工业在线质谱仪的组成、工作原理与应用现状
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2024年质谱仪市场发展现状引言质谱仪是一种广泛应用于化学、生物、药学和环境科学等领域的分析仪器,通过分离和检测样品中的离子来分析物质的结构和组成。
随着科学技术的不断进步和应用领域的不断扩展,质谱仪市场呈现出快速发展的态势。
1. 质谱仪市场规模质谱仪市场在过去几年呈现出持续增长的趋势。
根据市场研究报告,全球质谱仪市场规模在近五年内年均增长率超过10%。
市场规模持续扩大的原因主要包括科研领域对质谱仪的需求增加、环境保护和食品安全意识的提高以及制药行业的快速发展等。
2. 质谱仪市场应用领域质谱仪在多个领域都有广泛的应用。
首先是科学研究领域,尤其是化学、生物和天文领域。
质谱仪可以用于分析化合物结构、蛋白质研究以及宇宙中元素和分子的探测。
其次,质谱仪在环境科学中也有重要的应用,可以检测大气、水体和土壤中的污染物。
此外,质谱仪还在食品安全领域发挥着重要作用,可以检测食品中的污染物和添加剂。
最后,质谱仪在临床诊断和制药领域也有广泛应用,例如药代动力学研究和药物残留检测等。
3. 质谱仪市场发展趋势质谱仪市场的发展趋势主要包括以下几个方面。
首先,追求更高的分辨率和灵敏度是市场发展的主要动力。
随着科学研究的进展,对于更精确的分析要求越来越高,因此市场对于高分辨率和高灵敏度质谱仪的需求也在不断增加。
其次,小型化和便携化是质谱仪市场的另一个发展方向。
传统的质谱仪体积庞大、使用复杂,限制了其在实地采样和应急事件中的应用。
因此,小型化和便携化的质谱仪市场需求逐渐增加。
另外,多重检测技术和软件智能化也是市场的发展趋势,这可以提高质谱仪的分析能力和数据处理效率。
4. 质谱仪市场竞争格局目前,全球质谱仪市场竞争激烈,主要的厂商包括Agilent Technologies、Thermo Fisher Scientific、Waters Corporation等。
这些公司在质谱仪技术领域拥有先进的产品、丰富的应用经验和广泛的市场渠道。
质谱仪的原理应用1. 质谱仪的基本原理质谱仪是一种用于分析物质的仪器,利用原子或分子的质量-电荷比(m/z)进行测量。
其基本原理包括以下几个步骤:•样品进样:样品通过进样系统进入质谱仪,通常采用气相、液相或固相进样方式。
不同样品介质需要选择对应的接口方式。
•样品离子化:样品进入离子源后,通过电子冲击、电离辐射或化学反应等方法将其转化为离子形式。
•质量分析:离子经过加速器加速后,进入质量分析器。
在质量分析器中,离子按照其质量-电荷比(m/z)被分离和分析。
•离子检测:分离后的离子通过离子检测器进行检测和计数,并得到相应的信号。
2. 质谱仪的应用领域质谱仪在许多领域都有广泛的应用。
下面列举几个常见的应用领域:•环境分析:质谱仪可以用于环境中有机物或无机物的检测与分析,例如空气中的污染物、水中的有害物质等。
通过对样品的离子化和质量分析,可以快速准确地检测出目标物。
•食品安全:质谱仪可以用于食品中农药残留、重金属等有害物质的检测。
通过对食品样品进行离子化和质量分析,可以确定食品中各种成分的含量,保证食品的安全性。
•药物研发:质谱仪在药物研发过程中起到重要作用,可以用于药物的结构鉴定、药代动力学研究、药物代谢等方面。
通过对药物样品进行质量分析,可以确定药物的分子结构和特性。
•生物医学:质谱仪在生物医学研究中也有广泛应用,可以用于蛋白质分析、基因组学研究、代谢组学研究等。
通过对生物样品进行质量分析,可以获取各种生物分子的信息,有助于疾病的诊断和治疗。
3. 质谱仪的发展趋势近年来,质谱仪技术不断发展,出现了许多新的应用和改进。
以下是质谱仪的发展趋势:•高灵敏度:质谱仪的灵敏度逐渐提高,可以检测到更低浓度的物质。
