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附录ⅨJ质谱法质谱法是使待测化合物产生气态离子，再按质荷比（m/z）将离子分离、检测的分析方法，检测限可达10-15～10-12 mol数量级。
质谱法可提供分子质量和结构的信息，定量测定可采用内标法或外标法。
质谱仪的主要组成如图1所示。
在由泵维持的10-3～10-6 Pa真空状态下，离子源产生的各种正离子（或负离子），经加速，进入质量分析器分离，再由检测器检测。
计算机系统用于控制仪器，记录、处理并储存数据，当配有标准谱库软件时，计算机系统可以将测得的质谱与标准谱库中图谱比较，获得可能化合物的组成和结构信息。
图1 质谱仪的主要组成一、进样系统样品导入应不影响质谱仪的真空度。
进样方式的选择取决于样品的性质、纯度及所采用的离子化方式。
1. 直接进样室温常压下，气态或液态化合物的中性分子通过可控漏孔系统，进入离子源。
吸附在固体上或溶解在液体中的挥发性待测化合物可采用顶空分析法提取和富集，程序升温解吸附，再经毛细管导入质谱仪。
挥发性固体样品可置于进样杆顶端小坩埚内，在接近离子源的高真空状态下加热、气化。
采用解吸离子化技术，可以使热不稳定的、难挥发的样品在气化的同时离子化。
多种分离技术已实现了与质谱的联用。
经分离后的各种待测成分，可以通过适当的接口导入质谱仪分析。
2. 气相色谱/质谱联用(GC/MS)气相色谱分离后的流出物呈气态，待测化合物的分子大小也适宜于质谱分析。
在使用毛细管气相色谱柱及高容量质谱真空泵的情况下，色谱流出物可直接引入质谱仪。
3. 液相色谱/质谱联用(LC/MS)使待测化合物从色谱流出物中分离、形成适合于质谱分析的气态分子或离子需要特殊的接口。
粒子束（PBI）、移动带(MBI)、大气压离子化（API）是可用的液相色谱/质谱联用接口。
为减少污染，避免化学噪声和电离抑制，流动相中所含的缓冲盐或添加剂通常应具有挥发性，且用量也有一定的限制。
（1）粒子束接口：液相色谱的流出物在去溶剂室雾化、脱溶剂后，仅待测化合物的中性分子被引入质谱离子源。
质谱法质谱法是使待测化合物产生气态离子，再按质荷比（m/z）将离子分离、检测的分析方法，检测限可达10-15～10-12mol数量级。
质谱法课提供分子质量和结构的信息，定量测定可采用内标法或外标法。
质谱仪的主要组成如图所示。
在由泵维持的10-3～10-6Pa真空状态下，离子源产生的各种正离子（或负离子），经加速，进入质量分析器分离，再由检测器检测。
计算机系统用于控制仪器，记录、处理并储存数据，党配有标准谱库软件时，计算机系统可以将测得的质谱与标准谱库中图谱比较，获得可能化合物的组成和结构信息。
一、进样系统样品导入应不影响质谱仪的真空度。
进样方式的选择取决于样品的性质、纯度及所采用的离子化方式。
1、直接进样室温常压下，气态或液态化合物的中性分子通过可控漏孔系统，进入离子源。
吸附在固体上或溶解在液态中的挥发性待测化合物可采用顶空分析法提取和富集，程序升温解吸附，再经毛细管导入质谱仪。
挥发性固体样品可置于进样杆顶端小坩埚内，在接近离子源的高真空状态下加热、气化。
采用解吸离子化技术，可以使热不稳定的、难挥发的样品在气化的同时离子化。
多种分离技术已实现了与质谱的联用。
经分析后的各种待测成分，可以通过适当的接口导入质谱仪分析。
2气相色谱-质谱联用（GC-MS）在使用毛细管气相色谱柱及高容量质谱真空泵的情况下，色谱流出物可直接引入质谱仪。
3液相色谱-质谱联用（LC-MS）使待测化合物从色谱流出物中分离、形成适合于质谱分析的气态分子或离子需要特殊的接口。
