质谱的原理和仪讲义器构造
质谱分析课件
质谱分析课件质谱分析课件质谱分析是一种基于质谱仪的分析技术，广泛应用于化学、生物、环境等领域。
它通过测量样品中离子的质量和相对丰度，获得样品的化学组成和结构信息。
本文将介绍质谱分析的基本原理、仪器构成以及应用领域。
一、基本原理质谱分析的基本原理是将样品中的分子或原子离子化，然后通过质谱仪对离子进行分析。
离子化的方法有多种，常见的有电子轰击离子源和化学离子源。
电子轰击离子源是利用高能电子轰击样品分子，使其电离形成离子；化学离子源是利用化学反应将样品分子转化为离子。
离子化后，离子被加速器加速，然后通过质量分析器进行分离和检测。
二、仪器构成质谱仪由离子源、质量分析器和检测器组成。
离子源负责将样品中的分子或原子离子化，常见的离子源有电子轰击离子源和化学离子源。
质量分析器负责对离子进行分离，常见的质量分析器有磁扇形质量分析器、四极质量分析器和飞行时间质量分析器等。
检测器负责检测离子的信号，并将信号转化为电信号输出。
三、应用领域质谱分析在化学、生物、环境等领域有着广泛的应用。
1. 化学领域质谱分析在化学领域中被广泛应用于物质的结构分析和组成分析。
通过质谱分析，可以确定有机物的分子结构和分子量，从而帮助化学家进行合成和鉴定。
此外，质谱分析还可以用于分析无机物和金属离子，有助于研究其性质和反应机理。
2. 生物领域质谱分析在生物领域中的应用非常广泛。
它可以用于蛋白质组学研究，通过质谱分析可以鉴定蛋白质的氨基酸序列和修饰，从而揭示蛋白质的功能和调控机制。
此外，质谱分析还可以用于代谢组学研究，通过分析代谢产物的质谱图谱，可以了解生物体内代谢途径的变化和代谢产物的积累情况。
3. 环境领域质谱分析在环境领域中被广泛应用于环境污染物的监测和分析。
通过质谱分析，可以对大气、水体和土壤中的有机污染物和无机污染物进行定性和定量分析，从而评估环境的污染程度和污染源。
此外，质谱分析还可以用于环境样品的溯源和污染物的迁移转化研究。
四、总结质谱分析是一种重要的分析技术，具有高灵敏度、高分辨率和高特异性等优点。
质谱仪的构造和工作原理
质谱仪的构造和工作原理
质谱仪是一种利用质谱原理进行分析和检测的仪器。
它通常由离子源、质量分析器和检测器三部分组成。
离子源用于将样品中的分子转化为带电的离子，质量分析器用于根据离子质量、电荷比和能量将离子分离并检测，检测器则用于对检测到的离子进行计数和记录。
质谱仪的工作原理是将样品原子或分子通过电离源产生带电离子，然后经过质量分析器进行分离并检测。
其中，离子源的类型有多种，如电子轰击离子源、化学电离源和光电离源等。
不同的离子源会对样品进行不同的离子化反应，因此在选择离子源时需要考虑样品性质和分析需求。
质量分析器是质谱仪最核心的部分，它可以将离子根据其质量、电荷比和能量进行分离。
常用的质量分析器有四极杆质谱仪、飞行时间质谱仪和离子阱质谱仪等。
每种质量分析器的工作原理不同，但都是根据离子在电场中的运动规律进行离子分离和检测。
检测器是质谱仪的最后一部分，它的作用是对分离和检测到的离子进行计数和记录。
常用的检测器有电子增强器、多道计数器和荧光屏等。
在选择检测器时需要考虑样品的离子强度和信噪比等因素。
总之，质谱仪是一种非常重要的分析仪器，它可以广泛应用于化学、生物、医学、环境等领域，为科学研究和产业发展提供了有力的支持。
- 1 -。
质谱分析原理ppt课件.ppt
CH2 CH2 CH2 CH2
CH2 CH2
CH2 CH2
CH3 CH3
43 H3C 29 H3C 15 CH3
CH2 CH2
CH2 CH2 CH3
CH2
CH2 CH2 CH2 CH3
CH2 CH2 CH2 CH2 CH3
三、α―断裂
BAZ
R CH2 OH R CH2 OR' R CH2 NR'2 R CH2 SR'
39 51 65 77
0
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140
CH2 CH2 CH2 CH3
CH2CH2CH3
m/z=134
m/z=39 HC
m/z=65 CH
HC
CH
CH2 m/z=91
m/z=91
H2 C
CH2 CH H CH3
CH2 HC
四极杆质量分离器
二、仪器与结构
三、联用仪器
仪器内部结构
联用仪器（ THE GC/MS PROCESS ）
1.0 DEG/MI
N
