質(zhì)譜儀組成PPT課件

1、1質(zhì)譜儀的組成質(zhì)譜儀的組成進樣系統(tǒng)進樣系統(tǒng)離子源離子源質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器檢測器檢測器1.氣體擴散氣體擴散2.直接進樣直接進樣3.色譜進樣色譜進樣1.電子轟擊電子轟擊2.化學電離化學電離3.場致電離場致電離4.場解析場解析5.快原子轟擊快原子轟擊1.單聚焦單聚焦 2.雙聚焦雙聚焦 3.四級桿四級桿4.離子肼離子肼5.飛行時間飛行時間 1.電子倍增器電子倍增器 2.閃爍檢測器閃爍檢測器 3.法拉第杯法拉第杯4.照相檢測照相檢測p質(zhì)譜儀一般由進樣系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器、檢測器和記錄系統(tǒng)等組成，還包質(zhì)譜儀一般由進樣系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器、檢測器和記錄系統(tǒng)等組成，還包括真空系統(tǒng)和自動控制數(shù)據(jù)處理等

2、輔助設備。括真空系統(tǒng)和自動控制數(shù)據(jù)處理等輔助設備。第1頁/共29頁2一、真空系統(tǒng)一、真空系統(tǒng)P質(zhì)譜儀的離子產(chǎn)生及經(jīng)過系統(tǒng)必須處于高真空狀態(tài)質(zhì)譜儀的離子產(chǎn)生及經(jīng)過系統(tǒng)必須處于高真空狀態(tài) 離子源：離子源：1.310-4 1.310-5 Pa 質(zhì)量分析器： 1.310-6 PaP如果真空度過低，則：大量氧會燒壞離子源的燈絲；大量氧會燒壞離子源的燈絲；會使本底增高，干擾質(zhì)譜圖；會使本底增高，干擾質(zhì)譜圖；引起額外的離子引起額外的離子-分子反應，改變裂解模型，使質(zhì)譜解析復雜化；分子反應，改變裂解模型，使質(zhì)譜解析復雜化；干擾離子源中電子束的正常調(diào)節(jié)；干擾離子源中電子束的正常調(diào)節(jié)；用作加速離子的幾千伏高壓會引

3、起放電等。用作加速離子的幾千伏高壓會引起放電等。第2頁/共29頁3二、進樣系統(tǒng)二、進樣系統(tǒng) 對進樣系統(tǒng)的要求：重復性、不引對進樣系統(tǒng)的要求：重復性、不引起真空度降低。起真空度降低。 進樣方式：進樣方式： 氣體擴散進樣氣體擴散進樣 直接探針進樣直接探針進樣 色譜進樣色譜進樣第3頁/共29頁4三、離子源三、離子源p離子源的作用是將被分析的樣品分子電離成帶電的離子，并使這些離子在離子光學離子源的作用是將被分析的樣品分子電離成帶電的離子，并使這些離子在離子光學系統(tǒng)的作用下，會聚成有一定幾何形狀和一定能量的離子束，然后進入質(zhì)量分析器系統(tǒng)的作用下，會聚成有一定幾何形狀和一定能量的離子束，然后進入質(zhì)量分析器

4、被分離。被分離。p常用離子源：電子轟擊電離源（常用離子源：電子轟擊電離源（EI）、化學電離源（）、化學電離源（CI）、場致電離源（）、場致電離源（FI）、）、場解析電離源（場解析電離源（FD）、快原子轟擊電離源（）、快原子轟擊電離源（FAB）、激光解析電離源（）、激光解析電離源（LD）、電）、電噴霧電離源（噴霧電離源（ESI）等。）等。 硬源：離子化能量高，伴有化學鍵的斷裂，譜圖復雜，可得到硬源：離子化能量高，伴有化學鍵的斷裂，譜圖復雜，可得到 分子官能團的信息；分子官能團的信息； 軟源：離子化能量低，產(chǎn)生的碎片少，譜圖簡單，可得到分子軟源：離子化能量低，產(chǎn)生的碎片少，譜圖簡單，可得到分子 離

