儀器分析實驗報告

儀器分析試驗報告1.質譜儀的簡介質譜儀是通過對樣品電離后產生的具有不同質荷比〔

m/z〕的離子來進展分別分析的。先將待分析樣品變成氣態(tài)，在具有肯定能量〔

50?100eV〕的電子束轟擊下，生成不同

m/z的帶正電荷的離子，在加速電場的作用下成為快速運動的粒子，進入質量分析器，這些粒子在電場與磁場作用下，按其質量與電荷的比值〔質荷比〕大小分開，進入分析器分別并得到質荷比以及相對的豐度。在進展質譜分析時，一般過程是：通過適宜的進樣裝置將樣品引入并進展氣化。氣化后的樣品引入到離子源進展電離。電離后的離子經過適當的加速進入質量分析器，按不同的m/z進展分別。然后到達檢測器，產生不同的信號而進展分析。進樣系統(tǒng)有機質譜儀的進樣裝置要求能在既不破壞離子源的高真空工作狀態(tài)，又不轉變有機化合物的組成和構造的條件下，將有機化合物導入離子源，有機質譜儀的進樣裝置有以下幾種：〔1〕色譜進樣色譜對混合的有機化合物有很強的分別力量， 而有機質譜儀僅對單一組分的有機化合物有很強的定性力量，對混合的有機化合物則很難對其每一組分給出準確的定性結果。假設將色譜分別后的、單一組分的有機化合物直接送入離子源內，馬上這兩種儀器串聯(lián)在一起，將色譜儀器經過特別的接口裝置作為有機質譜儀的一種進樣裝置， 則這種聯(lián)用儀器將成為有機化合物分析的最強有力的工具，目前，氣相色譜布機質譜的聯(lián)用已獲得成功，液相色譜 -有機質譜也取得了突破性的進展，現(xiàn)代的有機質譜儀幾乎全部是色譜成為現(xiàn)代有機質譜儀不行缺少的進樣裝置。離子源

-質譜聯(lián)用儀，色譜進樣已離子源的作用是將被分析的有機化合物分子電離成離子， 并使這些離子在離子光源系統(tǒng)的作用下會聚成有肯定幾何外形和肯定能量的離子束，然后進入質量分析器被分別。離子源的構造、性能與有機質譜儀的靈敏度和區(qū)分率有親熱的關系。依據有機化合物的熱穩(wěn)定性和電離的難易程度，可以選擇不同的離子源，以期能得到該有機化合物的分子離子。有機質譜儀常用的離子源有電子轟擊離子源〔場

EI〕，化學電離源〔CI〕和解吸化學電離源〔DCI〕,致電離源〔FI〕和場解吸電離源〔FD〕，快中子轟擊電離源〔FAB和離子轟擊電離源〔IB〕,激光解吸電離源〔LD〕，銅-252等離子解吸電離源〔252Cf-PD〕。LC-MS聯(lián)用儀中的熱噴霧接口和電噴霧接口也可單獨作為離子源使有機化合物分子電離。質量分析器質量分析器又稱質量分別器，是將離子源中生成的各種正離子按質荷比大小分別的部件，是質譜儀的重要部件。質譜儀器的近期進展已發(fā)生了很大變化，原來占主導地位的磁分析儀已大大削減。因此本節(jié)著重介紹一些最重要的質量分析器，包括四級桿分析器、離子阱及飛行時間分析器。四極桿分析器〔quadrupolemassfilter四級桿分析器也稱四極質量分析器，它由四根截面呈雙曲面的平行電極組成，圍繞離子束呈對稱排列，離子束穿過對準四根桿之間的準直小孔。見圖所示的構造示意。相對的一對電極是等電位的，兩對電極之間的電位是相反的。離子源的電位比四級桿分析器的電位略高幾個伏特，以供給離子沿傳播中心軸飛行所需的動能。離子阱〔iontrap〕離子阱是一種通過電場或磁場將氣相離子掌握并貯存一段時間的裝置，最早起步于 2050年月，80年月中期才作為有機質譜儀的質量分析器。一種較簡潔的離子阱質量分析器是由雙曲線外表的中心環(huán)形電極和上下積壓一的端罩電極構成，中間形成一個室腔〔阱〕圖：

