1、質(zhì)譜儀與色譜儀,蔡界光 彭上飛 彭艷兵 張豐 周朋宇 成員,色譜與質(zhì)譜的概念及聯(lián)系,色譜泛指用載流在擔體中完成分離及使用適當檢測器測定分離成分的產(chǎn)品。 質(zhì)譜是對成分分析的檢測器類型,理論上質(zhì)譜可以分析各種帶有質(zhì)量特性的成分。 聯(lián)系： 色譜儀是可以把多種物質(zhì)分離出來。 質(zhì)譜儀是一種以色譜儀為前提，把分離出來的物質(zhì)進行精確定量。,第一講 色譜儀,簡介及發(fā)展 工作原理 色譜儀分類 氣相色譜儀 高效液相色譜,一、簡介及發(fā)展,定義：應(yīng)用色譜法對物質(zhì)進行定性、定量分析， 及研究物質(zhì)的物理、化學特性的儀器。 現(xiàn)代的色譜儀具有穩(wěn)定性、靈敏性、多用性和自動化程度高等特點。色譜儀廣泛地用于化學產(chǎn)品，高分子材料的某

2、種含量的分析，凝膠色譜還可以測定高分子材料的分子量及其分布。,過去幾十年內(nèi)，色譜儀器得到了極大的發(fā)展，這主要歸于：, 1970s電子積分儀及計算機數(shù)據(jù)處理裝置的發(fā)展； 1980s計算機技術(shù)對儀器各類參數(shù)的自動控制。如柱溫、流速、自動進樣等。 隨著這些技術(shù)的發(fā)展，儀器性價比大幅提高。其中，GC最重要的發(fā)展是開管柱的引入，使含有數(shù)百種混合物樣品得以分離！,二、工作原理,色譜法也叫層析法，它是一種高效能的物理分離技術(shù)，將它用于分析化學并 高速逆流色譜儀配合適當?shù)臋z測手段，就成為色譜分析法。 色譜法的最早應(yīng)用是用于分離植物色素，其方法是這樣的：在一玻璃管中放入碳酸鈣，將含有植物色素（植物葉的提取液）的

3、石油醚倒入管中。此時，玻璃管的上端立即出現(xiàn)幾種顏色的混合譜帶。然后用純石油醚沖洗，隨著石油醚的加入，譜帶不斷地向下移動，并逐漸分開成幾個不同顏色的譜帶，繼續(xù)沖洗就可分別接得各種顏色的色素，并可分別進行鑒定。色譜法也由此而得名。 現(xiàn)在的色譜法早已不局限于色素的分離，其方法也早已得到了極大的發(fā)展，但其分離的原理仍然是一樣的。我們?nèi)匀唤兴V分析。,三、色譜儀分類,色譜儀根據(jù)被檢測對象的狀態(tài)分為三類 1、氣相色譜儀 2、液相色譜儀 3、凝膠色譜儀,四、氣相色譜儀,1、氣相色譜儀的流程,氣相色譜儀的流程,樣品由色譜儀載氣帶入，通過對欲檢測混合物中組分有不同保留性能的色譜柱，使各組分分離，依次導入檢測器

4、，以得到各組分的檢測信號。按照導入檢測器的先后次序，經(jīng)過對比，可以區(qū)別出是什么組分，根據(jù)峰高度或峰面積可以計算出各組分含量。,氣相色譜儀由六大系統(tǒng)組成：,溫控系統(tǒng),進樣系統(tǒng),分離系統(tǒng),檢測系統(tǒng),數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)及記錄,流動相,固定相,2、氣相色譜儀主要部件,氣路系統(tǒng),1）.氣路系統(tǒng) 作用：獲得純凈、流速穩(wěn)定的載氣。 讓載氣連續(xù)運行、管路密閉的氣路系統(tǒng)。 對組分沒有相互作用力，只起到攜帶組分移動的作用 組成：壓力計、流量計及氣體凈化裝置。 選擇原則：柱效、分析對象、檢測器。 要求：氣密、流速穩(wěn)定、流量準 載氣要求化學惰性，不與有關(guān)物質(zhì)反應(yīng) 載氣種類：氦氣、氫氣、氮氣。 載氣的控制：鋼瓶 減壓閥 穩(wěn)壓

