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质谱基本原理

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质谱仪的基本原理和操作步骤

质谱仪的基本原理和操作步骤

质谱仪的基本原理和操作步骤引言：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。

它通过分析样品中分子或原子的质量和结构，提供了重要的数据。

本文将介绍质谱仪的基本原理和操作步骤。

一、质谱仪的原理：1. 电离：质谱仪中，样品首先被电离成带电粒子。

最常用的电离技术是电子轰击电离，即用高能电子轰击样品分子，使其失去电子而带电。

其他常用的电离技术还包括化学电离、光解电离等。

2. 分离：电离后，带电粒子会被引入质谱仪的分离部分。

分离的原理是基于粒子在电场或磁场中的分辨率。

常见的分离技术有时间飞行法和磁扇形法。

时间飞行法基于不同离子飞行时间的差异，将粒子分离。

磁扇形法则是通过施加磁场，使得离子在磁场中的轨迹受到影响，从而实现分离。

3. 检测：分离好的粒子通过检测器进行检测和信号采集。

检测器的种类有很多，最常用的是离子倍增器和光电离器。

它们能够接受质谱仪中离子的信号，并将其转化为电信号。

4. 数据处理：检测到的离子信号经过放大和处理，最终转化为质谱图。

质谱图显示了样品中各种离子的相对丰度和质量。

通过分析质谱图，可以确定样品组分并检测有害物质。

二、质谱仪的操作步骤：1. 准备样品：在进行质谱分析之前，需要准备样品。

样品通常是溶液或气体，要求无害、纯净且浓度适中。

2. 样品引入：样品可以通过气体色谱或液相色谱等分离技术引入质谱仪。

其中，气体色谱质谱联用技术最常用。

样品分子先通过气相色谱分离，再进入质谱仪进行质谱分析。

3. 设置参数：根据所检测的样品类型和目的，需要设置质谱仪的相关参数。

这些参数包括电子能量、离子进入质谱仪的速度、电场强度等。

合理设置这些参数可以提高分析结果的准确性和灵敏度。

4. 开始质谱分析：设置好参数后，开始质谱分析。

样品中的分子将被电离，然后进入质谱仪进行分离和检测。

此时，质谱仪会产生质谱图，并通过电脑进行数据处理和分析。

5. 结果解读：得到质谱图后，需要对其进行解读。

通过比对数据库中已有的质谱图，可以确定样品中的化合物组成；通过对谱峰的相对丰度进行分析，可以定量检测样品中各组分的含量。

质谱工作原理

质谱工作原理

质谱工作原理
质谱（MS）是通过检测化合物中某种特定的元素而将化合物
中所有可能存在的原子（分子）以一定的顺序排列起来，从而对
化合物进行定性和定量分析。

质谱工作原理如下：
电离源是质谱的核心部件，它将离子从样品溶液中分离出来，再经加速和电离而得到高质量的离子束（离子源）。

常用的有分
子离子化源和化学离子化源。

分子离子化源有电喷雾质谱仪和喷雾质谱仪两种。

电喷雾质
谱的工作原理是用高压气体使样品溶液雾化，形成无数细小的液滴，在飞行时间质谱仪中被加速到一定速度后，使液滴撞击基质
中的离子发生碰撞而使样品离子与离子相碰撞而产生碎片离子。

这些碎片离子在进入质谱检测器前，会被扫描器滤除。

因此，分
子离子化源又称为滤去离子化源或滤除（filter）离子源。

这类
质谱仪以液体为工作介质。

化学离子化源是利用有机化合物分子在离子化过程中所发生
的化学反应而产生电离产物（主要是氢化物）。

这种质谱仪称为
化学电离质谱仪（CID）。

—— 1 —1 —。

质谱基本原理

质谱基本原理

质谱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）分离的分析技术;质谱仪是实现上述分离分析技术,从而测定物质的质量与含量及其结构的仪器。

质谱分析法是一种快速,有效的分析方法,利用质谱仪可进行同位素分析,化合物分析,气体成分分析以及金属和非金属固体样品的超纯痕量分析。

在有机混合物的分析研究中证明了质谱分析法比化学分析法和光学分析法具有更加卓越的优越性，其中有机化合物质谱分析在质谱学中占最大的比重,全世界几乎有3/4仪器从事有机分析, 现在的有机质谱法，不仅可以进行小分子的分析，而且可以直接分析糖，核酸，蛋白质等生物大分子，在生物化学和生物医学上的研究成为当前的热点，生物质谱学的时代已经到来，当代研究有机化合物已经离不开质谱仪。

一.仪器概述1.基本结构质谱仪由以下几部分组成供电系统┏━━━━━┳━━━━━━╋━━━━━━━┳━━━━━━┓进样系统离子源质量分析器检测接收器数据系统┗━━━━━┻━━┳━━━┻━━━━━━━┛真空系统(1)进样系统:把分析样品导入离子源的装置,包括:直接进样,GC,LC及接口,加热进样,参考物进样等。

