0804仪器科学与技术一级学科简介 一级学科（中文）名称：仪器科学与技术 （英文）名称：Instrumentation Science and Technology 一、学科概况 仪器科学与技术学科是一个古老而又极具生命力的学科。它伴随着人类最早的生产和社会活动的开始而萌生。古代的测量器具尽管简单，但也基本具备了测量单位、标准量和标准量与被测量比对过程等测量的基本属性，如我国氏族社会已有“结绳记事”、“契木计时”的记载；大禹治水时使用了准绳与规矩；公元前221年，我国秦朝已形成量值统一的度量衡制度和器具；《汉书·律历志》中用“累黍定尺”和“黄钟律管”对长度进行了定义，其中用发出固定音高的“黄钟律管”之长来定长度标准是我国古代伟大的发明创造，这种方法与几千年后的今天，世界上采用光波波长定义长度基准，从基本原理上有惊人的相似之处；此外还产生了朴素的测量方法，如利用平行光投影的相似现象间接地测量物体的长度；进而产生了以测量单位、标准量、测量量值与被测量值转换关系为基础的测量方法和测量仪器，如日晷和浑天仪等。在这个漫长的历史过程中，尽管该学科在促进生产力发展与社会进步中发挥了巨大作用，但仍处于学科的萌芽阶段。 直至1898年国际米制公约建立，初步形成了以米和公斤等为基本计量单位、相应的计量标准器与测量仪器、量值溯源方法与测量理论；进而衍生出作为该学科理论基础的测量误差理论和计量学等，学科基本理论框架初步形成。随着近代测量科学与仪器技术的学术价值和实验价值显著提升，近代测量科学逐渐从近代物理学和化学等基础学科中分离出来，并逐渐形成为一门独立的学科，成为近代科学的重
要基础学科之一。门捷列夫曾有著名论断：“科学是从测量开始的”，“没有测量就没有科学”，“测量是科学的基础”。 现代测量学是前沿科学领域中最活跃和最有生命力的学科之一。测量科学研究的重大突破性进展和新原理仪器的发明直接或间接地引发了前沿重大科学问题的突破。这在历届诺贝尔奖的研究成果中得到集中体现。到2011年为止，诺贝尔物理学奖、化学奖、生理学和医学奖获奖项目总数为352项，获奖总人数为547名，直接因测量科学研究成果或直接发明新原理仪器而获奖的项目总数为37(占 1 0．5％)，总人数为50(占9．1％)，如电子显微镜、质谱仪、CT断层扫描仪、扫描隧道显微镜和原子力显微镜等；同时69％的物理学奖、75％的化学奖、92％的生理学和医学奖都是借助于各种先进的高端仪器完成的。 仪器科学与技术的发展，一直与和物理学、化学、生理学和医学等基础学科和前沿学科的发展与重大前沿科学问题的突破紧密地联系在一起。每次科学技术研究取得的重大进展都会推动仪器科学与技术产生跨越式发展。传统仪器科学与技术以牛顿力学、电磁学、经典光学、热力学、化学等为理论基础，建立了长度、力学、热工、电磁、光学、声学、电子、时间频率、电离辐射等计量测试专业与相应的测量仪器技术产业。 现代仪器科学与技术以电动力学、量子力学、现代光学、电子学等为理论基础，同时借助于现代新技术的突破性进展，如微电子技术、计算机技术、激光技术、光子技术、光电子技术和超导技术等，使仪器科学与技术进入以量子计量为标志的新阶段，如激光干涉测量技术、原子频标计量技术、基于电子隧道效应的扫描隧道显微仪器技术、基于量子化霍尔效应的电参量计量技术研究等相继迅速取得突破，并发展成为新的仪器技术，进而促进仪器科学与技术的迅速发展。 仪器科学与技术学科具有与众多相关学科紧密交叉与融合的特
成绩 中国矿业大学 2014 级硕士研究生课程考试试卷 考试科目现代仪器分析 考试时间2015年4月 学生姓名肖剑 学号TS14040097 所在院系化工学院 任课教师李保民 中国矿业大学研究生院培养管理处印制
质谱技术简介 摘要： 质谱作为一种分子质量信息获得的有力武器，以其微量、快速、灵敏、高精确度等优良性能，广泛应用于现代化学、生物、食品等领域。本文从质谱法的基本原理、色谱-质谱连用技术及质谱技术的新发展三个方面对质谱法进行了一个慨括性的综述，加强了对质谱分析的了解，扩展了质谱连用技术的相关知识，为更好的了解使用质谱提供了一个有力的支持。 关键词：质谱、质谱机理、GC-MS、LC-MS、新发展
前言 质谱,又称质谱法（mass spectrometry,MS），是通过不同的离子化方式，将试样（原子或分子）转化为运动的气态离子，并按照质荷比（m/z）大小进行分离检测的分析方法，是一种与光谱并列的谱学方法。根据质谱图上峰的位置和相对强度大小，质谱可对无机物、有机物和生物大分子进行定性和定量分析。 Thomson JJ于1906年发明质谱，并运用于发现非放射性同位素和无机元素分析。20世纪40年代以后开始用于有机物分析。60年代出现了气相色谱-质谱联用仪，是质谱成为鉴定有机物结构的重要方法。80年代初期，快原子轰击电离的应用，是质谱更好的运用于生物化学大分子。90年代以来，随着电喷雾电离和基质辅助激光解吸电离的应用，已形成生物质谱学一新学科[1]。目前，质谱法已经日益广泛的应用于原子能、化学、电子、冶金、医药、食品、陶瓷等工业生产部门，农业科学研究部门，以及物理、电子与离子物理、同位素地质学、有机化学等科学技术领域[2]。 一．质谱法基本原理 质谱法的基本原理是试样分子或原子在离子源中发生电离，生成各种类型带电粒子或离子，经加速电场的作用获得动能形成离子束；进入质量分析仪，在其中再利用带电粒子在电场或磁场中运动轨迹的差异，将不同质荷比（m/z）的离子按空间位置或时间的不同而分离开；然后到达离子接收器将离子流转变为电信号，得到质谱图。 质谱仪基本结构,化合物的质谱是由质谱仪测得的。质谱仪是使分析试样离子化并按质荷比大小进行分离、检测和记录的仪器。一般质谱仪由进样系统，离子源，质量分析仪，离子接收器及信号放大记录系统组成[3]，如下图所示： 二．色谱-质谱连用技术 色谱是一种快速、高效的分离技术，但不能对分离出的每个组分进行鉴定；质谱是一种重要的定性鉴定和结构分析的方法，一种高灵敏度、高效的定性分析工具，但没有分离能力，不能直接分析混合物。二者结合起来，把质谱仪作为色谱仪的检测器将能发挥二者的优点，具有色谱的高分辨率和质谱的高灵敏度，是生物样品中药物与代谢物定性定量的有效工具。 1.GC-MS