5、閥 穩(wěn)流閥 載氣流速的測量與校正,2). 進樣系統(tǒng),進樣裝置+氣化室 進樣系統(tǒng)作用：定量引入樣品； 加熱氣化，轉(zhuǎn)入柱內(nèi) 進樣器： 微量注射器。 氣體進樣器用六通閥,色譜柱的作用：分離混合組分 分離柱種類：填充柱和開管柱(或稱毛細管柱)。 構(gòu)成：色譜柱：固定相 =擔體/載體+固定液,3). 分離系統(tǒng),色譜柱 類型：填充柱和毛細管柱 （1）填充柱： 材料：不銹鋼或玻璃， 內(nèi)裝固定相， 內(nèi)徑：2 mm 4mm， 長: 1 m 3 m。 形狀：U型和螺旋型。 內(nèi)填固定相,（2）毛細管柱/空心柱： 材料：玻璃或石英 內(nèi)徑:0.2mm-0.5mm， 長: 30m-300m 類型： 涂壁 多孔層 涂載體空心

6、柱 化學鍵合相毛細管柱 交聯(lián)毛細管柱,檢測組分的存在，并將組分的量定量地轉(zhuǎn)換為電信號，加以放大。 a. 熱導檢測器( TCD); b. 氫火焰離子化檢測器(FID) c. 電子捕獲檢測器(ECD); d. 火焰光度檢測器(FPD); e. 氮磷檢測器（NPD） f. 熱離子檢測器(TID)。,4). 檢測器,類型： 濃度型檢測器: 測量的是載氣中某組分濃度瞬間的變化， 即檢測器的響應(yīng)值和組分的濃度成正比。 TCD和ECD。,質(zhì)量型檢測器: 測量的是載氣中某組分進入檢測器的速度變化， 即檢測器的響應(yīng)值和單位時間內(nèi)進入檢測器某組分的量成正比。 FID和FPD,檢測器的性能指標： 靈敏度S、檢出限、

7、響應(yīng)時間、線性范圍、最小定量限,a 熱導檢測器-TCD 原理：根據(jù)不同的物質(zhì)具有不同的熱導系數(shù)原理進行檢測,熱導池的結(jié)構(gòu)： 構(gòu)成: 池體+熱敏元件 Wheatstone電橋 R1 R2 R3R4 R1 R4R2R3,影響熱導檢測器靈敏度的因素 （）橋電流 i，靈敏度，但鎢絲壽命。 橋電流：100200mA （）池體溫度 TD, 但TD TC,（）載氣種類 載氣與試樣的熱導系數(shù)相差愈大，S高。 熱導系數(shù)氫氣或氦氣，S高,特點：TCD結(jié)構(gòu)簡單，性能穩(wěn)定，通用性好，而且線性范圍寬，價格便宜。 缺點：S較低。 適用范圍：與載氣導熱率不同的可氣化物質(zhì),毛細管柱/TCD,1.空氣2.甲烷3.二氧化碳4.乙

8、烯5乙烷,溫度影響: 溫度控制部分：色譜柱爐，氣化室，檢測器 色譜柱的溫度控制方式: 恒溫，程序升溫。,5). 控溫系統(tǒng),程序升溫指在一個分析周期內(nèi)柱溫隨時間由低溫向高溫作線性或非線性變化，以達到用最短時間獲得最佳分離的目的。 分析對象：沸點范圍寬的混合物,色譜柱的選擇分離 檢測器的靈敏度 檢測器的穩(wěn)定性,主要影響因素 流速比； 硫的響應(yīng)受溫度影響大。,S2* HPO*,6). 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和記錄系統(tǒng),樣品經(jīng)色譜柱分離后，各組分按保留時間不同，順序地隨載氣進入檢測器檢測器，把進入的組分的濃度或質(zhì)量按時間的變化而變化，轉(zhuǎn)化成易于測量的電信號，經(jīng)過必要的放大傳遞給記錄儀或計算機，最后得到該混合樣品

9、的色譜流出曲線及定性和定量信息。,應(yīng)用：,氣相色譜儀廣泛用語石油、化工、質(zhì)量檢測、疾病控制、環(huán)保、農(nóng)業(yè)、食品、公安、煤礦、科研等領(lǐng)域。,GC-4000A-北京東西電子,主要特點 1.五種檢測器任選 熱 導 檢 測 器 (TCD) ： 用于氣體、液體的常量分析 氫火焰離子化檢測器 (FID) ：用于烴類工業(yè)及其他領(lǐng)域有機物分析 火焰光度檢測器 (FPD) ： 用于痕量硫、磷化合物檢測 氮 磷 檢 測 器 (NPD) ： 用于痕量硫、磷化合物檢測 電子捕獲檢測器 (ECD) ： 檢測能俘獲電子的化合物 2.單元式整體結(jié)構(gòu)設(shè)計，安裝、維修方便 3.大體積柱箱，可同時安裝三根色譜柱 4.儀器設(shè)計合理、

