第五章质谱分析Word文件下载.docx

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质谱仪由进样系统、离子化系统、质量分析器和质量检测器和记录系统组成，同时辅以电学系统和真空系统保证仪器的正常运转。

样品经进样系统导入后进入处于高真空状态的离子化系统进行电离，常规的电离方式是电子轰击电离法。

它是利用灯丝加热时产生的热电子与气相中的有机分子彼此作用，使分子失去价电子，电离成为带正电荷的分子离子。

若是分子离子的内能较大，就可能发生化学键的断裂，生成m/z较小的碎片离子。

这些离子和碎片在电磁场的引导下进入质量分析器，利用离子在磁场或电场中的运动性质，可将不同质荷比的离子分开，然后由检测器别离测量离子流的强度，取得质谱图。

在相同的实验条件下，每一种有机分子都有独特的、能够重复的碎裂方式，取得特定的质谱图，而分子结构不同，质谱图也不同，依照峰的位置能够进行定性和结构分析，而峰的强度是和离子数成正比的，依此取得样品的定量信息。

与其他波谱方式相较，质谱法的优势超级突出。

质谱法是唯一能够确信化合物分子式的分析方式，而分子式对物质结构的推测相当重要。

质谱法的灵敏度之高，也是其他方式远所不及的，样品的利用量超级少。

同时，质谱仪的联用技术使它的应用取得了进一步的拓展和增强。

离子化技术关乎质谱图的质量，质量分析器能够说是整个质谱仪的核心，离子化技术的不断革新和新型质量分析器的不断显现，使有机质谱发生了庞大转变，显现了生物质谱，能够用于多肽、蛋白质和高分子生物聚合物等的测定。

目前质谱法已经普遍应用于原子能、石油、化工、电子、医药、食物等工业生产部门，农业科学研究部门，和核物理、电子与离子物理、同位素地质学、有机化学、生物化学、地球化学、无机化学、临床化学、考古、环境监测、空间探讨等等科学技术领域。

5.2仪器部份

质谱仪简介

质谱仪一样由进样系统、离子源、质量分析器、离子检测器、真空系统和电学系统组成，同时配有数据记录和处置系统。

试样由进样系统导人离子源，在离子源中被电离和碎裂成各类离子，离子进入质量分析器，按质荷比大小被分离后依次抵达检测器，形成的离子流信号经数据处置成为质谱图。

整个仪器必需在高真空条件下工作。

图5-2质谱仪的结构示用意

.1进样系统

质谱的样品必需气化。

在高真空条件下，将处于常压环境的分析试样导入离子源，而且不破坏仪器的真空状态是进样系统的任务。

不同状态和性质的试样需用不同的进样方式，同时还要知足电离方式的要求。

如固体和高沸点液体试样采纳直接进样系统；

气体或挥发性液体和固体可用贮罐进样器引入。

当质谱仪与色谱仪联历时，进样系统那么由它们的界面/接口代替。

色谱仪作为分离工具和质谱仪的进样系统，由色谱柱流出的样品，通过接口装置除去流动相进入质谱仪，质谱仪相当于色谱的检测系统。

1.直接进样杆；

2．样品杯；

3.加热器；

4.电离室；

5.接真空泵；

6．真空闭锁装置；

7．隔间阀；

8.接冷却气

图5-3直接探头进样器示用意

图5-3所示的的直接探头进样杆可用于电子轰击源EI和化学电离源CI。

而快速原子轰击源FAB和场解吸源FD所用的进样杆，其探头顶端是探头支架，结尾装有千分尺调剂器，可操纵进样杆的伸展距离。

FAB探头支架是个金属靶，上面涂有甘油等底物，再将试样涂在靶上，当样品受到带有高能量的氩（Ar）原子轰击后就发生电离。

FD探头支架装有通太高温电加热活化或用苯甲腈活化处置过的直径为10um的钨丝，样品可用适当溶剂溶解后涂渍在钨丝的小毛刺上，最后在强电场作用下直接从钨丝上解吸并被电离。

