类质谱仪结构与原理简介
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离子阱类质谱仪的基本工作原理离子阱类质谱仪(ion trap mass spectrometer)是一种广泛应用于科学研究和工业应用中的质谱仪。
它通过将带电粒子困在一个电场中,通过控制电场参数,可以使得不同质量的离子在电场中稳定悬浮或循环运动。
该质谱仪具有以下特点:高分辨率、高灵敏度、相对简单的电子支持底座、易于控制、可进行多次扫描等。
1.离子产生:样品经过电离过程,可以通过电子轰击、光子电离、化学电离等方式将分子中的一个或多个电子剥离,形成带电离子。
常用的离子阱类质谱仪有电子轰击离子源、化学电离源、光解电离源等。
2.离子注入:离子生成后,通过引入与分析区连接的离子注入孔口将离子注入分析区(离子阱)内。
注入方法通常有直接注入和时间聚焦注入两种方式。
直接注入通过电场作用将离子注入到分析区,时间聚焦注入则利用离子的动能和速度分布差异,通过调整时序来选择只有特定方向和速率的离子被注入。
3. 离子控制:离子进入离子阱后,通过调整电场控制参数,使得离子在分析区内作稳定运动,常见的离子阱类型有线性离子阱(linear ion trap)和三维离子阱(3D ion trap)。
线性离子阱是由两个平行的极板和一个夹持离子的圆柱形电极构成,通过调整极板电压和夹持电势,使得离子在轴向上做一维运动,产生稳定的轨道;三维离子阱则引入了额外的射频电场,使得离子在径向上也进行稳定的悬浮旋转运动。
4.离子激发:离子在离子阱内运动时,可以通过外加电场、光子激发或碰撞等方式,对其进行激发,使得离子达到能级跃迁。
激发过程可以产生对应于激发态的离子信号,从而间接地确认样品中其中一种化合物的存在。
5.质谱检测:离子阱类质谱仪的检测采用非破坏性检测方式,通过监测离子在离子阱内运动的轨迹和特性来获得离子的质荷比和数量信息。
常见的检测方法有周转时间法、振荡电子法等。
利用这些技术,可实现离子的质量分离、质荷比测量、质谱图谱等信息的获取。
总的来说,离子阱类质谱仪通过控制离子的运动轨迹和电场参数,使得离子在离子阱内稳定悬浮或循环运动,从而实现离子的分离、激发和检测。
质谱仪原理及应用质谱仪操作规程质谱仪原理及应用质谱仪又称质谱计(massspectrometer)。
进行质谱分析的仪器,即依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别和质谱仪原理及应用质谱仪又称质谱计(massspectrometer)。
进行质谱分析的仪器,即依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别和检测物质构成的一类仪器。
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取得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大小分别的装置。
分别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养谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪;按辨别本领分为高辨别、中辨别和低辨别质谱仪;按工作原理分为静态仪器和动态仪器。
分别和检测不同同位素的仪器。
仪器的紧要装置放在真空中。
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*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,仍旧利用电磁学原理,使离子束按荷质比分别。
质谱仪的性能指标是它的辨别率,假如质谱仪恰能辨别质量m和m+Δm,辨别率定义为m/Δm。
现代质谱仪的辨别率达105~106量级,可测量原子质量精准明确到小数点后7位数字。