10、靈活，可以同時安裝任意三種檢測器，并且有三個獨立電路系統(tǒng)、三個信號輸出端 5.靈活的填充柱和毛細管柱系統(tǒng),可接不同口徑的毛細管柱. 6.穩(wěn)定的溫度控制系統(tǒng)，10階程序升溫，進樣器、各檢測器均可獨立控溫，并具有超溫保護功能；加熱區(qū)可七路控溫 7.主機通過工作站自動點火分析 8.自動后開門控制,加快降溫速率(可選) 9.全新穩(wěn)壓、多氣路系統(tǒng)：單、雙、三氣路（可任選), 3路壓力流量數(shù)字化顯示,壓力顯示分辨率 0.1 pis 10.注射器、閥進樣系統(tǒng)（全配置或任選） 反吹、預切割裝置（可任選） 甲烷轉(zhuǎn)化爐、裂解爐裝置（可任選）,該方法是吸收了普通液相層析和氣相色譜的優(yōu)點，經(jīng)過適當改進發(fā)展起來的。它既

11、有普通液相層析的功能（可在常溫下分離制備水溶性的物質(zhì)），又有氣相色譜的特點（即高壓，高速，高分辨率和高靈敏度）；它不僅適應(yīng)于很多不易揮發(fā)，難熱分解物質(zhì)的定性和定量分析，而且也適用于上述物質(zhì)的制備和分離。,五、高效液相色譜法（HPLC）,HPLC的儀器配置及流程,溶劑,色譜泵,自動進樣器,HPLC色譜柱,檢測器,廢液,數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),性能要求 ： 應(yīng)用面廣；分析速度快；重復性好；靈敏度高。 色譜系統(tǒng)要求： 可測多種樣品；有高選擇性；高流動性；自動化。 高靈敏度檢測器； 對設(shè)備要求： 使用抗化學腐蝕的材料，有各種檢測器，各種色譜柱；高性能高壓泵，進樣器，檢測器，管線的死體積小，有快速記錄和數(shù)據(jù)處理器

12、的設(shè)備；可精確控制柱、溫度、流動相的組成和流量。高信噪比的檢測系統(tǒng)。,HPLC的儀器配置及流程,HPLC的主要部件,色譜泵,自動進樣器,色譜柱及柱溫箱,檢測器,數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),溶劑,色譜圖：HPLC圖形結(jié)果（Chromatogram）,色譜圖即色譜柱流出物通過檢測器時所產(chǎn)生的響應(yīng)信號對時間的曲線圖，其縱坐標為信號強度，橫坐標為保留時間。, 色譜峰,保留時間（分）,基線 ,峰高,峰寬,響應(yīng)值,一、色譜泵-輸液系統(tǒng),高壓輸液泵 雙泵：為了克服流量的脈動。 有串聯(lián)式和并聯(lián)式 恒流泵：在輸送流動相過程中流量恒定。常用柱塞往復泵,輸液系統(tǒng),輸液泵應(yīng)具備的性能： 流量精度高且穩(wěn)定 流量范圍寬 能在高壓下連續(xù)

13、工作 液缸容積小 密封性能好，耐腐蝕,液相色譜的檢測器,常規(guī)檢測器 紫外/可見光吸收檢測器（UV-Vis） 示差折光檢測器（Refractive Index） 熒光檢測器（Fluorescence） 蒸發(fā)光散射檢測器（Evaporative Light Scattering） 其他檢測器（Other Detectors） 高端檢測器 光電二極管矩陣檢測器（Photodiode Array） 質(zhì)譜檢測器（Mass Spectrometry）,不同種類的檢測器的分類,理想的HPLC檢測器的特點,高靈敏度；可忽略的基線噪音 寬的線性范圍 獨立于流動相及操作參數(shù)的響應(yīng) 對壓力、溫度及流速等變化不敏感

14、長時間操作的穩(wěn)定性 低死體積 非破壞性 選擇性,靈敏度：信噪比,靈敏度是信號與噪音的比值；即峰高與基線噪音的比值（S/N） 檢測限（LOD）：S/N = 3 定量限（LOQ）：S/N = 10 好的信噪比有利于： 更好的色譜峰確認 更好的定量 更好地完成色譜峰純度/均一性,6:1,N,S,方法開發(fā)的過程,選擇液相色譜的檢測器,要考慮的因素： 你要分離的化合物/樣品的化學特性 化學結(jié)構(gòu)、分子量及紫外光譜等等 流動相的影響（溶劑、緩沖鹽改性劑等） 梯度還是等度 靈敏度需求 是否有雙檢測的需求,選擇液相色譜的檢測器,通用檢測器 RI ELSDMS 靈敏度mgngpg 線性范圍104否103 流速敏感

