质谱分析原理及质谱仪一
化学分析中的质谱法
化学分析中的质谱法质谱法是一种在化学分析中常用的手段。
该方法通过对样品分子进行离子化和分离，然后测定质荷比（即质量与电荷的比值），从而获得样品的质谱图。
质谱法在化学分析中具有广泛的应用，如有机化合物结构的鉴定、定量分析、药物代谢研究、环境监测等。
一、质谱法的原理质谱法的原理基于离子在磁场中运动所受到的力受质量和电荷的影响，不同质荷比的离子在磁场中呈现出不同轨道。
质谱仪利用这一特性，将样品分子先转化为离子，再通过加速器和质谱分析仪进行离子排序和分离，最终形成质谱图。
二、质谱仪的组成质谱仪通常由四个主要组件组成，包括样品处理系统、加速器、质谱分析系统和数据处理系统。
1. 样品处理系统样品处理系统用于将待分析的样品分子转化为离子。
常用的方法包括电离法（如电子轰击电离、化学电离、光电离等）和中性气体反应离子源（NGRI）。
2. 加速器加速器用于给质谱仪中产生的离子加速，使其在磁场中能够形成稳定的轨道。
常用的加速器包括电场加速器、气体动力学加速器等。
3. 质谱分析系统质谱分析系统是质谱仪中最重要的部分，用于对离子进行分离和测量。
其中，质谱分析器根据质荷比的不同而采用不同的分析方法，如质谱仪、四级杆质谱仪、飞行时间质谱仪等。
4. 数据处理系统数据处理系统用于处理并解析质谱图数据。
常用的方法包括质谱图的峰定量、峰识别和质谱图的解释。
三、质谱法的应用1. 有机化合物结构的鉴定质谱法可通过对有机化合物的质谱图进行解析，确定化合物的分子式、分子量、官能团以及结构。
这对于有机化学的研究和有机化合物的合成具有重要意义。
2. 定量分析质谱法作为一种高灵敏度的分析方法，在定量分析中有重要应用。
利用标准曲线和内标法，可以准确地确定样品中目标物质的含量。
3. 药物代谢研究质谱法可以用于药物代谢研究中，通过分析药物在体内代谢产物的质谱图，了解药物代谢途径、代谢产物结构以及代谢动力学参数。
4. 环境监测质谱法在环境监测中也有广泛应用。
质谱仪工作原理
质谱仪工作原理质谱仪是一种用于分析物质成分和结构的仪器，其工作原理基于物质的离子化、分离和检测。
质谱仪在化学、生物、环境科学等领域都有着广泛的应用，能够提供高灵敏度和高分辨率的分析结果。
下面将详细介绍质谱仪的工作原理。
1. 离子化质谱仪的工作原理首先涉及到样品的离子化过程。
当样品进入质谱仪后，通常会通过不同的方法将其离子化。
常见的离子化方法包括电子轰击离子化、化学离子化和光解离子化等。
其中，电子轰击离子化是最常用的方法之一。
在电子轰击离子化过程中，样品分子受到高能电子的轰击，从而失去一个或多个电子，形成正离子和负离子。
离子化过程是质谱分析的第一步，其目的是将样品转化为可进行后续分析的离子态。
2. 分离离子化后的样品离子会进入质谱仪的分析区域，进行分离和筛选。
质谱仪通常采用质量分析器对离子进行分离，常见的质谱分析器包括飞行时间质谱仪、四极杆质谱仪和离子阱质谱仪等。
这些质谱分析器能够根据离子的质量-电荷比（m/z）比例进行分离，从而实现对不同离子的筛选和分离。
分离过程是质谱分析的关键步骤，它能够有效地将复杂的混合物分离成单一的离子，为后续的检测和分析提供了基础。
3. 检测经过分离的离子将被送入检测器进行检测。
检测器通常采用电子增强器和质子检测器等，能够将离子转化为电信号进行检测。
检测器会根据离子的数量和质量进行检测和记录，从而得到离子的质谱图谱。
质谱图谱是质谱分析的结果，能够提供样品的成分和结构信息。
通过对质谱图谱的分析，可以确定样品的分子量、成分和结构等重要信息。
综上所述，质谱仪的工作原理主要包括离子化、分离和检测三个步骤。
离子化将样品转化为离子态，分离将离子按照质量-电荷比进行分离，检测器将离子转化为电信号进行检测。
