仪器，用于分析化合物的结构、组成和含量等信息。
其基本原理是将待分析的化合物分子通过不同的方式转化为离子，并根据这些离子的质量/电荷比（m/z）进行分析和检测。
质谱仪的应用非常广泛，包括但不限于以下几个方面：
1.结构鉴定：质谱仪可通过测定待分析样品中的离子质量来确定其分子式、结构和碎片情况，帮助科学家快速准确地鉴定化合物的结构。
2.定量分析：质谱仪可根据待测样品中的目标化合物的特征离子峰的强度进行定量分析，可以对药物、环境污染物、食品添加剂等进行精确的定量测定。
3.代谢组学：质谱仪在代谢组学研究中具有重要作用，可以通过分析生物体内的代谢产物，揭示生物体内的代谢途径、代谢产物的变化规律等，为疾病诊断、药物研发等提供重要信息。
4.蛋白质组学：质谱仪在蛋白质组学研究中也有广泛的应用，可用于分析蛋白质的氨基酸序列、翻译后修饰等，帮助研究人员了解蛋白质的结构和功能。
5.环境监测：质谱仪可用于分析环境中的有机污染物、重金属、农药残留等，帮助监测环境质量和保护生态环境。
6.食品安全：质谱仪可用于检测食品中的添加剂、农药残留、重金属等有害物质，保障食品安全。
综上所述，质谱仪在化学、生物学、环境科学等领域都有着重要的应用价值，为科学研究、工业生产和环境保护提供了强大的技术支持。
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质谱仪工作原理
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在一定的（Vdc/Vrf)下，改变Vrf 可实 现扫描。
特点： 扫描速度快，灵敏度高 适用于GC-MS
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（4）飞行时间分析器
Time of Flight Analyzer TOF
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栅极1
-270V 栅极2 –2.8kV
接
收
试样入口
器
电子发射
抽真空
• v=(2eV/m)1/2 m：离子的质量；e：离子的电荷量；V：离子
第一节 质谱仪及其工作原理
一、质谱法概述 二、质谱仪的结构和工作原理
进样系统、离子源、质量分析器、检测器、真空系统和 数据处理系统
三、质谱联用技术
GC-MS,LC-MS,串联质谱法
四、质谱图与质谱仪性能指标
质量范围、分辨率、灵敏度、质量稳定性和精度
1
一、质谱法概述
使待测的样品分子气化，用具有一定能量的电 子束（或具有一定能量的快速原子）轰击气态分子， 使气态分子失去一个电子而成为带正电的分子离子。 分子离子还可能断裂成各种碎片离子，所有的正离子 在电场和磁场的综合作用下按质荷比（m/z）大小依 次排列而得到谱图。
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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
R M M
质谱仪把相邻两质量 组分分开的能力
例如：CO+ 27.9949 ， N2+ ，
28.R0061M
M
四极质谱恰好
27.9949
气相色谱质谱仪的结构和基本原理
一、气相色谱质谱仪的定义气相色谱质谱仪是一种高效、高灵敏度的分析仪器，结合了气相色谱和质谱两种分析技术，能够对样品中的化合物进行分离和鉴定。
它在环境监测、药物分析、食品安全等领域有着广泛的应用。
二、气相色谱质谱仪的结构1. 气相色谱部分气相色谱部分主要包括进样系统、色谱柱、色谱炉、检测器等组成。
进样系统用来引入样品，色谱柱用于分离混合物中的成分，色谱炉用来加热和蒸发样品，检测器用来检测色谱柱输出的化合物。
2. 质谱部分质谱部分主要包括离子源、质量分析器和检测器。
离子源用来将化合物转化为离子，质量分析器用来对这些离子进行分析，检测器则用来检测质谱输出的信号。
3. 数据处理系统数据处理系统用来接收、处理和输出色谱和质谱的数据，包括化合物的质谱图和色谱图等。
三、气相色谱质谱仪的基本原理1. 气相色谱原理气相色谱利用气体流动的作用将混合物中的成分分离开来。
当样品进入色谱柱后，不同成分会根据其在色谱柱固定相上的分配系数不同而在色谱柱中移动，最终被分离出来。
2. 质谱原理质谱是利用化合物在电场作用下产生碎片离子，并根据这些离子的质量比进行分析。