质谱仪*紧要的应用是分别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以上的原子的精准明确质量是用质谱方法测定的。
质谱仪的基本原理质谱法是将样品离子化,变为气态离子混合物,并按质荷比(m/z)分别的分析技术,也是液质联用仪的核心部件。
在有机混合物的分析讨论中,质谱分析法比化学分析法和光学分析法具有越发卓越的优越性,当代讨论有机化合物已经离不开质谱仪。
一、基本原理质谱仪的分析原理各不相同,下面主要对四极杆质谱仪、飞翔时光质谱仪、离子阱质谱仪和多级串联质谱仪的基本原理举行容易介绍。
(一) 四极杆质谱仪四极杆质谱仪由两组对称的电极组成。
电极上加有直流电压和射频电压[±(U+Vcos ω t)]。
相对的两个电极电压相同,相邻的两个电极上电压大小相等,极性相反。
带电粒子射入高频电场中,在场半径限定的空间内振荡。
在一定的电压和频率下,惟独一种质荷比的离子可以通过四极杆达到检测器,其余离子则因振幅不断增大,撞在电极上而被“过滤”掉。
利用电压或频率扫描,可以检测不同质荷比的离子。
其优点是扫描速度快、比磁式质谱价格廉价、体积小、常作为台式进入常规试验室,缺点是质量范围及辨别率有限 (二) 飞翔时光质谱仪飞翔时光质谱仪(TOF)利用相同能量的带电粒子,因为质量的差异而具有不同速度的原理,不同质量的离子以不同时光通过相同的漂移距离到达接收器。
其优点为扫描速度快、敏捷度高、不受质量范围限制以及吉构容易、造价低廉等,缺点是定量较差。
(三) 离子阱质谱仪离子阱质谱仪(TRAP)由一个环形电极和上下两个端盖电极组成,加上前端的离子源入射和检测器。
离子阱能够储存(捕捉)离子,按照马修方程,当离子在r径向和z轴向两个方向都稳定时,离子就能够被离子阱稳定地捕捉。
当扫描射频电压时,每个离子的q逐渐由小变大,直到离子脱离稳定区,跑出离子阱,即可被检测。
其最大的优点是可以举行时光串联,从而举行MS/MS分析。
即可以挑选一个母离子保留在离子阱里,赋予一定能量打碎,获得它的二级质谱,然后这些二级碎片离子继续保存在离子阱里,有挑选性的打碎特定的二级离子,得到它的三级碎片,依此类推得到多级离子。
质谱仪的工作原理质谱仪是一种用于分析化合物的仪器,它通过将化合物转化为离子,并根据离子的质量-电荷比进行分离和检测,从而得到化合物的质谱图谱。
质谱仪的工作原理主要包括样品的离子化、离子的分离和检测三个步骤。
首先,样品需要被离子化。
这一步通常通过不同的方法实现,比如电子轰击离子化、化学离子化或者光解离子化。
其中,电子轰击离子化是最常用的方法之一。
在电子轰击离子化中,样品被暴露在高能电子束下,电子的能量足以将样品中的分子转化为离子。
这样就得到了带电的离子化样品。
接下来,离子需要被分离。
这一步通常是通过质谱仪中的质量分析器来实现的。
质量分析器的作用是根据离子的质量-电荷比进行分离。
其中,最常用的质量分析器包括飞行时间质谱仪、离子阱质谱仪和四极杆质谱仪。
不同的质量分析器有不同的分离原理,但它们的共同目标都是将不同质量-电荷比的离子进行分离,以便后续的检测和分析。
最后,分离后的离子需要被检测。
这一步通常是通过检测器来实现的。
检测器的作用是将分离后的离子转化为电信号,并将这些信号转化为质谱图谱。
常见的检测器包括离子多重检测器、光电子倍增管和电子捕获检测器等。
这些检测器能够将离子的信号放大并转化为可读的质谱图谱,从而为后续的分析提供数据支持。
总的来说,质谱仪的工作原理是将样品离子化、分离和检测,通过这三个步骤得到化合物的质谱图谱。
质谱仪在分析化合物中起着至关重要的作用,广泛应用于化学、生物、药物等领域。
通过了解质谱仪的工作原理,我们可以更好地理解它的应用和意义,为化学分析提供更准确的数据支持。
⼀般质谱仪结构与⼯作原理质谱分析法主要是通过对样品的离⼦的质荷⽐的分析⽽实现对样品进⾏定性和定量的⼀种⽅法。
因此,质谱仪都必须有电离装置把样品电离为离⼦,有质量分析装置把不同质荷⽐的离⼦分开,经检测器检测之后可以得到样品的质谱图,由于有机样品,⽆机样品和同位素样品等具有不同形态、性质和不同的分析要求,所以,所⽤的电离装置、质量分析装置和检测装置有所不同。
