质谱仪基本原理
质谱仪工作原理
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质谱过程
撞击 得到 高速电子 气态分子 阳离子 顺序谱图 质量分析器 定性结构 定量分析
导入
按质荷比m/e
峰强度
峰位置
1
2
3
4
5
6
*
真空系统 进样系统：直接进样和色谱进样 离子源： 电子轰击离子源EI，化学电离源CI, 快原子轰击源FAB,电喷雾源ESI, 大气压化学电离源APCI，激光解吸源LD 质量分析器： 磁式单聚焦和双聚焦、四级杆、飞行时间、离子阱、傅里叶变换离子回旋共振分析器 检测器：光电倍增管 数据处理系统
直流电压Vdc 交流电压Vrf
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+
+
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结构: 四根棒状电极，形成四极场 1，3棒： (Vdc +Vrf) 2，4棒：- (Vdc+ Vrf ) 原理： 在一定的Vdc Vrf 下 ， 只有一定质量 的离子可通过四极场，到达检测器。 在一定的（Vdc/Vrf)下，改变Vrf 可实 现扫描。 特点： 扫描速度快，灵敏度高 适用于GC-MS
丁酮的质谱图
质谱表 元素图表
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四、质谱仪的性能指标
质量范围 指所能检测的m/z范围 四极杆质谱 m/z小于或等于2000 磁式质谱 m/z可达到几千 飞行时间质谱 m/z可达到几十万
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分辨率R 例如：CO+ 27.9949，N2+，28.0061 四极质谱恰好能将此分开. 但是: ArCl+ 74.9312，As+，74.9216 质谱仪把相邻两质量 组分分开的能力
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质谱仪的原理及应用
质谱仪的原理及应用
质谱仪是一种高科技仪器，用于分析化合物的结构、组成和含量等信息。
其基本原理是将待分析的化合物分子通过不同的方式转化为离子，并根据这些离子的质量/电荷比（m/z）进行分析和检测。
质谱仪的应用非常广泛，包括但不限于以下几个方面：
1.结构鉴定：质谱仪可通过测定待分析样品中的离子质量来确定其分子式、结构和碎片情况，帮助科学家快速准确地鉴定化合物的结构。
2.定量分析：质谱仪可根据待测样品中的目标化合物的特征离子峰的强度进行定量分析，可以对药物、环境污染物、食品添加剂等进行精确的定量测定。
3.代谢组学：质谱仪在代谢组学研究中具有重要作用，可以通过分析生物体内的代谢产物，揭示生物体内的代谢途径、代谢产物的变化规律等，为疾病诊断、药物研发等提供重要信息。
4.蛋白质组学：质谱仪在蛋白质组学研究中也有广泛的应用，可用于分析蛋白质的氨基酸序列、翻译后修饰等，帮助研究人员了解蛋白质的结构和功能。
5.环境监测：质谱仪可用于分析环境中的有机污染物、重金属、农药残留等，帮助监测环境质量和保护生态环境。
6.食品安全：质谱仪可用于检测食品中的添加剂、农药残留、重金属等有害物质，保障食品安全。
综上所述，质谱仪在化学、生物学、环境科学等领域都有着重要的应用价值，为科学研究、工业生产和环境保护提供了强大的技术支持。
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质谱仪工作原理
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在一定的（Vdc/Vrf)下，改变Vrf 可实 现扫描。
特点： 扫描速度快，灵敏度高 适用于GC-MS
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（4）飞行时间分析器
