质谱仪原理与应用-lyy
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
B A C D
Mass Spectrometer
A B C D
A C
Sample
D B
Separation
Identification
1 气质联用 色谱-四极杆质谱仪结构示意图
Hale Waihona Puke Baidu
2 液质联用
LC-MS (离子阱)联用仪器结构示意图
第六节
质谱仪
主 要 内 容
质谱工作原理 质谱仪基本结构 质谱仪分类 质谱仪性能指标 使用、维护与故障处理
一、质谱工作原理
质谱：称量离子质量的特殊天平。
质谱分析法：通过制备、分离、检测气相离子来鉴
定化合物的一种技术。（就是通过测定被测样品离子
的质荷比来获得物质分子量的一种分析方法）
而把化合物分子用一定方式裂解后生成的各种离子， 按其质量大小排列而成的图谱称为质谱。
电离装置把样品电离为离子 质量分析装置把不同质荷比的离子分开 经检测器检测之后得到样品的质谱图
质荷比:离子质量与所带电荷
数之比，用m/z或m/e表示
三、质谱仪分类
质 谱
同位素质谱
无机质谱
有机质谱
生物质谱
结构鉴定、定量分析
生命、医学、 农业科学
环境、地球
化学、化工
药学、毒物 学、刑侦
二、质谱仪基本结构
真空系统
进样系统 离子源 质量分析器 检测器
1.直接进样 2. 色谱
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.激光
1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间 4.四极杆
数据处理
真空系统
为了获得离子的良好分离和分析效果，避免离子损失，凡有样 品分子及离子存在和通过的地方，必须处于真空状态。
离子源和质量分析器的压力在 10–4 ~ 10–6 Pa
大量氧会烧坏离子源的灯丝； 用作加速离子的几千伏高压会引起放电； 引起额外的离子－分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。
（一）进样系统（Sample Introduction）
要求：
大气压下的样品在不破坏真空度的情况下，
使样品进入离子源
方式： 直接进样
色谱进样（气相色谱及液相色谱）
（二 ） 离子源（Ion Source）
3. 质量稳定性主要是指仪器在工作时质量稳定的情况
质量稳定性，通常用一定时间内质量漂移的质量单位来 表示。例如某仪器的质量稳定性为：0.1amu/12hr，意
思是该仪器在12小时之内，质量漂移不超过0.1amu。
4. 质量精度指质量测定的精确程度。
常用相对百分比表示，例如，某化合物的质量为
152,0473amu，用某质谱仪多次测定该化合物，测得的
功能：
将进样系统引入的气态样品分子转化成离子；
电离方法：
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.激光
1. 电子电离源(Electron Ionization EI)
• 是应用最普遍，发展最成
熟的电离方法。
• 标准质谱图基本都是采用
EI源得到的。
M+eM++2e
e
M molecule M + e molecular ion electron a radical cation
质量与该化合物理论质量之差在0.003 amu之内,则该仪 器的质量精度为百万分之二十（20ppm）。质量精度是 高分辨质谱仪的一项重要指标，对低分辨质谱仪没有太 大意义。
质谱应用
1 气质联用
质谱：纯物质结构分析 色谱：化合物分离 色谱-质谱联用：GC-MS；LC-MS；CZE-MS（毛细管电泳-质 谱） 困难点：
Fragments
(M-R2)+ (M-R1)+ Mass Spectrometer M+ (M-R3)+
（三）质量分析器（Mass analyzer ）
将带电离子根据其质荷比加以分离
① 单/双聚焦磁场质量分析器；
② 四极杆质量分析器；