•高分辨率:质谱仪的分辨率也在不断提高,可以更准确地区分不同的离子。
•多种离子源:质谱仪中出现了许多新的离子源,适用于不同类型的样品。
•数据处理:质谱仪软件的发展也非常重要,可以对大量的质谱数据进行处理和分析,提高工作效率。
质谱仪的构造和工作原理
质谱仪是一种利用质谱原理进行分析和检测的仪器。
它通常由离子源、质量分析器和检测器三部分组成。
离子源用于将样品中的分子转化为带电的离子,质量分析器用于根据离子质量、电荷比和能量将离子分离并检测,检测器则用于对检测到的离子进行计数和记录。
质谱仪的工作原理是将样品原子或分子通过电离源产生带电离子,然后经过质量分析器进行分离并检测。
其中,离子源的类型有多种,如电子轰击离子源、化学电离源和光电离源等。
不同的离子源会对样品进行不同的离子化反应,因此在选择离子源时需要考虑样品性质和分析需求。
质量分析器是质谱仪最核心的部分,它可以将离子根据其质量、电荷比和能量进行分离。
常用的质量分析器有四极杆质谱仪、飞行时间质谱仪和离子阱质谱仪等。
每种质量分析器的工作原理不同,但都是根据离子在电场中的运动规律进行离子分离和检测。
检测器是质谱仪的最后一部分,它的作用是对分离和检测到的离子进行计数和记录。
常用的检测器有电子增强器、多道计数器和荧光屏等。
在选择检测器时需要考虑样品的离子强度和信噪比等因素。
总之,质谱仪是一种非常重要的分析仪器,它可以广泛应用于化学、生物、医学、环境等领域,为科学研究和产业发展提供了有力的支持。
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质谱仪的原理及应用
质谱仪是一种高科技仪器,用于分析化合物的结构、组成和含量等信息。
其基本原理是将待分析的化合物分子通过不同的方式转化为离子,并根据这些离子的质量/电荷比(m/z)进行分析和检测。
质谱仪的应用非常广泛,包括但不限于以下几个方面:
1.结构鉴定:质谱仪可通过测定待分析样品中的离子质量来确定其分子式、结构和碎片情况,帮助科学家快速准确地鉴定化合物的结构。
2.定量分析:质谱仪可根据待测样品中的目标化合物的特征离子峰的强度进行定量分析,可以对药物、环境污染物、食品添加剂等进行精确的定量测定。
3.代谢组学:质谱仪在代谢组学研究中具有重要作用,可以通过分析生物体内的代谢产物,揭示生物体内的代谢途径、代谢产物的变化规律等,为疾病诊断、药物研发等提供重要信息。
4.蛋白质组学:质谱仪在蛋白质组学研究中也有广泛的应用,可用于分析蛋白质的氨基酸序列、翻译后修饰等,帮助研究人员了解蛋白质的结构和功能。
5.环境监测:质谱仪可用于分析环境中的有机污染物、重金属、农药残留等,帮助监测环境质量和保护生态环境。
6.食品安全:质谱仪可用于检测食品中的添加剂、农药残留、重金属等有害物质,保障食品安全。
综上所述,质谱仪在化学、生物学、环境科学等领域都有着重要的应用价值,为科学研究、工业生产和环境保护提供了强大的技术支持。
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质谱仪的组成及应用质谱仪是一种用来分析物质的仪器,它可以通过对物质进行化学分离和质量分析来确定物质的组成和结构。
质谱仪的基本组成包括样品引入系统、质谱分析系统和数据处理系统。
在质谱仪里,样品引入系统的作用是将样品引入到质谱分析系统中。
常见的样品引入方式有静态头空进样、动态头空进样、溶液进样和气态热脱附进样等。
不同的样品引入方式适用于不同类型的样品。
质谱分析系统是质谱仪的核心部分,它通过将样品分子化后进行质谱分析,从而得到物质的分子式、分子量、结构和含量等信息。
质谱分析系统主要由离子源、质谱质量分析器和检测器构成。
离子源是质谱仪最重要的部分之一,它将样品中的分子化为带电的离子。
离子源常见的类型有电子轰击离子源、化学电离离子源和电喷雾离子源等。
不同类型的离子源适用于不同的样品类型。
