离子源与质谱仪作用机理
质谱仪的离子源 化学电离源
质谱仪的离子源化学电离源
化学电离源是一种用于离子质谱仪的设备，它能够产生各种质量组成的质子、中子和电子的束流。
由于可以分离给定样品的具有不同质量的组分，因此用于化学分析，它是组成离子质谱仪的一个主要组件。
化学电离源的工作原理是，当用高压离子产生器或电离室加热时，利用电能将离子激发到一定能量上，然后电子从离子中释放出来。
释放出来的电子和离子被通过在管中产生的磁场加速，然后经过质谱转换器同步到质谱仪中。
这种过程中，被电离出来的电子和离子被称为离子束。
由于每种离子的质量不同，因此它们的分解速度不同，根据它们的质量，我们能够准确地确定它们的分解模式。
由于化学电离源的可靠性和准确性，它已经应用于许多研究领域中，如：蛋白质及碳水化合物的结构分析、药物及其结构及产物、超微量样品的分离，以及检测大规模群体疾病。
尤其是在质谱仪中，化学电离源可以用来快速、有效地得到精确的分离结果。
化学电离源可以用来准确地分离给定的质量结构，可用于微量物质的分析，检验化学品的纯度，以及定量成分分析。
因此，化学电离源是一种非常重要的技术，可应用于多种研究领域中。
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。
离子源与质谱仪作用机理
离子源与质谱仪作用机理质谱离子源及质量分析器的种类及作用机理课程名称掺伪掺杂食品鉴别与检验技术学院专业姓名学号指导老师二〇一四年七月质谱离子源及质量分析器的种类及作用机理质谱分析是一种测量离子荷质比（电荷-质量比）的分析方法，可用来分析同位素成分、有机物构造及元素成分等。
其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。
在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。
在众多的分析测试方法中，质谱学方法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度且得到了广泛应用的普适性方法。
与色谱分析技术同为现代掺伪掺杂技术的支撑，色谱是一种分离的手段，而质谱是一种鉴定手段，检验过程中通常采用质谱联用技术。
质谱仪器一般由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统等部分组成。
质谱分析作为一种新型的现代仪器分析手段，因其高灵敏性、高准确性、高选择性、分析检测范围宽以及其定性、定量方面的强大功能等特点，在食品添加剂、激素、抗生素，农兽药残留等食品分析检测领域得到了广泛的应用。
下面主要介绍几种主要：质谱离子源及质量分析器的种类及作用机理。
1 离子源类型——“接口”技术离子源是使中性原子或分子电离，并从中引出离子束流的装置。
它是各种类型的质谱仪不可缺少的部件。
离子源的性能决定了离子化效率，很大程度上决定了质谱仪的灵敏度。
常见的离子化方式有两种：一种是样品在离子源中以气体的形式被离子化，另一种为从固体表面或溶液中溅射出带电离子。
在很多情况下进样和离子化同时进行。
常用的离子源有以下几种。
1.1快原子轰击源(Fast Atomic bombardment，FAB)FAB是一种常用的离子源，由Barber研究小组于1981年研发成功并使用，适合于分析离子化能力强，极性强，分子量大、难气化、热稳定性差的样品，例如肽类、低聚糖、天然抗生素、有机金属络合物等，但对非极性样品灵敏度下降、低质量区以下产生较多干扰峰。
二次离子质谱仪的质谱原理
