仪器分析 质谱法
《仪器分析》第十八章 质谱法
成加和物产生新的带电荷的离子。
样品分子不离解，无碎片离子，特别适合于热 不稳定的生物大分子。 获得一组分子离子电荷呈正态分布的质谱图
电喷雾质谱图中
存在多电荷离子， 使 离 子 的 m/z 减 小，从而使m值 很大的离子出现 在质谱图中，可 测定生物大分子 的分子量。
210-15Mol 样品
样系统。
一般质谱仪都配有前两种进样系统以适应不 同的样品需要。
间歇式进样系统
直接探针进样系统
电离源 离子源是质谱仪的心脏
将进样系统引入的样品分子转化成离子。
由于离子化所需要的能量随分子不同差异很大，
因此，对于不同的分子应选择不同的离解方法。
类型：电子电离源、化学电离源、场电离源、快速 原子轰击源及电喷雾电离源等，其中以电子电离源 及电喷雾电离源应用广泛。
改变射频频率则可实现质量扫描，使不同质荷比的
离子依次到达检测器。
传输效率较高，入射离子的动能或角发散影 响不大；
可以快速地进行全扫描，而且制作工艺简单，
仪器紧凑，常用在需要快速扫描的GC-MS联 用及空间卫星上进行分析。 准确度和精密度低于磁偏转型质量分析器。
离子回旋共振质量分析器又称傅立叶变换质谱仪
分子离子和准分子离子峰强 碎片离子很丰富
适合热不稳定，难挥发样品
溶解样品的液体也被电离使质谱图复杂化，但这
种可知背景容易克服
电喷雾电离源（electro spray ionization，ESI）
小股样品溶液从毛细管尖口喷出，毛细管末端
与围绕毛细管的圆筒状电极之间加以3-6KV电压。 液体呈雾状，极小的雾滴表面电荷密度较高。溶 剂（水-甲醇）被干燥的气体携带穿过喷雾而蒸发 后，液滴表面的电荷密度增加。至临界点（瑞利
药物分析方法有哪些
药物分析方法有哪些药物分析方法是指通过各种技术手段对药物的质量、成分、含量、结构以及药物相互作用等进行研究和分析的方法。
根据分析目的和方法的不同，药物分析方法可分为物理分析方法、化学分析方法、生物分析方法和仪器分析方法等多种类型。
物理分析方法是指通过对药物的物理性质进行测试和分析，来对药物进行定量或定性分析的方法。
常用的物理分析方法包括密度测定、比旋光度测定、折光指数测定、表面张力测定、凝聚度测定等。
化学分析方法是指通过化学反应、化学性质变化等检测药物结构、成分以及化学性质的方法。
常用的化学分析方法有质谱法、红外光谱法、紫外光谱法、核磁共振法等。
质谱法是利用质谱仪测定药物分子的质量和结构的方法，可用于药物的鉴定和结构分析。
红外光谱法是通过测定药物在红外光波长范围内的吸收和散射来确定药物的结构和成分。
紫外光谱法是通过测定药物对紫外光的吸收来定量或定性分析药物成分。
核磁共振法是通过测定药物分子中核自旋的行为来研究和分析药物的结构和成分。
生物分析方法是指通过研究药物在生物体内的代谢、药效以及与生物分子之间的相互作用等，来分析药物的药理学和药代动力学特性的方法。
常用的生物分析方法包括药物动力学研究、药物代谢研究、药物药效学研究等。
药物动力学研究通过测定药物在生物体内的吸收、分布、代谢和排泄等过程来研究药物的药代动力学特性。
药物代谢研究是通过研究药物在生物体内的代谢途径、代谢产物以及代谢酶等来了解药物的代谢性质。
药物药效学研究通过研究药物与生物分子之间的结合和相互作用来研究药物的药理学特性。
仪器分析方法是指通过使用各种专门的仪器和设备进行药物分析的方法。
常用的仪器分析方法包括气相色谱法、液相色谱法、质谱法、电化学分析法等。
气相色谱法是利用气相色谱仪分离和检测药物成分的方法。
液相色谱法是利用液相色谱仪分离和检测药物成分的方法。
质谱法是利用质谱仪对药物的质量和结构进行分析的方法。
电化学分析法是利用电化学方法对药物进行分析的方法，如电位法、电导法、电解法等。
仪器分析及其方法
仪器分析及其方法仪器分析是指利用各种仪器设备进行样品分析的科学技术领域。
