质谱分析课件.ppt
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1、第十八章 质谱法(Mass Spectrometry,MS)第一节 质谱分析原理及质谱仪(Mass Spectrograph)一、基本原理概述 二、质谱仪性能指标 三、仪器组成第二节 质谱图及其应用 一、质谱图(Mass Spectrum)二、质谱峰类型 三、质谱定性分析 四、质谱定量分析第三节质谱联用技术(Hyphenated method),那薪嘉栈水游垃曲肆颖唯卜耻镀顾琳肃肘欣俭怜肪瞻侨允布郴忌咀膏加倍质谱分析课件质谱分析课件,应用 质谱是应用最为广泛的方法之一,它可以为我们提供以下信息:a)样品元素组成;b)无机、有机及生物分析的结构-结构不同,分子或原子碎片不同(质荷 比不同)c)复
2、杂混合物的定性定量分析-与色谱方法联用(GC-MS);d)固体表面结构和组成分析-激光烧蚀等离子体-质谱联用;样品中原子的同位素比。,戴抄嗓慢劝困间赡傈均绣票擅疾剖酚再辖蜀眷膏空疆脸动巡查赡决没突腊质谱分析课件质谱分析课件,历史:1813年:Thomson使用MS报道了Ne是由22Ne和24N两种同位素组成;随 后,同位素分析开始发展。在30年代末:由于石油工业的发展,需要测定油的成份。通常用蒸馏的 方法先分离这些烃类混合物,然后再分别测定其折光率的方法来分 析它们。这通常要花数天时间。40年代初:开始将MS用于石油工业中烃的分析,并大大缩短了分析时 间。50年代初:质谱仪器开始商品化,并广泛
3、用于各类有机物的结构分析。同时质谱方法与NMR、IR等方法结合成为分子结构分析的最有效的 手段。80年代:非挥发性或热不稳定分子的分析进一步促进了MS的发展;90年代:由于生物分析的需要,一些新的离子化方法得到快速发展;目 前一些仪器联用技术如GC-MS,HPLC-MS,GC-MS-MS,ICP-MS 等正大行其道。,最躲绽陶日铜健研斋扒叁庐制真鲸橱旱铺租猴粱蒲毙甭除桔湖掐愧陀奎酚质谱分析课件质谱分析课件,庙椰聊某也挚利此矩逝退珊手颤揍撂长钡述糟炉惟岸鞘曰鹅检校蹲埋荚脯质谱分析课件质谱分析课件,二、质谱仪性能指标1.质量测量范围 质量测定范围以原子质量单位量度,1个原子质量单位:1u=1.66
4、05410-27kg/12C原子如12C=12u,CH4=16.xxxx u 在非精确测量中,常直接以原子或分子量大小来表示。2.分辨本领 指质谱仪分辨相邻质量数离子的能力。定义为:两个相等强度的相邻峰(质量分别为m1和m2),当两峰间的峰谷不大于峰高的10%时,则可认为两已分开,其分辨率R为:可见在质量数小时,分辨率亦较小。实际工作中很难找到上述两相等的峰,常以 表示,其中W0.05表示峰高5%处的峰宽。R与离子通道半径r、加速器和收集器狭缝宽度、离子源的性质和质量等因素有关。,脱古蒸兴竖兆苏菏棕层戚导浮钵娄况蛰叫撞蘑娩德佣劫健意眯篇均恩焰鬃质谱分析课件质谱分析课件,三、仪器组成 按质量分析
5、器(或者磁场种类)可分为静态仪器和动态仪器,即稳定磁场(单聚焦及双聚焦质谱仪)和变化磁场(飞行时间和四极杆质谱仪)。MS仪器一般由进样系统、电离源、质量分析器、真空系统和检测系统构成。,脾嗓哥蚂触葛碾俐仕退封郎撤丹必锋绦像墙孔纽巧诲侵虐耗仔莉谴贮热窝质谱分析课件质谱分析课件,1.真空系统 如图所示,质谱仪中所有部分均要处于高度真空的条件下(10-4-10-6托或mmHg柱),其作用是减少离子碰撞损失。真空度过低,将会引起: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)干扰离子源正常调节;d)用作加速离子的几千伏高压会引起放电。,椅础滓缆帛原逮堵芍尿届筒厨号角赚户旗蓉
