JJF氣相色譜儀質(zhì)譜聯(lián)用儀

1、用儀SANY 標(biāo)準(zhǔn)化小組 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#臺(tái)式氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀校準(zhǔn)規(guī)范1范圍本規(guī)范適用于離子阱和四極桿型臺(tái)式氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(以下簡(jiǎn)稱臺(tái)式GC-MS) 的校準(zhǔn)，其它類型臺(tái)式GC-MS的校準(zhǔn)可參照此規(guī)范進(jìn)行。2引用文獻(xiàn)JJF 1001-1998通用計(jì)量術(shù)語及定義JJF 1059-1999測(cè)量不確定度評(píng)定與表示GB/T 15481-1995校準(zhǔn)和檢驗(yàn)實(shí)驗(yàn)室能力的通用要求GB/T 6041-2002質(zhì)譜分析方法通則JJG (教委)003 1996有機(jī)質(zhì)譜儀檢定規(guī)程JJG 700-1999氣相色譜儀檢定規(guī)程01ML/TC16/SC2/R83 Gas

2、chromatograph/mass spectrometer system for analysis of rganic pollutants in water使用本規(guī)范時(shí)，應(yīng)注意使用上述引用文獻(xiàn)的現(xiàn)行有效版本。3術(shù)語和計(jì)量單位分辨力(resolution)分辨兩個(gè)相鄰質(zhì)譜峰的能力，對(duì)于臺(tái)式GC-MS以某離子峰峰高50%處的峰寬度(簡(jiǎn) 稱半峰寬)表示，記為股2,單位Uo基線噪聲(baseline noise)基線峰底與峰谷之間的寬度，單位計(jì)數(shù)。信噪比(signal-to-noise ratio)待測(cè)樣品信號(hào)強(qiáng)度與基線噪聲的比值，記為5/M質(zhì)量色譜圖(mass chromatogram)質(zhì)譜儀

3、(和色譜圖是兩回事)質(zhì)譜儀在一定質(zhì)量范圍內(nèi)自動(dòng)重復(fù)掃描所獲得的質(zhì)譜數(shù)據(jù)，可以不同形式再現(xiàn)，其 中以一個(gè)或多個(gè)離子強(qiáng)度隨時(shí)間變化的譜圖，稱為質(zhì)量色譜圖。質(zhì)量準(zhǔn)確性(mass accuracy)儀器測(cè)量值對(duì)理論值的偏差。u (atomic mass unit)原子質(zhì)量單位。4概述氣相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用儀是將氣相色譜儀與質(zhì)譜儀通過一定接口耦合到一起的分析儀 器。樣品通過氣相色譜的分離后的各個(gè)組分依次進(jìn)入質(zhì)譜檢測(cè)器，組分在離子源被電 離，產(chǎn)生帶有一定電荷、質(zhì)量數(shù)不同的離子。不同離子在電場(chǎng)和/或磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)行為 不同，采用不同質(zhì)量分析器把帶電離子按質(zhì)荷比（Wz）分開，得到依質(zhì)量順序排列的 質(zhì)譜圖。通過對(duì)質(zhì)譜

4、圖的分析處理，可以得到樣品的定性、定量結(jié)果。氣相色譜一質(zhì)譜 聯(lián)用儀主要包括氣相色譜系統(tǒng)（一般不帶檢測(cè)器）、離子源、質(zhì)量分析器、檢測(cè)器、真 空系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等兒部分。5計(jì)量特性臺(tái)式GC-MS各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)見表lo表1臺(tái)式GC-MS主要技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)要求質(zhì)量范圍不低于600 u質(zhì)量準(zhǔn)確性*± U分辨力（斤）*憶 2<1 U信噪比*EI100 pg八氟蔡，m/z 272處夕V210:1 （峰峰值）正正ng苯甲酮，m/z 183處夕,怯10：1 （峰峰值）負(fù)CI100 pg 八朝蔡，m/z 272 處S/A2100:l （峰峰值）測(cè)量重復(fù)性*RSDIO%譜庫檢索10 ng硬脂酸甲酯,

5、相似度275%氣相色譜柱箱溫度控制柱箱溫度穩(wěn)定性（10 min）優(yōu)于%、程序升溫重復(fù)性優(yōu)于2%注：1、標(biāo)*的為必須校準(zhǔn)的項(xiàng)目；2、用于定性測(cè)試時(shí)，標(biāo)*的可不做，用于定量測(cè)試時(shí)，標(biāo)*的必須做，但可使用客 戶自己的工作標(biāo)準(zhǔn)溶液，指標(biāo)也可根據(jù)用戶使用要求而定；3、本技術(shù)指標(biāo)僅供參考，不作為合格性判斷依據(jù)。6校準(zhǔn)條件實(shí)驗(yàn)室環(huán)境儀器室內(nèi)不得有強(qiáng)烈的機(jī)械振動(dòng)和電磁干擾，不得存放與實(shí)驗(yàn)無關(guān)的易燃、易爆和強(qiáng) 腐蝕性氣體或試劑；實(shí)驗(yàn)室溫度：（1527） ；相對(duì)濕度：W75%；標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和試劑八氟蔡一異辛烷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，100 pg/nLo不確定度要求苯甲銅-異辛烷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，10 ng/yLo不確定度要求六氯苯