15、是否是 溫度敏感是否否 破壞性否是是,選擇性檢測器 ABSFLEC Cond MS 靈敏度ngpgfgpgpg 線性范圍105103106105103 流速敏感否否是是是 溫度敏感否否是是是 破壞性否否是否是,HPLC檢測器簡介 紫外可見分光光度檢測器,特點：,HPLC檢測器 熒光（Fluorescence）檢測,發(fā)熒光的化合物吸收光（UV或VIS），其分子達到激發(fā)態(tài)，其返回到基態(tài)時發(fā)射光的現(xiàn)象即熒光,基態(tài),激發(fā)態(tài),S1,S0,激發(fā) （1）,振動能（2）,發(fā)射 （3）,1. 分子在吸收UV或可見光后進入激發(fā)態(tài)，分子達到不穩(wěn)定的高能量狀態(tài)。 2. 電子失去過剩的能量成為振動能，并達到最低的激發(fā)單

16、重態(tài)。 3. 電子失去能量達到基態(tài)時發(fā)出熒光 共軛及芳香族化合物最容易有熒光現(xiàn)象,熒光檢測器原理,熒光檢測器的應(yīng)用,環(huán)境中的污染物 多環(huán)芳烴(PAH)，多酚，氨基甲酸酯等 食品、飲料 食品中的毒素；例如：黃曲霉毒素 染料 維生素及衍生氨基酸 生物技術(shù)及制藥,氨基甲酸酯類殺蟲劑,黃曲霉毒素,多環(huán)芳烴（PAH）,維生素,熒光檢測器的優(yōu)點,選擇性提高 靈敏度提高（在 pg/fg 范圍） 低背景技術(shù),熒光檢測器的缺點,不是所有化合物都有熒光，需要衍生 檢測器對溶解氣體及其他淬滅物質(zhì)（如甲醇）敏感 對Ex及Em的最佳，易受溫度、溶劑的極性和粘度、溶劑的pH值及樣品濃度影響 多數(shù)儀器的批次間差異較大，同一

17、型號的不同熒光檢測器會得到不同的結(jié)果。 有的儀器信號及噪音大于另一臺23倍，光電倍增管的特征是導致這個現(xiàn)象的原因。,用氮氣把流動相吹成細霧狀 流動相的液滴通過一個預加熱的腔體后被蒸發(fā)掉 蒸發(fā)的溶劑從檢測器中被除去 溶質(zhì)的揮發(fā)性小于流動相，因此產(chǎn)生顆粒束與光束相交 被顆粒散射的光由光電倍增管（PMT）收集 PMT的輸出與溶質(zhì)的存在量呈比例關(guān)系,HPLC檢測器 蒸發(fā)光散射（Evaporative Light Scattering）,蒸發(fā)光散射檢測器原理,Evaporative Light Scattering 簡稱：ELSD,ELSD 優(yōu)點及應(yīng)用領(lǐng)域,通用型 比流動相揮發(fā)性小的物質(zhì)都能被檢測 可以

18、作梯度實驗；檢測下限可到納克級水平 對環(huán)境條件不敏感；可以使用有強紫外吸收的溶劑作流動相 應(yīng)用領(lǐng)域： 碳水化合物 油脂及脂肪酸 未衍生的氨基酸 制藥行業(yè) 表面活性劑 天然產(chǎn)物,光電二極管矩陣（Photo Diode Array）,Photo Diode Array 簡稱：PDA或DAD,PDA檢測器 特點,三維水平的吸光度檢測器,二極管矩陣檢測器是在1982年首度出現(xiàn)的 在整個UV-Vis帶寬上檢測吸光度 都需要相應(yīng)的軟件進行數(shù)據(jù)的分析,PDA檢測器的用途及要求,光電二極管檢測器可以提供許多又用的功能 光譜信息 色譜峰純度 譜庫擬合 像其他所有的UV/Vis檢測器一樣，需要： 高的信噪比；好的

19、線性 另外；還需要： 光學分辨率 光譜靈敏度及光譜分析軟件,光學分辨率（帶寬）,好的光譜分辨率可得到高質(zhì)量的光譜信息,PDA的優(yōu)點及缺點,優(yōu)點 通用的UV/Vis檢測 好的選擇性、線性 提供色譜峰的UV/Vis光譜圖（峰確認） 可提供純度估計 缺點 低光學通量（較窄的帶寬通量） 與普通UV/Vis相比更復雜，容易漂移 燈輸出能量隨時間降低,質(zhì)譜（Mass Spec.）作為HPLC檢測器,MS：質(zhì)譜（Mass Spectrometry）是一種按照分子量及其電荷分離物質(zhì)的技術(shù)，經(jīng)過多年的不斷開發(fā)及改進，已經(jīng)使質(zhì)譜成為一種多功能、高靈敏度，并被愈來愈廣泛使用的分析技術(shù)。 LC/MS：液相色譜與質(zhì)譜的