.2离子源

质谱的分析对象是离子。

离子源的作用确实是使物质电离成离子。

对一个给定分子而言，其质谱图的好坏在专门大程度上取决于使它离子化的方式。

离子源的性能对证谱仪的灵敏度和分辨率有着专门大的阻碍，不同的离子源适用于不同的样品体系和不同的质量分析器，一样要求是产生的离子强度大、稳固性好和质量歧视小。

应用最广、进展最成熟的是电子轰击离子源EI，它是由钨丝或铼钨丝制成的阴极（也称作灯丝）通电加热时发射电子，电子经栅极聚焦后射人电离盒与气态分子作用，使分子电离；

磁场的作用是使电子呈现螺线型运动，增大电子和样品分子的作用概率。

生成的离子当即被推斥极和引出极拉出，沿电子流垂直方向离开电离盒，经聚焦极和z向偏转极聚焦成束，穿过狭缝射入质量分析器。

狭缝接地，

电离盒与狭缝之间的电位差称为离子加速电压U。

电离盒与灯丝之间的电位差决定轰击电子的能量，一样为70eV。

图5-4电子轰击离子源

电子电离取得的离子流稳固性好，产率高，相应的质谱图重现性好，信息丰硕，常规的质谱解析和检索都是在EI谱上开展的。

其缺点是，当样品分子质量较大或稳固性不高时，分子离子峰强度比较低，乃至观看不到，现在应利用能量相对较低的电离手腕，化学电离源确实是由此而进展起来的一种软电离方式。

化学电离时，在离子源内场面充满必然压强的反映气，并引入必然比例的样品，用高能量的电子轰击反映气体使之电离，电离后的反映分子再与样品分子碰撞发生分子-离子反映形成准分子离子QM+系列碎片，它们应该是CI谱中的最强峰，能够推断化合物的分子量。

CI谱中碎片离子少，谱图简单，容易说明，和EI谱彼此补充。

化学电离有正电和负电两种模式，电子亲和力强的化合物选用后者更为适合。

图5-5化学电离源的结构示用意

当气态样品分子临近或接触处于强电场的金属针时，由于高曲率半径的针端处产生很强的电位梯度，样品分子被电离，这确实是场电离FI。

场解吸FD的原理和FI相同，但样品不需气化，而是沉积在电极微针上，在电场作用下直接从发射体解析取得准分子离子，因此FD专门适合难气化和热不稳固性化合物如多肽、糖、有机金属化合物和天然产物等的分析。

图5-6场解吸离子源

快原子轰击FAB那么是先利用离子枪发射的重原子离子，使之进入原子枪与那里的氩进行电荷互换取得高能量的中性氩原子流，此原子流轰击靶体上的样品使之原子化；

也能够利用离子如铯离子枪对样品直接进行轰击，即二次离子质谱SIMS。

这两种电离手腕都不需要对样品进行加热气化，因此更适合于热不稳固性和难气化样品的分析，可检测高极性和高分子量的化合物，尤其在生命科学研究中超级有效。

基质辅助激光解吸电离MALDI那么是将样品溶液与过量的某种基质溶液混合，在金属探针表面将溶剂蒸发，再用脉冲激光进行照射，基质分子能吸收激光的能量，使样品分子直接电离进入气相的方式。

它专门适合那些对热灵敏或难电离的物质，尤其是极性生物大分子化合物的分析，能提供完整的分子电离产物，有着极好的应用前景。

电喷雾电离ESI、大气压化学电离APCI都是为解决高效液相色谱与质谱联用而进展起来的电离技术。

样品溶液由具有雾化气套管的毛细管出口流出，被雾化气雾化，通过加热管时被气化，在加热管出口进行电晕尖端放电，使喷射出来的无数液滴带有电荷，在真空环境中，随着溶剂的不断蒸发和液滴表面电荷密度增加，产生多电荷样品离子进入质谱，而溶剂分子为电中性被分离出去，这确实是电喷雾电离；