6、-異辛烷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，10 ng/uLo不確定度要求硬脂酸鉀脂-異辛烷測(cè)試溶液，10 ng/uLo不確定度要求異辛烷或正己烷，液相色譜級(jí)或同等級(jí)別。校準(zhǔn)設(shè)備微量注射器，10 uLo氣相色譜儀檢定專用測(cè)量?jī)x。7校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法儀器不能有影響校準(zhǔn)的外觀缺陷，按鍵開關(guān)、調(diào)節(jié)旋鈕等各部件工作正常。分辨力儀器穩(wěn)定后，執(zhí)行Autotune命令進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧，直到調(diào)諧通過，打印調(diào)諧報(bào)告，得 到半峰寬飽2。注：1.調(diào)諧通常使用的樣品為全氟三丁胺（EC-43） o校準(zhǔn)條件標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和試劑中 沒有，純度有沒有要求2 .也可采用手動(dòng)諧通。3 .對(duì)于不能打印調(diào)諧報(bào)告的儀器，可根據(jù)調(diào)諧結(jié)果測(cè)量并計(jì)算半峰寬%2。質(zhì)量范圍以

7、全氟三丁胺調(diào)諧樣品進(jìn)行調(diào)諧，質(zhì)量數(shù)設(shè)定達(dá)到600以上，觀察質(zhì)量數(shù)600以上 （含600）的質(zhì)譜峰。信噪比Eli®儀器調(diào)諧通過后，參照附錄C條件，注入100 pg/UL的八敘蔡-異辛烷溶液1 UL, 提取Wh272離子，再現(xiàn)質(zhì)譜圖，根據(jù)公式（1）計(jì)算57M（1）式中：$提取離子（卬/分的峰高”基線噪聲。7. 4. 2 正CI源注入10 ng/UL的苯甲銅-異辛烷溶液溶液1 UL,提取W廣183離子，再現(xiàn)質(zhì)譜圖， 根據(jù)公式（1）計(jì)算57Ao負(fù)CI源注入100 pg/UL的八敘蔡-異辛烷溶液1 PL,提取W廣272離子，再現(xiàn)質(zhì)譜圖，根 據(jù)公式（1）計(jì)算嗎5/M質(zhì)量準(zhǔn)確性注入10 ng/uL

8、的硬脂酸鉀脂-異辛烷溶液1 UL,記錄Wz 74、143、199、255和298等 硬脂酸鉀脂主要離子的實(shí)測(cè)質(zhì)量數(shù)，有效數(shù)值保留到小數(shù)點(diǎn)后兩位，理論值見附錄E, 根據(jù)公式（2）計(jì)算實(shí)測(cè)值與理論值之差，以此評(píng)價(jià)質(zhì)量準(zhǔn)確性。劭=京湖-根理（2）式中：。測(cè)一一第，個(gè)離子三次測(cè)量平均值，u；Mj理第£個(gè)離子理論值，u；注：1、以最高點(diǎn)及其左右兩點(diǎn)的三次掃描所得到的質(zhì)量數(shù)平均值作為實(shí)測(cè)結(jié)果；2、以實(shí)測(cè)值與理論值之差絕對(duì)值最大的一個(gè)作為評(píng)價(jià)質(zhì)量準(zhǔn)確性數(shù)據(jù)。測(cè)量重復(fù)性參照 條件，前面例如注入U(xiǎn)L濃度為ng/nL的六氯苯-異辛烷溶液，連續(xù)六 次，提取六氯苯特征離子孫h284,再現(xiàn)質(zhì)量色譜圖，按質(zhì)量色

9、譜峰進(jìn)行面積積分，根 據(jù)公式（4）計(jì)算RSD：苗（七一7）2RSD =上X = X 100%（3）v6 1I式中：RSD相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（盼；必一一六氯苯第f次測(cè)量峰面積；J 六氯苯6次測(cè)量峰面積算術(shù)平均值；2測(cè)量序號(hào)。注：對(duì)于CI源，可采用相應(yīng)的測(cè)試靈敏度的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行重復(fù)性測(cè)量。氣相色譜柱箱溫度控制柱箱溫度穩(wěn)定性把伯電阻溫度計(jì)的連線連接到數(shù)字多用表（或色譜儀檢定專用測(cè)量?jī)x）上，然后把 溫度計(jì)的探頭固定在柱箱中部，設(shè)定柱箱溫度為70 °C。加熱升溫，待溫度穩(wěn)定后，觀 察10 min,每變化一個(gè)數(shù)記錄一次，求出數(shù)字多用表最大值與最小值所對(duì)應(yīng)的溫度差 值，其差值與10 min內(nèi)溫度測(cè)量的算