二次离子质谱仪的质谱原理二次离子质谱仪（Secondary Ion Mass Spectrometer，SIMS）是一种高灵敏的表面分析技术，能够对非导电材料如半导体、陶瓷和生物样品等进行分析。
它的质谱原理通过离子轰击样品表面，产生二次离子进行分析。
1. 原理概述二次离子质谱仪的质谱原理是利用快速离子轰击样品表面，产生二次离子，并将二次离子分析出来。
首先，离子源产生的原始离子被加速并聚焦到样品表面，由于轰击过程产生的能量，离子可将样品表面原子或分子中的一个或多个发射出来，从而形成二次离子。
这些二次离子被提取并聚焦到带电子谱仪中，进行质量分析。
二次离子的特点是速度较慢，电荷量大，质量相对较小。
2. 离子源与加速器离子源是二次离子质谱仪中较为关键的部分之一。
它的作用是产生离子束，一般有基于电离和基于电子轰击的方法。
离子加速器的作用是对离子进行加速，使其能够与样品表面发生作用。
常用的加速电压为1~10kV。
同时，加速器还可以选择加速入射离子的类型和能量，用于控制样品表面离子发射率。
3. 离子提取与传输离子提取与传输系统在二次离子质谱仪中的作用是将从样品表面发射的二次离子收集并聚焦到光阴极上。
传输离子时必须保持离子的空间位置和荷量状态，并且提供空间域过滤。
传输过程中最主要的问题是离子束间的相互作用，可通过相应的聚焦系统和在加速电压中透镜进行修正。
4. 结论二次离子质谱仪是一种高灵敏的表面分析仪器，其主要质谱原理是通过离子轰击样品表面产生二次离子进行分析。
离子源和加速器是二次离子质谱仪中较为关键的部分，同时也需要考虑离子提取与传输系统的设计。
这种表面分析技术在半导体、生物医药等领域有着广泛的应用前景。
质谱工作原理
质谱工作原理
质谱（MS）是通过检测化合物中某种特定的元素而将化合物
中所有可能存在的原子（分子）以一定的顺序排列起来，从而对
化合物进行定性和定量分析。
质谱工作原理如下：
电离源是质谱的核心部件，它将离子从样品溶液中分离出来，再经加速和电离而得到高质量的离子束（离子源）。
常用的有分
子离子化源和化学离子化源。
分子离子化源有电喷雾质谱仪和喷雾质谱仪两种。
电喷雾质
谱的工作原理是用高压气体使样品溶液雾化，形成无数细小的液滴，在飞行时间质谱仪中被加速到一定速度后，使液滴撞击基质
中的离子发生碰撞而使样品离子与离子相碰撞而产生碎片离子。
这些碎片离子在进入质谱检测器前，会被扫描器滤除。
因此，分
子离子化源又称为滤去离子化源或滤除（filter）离子源。
这类
质谱仪以液体为工作介质。
化学离子化源是利用有机化合物分子在离子化过程中所发生
的化学反应而产生电离产物（主要是氢化物）。
这种质谱仪称为
化学电离质谱仪（CID）。
—— 1 —1 —。
射频离子源的工作原理与作用
射频离子源的工作原理与作用
射频离子源是质谱仪中常用的离子源之一，其作用是将气体或液体样品中的分子离子化，形成气态离子，并将其引入质谱仪中进行质谱分析。
其工作原理主要涉及离子化和离
子加速两个步骤。
离子化是指将分子或原子产生离子的过程。
在射频离子源中，一般采用电离方法进行
离子化。
该方法利用了电场的作用，使分子或原子内部的电子被剥离，形成离子。
在这里，离子源中的电极与反电极之间形成了一个电场。
气体或液体样品进入电场后，其分子或原子中的电子受到电场作用而被剥离，形成带电离子。
离子源中的电场可以是恒
定电场，也可以是交变电场，一般采用射频交变电场。
在离子化中，射频交变电场有扰动作用，可以增加和减少电子的动能，进而增加和减
少离子化的概率。
这种扰动作用可以使得样品中难以离子化的分子也被离子化，提高离子
化效率，保证离子源的稳定运行。