质谱仪能够提供高灵敏度和高分辨率的分析结果，广泛应用于化学、生物、环境科学等领域。
希望通过本文的介绍，读者能够更加深入地了解质谱仪的工作原理及其在科学研究中的重要作用。
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。
第十五章 质谱法(一)
记录质荷比 m1 m2
m﹡
m1 m2
m﹡
特点（1）峰弱，约为m1峰的1－3％ 特点（ 峰弱，约为m 峰的1 峰钝,可跨2 （2）峰钝,可跨2－5个质量单位 （3）质荷比一般不是正整数 可用于确定离子的“子母” （4）可用于确定离子的“子母”关
m/z
系
例：对氨基茴香醚在m/z94.8和59.2二个亚稳峰
R2 C R1 O
丢失最大烃基原则： 丢失最大烃基原则： α―裂解 裂解——丢失最 丢失最 大烃基的可能性最大 R1＞R2
ex2:
异裂
R2
C
O
+ R1
ex3:
O C CH3
α裂解
C O CH3
（2） β 裂解 ）
H H3CH2C O CH2CH2 CH2CH3 H3CH2C O CH CH2 CH2CH3
71 H3C 57 H3C 43 H3C 29 H3C 15 CH3
CH2 CH2 CH2 CH2
CH2 CH2 CH2 CH2
CH2 CH2 CH2
CH2
CH2
ex:
H3C CH2 CH2
H
H C CH3
OH
H3C CH2 CH2 H C OH CH3 m/z=45(2 CH2 C OH m/z=73(M-15) C OH
1．大量氧会烧坏离子源的灯丝； 2．用作加速离子的几千伏高压会引起放电； 3．引起额外的离子－分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。
M e M → 中性分子＋碎片离子 → +
正离子 负离子
特点： 特点： 灵敏度高（ ①灵敏度高（10-11g）； ）； ②分析速度快 1~几秒 几秒 测定对象广。 ③测定对象广。 用途： 用途： ①求精确分子量 ②鉴定化合物 ③推断结构 ④测Cl、Br等原子数 、 等原子数 ⑤与色谱联用进行定量分析
质谱分析的原理
质谱分析的原理质谱分析是一种广泛应用于化学、生物、环境等领域的分析技术，它通过测定化合物的分子质量和结构，来揭示样品中化合物的成分和结构信息。
质谱分析的原理主要包括样品的离子化、质谱仪的质谱扫描和质谱图的解析三个方面。
首先，样品的离子化是质谱分析的第一步。
在质谱分析中，样品通常需要先进行离子化处理，将其转化为带电离子。
这通常通过电离源来实现，电离源可以是电子轰击电离、化学电离或者光解电离等方式。
离子化后的样品离子会被加速器加速，形成一束离子流，然后进入质谱仪进行下一步的分析。
其次，质谱仪的质谱扫描是质谱分析的核心步骤。
质谱扫描是指质谱仪对进入的离子流进行分析，测定其质荷比。
质谱仪通常包括质子化区、分析区和检测器。
在质子化区，离子流会被进一步加速和聚焦，然后进入分析区。
在分析区，离子流会受到磁场和电场的作用，不同质荷比的离子会受到不同的力，从而形成质谱图。
最后，质谱图会被送入检测器进行检测和记录。
最后，质谱图的解析是质谱分析的最终步骤。
质谱图是质谱分析的结果，它通过记录离子流的质荷比和强度，来反映样品中不同化合物的质谱特征。
质谱图的解析需要借助计算机和质谱数据库等工具，通过比对已知化合物的质谱数据，来识别出样品中的化合物成分和结构信息。
总的来说，质谱分析的原理包括样品的离子化、质谱仪的质谱扫描和质谱图的解析三个方面。
通过这些步骤，质谱分析可以准确、快速地揭示样品中的化合物成分和结构信息，为化学、生物、环境等领域的研究和应用提供重要的分析手段。