③ 离子阱质量分析器；
④ 飞行时间质量分析器；
1 单聚焦磁场分析器
载气(或流动液)的分离；
出峰时间监测； 仪器小型化； 关键点：接口技术(分子分离器)
1 气质联用
HEWLETT PACKARD
5972A
Mass Selective Detector
1.0 DEG/MI N
MS
HEWLETT PACKARD
5890
Sample
A D B C
Gas Chromatograph (GC)
1.分辨率（R）：是质谱计分开相邻两离子质量的能力。
m1
m2
A: 未分开 分辨差
B:部分分开 分辨较差
C:全分开 分辨达到要求
分辨率：是两峰间的峰
谷为峰高的10%时的测 定值，即两峰各以5%
若两个相邻峰的 峰谷低于峰高的 10%，则认为是 分开的。
高的分辨本领
保证两个靠得很近的 峰能够分开来，从而知
的高度重叠。
道是两个峰而不是一个
2. 质量范围：指质谱计所检测的单电荷离子的质核比范围
不同仪器： 四极杆 1~600Da，1~4000Da，
磁质谱：1~10000Da 飞行时间质谱：无上限 离子阱质谱：1~2000Da，1~4000Da 不同要求：气体分析， 1~300Da
气相色谱质谱， 1~600Da，800Da 有机质谱， 生物分子， 1~2000Da 1~10000Da或更大
相同m/z的离子，速度相同，色散角不同，经磁场偏转后，会重
新聚在一点上。即静磁场具有方向聚焦，称之单聚焦。
方向聚焦；
相同质荷比，入射方向不同的离子会聚；
（四）检测器(Detecter)
质量分析器分离并加以聚焦的离子束，按m/z的 大小依次通过狭缝，到达收集器，信号经接收放大 后被记录。 质谱仪的检测主要使用电子倍增器，也有的使
用光电倍增管。
特点：
质谱不属波谱范围
质谱图与电磁波的波长和分子内某种物理量的改变无关 质谱是分子离子及碎片离子的质量与其相对强度的谱, 谱图 与分子结构有关 质谱法进样量少, 灵敏度高, 分析速度快 质谱是唯一可以给出分子量, 确定分子式的方法, 而分子式的 确定对化合物的结构鉴定是至关重要的。
四、质谱仪性能指标
Mass Spectrometer
A B C D
A C
Sample
D B
Separation
Identification
1 气质联用 色谱-四极杆质谱仪结构示意图
Hale Waihona Puke Baidu
2 液质联用
LC-MS (离子阱)联用仪器结构示意图
第六节
质谱仪
主 要 内 容
质谱工作原理 质谱仪基本结构 质谱仪分类 质谱仪性能指标 使用、维护与故障处理
一、质谱工作原理
质谱：称量离子质量的特殊天平。
质谱分析法：通过制备、分离、检测气相离子来鉴
定化合物的一种技术。（就是通过测定被测样品离子
的质荷比来获得物质分子量的一种分析方法）
而把化合物分子用一定方式裂解后生成的各种离子， 按其质量大小排列而成的图谱称为质谱。
电离装置把样品电离为离子 质量分析装置把不同质荷比的离子分开 经检测器检测之后得到样品的质谱图
质荷比:离子质量与所带电荷
数之比，用m/z或m/e表示
三、质谱仪分类
质 谱
同位素质谱
无机质谱
有机质谱
生物质谱
结构鉴定、定量分析
生命、医学、 农业科学
环境、地球
化学、化工
药学、毒物 学、刑侦
二、质谱仪基本结构
真空系统
进样系统 离子源 质量分析器 检测器
1.直接进样 2. 色谱
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.激光
1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间 4.四极杆
数据处理
真空系统
为了获得离子的良好分离和分析效果，避免离子损失，凡有样 品分子及离子存在和通过的地方，必须处于真空状态。
离子源和质量分析器的压力在 10–4 ~ 10–6 Pa
大量氧会烧坏离子源的灯丝； 用作加速离子的几千伏高压会引起放电； 引起额外的离子－分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。
