質(zhì)譜儀的基本原理

1、質(zhì)譜儀的基本原理 質(zhì)譜法是將樣品離子化，變?yōu)闅鈶B(tài)離子混合物，并按質(zhì)荷比(m/z)分別的分析技術(shù)，也是液質(zhì)聯(lián)用儀的核心部件。在有機(jī)混合物的分析討論中，質(zhì)譜分析法比化學(xué)分析法和光學(xué)分析法具有越發(fā)卓越的優(yōu)越性，當(dāng)代討論有機(jī)化合物已經(jīng)離不開質(zhì)譜儀。 一、基本原理 質(zhì)譜儀的分析原理各不相同，下面主要對四極桿質(zhì)譜儀、飛翔時光質(zhì)譜儀、離子阱質(zhì)譜儀和多級串聯(lián)質(zhì)譜儀的基本原理舉行容易介紹。 (一) 四極桿質(zhì)譜儀 四極桿質(zhì)譜儀由兩組對稱的電極組成。電極上加有直流電壓和射頻電壓±(u+vcos t)。相對的兩個電極電壓相同，相鄰的兩個電極上電壓大小相等，極性相反。帶電粒子射入高頻電場中，在場半徑限定的空間

2、內(nèi)振蕩。在一定的電壓和頻率下，惟獨(dú)一種質(zhì)荷比的離子可以通過四極桿達(dá)到檢測器，其余離子則因振幅不斷增大，撞在電極上而被“過濾”掉。利用電壓或頻率掃描，可以檢測不同質(zhì)荷比的離子。其優(yōu)點是掃描速度快、比磁式質(zhì)譜價格廉價、體積小、常作為臺式進(jìn)入常規(guī)試驗室，缺點是質(zhì)量范圍及辨別率有限 (二) 飛翔時光質(zhì)譜儀 飛翔時光質(zhì)譜儀(tof)利用相同能量的帶電粒子，因為質(zhì)量的差異而具有不同速度的原理，不同質(zhì)量的離子以不同時光通過相同的漂移距離到達(dá)接收器。其優(yōu)點為掃描速度快、敏捷度高、不受質(zhì)量范圍限制以及吉構(gòu)容易、造價低廉等，缺點是定量較差。 (三) 離子阱質(zhì)譜儀 離子阱質(zhì)譜儀(trap)由一個環(huán)形電極和上下兩個端

3、蓋電極組成，加上前端的離子源入射和檢測器。離子阱能夠儲存(捕捉)離子，按照馬修方程，當(dāng)離子在r徑向和z軸向兩個方向都穩(wěn)定時，離子就能夠被離子阱穩(wěn)定地捕捉。當(dāng)掃描射頻電壓時，每個離子的q逐漸由小變大，直到離子脫離穩(wěn)定區(qū)，跑出離子阱，即可被檢測。其最大的優(yōu)點是可以舉行時光串聯(lián)，從而舉行ms/ms分析。即可以挑選一個母離子保留在離子阱里，賦予一定能量打碎，獲得它的二級質(zhì)譜，然后這些二級碎片離子繼續(xù)保存在離子阱里，有挑選性的打碎特定的二級離子，得到它的三級碎片，依此類推得到多級離子。其缺點是線性范圍較窄，不適合作定量分析。 (四) 多級串聯(lián)質(zhì)譜儀 多級串聯(lián)質(zhì)譜儀(ms/ms)可分為兩類，第一類儀器利用

4、質(zhì)譜在空間中的挨次，是由兩臺質(zhì)譜儀串聯(lián)組裝而成，如四極+tof，三重四極桿，tof+tof、trap+四極等；其次類利用了一個質(zhì)譜儀時光挨次上的離子儲存能力，由具有存儲離子的分析器組成，如離子盤旋共振儀(icr)和離子阱質(zhì)譜儀。 樣品分析時，挑選一定質(zhì)量的離子作為母體離子，進(jìn)入碰撞室，室內(nèi)充有靶反應(yīng)氣體(碰撞氣體：n1、he、ar、xe、ch4等)，發(fā)生離子-分子碰撞反應(yīng)，從而產(chǎn)生“子離子”，再經(jīng)ms2的分析器及檢測器得到子離子質(zhì)譜。普通稱為cid譜，或者稱為ms/ms譜。 二、儀器組成 其基本結(jié)構(gòu)主要包括進(jìn)樣系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器、檢測接收器、數(shù)據(jù)及供電系統(tǒng)和真空系統(tǒng)等(圖10-5)。 (

5、一) 進(jìn)樣系統(tǒng) 進(jìn)樣方式的挑選取決于樣品的性質(zhì)、純度及所采納的離子化方式，樣品導(dǎo)入應(yīng)不影統(tǒng)大致可分為兩類，挺直進(jìn)樣和色譜聯(lián)用導(dǎo)入樣品。 圖10-5 質(zhì)譜儀的基本組成 1. 挺直進(jìn)樣適用于單組分、揮發(fā)性較低的固體或液體樣品分析。用挺直進(jìn)樣桿尖端裝上少許樣品經(jīng)減壓后送入離子源，迅速加熱使之氣化并被離子源離子化。若是氣體試樣或低沸點液體試樣，則常采納儲罐進(jìn)樣方式 2. 色譜聯(lián)用導(dǎo)入試樣適用于多組分混合物樣品分析：利用與質(zhì)譜儀聯(lián)機(jī)的氣相色譜儀或高效液相色譜儀將混合物分別后，通過聯(lián)機(jī)的接口進(jìn)入質(zhì)譜儀的離子源，依次舉行各組分的質(zhì)譜分析。 (二) 離子源 離子源使被分析樣品的原子或分子離化為帶電粒子(離子)的裝置，并對離子舉行加速使其進(jìn)入分析器，按照離子化方式的不同，常用的有ei、ci、fd、fab、appi、esi、apci、maldi等離子源。 (三) 質(zhì)量分析器 質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀中將離子按質(zhì)荷比分開的部分，離子通過分析器后，按不同質(zhì)荷比(m/z)分開，將相同的m/z離子聚焦在一起，組成質(zhì)譜。 (四) 檢測接收器 接收離子束流的裝置，主要包括光電倍增管和微通道板。 (五) 數(shù)據(jù)及供電系統(tǒng) 放大接收的電信號、處理并給出分析結(jié)果及控制質(zhì)譜儀各部分工作。 (六) 真空系統(tǒng) 由機(jī)械真空泵(前極低