1. 基本原理 基质辅助激光解析电离飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)是近年来发展起来的一种新型的软电离生物质谱, 其无论是在理论上还是在设计上都是十分简单和高效的。仪器主要由两部分组成: 基质附助激光解吸电离离子源( MALDI) 和飞行时间质量分析器( TOF) 。MALDI的原理是用激光照射样品与基质形成的共结晶薄膜, 基质从激光中吸收能量传递给生物分子, 而电离过程中将质子转移到生物分子或从生物分子得到质子, 而使生物分子电离的过程。因此它是一种软电离技术, 适用于混合物及生物大分子的测定。TOF的原理是离子在电场作用下加速飞过飞行管道, 根据到达检测器的飞行时间不同而被检测即测定离子的质荷比( M/Z) 与离子的飞行时间成正比 , 检测离子。MALDI-TOF-MS具有灵敏度高、准确度高及分辨率高等特点, 为生命科学等领域提供了一种强有力的分析测试手段, 并正扮演着越来越重要的作用。 2 分子量测定 分子量是有机化合物最基本的理化性质参数。分子量正确与否往往代表着所测定的有机化合物及生物大分子的结构正确与否。MALDI-TOF是一种软电离技术, 不产生或产生较少的碎片离子。它可直接应用于混合物的分析, 也可用来检测样品中是否含有杂质及杂质的分子量。分子量也是生物大分子如多肽、蛋白质等鉴定中首要的参数, 也是基因工程产品报批的重要数据之一。MALDI-TOF 的准确度高达0.1%~0.01%, 远远高于当前常规应用的SDS电泳与高效凝胶色谱技术, 当前可测定生物大分子的分子量高达600KDa。 我们第一次获得了SARS病毒N蛋白整体分子量
我们测定的某纳克级蛋白质的分子量 我们测定的某糖蛋白分子量 某外资企业的新型日用化学品的分子量分布
Trace DSQ II 性能介绍 美国Thermo Fisher Scientific 是世界最大的分析仪器制造公司，也是最专业的质谱生产厂家，总部设在美国波士顿地区，年销售额超过22亿美元，在全球30多个国家设有分支机构，员工人数超过11,000人，工厂主要分布在美国、德国、英国、意大利、法国。 其属下的色谱质谱部前身为著名的质谱生产厂家菲尼根公司（Finnigan ），主要的产品包括了四极杆和离子阱的气相色谱质谱联用仪（DSQ 、PolarisQ ），三维离子阱液质（LCQ ），二维线性离子阱液质（LTQ ），三级四极杆串接液质（TSQ Quantumn ）等单位质量分辩率台式质谱仪，以及高分辨磁质谱（MAT95），傅立叶变换离子回旋共振质谱（FTMS ），静电场轨道离子阱质谱（Orbitrap ），电感耦合等离子体高分辨质谱，辉光放电质谱（GD MS ），同位素质谱等多种高分辨质谱仪，总计有近30种质谱设备，为目前最大和最专业的质谱供应厂商。 秉承30多年来在气相色谱/质谱中的领先优势，Thermo Fisher Scientific 推出了DSQ II 四极杆质谱仪，其革新技术从根本上改善了分析结果，也预示着痕量分析技术的未来。 DSQ II 配备了最新的DuraBrite 离子源和DynaMax XR 检测系统，配合成名已久的弯曲预四极杆技术，DSQ II 不仅保证了拥有超高的灵敏度，而且也极大的提高了离子源的抗污染能力。同时根据不同行业标准操作规程的要求，推出了最新的EnviroLab 、ToxLab 、QuanLab 等常规应用软件，在维持Xcalibur 质谱软件强大功能的同时，使得任何化学工作者在分析大批量样品的时候可以轻松进行数据处理，节省了大量时间。可以说，DSQ II 是目前业界灵敏度最高，定量检测线性范围最宽的质谱仪。 Trace DSQ II GC/MS 是Thermo Fisher Scientific 的一款新型台式四极杆气质联用仪，应用新一代弯曲光学透镜排除中性粒子的噪音。排除这部分背景使得化学工作者能够在TRACE DSQ 系统的整个动态范围内大大改善检测限、定量和谱图性能。特别对于某些应用领域，如对于地表水、饮用水中的挥发性有机物、农残检测等，由于排除了系统的噪音，减小了基体的干扰，从而在不牺牲动态范围和谱图的特征性的情况下，极大增强了GCMS 的检测灵敏度。 Trace DSQ II GC/MS 采用了目前扫描速度高达11,000 amu/s 的全金属钼四极杆设计，提供最大信息量的质谱数据，因此一次进样即能同时获取真正的全扫描(Scan ）和选择离子(SIM)检测结果，同时完成了定性和定量的分析，或者同时完成脉冲正负化学源(PPINICI),成倍地提高了工作效率。 Trace DSQ II GC/MS 使用技术领先的Xcalibur 仪器控制和数据处理软件，其可扩展的XDK （Xcalibur Development