质谱质量分析器用于对离子进行质量分析,以确定其质量-电荷比。
主要有质量过滤器和质量分析仪两种类型。
质量过滤器只能选择出特定的质量-电荷比离子通过,而质量分析仪可以对所有的离子进行质量分析。
检测器用于测量质谱质量分析器输出的离子信号强度,以得到样品中各种离子的相对含量。
常见的检测器有离子增强器、多道微信号分析器和荧光检测器等。
数据处理系统用于对从质谱分析系统得到的原始数据进行处理和分析,以得到样品的结构和含量等信息。
数据处理系统主要包括数据采集、数据解析和数据可视化等功能。
质谱仪广泛应用于化学、生物、环境和医学等领域。
在化学领域,质谱仪可以用于物质的定性和定量分析,帮助鉴定未知物质的结构和含量。
在生物领域,质谱仪可以用于蛋白质组学、代谢组学和脂质组学等研究,帮助揭示生物体内分子的功能和相互作用。
在环境领域,质谱仪可以用于大气和水体中有机污染物的检测和分析,帮助环境保护和治理。
在医学领域,质谱仪可以用于药物代谢研究和疾病诊断,帮助制定个体化治疗方案。
总之,质谱仪是一种非常重要的分析工具,它具有高灵敏度、高分辨率和高准确度的特点,被广泛应用于科研、工业生产和环境检测等领域。
质谱仪的原理与使用注意事项质谱仪是一种广泛应用于化学分析领域的仪器,它通过将样品中的分子离子化后,利用分子离子在电磁场中的运动趋势来分析和确定化合物的种类和结构。
本文将介绍质谱仪的原理以及使用质谱仪时需要注意的事项。
一、质谱仪的原理质谱仪的工作原理主要包括:样品的制备、离子化、分离与探测。
下面将分别介绍这些原理。
1. 样品的制备在使用质谱仪前,需要将待分析的样品制备成气态或者液态,以便进一步进行离子化。
常用的样品制备方法包括气相色谱(GC)、液相色谱(LC)等。
2. 离子化质谱仪的核心步骤是将样品中的分子转化成离子。
这可以通过两种主要的离子化方法实现。
一是电离法,即利用高能电子束、激光束或者高温等条件将样品中的分子碰撞离子化;二是化学离子法,利用化学反应将样品中的分子转化成离子。
3. 分离离子化后的分子离子被引入质谱仪的分析区域,其中通过一系列的离子分离手段使得不同离子具有不同的运动趋势。
主要的分离方法有质量过滤、分子束法、四极杆、飞行时间法等。
4. 探测质谱仪中的探测器接收离子并将其转化为探测信号。
根据离子所带电荷的不同,常用的探测器有电子倍增器(EM)和离子多极放大器(IAP)等。
二、使用质谱仪的注意事项在使用质谱仪时,需要注意以下事项,以确保实验结果的准确性和可靠性。
1. 样品的准备样品应该充分纯净,避免污染或残留物的影响。
在液体样品的制备过程中,要注意挥发性溶剂的选择,并避免样品的热解或分解。
2. 仪器的操作操作质谱仪时,应遵循仪器使用手册中的操作规程。
保证仪器的稳定性和准确性,避免对仪器造成人为损坏。
3. 质谱仪条件的选择在进行质谱仪分析时,需要根据待测物的特性选择合适的离子化方法、分离手段和探测器等条件。
不同的待测物可能需要不同的分析条件,要结合实际情况进行调整。
4. 实验结果的解读质谱仪的结果通常以质谱图的形式呈现,需要仔细解读。
掌握常见的碎裂规律和质谱图解释方法,可以帮助我们准确判断待测物的结构和组成。
一、质谱仪原理质谱仪是一种分析仪器,主要用于分离和检测不同同位素的仪器。
其基本原理是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。
1. 样品气化:将待测物质气化,使其成为离子化气体。
2. 离子化:通过电离源将气体中的分子或原子电离,产生正离子或负离子。
3. 加速:利用电场加速离子,使其获得一定的动能。
4. 分离:通过磁场和电场的作用,使不同质量的离子受到不同程度的偏转,从而实现分离。
5. 检测:利用检测器检测分离后的离子,得到质谱图。
二、质谱仪操作规程1. 开机准备(1)打开UPS电源,确认氮气发生器正常工作,氮气压力达到规定值。
