质谱仪原理与应用详解演示文稿
质谱的原理分析及应用
质谱的原理分析及应用一、质谱的基本原理质谱是一种用于分析化学样品的方法，通过对样品中分子的离子化、分子离子对的分裂和分子离子对的检测，得到样品中各种化学物质的质量-荷电比，从而可进行结构鉴定和定量分析。
质谱的基本原理包括以下几个方面：1.离子化：将样品中的分子经过加热或电离辐射等方式转化为电离态，通常是产生正离子或负离子。
2.质量分析：利用质谱仪对离子化的样品进行质量分析，根据离子的荷电比（m/z值），确定化合物的质量。
3.离子对的分裂：离子在磁场中根据其质荷比进行分裂，不同质荷比的离子离开基准轨道并分裂为多个离子。
4.离子检测：利用离子检测器对分裂后的离子进行检测，根据离子的信号强度和荷电比（m/z值），获得样品的质谱图谱。
二、质谱的应用质谱作为一种强大的分析工具，在许多领域得到广泛的应用。
以下是质谱在不同领域的应用：1. 化学分析•定性分析：通过对样品中化合物的质谱图谱进行解析，确定化合物的结构和组成。
•定量分析：利用质谱的灵敏度和选择性进行化合物的定量分析，如药物分析、环境监测等。
2. 生物医学•蛋白质组学：质谱可以用于蛋白质的组成和结构鉴定，研究蛋白质的功能和代谢。
•代谢组学：通过对生物样品的质谱分析，了解代谢产物的种类和含量，研究生物体的代谢过程和疾病机制。
3. 环境与食品安全监测•环境污染物检测：质谱可以用于检测土壤、水体、大气中的污染物，如重金属、农药等。
•食品安全监测：通过质谱分析，检测食品中的农药残留、重金属、食品添加剂等有害物质。
4. 新药研发•药物代谢动力学：通过质谱分析，研究药物在体内的代谢过程、代谢产物的结构和代谢动力学参数，为药物的临床应用提供依据。
•药物安全性评价：质谱可以用于检测药物代谢中的不良反应和代谢产物的毒性，评估药物的安全性。
三、质谱的发展趋势随着科技的进步和对更高分辨率、更高灵敏度的需求，质谱技术也在不断发展。
以下是质谱技术的发展趋势：1.高分辨质谱：发展高分辨质谱仪器，提高质谱的分辨率和信号强度，实现更精确的分析和鉴定。
质谱仪的原理应用
质谱仪的原理应用1. 质谱仪的基本原理质谱仪是一种用于分析物质的仪器，利用原子或分子的质量-电荷比（m/z）进行测量。
其基本原理包括以下几个步骤：•样品进样：样品通过进样系统进入质谱仪，通常采用气相、液相或固相进样方式。
不同样品介质需要选择对应的接口方式。
•样品离子化：样品进入离子源后，通过电子冲击、电离辐射或化学反应等方法将其转化为离子形式。
•质量分析：离子经过加速器加速后，进入质量分析器。
在质量分析器中，离子按照其质量-电荷比（m/z）被分离和分析。
•离子检测：分离后的离子通过离子检测器进行检测和计数，并得到相应的信号。
2. 质谱仪的应用领域质谱仪在许多领域都有广泛的应用。
下面列举几个常见的应用领域：•环境分析：质谱仪可以用于环境中有机物或无机物的检测与分析，例如空气中的污染物、水中的有害物质等。
通过对样品的离子化和质量分析，可以快速准确地检测出目标物。
•食品安全：质谱仪可以用于食品中农药残留、重金属等有害物质的检测。
通过对食品样品进行离子化和质量分析，可以确定食品中各种成分的含量，保证食品的安全性。
•药物研发：质谱仪在药物研发过程中起到重要作用，可以用于药物的结构鉴定、药代动力学研究、药物代谢等方面。
通过对药物样品进行质量分析，可以确定药物的分子结构和特性。
•生物医学：质谱仪在生物医学研究中也有广泛应用，可以用于蛋白质分析、基因组学研究、代谢组学研究等。
通过对生物样品进行质量分析，可以获取各种生物分子的信息，有助于疾病的诊断和治疗。
3. 质谱仪的发展趋势近年来，质谱仪技术不断发展，出现了许多新的应用和改进。
以下是质谱仪的发展趋势：•高灵敏度：质谱仪的灵敏度逐渐提高，可以检测到更低浓度的物质。
•高分辨率：质谱仪的分辨率也在不断提高，可以更准确地区分不同的离子。
•多种离子源：质谱仪中出现了许多新的离子源，适用于不同类型的样品。