(2)离子源:使被分析样品的原子或分子离化为带电粒子(离子)的装置,并对离子进行加速使其进入分析器，根据离子化方式的不同,有机常用的有如下几种,其中EI,FAB最常用。

EI(Electron Impact Ionization):电子轰击电离——最经典常规的方式,其他均属软电离，EI 使用面广，峰重现性好，碎片离子多。

缺点：不适合极性大、热不稳定性化合物，且可测定分子量有限，一般≤1,000。

CI(Chemical Ionization):化学电离——核心是质子转移，与EI相比，在EI法中不易产生分子离子的化合物，在CI中易形成较高丰度的[M+H]+或[M-H]+等‘准’分子离子。

得到碎片少，谱图简单，但结构信息少一些。

与EI法同样，样品需要汽化，对难挥发性的化合物不太适合。

质谱分析原理

质谱分析原理

质谱分析原理
质谱分析是一种常用的分析技术，用于确定样品中未知化合物的结构和组成。

其原理是利用样品中化合物分子的转化为气态离子，并通过粒子加速器的作用将这些离子分离开来，然后利用质谱仪分离、检测和记录这些离子。

以下是质谱分析的原理和步骤。

1.样品制备：将待分析的样品转化为气体态或溶解在溶剂中。

这可以通过挥发性的方法使其转化为气体，或通过溶解和稀释使其溶解在溶剂中。

2.电离：将样品中的分子转化为气态离子。

常用的电离方法包
括电子轰击、化学电离和电喷雾。

3.质量分析：通过质谱仪分离和分析产生的离子。

质谱仪通常
包括离子源、分离装置和检测器。

离子源将离子引入仪器中，分离装置利用离子质量-荷质比的差异，分离不同质量的离子，最后检测器检测并记录这些离子。

4.数据分析：对质谱数据进行解读和分析。

根据离子的比例、
峰形和峰的位置，可以确定物质的质量、分子结构和相对丰度。

质谱分析的原理基于质量-荷质比的概念，即离子的质量与其
电荷之比。

通过质谱仪的分离装置，可以根据离子在磁场中的运动轨迹的不同，将离子按质量分离开来。

而不同化合物的分子在电离过程中会生成不同的离子，这样就可以根据离子的质量和相对丰度来确定样品中的化合物种类和含量。

质谱分析在许多领域都有广泛的应用，如医药、环境监测、食品安全等。

它可以提供高灵敏度、高分辨率和快速的结果，对于复杂样品的分析具有独特的优势。

因此，质谱分析在科学研究和实际应用中发挥着重要作用。

简述质谱法的基本原理

简述质谱法的基本原理

简述质谱法的基本原理
质谱法是一种用于分析物质组成和结构的分析方法，其基本原理可以概括如下：
1. 样品离子化：将待分析的物质样品转化为离子态。

常见的离子化方法包括电离、化学离子化和表面离子化等。

2. 离子加速和分离：离子被加速至高能量状态，并通过一系列电场或磁场进行分离，根据离子质荷比的差异将离子分离开来。

其中，质量分析器的作用就是按照离子的质量-荷比与电磁场
相互作用来实现离子的分离。

3. 质量分析：质量分析器是质谱法中最核心的部分，负责对分离后的离子进行质量和丰度分析。

常见的质量分析器包括质谱仪中的磁谱仪和时间飞行质谱仪等。

4. 检测和数据处理：分析仪器会对通过质谱仪的离子进行检测和信号放大，然后将其转化为电信号。