理论 基础理论 第一章基础 基本名词 Q-Exactive质谱仪的结构及介绍 Q-Exactive质谱仪的扫描模式 基本名词 质荷比（m/z）：以原子质量单位表示的离子质量与其电荷数的比值。 基峰（base peak）：在质谱图中，指定质荷比范围内强度最大的离子峰称作基峰。 原子质量单位（u）：用来衡量原子或分子质量的单位，它被定义为碳12原子质量的1/12。 同位素（Isotopes）：具有相同质子数，不同中子数的同一元素的不同核素。 总离子流谱图（TIC，Total Ion Chromatogram）：对一定质荷比范围内的离子流总和进行连续检测与记录的色谱图。 提取离子流谱图（EIC，Extracted Ion Chromatogram）：对某一质荷比的离子流进行连续检测与记录的色谱图。 分辨率：质谱图上两个相邻离子峰分离的程度（如下图） Q-Exactive质谱仪的结构及介绍
基本结构 结构 基本组成部分包括： （1） 离子源（Ion Source） （2） 离子透镜系统（Ion Optics）：离子传输毛细管（Capillary），S-Lens，注入四极杆，弯曲四极杆，透镜（S-Lens出口透镜、Inter-flatapole透镜、TK透镜， Splite Lens，传输八极杆 （3） 质量分析器：四极杆（Quadrupole），Orbitrap（静电场轨道离子阱） （4） HCD碰撞池 （5） 检测器（Detector）：Orbitrap 以下分别介绍各部分的作用及特点 离子源 作用：（1）将中性的待测物电离为带电荷的离子； （2）真空过渡； （3）去除多余的溶剂； （4）去除干扰。 与LC相连接的电离源主要为大气压电离源（API，Atmospheric Pressure Ionization），包括：电喷雾电离源、大气压化学电离源、大气压光学电离源 电喷雾电离源（ESI，Electrospray Ionization） 主要特点： 离子在液相状态形成 对热不稳定化合物首选
新闻媒体背景材料-媒体资料： 安捷伦的质谱仪产品 概述 质谱测量是一种功能强大的化学分析技术。它可以被用于识别未 知物质，量化已知物质并获取其化学结构方面的信息。质谱测量 化学品的能力非常精细，可达10亿分之一克。因此，质谱测量在 现有和新兴科学分支中都是一种非常有用的技术。 质谱仪能确定样本中的分子重量和数量。通常，它们还可以将分子分割以测量分子片段的重量。有关分子及分子片段重量和丰度的信息被收集和显示就是所谓的质谱。如果指纹一样，质谱可以用来辨识各种物质。 气相色谱法和液相色谱技术可分离复杂的化学品混合物。气相色谱仪的或液相色谱仪往往会与质谱仪结合在一起，即气相色谱/质谱仪或液相色谱/质谱仪系统。在使用质谱前采用色谱仪会让质谱仪能更加简便地确定复杂样本中所有的单一化学成分。 –它包括了单四极杆质谱，离子阱质谱，飞行时间质谱(TOF)，三重串联四极杆质谱(QQQ)和四极杆－飞行时间串联质谱（Q-TOF）。 长期以来，安捷伦科技一直都是气相色谱仪、液相色谱仪和质谱仪的领导型供应商。其产品以优良的性能、可靠性及易于使用等优点，赢得了良好信誉。安捷伦主要有五项主要配置的质谱仪产品。–它包括了单四极杆质谱，离子阱质谱，飞行时间质谱(TOF)，三重串联四极杆质谱(QQQ)和四极杆－飞行时间串联质谱（Q-TOF）。 根据客户对比研究的结果，当前液相色谱/质谱仪的一个主要缺点是它们需要分步而繁琐的操作。 安捷伦推出了完整的的液-质联用平台，即Agilent 6000系列液-质联用系统。它包括了单四极杆质谱，离子阱质谱，飞行时间质谱(TOF)，三重串联四极杆质谱(QQQ)和四极杆－飞行时间串联质谱（Q-TOF）。 - 他们不仅关注匹配或超过竞争对手的性能，还致力于创造一个新的可靠性标准。
质谱原理简介: 质谱分析是先将物质离子化，按离子的质荷比分离，然后测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。以检测器检测到的离子信号强度为纵坐标，离子质荷比为横坐标所作的条状图就是我们常见的质谱图。 常见术语: 质荷比：离子质量（以相对原子量单位计）与它所带电荷（以电子电量为单位计）的比值，写作m/Z. 峰：质谱图中的离子信号通常称为离子峰或简称峰离子丰度：检测器检测到的离子信号强度. 基峰：在质谱图中，指定质荷比范围内强度最大的离子峰称作基峰总离子流图；质量色谱图；准分子离子；碎片离子；多电荷离子；同位素离子总离子流图: 在选定的质量范围内，所有离子强度的总和对时间或扫描次数所作的图，也称TIC图. 质量色谱图指定某一质量（或质荷比）的离子其强度对时间所作的图. 利用质量色谱图来确定特征离子，在复杂混合物分析及痕量分析时是 LC/MS测定中最有用的方式。当样品浓度很低时LC/MS的TIC上往 往看不到峰，此时，根据得到的分子量信息，输入M+1或M+23等数值，观察提取离子的质量色谱图，检验直接进样得到的信息是否在 LC/MS上都能反映出来，确定LC条件是否合适，以后进行MRM等 其他扫描方式的测定时可作为参考。 1.0 指与分子存在简单关系的离子，通过它可以确定分子量.液质中最常 见的准分子离子峰是[M+H]+或[M-H]-. 在ESI中，往往生成质量大于分子量的离子如