但是,不管是哪种类型的质谱仪,其基本组成是相同的。
都包括离⼦源、质量分析器、检测器和真空系统。
本节主要介绍有机质谱仪的基本结构和⼯作原理。
离⼦源(Ion source) 离⼦源的作⽤是将欲分析样品电离,得到带有样品信息的离⼦。
质谱仪的离⼦源种类很多,现将主要的离⼦源介绍如下。
电⼦电离源(Electron Ionization EI)电⼦电离源⼜称EI源,是应⽤最为⼴泛的离⼦源,它主要⽤于挥发性样品的电离。
图9.1是电⼦电离源的原理图,由GC或直接进样杆进⼊的样品,以⽓体形式进⼊离⼦源,由灯丝F发出的电⼦与样品分⼦发⽣碰撞使样品分⼦电离。
⼀般情况下,灯丝F与接收极T之间的电压为70伏,所有的标准质谱图都是在70ev下做出的。
在70ev电⼦碰撞作⽤下,有机物分⼦可能被打掉⼀个电⼦形成分⼦离⼦,也可能会发⽣化学键的断裂形成碎⽚离⼦。
由分⼦离⼦可以确定化合物分⼦量,由碎⽚离⼦可以得到化合物的结构。
对于⼀些不稳定的化合物,在70ev的电⼦轰击下很难得到分⼦离⼦。
为了得到分⼦量,可以采⽤1020ev的电⼦能量,不过此时仪器灵敏度将⼤⼤降低,需要加⼤样品的进样量。
⽽且,得到的质谱图不再是标准质谱图。
离⼦源中进⾏的电离过程是很复杂的过程,有专门的理论对这些过程进⾏解释和描述。
在电⼦轰击下,样品分⼦可能有四种不同途径形成离⼦:样品分⼦被打掉⼀个电⼦形成分⼦离⼦。
分⼦离⼦进⼀步发⽣化学键断裂形成碎⽚离⼦。
分⼦离⼦发⽣结构重排形成重排离⼦。
通过分⼦离⼦反应⽣成加合离⼦。
质谱仪的离子检测器分类及结构原理质谱仪的离子检测器可以分为以下几种分类及结构原理:1. 电离器 (Ionizer):- 热电子电离器 (Thermal Ionization Ionizer):使用热电子电离样品分子,产生离子。
- 离子源 (Ion Source):采用不同的方法将样品分子转化为离子,如电子轰击电离、化学电离或激光电离。
- 电喷雾电离器 (Electrospray Ionization Ionizer, ESI):将溶液通过喷雾接入离子源,并在电场中产生离子。
2. 离子分离器 (Ion Separator):- 电场分离器 (Electrostatic Separator):使用电场将离子按质量-电荷比分离。
- 磁场分离器 (Magnetic Separator):利用磁场对离子进行转弯、偏转和聚焦,使不同质量-电荷比的离子分离出来。
- 时间飞行离子分离器 (Time-of-Flight Ion Separator, TOF):根据离子在电场中的飞行时间和质量-电荷比之间的关系分离离子。
3. 离子检测器 (Ion Detector):- 电流计 (Current Meter):通过测量离子击中探测器的电流来检测离子。
- 电子增益器 (Electron Multiplier):将离子转化为电子,并在电子增益器中产生电子放大,再通过电流计检测电子。
- 光电离检测器 (Photoionization Detector, PID):使用紫外光将离子光电离,然后通过光电离器将电子转化为电流检测。
- 荧光板 (Fluorescent Screen):离子撞击荧光板上产生荧光,并使用光电倍增管将荧光转化为电流检测。
以上是常见的离子检测器分类及结构原理,不同类型的离子检测器适用于不同的实验需求和应用领域。
质谱仪简介质谱仪是如何工作的质谱仪又称质谱计。
分别和检测不同同位素的仪器。
即依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别和检测物质构成的一类仪器。
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取得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大小分别的装置。
分别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养谱仪、无机质谱仪和有机质谱仪;按辨别本领分为高辨别、中辨别和低辨别质谱仪;按工作原理分为静态仪器和动态仪器。