它是现代分析化学的重要分支，具有高准确度、高灵敏度、高选择性等特点，广泛应用于环境监测、药品检测、食品安全等领域。
仪器分析的方法主要包括物质分离、物质识别与测定、物质结构研究等方面。
下面我们详细介绍几种常见的仪器分析方法。
一、光谱分析法：光谱分析法利用物质与电磁波相互作用的原理，通过测量样品在不同波长或频率下的吸收、发射、散射等光谱特性来进行分析。
常见的光谱分析方法有紫外可见吸收光谱法、红外光谱法、核磁共振光谱法等。
二、电化学分析法：电化学分析法是利用电化学基本原理，通过物质与电极界面的电化学反应产生的电流、电势等信号来进行分析。
常见的电化学分析方法包括电位滴定法、极谱分析法、循环伏安法等。
三、色谱分析法：色谱分析法是以固定相与流动相之间的分配作用对物质进行分离与测定的方法。
常见的色谱分析方法有气相色谱法、液相色谱法、超临界流体色谱法等。
四、质谱分析法：质谱分析法是利用物质的质量与电荷比在磁场中的运动轨迹和谱图进行分析的方法。
常见的质谱分析方法有质谱仪法、飞行时间质谱法、离子阱质谱法等。
五、核素分析法：核素分析法是利用放射性核素的独特性质进行分析的方法。
常见的核素分析方法有放射计数法、伽马射线分析法、中子活化分析法等。
六、电子显微镜分析法：电子显微镜分析法是利用电子束与样品相互作用所产生的信号来进行分析的方法。
常见的电子显微镜分析方法包括扫描电子显微镜、透射电子显微镜等。
七、光电分析法：光电分析法是利用光电效应测量电流或电压信号进行分析的方法。
常见的光电分析方法有光电比色法、光电导比法、光电堆积法等。
这些仪器分析方法各具特点，可以根据不同样品的性质和需要选择相应的方法进行分析。
仪器分析方法的发展使得分析结果更加准确、灵敏，缩短了分析时间，提高了工作效率，大大推动了科学研究和工业生产的进程。
仪器分析之串联质谱
仪器分析之串联质谱串联质谱是一种先进的仪器分析技术，主要用于物质的结构鉴定、分析和定量测定。
它将两种或多种质谱仪相连，在不同质荷比区域进行质谱分析，从而得到更加详细和准确的分析结果。
串联质谱由质谱仪、离子源和质谱分析器三部分组成。
首先，样品通过离子源产生离子化的气态分子或离子。
然后，离子经过质谱分析器，按照质荷比对离子进行分离、筛选和定量测定。
最后，质谱仪记录和分析结果，生成质谱图。
串联质谱的主要优点是可进行多级质谱分析，可以对复杂的样品进行高效、准确的测定。
它还能提供更高的质谱分辨率和灵敏度，减少干扰物的影响。
此外，串联质谱可以通过选择离子反应的方式，对化合物的特定离子进行选择性检测，大大增加了分析的准确性和可靠性。
串联质谱的应用非常广泛。
在生物医药领域，串联质谱可用于药物代谢和药物中残留物的分析。
在环境领域，它可用于水和大气中污染物的监测和定量分析。
在食品安全领域，串联质谱可用于检测食品中的农药残留和毒素。
同时，在化学合成和新材料领域也有广泛的应用。
在串联质谱中，有两种常用的质谱分析方法，即电子轰击碎裂质谱（EI-MS）和电喷雾质谱（ESI-MS）。
EI-MS是一种常见的质谱技术，适用于小分子化合物的分析。
在EI-MS中，样品通过电子束轰击产生离子，然后通过质谱分析器进行质荷比的分离和筛选。
ESI-MS则适用于大分子化合物的分析，它将样品通过电喷雾产生离子，再进行质谱分析。
除了常规的EI-MS和ESI-MS之外，串联质谱还有其他一些特殊的质谱技术，如飞行时间质谱（TOF-MS）和离子阱质谱（IT-MS）。
TOF-MS具有极高的质谱分辨率和灵敏度，适用于快速分析。
IT-MS则可进行多阶段质谱分析，可以充分利用质谱分析仪的空间，提供更高的分析能力。
在实际应用中，为了提高串联质谱的性能，常常需要结合其他分析技术，如气相色谱（GC）和液相色谱（LC）。
GC-MS-MS和LC-MS-MS是常见的串联质谱技术组合，它们可以充分发挥GC和LC的分离能力，使得对复杂样品的分析更加准确和可靠。
仪器分析法的名词解释