(2)打开机械泵电源开关,启动机械泵,待其工作至少30分钟。
(3)打开质谱主机电源开关,仪器自动启动。
2. 样品准备(1)将待测样品溶解在适当的溶剂中,制成溶液。
(2)根据实验需要,选择合适的进样方式,如液体进样、气体进样等。
3. 调谐(1)使用正离子校正液(PPG)和负离子校正液(PPG3000)进行调谐。
(2)先用洗液清洗针两次,然后慢慢吸取校正液,避免吸入气泡。
(3)将针泵卡住,调整高度至5,重新连接管路,不再连接六通阀。
(4)由质谱直接进样,将针泵卡住。
(1)设置实验参数,如扫描范围、扫描速度、离子源温度等。
(2)打开检测器,调节检测器电压,使m/z18(水)的峰高达到显示窗口的1/2处。
(3)比较m/z18(水)的峰高与m/z28(氮气)的峰高,检查是否存在空气泄露。
5. 关机(1)关闭质谱仪主机电源开关。
(2)关闭机械泵电源开关。
(3)关闭气体发生器或气瓶。
6. 数据处理(1)将质谱图导入数据处理软件,如MassLynx等。
(2)进行峰提取、积分、比对等操作,分析样品成分。
三、注意事项1. 操作过程中,应严格遵守实验室安全规定,佩戴防护用品。
2. 注意仪器的清洁,避免样品污染。
3. 定期检查仪器,确保其正常运行。
质谱分析技术的原理和应用质谱分析技术作为当代分析化学的重要手段,具有高灵敏度、高选择性和高分辨率等特点,被广泛应用于医药、环境、食品安全等领域。
下面我们将从质谱分析的基本原理、仪器构成以及应用案例等方面进行论述。
一、质谱分析的基本原理1. 质谱分析的基本步骤质谱分析主要包括样品的制备、离子化、加速、分离以及离子检测和信号处理等步骤。
首先,样品被制备成气体、液体或固体状态,然后通过离子源将样品中的分子或原子离子化。
离子化后的离子被加速,并根据质荷比(m/z)经过磁场或者电场的作用分离。
最后,离子被转化为电流信号,通过信号处理器获得质谱图。
2. 质谱分析的原理质谱分析的原理基于质荷比的选择性分离和检测。
在磁场或电场作用下,带有不同质荷比的离子会分别偏转。
利用质谱仪中的质荷比分离器,可以将离子按照它们质荷比的大小进行分离和检测。
通过测量质荷比和强度,可以确定样品中不同的成分和它们的相对含量。
二、质谱仪器的构成质谱仪由离子源、分离器、检测器和数据系统等部分构成。
1. 离子源离子源是将样品中的分子或原子离子化的部分,常用的离子源有电喷雾源(ESI)、大气压化学电离源(APCI)和电子轰击源(EI)等。
不同的离子源选择取决于样品的性质和目的。
2. 分离器分离器根据质荷比的差异将离子分离。
常见的分离器有磁扇形质量分析器(Sector Mass Analyzer)、四极杆质量分析器(Quadrupole Mass Analyzer)和飞行时间质量分析器(Time-of-Flight Mass Analyzer)等。
每种分离器都有其特定的分离原理和适用范围。
3. 检测器检测器用于将离子转化为检测信号。
常见的检测器有离子多极管检测器(Ion Multiplier Detector)和光电倍增管检测器(Photomultiplier Tube Detector)等。
检测器的选择也与样品的性质有关。
4. 数据系统数据系统负责信号的采集、处理和分析。
质谱仪的工作原理
质谱仪是一种重要的分析仪器,广泛应用于化学、生物、医药
等领域。
它通过测量物质的质量-电荷比(m/z)比值,可以确定样
品中的化学成分,提供了极为精确的分析结果。
质谱仪的工作原理
主要包括样品的离子化、质谱分析和数据处理三个部分。
首先,样品需要被离子化,通常采用电子轰击、化学离子化或
激光蒸发等方法将样品分子转化为离子。
这些离子带有正电荷或负
电荷,然后被引入质谱仪中进行进一步分析。
接下来,离子化的样品被送入质谱仪的质谱分析部分。
在这一