用法分别和检测不同同位素的仪器。
仪器的紧要装置放在真空中。
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。
质谱方法比较早于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,仍旧利用电磁学原理,使离子束按荷质比分别。
质谱仪的性能指标是它的辨别率,假如质谱仪恰能辨别质量m和m +Δm,辨别率定义为m/Δm。
现代质谱仪的辨别率达 105 ~106 量级,可测量原子质量精准明确到小数点后7位数字。
质谱仪较为紧要的应用是分别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以上的原子的精准明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学问。
对于可通过矿石中提取的放射性衰变产物元素的分析测量,可确定矿石的地质时代。
质谱方法还可用于有机化学分析,特别是微量杂质分析,测量分子的分子量,为确定化合物的分子式和分子结构供应牢靠的依据。
质谱仪的结构原理应用范围一、质谱仪的概述质谱仪是一种重要的分析仪器,它能够对物质进行精确的质量测量和结构分析。
质谱仪通过将样品中的分子或离子分离并进行质量分析,可以获得关于样品组成、结构和相对丰度等信息。
二、质谱仪的基本结构1.离子源:将样品中的分子或原子转化为离子的区域,常见的离子源包括电子轰击离子源、化学离子化源等。
2.质量分析器:对离子进行分析和质谱测量的部分,常见的质量分析器有磁扇形质谱仪、飞行时间质谱仪等。
3.探测器:测量离子信号强度的部分,常见的探测器有电离倍增管(MCP)、电子倍增器(EM)等。
4.数据系统:用于数据采集、分析和处理的计算机系统。
三、质谱仪的工作原理1.离子化:样品通过离子源中的电子轰击或化学反应等方式,转化为离子态。
2.分离:通过质量分析器中的磁场或电场等力的作用,对离子进行分离。
3.检测:分离后的离子通过探测器进行检测,获得离子信号。
4.数据处理:通过数据系统对获得的离子信号进行处理和分析,得到质谱图和相关的结构信息。
四、质谱仪的应用范围质谱仪在许多领域都有广泛的应用,其主要应用范围包括但不限于以下几个方面:1.环境监测:质谱仪可以对大气污染物、水质污染物等进行准确分析和监测,有助于提供环境保护和治理的依据。
2.医学诊断:质谱仪可以通过分析体内的代谢产物、药物等,为医学诊断和治疗提供依据,如癌症早期诊断、药物代谢研究等。
3.食品安全:质谱仪可以检测食品中的农药残留、添加物等有害物质,确保食品安全,维护人民健康。
4.新药研发:质谱仪在新药研发中起着至关重要的作用,可以对药物的结构和代谢途径进行研究,加速新药的研发进程。
5.石油化工:质谱仪可以用于石油化工原料的质量控制和分析,提高产品质量和生产效率。
6.法医学:质谱仪在法医学中可以用于毒物检测、尸检等领域,帮助司法机关进行刑事案件的调查和破案。
五、质谱仪的发展趋势随着科技的不断进步,质谱仪也在不断发展和改进。
主要的发展趋势包括:1.微型化:质谱仪越来越小型化,体积更小、便携性更强,方便移动和实地应用。
利用质谱仪进行分析的基本原理与方法质谱仪是一种广泛应用于化学、生物、环境等领域的分析仪器,它通过测量样品中离子的质量和相对丰度,可以获得有关样品组成和结构的信息。
本文将介绍质谱仪的基本原理和常用的分析方法。
一、质谱仪的基本原理质谱仪的基本原理是将样品中的分子或原子通过电离技术转化为带电粒子(离子),然后根据离子在电场和磁场中的运动轨迹和质量-电荷比,进行分析和检测。
主要包括离子化、分离和检测三个步骤。
1. 离子化离子化是将样品中的分子或原子转化为带电粒子的过程。
常用的离子化技术包括电离、化学离子化和质子转移离子化等。
其中,电离是最常用的方法,通过电子轰击或光解等方式将样品中的分子或原子电离为正离子或负离子。
2. 分离分离是将离子根据其质量-电荷比进行分离的过程。