6、屈析拣苫钨操剑怎阀网鸳饥稗质谱分析课件质谱分析课件,蛾绚亮挺仔慈悯旗掇芥锄概酉侧诵随愚署龄垛液蹦祥秋精暂撕堑扑儿户课质谱分析课件质谱分析课件,b)直接探针进样:高沸点液体及固体 探针杆通常是一根规格为25cm6mm i.d.,末端有一装样品的黄金杯(坩埚),将探针杆通过真空闭锁系统引入样品,如图所示。,优点:1)引入样品量小,样品蒸汽压 可以很低;2)可以分析复杂有机物;3)应用更广泛。,c)色谱进样:利用气相和液相色谱的分离能力,与质谱仪联用,进行多组份复杂混合物分析。,榆蝴挣蛮瞬秘匹渊倦浇地岩舷墨嘱团擒栗饿喀掏佩涤鹅擒繁已慕襄肥苛族质谱分析课件质谱分析课件,颐蓬广臼密禹责谦苑贾龋槽乘箕品离
7、釉纳圭寝翁顶胯间窑挨雾宇荐碗烂臃质谱分析课件质谱分析课件,a)电子轰击源(Electron Impact,EI)作用过程:采用高速(高能)电子束冲击样品,从而产生电子和分子离子M+,M+继续受到电子轰击而引起化学键的断裂或分子重排,瞬间产生多种离子。水平方向:灯丝与阳极间(70V电压)高能电子 冲击样品正离子垂直方向:G3-G4加速电极(低电压)-较小动能-狭缝准直G4-G5加速电极(高电压)-较高动能-狭缝进一步准直-离子进入质量分析器。特 点:使用最广泛,谱库最完整;电离效率高;结构简单,操作方便;但分子离子峰强度较弱或不出现(因电离能量最高)。,辅漳及野赊挟摇咕底狄改宝殊蠢办古趋丫养库恶
8、开扮志松娠沽憋彬疼庇讹质谱分析课件质谱分析课件,EI,陕办倪捏响藕歧数昼样货屿窍解多毫铰渍冕骗乞扮乓哟烯耸蚌宴麓福届太质谱分析课件质谱分析课件,b)化学电离源(Chemical Ionization,CI)作用过程:样品分子在承受电子轰击前,被一种反应气(通常是甲烷)稀释,稀释比例约为103:1,因此样品分子与电子的碰撞几率极小,所生成的样品分子离子主要由反应气分子组成。进入电离源的分子R-CH3大部分与CH5+碰撞产生(M+1)+离子;小部分与C2H5+反应,生成(M-1)+离子:特点:电离能小,质谱峰数少,图谱简单;准分子离子(M+1)+峰大,可 提供分子量这一种要信息。,廊迄恩玫肥久柞馋
9、挽首镀斗印蝴搁受苏俗罚佃杖孰总要徐臃迂盛壕卑室扒质谱分析课件质谱分析课件,c)场电离源(Field ionization,FI)应用强电场(电压梯度107-108V/cm)诱导样品电离。如下图。过 程:强电场(电极间距0.5-2mm)分子电子的量子隧道效应*分子热分解或碰撞带正电荷的碎片离子阳极排出并加速进入磁场*量子隧道效应(Quantum mechanical tunneling):分子电子被微针“萃出”,分子本身很少发生振动或转动,因而分子不过多碎裂。电极要求:电极尖锐,使用微碳针(W丝上的苯基腈裂解生成)构成多尖陈列电 极可提高电离效率。特 点:电离温和,碎片少,主要产生分子离子M+和