离子束（PBI）、移动带（MBI）、大气压离子化（API）是可用的液相色谱-质谱联用接口。
为减少污染，避免化学噪声和电离抑制，流动性中所含的缓冲盐或添加剂通常应用具有挥发性，且用量也有一定的限制。
（1）离子束接口液相色谱的流出物在去溶剂室雾化、脱溶剂后，仅待测化合物的中性分子被引入质谱离子源。
离子束接口适用于分子量小于1000的弱极性化合物的分析，测得的质谱可用由电子轰击离子化或化学离子化产生。
第九章质谱法9.1 概述质谱分析法（mass spectrometry）是通过样品离子的质量和强度的测定，来进行成分和结构分析的一种分析方法。
1．质谱过程与光谱过程对比图9-1 质谱过程与光谱过程对比质谱与光谱的过程类似，但基本原理不同（图9-1）图9-1（3）显示了质谱的全过程：样品通过进样系统进入离子源，由于结构性质不同而电离为各种不同质荷比（m/z）的离子碎片，而后带有样品信息的离子碎片被加速进入质量分析器，在其磁场作用下，离子的运动半径与其质荷比的平方根成正比，因而使不同质荷比的离子在磁场中被分离，并按质荷比大小依次抵达检测器，经记录即得样品的质谱（mass spectrum MS）。
2．质谱分析法的特点和用途质谱是定性鉴定与研究分子结构的有效方法。
主要特点是：（1）灵敏度高，样品用量少：目前有机质谱仪的绝对灵敏度可达5 pg（pg为10－12 g），有微克量级的样品即可得到分析结果。
（2）分析速度快：扫描1～1000u①一般仅需1～几秒，最快可达1/1000秒，因此，可实现色谱-质谱在线联接。
（3）测定对象广：不仅可测气体、液体，凡是在室温下具有10－7Pa蒸气压的固体，如低熔点金属（如锌等）及高分子化合物（如多肽等）都可测定。
质谱法的用途：（1）求准确的分子量：由高分辨质谱获得分子离子峰的质量，可测出精确的分子量。
（2）鉴定化合物：如果事先可估计出样品的结构，用同一装置，同样操作条件测定标准样品及未知样品，比较它们的谱图可进行鉴定。
①u=原子质量单位，1u=1.6605655×10－27kg（3）推测未知物的结构：从离子碎片获得的信息可推测分子结构。
（4）测定分子中Cl 、Br 等的原子数：同位素含量比较多的元素（Cl 、Br 等），可通过同位素峰强度比及其分布特征推算出这些原子的数目。
9.2 质谱仪及其工作原理9.2.1 原理图9-2是质谱仪的示意图。
质谱仪由离子化、质量分离和离子检测等三部分组成。
被气化的分子，受到高能电子流（～70eV ）的轰击，失去一个电子，变成带正电的分子离子。
这些分子在极短的时间内，又碎裂成各种不同质量的碎片离子、中性分子或自由基。
在离子化室被电子流轰击而生成的各种正离子，受到电场的加速，获得一定的动能，该动能与加速电压之间的关系为：zV mv 212= （9.1）m ——正离子质量，v ——正离子速度z ——正离子电荷，V ——加速电压图9-2 质谱分析仪示意图加速后的离子在质量分析器中，受到磁场力（Lorentz 力）的作用，作圆周运动时，运动轨迹发生偏转。
而圆周运动的离心力等于磁场力：m · R v 2=Hzv （9.2） 式中H —磁场强度，R —离子偏转半径。
经整理：V2HR z m 22=/ （9.3） z mH V2R 2⋅= （9.4） 后边两式，为磁偏转分析器的质谱仪方程。
式中单位m ，原子质量单位；z ，离子所带电荷的数目；H ，高斯；V ，伏特；R ，厘米。
在上式，依次改变磁场强度H 或加速电压V ，就可以使具有不同质荷比m/z 的离子按次序沿半径为R 的轨迹飞向检测器，从而得到一按m/z 大小依次排列的谱—质谱。
9.2.2 离子源离子源的功用是将样品分子或原子电离成离子。