接下来，对这些信号进行数据采集和处理，最终得到质谱图。

通过质谱图，可以识别分子的质量和结构信息，进而推断样品的组成和化学性质。

质谱法在化学、生物化学、环境科学等领域广泛应用，成为现代科学研究和分析的重要工具。

质谱仪 原理

质谱仪 原理

质谱仪是一种用于分析化学样品的仪器，它基于样品中离子的质量/电荷比进行分析。

其基本原理如下：
1.离子化：样品被送入质谱仪后，首先会经过一个离子源，其中样品分子被电离成离子。

这个过程可以通过不同的方法实现，例如电子轰击、化学离子化、电喷雾等。

2.加速和聚焦：离子化后的离子会被加速并通过一个电场，使其进入质谱仪的分析器。

在分析器中，离子会根据其质量/电荷比被分离和聚焦。

3.检测和分析：聚焦后的离子会被检测器检测到，并转换成电信号。

这些信号会被计算机处理，生成一个质谱图，其中每个峰对应一个特定的离子，峰的位置取决于离子的质量/电荷比。

通过分析质谱图，可以确定样品中存在的化合物以及它们的相对丰度。

质谱仪在许多领域都有广泛的应用，例如化学、生物、医学、环境科学等。

质谱的原理和仪器构造

质谱的原理和仪器构造

1 2
mv2
被加速后的离子进入磁场，离子运动的方向和 磁力线垂直。在磁场中，运动的离子如同电流， 会与磁场产生相互作用力。离子受磁场的作用 力作圆周运动。离子所受的磁场作用力提供离 子作圆周运动的向心力。
Bzev=
mv2 r
公式4
式中：B – 磁场强度(洛伦磁力)
r - 离子的运动轨道半径； 合并上述两式，r 消= 去B1 v(,可2mze得V)1：/2
公式5
这样V加速电压为定值，通过B(磁场强度)的扫描，顺次记录 下各质荷比离子的强度，从而得到所有m/z离子的质谱图。
不同质量的离子具有不同的轨道半径，质量越大，其轨道半 径也越大。这意味着磁场有质量色散能力,可以单独用作质量 分析器。
改变加速电V(对应离子动能的变化)，离子的
轨道半径也发生变化。当仪器将离子的运动轨
公式3所描述的是理想情况。事实上，离子在 加速前，其动能并非绝对为零，而是在某一较 小的动能值之内有一个分别。同一质量的离子， 由于初始动能略有差别，加速后的速度也略有 差别，因此它们经静磁场偏转后不能准确地聚
焦于一点，也就是说静磁场具有能量色散作用。
因质量相同而动能略有差别的离子不能聚焦在 一点，仪器的分辨率不是很高。
测定灵敏度的方法多种多样的，一般直接进样灵敏度的测 定方法是：在固定分辨本领的情况下，直接进入微克量级 的某种样品，看其分子离子峰的强度与噪声的比值，就是 信/噪比值，用 S/N 表示。噪声指基线的强度。
4. 质量精度
利用质谱仪定性分析时，质量精度是一个很重要的性能指 标。在低分辨质谱仪中，仪器的质量指示标尺精度不应低 于±0.4质量数。高分辨率质谱仪给出离子的精确质量，相 对精度一般在1-10ppm。
a,q值在稳定区内的离子产生稳定振荡，顺利通过四极 场到达检测器；a,q值在非稳定区的离子因产生不稳定 振荡而被电极中和。操作仪器时，变化参数有U、V、 ω三个。一般固定ω，a/q=U/V为常数对V进行扫描， 可使一组不同质量的离子先后进入稳定区而被检测。 a/q值越大(扫描成的斜率越大)，在扫描线上稳定区的 质量范围越窄，仪器的分辨率越高。

