文档介绍:质谱的原理和仪器构造
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发展历史
1990 年代初英国学者 . 汤姆森制成第一台质谱仪
第一台商品质谱仪: 1942 年
早期应用:原子质量、同位素相对丰度以及研究电子碰撞过程等于2022年,星期二
检测各种质荷比的离子。检测器的种类有电子倍增器、光电倍增器、平板式微通道板检测器等。
现用得较多的是光电倍增器,永久性地密封于其自身的玻璃真空外壳中,这样可以保护光电倍增器在很宽的动态范围内,无论是检测正离子还是负离子,都能保持高灵敏度、恒定的增益和线性,并且使用寿命长达 10 年。
平板式微通道板检测器则用于飞行时间质谱仪 (TOF)。因为 TOF 作为质量分析器是脉冲式检测方式,离子按质量大小以不同的飞行时间依次到达检测器。这种平板式微通道板检测器具有极高的灵敏度。
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、数据处理系统
在计算机未问世前,用反射式电流计,即被检测的每个 m/e 值的离子电流作用于电流计上,电流计的发射镜就把光束反射到光敏纸上,从而实行记录。
计算机系统的功能是对质谱仪进行控制,包括对质谱数据的采集、处理和打印。现有电子轰击源 (EI) 的质谱仪的均有 NIST 标准谱库,谱库中有十几万张标准谱图及用于环保、农药、兴奋剂, 代谢产物等专用谱库。可进行谱库检索。高分辨质谱仪其数据系统的软件则更丰富,还能给出分子离子和其他碎片离子的元素组成及理论计算值、偏差值 (百万分之一), 饱和度等其他有关信息。
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为了保证离子源中灯丝的正常工作,保证离子在离子源和分析器正常运行,消减不必要的离子碰撞,散射效应,复合反应和离子-分子反应,减小本底与记忆效应, 质谱仪的离子源和分析器一般真空度都要求在 10-5-10-8 Torr 才能工作。
真空系统由机械真空泵和扩散泵或涡轮分子泵组成。通常用机械泵预抽真空,然后用扩散泵或涡轮分子泵连续地抽气。
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三、质谱仪的主要指标 三个主要指标-质量范围、分辨率、灵敏度
1.质量范围(mass range)
指质谱仪所检测离子的质荷比范围。对单电荷离子而言,就是指离子的质量范围。在检测多电荷时,所检测的离子根据其带多少个电荷而扩展其的质量范围。
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2.分辨率(resolution)
分辨率又称之为分辨本领。这是质谱仪的一个重要性能。一般规定:当两个峰之间峰谷的高度超过两峰平均高度的10%时,则两峰没有被分开。
两峰部分重叠
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磁式质谱仪的分辨率R的公式:
公式1
M:为可分辨的两个峰的平均质量
△M:为质谱仪可分辨的两个峰的质量差。
由此可见分辨率是质谱仪分开相邻两离子质量的能力。
实际测量中将此公式写成:
R10% = × 公式2
式中 a为相邻两峰的中心距离;
b为峰高5%处的峰宽;
对傅里叶变换质谱FT-ICR及飞行时间质谱仪(TOF)而言,分辨率仍用公式1。
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3.灵敏度(senstivity)
灵敏度是表示质谱仪出峰的强度与所用样品量之间的关系。是表示对所选定的样品在一定的分辨率情况下,产生一定信噪比的分子离子峰所需的样品量。
测定灵敏度的方法多种多样的,一般直接进样灵敏度的测定方法是:在固定分辨本领的情况下,直接进入微克量级的某种样品,看其分子离子峰的强度与噪声的比值,就是信/噪比值,用 S/N 表示。噪声指基线的强度。
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4. 质量精度
利用质谱仪定性分析时,质量精度是一个很重要的性能指标。在低分辨质谱仪中,仪器的质量指示标尺精度不应低于±。高分辨率质谱仪给出离子的精确质量,相对精度一般在1-10ppm。
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四、质量分析器: 介绍五种不同的分析器
1.单聚焦(single-focusing)和双聚焦 (double-focusin