質譜儀與色譜儀

1、質譜儀與色譜儀質譜儀與色譜儀n蔡界光蔡界光n彭上飛彭上飛n彭艷兵彭艷兵n張豐張豐n周朋宇周朋宇n成員成員色譜與質譜的概念及聯(lián)系n色譜泛指用載流在擔體中完成分離及使用適當檢測器測定分離成分的產(chǎn)品。n質譜是對成分分析的檢測器類型,理論上質譜可以分析各種帶有質量特性的成分。n聯(lián)系： 色譜儀是可以把多種物質分離出來。 質譜儀是一種以色譜儀為前提，把分離出來的物質進行精確定量。第一講 色譜儀n簡介及發(fā)展n工作原理n色譜儀分類n氣相色譜儀n高效液相色譜一、簡介及發(fā)展n定義：應用色譜法對物質進行定性、定量分析， 及研究物質的物理、化學特性的儀器。n現(xiàn)代的色譜儀具有穩(wěn)定性、靈敏性、多用性和自動化程度高等特點。

2、色譜儀廣泛地用于化學產(chǎn)品，高分子材料的某種含量的分析，凝膠色譜還可以測定高分子材料的分子量及其分布。過去幾十年內(nèi)，色譜儀器得到了極大的發(fā)展，過去幾十年內(nèi)，色譜儀器得到了極大的發(fā)展，這主要歸于：這主要歸于：n 1970s電子積分儀及計算機數(shù)據(jù)處理裝置的發(fā)展；n 1980s計算機技術對儀器各類參數(shù)的自動控制。如柱溫、流速、自動進樣等。n隨著這些技術的發(fā)展，儀器性價比大幅提高。其中，gc最重要的發(fā)展是開管柱的引入，使含有數(shù)百種混合物樣品得以分離！二、工作原理n色譜法也叫層析法，它是一種高效能的物理分離技術，將它用于分析化學并 高速逆流色譜儀配合適當?shù)臋z測手段，就成為色譜分析法。 色譜法的最早應用是用

3、于分離植物色素，其方法是這樣的：在一玻璃管中放入碳酸鈣，將含有植物色素（植物葉的提取液）的石油醚倒入管中。此時，玻璃管的上端立即出現(xiàn)幾種顏色的混合譜帶。然后用純石油醚沖洗，隨著石油醚的加入，譜帶不斷地向下移動，并逐漸分開成幾個不同顏色的譜帶，繼續(xù)沖洗就可分別接得各種顏色的色素，并可分別進行鑒定。色譜法也由此而得名。n現(xiàn)在的色譜法早已不局限于色素的分離，其方法也早已得到了極大的發(fā)展，但其分離的原理仍然是一樣的。我們?nèi)匀唤兴V分析。三、色譜儀分類n色譜儀根據(jù)被檢測對象的狀態(tài)分為三類 1、氣相色譜儀 2、液相色譜儀 3、凝膠色譜儀四、氣相色譜儀1、氣相色譜儀的流程、氣相色譜儀的流程 氣相色譜儀的流

4、程氣相色譜儀的流程n樣品由色譜儀載氣帶入，通過對欲檢測混合物中組分有不同保留性能的色譜柱，使各組分分離，依次導入檢測器，以得到各組分的檢測信號。按照導入檢測器的先后次序，經(jīng)過對比，可以區(qū)別出是什么組分，根據(jù)峰高度或峰面積可以計算出各組分含量。氣相色譜儀由六大系統(tǒng)組成：溫控系統(tǒng)溫控系統(tǒng)進樣系統(tǒng)進樣系統(tǒng)分離系統(tǒng)檢測系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及記錄流動相流動相固定相固定相2、氣相色譜儀主要部件氣路系統(tǒng)1 1）. .氣路系統(tǒng)氣路系統(tǒng)n作用：獲得純凈、流速穩(wěn)定的載氣。n 讓載氣連續(xù)運行、管路密閉的氣路系統(tǒng)。n 對組分沒有相互作用力，只起到攜帶組分移動的作用n組成：壓力計、流量計及氣體凈化裝置。n選擇原則：柱效、分

5、析對象、檢測器。n要求：氣密、流速穩(wěn)定、流量準n 載氣要求化學惰性，不與有關物質反應n載氣種類：氦氣、氫氣、氮氣。n載氣的控制：鋼瓶 減壓閥 穩(wěn)壓閥 穩(wěn)流閥n 載氣流速的測量與校正2). 2). 進樣系統(tǒng)進樣系統(tǒng)進樣裝置+氣化室進樣系統(tǒng)作用：定量引入樣品；加熱氣化，轉入柱內(nèi)進樣器： 微量注射器。 氣體進樣器用六通閥色譜柱的作用：分離混合組分分離柱種類：填充柱和開管柱(或稱毛細管柱)。構成：色譜柱：固定相 =擔體/載體+固定液3). 3). 分離系統(tǒng)分離系統(tǒng)n色譜柱n類型：填充柱和毛細管柱n（1）填充柱：n材料：不銹鋼或玻璃，n 內(nèi)裝固定相，n內(nèi)徑：2 mm 4mm，n長: 1 m 3 m。n形

6、狀：u型和螺旋型。n 內(nèi)填固定相n（2）毛細管柱/空心柱：n材料：玻璃或石英n內(nèi)徑:0.2mm-0.5mm，n長: 30m-300mn類型：n涂壁n多孔層n涂載體空心柱n化學鍵合相毛細管柱n交聯(lián)毛細管柱 檢測組分的存在，并將組分的量定量地轉換為電信號，加以放大。na. 熱導檢測器( tcd);nb. 氫火焰離子化檢測器(fid)nc. 電子捕獲檢測器(ecd);nd. 火焰光度檢測器(fpd);ne. 氮磷檢測器（npd）nf. 熱離子檢測器(tid)。4). 4). 檢測器檢測器類型：n濃度型檢測器: n測量的是載氣中某組分濃度瞬間的變化，n即檢測器的響應值和組分的濃度成正比。ntcd和ec