10、術(shù)平均值的比值，即為柱箱溫度穩(wěn)定性。程序升溫重復(fù)性按的校準(zhǔn)條件和方法進(jìn)行程序升溫重復(fù)性校準(zhǔn)。選定初溫50 ,終溫200 °C。升 溫速率10 /min左右。待初溫穩(wěn)定后，開始程序升溫，每分鐘記錄數(shù)據(jù)一次，直至終 溫穩(wěn)定。此實(shí)驗(yàn)重復(fù)23次，求出相應(yīng)點(diǎn)的最大相對(duì)偏差（Rd）,其值應(yīng)W2%,結(jié)果 按下式計(jì)算。式中：相應(yīng)點(diǎn)的最大溫度（）；cun一相應(yīng)點(diǎn)的最小溫度（）; 相應(yīng)點(diǎn)的平均溫度（C）。譜庫檢索根據(jù)質(zhì)量準(zhǔn)確性測(cè)試總離子流色譜圖，得到硬脂酸甲酯質(zhì)譜圖，扣除本底后，在 系統(tǒng)提供的譜庫內(nèi)對(duì)硬脂酸甲酯進(jìn)行檢索。8校準(zhǔn)結(jié)果處理根據(jù)校準(zhǔn)結(jié)果，發(fā)校準(zhǔn)證書，所有校準(zhǔn)項(xiàng)目及其結(jié)果均應(yīng)在證書中反映。校準(zhǔn)結(jié)

11、果 的表達(dá)按照J(rèn)JF1071-2000技術(shù)規(guī)范的要求，包含標(biāo)題、實(shí)驗(yàn)室名稱和地址、送校單位 的名稱和地址、校準(zhǔn)日期、校準(zhǔn)所用測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)的溯源性及有效性說明、校準(zhǔn)環(huán)境等方面 內(nèi)容。9復(fù)校時(shí)間間隔臺(tái)式氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的復(fù)校時(shí)間間隔由用戶自定，推薦不超過2年，更換重 要部件、維修或?qū)x器性能有懷疑時(shí)，應(yīng)隨時(shí)校準(zhǔn)。附錄A記錄格式附錄B證書格式附錄C氣相色譜和質(zhì)譜參數(shù)質(zhì)譜參數(shù)EI源：離子化能量:70 eV；掃描范圍：信噪比測(cè)試，Wz=200300；質(zhì)量準(zhǔn)確性測(cè)試，Wz=20350；重復(fù) 性測(cè)試，Wz=200300；溶劑延遲：3 min （或視具體情況而定）：離子源和四極桿溫度根據(jù)廠家推薦值設(shè)定；其它參

12、數(shù)，如電子倍增器或光電倍增器工作電壓，均以自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)諧時(shí)確定的值 作為校準(zhǔn)參數(shù)。CI源：反應(yīng)氣：根據(jù)廠家推薦方法選擇載氣種類和流量；掃描范圍：負(fù)化學(xué)源信噪比測(cè)試，Wz=200300；正化學(xué)源信噪比測(cè)試，m/z= 100230：重復(fù)性測(cè)試，根據(jù)測(cè)試對(duì)象確定；溶劑延遲：3 min （或視具體情況而定）：離子源和四極桿溫度根據(jù)廠家推薦值設(shè)定；其它參數(shù)，如電子倍增器或光電倍增器工作電壓，均以自動(dòng)或手動(dòng)調(diào)諧時(shí)確定的值 作為校準(zhǔn)參數(shù)。色譜參數(shù)（參考條件）色譜柱：DB-5MS 30 mX mmX mn,或其它類似色譜柱；進(jìn)樣口溫度：250 ；傳輸線溫度：250 ；程序升溫：八氟蔡和苯甲酮，70 （2 mi

13、n） -10 /min- 220 （5 min）；六氯苯和硬脂酸甲酯，150 f 10 /min f 250c （5 min）；進(jìn)樣方式：不分流進(jìn)樣；進(jìn)樣量：PL；載氣：高純4（;流速：mL/min,恒流或恒壓（無恒流控制部件）。注：當(dāng)色譜柱不同時(shí)，柱箱溫度可作相應(yīng)改變。附錄D不確定度評(píng)定臺(tái)式GC-MS校準(zhǔn)，在考察的各項(xiàng)指標(biāo)中，主要對(duì)信噪比進(jìn)行不確定度評(píng)價(jià)，不確 定度主要來自：1、n次測(cè)量相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，A類，記為：2、所采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的不確定度，B類，記為：皮。因此，得到合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度上：將合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度乘以包含因子A （F2）得到擴(kuò)展不確定度。：U=kX Uc附錄E硬脂酸甲酯主要離子峰理論

14、值離子（m/z）理論值7487129143199255267298附錄F全氟三丁胺主要離子峰值質(zhì)量數(shù)（Wz）質(zhì)量數(shù)（Wz）質(zhì)量數(shù)（Wz）50131265691323147014532676150352811643769316941495176415100181426101214464112219502113220503114226614119264615質(zhì)譜儀的工作原理質(zhì)譜儀是一種分析各種同位素并測(cè)量其質(zhì)量及含量百分比的儀器.當(dāng)一束帶電的原子核通過質(zhì) 譜儀中的電場(chǎng)和磁場(chǎng)時(shí)，凡其荷質(zhì)比不相等的，便被分開。$和£為兩個(gè)狹縫，從離子源引出的離 子受到施于£及£間的電位差