20、連用。 過程： 除去HPLC的溶劑；產(chǎn)生離子；分離離子；檢測離子；計算離子強度；處理數(shù)據(jù),技術(shù)參數(shù)TSP公司的產(chǎn)品均符合GLP,GMP法規(guī)認證和ISO9001質(zhì)量標準 靈敏度超過任何單波長檢測器波長范圍：190-800nm 波長準確度：1nm分辨率：1.2nm噪音：0.3x10-5AU254nm漂移：1x10-3AU/小時254nm儀器介紹 Spectra SYSTEM系統(tǒng)是TSP公司第五代高效色譜儀。全系統(tǒng)外形美觀緊湊，操作靈活方便，可任意組合配置成不同的工作系統(tǒng)。單元，二元，四元色譜泵及豐富的檢測器陣容，進可充分滿足您的需求。,第二講、質(zhì)譜儀,發(fā)展歷史 概論 質(zhì)譜分類 質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)及其工作原

21、理 應(yīng)用概況和主要產(chǎn)品,發(fā)展歷史,1990 年代初英國學者 J.J. 湯姆森制成第一臺質(zhì)譜儀 第一臺商品質(zhì)譜儀: 1942 年 早期應(yīng)用：原子質(zhì)量、同位素相對豐度以及研究電子碰撞過程等物理領(lǐng)域。 1950 年代：高分辨率質(zhì)譜儀出現(xiàn)，有機化合物結(jié)構(gòu)分析； 1960 年代末：色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀出現(xiàn)，有機混合物分離分析；促進天然有機化合物結(jié)構(gòu)分析的發(fā)展； 計算機的應(yīng)用又使質(zhì)譜分析法發(fā)生了飛躍變化，使其技術(shù)更加成熟，使用更加方便。,1950 年代至 1970 年代：有機質(zhì)譜迅速發(fā)展為測定有機化合物分子量和結(jié)構(gòu)的強有力的工具。主要研究分子量小于 1000Da 的有機分子。 1981 年：出現(xiàn)了快原子轟擊質(zhì)

22、譜，有機質(zhì)譜開始分析研究極性大、熱不穩(wěn)定的多肽和小蛋白質(zhì)等 1988 年：出現(xiàn)了電噴霧電離質(zhì)譜、基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時間質(zhì)譜，傅立葉變換質(zhì)譜法開創(chuàng)了有機質(zhì)譜分析研究生物大分子的新領(lǐng)域。進入了生命科學的范疇。 近年來質(zhì)譜與各種色譜的聯(lián)用技術(shù)發(fā)展迅速。如 HPLC-ESI-MS,毛細管電泳 CE-ESI-MS等，并發(fā)展了微量電噴霧電離接口技術(shù)。,質(zhì)譜儀概論,概念：質(zhì)譜儀又稱質(zhì)譜計。分離和檢測不同同位素的儀器。即根據(jù)帶電粒子在電磁場中能夠偏轉(zhuǎn)的原理，按物質(zhì)原子、分子或分子碎片的質(zhì)量差異進行分離和檢測物質(zhì)組成的一類儀器。,質(zhì)譜法：用電場和磁場將運動的離子（帶電荷的原子、分子或分子碎片）按它們的質(zhì)荷

23、比分離后進行檢測的方法。可以測定和解析物質(zhì)的質(zhì)量譜，用以分析研究同位素豐度、物質(zhì)組分，包括化合物的碎裂過程、反應(yīng)機構(gòu)、電離電壓、結(jié)合能、分子構(gòu)造和熱力學性質(zhì)等的方法。,質(zhì)譜分類,質(zhì)譜儀種類非常多，工作原理和應(yīng)用范圍也有很大的不同。從應(yīng)用角度，質(zhì)譜儀可以分為下面幾類： 有機質(zhì)譜儀：由于應(yīng)用特點不同又分為： 氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）。在這類儀器中，由于質(zhì)譜儀工作原理不同，又有氣相色譜-四極質(zhì)譜儀，氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜儀，氣相色譜-離子阱質(zhì)譜儀等。 液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS）。同樣，有液相色譜-四器極質(zhì)譜儀，液相色譜-離子阱質(zhì)譜儀，液相色譜-飛行時間質(zhì)譜儀，以及各種各樣的液相色譜

24、-質(zhì)譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀。 其他有機質(zhì)譜儀，主要有： 基質(zhì)輔助激光解吸飛行時間質(zhì)譜儀（MALDI-TOFMS） 傅里葉變換質(zhì)譜儀（FT-MS）,無機質(zhì)譜儀，包括： 火花源雙聚焦質(zhì)譜儀。 感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）。 二次離子質(zhì)譜儀（SIMS） 同位素質(zhì)譜儀。 氣體分析質(zhì)譜儀。 主要有呼氣質(zhì)譜儀，氦質(zhì)譜檢漏儀等。,質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)及其工作原理,進樣系統(tǒng),記錄器,檢測器,質(zhì)量分析器,離子源,真空系統(tǒng),氣體擴散 直接進樣 氣相色譜,照相干板 電子倍增管 金屬電極檢測器,電子轟擊 化學電離 高頻火花電離 熱電離 激光電離,單聚集 雙聚集 飛行時間 四級,質(zhì)譜儀工作原理圖,質(zhì)譜儀示意圖,質(zhì)譜儀一般由檢測