7、d。n質量型檢測器:n測量的是載氣中某組分進入檢測器的速度變化，n即檢測器的響應值和單位時間內(nèi)進入檢測器某組分的量成正比。nfid和fpdn檢測器的性能指標：n靈敏度s、檢出限、響應時間、線性范圍、最小定量限na 熱導檢測器-tcdn原理：根據(jù)不同的物質具有不同的熱導系數(shù)原理進行檢測n熱導池的結構：n構成: 池體+熱敏元件n wheatstone電橋nr1 r2 r3r4nr1 r4r2r3樣品參比mar1衰減器調(diào)零abr2r3r4測量池體色譜柱進樣器參考池r1r4r2r3n影響熱導檢測器靈敏度的因素 n（）橋電流 n i，靈敏度，但鎢絲壽命。n橋電流：100200man（）池體溫度 ntd,

8、 但td tc n（）載氣種類 n載氣與試樣的熱導系數(shù)相差愈大，s高。n熱導系數(shù)氫氣或氦氣，s高tihe，h2n2n特點：tcd結構簡單，性能穩(wěn)定，通用性好，而且線性范圍寬，價格便宜。n缺點：s較低。n適用范圍：與載氣導熱率不同的可氣化物質毛細管柱毛細管柱/tcd1.空氣空氣2.甲烷甲烷3.二氧化碳二氧化碳4.乙烯乙烯5乙烷乙烷 n溫度影響:n溫度控制部分：色譜柱爐，氣化室，檢測器n色譜柱的溫度控制方式: 恒溫，程序升溫。5). 5). 控溫系統(tǒng)控溫系統(tǒng)程序升溫指在一個分析周期內(nèi)柱溫隨時間由低溫向高溫作線性或非線性變化，以達到用最短時間獲得最佳分離的目的。分析對象：沸點范圍寬的混合物色譜柱的選

9、擇分離檢測器的靈敏度檢測器的穩(wěn)定性n主要影響因素 n 流速比；n 硫的響應受溫度影響大。394 nm 526 nm/nms2* hpo*6). 6). 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和記錄系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和記錄系統(tǒng) 樣品經(jīng)色譜柱分離后，各組分按保留時間不同，順序地隨載氣進入檢測器檢測器，把進入的組分的濃度或質量按時間的變化而變化，轉化成易于測量的電信號，經(jīng)過必要的放大傳遞給記錄儀或計算機，最后得到該混合樣品的色譜流出曲線及定性和定量信息。應用：n氣相色譜儀廣泛用語石油、化工、質量檢測、疾病控制、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、食品、公安、煤礦、科研等領域。gc-4000a-北京東西電子主要特點主要特點 1.五種檢測器任選五種檢測器

10、任選 熱熱 導導 檢檢 測測 器器 (tcd) ： 用于氣體、液體的常量分析用于氣體、液體的常量分析 氫火焰離子化檢測器氫火焰離子化檢測器 (fid) ：用于烴類工業(yè)及其他領域有機物分：用于烴類工業(yè)及其他領域有機物分析析 火焰光度檢測器火焰光度檢測器 (fpd) ： 用于痕量硫、磷化合物檢測用于痕量硫、磷化合物檢測 氮氮 磷磷 檢檢 測測 器器 (npd) ： 用于痕量硫、磷化合物檢測用于痕量硫、磷化合物檢測 電子捕獲檢測器電子捕獲檢測器 (ecd) ： 檢測能俘獲電子的化合物檢測能俘獲電子的化合物 2.單元式整體結構設計，安裝、維修方便單元式整體結構設計，安裝、維修方便 3.大體積柱箱，可同

11、時安裝三根色譜柱大體積柱箱，可同時安裝三根色譜柱 4.儀器設計合理、靈活，可以同時安裝任意三種檢測器，并且有三儀器設計合理、靈活，可以同時安裝任意三種檢測器，并且有三個獨立電路系統(tǒng)、三個信號輸出端個獨立電路系統(tǒng)、三個信號輸出端 5.靈活的填充柱和毛細管柱系統(tǒng)靈活的填充柱和毛細管柱系統(tǒng),可接不同口徑的毛細管柱可接不同口徑的毛細管柱. 6.穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)，穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)，10階程序升溫，進樣器、各檢測器均可獨階程序升溫，進樣器、各檢測器均可獨立控溫，并具有超溫保護功能；加熱區(qū)可七路控溫立控溫，并具有超溫保護功能；加熱區(qū)可七路控溫 7.主機通過工作站自動點火分析主機通過工作站自動點火分析 8

12、.自動后開門控制自動后開門控制,加快降溫速率加快降溫速率(可選可選) 9.全新穩(wěn)壓、多氣路系統(tǒng)：單、雙、三氣路（可任選全新穩(wěn)壓、多氣路系統(tǒng)：單、雙、三氣路（可任選), 3路壓力流量路壓力流量數(shù)字化顯示數(shù)字化顯示,壓力顯示分辨率壓力顯示分辨率 0.1 pis 10.注射器、閥進樣系統(tǒng)（全配置或任選）注射器、閥進樣系統(tǒng)（全配置或任選） 反吹、預切割裝置（可任選）反吹、預切割裝置（可任選） 甲烷轉化爐、裂解爐裝置（可任選）甲烷轉化爐、裂解爐裝置（可任選） 該方法是吸收了普通液相層析和氣相色譜的優(yōu)點，經(jīng)過適當改進發(fā)展起來的。它既有普通液相層析的功能（可在常溫下分離制備水溶性的物質），又有氣相色譜的特點