•数据处理：质谱仪软件的发展也非常重要，可以对大量的质谱数据进行处理和分析，提高工作效率。
质谱仪的基本原理和操作步骤
质谱仪的基本原理和操作步骤引言：质谱仪是一种广泛应用于化学、生物、环境等领域的分析仪器。
它通过分析样品中分子或原子的质量和结构，提供了重要的数据。
本文将介绍质谱仪的基本原理和操作步骤。
一、质谱仪的原理：1. 电离：质谱仪中，样品首先被电离成带电粒子。
最常用的电离技术是电子轰击电离，即用高能电子轰击样品分子，使其失去电子而带电。
其他常用的电离技术还包括化学电离、光解电离等。
2. 分离：电离后，带电粒子会被引入质谱仪的分离部分。
分离的原理是基于粒子在电场或磁场中的分辨率。
常见的分离技术有时间飞行法和磁扇形法。
时间飞行法基于不同离子飞行时间的差异，将粒子分离。
磁扇形法则是通过施加磁场，使得离子在磁场中的轨迹受到影响，从而实现分离。
3. 检测：分离好的粒子通过检测器进行检测和信号采集。
检测器的种类有很多，最常用的是离子倍增器和光电离器。
它们能够接受质谱仪中离子的信号，并将其转化为电信号。
4. 数据处理：检测到的离子信号经过放大和处理，最终转化为质谱图。
质谱图显示了样品中各种离子的相对丰度和质量。
通过分析质谱图，可以确定样品组分并检测有害物质。
二、质谱仪的操作步骤：1. 准备样品：在进行质谱分析之前，需要准备样品。
样品通常是溶液或气体，要求无害、纯净且浓度适中。
2. 样品引入：样品可以通过气体色谱或液相色谱等分离技术引入质谱仪。
其中，气体色谱质谱联用技术最常用。
样品分子先通过气相色谱分离，再进入质谱仪进行质谱分析。
3. 设置参数：根据所检测的样品类型和目的，需要设置质谱仪的相关参数。
这些参数包括电子能量、离子进入质谱仪的速度、电场强度等。
合理设置这些参数可以提高分析结果的准确性和灵敏度。
4. 开始质谱分析：设置好参数后，开始质谱分析。
样品中的分子将被电离，然后进入质谱仪进行分离和检测。
此时，质谱仪会产生质谱图，并通过电脑进行数据处理和分析。
5. 结果解读：得到质谱图后，需要对其进行解读。
通过比对数据库中已有的质谱图，可以确定样品中的化合物组成；通过对谱峰的相对丰度进行分析，可以定量检测样品中各组分的含量。
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。
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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
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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
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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。
《质谱仪原理简介》课件
常见的质谱仪类型和特点
时间飞行质谱仪 四极杆质谱仪 离子阱质谱仪
通过飞行时间测量离子质量。 通过四极杆的电场和磁场对离子进行分离。 通过电场控制离子在离子阱内的运动。
质谱仪在科学研究中的重要性和发展前景
质谱仪在生物医学、材料科学、环境科学等领域的应用日益广泛，为科学研究和实际应用提供了关键数 据。随着技术的不断发展，质谱仪将进一步提高分析精度和便捷性，为科学家们带来更多的可能性。
《质谱仪原理简介》PPT 课件
质谱仪是一种用于分析样品中不同化学物质的仪器。通过质谱仪，可以获得 化学物质的分子量、结构和含量等信息，为科学研究和实际应用提供了重要 数据。
质谱仪的定义和作用
质谱仪是一种精密的科学仪器，用于分析和鉴定各种化学物质。它能够通过测量化学物质中的离子质量 和相对丰度来揭示样品的组成和性质。
