质谱分析法简介及其在检测认证领域中的应用
摘要：从1910年第一台质谱仪的研制成功，到今天100年的时间里，质谱经历了快速的发展，而质谱的应用也越来越广泛，它发挥的作用也越来越重要。本文对有机质谱的基本知识进行简单阐述，重点介绍了离子源和质量分析器部分。此外，本文还介绍了质谱分析法在食品安全、环境检测及一些环保法令要求等检测领域的应用。
关键词：质谱检测认证应用
一、前言
质谱分析是先将物质离子化，按离子的质荷比分离，然后测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法[1]。
随着质谱分析法的发展，此方法已经在很多科学研究以及生产领域得到广发应用，并促进了科学研究及生活生产力的发展。按研究对象划分，质谱分析法大致可分为同位素质谱分析、无机质谱分析以及有机质谱分析。本文将重点介绍有机质谱的基本知识及其在化学检测认证领域的应用。
二、有机质谱的基本介绍
对于一台质谱仪，主要由进样系统、离子源、质量分析器、检测器、计算机-数据系统、真空系统组成。离子源、质量分析器为质谱仪的核心部分。
2.1 离子源[2]
离子源是质谱仪最主要的组成部件之一，其作用是使被分析的物质电离成离子，并将离子会聚成一定能量和一定几何形状的离子束。由于被分析物质的多样性和分析要求的差异，物质电离的方法和原理也各不相同。常见的电离方法有电子轰击电离（EI）、化学电离（CI）、场电离（FI）和场解析（FD）、快原子轰击（FAB）、基质辅助激光解析电离（MALDI）、电喷雾电离（ESI）和大气压化学电离（APCI）。上述电离方式中，电子轰击电离在化学检测认证领域应用最为广泛。为了克服电子轰击电离中碎片离子峰太多而分子离子峰强度太低甚至没有的缺点，有时需要软电离（Soft Ionization）的数据相配合，其中化学电离、场电离和场解析、快原子轰击以及基质辅助激光解析电离都为软电离。电喷雾电离和大气压化学电离主要应用于高效液相色谱和质谱联用。
2.2 质量分析器[2]
质量分析器是质谱仪的主体部分。质量分析仪包括：单聚焦（Single-Focusing）和双聚焦(Duoble-Focusing)质量分析器、四级杆质量分析器（Quadrupole Mass Analyzer）、离子阱（Ion Trap）、飞行时间质谱计（Time of Flight）、傅立叶变换质谱计（Fourier Transform Mass Spectrometer）。单聚焦质量分析器使用扇形磁场，双聚焦质量分析器使用扇形电场和扇形磁场。这样的质量分析器曾经是有机质谱的主体，现在也仍然发挥作用。四极杆质量分析器的优点比较突出，现处于大力应用阶段。离子阱可实现“时间上”的多级串联质谱。飞行时间质谱计特别适合生物大分子的测定，以及做串联质谱的第二级。傅立叶变换质谱计的分辨率极高，远远超过其它质谱计。
三、在化学检测认证领域的应用
随着社会的发展，环境污染、食品安全等问题越受关注。本文着重从食品安全、环境检测以及环保指令等三方面介绍质谱技术的应用。
3.1 食品安全检测领域应用
民与食为天，食品安全问题是关系到国计民生的头等大事。特别是随着人们生活水平的
提高，食品安全问题引起了空前的广泛关注。
标准 GB/T 19648-2006用气相色谱-质谱法测定水果和蔬菜中500种农药及相关化学品残留量。标准 GB/T 19649-2005用气相色谱-质谱和液相色谱-串联质谱法测定粮谷中405种农药多残留量。标准GB/T 19426-2003 用气相色谱-质谱和液相色谱-串联质谱法测定蜂蜜、果汁和果酒中304种农药多残留量。标准GB/T 19650-2005 用气相色谱-质谱和液相色谱-串联质谱法测定动物组织中437种农药多残留量。黄惠玲[3]等人选择GC-MS/SIM与大体积进样技术结合，测定蔬菜、水果中包括有机磷、氨基甲酸酯、有机氯类、菊酯类在内的17中农药残留。赵舰[4]等人用高效液相色谱-离子阱质谱仪，能同时鉴定和检测火锅料中苏丹染料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ。
3.2环境检测领域应用
随着社会发展，环境污染问题日益严重。环境污染问题主要体现在环境中空气的污染，水体的污染以及土壤的污染三方面。
杨丽莉[5]等人用利用气相色谱-选择离子监测质谱(GC-MS/SIM)检测环境空气中痕量酚类化合物。吴宇峰[6]等人利用气相色谱-质谱法测定空气中硝基苯类化合物。赵寿堂[7]等人采用Tenax/SPME富集结合GC/MS分析建筑室内空气中VOCs。
孙玉梅[8]等利用气相色谱-质谱法分析了地下水样中63种有机化合物。郭睿[9]等人采用固相萃取/高效液相/四极杆飞行时间串联质谱检测活性污泥中的全氟辛烷磺酸(PFOS)及全氟辛酸(PFOA)。张晶[10]等人利用液相色谱-电喷雾质谱法同时分析水体中的壬基酚聚氧乙烯醚(NPEOs)及其代谢产物壬基酚聚氧乙烯醚乙酸(NPECs)和壬基酚(NP)。标准HJ/T 77-2001同位素稀释高分辨率气相色谱/高分辨率质谱法测定多氯代二苯二噁英和多氯代二苯呋喃。
色谱与质谱联用，结合固相萃取（微萃取）、吹扫捕集、二级热解析等前处理方法，使得质谱技术在环境检测领域的应用越来越广泛。