常用的分离技术有磁场分离、电场分离和质量分离等。
磁场分离利用磁场对离子进行偏转,根据其质量-电荷比的不同,使离子在磁场中产生不同的轨迹,从而实现分离。
3. 检测检测是对分离后的离子进行检测和测量的过程。
常用的检测技术包括离子倍增器、荧光检测器和质量分析器等。
离子倍增器可以将离子的信号放大,提高检测灵敏度;荧光检测器则通过测量离子的荧光强度来获得离子的相对丰度;质量分析器则根据离子的质量-电荷比进行分析和测量。
二、质谱仪的常用分析方法1. 质谱图谱分析质谱图谱分析是质谱仪最常用的分析方法之一,它通过测量样品中的离子质量和相对丰度,绘制出离子信号强度与质量-电荷比的关系图谱。
质谱图谱可以用于确定样品的组成和结构,鉴定有机物的分子式和结构等。
2. 质谱定量分析质谱定量分析是利用质谱仪对样品中的目标物质进行定量分析的方法。
通过测量目标物质的离子信号强度与浓度的关系,建立标准曲线或内标法等定量方法,可以准确测定样品中目标物质的含量。
3. 质谱图像分析质谱图像分析是将质谱仪与显微镜或成像设备相结合,对样品进行成像和分析的方法。
通过将样品表面的离子进行成像,可以获得样品的分布信息和空间分辨率。
质谱仪常见几种分类质谱仪工作原理质谱仪是如何构成的?典型的质谱仪,一般由样品导入系统、离子源、质量分析器和检测器构成,此外,还含有真空系统和掌控及数据处理系统等辅佑襄助设备。
1.有机质谱仪:由于应用特点不同又分为:(1)气相色谱—质谱联用仪在这类仪器中,由于质谱仪质谱仪工作原理不同,又有气相色谱—四极质谱仪、气相色谱—飞行时间质谱仪、气相色谱—离子阱质谱仪等。
(2)液相色谱—质谱联用仪同样,有液相色谱—四器极质谱仪、液相色谱—离子阱质谱仪、液相色谱—飞行时间质谱仪,以及各种各样的液相色谱—质谱—质谱联用仪。
(3)其他有机质谱仪紧要有:基质辅佑襄助激光解吸飞行时间质谱仪、傅里叶变换质谱仪。
2.无机质谱仪:包括:火花源双聚焦质谱仪、感应耦合等离子体质谱仪、二次离子质谱仪等。
3.同位素养谱仪:包括:进行轻元素(H、C、S)同位素分析的小型低辨别率同位素养谱仪和进行重元素(U、Pu、Pb)同位素分析的具有较高辨别率的大型同位素养谱仪。
4.气体分析质谱仪:紧要有:呼气质谱仪、氦质谱检漏仪等。
除以上分类外,还可以从质谱仪所用的质量分析器的不同,将质谱仪分为双聚焦质谱仪、四极杆质谱仪、飞行时间质谱仪、离子阱质谱仪、傅里叶变换质谱仪等。
离子阱质谱仪安装的一些要求离子阱质谱仪目前广泛应用于食品安全、药物开发、环境监测、生命科学讨论和分析等领域。
环境要求:1、推举试验室温度为20-27C,温度变化3C/hr,相对湿度80%2、推举液质联用仪工作台,长3米,宽0.8米,承重点于200公斤。
建议离墙距离0.3米以上。
电源要求:1、单相交流220V,(+5%~—10%),50—60Hz,有单独的良好接地。
2、若电压不稳,需配置稳压电源,功率大于5千瓦。
3、准备3个合格的万用接线板,总数不小于12个扁平三角接线插座。
4、试验室可以配备停电保护开关(空气开关)。
气体要求:1、氦气一瓶,纯度99.999%,配好减压阀,并试漏2、氮气,纯度99.9%,用气量5~15L/min。
质谱仪的工作原理
质谱仪(Mass Spectrometer)是分析物质结构和组成的重要仪器,由于它具有很高的精确度和灵敏度,广泛应用在化学、生物学和材料科学等领域。
质谱仪的工作原理是将样品中的原子或分子电离为带正电荷的离子,然后通过一系列的电场不同强度的电场,使不同质量的离子沿着不同的轨道而运动,最后经过检测装置,检测出不同质量的离子的浓度,从而确定样品的组成结构。
1. 首先,将样品通过一个加速器,把样品电离成带有正电荷的离子。
2. 离子通过一系列以不同强度的电场,如电场偏移器、旋转电场偏移器、固定电场偏移器、旋转电场和静止电场等,使不同质量的离子沿着不同的轨道而运动,形成质谱图。
3. 质谱图由质子源检测装置检测出不同质量的离子的浓度,可以确定样品的组成结构。
4. 最后,将质谱图保存在计算机中,便于分析和比较研究。