质谱仪原理及应用 质谱仪操作规程
质谱仪原理及应用质谱仪操作规程质谱仪原理及应用质谱仪又称质谱计（massspectrometer）。
进行质谱分析的仪器，即依据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分别和质谱仪原理及应用质谱仪又称质谱计（massspectrometer）。
进行质谱分析的仪器，即依据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分别和检测物质构成的一类仪器。
质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心。
离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。
电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。
它们在加速电场作用下取得具有相同能量的平均动能而进入质量分析器。
质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子，按质荷比m/z大小分别的装置。
分别后的离子依次进入离子检测器，采集放大离子信号，经计算机处理，绘制成质谱图。
离子源、质量分析器和离子检测器都各有多种类型。
质谱仪按应用范围分为同位素养谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪；按辨别本领分为高辨别、中辨别和低辨别质谱仪；按工作原理分为静态仪器和动态仪器。
分别和检测不同同位素的仪器。
仪器的紧要装置放在真空中。
将物质气化、电离成离子束，经电压加速和聚焦，然后通过磁场电场区，不同质量的离子受到磁场电场的偏转不同，聚焦在不同的位置，从而获得不同同位素的质量谱。
质谱方法*早于1913年由J.J.汤姆孙确定，以后经 F.W.阿斯顿等人改进完善。
现代质谱仪经过不断改进，仍旧利用电磁学原理，使离子束按荷质比分别。
质谱仪的性能指标是它的辨别率，假如质谱仪恰能辨别质量m和m＋Δm，辨别率定义为m／Δm。
现代质谱仪的辨别率达105～106量级，可测量原子质量精准明确到小数点后7位数字。
质谱仪*紧要的应用是分别同位素并测定它们的原子质量及相对丰度。
测定原子质量的精度超过化学测量方法，大约2／3以上的原子的精准明确质量是用质谱方法测定的。
质谱分析原理
质谱分析原理
质谱分析是一种常用的分析技术，用于确定样品中未知化合物的结构和组成。
其原理是利用样品中化合物分子的转化为气态离子，并通过粒子加速器的作用将这些离子分离开来，然后利用质谱仪分离、检测和记录这些离子。
以下是质谱分析的原理和步骤。
1.样品制备：将待分析的样品转化为气体态或溶解在溶剂中。
这可以通过挥发性的方法使其转化为气体，或通过溶解和稀释使其溶解在溶剂中。
2.电离：将样品中的分子转化为气态离子。
常用的电离方法包
括电子轰击、化学电离和电喷雾。
3.质量分析：通过质谱仪分离和分析产生的离子。
质谱仪通常
包括离子源、分离装置和检测器。
离子源将离子引入仪器中，分离装置利用离子质量-荷质比的差异，分离不同质量的离子，最后检测器检测并记录这些离子。
4.数据分析：对质谱数据进行解读和分析。
根据离子的比例、
峰形和峰的位置，可以确定物质的质量、分子结构和相对丰度。
质谱分析的原理基于质量-荷质比的概念，即离子的质量与其
电荷之比。
通过质谱仪的分离装置，可以根据离子在磁场中的运动轨迹的不同，将离子按质量分离开来。
而不同化合物的分子在电离过程中会生成不同的离子，这样就可以根据离子的质量和相对丰度来确定样品中的化合物种类和含量。