离子加速是指将离子加速到较高的能量水平，并将其引入质谱仪中的过程。
在射频离
子源中，一般采用电场加速的方法。
在离子源中，加速器由一个细长的金属管道组成，内部形成一条窄缝，通常称为加速
管道。
离子经过加速管道时，受到管道电场的作用而获得动能，加速到高速运动状态。
经过加速后的离子，进入到质谱仪中，接受质谱分析。
离子在进入质谱仪后，将通过
不同的分析器，被分离出不同的离子种类，并进行检测。
通过对离子质量和信号强度的分析，可以对样品进行定量或定性分析。
离子质谱仪的原理
离子质谱仪的原理
传统离子质谱仪通常由一系列组件组成，包括离子源、质谱仪和检测器。
在分析过程中，样品会被转化成离子，并由离子源产生并加速。
这些
离子被分离出来以便进行质谱分析，再以不同电荷量和不同质量的离子进
行分类。
这些阳离子和阴离子的射线通过磁场扫描器，根据其带电质量比，被分别分离出来。
最后，它们撞击在一个探测器上，产生信号，用于计算
不同种类的离子的数量，并生成电离谱图。
离子源。
离子源是产生离子的重要组成部分，常用的离子源有电子轰
击离子源和化学离子源。
电子轰击离子源将气态样品与电子束一起注入到
具有高压的区域内，其中样品中的分子会被电子撞击并形成离子。
化学离
子源更直接，通过气相、液相或固相中的化学反应生成离子。
质谱仪。
质谱仪通常使用磁场来将离子分隔成其不同的电荷质量比，
再将其定向到探测器以进行分析。
通常使用的质谱仪包括磁扇形质谱仪、
时间飞行质谱仪和四极质谱仪等。
检测器。
检测器是收集信号的重要部分，通常基于离子触发检测器或
半导体检测器。
离子触发检测器通过侦测离子与物品之间的电化学反应来
检测。
半导体检测器则直接收集离子室基于固体材料的反应产生的电荷。
总而言之，离子质谱仪的原理基于质谱法，通过将样品分离成离子，
并依据离子的电荷和质量进行分类，再以探测器中的信号来计算每种类型
的离子的数量，最终生成电离谱图。
不同的组件，如离子源、质谱仪和检
测器，起着不同的作用，以实现高质量的离子分析。
离子源工作原理
离子源工作原理离子源是一种用于产生离子束的装置，广泛应用于质谱仪、离子注入设备等领域。
离子源的工作原理主要包括离子产生、离子加速和离子束聚焦三个步骤。
1. 离子产生离子源的第一步是产生离子。
常见的离子产生方法包括电离、化学反应和热电子发射等。
其中，电离是最常用的方法。
电离可以通过电子轰击、化学电离、光电离等方式实现。
在电子轰击电离中，通过加热阴极使其发射电子，电子经过加速电场后轰击气体份子或者固体样品，使其电离产生离子。
2. 离子加速离子源的第二步是将产生的离子加速。
加速离子的方式通常是利用电场或者磁场。
在电场加速中，通过施加电压差使离子受到电场力加速。
磁场加速则是利用磁场对离子进行加速。
离子经过加速后，速度增加，动能增大。
3. 离子束聚焦离子源的最后一步是将加速后的离子束聚焦。
离子束聚焦可以通过电场或者磁场来实现。
在电场聚焦中，通过施加适当的电场使离子束收束。
磁场聚焦则是利用磁场对离子束进行聚焦。
离子束聚焦的目的是使离子束的直径变小，增加离子束的强度和聚焦度。
离子源的工作原理可以简单总结为：离子产生、离子加速和离子束聚焦。
通过这三个步骤，离子源可以产生高能离子束，用于各种应用中。
离子源的性能和稳定性对于离子束的质量和精度有着重要影响，因此在离子源的设计和优化中需要考虑多种因素，如离子产生效率、离子束能量分布、离子束聚焦效果等。
在实际应用中，离子源的工作原理可以根据具体的设备和需求进行调整和优化。
不同类型的离子源有着不同的工作原理和特点，如电子轰击离子源、静电离子源、电喷雾离子源等。