5、子峰，即得到分子量信息。離子峰，即得到分子量信息。第4頁/共29頁51. 電子轟擊電離源（電子轟擊電離源（EI）p采用高速采用高速(高能高能)電子束沖擊樣品，從而產(chǎn)生電子束沖擊樣品，從而產(chǎn)生電子和分子離子電子和分子離子M+： M + e M+ + 2ep高能電子束產(chǎn)生的分子離子高能電子束產(chǎn)生的分子離子M+的能態(tài)較高的的能態(tài)較高的那些分子，將進一步裂解，釋放出部分能量，那些分子，將進一步裂解，釋放出部分能量，產(chǎn)生質(zhì)量較小的碎片離子和中性自由基：產(chǎn)生質(zhì)量較小的碎片離子和中性自由基：M+M1+ + N1M2+ + N2 第5頁/共29頁6水平方向：燈絲與陽極間水平方向：燈絲與陽極間(70V電壓電壓)

6、高能電高能電子子 沖擊樣品沖擊樣品正離子正離子垂直方向：垂直方向：G3-G4加速電極加速電極(低電壓低電壓)較小動較小動能能狹縫準直狹縫準直G4-G5加速電極加速電極(高電壓高電壓)較高較高動能動能狹縫進一步準直狹縫進一步準直離子進入質(zhì)量分析器。離子進入質(zhì)量分析器。特特 點：點： 使用最廣泛，譜庫最完整；電離效率高；結構使用最廣泛，譜庫最完整；電離效率高；結構簡單，操作方便；但分子離子峰強度較弱或不出簡單，操作方便；但分子離子峰強度較弱或不出現(xiàn)現(xiàn)(因電離能量最高因電離能量最高)。加速加速加速加速聚焦聚焦第6頁/共29頁72. 化學電離源（化學電離源（CI）p樣品分子在承受電子轟擊前，被一種反應

7、氣體樣品分子在承受電子轟擊前，被一種反應氣體(通常是甲烷通常是甲烷)稀釋，稀釋比例約為稀釋，稀釋比例約為104:1，因此樣品分子與電子的碰撞幾率極小，所生成的樣品分子離子主要經(jīng)過，因此樣品分子與電子的碰撞幾率極小，所生成的樣品分子離子主要經(jīng)過離子離子-分子反應組成。分子反應組成。p在電子轟擊下，甲烷首先被電離：在電子轟擊下，甲烷首先被電離： CH4+ CH4+CH3+CH2+CH+C+H+p甲烷離子與分子進行反應，生成加合離子：甲烷離子與分子進行反應，生成加合離子： CH4+CH4 CH5+CH3 CH3+CH4 C2H5+H2第7頁/共29頁8p加合離子與樣品分子反應：加合離子與樣品分子反應

8、： CH5+ MMH+CH4 C2H5+ MMH+C2H4 CH5+ M(M-H)+CH4 +H2 C2H5+ M(M-H)+C2H6 p復合反應：復合反應： CH5+ M(M+CH5)+ (M+17)+ C2H5+ M(M+C2H5)+C2H4 (M+29)+(M+1)+(M-1)+第8頁/共29頁9CI和和EI所獲得到質(zhì)譜圖比較所獲得到質(zhì)譜圖比較特點：特點：p電離能小，質(zhì)譜峰數(shù)電離能小，質(zhì)譜峰數(shù)少，圖譜簡單；少，圖譜簡單；p準分子離子準分子離子(M+1)+峰峰大，可提供分子量這一大，可提供分子量這一種要信息；種要信息；p不適用于難揮發(fā)，熱不適用于難揮發(fā)，熱不穩(wěn)定或極性較大的有不穩(wěn)定或極性較