质谱分析在许多领域都有广泛的应用，如医药、环境监测、食品安全等。
它可以提供高灵敏度、高分辨率和快速的结果，对于复杂样品的分析具有独特的优势。
因此，质谱分析在科学研究和实际应用中发挥着重要作用。
质谱分析仪原理
质谱分析仪原理
质谱分析仪是一种重要的分析仪器，它基于质谱技术，可以用于检测和分析样品中的化学成分。
质谱分析仪原理主要包括样品的进样、电离、分离、检测和数据分析等几个步骤。
首先，样品被进样器引入质谱仪中，通常采用气相色谱、液相色谱或直接进样的方式。
然后，样品中的物质被电离器中的电子束或激光束击中，使物质失去部分或全部电子，生成带正电荷的离子。
接下来，离子会通过质谱分析仪中的质量过滤器或质量分析器进行分离。
最常用的质量过滤器是质子化子飞行时间法（TOF）和四极杆法。
四极杆法利用离子在电场、磁场中的轨迹运动特性，按质量进行分离和筛选。
在离子分离后，离子会被引导到离子检测器中进行检测。
离子检测器通常采用多种技术，如电子倍增器、离子对撞器、荧光屏和测量器等。
这些器件可以检测到离子的数量和离子种类，并将其转化为电信号。
最后，质谱仪的数据系统会将电信号转化为质谱图。
质谱图能够显示不同质量的离子相对于离子丰度的分布情况。
利用质谱图，可以确定样品中存在的化合物的种类、质量和相对丰度信息。
总的来说，质谱分析仪原理是基于离子电离、分离、检测和数
据分析等步骤完成的。
通过这些步骤，质谱分析仪能够精确、快速地检测和分析样品中的化学成分，具有广泛的应用价值。
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3)应用更广泛。
c) 色谱进样：利用气相和液相色谱的分离能力，进 行多组份复杂混合物分析。
3. 电离源(室) 将引入的样品转化成为碎片离子的装置。
根据样品离子化方式通常可将电离源分为： 气相源：先蒸发再激发，适于沸点低于 500oC、对热稳定的样品的离子
化，包 括电子轰击源、化学电离源、场电离源、火花源；
解吸源：固态或液态样品不需要挥发而直接被转化为气相，适用于分子 量高达105的非挥发性或热不稳定性样品的离子化。包括场解吸源、快 原子轰 击源、激光解吸源、离子喷雾源和热喷雾离子源等。 根据电离源能量高低，通常可将电离源分为 硬源：离子化能量高，伴有化学键的断裂，谱图复杂，可得到分子官能 团的信 息；
m R W0.05
其中W0.05表示峰高5%处的峰宽。 R与离子通道半径r、加速器和收集器狭缝宽度、 离子源的性质和质量等因素有关。
三、仪器组成 按质量分析器(或者磁场种类)可分为静态仪器和 动态仪器，即稳定磁场（单聚焦及双聚焦质谱仪）
和变化磁场（飞行时间和四极杆质谱仪）。
MS仪器：
进样系统
电离源
2. 进样系统 对进样系统的要求：重复性、不引起真空度降低。 进样方式：
a) 间歇式进样：适于气体、沸点低易挥发的液体、中等
蒸汽压固体。注入样品 (10-100g)— 贮样器 (0.5L-3L)— 抽真空(10-2 Torr)并加热—样品蒸汽(压力梯度)—漏隙—
高真空离子源
1.3-0.13Pa
b) 直接探针进样：高沸点液体及固体 探针杆通常是一根规格为25cm6mm i.d.，末端 有一装样品的黄金杯(坩埚)，将探针杆通过真空闭锁 系统引入样品，如图所示。 优点： 1)引入样品量小，样品蒸 汽压可以很低； 2)可以分析复杂有机物；
二、质谱仪的分辨率
指质谱仪分辨相邻质量数离子的能力。定义为：两 个相等强度的相邻峰(质量分别为m1和m2)，当两峰间的峰 谷不大于峰高的10%时，则可认为两峰已分开，其分辨率 R为：
m1 m1 R m2 m1 m
可见在质量数小时，分辨率亦较小。
实际工作中很难找到上述两相等的峰，常以 下式表示：