这些离子源在不同的领域和实验中发挥着重要作用，推动了科学研究和技术发展的进步。
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离子源与质谱仪作用机理质谱离子源及质量分析器的种类及作用机理课程名称掺伪掺杂食品鉴别与检验技术学院专业姓名学号指导老师二〇一四年七月质谱离子源及质量分析器的种类及作用机理质谱分析是一种测量离子荷质比（电荷-质量比）的分析方法，可用来分析同位素成分、有机物构造及元素成分等。
其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。
在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。
在众多的分析测试方法中，质谱学方法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度且得到了广泛应用的普适性方法。
与色谱分析技术同为现代掺伪掺杂技术的支撑，色谱是一种分离的手段，而质谱是一种鉴定手段，检验过程中通常采用质谱联用技术。
质谱仪器一般由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统等部分组成。
质谱分析作为一种新型的现代仪器分析手段，因其高灵敏性、高准确性、高选择性、分析检测范围宽以及其定性、定量方面的强大功能等特点，在食品添加剂、激素、抗生素，农兽药残留等食品分析检测领域得到了广泛的应用。
下面主要介绍几种主要：质谱离子源及质量分析器的种类及作用机理。
1 离子源类型——“接口”技术离子源是使中性原子或分子电离，并从中引出离子束流的装置。
它是各种类型的质谱仪不可缺少的部件。
离子源的性能决定了离子化效率，很大程度上决定了质谱仪的灵敏度。
常见的离子化方式有两种：一种是样品在离子源中以气体的形式被离子化，另一种为从固体表面或溶液中溅射出带电离子。
在很多情况下进样和离子化同时进行。
常用的离子源有以下几种。
1.1快原子轰击源(Fast Atomic bombardment，FAB)FAB是一种常用的离子源，由Barber研究小组于1981年研发成功并使用，适合于分析离子化能力强，极性强，分子量大、难气化、热稳定性差的样品，例如肽类、低聚糖、天然抗生素、有机金属络合物等，但对非极性样品灵敏度下降、低质量区以下产生较多干扰峰。
FAB得到的质谱不仅有较强的准分子离子峰，而且有较丰富的结构信息。
但是，它的分子量信息不是分子离子峰M，而往往是(M+H)+或(M+Na)+等准分子离子峰。
FAB 主要用于磁式双聚焦质谱仪。
1.2电喷雾电离源(Electrospray ionization，ESI)样品溶液经色谱柱分离，流经色谱管，到达喷雾针，针上加有3~5kV 的电压，在强电场和雾化气的作用下，溶液迅速雾化产生高电荷液滴，并形成扇状喷雾。
在加热辅助气及高温条件下，溶剂迅速蒸发，带电液滴的表面积不断缩小，表面电荷密度逐渐增大。
当密度达到“Rayleigh极限”时，带电雾滴中的样品就会由于雾滴发生“库伦爆裂”而分离出来，形成样品离子。
带电的碎片离子就在电场的作用下进入质谱的质量分析器进行分析。
ESI是一种软电离方式，常用来分析对热不稳定的极性化合物。
1.3大气压化学电离源(Atmospheric Pressure Chemical Ionization，APCI)APCI源是在大气压下利用电晕放电来使气相样品与流动相电离的一种离子化技术。
经色谱柱分离的样品溶液随流动相一起到达源内的石英管，经加热并在雾化气和辅助加热气的共同作用下，溶液气化。