M+1,M+23,M+39,M+18......称准分子离子，表示为：[M+H]+,[M+Na]+ 等碎片离子: 准分子离子经过一级或多级裂解生成的产物离子碎片峰的数目及其丰度则与分子结构有关，数目多表示该分子较容易断裂,丰度高的碎片峰表示该离子较稳定，也表示分子比较容易断裂生成该离子。 Ep hedri ne, MW = 165 多电荷离子: 指带有2个或更多电荷的离子，常见于蛋白质或多肽等离子.有机质谱中,单电荷离子是绝大多数，只有那些不容易碎裂的基团或分子结构 -如共轭体系结构-才会形成多电荷离子.它的存在说明样品是较稳定 的?采用电喷雾的离子化技术， 可产生带很多电荷的离子，最后经计算机自动换算成单质/荷 比离子。 同位素离子由元素的重同位素构成的离子称为同位素离子各种元素的同位素，基本上按照其在自然界的丰度比出现在质谱中，这对于利用质谱确定化合物及碎片的元素组成有很大方便，还可利用稳定同位素合成标记化合物，如:氘等标记化合物，再用质谱法检出这些化合物，在质谱图外貌上无变化，只是质量数的位移，从而说明化合物结构，反应历程等 如何看质谱图: (1)确定分子离子，即确定分子量 氮规则：含偶数个氮原子的分子，其质量数是偶数，含奇数个氮原子 的分子，其质量数是奇数。与高质量碎片离子有合理的质量差，凡质量差在3~8和10~13，21~25之间均不可能，则说明是碎片或杂质。
绪论 1 仪器分析： 是指通过测量物质是某些物理或者物理化学性质` 参数及其变化来确定物质的组成成分含量级化学结构的分析方法。仪器分析的产生与生产实践科学技术发展的迫切需要方法核心原理发现及相关技术产生等密切相关。 2 定性分析： 鉴定式样由哪些元素、离子、基团或化合物组成，即确定物质的组成。 3 定量分析： 测定试样中各种组分(如元素、根或官能团等)含量的操作。 4 精密度： 指同一分析仪器的同一方法多次测定所得到数据间的一致程度，是表征随机误差大小的指标，亦成为重复测定结果随测定平均值的分散度，即重现性。 5 灵敏度： 仪器或分析方法灵敏度是指区别具有微小浓度差异分析物能力的度量，它取决于两个因素：即校准曲线的斜率和仪器设备的重现性或精密度。 6 检出限： 又称检测下限或最低检出量，指一定置信水平下检出分析物或组分的最小量或最低浓度。它取决于分析物产生信号与本底空白信号波动或噪声统计平均值之比。 7 动态范围： 定量测定最低浓度（LOQ)扩展到校准曲线偏离线性响应（LOL）的浓度范围。 8 选择性： 一种仪器方法的选择性是指避免试样中含有其它组分干扰组分测定的程度。 9 分辨率： 指仪器鉴别由两相近组分产生信号的能力。不同类型仪器分辨率指标各不相同，光谱仪器指将波长相近两谱线（或谱峰）分开的能力；质谱仪器指分辨两相邻质量组分质谱峰的分辨能力；色谱指相邻两色谱峰的分离度；核磁共振波谱有它独特的分辨率指标，以临二氯甲苯中特定峰，在最大峰的半宽度为分辨率大小。 10 分析仪器的校正： 仪器分析中将分析仪器产生的各种响应信号值转变成被测物质的质量或浓度的
过程称为校正。一般包括分析仪器的特征性能指标和定量分析方法校正。 光谱法导论 11 电磁辐射： 电场和磁场的交互变化产生的电磁波，电磁波向空中发射或汇聚的现象，叫电磁辐射举例说，正在发射讯号的射频天线所发出的移动电荷，便会产生电磁能量。 12 电磁辐射的吸收、发射、散射、折射、干涉、衍射： (1) 吸收物质选择性吸收特定频率的辐射能，并从低能级跃迁到高能级； (2) 发射将吸收的能量以光的形式释放出； (3) 散射丁铎尔散射和分子散射； (4) 折射折射是光在两种介质中的传播速度不同； (6) 干涉干涉现象； (7) 衍射光绕过物体而弯曲地向他后面传播的现象； 13 分子光谱、原子光谱 分子光谱：分子从一种能态改变到另一种能态时的吸收或发射光谱（可包括从紫外到远红外直至微波谱）。 原子光谱：是由原子中的电子在能量变化时所发射或吸收的一系列光所组成的光谱。 14 辐射源： 指能发射比所需波长范围更宽的光谱的器件。 15 拉曼散射 :当光子与分子间发生非弹性碰撞的相互作用时，相互间有能量交换，使光子的能量增加或减少，这时将产生与入射光波长不同的散射光，这种散射称为拉曼散射。 紫外光谱、分子发光、原子吸收光谱 16 透光率： 透光率是指透过透明或半透明体的光通量与其入射光通量之比。 17 辐射跃迁：
质谱分析习题 一、简答题 1．以单聚焦质谱仪为例，说明组成仪器各个主要部分的作用及原理。 2．双聚焦质谱仪为什么能提高仪器的分辨率? 3．试述飞行时间质谱计的工作原理,它有什么特点? 4．比较电子轰击离子源、场致电离源及场解析电离源的特点。 5．试述化学电离源的工作原理。 6．有机化合物在电子轰击离子源中有可能产生哪些类型的离子？从这些离子的质谱峰中可以得到一些什么信息？ 7．如何利用质谱信息来判断化合物的相对分子质量？判断分子式？ 8．色谱与质谱联用后有什么突出特点？ 9．如何实现气相色谱－质谱联用？ 10．试述液相色谱－质谱联用的迫切性。 二、选择题 1．3,3-二甲基戊烷：受到电子流轰击后, 最容易断裂的键位是: ( ) A 1和4 B 2和3 C 5和6 D 2和3 2．在丁烷的质谱图中，M对(M＋1)的比例是（） A 100:1.1 B 100:2.2 C 100:3.3 D 100:4.4 3．下列化合物含 C、H或O、N，试指出哪一种化合物的分子离子峰为奇数？( ) A C6H6 B C6H5NO2 C C4H2N6O D C9H10O2