15、，在通過S的勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)。進(jìn)入磁場(chǎng)時(shí)的速度由下式?jīng)Q定：32 (g/加 r(1)正離子在這一磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)時(shí)其軌道如圖中所示半徑為r的圓。當(dāng)離子走過一半圓而抵達(dá)照相底 片尸時(shí)會(huì)在它上而留下痕跡。由軌道半徑見洛侖茲力)，得t-qb r/m(2)合并(1)、(2)式，消去片即得q/m=2 V/6212因?yàn)楣?及r可直接測(cè)量得到，所以如果我們能夠用其他方法決定離子所帶的電荷q,則由上 式便可求出離子的質(zhì)量。我們可以用質(zhì)譜儀將電荷相同而質(zhì)量不同的離子分開?？茖W(xué)家應(yīng)用這種儀器在1920年左右發(fā) 現(xiàn)了同種化學(xué)元素的原子其質(zhì)量可以不相同：這些質(zhì)量不同的同一種元素的原子被稱為同位素。湯 姆遜首先利用電磁場(chǎng)測(cè)定電子的荷

16、質(zhì)比的原理，同樣可運(yùn)用到帶正電的離子，從荷質(zhì)比很容易算出 該離子的質(zhì)量。正離子通常帶電量等于一個(gè)電子(稱為單電荷離子)。但有時(shí)也帶有兩個(gè)、三個(gè)甚 至四個(gè)電子電量(稱為多電荷離子)。目前應(yīng)用的質(zhì)譜儀是非常精確的儀器，它不但可以測(cè)量出每 種同位素之準(zhǔn)確質(zhì)量，并可測(cè)定每種同位素在元素中所占的百分比。如將這種儀器略加修改，也可 應(yīng)用到同位素分離。質(zhì)譜儀的形式很多，但所應(yīng)用的主要原理及結(jié)構(gòu)卻大同小異。圖3-32所示是一 臺(tái)現(xiàn)代用質(zhì)譜儀的主要裝置部分。這裝置是在真空中，正離子流自離子源引出經(jīng)過窄隙S進(jìn)入一曲 圓形之電場(chǎng)C1C2,調(diào)節(jié)C1C2之間的電壓，可選擇一定能量之正離子，這些正離子隨著電場(chǎng)之形狀 彎曲

17、90°而進(jìn)入一個(gè)半圓形的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，磁場(chǎng)的方向與圖而垂直且指向紙內(nèi)，進(jìn)入磁場(chǎng)之正離子 受磁力作用而沿半圓形軌道進(jìn)行。因正離子e/m之大小不同，軌道形成大小不等的半圓。分別落在 底片上的不同位置也就是說元素將按其質(zhì)量大小的順序而排列，故稱之為“質(zhì)譜”。如果我們分別 測(cè)出每種粒子的電流。就能從這些電流大小的比例中，得出該種在離子源中被電離的物質(zhì)的各種同 位素的成分比例。它也可以把化合物中的不同物質(zhì)的離子分開和成分分析。質(zhì)譜分析法主要是通過對(duì)樣品的離子的質(zhì)荷比的分析而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品進(jìn)行定性和定量的一種方 法。因此，質(zhì)譜儀都必須有電離裝置把樣品電離為離子，有質(zhì)量分析裝置把不同質(zhì)荷比的離子分 開，

18、經(jīng)檢測(cè)器檢測(cè)之后可以得到樣品的質(zhì)譜圖，由于有機(jī)樣品，無機(jī)樣品和同位素樣品等具有不同 形態(tài)、性質(zhì)和不同的分析要求，所以，所用的電離裝置、質(zhì)量分析裝置和檢測(cè)裝置有所不同。但 是，不管是哪種類型的質(zhì)譜儀，其基本組成是相同的。都包括離子源、質(zhì)量分析器、檢測(cè)器和真空 系統(tǒng)。本節(jié)主要介紹有機(jī)質(zhì)譜儀的基本結(jié)構(gòu)和工作原理。離子源(Ion source)離子源的作用是將欲分析樣品電離，得到帶有樣品信息的離子。質(zhì)譜儀的離子源種類很多，現(xiàn) 將主要的離子源介紹如下。電子電離源(Electron Ionization EI)電子電離源又稱EI源，是應(yīng)用最為廣泛的離子源，它主要用于揮發(fā)性樣品的電離。圖是電子電 離源的原理

19、圖，由GC或直接進(jìn)樣桿進(jìn)入的樣品，以氣體形式進(jìn)入離子源，由燈絲F發(fā)出的電子與樣 品分子發(fā)生碰撞使樣品分子電離。一般情況下，燈絲F與接收極T之間的電壓為70伏，所有的標(biāo)準(zhǔn) 質(zhì)譜圖都是在70 eV下做出的。在70 eV電子碰撞作用下，有機(jī)物分子可能被打掉一個(gè)電子形成分 子離子，也可能會(huì)發(fā)生化學(xué)鍵的斷裂形成碎片離子。由分子離子可以確定化合物分子量，由碎片離 子可以得到化合物的結(jié)構(gòu)。對(duì)于一些不穩(wěn)定的化合物，在70 eV的電子轟擊下很難得到分子離子。 為了得到分子量，可以采用1020 eV的電子能量，不過此時(shí)儀器靈敏度將大大降低，需要加大樣品 的進(jìn)樣量。而且，得到的質(zhì)譜圖不再是標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖。離子源中進(jìn)行的