位于石英加热管和Orifice之间的带有冠状尖端的放电电极使雾化气或者空气电离，产生初级离子N2+、O2+，初级离子迅速与气化的溶剂分子反应，生成反应离子，反应离子以质子转移的方式使待测样品分子带电，并在电场的作用下进入质谱的真空系统。
以上为APCI源的三步电离过程。
APCI源适用于非极性或低、中等极性且对热稳定的化合物，能适应0.2~2Ml/min的宽流量变化范围。
由于极少形成多电荷离子，分析的分子量范围<1300amu。
APCI源的主要缺陷是容易产生大量的溶剂离子与样品离子一起进入质谱仪，造成较高的化学噪音。
1.4大气压光电离源(Atmospheric Pressure Photo Ionization，APPI)APPI源与APCI源的电离机制基本相似，只是用紫外灯取代APCI源的电晕放电，是利用光化学作用将气相中的样品电离的离子化技术。
APPI源适用于分析非极性化合物。
大气压电喷雾源(ESI)，大气压化学电离源(APCI)和大气压光电离源(APPI)是大气压电离源(API)的3种不同形式，由于大气压电离源独立于高真空状态的质量分析器之外，故不同大气压电离源之间可随意切换。
1.5基质辅助激光解析电离源(Matrix assisted Laser DesorptionIonization，MALDI)将溶于适当基质中的样品涂布于金属靶上，用高强度的紫外或红外脉冲激光照射可实现样品的离子化。
此方式主要用于可达100000Da质量的大分子分析，且仅限于作为飞行时间质量分析器的离子源使用。
2 质谱质量分析器的种类质量分析器是质谱仪的核心，是确保仪器具有高灵敏性、高准确性、高选择性、分析检测范围宽等强大功能的重要部分。
经色谱分离、离子源离子化的大量离子进入高真空的质谱体系，并进行一级碎裂、二级碎裂甚至多级碎裂，实现MS1、MS2以至MSn。
的功能，从而使质谱能够分析质荷比从几个到几万个道尔顿不等的质量碎片，更好地满足了科研及残留检测的需要。
质量分析器将带电离子根据其质荷比加以分离，用于纪录各种离子的质量数和丰度。
质量分析器的两个主要技术参数是所能测定的质荷比(质量数)的范围和分辨率。
依据设计原理的不同，分为以下几种。
2.1扇形磁场分析器离子源中生成的离子通过扇形磁场和狭缝聚焦形成离子束。
离子离开离子源后，进入垂直于其前进方向的磁场。
不同质荷比的离子在磁场的作用下，前进方向产生不同的偏转，从而使离子束发散。
由于不同质荷比的离子在扇形磁场中有特有的运动曲率半径，通过改变磁场强度，检测依次通过狭缝出口的离子，而实现离子的空间分离，形成质谱。
扇形磁场分析器具有重现性好、分辨率与质量大小无关、能够较快地进行扫描（每秒10 个质荷比单位）等优点。
但在目前出现的小型化质量分析器中，扇形磁场所占的比重不大，因为如果把磁场体积和重量降低将极大地影响磁场的强度，从而大大削弱其分析性能。
但是，随着新材料和新技术的不断出现，这种局面可望在将来得到改观。
2.2四极杆分析器因其由4根严格平行的棒状电极组成而得名。
离子束在与棒状电极平行的轴上聚焦，一个直流固定电压(DC)和一个射频电压(RF)作用在棒状电极上，两对电极之间的电位相反。
对于给定的直流和射频电压，特定质荷比的离子在轴向稳定运动，其他质荷比的离子则与电极碰撞湮灭。
将DC和RF以固定的斜率变化，可以实现质谱扫描功能。
四极杆分析器对选择离子分析具有较高的灵敏度，且能够通过电场的调节进行质量扫描或质量选择，质量分析器的尺寸能够做到很小，扫描速度快，无论是操作还是机械构造，均相对简单。
但这种仪器的分辨率不高；杆体易被污染；维护和装调难度较大。