4．在下列化合物中, 何者不能发生麦氏重排? ( ) 5．用质谱法分析无机材料时，宜采用下述哪一种或几种电离源? （） A 化学电离源 B 电子轰击源 C 高频火花源 D B或C 6．某化合物的质谱图上出现m/z31的强峰, 则该化合物不可能为 ( ) A 醚 B 醇 C 胺 D 醚或醇 7．一种酯类（M=116），质谱图上在m/z 57（100%），m/z 29（27%）及m/z 43（27%）处均有离子峰，初步推测其可能结构如下，试问该化合物结构为 ( ) A (CH3)2CHCOOC2H5 B CH3CH2COOCH2CH2CH3 C CH3(CH2)3COOCH3 D CH3COO(CH2)3CH3 8．按分子离子的稳定性排列下面的化合物次序应为 ( ) A 苯 > 共轭烯烃 > 酮 > 醇 B 苯 > 酮 > 共轭烯烃 > 醇 C 共轭烯烃 > 苯 > 酮 > 醇 D 苯 > 共轭烯烃 > 醇 > 酮 9．化合物在质谱图上出现的主要强峰是（） A m/z 15 B m/z 29 C m/z 43 D m/z 71 10．溴己烷经 均裂后，可产生的离子峰的最可能情况为： ( ) A m/z 93 B m/z 93和m/z 95 C m/z 71 D m/z 71和m/z 73 11．在C2H 5F 中，F对下述离子峰有贡献的是 ( )
氦质谱检漏仪基本原理简介 氦质谱检漏仪是用氦气为示漏气体的专门用于检漏的仪器，它具有性能稳定、灵敏度高的特点。是真空检漏技术中灵敏度最高，用得最普遍的检漏仪器。 氦质谱检漏仪是磁偏转型的质谱分析计。单级磁偏转型仪器灵敏度为lO-9～10-12Pam3／s，广泛地用于各种真空系统及零部件的检漏。双级串联磁偏转型仪器与单级磁偏转型仪器相比较，本底噪声显著减小．其灵敏度可达10-14～10-15Pam3／s，适用于超高真空系统、零部件及元器件的检漏。逆流氦质谱检漏仪改变了常规型仪器的结构布局，被检件置于检漏仪主抽泵的前级部位，因此具有可在高压力下检漏、不用液氮及质谱室污染小等特点．适用于大漏率、真空卫生较差的真空系统的检漏，其灵敏度可达10-12Pam3／s。 (1)工作原理与结构 氦质谱检漏仪由离子源、分析器、收集器、冷阴极电离规组成的质谱室和抽气系统及电气部分等组成。 ①单级磁偏转型氦质谱检漏仪 现以HZJ—l型仪器为例．介绍单级磁偏转型氦质谱检漏仪。 在质谱室内有：由灯丝、离化室、离子加速极组成离子源；由外加均匀磁场、挡板及出口缝隙组成分析器；由抑制栅、收集极及高阻组成收集器；第一级放大静电计管和冷阴极电离规。。 在离化室N内，气体电离成正离子，在电场作用下离子聚焦成束。并在加速电压作用下以一定的速度经过加速极S1的缝隙进入分析器。在均匀磁场的作用下，具有一定速度的离子将按圆形轨迹运动，其偏转半径可计算。 可见，当B和U为定值时，不同质荷比me-1的离子束的偏转半径R不同。仪器的B和R 是固定的，调节加速电压U使氦离子束恰好通过出口缝隙S2，到达收集器D，形成离子流并由放大器放大。使其由输出表和音响指示反映出来；而不同于氦质荷比的离子束[(me-1)1(me-1)3]因其偏转半径与仪器的R值不同无法通过出口缝隙S2，所以被分离出来。(me-1)2=4，即He+的质荷比，除He+之外，C卅很少，可忽略。 ②双级串联磁偏转型氦质谱检漏仪 由于两次分析，减少了非氦离子到达收集器的机率。并且，如在两个分析器的中间，即图
1分辨率 分辨率是指相邻两个峰被分离的程度。作为电测法常用的有=种表示方法，但常见的是前两种。 (1)10％谷图(1)为假设两个相邻的等高峰M1和M2，M2为M1+△M，它们彼此靠近到这样的程度以致相重叠的谷高度为峰高(h)的10%，此时 M1/△M的比值定义为这两个峰的分辨率R。事实上很难在该图中找到这样一对峰，解决的办法有两个，一是人为产生一对蜂，这在磁质谱仪器中很容易实现。按照磁质谱仪器离子的运动方式可知，M1V1=M2V2，V1为正常的加速电压值，它在屏幕上显现出已知质量M1的峰，然后降低加速电压至V2它将M1峰的位置移到M2位置。交替地变化这两个加速电压，使屏幕上轮流出现这对峰。调整V2的值，使这一对峰相交在5％的峰高处，这意味着它们将来重叠后的谷为10%，此时，十进电位器的倒数值即为两个峰的分辨率。另—种方法是在谱图上找出两个峰M1和M2，量出M1峰与M2峰之间的距离d，及M1峰、M2峰的半峰宽W1、W2（半峰宽是指峰的半高处的峰宽），按公式(M1/△M)×d/ (W1+W2)计算两峰的分辨率。精心挑选，由两个化台物产生的这一对峰，用高分辨仪器就能测出仪器的分辨率。 (2) 50%峰宽(FWHM) 质量为M的峰与该峰半高度处的峰宽（此处蜂宽不是以长度单位，而是以质量单位来表示）之比。如果从图(2)来看，当两个峰靠得很近，其峰交义处为峰高的一半时，它们相叠加的谷就为峰高，此时两个相邻峰恰好可以区分开，所以是分辨的极端状态。 假定峰形是三角形，可以证明R10%=(1/2)R50%，即10%谷时的△M接近于W值的两倍。 (3) R=M或2M有机质谱仪器，如四极杆质谱仪也使用单位分辨率，即以质量M来表示分辨率。由于大部分四极杆质谱仪的分辨率都在2000-3000以下，所以相邻两峰的质量差至少是一个质量单位，即△M=1，相当于10%谷的分辨率； R=2M，则相当于50%峰宽的分辨率。另外，还有半峰宽所占的质量来表达分辨率的方式，如R=0.7u(FWHM)。
质谱原理简介： 质谱分析是先将物质离子化，按离子的质荷比分离，然后测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。以检测器检测到的离子信号强度为纵坐标，离子质荷比为横坐标所作的条状图就是我们常见的质谱图。 常见术语: 质荷比: 离子质量(以相对原子量单位计)与它所带电荷(以电子电量为单位计)的比值,写作m/Z. 峰: 质谱图中的离子信号通常称为离子峰或简称峰. 离子丰度: 检测器检测到的离子信号强度. 基峰: 在质谱图中，指定质荷比范围内强度最大的离子峰称作基峰. 总离子流图；质量色谱图；准分子离子；碎片离子；多电荷离子；同位素离子 总离子流图: 在选定的质量范围内，所有离子强度的总和对时间或扫描次数所作的图,也称TIC图. 质量色谱图 指定某一质量(或质荷比)的离子其强度对时间所作的图. 利用质量色谱图来确定特征离子，在复杂混合物分析及痕量分析时是LC/MS测定中最有用的方式。当样品浓度很低时LC/MS的TIC上往
