《工程化学》课程教学资源_现代分析与测试技术_拓展课件2020_04质谱

波谱分析-质谱法 第五章有机质谱 (Mass Spectrometry,MS) $5.1质谱基本知识 以某种方式使有机化合物的分子电离、碎裂， 然后按照离子的质荷比(mk)大小把生成的各种离 子分离，检测它们的强度，并将其排列成谱，这种 研究物质的方法称作质谱法。 通常化合物的质谱图是以棒图形式记录的它电 离后收集到的各种不同质荷比的离子及其相对丰度 (或强度)。 2025/4/2

波谱分析-质谱法 2025/4/2 1 第五章 有机质谱 (Mass Spectrometry, MS) §5.1 质谱基本知识 以某种方式使有机化合物的分子电离、碎裂， 然后按照离子的质荷比（m/z）大小把生成的各种离 子分离，检测它们的强度，并将其排列成谱，这种 研究物质的方法称作质谱法。 通常化合物的质谱图是以棒图形式记录的它电 离后收集到的各种不同质荷比的离子及其相对丰度 （或强度）

归东理子大写 波谱分析-质谱法 质谱仪的基本结构 质谱仪包括高真空系统、进样系统、电离系统 (离子源)、质量分析系统、检测和记录系统。 1、高真空系统 为了获得离子的良好分离和分析效果，避免离 子损失，凡有样品分子及离子存在和通过的地方， 必须处于高真空状态。 离子源和质量分析器的压力通常应达到105-10-6 Pa. 2025/4/2 2

波谱分析-质谱法 2025/4/2 2 一、质谱仪的基本结构 质谱仪包括高真空系统、进样系统、电离系统 （离子源）、质量分析系统、检测和记录系统。 1、高真空系统 为了获得离子的良好分离和分析效果，避免离 子损失，凡有样品分子及离子存在和通过的地方， 必须处于高真空状态。 离子源和质量分析器的压力通常应达到10-5 -10-6 Pa

G 山东理子大军 波谱分析-质谱法 真空度过低，将会引起以下后果： (a)大量氧会烧坏离子源灯丝； (b)引起其它分子离子反应，使质谱图复杂化； (c)用作加速离子的几干伏高压会引起放电。 一般质谱仪都采用机械泵预抽空后，再用高 效率扩散泵连续地运行以保持真空。现代质谱仪 采用分子泵可获得更高的真空度。 2025/4/2 3

波谱分析-质谱法 2025/4/2 3 真空度过低，将会引起以下后果： （a）大量氧会烧坏离子源灯丝； （b）引起其它分子离子反应，使质谱图复杂化； （c）用作加速离子的几千伏高压会引起放电。 一般质谱仪都采用机械泵预抽空后，再用高 效率扩散泵连续地运行以保持真空。现代质谱仪 采用分子泵可获得更高的真空度

归东理工大写 波谱分析-质谱法 真空系统 进样系统 离子源 质量分析器 检测器 1.气体扩散 1.电子轰击 1.单聚焦 2.直接进样 2.化学电离 2.双聚焦 3.气相色谱 3.场致电离 3.飞行时间 显示 4.激光 4.四极杆 2、进样系统 进样系统的作用是高效重复地将样品引入到离子 源中，并且不能造成真空度的降低。 2025/4/2

波谱分析-质谱法 2025/4/2 4 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 显示 真空系统 2、进样系统 进样系统的作用是高效重复地将样品引入到离子 源中，并且不能造成真空度的降低

山东理工大军 波谱分析-质谱法 常用的进样装置有三种类型：间歇式进样、直接 探针进样、色谱进样系统(GC-MS、HPLC-MS)和 高频感藕等离子体进样系统（ICP-MS)等。 固体和沸点较高的液体样品可通过进样推杆送 入离子源，低沸点的样品在贮气器中汽化后进入离 子源，气体样品可经贮气器进入离子源。 3、离子源 离子源又称电离源。它的功能是将进样系统引 入的气态样品分子转化成离子。由于离子化所需要 的能量随分子不同差异很大，因此，对于不同的分 子应选择不同的离解方法。 2025/4/2 5

波谱分析-质谱法 2025/4/2 5 常用的进样装置有三种类型：间歇式进样、直接 探针进样、色谱进样系统（GC-MS、HPLC-MS）和 高频感藕等离子体进样系统（ICP-MS）等。 固体和沸点较高的液体样品可通过进样推杆送 入离子源，低沸点的样品在贮气器中汽化后进入离 子源，气体样品可经贮气器进入离子源。 3、离子源 离子源又称电离源。它的功能是将进样系统引 入的气态样品分子转化成离子。由于离子化所需要 的能量随分子不同差异很大，因此，对于不同的分 子应选择不同的离解方法