13、（即高壓，高速，高分辨率和高靈敏度）；它不僅適應于很多不易揮發(fā)，難熱分解物質的定性和定量分析，而且也適用于上述物質的制備和分離。五、高效液相色譜法（hplc）hplc的儀器配置及流程 色譜泵色譜泵自動進樣器自動進樣器 檢測器檢測器廢液廢液數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)n性能要求 ：n 應用面廣；分析速度快；重復性好；靈敏度高。n色譜系統(tǒng)要求：n 可測多種樣品；有高選擇性；高流動性；自動化。n 高靈敏度檢測器；n對設備要求：n 使用抗化學腐蝕的材料，有各種檢測器，各種色譜柱；高性能高壓泵，進樣器，檢測器，管線的死體積小，有快速記錄和數(shù)據(jù)處理器的設備；可精確控制柱、溫度、流動相的組成和流量。高信噪比的檢

14、測系統(tǒng)。 hplc的儀器配置及流程的儀器配置及流程hplc的主要部件色譜圖：hplc圖形結果（chromatogram）色譜圖即色譜柱流出物通過檢測器時所產(chǎn)生的響應信號對色譜圖即色譜柱流出物通過檢測器時所產(chǎn)生的響應信號對時間的曲線圖，其縱坐標為信號強度，橫坐標為保留時間。時間的曲線圖，其縱坐標為信號強度，橫坐標為保留時間。 色譜峰色譜峰保留時間（分）保留時間（分）基線基線峰高峰高峰寬峰寬響應值響應值一、色譜泵一、色譜泵-輸液系統(tǒng)輸液系統(tǒng)n高壓輸液泵高壓輸液泵q雙泵：為了克服流量的脈動。雙泵：為了克服流量的脈動。 有串聯(lián)式和并聯(lián)式有串聯(lián)式和并聯(lián)式q恒流泵：在輸送流動相過程中流量恒定。常用恒流泵：

15、在輸送流動相過程中流量恒定。常用柱塞往復泵柱塞往復泵輸液系統(tǒng)輸液系統(tǒng)n輸液泵應具備的性能：輸液泵應具備的性能：n流量精度高且穩(wěn)定流量精度高且穩(wěn)定n流量范圍寬流量范圍寬n能在高壓下連續(xù)工作能在高壓下連續(xù)工作n液缸容積小液缸容積小n密封性能好，耐腐蝕密封性能好，耐腐蝕 液相色譜的檢測器n常規(guī)檢測器q紫外紫外/可見光吸收檢測器（可見光吸收檢測器（uv-vis）q示差折光檢測器（示差折光檢測器（refractive index） 熒光檢測器（熒光檢測器（fluorescence）q蒸發(fā)光散射檢測器（蒸發(fā)光散射檢測器（evaporative light scattering）q其他檢測器（其他檢測器（o

16、ther detectors）n高端檢測器q光電二極管矩陣檢測器（光電二極管矩陣檢測器（photodiode array）q質譜檢測器（質譜檢測器（mass spectrometry）不同種類的檢測器的分類固定波長固定波長可變波長可變波長光電二極管矩陣光電二極管矩陣理想的hplc檢測器的特點n高靈敏度；可忽略的基線噪音n寬的線性范圍n獨立于流動相及操作參數(shù)的響應q對壓力、溫度及流速等變化不敏感n長時間操作的穩(wěn)定性n低死體積n非破壞性n選擇性靈敏度：信噪比n靈敏度是信號與噪音的比值；即峰高與基線噪音的比值（s/n）n檢測限（lod）：s/n = 3n定量限（loq）：s/n = 10n好的信噪比

17、有利于：q更好的色譜峰確認q更好的定量q更好地完成色譜峰純度/均一性6:1ns方法開發(fā)的過程選擇液相色譜的檢測器n要考慮的因素：要考慮的因素： n你要分離的化合物/樣品的化學特性q化學結構、分子量及紫外光譜等等n流動相的影響（溶劑、緩沖鹽改性劑等）n梯度還是等度n靈敏度需求n是否有雙檢測的需求選擇液相色譜的檢測器通用檢測器通用檢測器 ri elsdms靈敏度mgngpg線性范圍104否103流速敏感是否是溫度敏感是否否破壞性否是是選擇性檢測器選擇性檢測器 absflec cond ms靈敏度ngpgfgpgpg線性范圍105103106105103流速敏感否否是是是溫度敏感否否是是是破壞性否否

18、是否是hplc檢測器簡介 紫外可見分光光度檢測器特點：hplc檢測器 熒光（fluorescence）檢測n 發(fā)熒光的化合物吸收光（uv或vis），其分子達到激發(fā)態(tài)，其返回到基態(tài)時發(fā)射光的現(xiàn)象即熒光基態(tài)激發(fā)態(tài)s1s0激發(fā)（1）振動能（2）發(fā)射（3）熒光檢測器原理熒光檢測器的應用n環(huán)境中的污染物q多環(huán)芳烴(pah)，多酚，氨基甲酸酯等n食品、飲料q食品中的毒素；例如：黃曲霉毒素q染料q維生素及衍生氨基酸n生物技術及制藥氨基甲酸酯類殺蟲劑ooooooch3黃曲霉毒素多環(huán)芳烴（pah）ohch3ch3ch3ch3ch3維生素ooonhch3ch3ch3熒光檢測器的優(yōu)點n選擇性提高n靈敏度提高（在 p