Time of Flight Analyzer TOF
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栅极1
-270V 栅极2 –2.8kV
接
收
试样入口
器
电子发射
抽真空
• v=(2eV/m)1/2 m：离子的质量；e：离子的电荷量；V：离子
第一节 质谱仪及其工作原理
一、质谱法概述 二、质谱仪的结构和工作原理
进样系统、离子源、质量分析器、检测器、真空系统和 数据处理系统
三、质谱联用技术
GC-MS,LC-MS,串联质谱法
四、质谱图与质谱仪性能指标
质量范围、分辨率、灵敏度、质量稳定性和精度
1
一、质谱法概述
使待测的样品分子气化，用具有一定能量的电 子束（或具有一定能量的快速原子）轰击气态分子， 使气态分子失去一个电子而成为带正电的分子离子。 分子离子还可能断裂成各种碎片离子，所有的正离子 在电场和磁场的综合作用下按质荷比（m/z）大小依 次排列而得到谱图。
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四、质谱仪的性能指标
1、质量范围
指所能检测的m/z范围
四极杆质谱 m/z小于或等于2000
磁式质谱
m/z可达到几千
飞行时间质谱 m/z可达到几十万
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2、分辨率R
R M M
质谱仪把相邻两质量 组分分开的能力
例如：CO+ 27.9949 ， N2+ ，
28.R0061M
M
四极质谱恰好
27.9949
气相色谱质谱仪的结构和基本原理
一、气相色谱质谱仪的定义气相色谱质谱仪是一种高效、高灵敏度的分析仪器，结合了气相色谱和质谱两种分析技术，能够对样品中的化合物进行分离和鉴定。
它在环境监测、药物分析、食品安全等领域有着广泛的应用。
二、气相色谱质谱仪的结构1. 气相色谱部分气相色谱部分主要包括进样系统、色谱柱、色谱炉、检测器等组成。
进样系统用来引入样品，色谱柱用于分离混合物中的成分，色谱炉用来加热和蒸发样品，检测器用来检测色谱柱输出的化合物。
2. 质谱部分质谱部分主要包括离子源、质量分析器和检测器。
离子源用来将化合物转化为离子，质量分析器用来对这些离子进行分析，检测器则用来检测质谱输出的信号。
3. 数据处理系统数据处理系统用来接收、处理和输出色谱和质谱的数据，包括化合物的质谱图和色谱图等。
三、气相色谱质谱仪的基本原理1. 气相色谱原理气相色谱利用气体流动的作用将混合物中的成分分离开来。
当样品进入色谱柱后，不同成分会根据其在色谱柱固定相上的分配系数不同而在色谱柱中移动，最终被分离出来。
2. 质谱原理质谱是利用化合物在电场作用下产生碎片离子，并根据这些离子的质量比进行分析。
质谱仪会将化合物转化为带电离子，然后通过电场和磁场对这些离子进行分析，最终得到质谱图谱。
3. 联用原理气相色谱质谱联用仪将气相色谱和质谱联接在一起，样品首先经过气相色谱的分离，然后进入质谱进行离子化和分析，最终得到色谱和质谱的数据。
通过联用，可以更加准确地对化合物进行分析和鉴定。
四、气相色谱质谱仪的应用气相色谱质谱仪在环境监测、药物分析、食品安全等领域有着广泛的应用。
在环境监测中，可以用来分析空气中的挥发性有机物；在药物分析中，可以用来鉴定药物中的杂质和成分；在食品安全领域，可以用来检测食品中的农药残留和添加剂。
五、气相色谱质谱仪的发展趋势近年来，随着科学技术的不断进步，气相色谱质谱仪在分析性能、数据处理和操作便捷性方面都有了很大的提升。
未来，气相色谱质谱仪将更加智能化，分析速度将更快，分辨率将更高，对于微量成分的分析将更加准确。
气相色谱-质谱仪原理
气相色谱-质谱仪原理
气相色谱-质谱（GC-MS）联用仪是一种分析化学仪器，它结合了气相色谱（GC）和质谱（MS）两种分析技术。
下面我们来详细了解一下GC-MS的原理：
1. 气相色谱（GC）原理：
气相色谱是一种基于样品在固定相和流动相之间吸附和解吸差异的分离技术。
在气相色谱过程中，样品混合物经过色谱柱，各组分在柱中的运行速度不同，从而实现分离。