往看不到峰，此时，根据得到的分子量信息，输入M+1或M+23等数值，观察提取离子的质量色谱图，检验直接进样得到的信息是否在LC/MS上都能反映出来，确定LC条件是否合适，以后进行MRM等其他扫描方式的测定时可作为参考。 1.0 指与分子存在简单关系的离子，通过它可以确定分子量.液质中最常见的准分子离子峰是[M+H]+ 或[M-H]- . 在ESI中, 往往生成质量大于分子量的离子如 M+1,M+23,M+39,M+18......称准分子离子,表示为:[M+H]+,[M+Na]+等碎片离子： 准分子离子经过一级或多级裂解生成的产物离子. 碎片峰的数目及其丰度则与分子结构有关,数目多表示该分子较容易断裂,丰度高的碎片峰表示该离子较稳定,也表示分子比较容易断裂生成该离子。 Ephedrine, MW = 165 多电荷离子： 指带有2个或更多电荷的离子,常见于蛋白质或多肽等离子.有机质谱中,单电荷离子是绝大多数,只有那些不容易碎裂的基团或分子结构-如共轭体系结构-才会形成多电荷离子.它的存在说明样品是较稳定的.采用电喷雾的离子化技术, 可产生带很多电荷的离子,最后经计算机自动换算成单质/荷
质谱仪简介 质谱仪又称质谱计。分离和检测不同同位素的仪器。即根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离和检测物质组成的一类仪器。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获取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大小分离的装置。分离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质谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪；按分辨本领分为高分辨、中分辨和低分辨质谱仪；按工作原理分为静态仪器和动态仪器。 ?用法分离和检测不同同位素的仪器。仪器的主要装置放在真空中。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。质谱方法最早于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，仍然利用电磁学原理，使离子束按荷质比分离。质谱仪的性能指标是它的分辨率，如果质谱仪恰能分辨质量m和 m＋Δm，分辨率定义为m／Δm。现代质谱仪的分辨率达105 ～106 量级，可测量原子质量精确到小数点后7位数字。质谱仪最重要的应用是分离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以上的原子的精确质量是用质谱方法测定的。由于质量和能量的当 量关系，由此可得到有关核结构与核结合能的知识。对于可通过矿石中提取的
几种质谱仪的介绍 1. QSTAR PUlsarl型串连四极杆飞行时间液质联用质谱仪 1.1设备型号、厂家、图片 设备型号：QSTAR Puslar 厂家：北京师范大学蛋白质组学研究中心 图片： 1.2工作原理、相关理论知识及技术参 数 QSTAR是将传统的四极杆质谱与 飞行时间质谱相结合，构成串连型质 谱。该仪器由两大部分组成，即水平方 向的四极杆部分和垂直方向的飞行时 间部分。其中四极杆部分由卿、Ql和 Q2三个主要部分组成，飞行时间部分 由加速器、反射器和检测器组成(见图 1)。如果将QSTAR与三级四极杆质谱 做个比较，就可以看出，QSTAR比三 级四极杆多一个Q0，而三级四极杆质 谱的质量分析器Q3则由时间飞行质谱 替代。 在强电场的作用下，使ESI源的样品溶液带上电荷喷出，并形成微粒，飞行微粒首先与逆向运动的气帘气迎面相遇，其中未带电荷的微粒将被气帘气吹出，而带电微粒则在电场的作用下继续前进，其中的液体则在气帘气的作用下挥发而随气流流出，从而将电荷留给肽段使之成为带电粒子。肽离子在电场的作用下进人Q0，Q0为由一组施加射频电压的四极杆组成的预过滤器，离子在Q0中经过聚焦后进入Ql，Q1为四极杆质量过滤器，即可以通过在四极杆上施加特定的电压选择特定质荷比的离子通过，也可以通过连续变化的电压(扫描)使所有质荷比的离子通过。Q2为离子裂解室，接有裂解气(氢气或氮气)。经Ql选择的离子进人Q2后被裂解。QSTAR的Q2附加了脉冲式的离子延迟装置，称为O2巧151皿。通过一个延迟电压.使向TOF飞行的离子速度变慢，从而起到离子富集的作用。其基本原理可以简单的比喻为脉冲式的“关闸蓄水，然后突然放水”，使原来的涓涓细流变成“洪峰”(离子流的高峰)进人TOF的加速器，从而使每次加速器加速的离子增加。对于质荷比高于600的离子的富集效果为3一5倍，低于600的较小离子的富集效果一般为1o一20倍。离子经过Q2Pulsing后进人TOF部分，并被加速器的在垂直方向加速，然后通过反射器到达检测器。QSTAR的灵敏度在fmol级，分辨率一般在8000以上。 1.3应用 基因组学的发展得益于大规模测序技术，蛋白质组学的兴起则离不开生物质谱技术。“组学”的含义在于研究的对象不是一个或几个基因或蛋白，而是“全部”的基因或蛋白。因此蛋白质组学的发展需要像基因测序技术那样大规模、高通量地分析鉴定蛋白质的技术。蛋白质的质谱鉴定技术为蛋白质组学提供一个比较理想的平台，尽管其还无法达到基因测序技术的夫叫漠与速度。目前蛋白质组研究中最常用的质谱有离子阱、四极杆质谱和傅立叶变换质谱，其分析生物大分子的能力各有所长，同时也各有所短。因此，目前新推出的功能更强大的生物质谱多是串连质谱，串连质谱达到了取各家之所长，且避其所短的目的，