质谱的工作原理

质谱的工作原理

质谱的工作原理
质谱的工作原理是基于利用质谱仪对样品中离子的质量-电荷
比进行分析和检测的原理。

整个质谱分析过程可以分为五个主要步骤：样品的离子化、离子加速、离子分离、离子检测以及数据处理与解释。

首先，样品需要经过离子化过程，将其转化为带电气体分子或离子。

常用的离子化方法包括电离法、化学离子化法和光离子化法等。

离子化后，将产生带正电荷或负电荷的离子。

接下来，离子需要经过加速过程，以获得足够的动能，使其能够进入质谱仪的分析区域。

加速过程通常使用高压电场或电磁场，将离子加速到一定速度和能量。

然后，离子进入离子分离区，其中设有一个磁场，可用于按质荷比分离离子。

磁场会使具有不同质量的离子分别偏转，在离子的运动轨迹上形成不同的曲线。

较重的离子的曲线半径较小，而较轻的离子的曲线半径较大。

分离后，离子进入离子检测器。

常见的离子检测器包括三极杆质谱仪、飞行时间质谱仪和离子阱质谱仪等。

这些检测器可以通过测量离子的电荷信号或离子的到达时间等方式来检测离子。

最后，获得的离子质谱信号将被送入数据处理系统进行处理和解释。

通过质谱图谱的解析分析，可以确定样品中各种离子的种类、数量和相对丰度等信息。

综上所述，质谱通过离子化、加速、分离、检测和数据处理等步骤，能够对样品中的离子进行分析和检测，从而得到样品的成分和结构等信息。

质谱技术的基本原理及应用解析

质谱技术的基本原理及应用解析

质谱技术的基本原理及应用解析引言：质谱技术是一种用于分析和鉴定样品中化合物的强大工具，具有广泛应用于生物、环境、食品等多个领域的优势。

本文将探讨质谱技术的基本原理以及其在不同领域中的应用。

第一部分：质谱技术的基本原理质谱技术是通过将样品中的分子按照质量分别进行筛选和检测，从而获得分析和鉴定的结果。

基于其核心原理，质谱技术又可分为质量分析和结构分析两个方面。

1.1 质量分析质谱仪是质量分析的主要工具，它包含离子源、质谱分析器和检测系统。

首先，通过离子源将样品中的分子转化成离子，形成离子云。

然后，离子云被引入质谱分析器中，在这个过程中，质量过滤器对离子按照其质量进行筛选。

最后，通过检测系统记录和分析筛选后的离子，从而得出样品的质量信息。

1.2 结构分析除了质量分析外，质谱技术还可以进行结构分析。

通过碎片质谱技术，可以将样品中的分子进一步分解，并通过分析碎片的质谱信息来得出分子的结构。

碎片质谱技术通常与液相色谱、气相色谱等分离技术结合使用，以便对复杂样品进行分析。

第二部分：质谱技术的应用解析质谱技术在不同领域有广泛的应用，下面将分别探讨其在生物、环境和食品领域中的应用。

2.1 在生物领域中的应用质谱技术在生物领域中被广泛用于蛋白质组学、代谢组学以及药物研发等方面。

通过质谱技术可以对蛋白质和代谢物进行鉴定和定量，从而了解细胞的生物活性以及相关疾病的机制。

此外，质谱技术还可以用于药物的研发和制造过程中对药物的纯度和质量进行检测。

2.2 在环境领域中的应用质谱技术在环境领域中的应用主要涉及对污染物的检测和分析。

例如，通过质谱技术可以对水中的有机物污染物、大气中的挥发性有机物等进行快速准确的检测。

此外，质谱技术还可以用于土壤和废水中的重金属离子等有害物质的分析。

2.3 在食品领域中的应用质谱技术在食品质量和安全领域中有着广泛的应用。

通过质谱技术可以对食品中的农药残留、重金属、添加剂等进行检测，从而保证食品的质量和安全性。

质谱基本原理

质谱基本原理

• 一、质谱仪
• 化合物旳质谱是由质谱仪测得旳。一般质谱仪由下列几种部分构 成：
进样系统 离子源 质量分析器 离子接收器 信号放大记录系统
高真空系统
• 最简朴旳质谱仪为单聚焦(磁偏转)质谱仪。它旳构造如下图。
f
真空泵
b
d
c
q
a
图12-26 单聚焦质谱仪示意图
i
样品
• 整个系统是高真空旳，气体样品从进样口a进入离解室，样品分
对 强
60
度 40
20
M 甲烷质谱图
M+1 12 13 14 15 16
m/z
• 12.8 相对分子质量和分子式确实定
• 一、分子离子和相对分子质量 • 分子失去一种电子生成旳自由基分子正离子叫做分子离子。因它
只带一种正电荷，质荷比(m/z)在数值上与分子旳质量相同，所以， 在质谱中，找到分子离子峰就可拟定相对分子质量。这是质谱旳 主要应用之一。它比用其他措施，如冰点降低、沸点升高法测定 相对分子质量简朴得多。 • 分子离子峰一般是质谱图中质荷比最大旳峰。但多数情况下其右 侧还伴随有弱旳同位素峰和反应离子峰。有些化合物旳分子离子 比较稳定，峰旳强度较大，在质谱图谱上轻易找到；但有些化合 物旳分子离子不够稳定，轻易生成碎片，此时，这些分子离子峰 很弱或几乎找不到(如带支链旳烷烃、醇类等)。这时，可采用降 低质谱仪撞击电子流旳能量旳措施，或以其他经验措施来拟定分 子离子峰。
• 含偶数电子旳离子裂分不能产生自由基，只能生成偶数电子旳中 性分子和正离子。
• 偶数电子规律：
M 奇数电子离子
M
A +B C + D (偶数电子分子)
偶数电子离子 A
E + F (偶数电子分子)

质谱的工作原理

质谱的工作原理

质谱的工作原理
质谱是一种广泛应用于物质分析的技术，其工作原理主要包括离子化、加速、分离和检测四个步骤。

通过这些步骤，可以将样品中的化学物质分离出来，并通过其质量与荷质比的特征，实现定量分析和结构鉴定。

在质谱中，首先需要将样品中的化学物质离子化。

这通常通过引入某些外部能量，比如电子、激光束等手段来实现。

离子化后的化学物质则变成了正离子、负离子或分子离子等多种形式，这些离子是进一步分析的基础。

接下来，离子化的化学物质会被加速，以达到足够高的动能。

这一步骤变化着离子的能量和速度，使其可以充分地进入分离装置，保证精确分离和分析。

然后，进入分离装置进行分离。

分离装置如飞行时间法质谱（TOF-MS）、四极杆质谱（Q-MS）等多种选择，主要作用是将不同离子分离开来，并按照其到达检测器的时间或轨迹等特征进行分类，以实现对其的分析和检测。