运行速度取决于吸附剂对各组分的吸附力。
吸附力弱的组分首先离开色谱柱，而吸附力强的组分最后离开。
分离后的各组分顺序进入检测器中被检测和记录。
2. 质谱（MS）原理：
质谱分析是一种测量离子荷质比（电荷-质量比）的分析方法。
在质谱过程中，样品中的各组分在离子源中发生电离，生成带正电荷的离子。
离子经过加速电场作用，形成离子束。
然后，离子束进入质量分析器，利用电场和磁场使离子发生相反的速度色散，将它们分别聚焦，得到质谱图。
通过分析质谱图，可以确定样品的组成和质量。
3. 气相色谱-质谱（GC-MS）联用仪原理：
GC-MS联用仪是将气相色谱和质谱相结合的仪器。
在分析过程中，首先利用气相色谱对样品混合物进行分离，然后将分离后的各组分依次引入质谱检测器。
质谱检测器测量离子荷质比，从而确定各组分的身份。
这样，GC-MS联用仪可以实现对样品的定性和定量分析，无需制备标准样品。
总之，气相色谱-质谱（GC-MS）联用仪利用气相色谱对样品进行分离，再通过质谱检测器对分离后的各组分进行定性定量分析，具有高灵敏度、高分辨率、广泛的应用范围等优点。
质谱工作原理
质谱工作原理
质谱工作原理是一种以将样品分子离子化为基础的分析技术。
其基本原理是通过对样品分子施加高能量，使其发生离子化。
离子化过程可以通过不同的方法实现，常见的方法包括电子轰击、化学电离和电喷雾等。
一旦样品分子发生离子化，离子将被引导进入一个磁场中的离子束（束斑），其中磁场的强度可以根据离子的质量-电荷比来进行调整。
在具有不同质量-电荷比的离子束经过磁场时，它们将会受到不同的偏转力，从而形成一个质量分离的谱图。
离子束离开磁场后，它们会进入一个称为质谱仪的仪器。
质谱仪通常包含一个质量分析器和一个检测器。
质量分析器的作用是根据离子的质量-电荷比将其分离，并将其发送到检测器进行检测。
在检测器中，离子被转化为可以进行检测的电信号。
这个电信号的大小和强度取决于离子的数量和种类。
通过测量这些电信号，我们可以确定样品中存在的离子的种类和相对浓度。
最后，通过将离子信号与已知的离子质谱数据库进行比较，我们可以确定样品中离子的具体身份，从而实现对样品分子的定量和定性分析。
综上所述，质谱工作原理是通过将样品分子离子化，并通过磁场分离和检测器的电信号测量，来实现对样品的分析和鉴定。
这种技术广泛应用于化学、生物学、环境科学等领域中的分析和研究工作。
质谱的名词解释
质谱的名词解释质谱（Mass Spectrometry，简称MS）是一种分析化学技术，它通过将样品中的化合物分子或原子离子化，然后在电磁场中进行偏转、分离和检测，最终得到离子的质量和相对丰度信息。
质谱在生物学、化学、环境科学等领域广泛应用，被视为一项强大而多功能的实验技术。
1. 质谱的基本原理质谱的基本原理是离子分析。
它将待分析物分子通过电离源转化为离子，并利用不同质量、不同电荷的离子在电磁场中的偏转情况进行分离。
电荷离子在磁场中受到洛伦兹力的作用，偏转半径与质量和电荷量有关。
通过探测器对分离后的离子进行检测，可以得到不同离子的质量谱图。
2. 质谱的主要组成部分质谱仪主要由电离源、质量分析器和探测器组成。
电离源负责将待分析物转化为离子，常用的电离源包括电子轰击电离源、化学电离源和光电离源等。
质量分析器用于分离不同质量的离子，常见的质量分析器包括飞行时间质谱仪（Time-of-Flight Mass Spectrometer，简称TOF-MS）、电子能量分析器和磁扇形质谱仪等。
探测器则负责测量离子的相对丰度，常见的探测器有离子多道器、电子倍增管和微小通道板等。
3. 质谱的应用领域3.1 蛋白质组学质谱在蛋白质组学研究中扮演着重要的角色。
蛋白质质谱分析可以用于蛋白质结构的鉴定、定量分析以及功能研究。
利用质谱技术，可以对复杂的蛋白质样品进行分离、定性和定量分析，从而揭示蛋白质的组成、修饰和相互作用等信息。
3.2 代谢组学代谢组学研究生物体内代谢物的变化及相关的生理、病理过程。
质谱在代谢组学研究中被广泛应用，可以对细胞、组织和体液中的代谢产物进行定性和定量分析。
