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1、2020/10/7,第十八章 质谱分析,18.3.1 基本原理 18.3.2 单聚焦分析器 18.3.3 双聚焦分析器 18.3.4 四极杆分析器 18.3.5 飞行时间 18.3.6 离子阱分析器 18.3.7 傅立叶变换离子回旋共振质量分析器,第三节 质量分析器的类型与原理,Mass spectrometry，MS,Type and principle of mass analyzer,2020/10/7,18.3.1 质量分析器原理,在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行； 离心力 =向心力；m 2 / R= B0 z V 曲率半径： R= （m ）/ z B0 质谱方程式：m/z = (
2、B02 R2) / 2V 离子在磁场中的轨道半径R取决于： m/z 、 B0 、 V 改变加速电压V， 可以使不同m/z 的离子进入检测器。,加速后离子的动能： (1/2)m 2= z V = (2V)/(m/z)1/2,2020/10/7,18.3.2 单聚焦磁场分析器,方向聚焦： 相同质荷比，入射方向不同的离子会聚； 分辨率不高 缺少能量聚焦。,2020/10/7,18.3.3 双聚焦分析器,方向聚焦： 相同质荷比，入射方向不同的离子会聚； 能量聚焦： 相同质荷比，速度(能量)不同的离子会聚；,质量相同，能量不同的离子通过电场和磁场时，均产生能量色散；两种作用大小相等，方向相反时互补实现双
3、聚焦。,2020/10/7,双聚焦分析器,2020/10/7,18.3.4 四极杆质量分析器,离子在场的作用下产生振动，如果质量为m，电荷为z的离子进入四极场，运动方程是：,保持Vdc/Vrf不变(直流电压/射频电压振幅)，改变Vrf值。对应于一个Vrf值，四极场只允许一种质荷比的离子通过。 特点：分辨率较高；分析速度极快（适合联用仪器）； 缺点：准确度和精密度低于双聚焦型。,2020/10/7,四极杆质量分析器,2020/10/7,四极杆质量分析器,2020/10/7,18.3.5 飞行时间质量分析器,离子以速度v进入自由空间（漂移区），假定离子在漂移区飞行的时间为t，漂移区长度为L，则：,
4、特点：质量范围宽，扫描速度快，不需电场和磁场。 分辨率低：原因在于离子进入漂移管前的时间分散、空间分散和能量分散。,能量相同，质量越大，达到接收器的时间越长。,t = L(m / 2zV)1/2,2020/10/7,18.3.6 离子阱质量分析器,环电极和上下两端盖电极，均为绕Z 轴旋转的双曲面，并满足： r20=2Z20 r0 为环形电极的最小半径，Z0为两个端盖电极间的最短距离。 直流电压U和射频电压Vrf加在环电极和端盖电极之间。,在稳定区内的离子，轨道振幅一定，可以长时间留在阱内。一定质量的离子，在一定的U 和Vrf下，可以处在稳定区。如果在引出电极上加负电压，可以将离子从阱内引出，
5、U和射频电压Vrf加在环电极和端盖电极之间。,2020/10/7,离子阱质量分析器,2020/10/7,18.3.7 傅立叶变换离子回旋共振质量分析器（Fourier transform ion cyclotron resonance analyzer, FTICR）,三对相互垂直的平行板电极组成，置于高真空和由超导磁体产生的强磁场中。,第一对电极：捕集极，与磁场方向垂直，加有适当正电压，其目的是延长离子在室内滞留时间； 第二对电极：发射极，用于发射射频脉冲； 第三对电极：接收极，用来接收离子产生的信号。,2020/10/7,傅立叶变换离子回旋共振质量分析器,离子(m/z)进入磁感应强度为B的
6、磁场中，作圆周运动，离心力和磁场力相平衡，即：,或,离子的回旋频率c与离子的m/z成线性关系。 B固定后，测得c ，可获得离子的质量。,得：,外加一射频辐射，当频率等于离子共振频率，离子吸收能量而改变圆周运动的轨道，沿阿基米德螺线加速。射频辐射消失，出现图（C）运动，在上下极板之间产生感应电流信号(复合信号)，需傅立叶转换。,2020/10/7,傅立叶变换离子回旋共振质量分析器特点,FT-MS的优点： （1）仪器的分辨率极高，可超过1106； （2）而且在高分辨率下不影响灵敏度（双聚焦分析器为提高分辨率必须降低灵敏度）； （3）FT-MS的测量精度非常好，能达到百万分之几； （4）具有多级质谱功能，可以和任何离子源相联，扩宽了仪器功能。 扫描速度快，性能稳定可靠，质量范围宽等优点。 需要很高的超导磁场，需要液氦，售价和运行费用较高。,2020/10/7,质量分析器特点对比,2020/10/7,内容选择：,结束,18.1 基本原理与质谱仪结构 18.2 离子源类型与离子形成过程 18.3 质量分析器的类型与原理 18.4 质谱联用技术 18.5 质谱中的各种离子 18.6 有机化合物质谱图 18.7 EI质谱图解析,