HEWLET 5972A PTACKAR D
Mass Selective Detector
Sample
DC AB
Sample
HEWLETT PACKARD
5890
Gas Chromatograph (GC)
BCD• + A +
B• + A +
ABCD+
CD• + AB +
A•+ B+
碎
片
D• + C + 离
质谱原理及使用课堂PPT
在灯丝和阳极之间加入约70V 电压，获得轰击能量为70eV的电 子束（一般分子中共价键电离电位 约10eV），它与进样系统引入气 体束发生碰撞而产生正离子。
36
正离子在第一加速电极和反射极间 的微小电位差作用下通过第一加速电极 狭缝，至质量分析器电极狭缝，而第一 加速极与第二加速极之间的高电位使正 离子获得其最后速度，经过狭缝进一步 准直后进入质量分析器。
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4．质量分析器
质谱仪的质量分析器位于离子源和检 测器之间，依据不同方式将样品离子按质 荷比m／z分开。质量分析器的主要类型 有：磁分析器、飞行时间分析器、四极滤 质器、离子捕获分析器和离子回旋共振分 析器等。随着微电子技术的发展，也可以 采用这些分析器的变型。
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（l）磁分析器 最常用的分析器类型之一就是扇
5
1 u1 12 (6.01 2.2 0 2 1 0 12 0 0 g 4 1 3 1C 0 2 C 2原 /0 m/1 m 子 o C 2l1 o C 2） l
=1.66054×10-24g/12C原子 =1.66054×10-27kg/12C原子
6
而在非精确测量物质的场合，常 采用原子核中所含质子和中子的总数 即质量数来表示质量的大小，其数值 等于其相对质量数的整数。
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（2）化学电离源 在质谱中可以获得样品的重要
电子轰击产生的M+峰，往往不存在 或其强度很低。必须采用比较温和 的电离方法，其中之一就是化学电 离法。
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化学电离法是通过离子——分 子反应来进行，而不是用强电子束 进行电离。离子（为区别于其它离 子，称为试剂离子）与试样分子按 下列方式进行反应，转移一个质子 给 试 样 或 由 试 样 移 去 一 个 H+ 或 电 子，试样则变成带+l电荷的离子。
质谱的原理和图谱的分析ppt课件
(4)快原子轰击(fast atom bombardment, FAB) • 用高能量的快速Ar原子束轰击样品分子(用液体基质 负载样品并涂敷在靶上，常用基质有甘油、间硝基苄 醇、二乙醇胺等),使之离子化。 • FAB灵敏度高，适用于对热不稳定、极性强的分子， 如肽、蛋白质、金属有机物等。 • 样品分子常以质子化的[M+H]+离子出现 • 基质分子会产生干扰峰。
高分辨质谱法
精确质量，与分辨率有关
※ 试误法
精确质量的尾数=0.007825y + 0.003074z -0.005085w
※ 查表法
H
N
O
Beynon and Lederbey 制作了高分辨质谱法数据表，
可查出对应于某精确质量的分子式。
※ 计算机处理
例：设 m/z 154为分子离子峰, 154-139=15, 合理
RI(M+2) / RI(M) ×100 = (1.1x）2 / 200 + 0.2w
■ 含硫的样品 32S : 33S : 34S = 100 : 0.8 :4.4
RI(M+1) / RI(M) ×100 = 1.1x + 0.37z+ 0.8S RI(M+2) / RI(M) ×100 = （1.1x）2 / 200 + 0.2w +4.4S
脉冲式激光
MALDI适用于生物大分 子，如肽类，核酸类化合物。 可得到分子离子峰，无明显 碎片峰。此电离方式特别适 合于飞行时间质谱计。
5、质谱图的组成
质谱图由横坐标、纵坐标和棒线组成。
横坐标标明离子质荷比（m/z）的数值，纵坐标标明各峰 的相对强度，棒线代表质荷比的离子。图谱中最强的一 个峰称为基峰，将它的强度定为100。
质谱的原理和仪器构造
1 2
mv2