通过质谱技术，可以发现代谢物的新的生物标志物，并揭示代谢通路的变化，从而为疾病的诊断和治疗提供理论基础。
3.3 农残分析农残分析是农产品中残留农药的分析鉴定。
质谱在农残分析中被广泛采用，可以对食品样品中的农药残留进行快速、准确的检测和定量。
利用质谱技术，可以实现对多种农药的同时检测，提高快速筛查的效率和准确性。
质谱基本原理
质谱基本原理质谱（Mass Spectrometry，MS）是一种用于分析化合物分子结构和确定化合物分子量的重要分析技术。
它通过将化合物分子转化为离子，然后根据离子的质量和电荷比进行分析，从而得到化合物的质谱图谱。
质谱技术在化学、生物、药学等领域具有广泛的应用，是一种非常重要的分析手段。
质谱的基本原理可以简单地概括为离子化、分离、检测和数据处理四个步骤。
首先，样品中的化合物分子被转化为离子，这一过程通常通过电离源完成。
常用的电离源包括电子轰击电离源、化学电离源和电喷雾电离源等。
不同的电离源适用于不同类型的化合物，选择合适的电离源对于获得准确的质谱数据至关重要。
接下来，离子经过质谱仪中的分析部分，根据其质荷比（m/z）进行分离。
质谱仪通常包括离子源、质量分析器和检测器。
质量分析器的种类有多种，包括飞行时间质谱仪、四级杆质谱仪和离子阱质谱仪等。
这些质谱仪能够根据离子的质荷比进行高效分离，从而得到高质量的质谱数据。
在检测部分，分离后的离子被检测器检测到，并转化为电信号。
这些信号随后被转化为质谱图谱，显示出离子的质荷比和相对丰度。
通过分析质谱图谱，可以得到化合物的分子量、结构信息以及相对丰度等重要数据。
最后，得到的质谱数据需要进行处理和解释。
数据处理包括质谱图谱的峰识别、质谱数据的校正和质谱图谱的解释等步骤。
这些步骤需要借助专业的质谱数据处理软件进行，以确保得到准确可靠的结果。
总的来说，质谱的基本原理是将化合物分子转化为离子，然后根据离子的质量和电荷比进行分析，最终得到化合物的质谱数据。
质谱技术在化学、生物、药学等领域具有广泛的应用，对于研究化合物的结构和性质具有重要意义。
随着质谱技术的不断发展，相信它将在更多领域展现出强大的应用潜力。
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计算机的应用又使质谱分析法发生了飞跃变化，使其技术更加成熟，使用
更加方便。
1950 年至 1970 年：有机质谱迅速发展为测定有机化合物分子量和结构的强有 力的工具。主要研究分子量小于 1000Da 的有机分子。
1981 年：出现了快原子轰击质谱，有机质谱开始分析研究极性大、热不稳定的 多肽和小蛋白质等
发展历史
上个世纪初英国学者 J.J. 汤姆森制成第一台质谱仪
第一台商品质谱仪: 1942 年 早期应用：原子质量、同位素相对丰度以及研究电子碰撞过程等物理领域。 上个世纪50 年代：高分辨率质谱仪出现，有机化合物结构分析； 上个世纪60 年代末：色谱-质谱联用仪出现，有机混合物分离分析；促进天然有
数据处理系统。
主要过程：
在极高的真空度下 (10-5～10-8Torr ), 高能电子束 (10-70 eV) 在离子源内激发样 品的气态分子，离子源内分子由电子束作用失掉一个电子形成分子离子 [M]+。
由电子束获得的能量还能使分子离子进一步裂解，生成较小质量的碎片离子和一些 中性碎片。
离开离子源的所有离子都被静电压 V 加速，然后进入与运动方向相垂直,强度为 H 的磁场。将离子按质荷比 (m/e) 分开并按质荷比大小排列成谱图形式。
4.检测器
检测各种质荷比的离子。检测器的种类有电子倍增器、光电倍增器、平板式微通 道板检测器等。
现用得较多的是光电倍增器，永久性地密封于其自身的玻璃真空外壳中，这样可
以保护光电倍增器在很宽的动态范围内，无论是检测正离子还是负离子，都能保 持高灵敏度、恒定的增益和线性,并且使用寿命长达 10 年。
三、质谱仪的主要指标
三个主要指标-质量范围、分辨率、灵敏度
1．质量范围(mass range) 指质谱仪所检测离子的质荷比范围。对单电荷离子而言，就是指离子的质量范围。 在检测多电荷时，所检测的离子根据其带多少个电荷而扩展其的质量范围。