部分,离子首先被加速,然后进入磁场或电场中进行偏转。
根据离
子的质量-电荷比(m/z)比值的不同,离子在磁场或电场中的行为
也会有所不同。
最常见的质谱仪类型包括飞行时间质谱仪(TOF)、
离子阱质谱仪、四极杆质谱仪等,它们利用不同的原理来分析样品
中的离子。
最后,质谱仪将离子的质量-电荷比(m/z)比值转化为电信号,并通过数据处理系统进行处理。
数据处理系统可以将电信号转化为
质谱图谱,显示出样品中各种离子的相对丰度和质量-电荷比。
通过
比对已知物质的质谱图谱,可以确定样品中的化合物成分,并计算出其相对含量。
总的来说,质谱仪的工作原理是基于离子化、质谱分析和数据处理的过程。
它能够提供高灵敏度、高分辨率的分析结果,对于复杂样品的分析具有重要意义。
质谱仪在化学、生物、医药等领域的应用,为科学研究和工业生产提供了强大的技术支持。
随着科学技术的不断发展,质谱仪的性能和应用范围也在不断扩大,将为人类社会的发展带来更多的利益和帮助。
工业在线质谱仪的组成、工作原理与应用现状自上世纪70年代,表面离子化质谱出现之后,基于多种不同技术的工业在线质谱仪纷纷涌现。
特别是随着空气动力学透镜进样技术的发展,在线质谱技术也日趋成熟起来。
如今,高分辨率质谱仪中不仅能准确测定分子质量,而且可以确定化合物的化学式和进行结构分析。
下面仅从组成结构、工作原理和应用现状,对工业在线质谱仪进行简单介绍。
一、组成结构质谱仪又称质谱计。
通过对同一样品中不同质荷比的离子在电磁场中产生不同的程度偏转,实现样品成分定性和定量检测。
与传统的离线质谱仪相比,工业在线质谱仪的在线直接进样或在线样品收集一般不需要对样品进行前处理,省却了大量的采样等复杂过程,对于保持颗粒物的原始组成及快速分析具有重要的意义。
如图1所示,工业在线质谱仪一般由检测系统、真空系统、电学系统和数据处理系统构成。
检测系统由进样系统、离子源、质量分析器和离子检测器组成。
图1 工业在线质谱仪结构示意图1.进样系统:常见有两种,一是多路进样阀系统,可同时引进几十个取样点,由气动马达或步进电机驱动选择样品进入离子源。
二是电磁阀进样系统,通过电磁阀对样品进行选择。
进样方法通常也有两种,一种是扩散法,适用于气体或易挥发性液体;另一种是直接插入探针法,适用于低挥发度样品如高沸点液体及固体,对易分解样品,通常使用衍生法将其转化为稳定化合物后再进样。
整个系统对进样的要求是重复性、不引起真空度降低。
进样的步骤大致为注入样品、贮样、抽真空、加热、样品蒸发、最后进入高真空离子源。
2.离子源:使样品电离成离子,并将离子汇聚成有一定能量和一定几何形状的离子束的装置。
实现样品离子化过程的方法叫离子化方法。
常见的离子化方法有电子轰击电离、化学电离、快原子轰击、电喷雾电离、大气压化学电离和基质辅助激光解吸电离。
工业质谱仪基本采用电子轰击离子源,如图2所示。
图2 电子轰击离子源示意图3.质量分析器:使离子源中产生的离子按照质荷比(m/z)大小分开。
常见的质量分析器有磁偏转型质量分析器、飞行时间质量分析器、四级杆质量分析器、离子阱质量分析器、加速质谱器等。
(1)磁偏转型质量分析器,其核心部件是电磁铁。
它是根据带电粒子在磁场中运动,受到磁场力的作用会发生偏转的原理而设计。
其结构多采用扇形设计,一般固定粒子通道的偏转半径,通过改变磁场强度或者加速电压,使粒子束按照质荷比分离依次通过粒子通道,到达检测器。
磁偏转型质量分析器又分单聚焦分析器和双聚焦分析器。
单聚焦分析器,只能把质荷比相同而入射方向不同的离子聚焦,对于能力不同的离子却不能实现聚焦,因此仪器的分辨率不理想。
与单聚焦分析器相比,双聚焦分析器设法在电场和磁场中对产生能量色散的离子做补偿,就可以实现方向聚焦和能量聚焦。
双聚焦分析器的优点是分辨率高,缺点是扫描速度慢,操作调整比较困难,同时造价也较为昂贵,在工业上应用不广。