进样系统
用于将样品引入质 谱仪。
电离源
将样品分子或原子 转化为带电离子。
质谱分析器
用于离子的分离和 侦测。
数据系统
用于处理和分析得 到的质谱数据。
质谱仪的应用领域
环境科学
用于污染物检测和监测。
食品安全
用于检测食品中的残留物和添加剂。
药物研发
用于分析药物的成分和结构。
化学分析
用于分析和鉴定化学物质。
质谱仪原理概述
1 电离
2 分离
Байду номын сангаас
将样品中的分子或原子转化为带电离子。
根据离子质荷比在磁场中进行分离。
3 侦测
测量不同离子的相对丰度。
质谱仪的工作原理
质谱仪通过一系列的步骤将样品中的分子或原子离子化，并在磁场中对离子 进行分离和侦测。这些步骤包括样品进样、电离、分离、侦测和信号处理等 过程。
质谱原理及应用.pptx
羧基
特征： a、脂肪羧酸的M峰一般可察出，最特征的峰为m/z=60峰，由McLafferty重排
裂解产生； b、芳香族羧酸的M峰相当强，M-17，M-45峰也较明显。
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羧酸酯
特征： a、直链一元羧酸酯的M峰通常可观察到，且随相对分子质量的增高（C6）而增加，
芳香羧酸酯的M峰较明显； b、羧酸酯羰基碳上的裂解有两种类型，其强峰（有时为基准峰）通常来源于此； c、由于McLafferty重排，甲酯可形成m/z=74,乙酯可形成m/z=88的基准峰； d、二元羧酸及其甲酯形成强的M峰，其强度随两个羧基的接近程度增大而减弱。二
• 酚和芳香醇的特征： a、和其他芳香化合物一样，酚和芳香醇的M峰很强，酚的M峰往往是它的基准峰； b、苯酚的M-1峰不强，而甲苯酚和苄醇的M-1峰很强，因为产生了稳定的鎓离子； c、自苯酚可失去CO 、HCO。
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卤化物
特征： a、脂肪族卤化物M峰不明显，芳香族的明显； b、氯化物和溴化物的同位素峰非常特征； c、卤化物质谱中通常有明显的X、M-X、M-HX、M-H2X峰和M-R峰。
M-58等峰。
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质谱的解析
• 确定分子离子峰和化合物分子量的测定 确定分子离子峰可能遇到的难题： 1、分子离子峰不稳定，在质谱上不出现。 芳香环（包括芳香杂环）>脂环>硫醚、硫酮>共轭烯、直链烷烃>酰胺>酮>醛>胺>
酯>醚>羧酸>枝链烃>伯醇>叔醇>缩醛（胺、醇化合物质谱中往往见不到分子离 子峰） 2、有时分子离子峰一产生就与其它离子或分子相碰撞而结合，变为质量数更大的络 合离子。
质谱仪的工作原理2
质谱仪的工作原理（2）二．模型二1. 一种质谱仪基本构造示意图如图核心部分有：加速电场U 、静电分析器、磁分析器和胶片。
2. 基本原理粒子从静止开始经加速电场加速后沿中心线通过静电分析器，由P 点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q 点。
不计粒子的重力。
设静电分析器通道中心线的半径为R ，通道内均匀辐射电场在中心线出的电场强度大小为E ，磁分析器有范围足够大的有界匀强磁场，磁感应强度大小为B 、方向垂直纸面向外。
（1）粒子电性？解析：在偏转磁场中，由偏转方向根据左手定则判断。
若为如图所示磁场方向，粒子向左偏转，粒子应带正电。
（2）能从静电分析器中心线通过的离子速度v ？解析：根据牛顿第二定律有 R mv qE 2=，可得m qER v = ①（3）加速电场电压？解析：根据动能定理有 221mv qU =，与①联立，可得ER U 21=② 【结论】：加速电场电压大小与入射粒子电荷量和质量无关，与E 、R 匹配。