被加速后的离子进入磁场，离子运动的方向和 磁力线垂直。在磁场中，运动的离子如同电流， 会与磁场产生相互作用力。离子受磁场的作用 力作圆周运动。离子所受的磁场作用力提供离 子作圆周运动的向心力。
Bzev=
mv2 r
公式4
式中：B – 磁场强度(洛伦磁力)
r - 离子的运动轨道半径； 合并上述两式，r 消= 去B1 v(,可2mze得V)1：/2
公式5
这样V加速电压为定值，通过B(磁场强度)的扫描，顺次记录 下各质荷比离子的强度，从而得到所有m/z离子的质谱图。
不同质量的离子具有不同的轨道半径，质量越大，其轨道半 径也越大。这意味着磁场有质量色散能力,可以单独用作质量 分析器。
改变加速电V(对应离子动能的变化)，离子的
轨道半径也发生变化。当仪器将离子的运动轨
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。
因质量相同而动能略有差别的离子不能聚焦在 一点，仪器的分辨率不是很高。
测定灵敏度的方法多种多样的，一般直接进样灵敏度的测 定方法是：在固定分辨本领的情况下，直接进入微克量级 的某种样品，看其分子离子峰的强度与噪声的比值，就是 信/噪比值，用 S/N 表示。噪声指基线的强度。
4. 质量精度
利用质谱仪定性分析时，质量精度是一个很重要的性能指 标。在低分辨质谱仪中，仪器的质量指示标尺精度不应低 于±0.4质量数。高分辨率质谱仪给出离子的精确质量，相 对精度一般在1-10ppm。
a,q值在稳定区内的离子产生稳定振荡，顺利通过四极 场到达检测器；a,q值在非稳定区的离子因产生不稳定 振荡而被电极中和。操作仪器时，变化参数有U、V、 ω三个。一般固定ω，a/q=U/V为常数对V进行扫描， 可使一组不同质量的离子先后进入稳定区而被检测。 a/q值越大(扫描成的斜率越大)，在扫描线上稳定区的 质量范围越窄，仪器的分辨率越高。
一般质谱仪结构与工作原理
⼀般质谱仪结构与⼯作原理质谱分析法主要是通过对样品的离⼦的质荷⽐的分析⽽实现对样品进⾏定性和定量的⼀种⽅法。
因此，质谱仪都必须有电离装置把样品电离为离⼦，有质量分析装置把不同质荷⽐的离⼦分开,经检测器检测之后可以得到样品的质谱图，由于有机样品,⽆机样品和同位素样品等具有不同形态、性质和不同的分析要求,所以，所⽤的电离装置、质量分析装置和检测装置有所不同。
但是，不管是哪种类型的质谱仪，其基本组成是相同的。
都包括离⼦源、质量分析器、检测器和真空系统。
本节主要介绍有机质谱仪的基本结构和⼯作原理。
离⼦源（Ion source） 离⼦源的作⽤是将欲分析样品电离，得到带有样品信息的离⼦。
质谱仪的离⼦源种类很多，现将主要的离⼦源介绍如下。
电⼦电离源(Electron Ionization EI)电⼦电离源⼜称EI源，是应⽤最为⼴泛的离⼦源，它主要⽤于挥发性样品的电离。
图9.1是电⼦电离源的原理图，由GC或直接进样杆进⼊的样品，以⽓体形式进⼊离⼦源，由灯丝F发出的电⼦与样品分⼦发⽣碰撞使样品分⼦电离。
⼀般情况下,灯丝F与接收极T之间的电压为70伏,所有的标准质谱图都是在70ev下做出的。
在70ev电⼦碰撞作⽤下,有机物分⼦可能被打掉⼀个电⼦形成分⼦离⼦，也可能会发⽣化学键的断裂形成碎⽚离⼦。
由分⼦离⼦可以确定化合物分⼦量,由碎⽚离⼦可以得到化合物的结构。
对于⼀些不稳定的化合物,在70ev的电⼦轰击下很难得到分⼦离⼦。
为了得到分⼦量，可以采⽤1020ev的电⼦能量，不过此时仪器灵敏度将⼤⼤降低，需要加⼤样品的进样量。
⽽且，得到的质谱图不再是标准质谱图。
离⼦源中进⾏的电离过程是很复杂的过程，有专门的理论对这些过程进⾏解释和描述。
在电⼦轰击下，样品分⼦可能有四种不同途径形成离⼦：样品分⼦被打掉⼀个电⼦形成分⼦离⼦。
分⼦离⼦进⼀步发⽣化学键断裂形成碎⽚离⼦。
分⼦离⼦发⽣结构重排形成重排离⼦。
通过分⼦离⼦反应⽣成加合离⼦。
质谱仪的工作原理(1)
质谱仪的工作原理（1）1. 发展史质谱仪最早于 1913年由汤姆孙的学生阿斯顿等人制成。
2. 应用质谱仪是根据带电粒子在磁场中偏转量的差异来区分不同粒子的仪器。
质谱仪最重要的应用是分离同位素并测定它们的原子质量及相对丰度，32以上的原子的精确质量是用质谱方法测定的。
质谱方法还可用于有机化学分析,特别是微量杂质分析,测量分子的分子量,为确定化合物的分子式和分子结构提供可靠的依据。
由于化合物有着像指纹一样的独特质谱,质谱仪也广泛应用于地质、石油、医学、环保、农业等领域。