(2)飞行时间质量分析器,它是根据携带相同能量的不同质荷比的带电离子在飘移管中飞行,由于质量不同离子的飞行速度不同,在飞过相同的距离到达检测器时的时间便会不同的原理来工作的。
(3)四级杆质量分析器,它是通过对构成类长方体区域的平行的四根金属圆杆通电,产生成类似马鞍的交变电场,以不同频率扫描具有不同质荷比的带电粒子,从而对粒子质量进行选择,故该分析器有称为质量扫描或质量选择器。
这种质量分析器,结构简单,扫描速度快,控制也相对简单,但杆体容易受到污染,维护难度较大,其性能指标在动态质谱仪中较好,也是目前应用最广和最具发展前景的质量分析器。
(4)离子阱质量分析器,其外侧由两个双曲线型边缘的端盖构成,中间为一个环形电极所构成的空间,它们的内表面是双曲面,离子阱内的粒子在此空间内作复杂的圆周运动,针对内部单个粒子运动,该分析器会做行为模拟,从而得到分析结果。
(5)加速质谱器,主要应用于地球科学、考古学等领域,对类碳-14长寿命宇宙成因放射性核素进行测量,结构较为复杂,在此不做叙述。
4.离子检测器:对被分离的离子束按照质荷比大小接收和检测。
其接收和检测方法主要有直接电测法和二次效应电测法。
直接电流法:离子流直接为金属电机所接收,用电化学方法记录离子流。
例如,用法拉第或平板电机作为离子接收器。
二次效应电测法则利用离子引起的二次效应,产生二次电子或光子,再用倍增器或电化学方法记录电子流。
以法拉第筒检测器为例举例。
如图3为一种法拉第筒检测器示意图。
通过入口缝隙的离子相继经过离子抑制极和二次电子抑制极(施加与加速离子记性相同的电压),进入筒内到达离子接收器。
图3 法拉第筒检测器5.真空系统:质谱仪的离子源、质量分析器及检测器工作时,必须处于高真空状态,离子源的真空度一般应小于10−3Pa .质量分析器应小于10−4Pa 。
若真空度低会引起额外的离子、分子反应,会改变裂解模型,使质谱解释复杂化,使本底增高,干扰质谱图,影响离子源中电子束的正常调节,会使大量氧烧坏离子源的灯丝,同时用作加速离子的几千伏高压会引起放电等不良后果。
二、工作原理质谱仪的工作原理:源于不同物质被离子化之后所表现出各异的质量谱图,而谱峰强度与其所代表的化合物含量相关,基于此可对物质组成成分和结构做定性和定量分析。
以磁偏转型质量分析器为例,实际应用中,样品由进样系统导入真空离子源,在离子源中被电离成正、负离子。
离子束自离子源飞出后,在加速电场(800-8000V)的作用下,使得质量为m的正离子获得速度,沿着直线方向运动,在一定加速电压下,离子的运动速度与质量m有关。
具备一定动能的正离子进入垂直于离子速度方向的均匀磁场(质量分析器)时,将改变运动方向作圆周运动。
令圆周运动的向心力与洛伦磁力相等,推导出磁分析器质谱方程:mz =HR22U,其中R为离子作圆周运动的轨道半径,H为磁场强度,m、z分别为离子质量和电荷量,U为加速电压。
由此可见,离子在磁场内运动半径R与m/z、U、H有关。
在一定的U和H 的条件下,某些具有一定质荷比m/z的正离子才能以运动半径R的轨道到达检测器。
若H、R固定,mz ∝1U,若U、R固定,mz∝H2,因此只要连续改变加速电压U或磁场强度H,就能使具有不同质荷比的离子依顺序到达检测器,从而产生信号得到质谱图。
整个过程中,真空系统提供和维持质谱仪正常工作所需的高真空,通常在10−3至10−9Pa;电学系统为质谱仪的每一个部件提供电源和控制电路;数据处理系统快速、高效地计算和处理质谱仪获得的大量数据,并承担仪器控制的任务。
质谱仪的主要性能指标如表1所示。
质谱仪性能指标基本含义质量范围MR (Mass Range) 质谱仪能够测量的离子质量下限与上限之间的一个范围。
实际上质量范围的下限从O开始,决定了可测量样品的分子量。
分辨率R (resolution) 指在给定样品的条件下,仪器对相邻两个质谱峰的区分能力。
其物理意义是仪器在质量数附近能够分辨的最小相对质量差。