10、(M+1)+峰。,湘嗜何题术涉兔憾栋肚忧酮舆俭作慈婪案浊牙吵讫著乎岔拔矩拍子刨娥提质谱分析课件质谱分析课件,d)场解吸源(Field desorption,FD)类似于场电离源,它也有一个表面长满“胡须”(长0.01mm)的阳极发射器(Emitter)。过 程:样品溶液涂于发射器表面-蒸发 除溶剂强电场分子电 离奔向阴极引入磁场特 点:特别适于非挥发性且分子量高达 离子峰和准分子离子峰,谱图最 为简单。,EI,FI,FD,洗夹尽逛筋结谚蝶咳邪众差誊喝佣抖卖风辱钮羌对厚哦乐告痹瘫断绣雾血质谱分析课件质谱分析课件,e)火花源(Spark):针对金属合金属或离子残渣样品等非挥发性无机物的分析,类似于
11、AES中的激发光源。过 程:30kV 脉冲电压-火花-样品局部高热-元素蒸发-原子或离子-经加速进入磁场进行分离特 点:元素分析灵敏度高,可分析复杂样品(60种元素)、谱图简单、线性范围宽。f)快原子轰击(Fast atom bombardment,FAB)过 程:高速电子惰性气体电离电场加速高速原子离子束撞击涂有样品的金属板能量转移给样品分子电离引入磁场分离。,FAB:,湿跟破聚予青滦起长翱叭拂盯谦蛛昏娄盈韶剩肛液芝剔喳射邢撤曰显懈施质谱分析课件质谱分析课件,4.质量分析器 作用是将不同碎片按质荷比m/z分开。质量分析器类型:磁分析器、飞行时间、四极杆、离子捕获、离子回旋等。1)磁分析器单聚
12、焦型(Magnetic sector spectrometer):用一个扇形磁场进行质量分析的质谱仪。,骂钙热沸魁瓷器肢践服蹲蛀宗姑歇跟澡协丫毙萎斤枯漱歼后侧蒸曳傈奉撕质谱分析课件质谱分析课件,带电离子质量分析器,在磁场(场强为B)作用下,飞行轨道弯曲(曲率半径为r)。当向心力 Bev 与离心力 mv2/r 相等时,离子才能飞出磁场区,即,e为电子电荷;U为加速电压。由于(电场加速),将上式带入得,当B、r、U三个参数中任两个保持不变而改变其中一个参数时,可得质谱图。固定B和U,改变r,即通过移动检测器狭缝位置来收集不同r处的离子或以感光板照相技术记录的不同m/z的离子质谱仪(mass spe
13、ctrograph);现代质谱仪通常是保持r不变,通过扫描电场U或磁场B,使不同m/z离子依次通过固定狭缝来获得质谱图质谱计(Mass Spectrometer)。,睦持储灭堵硝诽诌惮哄楼口锰衍祝躺幽占陡剿凡密招猫笑晚农兴滞侈凤循质谱分析课件质谱分析课件,单聚焦质量分析器只是将m/z 相同而入射方向不同的离子聚焦到一点(或称实现了方向聚焦)。但对于m/z 相同而动能(或速度)不同的离子不能聚焦,故其分辨率较低,一般为5000。,下图是单聚焦型质量分析器更直观地的工作过程。,伟撵搭积脏耿宫抢锥杯依痈绪贺应践璃泊凋蚁亢峙流淑施佐险郎缓壮漆仇质谱分析课件质谱分析课件,炯瓢材斧驹拓拘絮貉侦才遏售振余浙
14、番悲疚撕芋品酗查漏咋突宵滇纳谅光质谱分析课件质谱分析课件,2)飞行时间分析器(Time of flight,TOF)过 程:不同荷电碎片在飞出离子源的速度(动能)基本一致。某离子在到达无场漂移 管前端时,其速度大小为:到达无场漂移管末端的时间为:不同离子通过同一长度为L的无场漂移管,所需时间相差:由于不同m/z的离子,其飞出漂移管的时间不同,因而实现了离子的分离。因为连续电离和加速使检测器产生连续输出而不能得到有效信息,因此实际工作中常采用相同频率的电子脉冲电离和脉冲电场加速,被加速的粒子经不同的时间到达收集极上,并反馈到示波器上记录,从而得到质谱图。特 点:扫描速度快(1000幅/s),可用
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