一．模型一1.基本构造下图是质谱仪的原理图核心部分有：①离子发生器（带电粒子注入器/电离室）A ，②加速电场U ，③速度选择器，④偏转磁场/分离器，⑤显示装置（照相底片）D 。
具体问题中可能是加速电场和偏转磁场的组合也可能是速度选择器和偏转磁场的组合，也可能是三部分的组合。
2.工作原理如图所示,设飘入加速电场的带电粒子所带的电荷量+q ，质量为m ，加速电场两板间电压为U ，偏转磁场磁感应强度为B 。
（1）运动粒子的电性? 加速电场两极板S 1、S 2的正负？由偏转磁场中的偏转方向即受到的洛伦兹力的方向，结合v 的方向由左手定则判断粒子电性；进一步可判断两极板S1、S2的正负。
（2）粒子出加速电场时的速度大小？与哪些因素有关？ 解析：粒子飘入时，速度忽略不计，在加速电场中，由动能定理得221mv qU =，得m qU v 2= ① 【结论】：可知带电粒子获得的速度v 与加速电压U 及粒子的比荷m q 有关。
（3）粒子速度选择器：使具有相同速度的粒子进入偏转磁场由qE qvB =，得v 、E 、B 满足BE v =. （4）带电粒子进入偏转磁场中，轨迹的半径？与哪些因素有关？ 解析：在偏转磁场中，由牛顿第二定律得rv m qvB 2= 故轨道半径qB mv r =，将①带入可得q mU B r 21=② 【结论】： ⏹ 可见，在同一批次实验中，在同一电场U 中加速，在同一磁场B 中偏转，粒子的比荷mq 决定了轨迹变径；在磁场中半径越大的粒子，q m 越大，但质量不一定越大。
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精品jing
易水寒江雪敬奉
发展历史
1990 年代初英国学者 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。
1950 年代：高分辨率质谱仪出现，有机化合物结构分 析；
1960 年代末：色谱-质谱联用仪出现，有机混合物分 离分析；促进天然有机化合物结构分析的发展；
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。
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。
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：
r2
=
km/e
V H2
质谱方程式
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。
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。
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。
质谱分类
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 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 离子分开) 检测器 (检测各种质荷比的 离子) 数据处理系统。
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。
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 年代至 1970 年代：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 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。
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。
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。
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。 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。
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。