19、g/fg 范圍）n低背景技術熒光檢測器的缺點n不是所有化合物都有熒光，需要衍生n檢測器對溶解氣體及其他淬滅物質（如甲醇）敏感n對ex及em的最佳，易受溫度、溶劑的極性和粘度、溶劑的ph值及樣品濃度影響n多數(shù)儀器的批次間差異較大，同一型號的不同熒光檢測器會得到不同的結果。q有的儀器信號及噪音大于另一臺23倍，光電倍增管的特征是導致這個現(xiàn)象的原因。n用氮氣把流動相吹成細霧狀n流動相的液滴通過一個預加熱的腔體后被蒸發(fā)掉n蒸發(fā)的溶劑從檢測器中被除去n溶質的揮發(fā)性小于流動相，因此產(chǎn)生顆粒束與光束相交n被顆粒散射的光由光電倍增管（pmt）收集npmt的輸出與溶質的存在量呈比例關系hplc檢測器檢測器 蒸發(fā)

20、光散射（蒸發(fā)光散射（evaporative light scattering）蒸發(fā)光散射檢測器原理elsd 優(yōu)點及應用領域n通用型 比流動相揮發(fā)性小的物質都能被檢測q可以作梯度實驗；檢測下限可到納克級水平q對環(huán)境條件不敏感；可以使用有強紫外吸收的溶劑作流動相n應用領域：q碳水化合物q油脂及脂肪酸q未衍生的氨基酸q制藥行業(yè)q表面活性劑q天然產(chǎn)物光電二極管矩陣（photo diode array） pda檢測器 特點三維水平的吸光度檢測器三維水平的吸光度檢測器au0.0000.0020.0040.0060.0080.0100.0120.0140.0160.0180.0200.0220.0240.0

21、260.0280.0300.032nm200.00220.00240.00260.00280.00300.00320.00283.5240.9245.6au0.0000.0050.0100.015minutes2.002.503.003.504.004.505.005.506.006.507.002.1934.3106.448pda檢測器的用途及要求n光電二極管檢測器可以提供許多又用的功能q光譜信息q色譜峰純度q譜庫擬合 n像其他所有的uv/vis檢測器一樣，需要：q高的信噪比；好的線性n另外；還需要：q光學分辨率q光譜靈敏度及光譜分析軟件光學分辨率（帶寬）230.00250.00270.00

22、nmbenzene 3.0nm vs 1.0nm 損失分辨率，uv最大波長移動 1.0nm3.0nm190nm5.0nmpda的優(yōu)點及缺點n優(yōu)點q通用的uv/vis檢測q好的選擇性、線性q提供色譜峰的uv/vis光譜圖（峰確認）q可提供純度估計n缺點q低光學通量（較窄的帶寬通量）q與普通uv/vis相比更復雜，容易漂移q燈輸出能量隨時間降低質譜（mass spec.）作為hplc檢測器m/z+/-質譜（mass spectrometry）是一種按照分子量及其電荷分離物質的技術，經(jīng)過多年的不斷開發(fā)及改進，已經(jīng)使質譜成為一種多功能、高靈敏度，并被愈來愈廣泛使用的分析技術。液相色譜與質譜的連用。 過

23、程除去hplc的溶劑；產(chǎn)生離子；分離離子；檢測離子；計算離子強度；處理數(shù)據(jù)技術參數(shù)tsp公司的產(chǎn)品均符合glp,gmp法規(guī)認證和iso9001質量標準 靈敏度超過任何單波長檢測器波長范圍：190-800nm 波長準確度：1nm分辨率：1.2nm噪音：0.3x10-5au254nm漂移：1x10-3au/小時254nm儀器介紹 spectra system系統(tǒng)是tsp公司第五代高效色譜儀。全系統(tǒng)外形美觀緊湊，操作靈活方便，可任意組合配置成不同的工作系統(tǒng)。單元，二元，四元色譜泵及豐富的檢測器陣容，進可充分滿足您的需求。 第二講、質譜儀第二講、質譜儀發(fā)展歷史發(fā)展歷史概論概論 質譜分類質譜分類質譜儀結

24、構及其工作原理質譜儀結構及其工作原理 發(fā)展歷史n1990 1990 年代初英國學者年代初英國學者 j.j. j.j. 湯姆森制成第一臺質譜湯姆森制成第一臺質譜儀儀n第一臺商品質譜儀第一臺商品質譜儀: 1942 : 1942 年年n早期應用：原子質量、同位素相對豐度以及研究電子早期應用：原子質量、同位素相對豐度以及研究電子碰撞過程等物理領域。碰撞過程等物理領域。 n1950 1950 年代：高分辨率質譜儀出現(xiàn)，有機化合物結構年代：高分辨率質譜儀出現(xiàn)，有機化合物結構分析；分析；n1960 1960 年代末：色譜年代末：色譜- -質譜聯(lián)用儀出現(xiàn)，有機混合物分質譜聯(lián)用儀出現(xiàn)，有機混合物分離分析；促進天

25、然有機化合物結構分析的發(fā)展；離分析；促進天然有機化合物結構分析的發(fā)展；n計算機的應用又使質譜分析法發(fā)生了飛躍變化，使其計算機的應用又使質譜分析法發(fā)生了飛躍變化，使其技術更加成熟，使用更加方便。技術更加成熟，使用更加方便。n1950 1950 年代至年代至 1970 1970 年代：有機質譜迅速發(fā)展為測定年代：有機質譜迅速發(fā)展為測定有機化合物分子量和結構的強有力的工具。主要研究有機化合物分子量和結構的強有力的工具。主要研究分子量小于分子量小于 1000da 1000da 的有機分子。的有機分子。n1981 1981 年：出現(xiàn)了快原子轟擊質譜，有機質譜開始分年：出現(xiàn)了快原子轟擊質譜，有機質譜開始分