20、電離過程是很復(fù)雜的過程，有專門的理論對(duì)這些過程進(jìn)行解釋和描述。在電子 轟擊下，樣品分子可能有四種不同途徑形成離子：樣品分子被打掉一個(gè)電子形成分子離子。分子離子進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)鍵斷裂形成碎片離子。分子離子發(fā)生結(jié)構(gòu)重排形成重排離子。通過分子離子反應(yīng)生成加合離子。此外，還有同位素離子。這樣，一個(gè)樣品分子可以產(chǎn)生很多帶有結(jié)構(gòu)信息的離子，對(duì)這些離子 進(jìn)行質(zhì)量分析和檢測(cè)，可以得到具有樣品信息的質(zhì)譜圖。電子電離源主要適用于易揮發(fā)有機(jī)樣品的電離，GC-MS聯(lián)用儀中都有這種離子源。其優(yōu)點(diǎn)是工 作穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)信息豐富，有標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖可以檢索。缺點(diǎn)是只適用于易汽化的有機(jī)物樣品分析， 并且，對(duì)有些化合物得不到分子離子。

21、化學(xué)電離源(Chemical Ionization. CI )。有些化合物穩(wěn)定性差，用EI方式不易得到分子離子，因而也就得不到分子量。為了得到分子量 可以采用CI電離方式。CI和EI在結(jié)構(gòu)上沒有多大差別?；蛘哒f主體部件是共用的。其主要差別是 CI源工作過程中要引進(jìn)一種反應(yīng)氣體。反應(yīng)氣體可以是甲烷、異丁烷、氨等。反應(yīng)氣的量比樣品氣 要大得多。燈絲發(fā)出的電子首先將反應(yīng)氣電離，然后反應(yīng)氣離子與樣品分子進(jìn)行離子-分子反應(yīng)，并 使樣品氣電離?，F(xiàn)以甲烷作為反應(yīng)氣，說明化學(xué)電離的過程。在電子轟擊下，甲烷首先被電離：甲烷離子與分子進(jìn)行反應(yīng)，生成加合離子：加合離子與樣品分子反應(yīng)：生成的XIT和V比樣品分子XH多

22、一個(gè)H或少一個(gè)H,可表示為(Ml),稱為準(zhǔn)分子離子。事實(shí) 上，以甲烷作為反應(yīng)氣，除(M+1)之外,還可能出現(xiàn)作+17)1 (M+29)"等離子,同時(shí)還出現(xiàn)大量的 碎片離子。化學(xué)電離源是一種軟電離方式，有些用EI方式得不到分子離子的樣品，改用CI后可以 得到準(zhǔn)分子離子，因而可以求得分子量。對(duì)于含有很強(qiáng)的吸電子基團(tuán)的化合物，檢測(cè)負(fù)離子的靈敏 度遠(yuǎn)高于正離子的靈敏度，因此，CI源一般都有正CI和負(fù)CI,可以根據(jù)樣品情況進(jìn)行選擇。由于 CI得到的質(zhì)譜不是標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜，所以不能進(jìn)行庫檢索。EI和CI源主要用于氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，適用于易汽化的有機(jī)物樣品分析?？煸愚Z擊源(Fast Atomic

23、bombardment, FAB)是另一種常用的離子源，它主要用于極性強(qiáng)、分子量大的樣品分析。其工作原理如圖所示：氧氣在電離室依靠放電產(chǎn)生氫離子，高能氮離子經(jīng)電荷交換得到高能氨原子流，氨原子打在樣 品上產(chǎn)生樣品離子。樣品置于涂有底物(如甘油)的靶上。靶材為銅，原子魚打在樣品上使其電離 后進(jìn)入真空，并在電場(chǎng)作用下進(jìn)入分析器。電離過程中不必加熱氣化，因此適合于分析大分子量、 難氣化、熱穩(wěn)定性差的樣品。例如肽類、低聚糖、天然抗生素、有機(jī)金屬絡(luò)合物等。FAB源得到的 質(zhì)譜不僅有較強(qiáng)的準(zhǔn)分子離子峰，而且有較豐富的結(jié)構(gòu)信息。但是，它與EI源得到的質(zhì)譜圖很不相 同。其一是它的分子量信息不是分子離子峰而往往是

24、(M+H) +或(M+Na) +等準(zhǔn)分子離子峰：其 二是碎片峰比EI譜要少。FAB源主要用于磁式雙聚焦質(zhì)譜儀。4.電噴霧源（Electron spray Ionization. ESI）ESI是近年來出現(xiàn)的一種新的電離方式。它主要應(yīng)用于液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀。它既作為液相色 譜和質(zhì)譜儀之間的接口裝置，同時(shí)又是電離裝置。它的主要部件是一個(gè)多層套管組成的電噴霧噴 咀。最內(nèi)層是液相色譜流出物，外層是噴射氣，噴射氣常采用大流量的氮?dú)猓渥饔檬鞘箛姵龅囊?體容易分散成微滴。另外，在噴嘴的斜前方還有一個(gè)補(bǔ)助氣噴咀，補(bǔ)助氣的作用是使微滴的溶劑快 速蒸發(fā)。在微滴蒸發(fā)過程中表面電荷密度逐漸增大，當(dāng)增大到某個(gè)臨界值