质谱仪的简介和使用方法 姓名：xxx 专业：生物科学学号：xxxxxxx 摘要：质谱仪又称质谱计。[1]分离和检测不同同位素的仪器。即根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离和检测物质组成的一类仪器。质谱仪按应用范围分为同位素质谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪。按分辨本领分为高分辨、中分辨和低分辨质谱仪；按工作原理分为静态仪器和动态仪器。 关键词：质谱仪；检测技术；简介；方法 一、前言：质谱法(简称质谱)是一种与光谱并列的谱学方法，通常意义上是指广泛应用于各个学科领域中的通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。质谱和光谱、核磁共振等方法是并列关系，目前很少有交叉领域;但实际上，质谱与经典谱学方法之间的交叉是应该引起重视的研究领域。质谱仪器通常由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器等部分组成，[2]本文按照这些部分对质谱仪器进行简要介绍，并对其性能进行评述，指出了质谱仪器的发展方向及其在基础科学研究、国防、航天以及其他诸多领域的重要意义。 二、当前国内外发展现状：质谱仪经过数十年的发展，技术与性能不断增强，应用也日趋广泛，越来越多的检测标准与检测方法采用了质谱法，[3]质谱仪逐渐由高高在上的“少数派”、“贵族化”仪器，发展成为一种主流的常规分析测试仪器。实际上，这几十年来我国在质谱方面的研究生产并非真的是一片空白，上个世纪六十年代，北京分析仪器厂曾经研制成功中国最早的同位素质谱计;在上个世纪七十年代，北京分析仪器厂和北京科学仪器厂也分别自主研发了气质联用仪，使我国成为美国之外第二个能研发生产质谱仪的国家;改革开放以后，北京分析仪器厂和北京科学仪器厂也曾经分别从惠普和岛津引进技术组装质谱仪。但由于种种原因，我国在质谱仪方面的研发生产一再被割裂和中断，这些前辈们的研究成果都变成了孤立的，无法延续下来，仅是昙花一现。而在此后，质谱的相关技术如质量分析器等有了长足的进步，差距逐渐被拉大到难以想象的地步。形
质谱分析法 1. 质谱仪由哪几部分组成？各部分的作用是什么？（划出质谱仪的方框示意图） 由进样系统、离子源、质量分析器、离子检测器和记录器组成，此外还有真空系统和电气系统等辅助设备。 进样系统：高效重复地将样品引入到离子源，并且不能造成真空度的降低。 离子源：将进样系统引入的气态样品分子转化为离子 质量分析器：将离子源产生的离子按荷质比大小分开 离子检测器：将从质量分析器出来的只有10-9~10-12A的微小离子流加以接收、放大，以便记录。 记录器：记录实验数据和图谱等 2. 在质谱分析中，较常遇到的离子断裂方式有哪几种？ 单纯开裂、重排与消除、复杂开裂和双重开裂 4. 有一束含有不同值的离子通过一个具有固定狭缝位置和恒定加速电压V的质谱仪单聚焦磁分析器，磁场H由小到大扫描，首先通 过出口狭缝而被检测的是最小还是最大的离子？为什么？ 答案: 最小值的离子。 5. 用质谱法对四种化合物的混合物进行定量分析，它们的分子量分别为260.2504，260.2140，260.1201和260.0922，若以它们的分子离子
峰作为分析峰，需多大分辨率的质谱仪？ 答案: 9322。 6. 试计算下列分子的（M+2）与 M 峰之强度比： ① C 2H 5Br ； ② C 6H 5Cl ； （忽略13C 、2H 的影响）。 答案:①1:1；②1:3； 7. 试计算下列化合物的（M+2）/M 和（M+4）/M 峰之强度比： ① C 7H 6Br 2； ② CH 2Cl 2； ③ C 2H 4BrCl （忽略13C 、2H 的影响）。 答案: ①2:1和1:1；②6:9和1:9；③4:3和1:3。 8. 解释下列化合物质谱中某些主要离子的可能断裂途径： ① 丁酸甲酯质谱中的 43、59、71、74； ② 乙基苯质谱中的 91、92； ③ 庚酮-4质谱中的 43、71、86； ④ 三乙胺质谱中的 30、58、86。 m/z=86为 断裂 m/z=86 H 3C 2(C 2H 5)3N (C 2H 5)2H 2