26、析研究極性大、熱不穩(wěn)定的多肽和小蛋白質等析研究極性大、熱不穩(wěn)定的多肽和小蛋白質等n1988 1988 年：出現(xiàn)了電噴霧電離質譜、基質輔助激光解年：出現(xiàn)了電噴霧電離質譜、基質輔助激光解析電離飛行時間質譜，傅立葉變換質譜法開創(chuàng)了有機析電離飛行時間質譜，傅立葉變換質譜法開創(chuàng)了有機質譜分析研究生物大分子的新領域。進入了生命科學質譜分析研究生物大分子的新領域。進入了生命科學的范疇。的范疇。n近年來質譜與各種色譜的聯(lián)用技術發(fā)展迅速。如近年來質譜與各種色譜的聯(lián)用技術發(fā)展迅速。如 hplc-esi-ms,hplc-esi-ms,毛細管電泳毛細管電泳 ce-esi-msce-esi-ms等，并發(fā)展了微等，并發(fā)展

27、了微量電噴霧電離接口技術。量電噴霧電離接口技術。質譜儀概論 概念：概念：質譜儀又稱質譜質譜儀又稱質譜計。分離和檢測不同同計。分離和檢測不同同位素的儀器。即根據(jù)帶位素的儀器。即根據(jù)帶電粒子在電磁場中能夠電粒子在電磁場中能夠偏轉的原理，按物質原偏轉的原理，按物質原子、分子或分子碎片的子、分子或分子碎片的質量差異進行分離和檢質量差異進行分離和檢測物質組成的一類儀器。測物質組成的一類儀器。n質譜法：質譜法：用電場和磁場將運用電場和磁場將運動的離子（帶電荷的原子、動的離子（帶電荷的原子、分子或分子碎片）按它們的分子或分子碎片）按它們的質荷比分離后進行檢測的方質荷比分離后進行檢測的方法?？梢詼y定和解析物質

28、的法。可以測定和解析物質的質量譜，用以分析研究同位質量譜，用以分析研究同位素豐度、物質組分，包括化素豐度、物質組分，包括化合物的碎裂過程、反應機構、合物的碎裂過程、反應機構、電離電壓、結合能、分子構電離電壓、結合能、分子構造和熱力學性質等的方法。造和熱力學性質等的方法。質譜分類質譜分類n質譜儀種類非常多，工作原理和應用范圍也有很大的不同。質譜儀種類非常多，工作原理和應用范圍也有很大的不同。從應用角度，質譜儀可以分為下面幾類：從應用角度，質譜儀可以分為下面幾類： n有機質譜儀：有機質譜儀：由于應用特點不同又分為：由于應用特點不同又分為：n 氣相色譜氣相色譜-質譜聯(lián)用儀（質譜聯(lián)用儀（gc-ms）。

29、）。在這類儀器中，由在這類儀器中，由于質譜儀工作原理不同，又有氣相色譜于質譜儀工作原理不同，又有氣相色譜-四極質譜儀，氣四極質譜儀，氣相色譜相色譜-飛行時間質譜儀，氣相色譜飛行時間質譜儀，氣相色譜-離子阱質譜儀等。離子阱質譜儀等。n 液相色譜液相色譜-質譜聯(lián)用儀（質譜聯(lián)用儀（lc-ms）。）。同樣，有液相色譜同樣，有液相色譜-四器極質譜儀，液相色譜四器極質譜儀，液相色譜-離子阱質譜儀，液相色譜離子阱質譜儀，液相色譜-飛行飛行時間質譜儀，以及各種各樣的液相色譜時間質譜儀，以及各種各樣的液相色譜-質譜質譜-質譜聯(lián)用儀。質譜聯(lián)用儀。n 其他有機質譜儀，主要有：其他有機質譜儀，主要有： 基質輔助激光解

30、吸飛行時基質輔助激光解吸飛行時間質譜儀（間質譜儀（maldi-tofms） 傅里葉變換質譜儀（傅里葉變換質譜儀（ft-ms）n無機質譜儀，包括：無機質譜儀，包括：n 火花源雙聚焦質譜儀?；鸹ㄔ措p聚焦質譜儀。 n感應耦合等離子體質譜儀（感應耦合等離子體質譜儀（icp-ms）。）。 n二次離子質譜儀（二次離子質譜儀（sims） 同位素質譜儀。同位素質譜儀。n 氣體分析質譜儀。氣體分析質譜儀。n主要有呼氣質譜儀，氦質譜檢漏儀等。主要有呼氣質譜儀，氦質譜檢漏儀等。質譜儀結構及其工作原理 進樣系統(tǒng)進樣系統(tǒng)記錄器記錄器檢測器檢測器質量分析器質量分析器離子源離子源真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)氣體擴散氣體擴散直接進樣直接

31、進樣氣相色譜氣相色譜照相干板照相干板電子倍增管電子倍增管金屬電極檢測器金屬電極檢測器電子轟擊電子轟擊化學電離化學電離高頻火花電離高頻火花電離熱電離熱電離激光電離激光電離單聚集單聚集雙聚集雙聚集飛行時間飛行時間四級四級質譜儀工作原理圖質譜儀示意圖n質譜儀一般由質譜儀一般由檢測系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電學系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系檢測系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電學系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)統(tǒng)幾個部分組成。幾個部分組成。n檢測系統(tǒng)由進樣系統(tǒng)、離子源、質量分析器和離子檢測器組檢測系統(tǒng)由進樣系統(tǒng)、離子源、質量分析器和離子檢測器組成成。樣品由進樣系統(tǒng)導入離子源，在離子源中被電離成正離。樣品由進樣系統(tǒng)導入離子源，在離子源中被電離成正離子或負離