质谱仪会将化合物转化为带电离子，然后通过电场和磁场对这些离子进行分析，最终得到质谱图谱。
3. 联用原理气相色谱质谱联用仪将气相色谱和质谱联接在一起，样品首先经过气相色谱的分离，然后进入质谱进行离子化和分析，最终得到色谱和质谱的数据。
通过联用，可以更加准确地对化合物进行分析和鉴定。
四、气相色谱质谱仪的应用气相色谱质谱仪在环境监测、药物分析、食品安全等领域有着广泛的应用。
在环境监测中，可以用来分析空气中的挥发性有机物；在药物分析中，可以用来鉴定药物中的杂质和成分；在食品安全领域，可以用来检测食品中的农药残留和添加剂。
五、气相色谱质谱仪的发展趋势近年来，随着科学技术的不断进步，气相色谱质谱仪在分析性能、数据处理和操作便捷性方面都有了很大的提升。
未来，气相色谱质谱仪将更加智能化，分析速度将更快，分辨率将更高，对于微量成分的分析将更加准确。
质谱仪测定原理
质谱仪测定原理
质谱仪是一种用于分析物质成分和结构的仪器。
其工作原理基于将样品分子转化为带电离子，并通过对离子进行加速、分离和检测来确定其质量与相对丰度。
首先，样品通过进样系统进入质谱仪。
在进样系统中，样品可以以气体态、液态或固态的形式输入。
然后，样品与一种电子轰击源发生碰撞，使其中的分子发生电离。
常用的电离方法有电子轰击电离法和化学离解法等。
经过电离后，样品分子会生成带电离子，包括正离子和负离子。
这些离子进入到质谱仪的离子源中，在离子源中，它们会受到一个电场的加速作用，使其获得一定的动能。
之后，离子进入质量筛选器，也称为质量分析器。
质量筛选器的作用是根据离子的质量-荷比(m/z)进行筛选和分离。
常见的
质量筛选器有磁扇形质量分析器和四极质谱分析器等。
在筛选器中，离子的质量-荷比会影响其轨道半径和频率，从而使离
子以不同的轨道进入不同的输出孔径。
最后，分离出的离子会进入检测器进行检测。
检测器的作用是测量离子的相对丰度，并将其转化为电信号。
常见的检测器有离子倍增管和光电增强器等。
通过记录并分析检测器输出的电信号，质谱仪可以确定样品中不同化学物质的质量和相对丰度。
这些数据可以被用来推断样
品的组成和结构，为化学分析、材料科学、生物医学等领域的研究提供有力的支持。
质谱仪工作原理
Ionizer Sample
+ _
Mass Analyzer Detector
5
二、质谱仪的结构和工作原理
High Vacuum System
进样系统 Inlet
离子源 Ion source
质量分析器
Mass Analyzer
检测器 Detector
+
S 31 2收集器
S 1 离子源
（2） 四极杆分析器 (quadrupole analyzer)
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四极杆质量分析器
Electron Beam Sample in
Ion Beam
A
C
+
B
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直流电压Vdc 交流电压Vrf
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+
-
+
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结构:
四根棒状电极，形成四极场 1，3棒： (Vdc +Vrf) 2，4棒：- (Vdc+ Vrf ) 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。 在一定的（Vdc/Vrf)下，改变Vrf 可实 现扫描。
对于易电离的物质降低电子能量，而对于难 电离的物质则加大电子能量（常用70eV ）。
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(2) 化学电离源(chemical ionization CI)
离子室内的反应气（甲烷等；10～100Pa，样品 的103～105倍），电子（100～240eV）轰击，产生离 子，再与试样分离碰撞，产生准分子离子。 结构与EI同，但是在离子化室充CH4，电子首先 将CH4离解，其电离过程如下：
