简述质谱仪的组成部分及其作用
质谱分析法知识汇总(全面)
质谱分析法知识汇总（全面）1.质谱法定义：是将待测物质置于离子源中电离形成带电离子，让离子加速并通过磁场或电场后，离子将按质荷比(m/z)大小分离，形成质谱图。
依据质谱线的位置和质谱线的相对强度建立的分析方法称为质谱法。
2.质谱的作用：准确测定物质的分子量；质谱法是唯一可以确定分子式的方法；根据碎片特征进行化合物的结构分析。
3.质谱分析的基本原理：质谱法是利用电磁学原理，将待测样品分子解离成具有不同质量的离子，然后按其质荷比(m/z)的大小依次排列收集成质谱。
根据质谱中的分子离子峰(M+)可以获得样品分子的相对分子质量信息；根据各离子峰(分子离子峰、同位素离子峰、碎片离子峰、亚稳离子峰、重排离子峰等)及其相对强度和氮数规则，可以确定化合物的分子式;根据各离子峰及物质化学键的断裂规律可以进行定性分析和结构分析；根据组分质谱峰的峰高与浓度间的线性关系可以进行定量分析。
4.质谱分析的过程：（1）进样，化合物通过汽化引入电离室；（2）离子化，在电离室，组分分子被一束加速电子碰撞，撞击使分子电离形成正离子；（3）离子也可因撞击强烈而形成碎片离子；（4）荷正电离子被加速电压V加速，产生一定的速度v，与质量、电荷及加速电压有关；（5）加速正离子进入一个强度为B的磁场(质量分析器)，发生偏转。
5.质谱仪的组成：真空系统、进样系统、离子源或电离室、质量分析器、离子检测器。
6.真空系统作用：是减少离子碰撞损失，若真空度低：大量氧会烧坏离子源的灯丝；会使本底增高，干扰质谱图；引起额外的离子-分子反应，改变裂解模型，使质谱解释复杂化；干扰离子源中电子束的正常调节；用作加速离子的几千伏高压会引起放电等。
7.进样系统目的：高效重复地将样品引入到离子源中并且不能造成真空度的降低；间歇式进样系统——气体及低沸点、易挥发的液体;直接探针进样——高沸点的液体、固体；色谱进样系统——有机化合物。
8.离子源或电离室：作用是使试样中的原子、分子电离成离子，其性能影响质谱仪的灵敏度和分辨率本领。
气质联用仪的基本构成和工作原理
气质联用仪的基本构成和工作原理气质联用(GC/MS)被广泛应用于复杂组分的分离与鉴定，其具有GC的高分辨率和质谱的高灵敏度,是生物样品中药物与代谢物定性定量的有效工具.质谱仪的基本部件有:离子源、滤质器、检测器三部分组成，它们被安放在真空总管道内。
接口：由GC出来的样品通过接口进入到质谱仪，接口是色质联用系统的关键。
接口作用：1、压力匹配——质谱离子源的真空度在10—3Pa，而GC色谱柱出口压力高达1 05Pa,接口的作用就是要使两者压力匹配.2、组分浓缩——从GC色谱柱流出的气体中有大量载气，接口的作用是排除载气，使被测物浓缩后进入离子源。
常见接口技术有：1、分子分离器连接（主要用于填充柱）扩散型—-扩散速率与物质分子量的平方成反比,与其分压成正比。
当色谱流出物经过分离器时，小分子的载气易从微孔中扩散出去,被真空泵抽除，而被测物分子量大，不易扩散则得到浓缩。
2、直接连接法(主要用于毛细管柱)在色谱柱和离子源之间用长约50cm,内径0.5mm的不锈钢毛细管连接，色谱流出物经过毛细管全部进入离子源，这种接口技术样品利用率高.3、开口分流连接该接口是放空一部分色谱流出物,让另一部分进入质谱仪，通过不断流入清洗氦气，将多余流出物带走。
此法样品利用率低。
离子源：离子源的作用是接受样品产生离子,常用的离子化方式有：1、电子轰击离子化（electron impact ionization，EI)EI是最常用的一种离子源，有机分子被一束电子流（能量一般为70eV）轰击，失去一个外层电子，形成带正电荷的分子离子（M+)，M+进一步碎裂成各种碎片离子、中性离子或游离基，在电场作用下，正离子被加速、聚焦、进入质量分析器分析。
EI特点：⑴、电离效率高，能量分散小，结构简单,操作方便。
⑵、图谱具有特征性，化合物分子碎裂大，能提供较多信息,对化合物的鉴别和结构解析十分有利.⑶、所得分子离子峰不强，有时不能识别。