质谱仪的离子源种类很多，其原理和用途各不相同，离子源的选择对样品测定的成败至关重要，尤其当分子离子不易出峰时，选择适当的离子源，就能得到响应较好的质谱信息。
下边简单介绍几种常用的离子源。
1．电子轰击源（Electron impact Source EI ）电子轰击源由离子化区和离子加速区组成（见图9-3）。
在外电场的作用下，用（8～100ev ）的热电子流去轰击样品，产生各种离子，然后在加速区被加速而进入质量分析器。
这是一种最常用的离子化方法。
利用电子轰击源得到的离子流稳定性好，碎片离子产额高，应用广泛。
但当样品分子量太大或稳定性差时，常常得不到分子离子，因而不能测定分子量。
图9-3 电子轰击源A ：阳极 C ：阴极（灯丝） i ：电子流 R ：排斥 S 1，S 2：加速极 F ：聚集极 I ：离子流2．化学电离源（chemical ionization Source CI ）化学电离源是为解决上述问题而发明的一种软离子化技术。
它与EI 不同，样品不是通过电子碰撞而是与试剂离子碰撞而离子化。
（图9-4）为化学电离源示意图。
样品放在样品探头顶端的毛细管中，通过隔离子阀进入离子源。
反应气经过压强控制与测量后导入反应室。
反应室中，反应气首先被电离成离子，然后反应气的离子和样品分子通过离子——分子反应，产生样品离子。
图9-4 化学电离源①灯丝 ②反应室 ③样品 ④真空测量规 ⑤气流控制阀 ⑥切换阀 ⑦前级真空室 ⑧隔离阀3．等离子解吸质谱（plasma desorption MS ，PDMS ）用锎（252Cf ）放射性衰变过程中产生的裂解碎片，使大分子离子化的方法称252Cf-PDMS 。
即用252Cf-PDMS 离子源使非挥发性分子解离所产生的离子，主要是MH +、MNa +等。
4．快速原子轰击源（fast atom bombardment ，FAB ）FAB 电离法是在80年代初发展起来的。
它利用快速中性原子来轰击样品溶液的表面，使分子电离的方法。
此法常采用液体基质（如甘油）将样本溶于极性、粘稠的高沸溶剂中，然后快原子枪射出的快原子来轰击于基质中的样品而产生离子。
这种方法使分子电离的能量很低，通常没有分子离子峰，而易得到加成离子峰MH +（M+1）峰。
且FAB 是研究极性、高分子量、非挥发性和热不稳定分子的重要离子化方法。
但FAB 离子化法缺点在于其基质会产生众多的质谱峰，几乎在每个质量座标处都产生化学噪音，有时有可能会错误解析。
5．场解吸离子源（field desorption FD ）EI 、CI 离子源需要使样品气化，所以难挥发或热不稳定的样品不宜用EI 、CI 方法电离。
1969年Beckey 提出了FD 离子化法。
该法将非挥发性有机化合物涂在发射器表面的微针上，然后将发射丝上通电流，使样品分子在强电场下电离解吸，并在减压条件下，施加一适当高电压（发射微针为正高压，电位差约1kV 左右），从而可得到较强的 或MH +离子。
该离子化法的特点是 或M+1峰很强，且碎片离子少。
FD 法的缺点是测定技术难度较大，重现性不太理想。
6．场致电离（field ionization FI ）M +.M +.FI离子源中有一场致射器是一个长满微针的细金属线上加上很高的电压（约10kV），当样品的气压分子一旦与这些针尖接触，就会因特别大的电位梯度而产生“隧道效应”使分子只接收很小的能量，失去电子后的正离子飞向分析器。
FI源可得到较强的分子离子峰。
图9-6为D-葡萄糖的EI、FI和FD质谱。
在EI（a）中，M峰和（m+1）峰不出现；而在FD和FI中的（m+1）峰为基峰，均有较为明显的M峰，且在FD中，碎片离子峰也较少。
若将三谱对照，能较好地解析有机化合物的分子结构。