9、大的有機物分析。機物分析。第9頁/共29頁103. 場致電離源（場致電離源（FI）應用強電場誘導樣品電離：應用強電場誘導樣品電離： (電壓：電壓：710kV，d1mm)過程：樣品蒸汽鄰近或接觸帶高的正電位過程：樣品蒸汽鄰近或接觸帶高的正電位的陽極尖端時的陽極尖端時,由于高曲率半徑的尖端處產(chǎn)由于高曲率半徑的尖端處產(chǎn)生很強的電位梯度生很強的電位梯度,使樣品分子電離使樣品分子電離.第10頁/共29頁11FI與與EI所產(chǎn)生的質(zhì)譜圖對比所產(chǎn)生的質(zhì)譜圖對比FI特點：電離溫和，碎片少，主要產(chǎn)生分子離子特點：電離溫和，碎片少，主要產(chǎn)生分子離子M+和和(M+1)+峰。峰。第11頁/共29頁124.場解析電離源（

10、場解析電離源（FD）過過 程：樣品溶液涂于發(fā)程：樣品溶液涂于發(fā)射器表面射器表面強電場強電場分子分子電離電離奔向陰極奔向陰極引入磁引入磁場場特特 點：特別適于非揮發(fā)點：特別適于非揮發(fā)性且分子量高達性且分子量高達10,0000的分子。樣品只產(chǎn)生分子的分子。樣品只產(chǎn)生分子離子峰和準分子離子峰，離子峰和準分子離子峰，譜圖最為簡單。譜圖最為簡單。EIFIFD第12頁/共29頁135. 快原子轟擊電離源（快原子轟擊電離源（FAB）過程：稀有氣體（如氙或氬電離）通過電場加速獲得高動能過程：稀有氣體（如氙或氬電離）通過電場加速獲得高動能快原子快原子快快速運動的原子撞擊涂有樣品的金屬板速運動的原子撞擊涂有樣品的

11、金屬板金屬板上的樣品分子電離金屬板上的樣品分子電離二次離二次離子子電場作用下，離子被加速后電場作用下，離子被加速后通過狹縫進入質(zhì)量分析器。通過狹縫進入質(zhì)量分析器。第13頁/共29頁14特點：特點：不僅有較強的分子離子峰，而不僅有較強的分子離子峰，而且碎片離子峰也很豐富；且碎片離子峰也很豐富；不需要將試樣加熱氣化，適合不需要將試樣加熱氣化，適合熱不穩(wěn)定、難揮發(fā)樣品分析；熱不穩(wěn)定、難揮發(fā)樣品分析；試樣用量少并可回收試樣用量少并可回收;樣品涂在金屬板上的溶劑也被樣品涂在金屬板上的溶劑也被電離，譜圖復雜化。電離，譜圖復雜化。第14頁/共29頁15四、質(zhì)量分析器四、質(zhì)量分析器作用：將不同碎片按質(zhì)荷比作用

12、：將不同碎片按質(zhì)荷比m/z分開。分開。質(zhì)量分析器類型：磁分析器（單聚焦、雙聚焦）、飛行質(zhì)量分析器類型：磁分析器（單聚焦、雙聚焦）、飛行時間、四極濾質(zhì)器（四極桿）、離子阱、離子回旋共振時間、四極濾質(zhì)器（四極桿）、離子阱、離子回旋共振等。等。第15頁/共29頁161. 單聚焦質(zhì)量分析器單聚焦質(zhì)量分析器依據(jù)離子在磁場的運動行為，將不同質(zhì)量的離子分開依據(jù)離子在磁場的運動行為，將不同質(zhì)量的離子分開進入分析器前，加速離子的動能為：進入分析器前，加速離子的動能為：zVmv 221HzvRmv2VrHzm222進入分析器后，在磁場進入分析器后，在磁場H作用下，改作圓周運動，只有離心力與作用下，改作圓周運動，只