最后，进入检测器进行检测。

检测器可根据离子的质量-荷质比（m/z）特征，记录离子的数目和相应的m/z值分布。

这样，在质谱分析中，检测器的数据可以生成离子荷数分布图谱或质谱图谱，这些图谱可以用于确定离子的质量和结构等信息，以完成质量分析、结构鉴定和定量分析等目的。

总之，质谱技术具有高灵敏度、高分辨率和高可靠性等特点，在化学、生物、医
学、食品和环境等多个领域得到广泛应用。

质谱的工作原理是非常复杂和精细的，但理解其基本步骤和分析过程，可以将其应用于实际问题的解决。

第四章 质谱

第四章 质谱

优点：分子离子峰的相对丰度较场致电离法产生的还要大。特别适合于难气化和热不稳定 的化合物如有机酸、甾体、氨基酸、肽和核苷酸、糖苷类、生物碱、抗生素、农药及其代 谢产物。
缺点：碎片离子峰较少。相对于FAB, 只有正离子质谱。
4，快速原子轰击法（FAB）
优点：分子离子峰的相对丰度较大，碎片离子较多，且正、负离子谱均可测定。 5，电喷雾质谱（ESI)：
4，结构中具有高度分支的化合物，其分子离子的丰度 也较小。稳定性顺序：叔正离子 > 仲正离子> 伯正离子。
（三）判断分子离子峰的原则
（1）该离子是否符合氮率 （2）质荷比最大的离子与其它碎片离子之间的质量 差是否合理
（四） 提高分子离子峰相对丰度的方法
1，化学电离法（CI）： 优点：即使对于不稳定的有机化合物，也可得到相对丰度较大的准分子离子峰。 缺点：碎片离子峰较少。 2，场致电离法（FI）: 优点：分子离子峰的相对丰度较大，图谱简单。 缺点：碎片离子峰较少。 3，场解吸电离法（FD）:
二、重排开裂
重排开裂的特点：脱去一中性小分子；子离子与母离子在带 电子的奇偶性和质量的奇偶性上成一致的关系。
（一） 麦氏重排（McLafferty rearrangement)
通式：
可以发生麦氏重排的化合物有：酮、醛、酰胺、酯、 烯烃、腈及芳香类化合物和亚硫酸酯等化合物。
简单开裂或重排开裂后的碎片离子仍具有麦氏重排的 条件，可以进行麦氏重排。
发生双重重排的过程：
2、相邻的两个C原子上有适当取代基的化合物
第四节 基本有机化合物的质谱 一、碳氢化合物
（一）烷烃 1、直链烷烃： 各碎片之间相差14（CH2），强度最大的为C3、C4碎片。 含8个碳原子以上的直链烷烃，其质谱相似，仅区别在于分子离子峰的 质量不同。 2、支链烷烃： 与直链烷烃相似，只是区别在支链处断裂的碎片离子丰 度较大。 3、环烷烃：与上述两种相比，分子离子峰较强。环的断裂通常是通过 重排开裂，脱去乙烯分子。

质谱基本原理

质谱基本原理
•Dwell time：离子被监测的时间
•在多残留分析中，缩短dwell time，可增加同步MRM的通道数 – 10s的色谱峰，dwell time＝6ms， MSMS通道时间6ms，50通道，峰
的数据点10*1000/(12*50)>16
Dwell time 通道时间
23
第二十三页，共70页。
离子阱
0.00
3.90
4.00
4.10
4.20
4.30
4.40
4.50
21
第二十一页，共70页。
数据点－错误结果
35
30
25
20
error
15
10
5
0
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
samples accross peak
Illustrative data only
22
第二十二页，共70页。
三重四极杆
0.00
3.90
4.00
4.10
4.20
4.30
4.40
4.50
19
第十九页，共70页。
7个数据点
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
0.00
3.90
4.00
4.10
4.20
4.30
4.40
4.50
20
第二十页，共70页。
5个数据点
100.00
80.00
60.00
40.00
20.00
2,4-MCPA
2,4-MCPA
MECOPROP

(完整版)质谱法的原理和应用

(完整版)质谱法的原理和应用

质谱法的原理和应用原理待测化合物分子吸收能量（在离子源的电离室中）后产生电离，生成分子离子，分子离子由于具有较高的能量，会进一步按化合物自身特有的碎裂规律分裂，生成一系列确定组成的碎片离子，将所有不同质量的离子和各离子的多少按质荷比记录下来，就得到一张质谱图。

由于在相同实验条件下每种化合物都有其确定的质谱图，因此将所得谱图与已知谱图对照，就可确定待测化合物用电场和磁场将运动的离子（带电荷的原子、分子或分子碎片）按它们的质荷比分离后进行检测的方法。