25、系統(tǒng)、真空系統(tǒng)、電學系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)幾個部分組成。 檢測系統(tǒng)由進樣系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測器組成。樣品由進樣系統(tǒng)導入離子源，在離子源中被電離成正離子或負離子，離子束按質(zhì)荷比大小由質(zhì)量分析器分開，被檢測系統(tǒng)接收并記錄而獲得質(zhì)譜圖。 真空系統(tǒng)提供和維持質(zhì)譜儀正常工作所需要的高真空，通常在 10-310-9 Pa。 電學系統(tǒng)為質(zhì)譜儀的各個部件提供電源和控制電路。 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)快速、高效地計算和處理質(zhì)譜儀獲得的大量數(shù)據(jù)，并承擔儀器控制的任務(wù)。,1.進樣系統(tǒng) a.探頭進樣系統(tǒng) 一般最常用的探頭有電子轟擊源直接進樣桿,快原子轟擊源直接進樣桿等。,b. 儲罐進樣系統(tǒng) 包括儲氣室、加熱器、真空連接

26、系統(tǒng)及一個通過分子漏孔將樣品導入離子源的接口。 氣體和液體樣品在不需要進一步分離時用此方式進樣，儲氣罐可加熱至 200。此進樣方式一般用于石油工業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域。,c. 注射泵進樣系統(tǒng) 用于 ESI(電噴霧電離源) 和 APCI(大氣壓化學電離源）的直接進樣。 d. 色譜進樣系統(tǒng) 用于 GC-MS,HPLC-MS,CE-MS,2.離子源（電離和加熱室） 被分析物質(zhì)在這里被電離，形成各種離子。不同性質(zhì)的樣品需用不同的電離方式。為使生成的離子到達質(zhì)量分析器，在離子源的出口施加一個高電壓即加速電壓，對離子進行加速。不同的分析器有不同的加速電壓。,在燈絲（陰極）與陽極間加電壓后，熾熱的燈絲（錸或鎢絲）發(fā)

27、射的電子束穿過電離盒至陽極。兩極間的電位差決定了電子的能量。進入EI離子源的試樣蒸氣被電子束轟擊，如果轟擊電子的能量大于分子的電離能，分子M將失去電子而發(fā)生電離，通常失去一個電子而形成分子離子M+：,電子轟擊源（electron impact source;EI）,電子轟擊離子源一般由電離盒、燈絲（或稱陰極）、柵極、電子收集極、狹縫、永久磁鐵、電離盒加熱器、熱電偶以及一套離子光學系統(tǒng)（或稱透鏡系統(tǒng)，包括推斥極、引出極、聚焦極、Z向偏轉(zhuǎn)極等）組成。,優(yōu)點：重現(xiàn)性好；靈敏度高； 碎片離子豐富信息； 離子開裂理論成熟； 應(yīng)用最廣，標準質(zhì)譜圖基本都是采用EI源得到的； 穩(wěn)定，操作方便，電子流強度可精密

28、控制； 結(jié)構(gòu)簡單，控溫方便,缺點：EI離子化能量高，對分子量較大或者穩(wěn)定性差的試樣，常常得不到分子離子峰。,化學電離源（chemical ionization source;CI）,利用低壓樣品氣(10-5)，和高壓的反應(yīng)氣(12) (甲烷、異丁烷、氨、氫、氦等)，在高能電子流(500eV)轟擊下，發(fā)生離子-分子反應(yīng)來完成樣品離子化。,優(yōu)點：軟電離方式，準分子離子峰強度大； 易獲得有關(guān)化合物官能團的信息,缺點：重現(xiàn)性較差；不適合于難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定的化合物,場致電離源（FI）,優(yōu)點：分子離子峰強； 碎片離子峰少； 適用于較大分子量和熱不穩(wěn)定化合物電離 缺點：不適合化合物結(jié)構(gòu)鑒定；,是采用強電場把