13、有離心力與向心力相等時，離子才能飛出彎曲區(qū)，即按曲線軌跡飛行。向心力相等時，離子才能飛出彎曲區(qū)，即按曲線軌跡飛行。f離離f向向 質(zhì)譜方程式：質(zhì)譜方程式：第16頁/共29頁17方向聚焦：相同質(zhì)方向聚焦：相同質(zhì)荷比，入射方向不荷比，入射方向不同的離子會聚；同的離子會聚；分辨率不高，適合分辨率不高，適合于能量分散較小的于能量分散較小的離子源。離子源。第17頁/共29頁18單聚焦分析器：假定離子的初始能量為零。實際初始能量不為零且各不相同。單聚焦分析器：假定離子的初始能量為零。實際初始能量不為零且各不相同。具有相同質(zhì)荷比的離子，其初始能量不同通過質(zhì)量分析器后也不能完全聚焦在具有相同質(zhì)荷比的離子，其初始

14、能量不同通過質(zhì)量分析器后也不能完全聚焦在一起。一起。離子能量分散對分辨率的影響離子能量分散對分辨率的影響 第18頁/共29頁192. 雙聚焦質(zhì)量分析器雙聚焦質(zhì)量分析器為了消除離子能量分散對分辨率的影響，通常在扇型磁場前附加一個扇型電場為了消除離子能量分散對分辨率的影響，通常在扇型磁場前附加一個扇型電場（靜電分析器），進入電場的離子受到一個靜電力的作用，改做圓周運動：（靜電分析器），進入電場的離子受到一個靜電力的作用，改做圓周運動：e2RmEz EzmRe2第19頁/共29頁20雙聚焦質(zhì)量分析器雙聚焦質(zhì)量分析器將電場和磁場配合使用，當靜電將電場和磁場配合使用，當靜電分析器產(chǎn)生的能量色散和磁分析分

15、析器產(chǎn)生的能量色散和磁分析器產(chǎn)生的能量色散，在數(shù)值上相器產(chǎn)生的能量色散，在數(shù)值上相等，方向上相反時，離子經(jīng)過這等，方向上相反時，離子經(jīng)過這兩個分析器后，可以實現(xiàn)能量聚兩個分析器后，可以實現(xiàn)能量聚焦，再加上磁分析器本身具有方焦，再加上磁分析器本身具有方向聚焦作用，這樣就實現(xiàn)了雙聚向聚焦作用，這樣就實現(xiàn)了雙聚焦。焦。分辨率高，但體積大。分辨率高，但體積大。第20頁/共29頁213. 四極濾質(zhì)器（四極桿質(zhì)量分析器）四極濾質(zhì)器（四極桿質(zhì)量分析器） 當離子束進入筒形電極當離子束進入筒形電極所包圍的空間后，離子所包圍的空間后，離子作橫向擺動，在一定的作橫向擺動，在一定的條件下，只有某一種質(zhì)條件下，只有某一

16、種質(zhì)荷比的離子能夠到達收荷比的離子能夠到達收集器并發(fā)出信號，其它集器并發(fā)出信號，其它離子在運動的過程中撞離子在運動的過程中撞擊在筒形電極上而被擊在筒形電極上而被過濾過濾掉，最后被真空掉，最后被真空泵抽走。泵抽走。第21頁/共29頁22特點：特點： 結構簡單、體積小，分析速度快，適合與色譜聯(lián)用結構簡單、體積小，分析速度快，適合與色譜聯(lián)用 靈敏度較磁式儀器高靈敏度較磁式儀器高 操作方便操作方便第22頁/共29頁234. 離子阱質(zhì)量分析器離子阱質(zhì)量分析器雙曲線表面的中心環(huán)形電極和兩個端蓋電極形雙曲線表面的中心環(huán)形電極和兩個端蓋電極形成一個室阱成一個室阱構成可變電場構成可變電場(與四極質(zhì)量分與四極質(zhì)量