32、子，離子束按質荷比大小由質量分析器分開，被檢子或負離子，離子束按質荷比大小由質量分析器分開，被檢測系統(tǒng)接收并記錄而獲得質譜圖。測系統(tǒng)接收并記錄而獲得質譜圖。n真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)提供和維持質譜儀正常工作所需要的高真空，通常提供和維持質譜儀正常工作所需要的高真空，通常在在 1010-3-31010-9-9 pa pa。 n電學系統(tǒng)電學系統(tǒng)為質譜儀的各個部件提供電源和控制電路。為質譜儀的各個部件提供電源和控制電路。n數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)快速、高效地計算和處理質譜儀獲得的大量數(shù)快速、高效地計算和處理質譜儀獲得的大量數(shù)據(jù)，并承擔儀器控制的任務。據(jù)，并承擔儀器控制的任務。n1.1.進樣系統(tǒng)進樣系統(tǒng) a.

33、a.探頭進樣系統(tǒng)探頭進樣系統(tǒng) 一般最常用的探頭有電子轟擊源直接進樣桿一般最常用的探頭有電子轟擊源直接進樣桿, ,快原子快原子轟擊源直接進樣桿等。轟擊源直接進樣桿等。 b. b. 儲罐進樣系統(tǒng)儲罐進樣系統(tǒng)n包括儲氣室、加熱器、真空連接系統(tǒng)及一個通過分子漏孔將樣品導入離子源的接口。n氣體和液體樣品在不需要進一步分離時用此方式進樣，儲氣罐可加熱至 200。此進樣方式一般用于石油工業(yè)、環(huán)保等領域。 c. c. 注射泵進樣系統(tǒng)注射泵進樣系統(tǒng)n用于 esi(電噴霧電離源) 和 apci(大氣壓化學電離源）的直接進樣。d. d. 色譜進樣系統(tǒng)色譜進樣系統(tǒng)n用于 gc-ms,hplc-ms,ce-ms 2.2

34、.離子源（電離和離子源（電離和加熱室）加熱室） n被分析物質在這里被電離，形成各種離子。不同性質的樣品需用不同的電離方式。為使生成的離子到達質量分析器，在離子源的出口施加一個高電壓即加速電壓，對離子進行加速。不同的分析器有不同的加速電壓。 在燈絲（陰極）與陽極間加電壓后，熾熱的燈絲（錸或鎢絲）發(fā)射的電子束穿過電離盒至陽極。兩極間的電位差決定了電子的能量。進入ei離子源的試樣蒸氣被電子束轟擊，如果轟擊電子的能量大于分子的電離能，分子m將失去電子而發(fā)生電離，通常失去一個電子而形成分子離子m+： )(2)(低速高速emem 電子轟擊源（electron impact source;ei） 電子轟擊離

35、子源一般由電離盒、燈絲（或稱陰極）、柵極、電子收集極、狹縫、永久磁鐵、電離盒加熱器、熱電偶以及一套離子光學系統(tǒng)（或稱透鏡系統(tǒng)，包括推斥極、引出極、聚焦極、z向偏轉極等）組成。優(yōu)點：重現(xiàn)性好；靈敏度高； 碎片離子豐富信息； 離子開裂理論成熟； 應用最廣，標準質譜圖基本都是采用ei源得到的； 穩(wěn)定，操作方便，電子流強度可精密控制； 結構簡單，控溫方便缺點：ei離子化能量高，對分子量較大或者穩(wěn)定性差的試樣，常常得不到分子離子峰。 化學電離源（chemical ionization source;ci） 利用低壓樣品氣(10-5)，和高壓的反應氣(12) (甲烷、異丁烷、氨、氫、氦等)，在高能電子流(

36、500ev)轟擊下，發(fā)生離子-分子反應來完成樣品離子化。ch4高能電子流的轟擊ch4+(一級離子)ch4+ + ch4ch5+(二級離子)ch5+ + mmh+優(yōu)點：軟電離方式，準分子離子峰強度大； 易獲得有關化合物官能團的信息缺點：重現(xiàn)性較差；不適合于難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定的化合物 場致電離源（fi）優(yōu)點：分子離子峰強； 碎片離子峰少； 適用于較大分子量和熱不穩(wěn)定化合物電離缺點：不適合化合物結構鑒定； 是采用強電場把冷電極附近的樣品分子的電子拉出去，形成離子。電場的兩電極距離很近（d1mm），施加電壓為幾千伏甚至上萬伏穩(wěn)定直流電壓。陽極+陰極d1mm場電離：將氣體通過電場電離；場解析：將固體樣品涂

37、在發(fā)射體表面使之電離 快原子轟擊離子源（fast atom bombardment ionization source;fab） 由電場使xe原子電離并加速，產(chǎn)生快速離子，再通過快原子槍產(chǎn)生電荷交換得到快速原子，快原子束轟擊涂在金屬板上的樣品，使樣品離子化。)()()()(熱快熱快eeeexxxx優(yōu)點：無需進行加熱氣化，屬于軟電離方式；特別適合分析高級性、大相對分子量、難揮發(fā)和熱穩(wěn)定性差的樣品；既能得到強的分子離子或準分子離子峰，也能得到較多的碎片離子峰。缺點：重現(xiàn)性較差，檢測靈敏度低3.3.質量分析器質量分析器n 功能：把不同質荷比的離子分開排列成譜，是質譜儀的核心。不同類型的質量分析器有不