仪器分析法的名词解释近年来，随着科学技术的快速发展，仪器分析法在各个领域的重要性逐渐凸显。
仪器分析法是一种运用专用仪器设备对物质进行分析的方法。
下面将对仪器分析法中的几个重要名词进行解释，以帮助读者更好地了解这一领域。
一、质谱分析质谱分析是一种常见的仪器分析法，通过测量物质分子或原子的质量和相对丰度，从而对其结构和组成进行分析。
利用质谱仪器，可以对固体、液体和气体样品进行分析，并获得准确的分子质量和元素组成信息。
质谱分析在各个领域都有广泛的应用，例如医药研发、环境监测和食品安全等方面。
二、光谱学光谱学是仪器分析法中的一个重要分支，研究物质与光的相互作用。
通过测量物质对不同波长的光的吸收、发射或散射行为，可以获得有关物质分子结构和组成的信息。
主要的光谱学方法包括紫外可见光谱、红外光谱和拉曼光谱等。
光谱学在化学、物理、天文学等领域都有广泛的应用。
三、色谱法色谱法是一种将混合物中的组分根据其在固定相和流动相之间的相互作用差异进行分离的方法。
主要有气相色谱、液相色谱和薄层色谱等不同类型。
色谱法广泛应用于化学、生物化学、环境科学和食品科学等领域，用于分离和鉴定各种物质。
四、电化学分析电化学分析是利用电化学方法对物质进行分析的一种技术。
主要包括电位滴定法、电位分析法和电化学传感器等。
通过测量样品与电极之间的电流和电势差，可以获得关于物质的浓度、电荷和反应动力学等信息。
电化学分析具有快速、灵敏和选择性高的特点，广泛应用于环境监测、药物分析和生命科学研究等方面。
五、原子吸收光谱法原子吸收光谱法是一种通过测量样品中金属元素原子对特定波长光的吸收来进行分析的方法。
原子吸收光谱法广泛应用于环境、食品和制药行业等，用于快速、准确地测定金属元素的含量。
该方法具有高灵敏度和高选择性，并且不需要样品的前处理。
总结起来，仪器分析法是一种运用专用仪器设备对物质进行分析的方法。
质谱分析、光谱学、色谱法、电化学分析和原子吸收光谱法等是仪器分析法中的重要名词。
仪器分析方法比较
仪器分析方法比较常见的仪器分析方法包括原子吸收光谱法（AAS）、紫外可见光谱法（UV-Vis）、红外光谱法（IR）、质谱法（MS）和色谱法（GC、HPLC）。
下面对这些方法进行比较。
1.原子吸收光谱法（AAS）是一种常用的金属元素分析方法。
这种方法可以测定许多金属元素的浓度，具有高灵敏度和高选择性。
然而，AAS 只适用于金属元素的分析，不适用于其他类型的化学物质。
2. 紫外可见光谱法（UV-Vis）是一种非常常用的分析方法，用于测量物质的吸光度。
这种方法适用于有机化合物和无机化合物的分析，可以测量样品的浓度、化学键的结构和化合物的稳定性。
UV-Vis具有灵敏度高、分辨率好和操作简便等优点。
3.红外光谱法（IR）可以用来确定化学物质的功能基团和结构。
这种方法测量物质对红外辐射的吸收情况，因为每个化学物质都有特定的吸收峰，所以可以根据吸收峰的位置和强度来推断化合物的结构。
IR具有高灵敏度和高分辨率。
4.质谱法（MS）是目前最常用的分子结构分析方法之一、质谱仪可以测量化合物离子的质量和相对丰度，从而确定化学物质的分子量和分子结构。
质谱法适用于分析有机和无机化合物，具有高分辨率和高灵敏度。
5.色谱法（GC、HPLC）是一种广泛应用的分离和分析方法，用于分离复杂混合物中的化合物。
气相色谱法（GC）适用于分析气体和挥发性液体的化合物，液相色谱法（HPLC）适用于分析非挥发性化合物。
色谱法具有高分离效率、高分辨率和高灵敏度。
综上所述，不同的仪器分析方法具有不同的优点和适用范围。
在实际应用中，需要根据样品的性质和分析目的选择合适的方法。
例如，对于金属元素的分析，可以选择AAS；对于有机化合物的浓度测定，可以选择UV-Vis或HPLC；对于化合物结构的确定，可以选择IR或MS。
此外，对于复杂样品的分析，也可以采用多种方法的组合，以获得更准确的结果。
仪器分析-质谱图解析.
