《質譜分析簡》PPT課件

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1、第五章質譜分析(MassSpectrometry,MS)5.1概述5.2質譜分離原理5.3質譜儀的基本結構5.4無機物的質譜分析5.5質譜儀的主要性能指標5.6色譜-質譜聯(lián)用5.7光譜-質譜聯(lián)用§5.1概述一、質譜儀的發(fā)展簡史1912年：世界第一臺質譜裝置1940年代：質譜儀用于同位素測定1950年代：分析石油1960年代：研究GC-MS聯(lián)用技術1970年代：商品GC-MS出現(xiàn)，計算機引入，GC-MS技術基本成熟1980年代：大氣壓電離的LC-MS；ICP-MS1990年代：基質輔助激光解吸飛行時間質譜儀出現(xiàn)質譜技術用于生物醫(yī)藥領域——生物質譜一.定義質譜法是通過將樣品轉化為運動的氣態(tài)離子

2、并按質荷比(質量m和電荷z的比值m/z)大小進行分離、記錄和分析的方法。這種方法所得的結果為質譜圖(條圖、棒圖）。根據(jù)質譜圖提供的信息，可以進行物質的鑒定(確定樣品相對分子質量及分子結構)。二、質譜分析法的特點1、應用范圍廣，可用于：無機物、有機物的定性、定量分析；同位素分析；復雜化合物的結構分析；固體表面的結構和組成分析等。生產(chǎn)過程監(jiān)測、環(huán)境監(jiān)測、熱力學與反應動力學、空間探測等。被分析的樣品可以是氣體和液體，也可以是固體。特點：在有機化合物結構分析的四大工具中，與核磁共振波譜、紅外光譜和紫外光譜比較，質譜法是唯一可以確定分子式的方法；2、靈敏度高。通常只需要ug級甚至更少的樣品．便可得到

3、質譜圖。目前有機質譜儀的絕對靈敏度可達50pg，無機質譜儀絕對靈敏度可達10?14g。特點3、分析速度快，并可實現(xiàn)多組分同時測定。4、與其它儀器相比，儀器結構復雜，價格昂貴，使用及維修比較困難。對樣品有破壞性。根據(jù)各類有機化合物分子的斷裂規(guī)律，質譜中的分子碎片離子峰可提供有關有機化合物結構的豐富的信息。目前質譜技術已發(fā)展成為三個分支，即：同位素質譜無機質譜有機質譜。本章主要介紹無機質譜?！?.2質譜分析的基本原理一、原理：質譜儀是利用電磁學原理，使氣體分子產(chǎn)生帶正電荷的離子，離子經(jīng)加速進入磁場中，其動能與加速電壓U及電荷Z有關Z--離子所帶的電荷數(shù)；e原電荷=1.60×10-19CU--加

4、速電壓，V；m--離子的質量，kg；ν--加速后離子的運動速度，m/s當帶電離子垂直進入磁分析器（為一扇形勻強磁場）后，由于磁場的作用，使離子作圓周運動，粒子做勻速圓周運動所需的向心力F=mν2/r是離子所受的洛倫茲力(磁場作用力)提供的，所以mν2/r=BZeν（r--離子運動的軌道半徑，單位：m；B，磁場強度，T）相關公式及粒子做勻速圓周運動示意圖即公式為把ν=BZer/m代入上式所得；圖為粒子在勻強磁場作圓周運動的示意圖?？梢?質荷比m/Z=B2er2/2U在實際應用時，代入相關數(shù)據(jù)r的單位取cm，m(質量)換成M[原（分、離）子量]，則為：M=m(kg)÷1.6606×10-27(

5、kg)可見質荷比與磁場強度、加速電場的電勢差和質量分析器半徑有關。二、靜態(tài)與動態(tài)質譜儀1、靜態(tài)質譜儀：采用穩(wěn)定的電、磁場（U、B為固定值），則按空間位置將m/Z不同的離子分開（m/Z∝r2），其工作原理見下圖。靜態(tài)質譜儀（計）主要有：單聚焦（方向）和雙聚焦（速度和方向）質譜儀，主要用于無機物和同位素的測定。單聚焦（方向）質譜計結構：扇形磁場可以是1800900,600等雙聚焦（速度和方向）質譜儀圖5-1靜態(tài)（雙聚焦）質譜儀原理示意圖2、動態(tài)質譜儀采用固定r當U固定時，則m/Z∝B2；當B固定時，m/Z∝1/U；可見：質譜儀變化電場或磁場，可按時間不同來區(qū)分m/Z不同的離子動態(tài)質譜儀圖5-2

6、動態(tài)質譜儀原理示意圖例：一臺質譜儀的質量分析器半徑為12.7cm，磁場強度為240mT，如果進行質荷比從20-200之間的掃描，問加速電壓的范圍應為多少？解：由分別代入M/Z=20和M/Z=200時，可得加速電壓的范圍為224V——2239V動態(tài)質譜儀(計)主要有：飛行時間和四極桿質譜，還有離子阱質譜計等，如江西省分析測試中心的ICP-MS儀(ELAN250型，由加拿大SCIEX公司生產(chǎn))，采用的是四極濾質器，可同時測定78種元素，包括稀土、痕量元素、同位素、價態(tài)、形態(tài)分析。主要構件原理圖如下：ICP-MS聯(lián)用儀圖5-3ICP-MS聯(lián)用儀主件示意圖ICP源（電感耦合高頻等離子焰炬光源）所謂

7、等離子體，實際上是一束氣體離子流，是發(fā)射光譜比較理想的新型光源，于20世紀60年代開始研制并應用，70年代迅速發(fā)展，其溫度可達10000K，可以觀測到很多一般火焰中無法觀測的光譜，譜線強度也很高，它需要分辨率高于0.02nm的單色儀。它用于質譜儀是為了更好地使樣品完全離子化。故ICP-MS是目前測定無機物的理想儀器，在AES已作詳細介紹?！?.3質譜儀的基本結構圖5-4質譜儀結構示意圖進樣系統(tǒng)1Pa離子源10-4—10-