38、同的原理、特點、適用范圍、功能。用于有機質譜儀的質量分析器有磁式雙聚焦分析器，四極桿分析器，離子阱分析器，飛行時間分析器，回旋共振分析器等。 1）磁偏轉式質量分析器加速后離子的動能 : (1/2)m 2= e v在磁場存在下，離心力 =向心力，即 m 2 / r= h0 e v曲率半徑： r= （m ）/ e h0 ； 所以，質譜方程式：m/e = (h02 r2) / 2v 離子在磁場中的軌道半徑r取決于： m/e 、 h0 、 v，改變加速電壓v, 可以使不同m/e 的離子進入檢測器。 單聚焦磁場分析器收集器離子源bs1s2磁場r 方向聚焦：相同質荷比，入射方向不同的離子的匯聚但m/z相同

39、，運動速度v有微小差異的離子在通過磁場后會發(fā)散，導致儀器的分辨率降低。 雙聚焦磁場分析器離子源離子源收集器收集器磁場磁場電場電場s1s2+- 能量聚焦：能量聚焦：相同質荷比，速度相同質荷比，速度( (能量能量) )不同的離子的會聚；不同的離子的會聚；質量相同，能量不同的離子通過電場和磁場時，均產(chǎn)生能量質量相同，能量不同的離子通過電場和磁場時，均產(chǎn)生能量色散；兩種作用大小相等，方向相反時互補實現(xiàn)雙聚焦，大色散；兩種作用大小相等，方向相反時互補實現(xiàn)雙聚焦，大大提高了分辨率。大提高了分辨率。 四極桿質量分析器（四級濾質器）xyz-+ 由四根平行且對稱放置的圓柱形電極組成，對角電極連接構成兩組。兩組電

40、極間加以一定的直流電壓u和高頻電壓vcoswt。當離子束進入圓柱形電極所包圍的空間后，將受到交、直流疊加電場的作用而波動前進。只有某一種或一定范圍質荷比的離子能夠通過電場區(qū)到達收集器產(chǎn)生信號。優(yōu)點：可在較低的真空度下工作；掃描速度快；結構簡單，體積小缺點：分辨率低于雙聚焦質量分析器；質量范圍較窄；不能提供亞穩(wěn)離子信息飛行時間質譜飛行時間質譜 飛行時間質譜儀的原理與儀器結構非常簡單，核心部分是一個離子漂流管（drift tube）。把引入離子室的樣品分子電離后，將離子加速并通過一個空管無場區(qū)，不同質量的離子具有不同的能量，通過無場區(qū)的飛行間長短不同，質荷比最小的離子具有最快的速度首先到達檢測器，

41、質荷比大的離子則較后到達檢測器，可依次被收集檢測出來。 n飛行時間質量分析器突出的優(yōu)點: 一是不存在聚焦狹縫，因此靈敏度很高；二是掃描速度快，達10000張譜/s；三是測定的質量范圍僅取決于飛行時間，可達到幾十萬質量數(shù)，為近年來生命科學中生化大分子的研究，提供了有效分析手段n但是，長時間以來一直存在分辨率低這一缺點，造成分辨率低的主要原因在于離子進入漂移管前的時間分散、空間分散和能量分散。這樣，即使是質量相同的離子，由于產(chǎn)生時間的先后，產(chǎn)生空間的前后和初始動能的大小不同，達到檢測器的時間就不相同，因而降低了分辨率。 n二種技術解決辦法:(1)兩極加速技術 (2)離子反射技術4.4.檢測器檢測器

42、n檢測各種質荷比的離子。檢測器的種類有電子倍增器、光電倍增器、平板式微通道板檢測器等。n現(xiàn)用得較多的是光電倍增器，永久性地密封于其自身的玻璃真空外殼中，這樣可以保護光電倍增器在很寬的動態(tài)范圍內(nèi)，無論是檢測正離子還是負離子，都能保持高靈敏度、恒定的增益和線性,并且使用壽命長達 10 年。n平板式微通道板檢測器則用于飛行時間質譜儀 (tof)。因為 tof 作為質量分析器是脈沖式檢測方式，離子按質量大小以不同的飛行時間依次到達檢測器。這種平板式微通道板檢測器具有極高的靈敏度。檢測器檢測器 包括包括faradayfaraday杯、電子倍增器、閃爍計數(shù)器、照相底片等杯、電子倍增器、閃爍計數(shù)器、照相底片

43、等1) 1) faradayfaraday 杯杯下圖是下圖是faradayfaraday杯結構原理圖杯結構原理圖特點：可檢測特點：可檢測1010-15-15a a的離子流，但不適于高加速電壓下的離子檢測。的離子流，但不適于高加速電壓下的離子檢測。2 2）電子倍增器：類似于光電倍增管，可測）電子倍增器：類似于光電倍增管，可測1010-18-18a a電流。但有質量歧視效應電流。但有質量歧視效應3 3）閃爍計數(shù)器：記錄離子的數(shù)目。）閃爍計數(shù)器：記錄離子的數(shù)目。5.5.計算機、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)計算機、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)n 在計算機未問世前，用反射式電流計，即被檢測的每個 m/e 值的離子電流作用于電流計上，電