3、m/z 57为M-17离子，m/z 29为M-45 离子，同时产生m/z 45（COOH）离子峰， 说明化合物可能含有羧基
4、m/z 29为乙基碎片离子峰，说明化合物可能含有乙基
H2 O H3C C C OH
m/z=74
H3C
H2 C
O C m/z=57
分子结构的推导
■ 计算分子的不饱和度推测分子结构
一价原三 子价 数原子数
U四价原 - 子2数
2
1
■ 根据碎片离子的质量及所符合的化学通式，推测离子可能 对应的特征结构或官能团
■ 结合相对分子质量、不饱和度和碎片离子结构及官能团等 信息，合并可能的结构单元，搭建完整分子结构
■ 核对主要碎片，检查是否符合裂解机理。 结合其他分析方法最终确定化合物结构
相对丰度 （%）
100 80 60 40 20
m/z
43 O
71
断裂
H7C3 C
58
99
Rearrangement
β异裂
86
113
40
60
80
100 120
4壬酮的质谱图（M=142）
C5H1 1
1、酮类化合物分子离子 峰较强。
2、α裂解（优先失去大 基团）
烷系列：29＋14 n
142(M+·) 3、γ-氢重排
未知化合物质谱图分析
CH2
某化合物C10H4
HH CH2
结构式：
1、计算不饱和度U=4， 2、分子离子峰m/z=134较大，结合不饱和度，说明该化合物含有苯环
3、m/z=91为（M-43）碎片离子峰，说明化合物可能失去C3H7+为烷基苯，m/z=65是 其进一步丢失乙炔分子产生的碎片离子峰。
现代仪器分析方法
现代仪器分析方法
现代仪器分析方法包括：
1. 液相色谱法（HPLC）：用于分离和测定液体和溶液中的化学成分。
2. 气相色谱法（GC）：用于分离和测定气体和挥发性液体中的化学成分。
3. 质谱法（MS）：用于确定化合物的分子式、结构和质量。
可以与色谱法结合使用，例如气相色谱-质谱联用（GC-MS）。
4. 原子吸收光谱法（AAS）：用于测定金属元素的含量和浓度。
5. 荧光光谱法：测量物质在吸收紫外或可见光后放射出的荧光。
6. 红外光谱法（IR）：用于确定物质中的官能团和分子结构。
7. 核磁共振光谱法（NMR）：用于确定物质的分子结构和官能团。
8. X射线衍射法（XRD）：用于确定物质的结晶结构。
9. 表面分析技术（如扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM））：用于观察和分析材料的表面形貌和结构。
10. 热分析技术（如差示扫描量热仪（DSC）和热重分析（TGA））：用于测量材料在不同温度下的热稳定性和热性质。
这些现代仪器分析方法在科学研究、环境监测、食品安全、制药和化工等领域广泛应用。
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• 大气压化学电离源：分析中等极性化合物 • 激光解吸源：生物大分子（肽、蛋白质、
核酸） • 火花源: 无机物
四. 质量分析器 mass analyzer
将离子源中形成的离子按质荷比的差异进 行分离的装置。
第十七章 质谱法
Mass Spectrometry( MS)
质谱分析法：是利用离子化技术,将 物质分子转化为离子，按其质 荷比 (m/z) 的的差异分离测定， 从而进行物质成分和结构分析 的方法。
MS发展历史
• 20世纪20年代， 同位素测定 无机元素分析
• 20世纪40年代，有机物分析 • 20世纪60年代，气相色谱-质谱联用仪
• Francis William Aston - 1922年诺贝尔化学奖 贡献：使用质谱方法大规模的研究非放射性元素的同位素；提出 整数规则。
• Hans G. Dehmelt and Wolfgang Paul - 1989年诺贝尔物理奖 贡献：开发了离子阱质谱技术。
• Robert F. Curl Jr. & Sir Harold W. Kroto & Richard E. Smalley 1996年诺贝尔化学奖 贡献：使用质谱发现富洛伦尼斯（C60-C80，足球烯）
CI的特点：
• 属软电离方式，准分子离子峰（ M 1） 强度大
• 易获得有关化合物官能团的信息 缺点：
• 重现性较差
• 不适用于难挥发、热不稳定样品的分析
常用的反应气： 甲烷、异丁烷、氨、氢、氦等。
3. 快原子轰击离子源 FAB fast atom bombardment