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1、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10-6Pa。 •真空装置：机械真空泵 扩散泵 分子涡轮泵 •高真空原因 •大量氧会烧坏离子源的灯丝； •几千伏的加速电场会引起放电； •引起额外的离子－分子反应，改变裂解模型， 谱图复杂化。
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。
质谱仪工作原理
质谱仪工作原理
质谱仪是一种用于分析化合物的仪器，它能够通过测量化合物中离子的质量和相对丰度来确定化合物的结构和组成。
质谱仪的工作原理主要包括样品的离子化、离子的分离、离子的检测和数据处理等几个步骤。
首先，样品需要被离子化。
这一步通常通过电离源来实现，电离源能够将样品中的分子转化为离子。
常用的电离源包括电子轰击电离源、化学电离源和光解电离源等。
不同的电离源适用于不同类型的样品，能够实现不同程度的离子化。
接下来，离子化的样品会被送入质谱仪的质子飞行管（或飞行时间管）中进行分离。
在这个过程中，不同质量的离子会以不同的速度飞行，最后被分离开来。
这一步骤的关键是利用离子在电场中的飞行时间与其质量的关系，从而实现离子的分离。
分离后的离子会被送入检测器中进行检测。
常用的检测器包括离子倍增管、光电子倍增管和微通道板检测器等。
这些检测器能够将离子转化为电信号，并放大这些信号以便后续的数据处理。
最后，通过数据处理系统对检测到的离子进行分析和处理。
这一步骤通常包括质谱图的生成、质谱峰的识别和质谱峰的定量分析等。
数据处理系统能够将离子的质量和相对丰度转化为质谱图，并通过质谱图来确定样品中的化合物结构和组成。
总的来说，质谱仪的工作原理是通过将样品离子化、分离、检测和数据处理来实现对化合物的分析。
这一过程需要多个步骤的协同作用，才能最终得到准确的分析结果。
质谱仪在化学、生物、环境等领域都有着广泛的应用，成为了现代分析化学的重要工具之一。
简述质谱仪工作原理
简述质谱仪工作原理
质谱仪是一种用于分析样品中化合物的仪器，其工作原理基于分子在电场中受到的作用力。
下面是质谱仪的基本工作原理：
1. 样品注入：首先，样品被引入质谱仪。
这可以通过气相色谱、液相色谱或直接蒸发样品得到气体相样品。
样品中的分子将被带入质谱仪的离子源。
2. 离子化：在离子源中，样品中的分子被加热或者用电子轰击，产生带电离子。
这个过程叫做离子化。
常见的离子化方法包括电子冲击离子化（EI）和化学电离（CI）。
3. 加速：产生的带电离子被加速器加速，使它们获得一定的动能。
4. 飞行时间测量：加速后的离子进入飞行时间测量区域，其中的磁场和电场作用于离子，使得它们在电场中飞行。
离子的质量决定了它们的飞行时间，较轻的离子飞行时间较短，而较重的离子飞行时间较长。
5. 检测：当离子到达检测器时，它们产生信号，这个信号的强度和飞行时间有关。
通过记录离子的飞行时间和信号强度，质谱仪可以生成一个质谱图，显示出不同质量的离子的相对丰度。
6. 数据分析：通过对质谱图进行分析，可以确定样品中存在的不同化合物及其相对丰度。
这通常涉及与已知的质谱库进行比较，以鉴定样品中的化合物。
总的来说，质谱仪通过测量分子的质量和相对丰度，提供了关于样品中化合物的详细信息，因此在化学、生物学、环境科学等领域得到了广泛的应用。
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。
质谱仪原理高中物理
质谱仪原理高中物理质谱仪是一种利用物质离子在磁场和电场中偏转的原理，对物质进行分析和检测的仪器。
它可以分析物质的成分、结构和同位素含量，广泛应用于化学、生物、环境等领域。
在高中物理学习中，我们也需要了解一些质谱仪的基本原理和工作过程。
首先，质谱仪的工作原理是基于离子在磁场和电场中的偏转。
当样品进入质谱仪后，首先需要将其离子化，即将其转化为带电离子。
这一过程通常通过电子轰击或者化学反应来实现。
接着，离子会被加速器加速，并进入磁场区域。
在磁场作用下，离子会按照质量-电荷比的大小被偏转，不同质量-电荷比的离子会被偏转到不同的轨道上。
然后，离子会进入检测器，检测器会根据离子的质量-电荷比来进行检测和分析。
最后，得到离子的质谱图谱，从而分析出样品的成分和结构。
在质谱仪的工作过程中，有几个关键的部件需要我们了解。
首先是离子源，它负责将样品转化为离子。