44、流計的發(fā)射鏡就把光束反射到光敏紙上，從而實行記錄。n 計算機系統(tǒng)的功能是對質譜儀進行控制，包括對質譜數(shù)據(jù)的采集、處理和打印。現(xiàn)有電子轟擊源 (ei) 的質譜儀的均有 nist 標準譜庫，譜庫中有十幾萬張標準譜圖及用于環(huán)保、農(nóng)藥、興奮劑, 代謝產(chǎn)物等專用譜庫?？蛇M行譜庫檢索。高分辨質譜儀其數(shù)據(jù)系統(tǒng)的軟件則更豐富，還能給出分子離子和其他碎片離子的元素組成及理論計算值、偏差值 (百萬分之一), 飽和度等其他有關信息。 6.真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)n為了保證離子源中燈絲的正常工作，保證離子在離子源和分析器正常運行，消減不必要的離子碰撞，散射效應，復合反應和離子-分子反應，減小本底與記憶效應, 質譜儀的離子源和

45、分析器一般真空度都要求在 10-5-10-8 torr 才能工作。n真空系統(tǒng)由機械真空泵和擴散泵或渦輪分子泵組成。通常用機械泵預抽真空，然后用擴散泵或渦輪分子泵連續(xù)地抽氣。 質譜圖質譜圖 以質荷比以質荷比m/z為橫座標，以對基峰為橫座標，以對基峰(最強離子最強離子峰，規(guī)定相對強度為峰，規(guī)定相對強度為100%)相對強度為縱座標所相對強度為縱座標所構成的譜圖，稱之為質譜圖。）構成的譜圖，稱之為質譜圖。）m/zabundance 707.4 738.2 771.6 808.3 848.6 893.2 942.8 998.11060.51131.11137.71212.01305.01413.7500

46、6007008009001000 1100 1200 1300 1400 1500 1600050000100000150000三、質譜儀的主要指標三、質譜儀的主要指標 三個主要指標三個主要指標-質量范圍、分辨率、靈敏度質量范圍、分辨率、靈敏度 n1質量范圍(mass range) 指質譜儀所檢測離子的質荷比范圍。對單電荷離子而言，就是指離子的質量范圍。在檢測多電荷時，所檢測的離子根據(jù)其帶多少個電荷而擴展其的質量范圍。 n2分辨率分辨率(resolution) 分辨率又稱之為分分辨率又稱之為分辨本領。這是質譜儀辨本領。這是質譜儀的一個重要性能。一的一個重要性能。一般規(guī)定：當兩個峰之般規(guī)定：當兩

47、個峰之間峰谷的高度超過兩間峰谷的高度超過兩峰平均高度的峰平均高度的10%時，時，則兩峰沒有被分開。則兩峰沒有被分開。 兩峰部分重疊n 磁式質譜儀的分辨率磁式質譜儀的分辨率r的公式：的公式： 公式公式1 m：為可分辨的兩個峰的平均質量：為可分辨的兩個峰的平均質量 m：為質譜儀可分辨的兩個峰的質量差。：為質譜儀可分辨的兩個峰的質量差。 由此可見分辨率是質譜儀分開相鄰兩離子質量的能力。由此可見分辨率是質譜儀分開相鄰兩離子質量的能力。n 實際測量中將此公式寫成：實際測量中將此公式寫成： r10% = 公式公式2 式中式中 a為相鄰兩峰的中心距離；為相鄰兩峰的中心距離； b為峰高為峰高5%處的峰寬；處的

48、峰寬； 對傅里葉變換質譜對傅里葉變換質譜ft-icr及飛行時間質譜儀及飛行時間質譜儀(tof)而言，分辨率而言，分辨率仍用公式仍用公式1。 r=mmmmab3 3靈敏度靈敏度(senstivity)(senstivity)n靈敏度是表示質譜儀出峰的強度與所用樣品量之間的關系。是表示對所選定的樣品在一定的分辨率情況下，產(chǎn)生一定信噪比的分子離子峰所需的樣品量。n測定靈敏度的方法多種多樣的，一般直接進樣靈敏度的測定方法是：在固定分辨本領的情況下，直接進入微克量級的某種樣品，看其分子離子峰的強度與噪聲的比值，就是信/噪比值，用 s/n 表示。噪聲指基線的強度。4. 4. 質量精度質量精度n利用質譜儀定

49、性分析時，質量精度是一個很重要的性能指標。在低分辨質譜儀中，儀器的質量指示標尺精度不應低于0.4質量數(shù)。高分辨率質譜儀給出離子的精確質量，相對精度一般在1-10ppm。 n(1)樣品處理樣品處理n樣品處理系統(tǒng)應具備過濾功能，進入質譜儀的樣品不能有粒度大于樣品處理系統(tǒng)應具備過濾功能，進入質譜儀的樣品不能有粒度大于lm的顆粒。的顆粒。n應盡可能減少樣品傳輸滯后時間，因為質譜儀的分析速度極快，樣品應盡可能減少樣品傳輸滯后時間，因為質譜儀的分析速度極快，樣品傳輸時間長便失去了質譜快速分析的意義。傳輸時間長便失去了質譜快速分析的意義。n注意穩(wěn)壓，特別是要保證放空背壓的穩(wěn)定，以提高質譜分析數(shù)據(jù)的穩(wěn)注意穩(wěn)壓，特別是要保證放空背壓的穩(wěn)定，以提高質譜分析數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。定性。 n(2)校準校準用的標準氣用的標準氣n工業(yè)質譜儀需要的標準氣種類較多，除零點氣工業(yè)質譜儀需要的標準氣種類較多，除零點氣(一般采用一般采用n2)外，混合外，混合氣體中的每種組分氣體中的每種組分(包括被測組分和其他組分包括被測組分和其他組分)均需單獨準備一瓶。均需單獨準備一瓶。n標準氣的誤差直接影響質譜儀的測量準確度，要確保配氣質量和精度，標準氣的誤差直接影響質譜儀的測量準確度，要確保配氣質量和精度，同時要隨用隨配，盡量減少標準氣的貯存時間。同時要隨用隨配，盡量減少標準氣的貯