随着仪器分析的不断发展，科学工作者不断地推出不同的离子源如二次离子源，激光解吸离子源等等，此处不一一介绍。
图9-5 D-葡萄糖的质谱（a）EI，（b）FI和（c）FD9.2.3 质量分析器（mass analyzer）质量分析器种类很多，此处仅介绍常见的磁偏转质量分析器和四极杆质量分析器。
1．磁偏转质量分析器（1）单聚焦质量分析器（Single focusing mass analyzer）在离子源生成的离子被加速后，在质量分析器中受到磁场力的作用，轨迹发生偏转，其偏转半径为原理中（9.4）式所述，由V、H和m/z三者决定。
单聚焦磁偏转质量分析器及其离子轨迹示意图9-6。
在质谱仪中，离子接收器是固定的，即R是固定的，当加速电压V和磁场强度H为某一固定值时，只有一定质荷比的离子可以满足（9.4）式通过狭缝到达接收器。
改变加速电压或磁场强度，均可改变离子的轨迹半径。
如果使H保持不变，连续地改变V（电压扫描）可使不同m/z的离子顺序通过狭缝到达接收器，得到某个范围的质谱；加速电压越高可测的质量范围越小，反之越大；同样，使V保持不变，连续地改变H，（磁场扫描）也可使不同m/z的离子被接收。
图9-6 单聚焦磁偏转质量分析器及其离子轨迹示意图由上分析可知，由离子源发出的具有不同质量的离子，经过磁场后，可按一定的m/z 顺序彼此分开，即磁场对不同质量的离子的质量色散作用。
同时由一点发出的具有相同质量、不同发射角的离子束，以一定速度进入磁场，经磁偏转后会重新聚在一起。
即磁场对于有一定发散角的质量相同的离子有会聚作用，这种会聚作用称为方向聚焦。
它可同时提高质谱仪的分辨率和灵敏度。
但单聚焦质量分析器没有考虑离子束中各离子的能量实际是有差别的。
这种差别的存在使同种离子沿略为不同的飞行半径偏转，造成质量记录的偏差，而使单聚焦质量分析器分辨率不高。
为了克服之，人们又设计发明了双聚焦质量分析器。
（2）双聚焦质量分析器（Double focusing mass analyzer）在磁偏转分析器的前面加一个由一对金属板电极组成的静电分析器。
在测定时，静电器只允许特定能量的离子通过。
然后通过狭缝进入磁偏转分析器，这样可使分辨率大大提高。
2．四极杆质量分析器（Quadrupole mass analyzer）四极杆质量分析器的主体是由四根平行的金属杆组成（图9-7）。
为了加工方便，这四根极杆常用圆柱形电极代替。
离子的质量分离在电极形成的四极场中完成。
其工作原理是将四根电极分为四组，分别加上直流电压和具有一定振幅和频率的交流电压。
当一定能量的正离子沿金属杆间的轴线飞行时，将受到金属杆交、直流叠加电压作用而波动前进。
这时只有少数离子（满足m/z与四极杆电压和频率间固定关系的离子）可以顺利通过电场区到达收集极。
其它离子与金属杆相撞、放电，然后被真空系统抽走。
如果依次改变加在四极杆上的电压或频率，就可在离子收集器上依次得到不同m/z的离子信号。
四极杆质量分析器具有扫描速度快，结构简单、价格较低，易于控制等特点。
图9-7 四极杆质量分析器示意图9.2.4 离子检测器和记录器作为离子检测器的电子倍增器种类很多，但基本工作原理相同。
一定能量的离子打到电极的表面，产生二次电子，二次电子又受到多极倍增放大，然后输出到放大器，放大后的信号供记录器记录。
电子倍增器常有10～20级，电流放大倍数为105～108倍。
电子通过电子倍增器时间很短，利用电子倍增器可实现高灵敏度和快速测定。
质谱仪常用的记录器是紫外线记录器。
紫外线由高压水银灯发生，照射到振子（检流计）反射镜上，当放大后的离子流信号加到振子的动圈上时，振子产生偏转，偏转角与信号幅值成比例，因此，由振子反射镜反射的光线，表示了不同m/z 离子流的强度。