电场使氦原子电离并加速，产生的快离子经 电荷交换得到快原子，快原子轰击样品
chemical ionization source;
在离子源中送入反应气体，压强约为 26.7 ~ 267 Pa，轰击电子使反应气首先被 电离成离子，然后反应气离子和样品分 子碰撞发生离子-分子反应，能量交换， 产生样品离子。
CH4 + e CH4+ ,CH3+ CH4+ + CH4 CH5+ + CH3• CH3+ + CH4 C2H5+ + H2 CH5+ + M (M+H)+ + CH4 C2H5+ + M (M+H)+ + C2H4 CH5+ + M (M-H)+ + H2 + CH4 C2H5+ + M (M-H)+ + C2H6
第一节 质谱仪及基本原理
磁场中带电粒子的运动:
M
离子化 M+
分离
碎片离子
检测
质谱仪的组成：
样品导 入系统
离子源
真空泵
质量 分析器
检测器
放大器，记录器
质谱仪的6个基本部分:
高真空系统，样品导入系统, 离子源, 质量分析器, 检测器, 记录系统
一. 高真空系统 旋转泵，扩散泵，分子泵
离子源（10-3 10 -5 Pa ） 质量分析器（10 -6 Pa ）
m v2 Hzv R
质谱方程式:
m H 2R2 z 2V
或:
R
2V m H2 z
由上式可知：
m H 2R2 z 2V
<1> 当V和H固定时，m/z R。说明磁场
对不同m/z的离子有质量色散作用，
即不同质量离子将依照质量大小在
磁场中依次排列起来。
m H 2R2 z 2V
<2> 当V和R固定时， m/z H2。
(GC-MS) • 20世纪80年代，新质谱技术
LC-MS，ICP-MS, FT-MS
与MS有关的诺贝尔奖
• Sir Joseph John Thomson - 1906年诺贝尔物理奖 贡献：正电荷离子束在磁场中的偏转, 磁质谱仪的基础同位素分析
• Frederick Soddy - 1921年诺贝尔化学奖 贡献：使我们对放射活性物质的认识大大提高，另外他对同位素 的起源和性质也作了出色工作。
e(高速) M
M+ + 2e(低速) e(高速)
质
量加阳
阴
分速离
离
析 器
区
子
子
中 性 裂 片
复 合
-
分 子
物离
子
真空
抽走
EI的特点： • 重现性好（质谱图库 70eV) • 碎片离子丰富（特征性强） • 灵敏度高
分子量大和稳定性差样品，常无分子离子峰 不适用难挥发、热不稳定化合物
2. 化学电离源 CI
二. 样品导入系统
1. 直接进样 适用：单组分、挥发性较低的固体或
液体样品 2. 色谱联用导入样品
GC – MS,HPLC - MS
适用：多组分分析
三. 离子源
作用：将样品分子离子化并具有一定能量
离子源的种类：
• 电子轰击源 • 化学电离源 • 快原子轰击离子源
1.电子轰击源 electron impact source; EI
分类： • 磁分析器 • 四极杆分析器
1. 磁分析器
1)分类： • 单聚焦分析器：已淘汰 质量色散和方向聚焦。 • 双聚焦分析器： 质量色散和方向聚焦及能量聚焦。
单聚焦分析器
双聚焦分析器
2) 磁偏转式质量分析器原理
加速后离子动能:
1 mv2 zV 2
离子受磁场力作用, 做匀速圆周运动.
向心力等于磁场力:
即H由小到大进行磁场扫描
时，则可使不同m/z的离子被 检测。
m H 2R2 z 2V
<3> 当H和R固定时， m/z 1/V。连续的改变 V ( 称为
电压扫描 ) 可以使不同
m/z的离子被检测。
2. 四极杆质量分析器：又称四极滤质器 它是使用一个射频四极电场来鉴别m/z值的。
• John Fenn and Koichi Tanaka with Kurt Wuthrich - 2002年诺贝 尔化学奖 贡献：发展了可用于分析生物大分子的软电离方法。
质谱法的特点：
• 灵敏度高 • 应用范围广 • 分析速度快 • 信息直观
质谱法的用途：
• 测定分子量 • 鉴定化合物 • 推测未知化合物的结构 • 测定分子中Cl, Br等的原子数 • 质谱与色谱联用
Xe + e Xe+ + 2e
Xe+(快) + Xe(热) Xe(快) + Xe+(热)
轰击样品
FAB的特点： • 适用于强极性、高分子量、非挥发 性和热不稳定化合物分析 • 给出强度较高的准分子离子峰 MX (X=H, Na, K)
FAB的缺点： • 重现性差 • 检测灵敏度低于EI
其他离子源简介