17、分析儀相似析儀相似)帶電離子在一定軌道上旋轉帶電離子在一定軌道上旋轉改變電壓改變電壓可使相同可使相同m/z離子依次離開進離子依次離開進入電子倍增器而分離。入電子倍增器而分離。橫截面橫截面第23頁/共29頁245.5.飛行時間質(zhì)量分析器飛行時間質(zhì)量分析器利用從離子源飛出的離子其動能基本相等，但在加速電壓作用下，不同利用從離子源飛出的離子其動能基本相等，但在加速電壓作用下，不同m/z的的離子飛行速率不一樣：離子飛行速率不一樣：質(zhì)荷比小的離子飛行速度快，通過不同質(zhì)荷比小的離子飛行速度快，通過不同m/z的離子到達檢測器的時間不同而被的離子到達檢測器的時間不同而被檢測。檢測。特點：結構簡單、掃描速率快、

18、特點：結構簡單、掃描速率快、 靈敏度高、質(zhì)量范圍寬。靈敏度高、質(zhì)量范圍寬。mzVv2zVmLt2第24頁/共29頁25五、檢測器五、檢測器常以電子倍增器檢測離子流，常以電子倍增器檢測離子流，其中一種電子倍增器的結構其中一種電子倍增器的結構如下圖。如下圖。當離子束撞擊陰極當離子束撞擊陰極C的表面的表面時，產(chǎn)生二次電子，然后用時，產(chǎn)生二次電子，然后用D1，D2，D3等二次電極使等二次電極使電子不斷倍增。最后為陽極電子不斷倍增。最后為陽極A檢測，可測出微弱電流，檢測，可測出微弱電流，時間常數(shù)遠小于時間常數(shù)遠小于1s，可靈敏、，可靈敏、快速地進行檢測。快速地進行檢測。電子倍增器電子倍增器第25頁/共2

19、9頁26質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀p質(zhì)譜儀按用途分：質(zhì)譜儀按用途分：同位素質(zhì)譜儀（測定同位素）、無機質(zhì)譜儀（測定無機化合物）、有機質(zhì)譜儀（測同位素質(zhì)譜儀（測定同位素）、無機質(zhì)譜儀（測定無機化合物）、有機質(zhì)譜儀（測定有機化合物）等。定有機化合物）等。p根據(jù)質(zhì)量分析器的工作原理分：根據(jù)質(zhì)量分析器的工作原理分： 靜態(tài)儀器：采用穩(wěn)定磁場，按空間位置區(qū)分不同質(zhì)荷比的離子靜態(tài)儀器：采用穩(wěn)定磁場，按空間位置區(qū)分不同質(zhì)荷比的離子 單聚焦和雙聚焦質(zhì)譜儀單聚焦和雙聚焦質(zhì)譜儀 動態(tài)儀器：采用變化的電磁場，按時空來區(qū)分不同質(zhì)荷比的離子動態(tài)儀器：采用變化的電磁場，按時空來區(qū)分不同質(zhì)荷比的離子 飛行時間和四極濾質(zhì)器式質(zhì)譜儀飛行時間和四極濾質(zhì)器式質(zhì)譜儀第26頁/共29頁27 質(zhì)譜儀的類型1.1.無機質(zhì)譜儀無機質(zhì)譜儀 火花源雙聚焦質(zhì)譜儀（火花源雙聚焦質(zhì)譜儀（SSMSSSMS），電感應耦合等離子體質(zhì)），電感應耦合等離子體質(zhì)譜儀（譜儀（ICP-MSICP-MS）和二次離子質(zhì)譜儀（）和二次離子質(zhì)譜儀（SIMSSIMS）等。）等。 2.同位素質(zhì)譜儀同位素質(zhì)譜儀 小型低分辨同位素質(zhì)譜儀：輕元素小型低分辨同位素質(zhì)譜儀：輕元素(H(H，C C，S S等等) ) 大型高分辨的同位素質(zhì)譜儀：重元素大型高分辨的同位素質(zhì)譜儀：重元