本法不适合于高分子量和热不稳定的化合物.2、化学离子化(chemicalionization，CI）将反应气（甲烷、异丁烷、氨气等)与样品按一定比例混合，然后进行电子轰击，甲烷分子先被电离，形成一次、二次离子，这些离子再与样品分子发生反应，形成比样品分子大一个质量数的（M+1) 离子,或称为准分子离子。
质谱的原理及质谱仪的各主要部件以及作用。
质谱的原理及质谱仪的各主要部件以及作用。
答：①高真空系统：由旋转泵和扩散泵串联组成；保证质谱仪的金羊系统，李子园，质量分析器。
检测器等大道一定真空度。
真空度过低，会造成离子散射和参与气体分子碰撞，引起能量的变化，本底增高和记忆效应，使谱图变得复杂，干扰离子源的调节，
②进样导入系统：高校重复的将样品导入离子源并不引起真空度下降。
③离子源：将导入的样品离子转化为离子，并使其具有一定的能量；
④质量分析器：依据不同方式将离子源中形成的离子按质荷比进行分离的装置；得到按质合比大小顺序排列的质谱图。
⑤离子检测器：接受分离的离子进行离子计数并转换成电压信号放大输出，经计算机采集和处理，得到按不同质荷比排列和对应离子丰度的质谱图。
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
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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
质谱仪的组成
（Mass Spectrometry, MS）
质谱仪的组成
质谱仪一般由进样系统、离子源、质量分析器、检测器和记录 系统等组成，还包括真空系统和自动控制数据处理等辅助设备。
进样系统
离子源
质量分析器
检测器
1.气体扩散 2.直接进样 3.色谱进样
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.场解析 5.快原子轰击
在电子轰击下，甲烷首先被电离： CH4+ →CH4+＋CH3+＋CH2+＋CH+＋C+＋H+
甲烷离子与分子进行反应，生成加合离子： CH4+＋CH4 →CH5+＋CH3 CH3+＋CH4 →C2H5+＋H2
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加合离子与样品分子反应：
CH5+ ＋M→MH+＋CH4 C2H5+ ＋M→MH+＋C2H4
Ez m υ 2 Re
Re
mυ2 Ez
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双聚焦质量分析器
将电场和磁场配合使用，当静电 分析器产生的能量色散和磁分析 器产生的能量色散，在数值上相 等，方向上相反时，离子经过这 两个分析器后，可以实现能量聚 焦，再加上磁分析器本身具有方 向聚焦作用，这样就实现了双聚 焦。
分辨率高，但体积大。
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2. 按离子化方式分类
电子轰击质谱（EI-MS），化学电离质谱（CI-MS）， 快原子轰击质谱仪（FAB-MS），电喷雾电离质谱仪 （ESI-MS）等。
3.按质量分析器分类
单聚焦质谱仪，双聚焦质谱仪，四极杆质谱仪，飞
行时间质谱仪，离子阱质谱仪，傅里叶变换质谱仪
等。
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质谱基础知识
成的质量与分子量相等的离子，M+。 碎片离子：由样品分子或分子离子发生
化学键断裂后形成的各种离子。
质谱图
质谱常用术语
母离子：可进一步电离产生更小碎片的 离子，与子离子对应。
子离子：由母离子裂解而来的小碎片离 子。
同位素离子：由样品中元素的同位素产 生的离子。如12C/13C=1.11
作用：将检测器检测到的电信号记录并 储存，同时控制各部分电子元件的操作 参数。
质谱仪结构组成 数据处理系统
质谱仪结构组成 真空系统
质谱仪结构组成 真空系统的作用
提供足够的平均自由程 提供无碰撞的离子轨道 减少离子-分子反应 减少背景干扰 延长灯丝寿命 消除放电 增加灵敏度