25、時(shí)，離子就可以從表面蒸 發(fā)出來。離子產(chǎn)生后，借助于噴咀與錐孔之間的電壓，穿過取樣孔進(jìn)入分析器（見圖）。加到噴嘴上的電壓可以是正，也可以是負(fù)。通過調(diào)節(jié)極性，可以得到正或負(fù)離子的質(zhì)譜。其中 值得一提的是電噴霧噴嘴的角度，如果噴嘴正對(duì)取樣孔，則取樣孔易堵塞。因此，有的電噴霧噴嘴 設(shè)計(jì)成噴射方向與取樣孔不在一條線上，而錯(cuò)開一定角度。這樣溶劑霧滴不會(huì)直接噴到取樣孔上， 使取樣孔比較干凈，不易堵塞。產(chǎn)生的離子靠電場(chǎng)的作用引入取樣孔，進(jìn)入分析器。電噴霧電離源是一種軟電離方式，即便是分子量大，穩(wěn)定性差的化合物，也不會(huì)在電離過程中 發(fā)生分解，它適合于分析極性強(qiáng)的大分子有機(jī)化合物，如蛋白質(zhì)、肽、糖等。電噴霧電離源

26、的最大 特點(diǎn)是容易形成多電荷離子。這樣，一個(gè)分子量為10000 Da的分子若帶有10個(gè)電荷，則其質(zhì)荷比 只有1000 Da,進(jìn)入了一般質(zhì)譜儀可以分析的范圍之內(nèi)。根據(jù)這一特點(diǎn)，目前采用電噴霧電離，可 以測(cè)量分子量在300000 Da以上的蛋白質(zhì)。圖是由電噴霧電離源得到的肌紅蛋白的質(zhì)譜圖： 5.大氣壓化學(xué)電離源（Atmospheric pressure chemical Ionization, APCI）它的結(jié)構(gòu)與電噴霧源大致相同，不同之處在于APCI噴咀的下游放置一個(gè)針狀放電電極，通過 放電電極的高壓放電，使空氣中某些中性分子電離，產(chǎn)生HO, N；, 0c-和CT等離子，溶劑分子也 會(huì)被電離，這

27、些離子與分析物分子進(jìn)行離子-分子反應(yīng)，使分析物分子離子化，這些反應(yīng)過程包括由 質(zhì)子轉(zhuǎn)移和電荷交換產(chǎn)生正離子，質(zhì)子脫離和電子捕獲產(chǎn)生負(fù)離子等。圖是大氣壓化學(xué)電離源的示 意圖：大氣壓化學(xué)電離源主要用來分析中等極性的化合物。有些分析物由于結(jié)構(gòu)和極性方而的原因， 用ESI不能產(chǎn)生足夠強(qiáng)的離子，可以采用APCI方式增加離子產(chǎn)率，可以認(rèn)為APCI是ESI的補(bǔ)充。 Apci主要產(chǎn)生的是單電荷離子，所以分析的化合物分子量一般小于1000 Da。用這種電離源得到的 質(zhì)譜很少有碎片離子，主要是準(zhǔn)分子離子。以上兩種電離源主要用于液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀。由上式可知，在一定的B、V條件下，不同m/z的離子其運(yùn)動(dòng)半徑不同，

28、這樣，由離子源產(chǎn)生 的離子，經(jīng)過分析器后可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分離，如果檢測(cè)器位置不變（即R不變）、連續(xù)改變V或B可以 使不同m/z的離子順序進(jìn)入檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量掃描，得到樣品的質(zhì)譜。圖是單聚焦分析器原理圖， 這種單聚焦分析器可以是180。的（如圖），也可以是90°或其它角度的，其形狀象一把扇子，因 此又稱為磁扇形分析器。單聚焦分析結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便但其分辨力很低。不能滿足有機(jī)物分析要 求，目前只用于同位素質(zhì)譜儀和氣體質(zhì)譜儀。單聚集質(zhì)譜儀分辨力低的主要原因在于它不能克服離 子初始能量分散對(duì)分辨力造成的影響。在離子源產(chǎn)生的離子當(dāng)中，質(zhì)量相同的離子應(yīng)該聚在一起， 但由于離子初始能量不同，經(jīng)過磁場(chǎng)后其