特点：使用最广泛，谱库最完整； 电离效率高；结构简单，操作方便； 但分子离子峰强度较弱或不出现(因 电离能量最高)。
EI
b) 化学电离源(Chemical Ionization, CI)
作用过程：
样品分子在承受电子轰击前，被一种反应气 (通常是甲烷 )稀释，稀释比 例约为103:1，因此样品分子与电子的碰撞几率极小，所生成的样品分子离子 主要由反应气分子组成。 CH4 CH 4 e CH 4 2e CH 5 CH 3
GC-MS-MS，ICP-MS等正发挥重要作用。
应用
质谱是应用最为广泛的化合物结构分析方法之一，
它可以为我们提供以下信息：
a) 样品元素组成； b) 无机、有机及生物分子的结构---结构不同，分子或原 子碎片不同(质荷比不同) c) 复杂混合物的定性定量分析---与色谱方法联用(GCMS，LC-MS)； d) 固体表面结构和组成分析---激光烧蚀等离子体---质谱 联用；样品中原子的同位素比。
CH4 CH 4 CH H C H 3 2 5 H2
进入电离源的分子 R-CH3大部分与CH5+碰撞产生 (M+1)+离子；小部分与 C2H5+ 反应，生成(M-1)+离子：
CH 5 MH CH 4 MH 2 (M 1离离子 C2 H 5 MH C2 H 6 M (M 1离离子
第16章
质谱法
(Mass Spectrometry, MS)
16.1 质谱分析原理及质谱仪
一、基本原理概述 二、质谱仪性能指标 三、仪器组成 16.2 质谱图及其应用 一、质谱图 二、质谱峰类型
三、质谱定性分析
四、质谱定量分析
发展历史：
1813年：Thomson使用MS报道了Ne是由22Ne和24Ne两种
质量分析器
真空系统
检测系统
1. 真空系统
如图所示，质谱仪中所有部分均要处高度真空的条件下
(10-4-10-6Torr), 其作用是减少离子碰撞损失。真空度过 低，将会引起：
a）大量氧会烧坏离子源灯丝；
b）引起其它分子离子反应，使质谱图复杂化；
c）用作加速离子的几千伏高压会引起放电；
d）干扰离子源正常调节。
16.1 质谱分析原理及质谱仪 一、基本原理概述 质谱分析是将样品转化为运动的带电气态离子，于磁 场中按质荷比(m/z)大小分离并记录的分析方法。
其过程为可简单描述为：
离子源 轰击样品 带电荷的 碎片离子 电场加速(zeU) 获得动能 (1/2mV2) 磁场分离 (m/z) 检测器记录
其中，z为电荷数，e为电子电荷，U为加速电压，m为碎片质量，V为电子运 动速度。
同位素组成；随后，同位素分析开始发展
20世纪40年代初：开始将MS用于石油工业中烃的分析， 并大大缩短了分析时间
20世纪50年代初：质谱仪器开始商品化，广泛用于各
类有机物的结构分析。同时质谱方法与NMR、 IR等方法结合成为分子结构分析最有效的手段
20世纪80年代：非挥发性或热不稳定分子的分析进 一步促进了MS的发展； 20世纪90年代：由于生物分析的需要，一些新的离 子化方法得到快速发展； 目 前 一 些 仪 器 联 用 技 术 如 GC-MS ， HPLC-MS ，
软源：离子化能量低，产生的碎片少，谱图简单，可得到分子量信息。
因此，可据分子电离所需能量不同可选择不同电离源。
a) 电子轰击源(Electron Bomb Ionization，EI)
作用过程： 采用高速(高能)电子束冲击样品，从而产生电 子和分子离子M+，M+继续受到电子轰击而引起化 学键的断裂或分子重排，瞬间产生多种离子。 水平方向：灯丝与阳极间 (70V 电压 )— 高能电子 —冲击样品—正离子 垂直方向：G3-G4加速电极(低电压)---较小动能--狭缝准直G4-G5加速电极(高电压)---较高动能---狭 缝进一步准直--离子进入质量分析器。