。其構造見端罩電極接地，環(huán)形電極施以射頻電壓

V0COS3to當一組電離的離子從頂端小孔進入阱內，處于阱內具有適宜質荷比的離子，將在環(huán)內指定軌道上穩(wěn)定旋轉；射頻電壓掃描，陷入阱內離子的軌道則會依次發(fā)生變化，從而在底部離開環(huán)電極腔而被檢測。離子阱構造簡潔，性能價格比高，體積小，有利于儀器小型化，同時也便于串接制成MS/MS二次質譜儀。此外，由離子阱制成的質譜儀，其可檢測的最小樣品最低，即確定靈敏度高，約為四級桿分析器 10~1000倍。質量范圍大，商品儀器已達 6000U。其缺點是所得的質譜圖與標準譜圖有肯定差異。真空系統(tǒng)有機質譜儀的離子源、 質量分析器和檢測器必需在高真空狀態(tài)下工作， 以削減本底干擾，避開發(fā)生不必要的離子-#子反響。離子源的真空度應達~10-4Pa,質量分析器和檢測器的真空度應達10-4~10-5Pa以上。

10-3高真空的實現(xiàn)一般是由機械泵和油集中泵或渦輪分子泵串聯(lián)完成。10-1~10-2

機械泵作為前級泵先Pa,然后再由油集中泵或渦輪分子泵連續(xù)抽到高真空。油集中泵比較便宜，但會產生肯定的本底；操作不當，可能造成反油，污染離子源和質量分析器，使用渦輪分子泵可以抑制油集中的缺點，但價格較高。在與色譜聯(lián)用的有機質譜儀中，離子源的高真空泵抽速應足夠大，以保證高的電離效率和色譜流淌相進入離子源后能準時、快速地被抽走，保證離子源的高真空度。GC/MS是一種高效的分析技術，該技術利用氣相色譜的分別力量讓混合物中的組分分離，并用質譜鑒定分別出來的組分〔定性分析〕以及其準確的量〔定量分析〕譜掌握、數據的記錄、分析都由電腦完成。氣質聯(lián)用具有格外高的靈敏度〔克〕，并且可以分析范圍格外廣泛，例如農藥、環(huán)保、藥物、興奮劑等方面的分析。

10-15

。氣相和質氣相色譜依據簡單混合物中各種組分在氣體流淌相和液體固定相上的相對親和度而分開，標準的分流/不分流進樣口，只有一小局部的樣品進入系統(tǒng)，并在色譜柱的頂端一個非常窄的加熱段揮發(fā)。樣品蒸汽被流淌相氣體帶入色譜柱中氣相色譜柱的內部涂被作為固定相的液體。

〔彈性石英毛細管柱15~200米〕GC-MS聯(lián)用是聯(lián)用技術中困難較少的一種。在氣相色譜和質譜兩種技術之間，很多操作特性比較全都最大的差異在于工作氣壓。在GC/MS系統(tǒng)中，組分從色譜柱洗脫后進入質譜系統(tǒng)定性和進一步分析。

依據色譜柱、質譜儀離子源類型和它們的操作條件，以及真空系統(tǒng)的效率，流出直接連接和通過分子分別器連接兩種方式。

GC-MS接口可承受色譜柱后對于電子轟擊離子源〔EI〕,承受大功率的差動泵抽真空系統(tǒng)，特別適合于毛細管色譜柱的直接聯(lián)用。當使用填充柱，或毛細管色譜柱承受較小功率抽真空系統(tǒng)質譜儀連接時，需用分子分別器接口。分子分別器的目的是分別載氣和樣品，使之適應質譜高真空的要求，并使樣品組分得到濃縮和富集。它主要有微風孔玻璃式、半透膜式和噴射式等類型。在噴射式分子分別器中，從 GC來的載氣He及樣品分子經同軸收縮型噴嘴加速噴射入真空腔中，較大質量的樣品分子在慣性作用下連續(xù)直線運動進入捕獲器后流入質譜儀。由于集中速率與相對分子質量的平方根成反比，因此質量較小的左邊氣集中速率大，被真空泵抽走。這樣便到達了分別載氣，富集組分的目的。為了提高效率，可使用多級噴射。這樣有50%以上的樣品被濃縮進入離子源，壓力則由Pa10-2Pa。

105質譜儀的離子源出口狹縫處設有總離子流強度檢測器，截取局部總離子流信號，在GC-MS測定過程中，沒有組分流出時，檢測到的總離子流強度很低；當有組分流出時，離子流強度譜圖，稱為總離子流色譜圖。當某一組分消滅時，同時開啟質譜儀開頭掃描，獲得該組分的質譜圖。依據質譜圖供給的信息可推斷該組分構造。