测出了离子的准确质量，就可以确定离子的化合物组成。

这是由于核素的准确质量是一多位小数，决不会有两个核素的质量是一样的，而且决不会有一种核素的质量恰好是另一核素质量的整数倍。

应用质谱中出现的离子有分子离子、同位素离子、碎片离子、重排离子、多电荷离子、亚稳离子、负离子和离子－分子相互作用产生的离子。

综合分析这些离子，可以获得化合物的分子量、化学结构、裂解规律和由单分子分解形成的某些离子间存在的某种相互关系等信息。

质谱法特别是它与色谱仪及计算机联用的方法，已广泛应用在有机化学、生化、药物代谢、临床、毒物学、农药测定、环境保护、石油化学、地球化学、食品化学、植物化学、宇宙化学和国防化学等领域。

近年的仪器都具有单离子和多离子检测的功能，提高了灵敏度及专一性，灵敏度可提高到10（克水平。

用质谱计作多离子检测，可用于定性分析，例如，在药理生物学研究中能以药物及其代谢产物在气相色谱图上的保留时间和相应质量碎片图为基础，确定药物和代谢产物的存在；也可用于定量分析，用被检化合物的稳定性同位素异构物作为内标，以取得更准确的结果。

在无机化学和核化学方面，许多挥发性低的物质可采用高频火花源由质谱法测定。

该电离方式需要一根纯样品电极。

如果待测样品呈粉末状，可和镍粉混合压成电极。

此法对合金、矿物、原子能和半导体等工艺中高纯物质的分析尤其有价值，有可能检测出含量为亿分之一的杂质。

利用存在寿命较长的放射性同位素的衰变来确定物体存在的时间, 在考古学和地理学上极有意义。

质谱分析的基本原理及方法

质谱分析的基本原理及方法
通过化学反应使样品分子 带正电或负电。
激光离子化
利用激光束将样品分子电 离，常用于生物样品和有 机化合物的分析。
质量分离
质量过滤
利用磁场或电场使不同质量的离子分 开。
色谱分离
结合色谱技术，如气相色谱、液相色 谱等，对复杂样品进行分离。
检测与数据分析
检测器
用于收集经过质量分离后的离子，并将其转换为可测量的电信号。
数据分析复杂
质谱数据分析需要专业的软件 和技能，对实验人员的技能要
求较高。
05
质谱分析的未来发展
高分辨质谱技术
总结词
高分辨质谱技术能够提供更精确的分子质量和结构信息，有助于深入解析复杂生物分子和环境样品中 的化合物。
详细描述
高分辨质谱技术利用先进的离子光学系统和探测器技术，提高了分辨率和灵敏度，能够更准确地测定 分子质量和结构特征。这对于解析蛋白质、多糖等复杂生物分子以及环境污染物、药物等化合物的结 构和性质具有重要意义。
用于检测食品中的添加剂、农药残留和有 害物质等，保障食品安全。
02
质谱分析方法
气相色谱-质谱联用（GC-MS）
总结词
气相色谱-质谱联用是一种常用的质谱分析方法，通过气相色谱将混合物中的各组分分离，然后进入质谱仪进行 检测。
详细描述
GC-MS的优点在于能够分离和鉴定复杂混合物中的化合物，特别适用于挥发性有机化合物的分析。该方法首先 将样品中的化合物通过气相色谱分离，然后通过接口技术将组分引入质谱仪中，最后通过质谱检测各组分的分子 量和结构信息。
环境科学领域
用于药物代谢、蛋白质组学、基因组学等 方面的研究，可检测生物样品中的代谢物 、蛋白质、多肽和核酸等。
用于检测空气、水体和土壤等环境样品中 的污染物，如重金属、有机污染物和农药 残留等。
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质谱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）分离的分析技术;质谱仪是实现上述分离分析技术,从而测定物质的质量与含量及其结构的仪器。

质谱分析法是一种快速,有效的分析方法,利用质谱仪可进行同位素分析,化合物分析,气体成分分析以及金属和非金属固体样品的超纯痕量分析。

在有机混合物的分析研究中证明了质谱分析法比化学分析法和光学分析法具有更加卓越的优越性，其中有机化合物质谱分析在质谱学中占最大的比重,全世界几乎有3/4仪器从事有机分析, 现在的有机质谱法，不仅可以进行小分子的分析，而且可以直接分析糖，核酸，蛋白质等生物大分子，在生物化学和生物医学上的研究成为当前的热点，生物质谱学的时代已经到来，当代研究有机化合物已经离不开质谱仪。

一.仪器概述1.基本结构质谱仪由以下几部分组成供电系统┏━━━━━┳━━━━━━╋━━━━━━━┳━━━━━━┓进样系统离子源质量分析器检测接收器数据系统┗━━━━━┻━━┳━━━┻━━━━━━━┛真空系统(1)进样系统:把分析样品导入离子源的装置,包括:直接进样,GC,LC及接口,加热进样,参考物进样等。