分辨率是指相邻两个峰被分离的程度。作为电测法常用的有=种表示方法，但常见的是前两种。 (1)10％谷图(1)为假设两个相邻的等高峰M1和M2，M2为M1+△M，它们彼此靠近到这样的程度以致相重叠的谷高度为峰高(h)的10%，此时M1/△M的比值定义为这两个峰的分辨率R。事实上很难在该图中找到这样一对峰，解决的办法有两个，一是人为产生一对蜂，这在磁质谱仪器中很容易实现。按照磁质谱仪器离子的运动方式可知，M1V1=M2V2，V1为正常的加速电压值，它在屏幕上显现出已知质量M1的峰，然后降低加速电压至V2它将M1峰的位置移到M2位置。交替地变化这两个加速电压，使屏幕上轮流出现这对峰。调整V2的值，使这一对峰相交在5％的峰高处，这意味着它们将来重叠后的谷为10%，此时，十进电位器的倒数值即为两个峰的分辨率。另—种方法是在谱图上找出两个峰M1和M2，量出M1峰与M2峰之间的距离d，及M1峰、M2峰的半峰宽W1、W2（半峰宽是指峰的半高处的峰宽），按公式(M1/△M)×d/ (W1+W2)计算两峰的分辨率。精心挑选，由两个化台物产生的这一对峰，用高分辨仪器就能测出仪器的分辨率。 (2) 50%峰宽(FWHM) 质量为M的峰与该峰半高度处的峰宽（此处蜂宽不是以长度单位，而是以质量单位来表示）之比。如果从图(2)来看，当两个峰靠得很近，其峰交义处为峰高的一半时，它们相叠加的谷就为峰高，此时两个相邻峰恰好可以区分开，所以是分辨的极端状态。 假定峰形是三角形，可以证明R10%=(1/2)R50%，即10%谷时的△M接近于W值的两倍。 (3) R=M或2M有机质谱仪器，如四极杆质谱仪也使用单位分辨率，即以质量M来表示分辨率。由于大部分四极杆质谱仪的分辨率都在2000-3000以下，所以相邻两峰的质量差至少是一个质量单位，即△M=1，相当于10%谷的分辨率；R=2M，则相当于50%峰宽的分辨率。另外，还有半峰宽所占的质量来表达分辨率的方式，如R=0.7u(FWHM)。
1、 某有机化合物（M=140）其质谱图中有m /z 分别为83和57的离子峰，试问下述哪种结构式与上述质谱数据相符合，原因？。 （1） （2） 2、 某一液体的化学式为C 5H 12O ，bp 138℃，质谱数据如下图所示，试推测其结构。 3、在下列化合物中, 何者不能发生麦氏重排? 为什么？ A ． ；B ． ；C ．；D ．。 4、化合物C O CH 3C 3H 7 在质谱图上出现的主要强峰是（ ），为什么？ A. m/e 15 B.m/e 29 C.m/e 43 D.m/e 71
5、指出下列的哪种说法是不正确的？( ) A. 分子离子峰的质量数一定符合“氮律”； B ．不符合“氮律”的峰，一定不是分子离子峰； C ．符合“氮律”的峰， 一定是分子离子峰； D ．发生麦氏重排所产生的离子峰也符合“氮律”。 6. 一种酯类(M =116), 质谱图上在m /z 57(100%), m /z 29(27%)及m /z 43(27%)处均有离子峰, 初 步推测其可能结构如下, 试问该化合物结构为( )？为什么？请写出分析过程。 (A) (CH 3)2CHCOOC 2H 5 (B) CH 3CH 2COOCH 2CH 2CH 3 (C) CH 3(CH 2)3COOCH 3 (D) CH 3COO(CH 2)3CH 3 7质谱方程式： ；由质谱方程式可知：在固定狭缝位置，固定加速电压的质谱仪中，当进行磁场扫描时，随着磁场强度H 的增加，质核比 z m （大还是小）的先通过，在电压扫描时，随着电压V 的增大， z m （大还是小）的先通过。 8、某有机分子的IR 谱在3030，2930/2850，750，700，550cm -1 处有吸收峰； MS 谱如下所示，经解析，其结构式应为________。为什么？ CH 2.Cl A. CH 2.Br B. CH 3Br C. CH 3Br D. CH 3Br E. 170 65 91 172 51 m/z
第九章质谱法 一．教学内容 1.质谱分析法的基本概念、发展概况及特点 2.由质谱仪器结合质谱法的基本 质谱仪的工作流程 各主要部件的基本结构、基本原理及性能 掌握联用技术 3.质谱峰的类型、离子碎裂途径及有机化合物的质谱 4.质谱法的图谱解析及基本应用 二．重点与难点 1．各种离子源的基本原理、特点及适应性 2．各种重量分析器的基本结构、分析原理、特点及适用性 3．各类离子的碎裂机理及规律 4．质谱法的基本应用（分子量、分子式、结构式的确定） 三．教学要求 1．较好地掌握质谱分析法的基本基本 2．掌握掌握仪的基本结构、工作流程及性能指标 3．在较深入掌握单、双聚焦质量分析器的基础上，比较其它质量分析器的基本原理及特点 4．一般了建质谱联用技术 5．掌握简单图谱的解析，进行较简单化合物分子量、分子式及结构式的分析 四．学时安排3学时
质谱法是通过将样品转化为运动的气态离子并按质荷比 （m/z）大小进行分离记录的分析方法。所获得结果即为质谱图（亦称质谱）。根据质谱图提供的信息可以进行多种有机物及无机物的定性和定量分析、复杂化合物的结构分析、样品中各种同位素比的测定及固体表面的结构和组成分析等。 质谱仪早期主要用于原子量的测定和定量测定某些复杂碳氢混合物中的各组分等。1960年以后，才开始用于复杂化合物的鉴定和结构分析。实验证明，质谱法是研究有机化合物结构的有力工具。 第一节质谱仪 一、质谱仪的工作原理 质谱仪是利用电磁学原理，使带电的样品离子按质荷比进行分离的装置。离子电离后经加速进入磁场中，其动能与加速电压及电荷z有关，即 z e U = 1/2 mν2 其中z为电荷数，e为元电荷（e=1.60×10-19C），U为加速电压，m为离子的质量，ν为离子被加速后的运动速度。 具有速度ν的带电粒子进入质谱分析器的电磁场中，根据所选择的分离方式，最终实现各种离子按m/z进行分离。根据质量分析器的工作原理，可以将质谱仪分为动态仪器和静态仪器两大类。 在静态仪器中用稳定的电磁场，按空间位置将m/z不同的离子分开，如单聚焦和双聚焦质谱仪。 在动态仪器中采用变化的电磁场，按时间不同来区分m/z不同的离子，如飞行时间和四极滤质器式的质谱仪。 二、质谱仪的主要性能指标 （1）质量测定范围 质谱仪的质量测定范围表示质谱仪所能进行分析的