灵敏度S (Sensitivity) 质谱仪对样品量感测能力的评定指标,是指在规定条件下,对选定化合物产生的某一质谱峰,仪器对单位样品所产生的响应值。
检出限LD (Limit of detection) 质谱仪可检出的样品最小含量或最小浓度,是表征和评价质谱仪最小检测能力的重要指标。
表 1 质谱仪的主要性能指标三、应用现状基于物质分子式、相对分子质量和内部结构的测定,质谱技术广泛应用于化学、化工、治金、地理、探矿、军事、环境、能源、医药、刑侦科学、食品安全、生命科学、材料科学等各个领域。
在线质谱仪又因其自动化程度高、分析速度快、测量范围广、仪器稳定、可靠性和灵敏度高以及分离和鉴定同时进行等优点,不断地拓展着质谱技术的应用范围。
在石油化工领域,在线质谱仪可应用于乙烯裂解,催化剂活性评价,烯烃生产以及合成氨、甲醇装置等一些反应剧烈和需要快速进行在线分析的场合。
而快速、准确、全面的气体分析首选技术的基础是实时扫描磁扇质谱技术。
利用这种技术,气体可以通过一个多流路进样阀源源不断的从取样系统到达离子源。
在这里,气体分子被离子化和碎片化。
离子被高能加速后进入电磁质量分析器,最后进入检测器。
分子碎片能够产生重复性极好的“指纹”谱图,这可以让具有相似分子量的气体被精确测量而不受干扰。
磁扇式在线质谱仪的耐用性和容错性设计在显著降低维护要求的同时,可以保证99.7%以上的投用率。
目前,这方面较为先进的在线质谱仪可以在1至20秒内对每个样品进行采样,并准确反映工艺动态,从而对气体进行全组分分析,为先进过程控制系统提供更多数据。
在环境监测和有毒挥发性有机物泄露监测方面,有各种形式的捕获装置包括真空罐(苏玛罐)、可挥发性有机物报警器或吹扫和捕获装置,收集到的样品需要送往环境实验室进行分析。
但这些技术和方法都不能提供满足诉讼依据要求的时间和空间的分辩率。
在线环境质谱仪能够在15分钟以内监测100个以上的取样点,并在0.01至1ppm精度范围内检测特定物质。
凭借其速度和精度,它可监测所有关键区域的短时泄漏,并提供准确的8小时的时间加权平均接触数据。
由于工业现场具有大量可用的取样点,许多取样点位于靠近潜在泄漏点的地方,如:阀杆处等,基于在线质谱技术的检测使得技术人员在有毒危害发生之前进行泄漏检测和修复。
尽管出于保护人员和符合环保法规是安装这种装置的主要目的,但其使用效果往往超越了对泄漏防护的要求。
如图4,美国的前哨环境质谱仪是目前较为先进的环境检测质谱仪。
图4 美国前哨环境质谱仪在炼钢领域,在线质谱仪可以提高特种钢工艺中低碳钢的生产量。
低碳钢的生产需使用真空脱碳工艺。
此过程要求连续、快速获得钢炉废气成分的准确信息。
顺磁分析仪用来测量O2,热导分析仪用来测量H2,非色散红外分析仪用来测量CO和CO2,这些气体的取样只能在大气压下进行。
而在真空炼钢过程中,炉内压强会在20至30分钟内发生剧烈变化,故传统取样只能在炼钢流水线较远的下游进行。
当分析数据出来之后,炉内气体早已被排出,此时控制系统不得不根据历史数据进行操作。
整个过程分析仪器响应缓慢,同时维护这些仪器的运转也增加了工厂的负担。
而且,这三种分析仪也不能分析惰性气体,最后所产生的误差是所有分析仪器误差的总和。
与此形成对比的是,在线质谱仪工作在高真空,所以它是真空过程理想的检测仪器。
实践中它以秒为单位来检测H2、CO、N2、O2、Ar和CO2含量,确保工厂控制系统使用的都是实时更新的准确数据。
在生物技术产业,自上世纪80年代以来,在线质谱技术一直被用于监测发酵罐和生物反应器进出的气体成分。
这些准确的监测数据,使得针对被污染的生物进行预筛选成为可能,与此同时还可以得到关于培养体的呼吸气体和营养成分的实时信息。
此外,该类技术还可以在不需要提取样本的情况下,为所构建的状态方程提供输入端数据,实现对细胞质量、葡萄糖消耗率、底物浓度、酒精生产率和产物抑制的及时估计。