29、偏轉(zhuǎn)半徑也不同，而是以能量大小順序分開，即磁場(chǎng)也具 有能量色散作用。這樣就使得相鄰兩種質(zhì)量的離子很難分離，從而降低了分辨力。為了消除離子能量分散對(duì)分辨力的影響，通常在扇形磁場(chǎng)前加一扇形電場(chǎng)，扇形電場(chǎng)是一個(gè)能 量分析器，不起質(zhì)量分離作用。質(zhì)量相同而能量不同的離子經(jīng)過靜電電場(chǎng)后會(huì)彼此分開。即靜電場(chǎng) 有能量色散作用。如果設(shè)法使靜電場(chǎng)的能量色散作用和磁場(chǎng)的能量色散作用大小相等方向相反，就 可以消除能量分散對(duì)分辨力的影響。只要是質(zhì)量相同的離子，經(jīng)過電場(chǎng)和磁場(chǎng)后可以會(huì)聚在一起。 另外質(zhì)量的離子會(huì)聚在另一點(diǎn)。改變離子加速電壓可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量掃描。這種由電場(chǎng)和磁場(chǎng)共同實(shí)現(xiàn) 質(zhì)量分離的分析器，同時(shí)具有方向聚焦和能量

30、聚焦作用，叫雙聚焦質(zhì)量分析器（見圖）.雙聚焦分 析器的優(yōu)點(diǎn)是分辨力高，缺點(diǎn)是掃描速度慢，操作、調(diào)整比較困難，而且儀器造價(jià)也比較昂貴。四極桿分析器（Quadrupole analyzer）離子從離子源進(jìn)入四極場(chǎng)后，在場(chǎng)的作用下產(chǎn)生振動(dòng)，如果質(zhì)量為m,電荷為e的離子從Z方 向進(jìn)入四極場(chǎng)，在電場(chǎng)作用下其運(yùn)動(dòng)方程是：離子運(yùn)動(dòng)軌跡可由方程的解描述，數(shù)學(xué)分析表明，在a, q取某些數(shù)值時(shí)，運(yùn)動(dòng)方程有穩(wěn)定的 解，穩(wěn)定解的圖解形式通常用a, q參數(shù)的穩(wěn)定三角形表示。（圖當(dāng)離子的a, q值處于穩(wěn)定三角 形內(nèi)部時(shí)，這些離子振幅是有限的，因而可以通過四極場(chǎng)達(dá)到檢測(cè)器。在保持Rlc/Vrf不變的情況 下改變匠f值，對(duì)應(yīng)

31、于一個(gè)代f值，四極場(chǎng)只允許一種質(zhì)荷比的離子通過，其余離子則振幅不斷增 大，最后碰到四極桿而被吸收。通過四極桿的離子到達(dá)檢測(cè)器被檢測(cè)。改變Vrf值，可以使另外質(zhì) 荷比的離子順序通過四極場(chǎng)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量掃描。設(shè)置掃描范闈實(shí)際上是設(shè)置Vrf值的變化范圍。當(dāng)Vrf 值由一個(gè)值變化到另一個(gè)值時(shí)，檢測(cè)器檢測(cè)到的離子就會(huì)從ml變化到m2,也即得到ml到m2的質(zhì) 譜。吐f的變化可以是連續(xù)的，也可以是跳躍式的。所謂跳躍式掃描是只檢測(cè)某些質(zhì)量的離子，故 稱為選擇離子監(jiān)測(cè)（select ion monitoring SIM）。當(dāng)樣品量很少，而且樣品中特征離子已知時(shí), 可以采用選擇離子監(jiān)測(cè)。這種掃描方式靈敏度高，而且，通過

32、選擇適當(dāng)?shù)碾x子使干擾組份不被采 集，可以消除組分間的干擾。SIM適合于定量分析，但因?yàn)檫@種掃描方式得到的質(zhì)譜不是全譜，因 此不能進(jìn)行質(zhì)譜庫檢索和定性分析。飛行時(shí)間質(zhì)量分析器（Time of flight analyzer）飛行時(shí)間質(zhì)量分析器的主要部分是一個(gè)離子漂移管。圖是這種分析器的原理圖。離子在加速電 壓/作用下得到動(dòng)能，則有：式中：m:離子的質(zhì)量離子的電荷量匕離子加速電壓離子以速度/進(jìn)入自由空間（漂移區(qū)），假定離子在漂移區(qū)飛行的時(shí)間為7,漂移區(qū)長(zhǎng)度為 L,則：由式可以看出，離子在漂移管中飛行的時(shí)間與離子質(zhì)量的平方根成正比。也即，對(duì)于能量相同 的離子，離子的質(zhì)量越大，達(dá)到接收器所用的時(shí)間越長(zhǎng)

33、，質(zhì)量越小，所用時(shí)間越短，根據(jù)這一原 理，可以把不同質(zhì)量的離子分開。適當(dāng)增加漂移管的長(zhǎng)度可以增加分辨力。飛行時(shí)間質(zhì)量分析器的特點(diǎn)是質(zhì)量范圍寬，掃描速度快，既不需電場(chǎng)也不需磁場(chǎng)。但是，長(zhǎng)時(shí) 間以來一直存在分辨力低這一缺點(diǎn)，造成分辨力低的主要原因在于離子進(jìn)入漂移管前的時(shí)間分散、 空間分散和能量分散。這樣，即使是質(zhì)量相同的離子，由于產(chǎn)生時(shí)間的先后，產(chǎn)生空間的前后和初 始動(dòng)能的大小不同，達(dá)到檢測(cè)器的時(shí)間就不相同，因而降低了分辨力。目前，通過采取激光脈沖電 離方式，離子延遲引出技術(shù)和離子反射技術(shù)，可以在很大程度上克服上述三個(gè)原因造成的分辨力下 降?，F(xiàn)在，飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的分辨力可達(dá)20000以上。最高可檢