29、冷電極附近的樣品分子的電子拉出去，形成離子。電場的兩電極距離很近（d1mm），施加電壓為幾千伏甚至上萬伏穩(wěn)定直流電壓。,場電離：將氣體通過電場電離； 場解析：將固體樣品涂在發(fā)射體表面使之電離,快原子轟擊離子源（fast atom bombardment ionization source;FAB）,由電場使Xe原子電離并加速，產(chǎn)生快速離子，再通過快原子槍產(chǎn)生電荷交換得到快速原子，快原子束轟擊涂在金屬板上的樣品，使樣品離子化。,優(yōu)點：無需進行加熱氣化，屬于軟電離方式；特別適合分析高級性、大相對分子量、難揮發(fā)和熱穩(wěn)定性差的樣品；既能得到強的分子離子或準分子離子峰，也能得到較多的碎片離子峰。 缺點：

30、重現(xiàn)性較差，檢測靈敏度低,3.質(zhì)量分析器,功能：把不同質(zhì)荷比的離子分開排列成譜，是質(zhì)譜儀的核心。不同類型的質(zhì)量分析器有不同的原理、特點、適用范圍、功能。用于有機質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器有磁式雙聚焦分析器，四極桿分析器，離子阱分析器，飛行時間分析器，回旋共振分析器等。,1）磁偏轉(zhuǎn)式質(zhì)量分析器,加速后離子的動能 : (1/2)m 2= e V 在磁場存在下，離心力 =向心力， 即 m 2 / R= H0 e V 曲率半徑： R= （m ）/ e H0 ； 所以，質(zhì)譜方程式：m/e = (H02 R2) / 2V,離子在磁場中的軌道半徑R取決于： m/e 、 H0 、 V，改變加速電壓V, 可以使不同m/

31、e 的離子進入檢測器。,單聚焦磁場分析器,方向聚焦：相同質(zhì)荷比，入射方向不同的離子的匯聚 但m/z相同，運動速度v有微小差異的離子在通過磁場后會發(fā)散，導致儀器的分辨率降低。,雙聚焦磁場分析器,能量聚焦：相同質(zhì)荷比，速度(能量)不同的離子的會聚； 質(zhì)量相同，能量不同的離子通過電場和磁場時，均產(chǎn)生能量色散；兩種作用大小相等，方向相反時互補實現(xiàn)雙聚焦，大大提高了分辨率。,四極桿質(zhì)量分析器（四級濾質(zhì)器）,由四根平行且對稱放置的圓柱形電極組成，對角電極連接構(gòu)成兩組。兩組電極間加以一定的直流電壓U和高頻電壓Vcoswt。當離子束進入圓柱形電極所包圍的空間后，將受到交、直流疊加電場的作用而波動前進。只有某一

32、種或一定范圍質(zhì)荷比的離子能夠通過電場區(qū)到達收集器產(chǎn)生信號。,優(yōu)點： 可在較低的真空度下工作； 掃描速度快；結(jié)構(gòu)簡單，體積小 缺點： 分辨率低于雙聚焦質(zhì)量分析器； 質(zhì)量范圍較窄； 不能提供亞穩(wěn)離子信息,飛行時間質(zhì)譜 飛行時間質(zhì)譜儀的原理與儀器結(jié)構(gòu)非常簡單，核心部分是一個離子漂流管（drift tube）。把引入離子室的樣品分子電離后，將離子加速并通過一個空管無場區(qū)，不同質(zhì)量的離子具有不同的能量，通過無場區(qū)的飛行間長短不同，質(zhì)荷比最小的離子具有最快的速度首先到達檢測器，質(zhì)荷比大的離子則較后到達檢測器，可依次被收集檢測出來。,飛行時間質(zhì)量分析器突出的優(yōu)點: 一是不存在聚焦狹縫，因此靈敏度很高；二是掃

33、描速度快，達10000張譜/s；三是測定的質(zhì)量范圍僅取決于飛行時間，可達到幾十萬質(zhì)量數(shù)，為近年來生命科學中生化大分子的研究，提供了有效分析手段 但是，長時間以來一直存在分辨率低這一缺點，造成分辨率低的主要原因在于離子進入漂移管前的時間分散、空間分散和能量分散。這樣，即使是質(zhì)量相同的離子，由于產(chǎn)生時間的先后，產(chǎn)生空間的前后和初始動能的大小不同，達到檢測器的時間就不相同，因而降低了分辨率。,二種技術(shù)解決辦法:(1)兩極加速技術(shù) (2)離子反射技術(shù),4.檢測器 檢測各種質(zhì)荷比的離子。檢測器的種類有電子倍增器、光電倍增器、平板式微通道板檢測器等。 現(xiàn)用得較多的是光電倍增器，永久性地密封于其自身的玻璃真

