3版仪器分析第1节-基本原理与质谱仪课件.ppt
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第二十章
质谱分析
一、概述
generalization
二、质谱仪与质谱分析
massspectrometerandmassspectrometry
第一节
基本原理与质谱仪
massspectrometry，MS
basicprincipleandMassspectrometer
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一、概述
generalization
分子质量精确测定与化合物结构分析的重要工具；
第一台质谱仪：1912年；
早期应用：原子质量、同位素相对丰度等；
40年代：高分辨率质谱仪出现，有机化合物结构分析；
60年代末：色谱-质谱联用仪出现，有机混合物分离分析；
促进天然有机化合物结构分析的发展；
同位素质谱仪；无机质谱仪；有机质谱仪；
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二、质谱仪与质谱分析原理
massspectrometerandmassspectrometry
进样系统
离子源
质量分析器
检测器
1.气体扩散
2.直接进样
3.气相色谱
1.电子轰击
2.化学电离
3.场致电离
4.激光
1.单聚焦
2.双聚焦
3.飞行时间
4.四极杆
质谱仪需要在高真空下工作：离子源（10-310-5Pa）
质量分析器（10-6Pa）
(1)大量氧会烧坏离子源的灯丝；
(2)用作加速离子的几千伏高压会引起放电；
(3)引起额外的离子－分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。
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原理与结构
电离室原理与结构
仪器原理图
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1.离子源
①ElectronIonization(EI)源
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EI源的特点：
电离效率高,灵敏度高；
应用最广，标准质谱图基本都是采用EI源得到的；
稳定，操作方便，电子流强度可精密控制；
结构简单，控温方便；
EI源：可变的离子化能量(10~240eV)
对于易电离的物质降低电子能量，而对于难电离的物质则加大电子能量（常用70eV）。
电子能量
电子能量
分子离子增加
碎片离子增加
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离子室内的反应气（甲烷等；10~100Pa，样品的103~105倍），电子（100~240eV）轰击，产生离子，再与试样分离碰撞，产生准分子离子。
②化学电离源（ChemicalIonization，CI）:
最强峰为准分子离子；
谱图简单；
不适用难挥发试样；
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③场致电离源（FI）
电压：7-10kV；d1mm；
强电场将分子中拉出一个电子；
分子离子峰强；
碎片离子峰少；
不适合化合物结构鉴定；
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2.质量分析器原理
在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行；
离心力=向心力；m2/R=H0eV
曲率半径：R=（m）/eH0
质谱方程式：m/e=(H02R2)/2V
离子在磁场中的轨道半径R取决于：m/e、H0、V
改变加速电压V,可以使不同m/e的离子进入检测器。
质谱分辨率=M/M（分辨率与选定分子质量有关）
加速后离子的动能:
(1/2)m2=eV
=[(2V)/(m/e)]1/2
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①单聚焦磁场分析器
方向聚焦；
相同质荷比，入射方向不同的离子会聚；
分辨率不高
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②双聚焦分析器
方向聚焦：
相同质荷比，入射方向不同的离子会聚；
能量聚焦：
相同质荷比，速度(能量)不同的离子会聚；
质量相同，能量不同的离子通过电场和磁场时，均产生能量色散；两种作用大小相等，方向相反时互补实现双聚焦；
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③其他类型质量分析器
双聚焦质谱仪体积大；
色谱-质谱联用仪器的发展及仪器小型化（台式）需要；
体积小的质量分析器：
四极杆质量分析器
飞行时间质量分析器
离子阱质量分析器
体积小，操作简单；
分辨率中等；
原理在第五节色谱-质谱联用仪器介绍；
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3.检测器
（1）电子倍增管
15～18级；可测出10-17A微弱电流；
（2）渠道式电子倍增器阵列
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内容选择：
第一节基本原理与质谱仪
basicprincipleandmassspectrometer
第二节离子峰的主要类型
mainkindsofionpeaks
第三节有机分子裂解类型
cleavagetypesoforganiccompounds
第四节质谱图与结构解析
massspectrographandstruc