34、質(zhì)量超過300000Da,并且具有很高 的靈敏度。目前，這種分析器已廣泛應(yīng)用于氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀和基質(zhì)輔 助激光解吸飛行時(shí)間質(zhì)譜儀中。下圖是基質(zhì)輔助激光解吸飛行時(shí)間質(zhì)譜儀原理圖：離子阱質(zhì)量分析器離子阱的結(jié)構(gòu)如圖所示。離子阱的主體是一個(gè)環(huán)電極和上下兩端蓋電極，環(huán)電極和上下兩端蓋 電極都是繞Z軸旋轉(zhuǎn)的雙曲而，并滿足r20=2Z20 （ r0為環(huán)形電極的最小半徑，Z0為兩個(gè)端蓋電極 間的最短距離）。直流電壓U和射頻電壓Vrf加在環(huán)電極和端蓋電極之間，兩端蓋電極都處于地電 位。傅立葉變換離子回旋共振分析器(Fourier transform ion cyclotron reso

35、nance analyzer.FTICR)這種分析器是在原來回旋共振分析器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。因此，首先敘述一下離子回旋共振 的基本原理。假定質(zhì)荷比ni/e的離子進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的磁場(chǎng)中，由于受磁場(chǎng)力的作用，離子作 圓周運(yùn)動(dòng)，如果沒有能量的損失和增加，圓周運(yùn)動(dòng)的離心力和磁場(chǎng)力相平衡，即：式中為離子運(yùn)動(dòng)的回旋頻率(單位為弧度/秒)°由式可以看出，離子的回旋頻率與離子的質(zhì) 荷比成線性關(guān)系，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度固定后，只需精確測(cè)得離子的共振頻率，就能準(zhǔn)確的得到離子的質(zhì) 量。測(cè)定離子共振頻率的辦法是外加一個(gè)射頻輻射，如果外加射頻頻率等于離子共振頻率，離子就 會(huì)吸收外加輻射能量而改變圓周運(yùn)動(dòng)的軌道，沿

36、著阿基米德螺線加速，離子收集器放在適當(dāng)?shù)奈恢?就能收到共振離子。改變輻射頻率，就可以接收到不同的離子。但普通的回旋共振分析器掃描速度 很慢，靈敏度低，分辨力也很差。傅立葉變換離子回旋共振分析器采用的是線性調(diào)頻脈沖來激發(fā)離 子，即在很短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速頻率掃描，使很寬范圍的質(zhì)荷比的離子幾乎同時(shí)受到激發(fā)。因而掃 描速度和靈敏度比普通回旋共振分析器高得多。圖是這種分析器的結(jié)構(gòu)示意圖：分析室是一個(gè)立方體結(jié)構(gòu)，它是由三對(duì)相互垂直的平行板電極組成，置于高真空和由超導(dǎo)磁體 產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)中。第一對(duì)電極為捕集極，它與磁場(chǎng)方向垂直，電極上加有適當(dāng)正電壓，其目的是延 長(zhǎng)離子在室內(nèi)滯留時(shí)間；第二對(duì)電極為發(fā)射極，用于發(fā)

37、射射頻脈沖：第三對(duì)電極為接收極，用來接 收離子產(chǎn)生的信號(hào)。樣品離子引入分析室后，在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下被迫以很小的軌道半徑作回旋運(yùn)動(dòng)， 由于離子都是以隨機(jī)的非相干方式運(yùn)動(dòng)，因此不產(chǎn)生可檢出的信號(hào)。如果在發(fā)射極上施加一個(gè)很快 的掃頻電壓，當(dāng)射頻頻率和某離子的回旋頻率一致時(shí)共振條件得到滿足。離子吸收射頻能量，軌道 半徑逐漸增大，變成螺旋運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間的相互作用以后，所有離子都做相干運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生可被 檢出的信號(hào)。做相干運(yùn)動(dòng)的正離子運(yùn)動(dòng)至靠近接收極的一個(gè)極板時(shí)，吸收此極板表面的電子，當(dāng)其 繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到另一極板時(shí)，又會(huì)吸引另一極板表面的電子。這樣便會(huì)感生出“象電流”(見圖)，象 電流是一種正弦形式的時(shí)間域信號(hào)，正弦波的頻率和離子的固有回旋頻率相同，其振幅則與分析室 中該質(zhì)量的離子數(shù)目成正比。如果分析室中各種質(zhì)量的離子都滿足共振條件，那么，實(shí)際測(cè)得的信 號(hào)是同一時(shí)間內(nèi)作相干軌道運(yùn)動(dòng)的各種離子所對(duì)應(yīng)的正弦波信號(hào)的疊加。將測(cè)得的時(shí)間域信號(hào)重復(fù) 累加，放大并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速傅立葉變換，便可檢出各種頻率成分，然后利用頻 率和質(zhì)量的已知關(guān)系，便可得到常見的質(zhì)譜圖。利用傅立葉變換離子回