2．分辨率(resolution) 分辨率又称之为分辨本领。这 是质谱仪的一个重要性能。一般规 定：当两个峰之间峰谷的高度超过 两峰平均高度的10%时，则两峰没 有被分开。
d. 色谱进样系统 用于 GC-MS,HPLC-MS,CE-MS
2.电离和加热室 (离子源)
被分析物质在这里被电离，形成各种离子。不同性质的样品需用不同的电离方式。 为使生成的离子到达质量分析器，在离子源的出口施加一个高电压即加速电压，
对离子进行加速。不同的分析器有不同的加速电压。
离子源的种类很多，主要有电子轰击电离源（ EI）,化学电离源（ CI）,场致电 离源（ FI）,场解吸电离源（ FD）,快原子轰击源（FAB）,激光解吸电离源
6.真空系统 为了保证离子源中灯丝的正常工作，保证离子在离子源和分析器正常运行，消减 不必要的离子碰撞，散射效应，复合反应和离子-分子反应，减小本底与记忆效 应, 质谱仪的离子源和分析器一般真空度都要求在 10-5-10-8 Torr 才能工作。
真空系统由机械真空泵和扩散泵或涡轮分子泵组成。通常用机械泵预抽真空，然 后用扩散泵或涡轮分子泵连续地抽气。
平板式微通道板检测器则用于飞行时间质谱仪 (TOF)。因为 TOF 作为质量分析
器是脉冲式检测方式，离子按质量大小以不同的飞行时间依次到达检测器。这种 平板式微通道板检测器具有极高的灵敏度。
5.计算机、数据处理系统 在计算机未问世前，用反射式电流计，即被检测的每个 m/e 值的离子电流作 用于电流计上，电流计的发射镜就把光束反射到光敏纸上，从而实行记录。
离子飞行方向依 m/e 的大小而偏转 (曲率半径为 r)，其关系为： 质谱方程式
r 2 = km/e V 2 H
设计质谱仪器的主要依据 其中 k 是比例常数。也就是具有相同 m/e 的离子偏转程度相同。
二、质谱仪的具体组成---共六个单元
1.进样系统 a.探头进样系统 一般最常用的探头有电子轰击源直接进样杆,快原子轰击源直接进样杆等。
b. 储罐进样系统 包括储气室、加热器、真空连接系统及一个通过分子漏孔将样品导入离子源的接 口。
气体和液体样品在不需要进一步分离时用此方式进样，储气罐可加热至 200℃。
此进样方式一般用于石油工业、环保等领域。
c. 注射泵进样系统 用于 ESI(电喷雾电离源) 和 APCI(大气压化学电离源）的直接进样。
1988 年：出现了电喷雾电离质谱、基质辅助激光解析电离飞行时间质谱，傅立 叶变换质谱法开创了有机质谱分析研究生物大分子的新领域。进入了生命科学的 范畴。
近年来质谱与各种色谱的联用技术发展迅速。如 HPLC-ESI-MS,毛细管电泳 CE-ESI-MS等，并发展了微量电喷雾电离接口技术
质谱分类
பைடு நூலகம்
计算机系统的功能是对质谱仪进行控制，包括对质谱数据的采集、处理和打 印。现有电子轰击源 (EI) 的质谱仪的均有 NIST 标准谱库，谱库中有十几万张 标准谱图及用于环保、农药、兴奋剂, 代谢产物等专用谱库。可进行谱库检索。 高分辨质谱仪其数据系统的软件则更丰富，还能给出分子离子和其他碎片离子的 元素组成及理论计算值、偏差值 (百万分之一), 饱和度等其他有关信息。
（ LD）,热喷雾电离源（ TS）,电喷雾电离源（ ESI）,大气压化学电离源
（ APCI）,基质辅助激光解析电离源（ MALDI）等。
3.质量分析器 功能：把不同质荷比的离子分开排列成谱，是质谱仪的核心。不同类型的质 量分析器有不同的原理、特点、适用范围、功能。用于有机质谱仪的质量分析器 有磁式双聚焦分析器，四极杆分析器，离子阱分析器，飞行时间分析器，回旋共 振分析器等。
目前质谱在药检领域的应用迅速增加，原因是许多保健品、中药制剂、食品等非
法添加化学成分，需要做出鉴定，虽是中国国情使然，却也为仪器供应链创造了 商机。
一、有机质谱的基本原理：
质谱仪原理的示意图：
进样系统 分开)
离子源 (电离和加速，形成各种离子)
质量分析器 (把不同质荷比的离子
检测器 (检测各种质荷比的离子)