归东理工大写 波谱分析-质谱法 离子源是样品分子离子化的场所，同时某些离 子也会在离子源中裂解成碎片离子。 使物质电离的方法很多，如电子轰击、化学电 离、火花电离、场致电离、光致电离等。 4、 质量分析器 在离子源中生成的并经加速电场加速后的各种 离子在质量分析器中按其质荷比（/2)的大小进行 分离并加以聚焦。 2025/4/2 6

波谱分析-质谱法 2025/4/2 6 使物质电离的方法很多，如电子轰击、化学电 离、火花电离、场致电离、光致电离等。 离子源是样品分子离子化的场所，同时某些离 子也会在离子源中裂解成碎片离子。 4、质量分析器 在离子源中生成的并经加速电场加速后的各种 离子在质量分析器中按其质荷比（m/z)的大小进行 分离并加以聚焦

归东理大军 波谱分析-质谱法 质谱仪的质量分析器位于离子源和检测器之间， 依据不同方式将样品离子按质荷比k分开。质量 分析器的主要类型有：磁分析器、飞行时间分析器、 四极滤质器、离子捕获分析器和离子回旋共振分析 器等。 5、检测、记录系统 经过质量分析器分离后的离子束，按质荷比的 大小先后通过出口狭缝，到达收集器。它们的信号 经电子倍增管放大后记录在感光板上，或送入数据 处理系统进行处理、记录。 2025/4/2

波谱分析-质谱法 2025/4/2 7 5、检测、记录系统 经过质量分析器分离后的离子束，按质荷比的 大小先后通过出口狭缝，到达收集器。它们的信号 经电子倍增管放大后记录在感光板上，或送入数据 处理系统进行处理、记录。 质谱仪的质量分析器位于离子源和检测器之间， 依据不同方式将样品离子按质荷比 m/z 分开。质量 分析器的主要类型有：磁分析器、飞行时间分析器、 四极滤质器、 离子捕获分析器和离子回旋共振分析 器等

归东理王大写 波谱分析-质谱法 二、离子化的方法 电离源的功能是将进样系统引入的气态样品分子 转化成离子。由于离子化所需要的能量随分子不同差 异很大，因此，对于不同的分子应选择不同的离解方 法。通常称能给样品较大能量的电离方法为硬电离方 法，而给样品较小能量的电离方法为软电离方法，后 一种方法适用于易破裂或易电离的样品。 离子化的方法有电子轰击、化学电离、场致电 离、电喷雾电离等。 2025/4/2 8

波谱分析-质谱法 2025/4/2 8 二、离子化的方法 离子化的方法有电子轰击、化学电离、场致电 离、电喷雾电离等。 电离源的功能是将进样系统引入的气态样品分子 转化成离子。由于离子化所需要的能量随分子不同差 异很大，因此，对于不同的分子应选择不同的离解方 法。通常称能给样品较大能量的电离方法为硬电离方 法，而给样品较小能量的电离方法为软电离方法，后 一种方法适用于易破裂或易电离的样品

归东理子大军 波谱分析-质谱法 1、电子轰击 电子轰击法是通用的电离法，用能量约70eV的电 子束与汽化的一样品分子相互作用，使分子中电离电 位较低的价电子或非键电子电离，失去一个电子，生 成带正电荷的分子离子。 M+e=MT+2e 式中M为待测分子，M为分子离子或母体离子。 2025/4/2 0

波谱分析-质谱法 2025/4/2 9 电子轰击法是通用的电离法，用能量约70eV的电 子束与汽化的一样品分子相互作用，使分子中电离电 位较低的价电子或非键电子电离，失去一个电子，生 成带正电荷的分子离子。 M + e = M + 2e + 式中M为待测分子，M+为分子离子或母体离子。 1、电子轰击

归东理工大写 波谱分析-质谱法 左图是典型的电子 异花 第一加愿侠蛙 轰击源的示意图。 电子装禁 /聚焦狭 可体束 第二加速缘 在离子源内，用电 分子漏入孔 加热锑或钨的灯丝 到2000℃，产生高 反射 速电子束，其能量 离子化 子加速风 为10~70eV。当 气态试样由分子漏 入孔进入电离室时 电子轰击源小意图 高速电子与分子发 生碰撞，若电子的 能量大于试样分子 的电离电位，将导 致试样分子的电离 2025/4/2 10

波谱分析 -质谱法 2025/4/2 10 左图是典型的电子 轰击源的示意图 。 在离子源内 ，用电 加热锑或钨的灯丝 到2000℃，产生高 速电子束 ，其能量 为 10 ～ 70eV 。 当 气态试样由分子漏 入孔进入电离室时 ， 高速电子与分子发 生碰撞 ，若电子的 能量大于试样分子 的电离电位 ，将导 致试样分子的电离：