质量分析器类型 四极杆
质量分析器类型 离子阱
质量分析器类型 飞行时间
质量分析器类型 扇形磁场
质谱仪结构组成 检测器
作用：将通过质量分析器的离子转变成 电信号输出。
类型：直接测量；电子倍增器。
质谱仪结构组成 检测器
质谱仪结构组成 检测器
质谱仪结构组成 检测器
质谱仪结构组成 数据处理系统
高真空泵：油扩散泵或涡轮分子泵，将 真空抽到10-4——10-5 Pa。油扩散泵较 便宜，但会产生一定的本底，并可能造 成反油，污染离子源和质量分析器。涡 轮分子泵可以克服油扩散泵的缺点，但 价格较贵。
质谱仪结构组成 供电系统
作用：为系统提供能量，使仪器按照确 定的电磁参数正常运行。
质谱基础知识
离子源 结构与离子轨道
离子源
电子轰击电离方式
离子源
化学电离方式
离子源
化学电离方式
气相质谱仪原理及用途
气相质谱仪原理及用途气相质谱仪是一种广泛应用于化学、生物学和环境科学等领域的分析仪器。
它可以将复杂物质分解成单一的分子，进而得出每种分子的相对分子质量、结构和含量。
本文将介绍气相质谱仪的原理、结构和应用。
一、气相质谱仪的原理气相质谱仪将化合物分离和分析分为两个步骤，即气相色谱分离（Gas Chromatography，GC）和质谱分析（Mass Spectrometry，MS），分别分析溶液中的各种成分。
GC分离将混合物中的各种成分分开，并送入MS设备进行分析。
1.气相色谱分离（GC）GC是一种物理分离技术，它基于各成分在某一固定温度下在固定相中的不同分配行为，将混合物中各种化合物物质分离开来。
GC通常使用毛细管柱，将混合物注入进来，各种成分在柱中沿着固定相的不同速度进行分离。
GC分离的准确性和效率取决于柱的性能、温度和其它硬件参数。
2.质谱分析（MS）在GC未被完全分离的基础上，由相对流的不同物质逐一进入，被质量分析仪所脱离带电，产生各种质谱峰，质谱仪将这些质谱峰的相对质量测量出来，进而推断出样品中的各种成分。
质谱分析的准确性和效率取决于其质谱仪的性能和相关软件的性能。
二、气相质谱仪的结构气相质谱仪包含样品供应和处理装置、气相色谱分离装置、质谱分析装置、检测器和控制系统等五个主要组成部分。
1.样品供应和处理装置样品供应和处理装置通常由进样器和样品前处理模块组成。
进样器是将样品导入GC列之前的一个模块，因此它非常重要。
目前普遍使用的进样器有针式、热蒸汽及液体动态头式等。
样品前处理模块是对样品进行前处理的设备，旨在分离、浓缩和良好的制备样品液体带有针的GC进样。
样品前处理程序往往包括减压器、浓缩器、气化器、分离器、冷却器等。
2.气相色谱分离装置气相色谱分离装置是将混合物分离成各组分的主要手段。
主要包括样品注入口、色谱柱和梯度温控系统，其中色谱柱是最为重要的部分。
色谱柱的选择应明确所需分析度的大小，例：分析度只需要较粗略时可选择通用柱（5%-10%）；而分析度较高时（1%-5%）需要选择高效柱。
质谱的原理和仪器构造
单聚焦质量分析器 -- 使用扇形磁场。 双聚焦质量分析器 -- 使用扇形磁场及 扇形电场。 这二种质量分析器曾经是有机质谱的主 体，现仍在继续发挥重要作用。
工作原理：在离子源中形成的各种(正)离子都被加速电压加速，而获得动能：
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（ 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。
为提高仪器的分辨率，质量分析器除了采用一 个扇形磁场外，还加上一个扇形电场，静电分 析器(electrostatic analyser,ESR),又称静 电场，形成了双聚焦质量分析器。
静电场的作用：一束有一定能量分布的离子束，
经静电场的偏转后，离子按能量的大小顺次排
列。因此静电场可看作是一个能量分析器。静
公式3所描述的是理想情况。事实上，离子在 加速前，其动能并非绝对为零，而是在某一较 小的动能值之内有一个分别。同一质量的离子， 由于初始动能略有差别，加速后的速度也略有 差别，因此它们经静磁场偏转后不能准确地聚
焦于一点，也就是说静磁场具有能量色散作用。