（4）粒子在磁分析器中做匀速圆周运动的半径r ？直径PQ ？解析：根据牛顿第二定律 r mv qvB 2=，与①联立，解得q mER B r 1=，q mER B r PQ 22==。
【结论】： 粒子从静止开始经上述过程落在胶片上的位置与粒子比荷m q 有关，直径PQ 越大，比荷mq 越小，但质量不一定越大。
若一群粒子落于同一点，则它们具有相同的比荷。
三．模型三一种质谱仪的示意图如图1.核心部分有：速度选择器、静电分析器、磁分析器和胶片。
2.基本原理 若速度选择器中电场强度大小为1E ，磁感应强度大小为1B 、方向垂直纸面向里，静电分析器通道中心线为41圆弧，圆弧的半径（OP ）为R ，通道内有均匀辐向分布的电场，在中心线处的电场强度大小为B 、方向垂直于纸面向外。
一带电粒子以速度v 沿直线经过速度选择器后沿中心线通过静电分析器，由P 点垂直边界进入磁分析器，最终打到胶片上的Q 点，不计粒子重力。
液相色谱-质谱联用仪的原理及应用PPT演示课件
来源于自然界中 同位素
m/z
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质谱中的离子
分子离子： 它
样品分子失去一个电子而形成的单电荷离子， 代表样品的分子量。
准分子离子： 确
指与分子存在简单关系的离子，通过它也可以 定分子量。液质中最常见的准分子离子峰是 [M+H]+，[M-H] – ，[M+Na]+等。
碎片离子：
分子离子或准分子离子裂解生成碎片离子，碎 片离子还可能进一步裂解成质量更小的碎片离 子，碎片离子是解析质谱图，推断分子结构的 重要信息。
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大气压化学电离源 APCI
APCI源原理：喷嘴下游放置一个针状放电电极，进行高压放电， 使空气中某些中性分子电离，产生H3O+，N2+，O2+ 和O+ 等离子， 溶剂分子也会被电离，这些离子与样品分子进行离子-分子反应， 使样品分子离子化。
特点： 属于“软”电离方式，适 于分析质量数小于2000u的 弱极性小分子化合物。 只产生单电荷离子，主要 是准分子离子，很少有碎片 离子。 主要应用于液相色谱-质 谱联用仪。
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移动带技术 MB
MB： 是在LC柱后增加一个传送带，柱后流出物滴落 在传送带上，经红外线加热除去大部分溶剂后进 入真空室，传送带依据流动相的组成调整移动速 度。
优点：基于溶剂和样品的沸点差别进行分离，可被用于 大部分有机物的质谱分析。
缺点：不适于分析高沸点、难挥发的化合物； 离子化效率低； 灵敏度低； 移动带上残存的难挥发物质易造成记忆效应而干 扰分析。
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四极杆质量分析器
传统的四极杆质量分析器是由四根笔直的棒状电极与轴线平行并 等距离的置悬着构成，棒的理想表面为双曲面。在一定DC/VC作 用下，只有m/z满足一定要求的离子才能通过四极杆到达检测器， 其他离子被滤掉。
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3. 质量稳定性主要是指仪器在工作时质量稳定的情况
质量稳定性，通常用一定时间内质量漂移的质量单位来 表示。例如某仪器的质量稳定性为：0.1amu/12hr，意 思是该仪器在12小时之内，质量漂移不超过0.1amu。
方向聚焦； 相同质荷比，入射方向不同的离子会聚；
（四）检测器(Detecter)
质量分析器分离并加以聚焦的离子束，按m/z的
大小依次通过狭缝，到达收集器，信号经接收放大 后被记录。
质谱仪的检测主要使用电子倍增器，也有的使 用光电倍增管。