其次是加速器，它会加速离子使其进入磁场区域。
然后是磁场区域，它会对离子进行偏转。
最后是检测器，它会对偏转后的离子进行检测和分析。
质谱仪在高中物理学习中的应用主要体现在两个方面。
一是在学习化学成分和结构方面，质谱仪可以帮助我们了解物质的组成和结构，从而更深入地理解化学知识。
二是在学习物理仪器和测量方面，质谱仪作为一种先进的分析仪器，可以帮助我们了解物质分析的原理和方法，培养我们的实验技能和科学素养。
总的来说，质谱仪作为一种重要的分析仪器，在化学、生物、环境等领域发挥着重要作用。
在高中物理学习中，了解质谱仪的原理和工作过程，有助于我们更好地理解物质的组成和结构，培养我们的实验技能和科学素养。
希望通过学习，能够对质谱仪有更深入的了解，为将来的学习和科研打下坚实的基础。
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。
质谱仪的原理
质谱仪的原理
质谱仪是一种用于分析化学样品的仪器，它的工作原理是用高能电子流等轰击样品分子，使该分子失去电子变为带正电荷的分子离子和碎片离子。
这些不同离子具有不同的质量，质量不同的离子在磁场的作用下到达检测器的时间不同，其结果为质谱图。
质谱仪主要由四个部分组成：离子源、质量过滤器、检测器和数据系统。
下面将对这些部分进行详细介绍。
1.离子源：离子源是质谱仪中最重要的部分之一，它将化学样品转化为离子。
离子源的主要作用是将分子转化为离子，通常使用电子轰击、化学离子化或激光离子化等方法。
离子源中的离子化器将样品中的分子转化为离子，并将其加速到高速。
2.质量过滤器：质量过滤器是质谱仪中另一个重要的部分，它可以将离子根据其质量/电荷比分离。
质量过滤器通常采用磁场或电场来分离离子。
其中，磁场分离器主要用于分离大分子，而电场分离器主要用于分离小分子。
3.检测器：检测器是质谱仪中用于检测离子的部分。
检测器可以根据离子的数量和质量/电荷比来确定样品中化合物的质量和结构。
检测器通常使用电子增强器或光电倍增管等设备来检测离子。
4.数据系统：数据系统是质谱仪中用于处理和分析数据
的部分。
数据系统可以将检测到的离子数量转换为质量谱图，从而确定样品中化合物的质量和结构。
数据系统通常包括计算机和相关软件，可以对质谱图进行处理、分析和解释。
质谱仪是一种非常重要的分析化学仪器，它可以通过将化学样品离子化、分离和检测来确定样品中化合物的质量和结构。
质谱仪在化学、生物、环境等领域都有广泛的应用，为科学研究和生产提供了重要的支持。
质谱仪的原理及结构 ppt课件
样或混合样直接进到离子源内 或经注射器由毛细管直接注入。 ➢ 间接进样
经GC或HPLC分离后进到 质谱的离子源内。
PPT课件
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二、离子源或电离室
离子源的作用是将被分析的样品分子电离成带电的离子，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。
进样系统
1.气体扩散
2.直接进样 3.色谱进样
离子源
质量分析器
检测器
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.场解析
5.快原子轰击
1.单聚焦 2.双聚焦 3.四级杆 4.离子肼
5.飞行时间
PPT课件
1.电子倍增器 2.闪烁检测器 3.法拉第杯 4.照相检测
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质谱仪的结构
一、进样系统
作用：将待测物质（即试 样）送进离子源。 进样方式：
PPT课件
加速 聚焦 加速
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2. 化学电离源（CI）
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。
PPT课件
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3. 场致电离源（FI）
应用强电场诱导样品电离： (电压：7～10kV，d<1mm) 过程：样品蒸汽邻近或接 触带高的正电位的阳极尖 端时,由于高曲率半径的尖 端处产生很强的电位梯度, 使样品分子电离.
