分析化学仪器分析课件-质谱法

质谱法 （Mass Spectrometry,
MS ）
CE-MS
GC-MS
分析化学教研室
LC-MS
质 谱 法 （MS）
§1 概 述 §2 质谱仪及工作原理 §3 质谱中的离子与分裂类型 §4 质谱法测定分子结构原理 §5 几类化合物质谱的裂解特征 §6 应用与示例 本章小结 例题与思考题
质 谱 法 （MS）
§1 概 述
质谱与光谱比较： 过程相似，机理不同
质谱从本质上讲不是光谱，也不是波谱，而是质量谱 但 MS 往往与 IR，UV，NMR 联合使用，统称为四大“谱”
光源
单色器
检测器
§1 概 述
质谱图：棒图 ( bar graph )
100
57
43
71
50
29 41
27
55
99 113
128(M.+)
1. 电子轰击源（electron impact source, EI） 2. 化学电离源（chemical ionization source, CI）
3. 快原子轰击离子源 （fast atom bombardment, FAB） 4. 电喷雾离子源 （ electrospray ionization source, ESI） 5. 其它离子源 （APCI, MALDI, …… ）
电子轰击源
优点：离子流稳定性好，离子产额高，应用广泛
缺点：某些样品不能获得分子离子峰（ M ）
例如：相对分子质量较大、稳定性差的样品
§2 质谱仪及基本工作原理
2. 化学电离源（ chemical ionization source, CI ）
反应气体
电子流轰击
M M +· 电子流轰击
EI
反应气体离子 碰撞 CI
本章小结 思考题
§2 质谱仪及基本工作原理 MS 的构成 1 —— 离子源
Inlets
Ion Source
Mass Analyzer
Detecto r
Data
§2 质谱仪及基本工作原理
离子源（Ion Source）：（包括离子化区和加速区）
将样品的分子或原子电离成离子，进而断裂成各 m/z 的碎片离子，在离子加速区加速。
§2 质谱仪及基本工作原理 1. 电子轰击源（electron impact source, EI）
§2 质谱仪及基本工作原理 1. 电子轰击源（electron impact source, EI）
（1）离子化区（ionization region） 使样品蒸气分子离子化成各种m/z的离子。
M + e M+• + 2e
样品离子
反应气：CH4 ( CH4+· 和 CH3+ )、N2、He、NH3 反应气浓度为样品浓度的 103 – 105 倍 气体压强: 26.7 – 267 Pa 电子流轰击能量：100 – 240 eV
§2 质谱仪及基本工作原理
3. 其它离子源（ others ）
快原子轰击离子源 （fast atom bombardment, FAB）
质量分析器（Mass analyzer）
将不同质荷比的离子分离的单元
1. 磁偏转式（ magnetic-sector ）
2. 四极杆式（ quadrupole，Q ）
3. 离子肼
（ ion trap，IT）
4. 飞行时间 （ time-of-flight，TOF）
5. 傅里叶变换 （ FT ）
6. 其它质量分析器 （QQQ、IT-TOF、Q-TOF）
电喷雾离子源 （ electrospray ionization source, ESI）
其它离子源 （APCI, MALDI, …… ）
§2 质谱仪及基本工作原理 MS 的构成 2 ——质量分析 器
Inlets
Ion Source
Mass Analyzer
Detecto r
Data
§2 质谱仪及基本工作原理
( 可用于色谱-质谱联用)
§1 概 述
CE-MS
GC-MS
LC-MS
§1 概 述
MS 的用途：
1. 测定相对分子质量 2. 鉴定化合物（ 确定分子式 ） 3. 推测未知物结构 4. 测定分子中 Cl、Br 等原子数 5. 与色谱联用
质 谱 法 （MS）
§1 概 述 §2 质谱仪及基本工作原理 §3 质谱中的离子与分裂类型 §4 质谱法测定分子结构原理 §5 几类化合物质谱的裂解特征 §6 应用与示例
§1 概 述 §2 质谱仪及工作原理 §3 质谱中的离子与分裂类型 §4 质谱法测定分子结构原理 §5 几类化合物质谱的裂解特征 §6 应用与示例
本章小结 思考题
§1 概 述
质谱法（MS） 定义：
通过样品离子质量和强度的测定，来进行成分和结构分析
的一种分析方法。
Inlets
Ion Source
Mass Analyzer
Detecto r
Data
样品导入离子化室，电离为各质荷比（m/z）的离子，而后被加速进 入质量分析器，不同m/z的离子被分离后依次被检测，得到质谱。
§1 概 述
电子流轰击
M
-e
M.+ 离 解
分子离子
碎片离子
电场作用下
按质量大小排列 而成的图谱为质谱
质谱主要用于:
1. 分子量的确定 2. 分子式的确定 3. 分子结构的推断 4. 测定Cl，Br等原子数
3．扫描速度快 1～2秒/张图，最快 1/1000秒
目前较先进的仪器：GC-MS联机，因GC本身样 品应气化，所以G-M联机非常节省且有用.
§1 概 述
微量农药残留检查----灵敏度高
§1 概 述
点
1．应用范围广 特
2．灵敏度高、用样量少
10-11g
3. 扫描速度快
1-2 s/张图，最快 1/1000 s
分子
高速电子 分子离子 低速电子
电子轰击源
（2）离子加速区 (ion accelerating region)
阳离子进入加速区所获动能与加速电压关系
1 mv2 zV 2
v — 离子运动速度
V — 加速电压（1-8 kV） z — 离子电荷数 m — 离子质量
将荷电阳离子聚焦，并用几千伏电压使离子加速成高速离子流
80
100 120 m/z
横坐标：质荷比 m/z —— 定性；
纵坐标：离子的相对强度 ( 以基峰为100% )—— 定量； 全谱图：综合所有 MS 信息 —— 结构分析
§1 概 述
CAE
地质
运动 医学
化工
生命 科学
……
化学
药物
环境
MS
材料
能源
刑侦
MS的应用
§1 概 述
百度文库
点特
1．应用范围广
2．灵敏度高、用样量少 10-12g