特点： 质谱不属波谱范围 质谱图与电磁波的波长和分子内某种物理量的改变无关 质谱是分子离子及碎片离子的质量与其相对强度的谱, 谱图 与分子结构有关 质谱法进样量少, 灵敏度高, 分析速度快 质谱是唯一可以给出分子量, 确定分子式的方法, 而分子式的 确定对化合物的结构鉴定是至关重要的。
峰能够分开来，从而知 道是两个峰而不是一个
2. 质量范围：指质谱计所检测的单电荷离子的质核比范围
不同仪器： 四极杆 1~600Da，1~4000Da， 磁质谱：1~10000Da 飞行时间质谱：无上限 离子阱质谱：1~2000Da，1~4000Da
不同要求：气体分析， 1~300Da 气相色谱质谱， 1~600Da，800Da 有机质谱， 1~2000Da 生物分子， 1~10000Da或更大
(M-R1)+ Mass Spectrometer
(M-R3)+
M+
（三）质量分析器（Mass analyzer ）
将带电离子根据其质荷比加以分离
① 单/双聚焦磁场质量分析器； ② 四极杆质量分析器； ③ 离子阱质量分析器； ④ 飞行时间质量分析器；
1 单聚焦磁场分析器
相同m/z的离子，速度相同，色散角不同，经磁场偏转后，会重 新聚在一点上。即静磁场具有方向聚焦，称之单聚焦。
电离装置把样品电离为离子 质量分析装置把不同质荷比的离子分开 经检测器检测之后得到样品的质谱图
质荷比:离子质量与所带电荷 数之比，用m/z或m/e表示
三、质谱仪分类
质谱
同位素质谱
无机质谱
有机质谱
生物质谱
结构鉴定、定量分析
生命、医学、 环境、地球 农业科学
化学、化工
药学、毒物 学、刑侦
二、质谱仪基本结构
质谱仪原理与应用详解演示文稿
优选质谱仪原理与应用
一、质谱工作原理 质谱：称量离子质量的特殊天平。
质谱分析法：通过制备、分离、检测气相离子来鉴 定化合物的一种技术。（就是通过测定被测样品离子 的质荷比来获得物质分子量的一种分析方法）
而把化合物分子用一定方式裂解后生成的各种离子， 按其质量大小排列而成的图谱称为质谱。
（一）进样系统（Sample Introduction）
要求： 大气压下的样品在不破坏真空度的情况下，
使样品进入离子源 方式： 直接进样
色谱进样（气相色谱及液相色谱）
（二 ） 离子源（Ion Source）
功能： 将进样系统引入的气态样品分子转化成离子；
电离方法： 1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.激光
四、质谱仪性能指标
1.分辨率（R）：是质谱计分开相邻两离子质量的能力。
m1 m2
A: 未分开 分辨差
B:部分分开 分辨较差
C:全分开 分辨达到要求
分辨率：是两峰间的峰 谷为峰高的10%时的测 定值，即两峰各以5% 的高度重叠。
若两个相邻峰的 峰谷低于峰高的 10%，则认为是 分开的。
高Hale Waihona Puke 分辨本领 保证两个靠得很近的1. 电子电离源(Electron Ionization EI)
• 是应用最普遍，发展最成
熟的电离方法。
• 标准质谱图基本都是采用
EI源得到的。
M molecule
M+eM+•+2e
e
M
+e
molecular ion electron a radical cation
Fragments
(M-R2)+
进样系统
真空系统
离子源
质量分析器
检测器
1.直接进样 2. 色谱
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.激光
1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间 4.四极杆
数据处理
真空系统
为了获得离子的良好分离和分析效果，避免离子损失，凡有样 品分子及离子存在和通过的地方，必须处于真空状态。 离子源和质量分析器的压力在 10–4 ~ 10–6 Pa 大量氧会烧坏离子源的灯丝； 用作加速离子的几千伏高压会引起放电； 引起额外的离子－分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。