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29 15
57
71 85 99 113 142
m/z
PPT课件
5
质谱仪的结构
用来检测和记录待测物质的质谱，并以此进行相对分子（原子） 质量、分子式以及组成测定和结构分析的仪器称为质谱仪。
质谱成像仪器原理
质谱成像仪器原理
质谱成像仪（Mass Spectrometry Imaging, MSI）是一种用于空
间分辨分析样品化学组成的仪器。
它结合了质谱技术和成像技术，可以在样品表面获得化学成分的分布图像。
质谱成像仪的工作原理如下：
1. 采样：首先，样品表面被切割成微小区域（通常是数百纳米到数微米大小），以使每个区域的化学组成能够明确地被分析。
2. 激发：然后，通过激光、离子束或中性粒子束等方法，对样品表面的每个区域进行激发，使其释放出分子离子。
3. 离子化：激发后，样品中的分子会被离子化，即失去或获得一个或多个电子，形成带电离子。
4. 选择和加速：离子经过一系列离子光学器件进行选择和加速，根据质量/电荷比（m/z）分离离子，通常使用质量分析器（如
四极杆质谱仪）。
5. 检测：分离后的离子会被传送到一个离子探测器中进行检测，通常使用电离检测器（如离子倍增器）。
离子的数量和质量/
电荷比被测量并记录下来。
6. 成像：最后，所有记录的离子信息通过电子计算机进行处理和分析，生成化学成分的二维或三维分布图像。
质谱成像仪可以使用多种质谱技术，例如时间飞行质谱（TOF-MS）、四极杆质谱仪和离子阱质谱仪等。
同时，不同的成像模式（如单点成像、线扫描成像和网格扫描成像）也可以应用于质谱成像仪中，以获得不同的分辨率和扫描速度。
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
四极质谱仪原理
四极质谱仪原理
四极质谱仪的工作原理是：通过离子源将物体原子电离成离子，然后通过离子光学系统将离子束聚焦到真空系统中的一个小点。
接下来，通过保持离子在电场和磁场的稳定位置，将不同质量的离子分离，并依次进入真空系统中的检测器。
具体来说，四极质谱仪主要包括以下几个部分：
1. 离子源：离子源是四极质谱仪的核心部分，它通过电离物体原子产生离子。
常用的离子源有电子倍增器、电子捕获检测器等。
2. 离子光学系统：离子光学系统包括真空系统、离子光学透镜、偏转板等部件，其主要作用是将离子束聚焦到一个小点，并将其传输到下一个系统中。
3. 质量分析器：质量分析器是四极质谱仪的关键部分，它通过保持离子在电场和磁场的稳定位置，将不同质量的离子分离。
常用的质量分析器有四极滤质器、飞行时间质谱仪等。
4. 检测器：检测器是四极质谱仪的输出部分，它将分离后的离子转化为电信号，并进行记录和分析。
常用的检测器有电子倍增器、微通道板等。
通过以上几个部分的协同工作，四极质谱仪可以实现对不同质量的离子进行高灵敏度、高分辨率的分析，从而应用于化学分析、环境监测、生物医学等领域。
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改变加速电压V, 可以使不同m/e 的离子进入检测器。
质谱分辨率 = M / M （分辨率与选定分子质量有关）
谢谢老师
谢谢观赏
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CH4+＋CH4 →CH5+＋CH3 CH3+＋CH4 →C2H5+＋H2
CI源
加合离子与样品分子反应： CH5+ ＋M→MH+＋CH4 C2H5+ ＋M→MH+＋C2H4 CH5+ ＋M→(M-H)+＋CH4 +H2 C2H5+ ＋M→(M-H)+＋C2H6
(M-1)+ (M+1)+
复合反应：
CH5+ ＋M→(M+CH5)+ C2H5+ ＋M→(M+C2H5)+＋C2H4 (M+17)+ (M+29)+
FAB
过程：稀有气体（如氙或氩电离）通过电场加速获得高动能 — —快原子——快速运动的原子撞击涂有样品的金属板 ——金属 板上的样品分子电离 ——二次离子——电场作用下，离子被加 速后——通过狭缝进入质量分析器。
质谱实验平台
答辩人：朱爱青
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
质谱 仪
无机 质谱 仪
同位 素质 谱仪
质谱仪器结构
大气 真空系统
样品入口
离子化方法
质量分析器
检测器
数据系统
质谱分析原理
进样系统 离子源 质量分析器 检测器
1.气体扩散 2.直接进样 3.气相色谱
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.激光
普通的气 的化合物
1020ev
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。
引入
CI源
不稳定的化合物
氨
反应气体 异丁烷