（一）进样系统（Sample Introduction）
要求：
大气压下的样品在不破坏真空度的情况下，
使样品进入离子源
方式： 直接进样
色谱进样（气相色谱及液相色谱）
（二 ） 离子源（Ion Source）
3. 质量稳定性主要是指仪器在工作时质量稳定的情况
质量稳定性，通常用一定时间内质量漂移的质量单位来 表示。例如某仪器的质量稳定性为：0.1amu/12hr，意
思是该仪器在12小时之内，质量漂移不超过0.1amu。
4. 质量精度指质量测定的精确程度。
常用相对百分比表示，例如，某化合物的质量为
152,0473amu，用某质谱仪多次测定该化合物，测得的
功能：
将进样系统引入的气态样品分子转化成离子；
电离方法：
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.激光
1. 电子电离源(Electron Ionization EI)
• 是应用最普遍，发展最成
熟的电离方法。
• 标准质谱图基本都是采用
EI源得到的。
M+eM++2e
e
M molecule M + e molecular ion electron a radical cation
质量与该化合物理论质量之差在0.003 amu之内,则该仪 器的质量精度为百万分之二十（20ppm）。质量精度是 高分辨质谱仪的一项重要指标，对低分辨质谱仪没有太 大意义。
质谱应用
1 气质联用
质谱：纯物质结构分析 色谱：化合物分离 色谱-质谱联用：GC-MS；LC-MS；CZE-MS（毛细管电泳-质 谱） 困难点：
Fragments
(M-R2)+ (M-R1)+ Mass Spectrometer M+ (M-R3)+
（三）质量分析器（Mass analyzer ）
将带电离子根据其质荷比加以分离
① 单/双聚焦磁场质量分析器；
② 四极杆质量分析器；
③ 离子阱质量分析器；
④ 飞行时间质量分析器；
1 单聚焦磁场分析器
载气(或流动液)的分离；
出峰时间监测； 仪器小型化； 关键点：接口技术(分子分离器)
1 气质联用
HEWLETT PACKARD
5972A
Mass Selective Detector
1.0 DEG/MI N
MS
HEWLETT PACKARD
5890
Sample
A D B C
Gas Chromatograph (GC)
1.分辨率（R）：是质谱计分开相邻两离子质量的能力。
m1
m2
A: 未分开 分辨差
B:部分分开 分辨较差
C:全分开 分辨达到要求
分辨率：是两峰间的峰
谷为峰高的10%时的测 定值，即两峰各以5%
若两个相邻峰的 峰谷低于峰高的 10%，则认为是 分开的。
高的分辨本领
保证两个靠得很近的 峰能够分开来，从而知
的高度重叠。
道是两个峰而不是一个
2. 质量范围：指质谱计所检测的单电荷离子的质核比范围
不同仪器： 四极杆 1~600Da，1~4000Da，
磁质谱：1~10000Da 飞行时间质谱：无上限 离子阱质谱：1~2000Da，1~4000Da 不同要求：气体分析， 1~300Da
气相色谱质谱， 1~600Da，800Da 有机质谱， 生物分子， 1~2000Da 1~10000Da或更大
相同m/z的离子，速度相同，色散角不同，经磁场偏转后，会重
新聚在一点上。即静磁场具有方向聚焦，称之单聚焦。
方向聚焦；
相同质荷比，入射方向不同的离子会聚；
（四）检测器(Detecter)
质量分析器分离并加以聚焦的离子束，按m/z的 大小依次通过狭缝，到达收集器，信号经接收放大 后被记录。 质谱仪的检测主要使用电子倍增器，也有的使
用光电倍增管。
特点：
质谱不属波谱范围
质谱图与电磁波的波长和分子内某种物理量的改变无关 质谱是分子离子及碎片离子的质量与其相对强度的谱, 谱图 与分子结构有关 质谱法进样量少, 灵敏度高, 分析速度快 质谱是唯一可以给出分子量, 确定分子式的方法, 而分子式的 确定对化合物的结构鉴定是至关重要的。
四、质谱仪性能指标