(2)离子源:使被分析样品的原子或分子离化为带电粒子(离子)的装置,并对离子进行加速使其进入分析器，根据离子化方式的不同,有机常用的有如下几种,其中EI,FAB最常用。

EI(Electron Impact Ionization):电子轰击电离——最经典常规的方式,其他均属软电离，EI 使用面广，峰重现性好，碎片离子多。

缺点：不适合极性大、热不稳定性化合物，且可测定分子量有限，一般≤1,000。

CI(Chemical Ionization):化学电离——核心是质子转移，与EI相比，在EI法中不易产生分子离子的化合物，在CI中易形成较高丰度的[M+H]+或[M-H]+等‘准’分子离子。

得到碎片少，谱图简单，但结构信息少一些。

与EI法同样，样品需要汽化，对难挥发性的化合物不太适合。

原理R + e-→R+·+ 2e-（电子电离）反应气为含H的R为反应气体分子R+·+ R →RH+ + (R-H)·分子,例如异丁M为样品分子RH+ + M →R + (M+H)+ (质子转移）烷,甲烷,氨气,R浓度＞＞M浓度R+·+ M →R + M+·（电荷交换）甲醇气等R+·+ M →(R+M)+·（加合离子）FD(Field Desorption):场解吸——大部分只有一根峰, 适用于难挥发极性化合物，例如糖,应用较困难，目前基本被FAB取代。

FAB(Fast Atom Bombardment):快原子轰击——利用氩,氙,80年代初发明,或者铯离子枪(LSIMS,液体二次离子质谱)，高速中性原子或离子对溶解在基质中的样品溶液进行轰击，在产生“爆发性”汽化的同时，发生离子-分子反应，从而引发质子转移，最终实现样品离子化。

适用于热不稳定以及极性化合物等。

FAB法的关键之一是，选择适当的（基质）底物，从而可以进行从较低极性到高极性的范围较广的有机化合物测定，是目前应用比较广的电离技术。

不但得到分子量还能提供大量碎片信息。

产生的谱介于EI与ESI之间,接近硬电离技术。

生成的准分子离子，一般常见[M+H]+和[M+底物]+。

另外：还有根据底物脱氢以及分解反应产生的[M-H]_容易提供电子的芳烃化合物产生M+甾类化合物、氨基霉素等还产生[M+NH4]+糖甙、聚醚等一般可（产生）观察到[M+Na]+由底物与粒子轰击（碰撞）诱导发生还原反应来产生[M+nH]+ (n>1),二量体（双分子）[M+H+M]+及[M+H+B]+等。

因此，进行谱图解析时，要考虑底物和化合物的性质，盐类的混入等进行综合判断。

ESI(Electrospray Ionization):电喷雾电离——与LC,毛细管电泳联用最好，亦可直接进样,属最软的电离方式，混合物直接进样可得到各组分的分子量。

APCI(Atmospheric Pressure Chemical Ionization):大气压化学电离——同上，更适宜做小分子。

MALDI(Matrix Assisted Laser Desorption):基体辅助激光解吸基质辅助激光解吸电离——是一种用于大分子离子化方法，利用对使用的激光波长范围具有吸收并能提供质子的基质（一般常用小分子液体或结晶化合物），将样品与其混合溶解并形成混合体，在真空下用激光照射该混合体，基体吸收激光能量，并传递给样品，从而使样品解吸电离。

MALDI的特点是准分子离子峰很强。

通常将MALDI用于飞行时间质谱和FT-MS，特别适合分析蛋白质和DNA等大分子。

(3)质量分析器:是质谱仪中将离子按质荷比分开的部分,离子通过分析器后,按不同质荷比(M/Z)分开,将相同的M/Z离子聚焦在一起,组成质谱。

(4)检测接收器:接收离子束流的装置,有:二次电子倍增器光电倍增管微通道板(5)数据系统:将接收来的电信号放大、处理并给出分析结果。

包括外围部分.例如终端显示器,打印机等。

现代计算机接口,还可反过来控制质谱仪各部分工作。

(6)真空系统:由机械真空泵(前极低真空泵),扩散泵或分子泵(高真空泵)组成真空机组,抽取离子源和分析器部分的真空。

只有在足够高的真空下,离子才能从离子源到达接收器,真空度不够则灵敏度低。

(7)供电系统:包括整个仪器各部分的电器控制部件，从几伏低压到几千伏高压。

2.分类:常见下列几种:双聚焦扇形磁场-电场串联仪器(sector)四极质谱仪(Q)离子阱质谱仪（TRAP）飞行时间质谱仪(TOF)付利叶变换-离子回旋共振质谱仪(FT-ICRMS)┏混合型如四极+TOF,磁式+TRAP等串列式多级质谱仪(MS/MS) ━┫三重四极┗TOF+TOF3.分析原理:磁质谱基本公式：M/Z=H2R2/2VM:质量Z:电荷V:加速电压R:磁场半径H:磁场强度磁质谱经典,可高分辨,质量范围相对宽;缺点是体积大,造价高,现在越来越少。