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。 在电子轰击下，甲烷首先被电离： CH4+ →CH4+＋CH3+＋CH2+＋CH+＋C+＋H+
甲烷离子与分子进行反应，生成加合离子：
5．大气压化学电离源（APCI）
离子源
——将待分析样品电离，得到带有样品信息的离子 固体样品 液体样品 气体样品
转化成固体
转化成溶液
转化成气体
根据待分析物 的化学性质
根据待分析物 的化学性质
MALDI
APCI
APPI
ESI
CI
EI
EI源
气相离子源
EI源
采用高速 ( 高能 ) 电子束冲击样品，
软源 电离 能量小 离子源
硬源 电离能 量大
离子源（Ion source）
1. 电子电离源（Electron Ionization EI）
2. 化学电离源（Chemical Ionization , CI）
3. 快原子轰击源（Fast Atomic bombardment， FAB）
4．电喷雾源（Electron spray Ionization，ESI）
FAB
分子 量大
极性强
难挥发
热不稳定
FAB
特点：
• 不仅有较强的分子离子峰，而
且碎片离子峰也很丰富； • 不需要将试样加热气化，适合 热不稳定、难挥发样品分析； • 试样用量少并可回收; • 样品涂在金属板上的溶剂也被 电离，谱图复杂化。 • 获得是（ M+H ） + 或（ M+Na ）
+ 等准分子离子峰；碎片峰比
1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间 4.四极杆 5.离子阱
1.电子倍增器 2.闪烁检测器 3.法拉第杯 4.照相检测
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； 真空度过低 2. 会使本底增高，干扰质谱图； 3．用作加速离子的几千伏高压会引起放电； 4．引起额外的离子－分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。 5. 干扰离子源中电子束的正常调节；
从而产生电子和分子离子M+： M + e → M+ + 2e
高能电子束产生的分子离子 M+ 的
能态较高的那些分子，将进一步裂 解，释放出部分能量，产生质量较
小的碎片离子和中性自由基：
M1+ + N1·
M+
M2+ + N2 ·
EI源
水 平 方 向 ： 灯 丝 与 阳 极 间 (70V 电 压
)—高能电子 — 冲击样品—正离子 垂直方向： G3-G4 加速电极 ( 低电压
原理与结构
仪器原理图
电离室原理与 结构
质量分析器原理
加速后离子的动能 : (1/2)m 2= e V = [(2V)/(m/e)]1/2
在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行； 离心力 =向心力；m 2 / R= H0 e V 曲率半径： R= （m ）/ e H0 质谱方程式：m/e = (H02 R2) / 2V 离子在磁场中的轨道半径R取决于： m/e 、 H0 、 V
APCI
结构图
APCI
主要用来分析中等极性的化合物 APCI是ESI的补充，离子产率高 主要产生单电荷离子 质谱很少有碎片离子，主要是准分子离子 用于液相色谱-质谱联用仪
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。
)—较小动能—狭缝准直—G4-G5加速
电极 ( 高电压 )— 较高动能 — 狭缝进一 步准直—离子进入质量分析器。
加速 聚焦 加速
特 点：
使用最广泛，谱库最完整；电离效率 高；结构简单，操作方便；但分子离 子峰强度较弱或不出现 ( 因电离能量 最高)。
EI源
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。 此外，还有同位素离子。
一、进样系统
• 对进样系统的要求：重复 高效、不引起真空度降低 。 • 进样方式：
气体扩散进样
直接探针进样 色谱进样
二、离子源（Ion source）
离子源的作用是将被分析的样品 分子电离成带电的离子，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。
EI谱要少。
ESI
软电离
干燥气
四极预杆
喷雾针装置
毛细管
喷雾室
电喷雾源结构图
ESI
分子量大、 稳定性差 的化合物
蛋白质
肽
糖
可形成多电荷离子，使分子量大的化合物质荷比小，进入分析范围
ESI
用于液相色谱-质谱联用仪，作为液相 色谱和质谱仪之间的接口装置，同时 又是电离装置。 电喷雾喷嘴：1.多层套管，内层液 体，外层氮气，是使喷出的液体容 易分散成微滴 2.不能正对取样孔防 止堵塞。3.喷嘴和锥孔之间加电压， 可正可负 补助气喷嘴：喷嘴斜上方，使微 滴的溶剂快速蒸发 微滴蒸发，表面电荷密度增加， 达到临界值时，离子蒸发出来， 借助喷嘴和锥孔之间电场进入分 析器