若是是溶剂分子电离，并与样品分子发生分子-离子反映，那么属于大气压化学电离APCI的范围。

两种方式将取得多电荷离子峰簇或准分子离子，通常没有碎片离子峰，由于取得的是多电荷离子，使质量分析器检测的质量取得了极大提高，这对生物大分子的测定是十分有利的。

图5-7电喷雾电离

.3质量分析器

质量分析器是质谱仪的心脏部件，其作用是将不同质荷比的离子分开。

质量分析器的性能直接阻碍质谱仪器的分辨率、质量范围等重要性能和应用范围。

不同质荷比的离子在扇形静磁场中圆周运动的半径不同，即磁场对不同质荷比的离子具有质量色散作用，单聚焦质量分析器确实是利用那个原理达到对不同质荷比离子的分离；

不同能量的离子通过必然强度的扇形静电场时，圆周运动的轨道半径不同，而和质量无关，即扇形电场对能量具有能量色散作用，如将电场和磁场配合利用，就可实现能量和质量双聚焦，这确实是所谓的双聚焦质量分析器。

这两种质量分析器曾经是有机质谱仪的主体，但由于价钱昂贵和操作复杂，和新型质量分析器的不断显现，利用已经愈来愈少了。

四极滤质器QP的要紧部件是四根平行的截面为双曲面或圆形的棒状电极，相对的两根为一组，电位相等，两组电极电位相反。

在两对电极之间施加必然的直流电压和射频交流电压，离子束进入四极杆电场空间后，离子作横向摆动，运动轨迹由质荷比决定。

改变直流电压和射频电压并维持二者比率不变，或持续改变射频电压的频率（即质量扫描），就使特定质荷比的离子依次通过并被离子检测器检测，而其他离子在运动进程中撞击到电极上而被“过滤”掉。

QP仪器结构简单、操作容易，灵敏度高，扫描速度快，操作时真空相对较低，尤其适合与色谱联机，要紧缺点是分辨率不很高，对高质量离子有歧视效应。

图5-8四极滤质器工作示用意

离子阱IT的原理与QP类似，电场是由一个双曲面的中心环形电极和上下两个端帽电极组成的四极电场，直流电压和射频交变电压一样加在环电极上，端帽电极接地。

质量扫描条件下，特定质荷比的离子在阱内以稳固的轨道振幅运动，在特按时刻由引出电极拉出并被电子倍增器检测，不稳固离子由于振幅增加而撞上电极而消失。

IT结构简单，灵敏度比QP又有所提高，质量范围宽，检出限低，质量分辨能力强，这对多级串联质谱的实现超级有利，其缺点质谱图与常规标准质谱图有所出入，无益于检索和比较，如利用外加离子源情形取得改善。

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图5-9离子阱质量分析器

傅立叶变换离子回旋共振（FT-ICR）利用了离子在磁场中的回旋共振现象，先是利用脉冲电子束使气体试样电离，搜集到捕捉室，在必然轨道上做回旋运动，现在如吸收与回旋频率相等的交流电场能量那么运动半径和速度增加，当扫描电场中断，离子回旋半径答复恒定，相同质荷比的离子束发生相干回旋运动，用射频脉冲扫描，对应像电流特性能够反映离子束的质荷比特点，利用傅立叶变换技术能够将这些频率域函数转化为时刻域的质谱信号。

FT-ICR更多时候是引入碰撞技术后用于串联质谱分析。

图5-10离子回旋共振质量分析器

飞行时刻质谱TOF的核心是个离子漂移管，工作时用一个脉冲将离子源中离子刹时引出，经电场加速，使它们在相同动能下进入漂移管自由运动，质荷比越小的离子运动速度越快，也就越早抵达检测器，准确地测定飞行时刻和信号强度就可取得相应的质谱图，离子镜技术和延迟技术的利用保证了TOF仪器的分辨率。

TOF质谱仪对离子的质荷比上限是没有限制的，专门适合生物大分子的分析；

对不同质荷比离子同时检测，因此灵敏度高、扫描速度快，TOF常常与MALDI联用，或作为串联质谱的二级质谱利用，其缺点是分辨率随质荷比的增加而降低，正交加速TOF（oa-TOF）能够专门好地解决那个问题，即在原离子流垂直方向附加一个脉冲电场，离子在发生偏转加速后进行漂移，同时利用微通道板检测器进行阵列检测。

图5-11分析时刻质量分析器

.4离子检测器

离子检测器由搜集器和放大器组成，用于检测各类质荷比离子的强度，性能上要求稳固性好、响应速度快、增益高、检测的离子流宽、无质量歧视效应等。

关于非傅立叶变