2.3离子阱分析器由两个端盖电极和位于它们之间的类似四极杆的环电极构成。
端盖电极施加直流电压或接地，环电极施加射频电压(RF)，通过施加适当电压就可以形成一个势能阱(离子阱)。
根据RF电压的大小，离子阱就可捕获某一质量范围的离子。
离子阱可以储存离子，待离子累积到一定数量后，升高环电极上的RF电压，离子按质量从高到低的次序依次离开离子阱，被电子倍增监测器检测。
目前离子阱分析器已发展到可以分析质荷比高达数千的离子。
离子阱有全扫描和选择离子扫描功能，同时利用离子储存技术，可以选择任一质量离子进行碰撞解离，实现二级或多级MSn分析功能。
但离子阱的全扫描和选择离子扫描的灵敏度是相似的。
离子阱在全扫描模式下仍然具有较高灵敏度，而且单个离子阱通过时间序列的设定就可以实现多级质谱(MSn)的功能。
广泛应用于蛋白质组学和药物代谢分析。
离子阱内部的离子总是在做复杂的运动，在这种复杂运动中，包含了与质量相关的特征信息。
以这种特征信息为基础，发展了许多离子阱操作的新模式，大大拓宽了离子阱质量分析器的质量范围，改善了质量分辨率。
虽然离子阱内离子的运动是复杂的，但就离子阱质量分析器本身而言，它具有许多独特的优点，主要是能够方便地进行级联质谱测量，能够承受较高压力（如0.1 Pa），此外，这种质量分析器价格相对低廉，体积较小，被广泛用做色谱检测器。
在质谱仪器的小型化中，离子阱的小型化取得了十分注目的成果。
普度（Purdue）大学Cooks 教授研究组的工作显得尤为突出，发展出来的圆柱型离子阱和矩形离子阱等不但克服了离子阱难以加工的缺点，而且进一步降低了成本、简化了操作，显著减轻了重量，缩小了体积，甚至可做成质量传感器（mass sensor），有望在现场环境监测、国防、刑侦、安检、工业过程控制等领域发挥作用。
2.4飞行时间分析器（TOF）具有相同动能、不同质量的离子，因其飞行速度不同而分离。
如果固定离子飞行距离，则不同质量离子的飞行时间不同，质量小的离子由于飞行时间短而首先到达检测器。
各种离子的飞行时间与质荷比的平方根成正比。
离子以离散包的形式引入质谱仪，这样可以统一飞行的起点，依次测量飞行的时间。
离子包通过一个脉冲或者一个栅系统连续产生，但只在一个特定的时间引入飞行管。
飞行时间质量分析器（TOF）具有结构简单、灵敏度高和质量范围宽等优点（因为大分子离子的速度慢，更易于测量），尤其是与MALDI 技术联用时更是如此。
TOF理论上不存在质量上限，新发展的飞行时间分析器具有大的质量分析范围和较高的质量分辨率，尤其适合蛋白等生物大分子分析，目前主要应用在生物质谱领域。
2.5傅里叶变换分析器又称傅里叶离子回旋共振质量分析器。
其原理为在一定强度的磁场中，离子做圆周运动，离子运行轨道受共振变换电场限制。
当变换电场频率和回旋频率相同时，离子稳定加速，运动轨道半径越来越大，动能也越来越大。
当电场消失时，沿轨道飞行的离子在电极上产生交变电流。
对信号频率进行分析可得出离子质量，将时间与相应的频率谱利用计算机经过傅里叶变换形成质谱。
其优点为分辨率很高，质荷比可以精确到0.1%道尔顿。
3 质谱仪的应用3.1质谱法对蛋白质组学的定性研究3.1.1 肽质量指纹法基质辅助激光解吸电离-飞行时间质谱测量法，以多肽质量/电荷比为依据同数据库资料进行比较，进而对蛋白质进行鉴定，此法通常被称为肽质量指纹法。
肽质量指纹法是在测定前进行透析，有效去除了盐分，可得到满意的样品峰。
依靠可靠的数据库检索，仅用少量的肽片段即可鉴定蛋白质。
基质辅助激光解吸电离能够耐受少量杂质的存在，对于纯度不是很高的样品也能得到理想的结果。
因此，肽质量指纹法被认为是鉴定蛋白质最常用、最快速、最有效的方法。