34、空外殼中，這樣可以保護光電倍增器在很寬的動態(tài)范圍內(nèi)，無論是檢測正離子還是負離子，都能保持高靈敏度、恒定的增益和線性,并且使用壽命長達 10 年。 平板式微通道板檢測器則用于飛行時間質(zhì)譜儀 (TOF)。因為 TOF 作為質(zhì)量分析器是脈沖式檢測方式，離子按質(zhì)量大小以不同的飛行時間依次到達檢測器。這種平板式微通道板檢測器具有極高的靈敏度。,檢測器 包括Faraday杯、電子倍增器、閃爍計數(shù)器、照相底片等 1) Faraday 杯 下圖是Faraday杯結(jié)構(gòu)原理圖 特點：可檢測10-15A的離子流，但不適于高加速電壓下的離子檢測。 2）電子倍增器：類似于光電倍增管，可測10-18A電流。但有質(zhì)量歧視效

35、應(yīng) 3）閃爍計數(shù)器：記錄離子的數(shù)目。,5.計算機、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 在計算機未問世前，用反射式電流計，即被檢測的每個 m/e 值的離子電流作用于電流計上，電流計的發(fā)射鏡就把光束反射到光敏紙上，從而實行記錄。 計算機系統(tǒng)的功能是對質(zhì)譜儀進行控制，包括對質(zhì)譜數(shù)據(jù)的采集、處理和打印?，F(xiàn)有電子轟擊源 (EI) 的質(zhì)譜儀的均有 NIST 標準譜庫，譜庫中有十幾萬張標準譜圖及用于環(huán)保、農(nóng)藥、興奮劑, 代謝產(chǎn)物等專用譜庫?？蛇M行譜庫檢索。高分辨質(zhì)譜儀其數(shù)據(jù)系統(tǒng)的軟件則更豐富，還能給出分子離子和其他碎片離子的元素組成及理論計算值、偏差值 (百萬分之一), 飽和度等其他有關(guān)信息。,6.真空系統(tǒng) 為了保證離子源中燈絲

36、的正常工作，保證離子在離子源和分析器正常運行，消減不必要的離子碰撞，散射效應(yīng)，復合反應(yīng)和離子-分子反應(yīng)，減小本底與記憶效應(yīng), 質(zhì)譜儀的離子源和分析器一般真空度都要求在 10-5-10-8 Torr 才能工作。 真空系統(tǒng)由機械真空泵和擴散泵或渦輪分子泵組成。通常用機械泵預抽真空，然后用擴散泵或渦輪分子泵連續(xù)地抽氣。,質(zhì)譜圖 以質(zhì)荷比m/z為橫座標，以對基峰(最強離子峰，規(guī)定相對強度為100%)相對強度為縱座標所構(gòu)成的譜圖，稱之為質(zhì)譜圖。）,三、質(zhì)譜儀的主要指標 三個主要指標-質(zhì)量范圍、分辨率、靈敏度,1質(zhì)量范圍(mass range) 指質(zhì)譜儀所檢測離子的質(zhì)荷比范圍。對單電荷離子而言，就是指離子

37、的質(zhì)量范圍。在檢測多電荷時，所檢測的離子根據(jù)其帶多少個電荷而擴展其的質(zhì)量范圍。,2分辨率(resolution) 分辨率又稱之為分辨本領(lǐng)。這是質(zhì)譜儀的一個重要性能。一般規(guī)定：當兩個峰之間峰谷的高度超過兩峰平均高度的10%時，則兩峰沒有被分開。,兩峰部分重疊,磁式質(zhì)譜儀的分辨率R的公式： 公式1 M：為可分辨的兩個峰的平均質(zhì)量 M：為質(zhì)譜儀可分辨的兩個峰的質(zhì)量差。 由此可見分辨率是質(zhì)譜儀分開相鄰兩離子質(zhì)量的能力。 實際測量中將此公式寫成： R10% = 公式2 式中 a為相鄰兩峰的中心距離； b為峰高5%處的峰寬； 對傅里葉變換質(zhì)譜FT-ICR及飛行時間質(zhì)譜儀(TOF)而言，分辨率仍用公式1。,3靈敏度(senstivity) 靈敏度是表示質(zhì)譜儀出峰的強度與所用樣品量之間的關(guān)系。是表示對所選定的樣品在一定的分辨率情況下，產(chǎn)生一定信噪比的分子離子峰所需的樣品量。 測定靈敏度的方法多種多樣的，一般直接進樣靈敏度的測定方法是：在固定分辨本領(lǐng)的情況下，直接進入微克量級的某種樣品，看其分子離子峰的強度與噪聲的比值，就是信/噪比值，用 S/N 表示。噪聲指基線的強度。,4. 質(zhì)量精度 利用質(zhì)譜儀定性分析時，質(zhì)量精度是一個很重要的性能指標。在低分辨質(zhì)譜儀中，儀器的質(zhì)量指示標尺精度不應(yīng)低于0.4質(zhì)量數(shù)。高分辨率質(zhì)譜儀給出離子的精確質(zhì)量，相對精度一般在1-10ppm。