四极分析器quadrupole是一种被广泛使用的质谱仪分析器。

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+Vcosωt)）。

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，只有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，因此四极分析器又叫四极滤质器。

利用电压或频率扫描，可以检测不同质荷比的离子。

优点是扫描速度快,比磁式质谱价格便宜,体积小,常作为台式进入常规实验室,缺点是质量范围及分辨率有限。

飞行时间质谱仪:利用相同能量的带电粒子,由于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间通过相同的漂移距离到达接收器。

公式M/Z=2E/v2v=d/t 代入M/Z=Kt2E:离子动能v:离子速度d:飞行距离t:飞行时间K:常数=2E/d2优点:扫描速度快,灵敏度高,不受质量范围限制以及结构简单,造价低廉等.FT-MS:在射频电场和正交横磁场作用下,离子作螺旋回转运动,回旋半径越转越大,当离子回旋运动的频率与补电场射频频率相等时,产生回旋共振现象,测量产生回旋共振的离子流强度,经付立叶变换计算,最后得到质谱图。

是较新的技术,对于高质量数,高分辨率及多重离子分析,很有前途,但使用超导磁铁需要液氦，不能接GC，动态范围稍窄，目前还不太作为常规仪器使用。

离子阱Ion trap 通常由一个双曲面截面的环形电极和上下一对双曲面端电极构成。

从离子源产生的离子进入离子阱内后，在一定的电压和频率下，所有离子均被阱集。

改变射频电压，可使感兴趣的离子处于不稳定状态，运动幅度增大而被抛出阱外被接收、检测。

用离子阱作为质量分析器，不但可以分析离子源产生的的离子，而且可以把离子阱当成碰撞室，使阱内的离子碰撞活化解离，分析其碎片离子，得到子离子谱。

离子阱不但体积很小，而且具有多级质谱的功能，即做到MS n，但动态范围窄,低质量区1/3缺失,不太适合混合物定量.多级质谱联用仪现在，几乎所有的商品质谱仪上均配有GC-MS，但对难挥发、强极性和大分子量混合物，GC-MS无能为力，为了弥补GC-MS的不足，经过20多年的探索，通过开发上述几种软电离技术，特别是ESI和APCI等，解决了LC与离子源接口问题（1987年完成），从而实现了LC-MS联用，是分析化学的一次重大进展，而串联质谱仪更具有许多优点。

串联质谱仪（MS/MS或Tamdem）:离子源—→第一分析器—→碰撞室—→第二分析室—→接收器MS1 MS2进行MS/MS的仪器从原理上可分为两类。

第一类仪器利用质谱在空间中的顺序，是由两台质谱仪串联组装而成。

即前面列出的串列式多级质谱仪。

第二类利用了一个质谱仪时间顺序上的离子储存能力，由具有存储离子的分析器组成，如离子回旋共振仪（ICR）和离子阱质谱仪。

这类仪器通过喷射出其它离子而对特定的离子进行选择。

在一个选择时间段这些被选择的离子被激活，发生裂解，从而在质谱图中观测到碎片离子。

这一个过程可以反复观测几代碎片的碎片。

时间型质谱便于进行多级子离子实验，但另一方面不能进行母离子扫描或中性丢失。

一般采用ESI、CI或FAB等软离子化方法,以利于多产生分子离子,通过MS1的离子源使样品离子化后，混和离子通过第一分析器,可选择一定质量的离子作为母体离子,进入碰撞室,室内充有靶子反应气体(碰撞气体：He、Ar、Xe、CH4等)对所选离子进行碰撞，发生离子—分子碰撞反应，从而产生‘子离子’，再经MS2的分析器及接受器得到子离子（扫描）质谱（product ion spectrun）。

一般称做MS/MS-CID谱，或者简称为CID(collision-induced dissociation) 谱,碰撞诱导裂解谱，及MS/MS谱。

另外，也有母找子离子的MS/MS谱，（MS/MS spreursor ion spectrum）研究MS/MS谱（一般指子离子质谱，与在源内裂解产生的正常碎片质谱类似，但有区别，现不能检索），可以了解到被分析样品的混合物性质和成分，对一些混合物（目前，多用最软电离的ESI或APCI的MS/MS。

不必进行色谱分离可直接分析，与色谱法相比，有很快的响应速度，省时省样品省费用，具有高灵敏度和高效率的优点。

另外一个特点是通过子→母及母→子MS/MS谱可以掌握一定的结构信息,做为目前有力的结构解析手段。

因此，现在利用串联质谱仪进行药物研究越来越得到重视，特别是在药物代谢以及混合物的微量成分分析和结构测定等方面正在起到越来越重要的作用。