3.3 环保指令相关产品检测领域的应用
为了保护环境，防止人们在生产、使用、废弃过程中对一些有害物质处理不当而引起污染。各国政府都制定相应的环保法令法规，如RoHS指令、PoHS法令、PAHs指令等。对一些致癌物、诱导有机体突变物质、生殖毒性物质以及持久性、生物累积性、毒性物质进行了限制。对于这些有害物质的检测，GC-MS和GC-MS-MS发挥了很大作用。
RoHS指令（2002/95/EC）限制的多溴联苯和多溴二苯醚，检测仪器主要为GC-MS，参考的标准主要有《SJ/T 11365-2006》以及《IEC 62321（CDV）》。欧盟禁用有害偶氮染料指令（2002/61/EC），对于偶氮染料中还原裂解出的致癌芳香胺，通过GC-MS进行检测，参考的标准主要有《EN 14362：2003》以及《GB/T 17592.1～3-2006》。关于多环芳烃（PAHs）的指令（2005/69/EC），一般通过GC-MS进行对PAHs检测。参考标准主要有《ISO 18287: 2006》、《SN/T 1877.4-2007》以及《SN/T 1877.2-2007》等。关于邻苯二甲酸盐指令（2005/84/EC），一般通过GC-MS对邻苯二甲酸盐进行检测，参考标准有《GB/T 20388-2006》、《SN/T
1779-2006》以及《EN ISO 18856-2005》。关于POFS指令（2006/122/EC），对于PFOS的检测，由于PFOS本身是非挥发的，要通过衍生的方法使PFOS成为PFOS的甲基酯才可以进行GC-MS检测，但衍生化过程比较复杂。目前，一般采用高效液相色谱质谱联用测定PFOS，质谱有单级质谱也有串联质谱。
四、总结
现在的检测技术，要求不断向微量方向发展，同时必须向更多检测类别和品种上发展。由于气相色谱质谱联用技术具有对样品当中不同种类的有毒有害同时进行快速扫描、定性、定量的优势。因此，使得它在食品安全检测、环境检测以及相关环保指令检测领域中显的尤其重要，并已被很多国家研究者开发和应用。选择离子监测（SIM）定量方式，可以使灵敏度大幅度提高；串联质谱（MS-MS）的出现在不降低定性信息的前提下使得选择性和灵敏度
比SIM方式有更大的提高。此外，液相色谱与质谱的联用，又把检测范围扩大到热不稳定性物质或者难挥发性物质。液相色谱与高选择性、高灵敏度的MS/MS结合，可对复杂样品进行实时分析，即使液相色谱难分离的情况下，通过MS1及MS2对目标化合物进行中性碎片扫描，则可发现并突出化合物中的目标化合物，显著提高信噪比。液相色谱-质谱联用的显著优点，使得它在检测领域的应用越来越广。
主要参考文献：
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［2］宁永成.有机化合物结构鉴定与有机波谱学（第二版）[M].北京：科学出版社，2000. ［3］黄惠玲张薇君丁慧瑛.气相色谱-质谱大体积进样法测定蔬菜、水果中17种农药残留[J].分析测试学报,2006,25（4）：81-83.
［4］赵舰甘源张学.高效液相色谱-离子阱质谱检测火锅底料中的苏丹染料Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ[J].中国卫生检验杂志,2007,17(11):1931-1933.
［5］杨丽莉胡恩宇母应锋纪英.Tenax采样管富集气相色谱-质谱法测定空气中的痕量酚类化合物[J].色谱,2007,25(1):48-52.
［6］吴宇峰李利荣杨家凤时庭锐.气相色谱/质谱法测定空气中硝基苯类化合物[J].中国卫生检验杂志,2006,16(7):786-788.
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［8］孙玉梅王玉璠刘菲孙静吕国高文谦.液液萃取-C_(18)固相膜萃取-气相色谱/质谱联用测定地下水中半挥发性有机物[J].质谱学报,2006,27(3):140-147.
［9］郭睿蔡亚岐江桂斌.高效液相/四极杆-飞行时间串联质谱法分析活性污泥中的全氟辛烷磺酸及全氟辛酸[J].环境化学,2006,6:674-677.
［10］张晶张昱杨敏金芬陈梅雪.液相色谱-电喷雾质谱法同时测定水体中的壬基酚聚氧乙烯醚及其代谢产物[J].分析测试学报, 2007,26(2):178-182.
注：本文发表于2009年第3期《广州化工》。
第五章质谱分析法 质谱法是通过将样品转化为运动的气态离子并按质荷比(M／Z)大小进行分离并记录其信息的分析方法。所得结果以图谱表达，即所谓的质谱图（亦称质谱，Mass Spectrum）。根据质谱图提供的信息可以进行多种有机物及无机物的定性和定量分析、复杂化合物的结构分析、样品中各种同位素比的测定及固体表面的结构和组成分析等。 从20世纪60年代开始，质谱法更加普遍地应用到有机化学和生物化学领域。化学家们认识到由于质谱法的独特的电离过程及分离方式，从中获得的信息是具有化学本性，直接与其结构相关的，可以用它来阐明各种物质的分子结构。正是由于这些因素，质谱仪成为多数研究室及分析实验室的标准仪器之一。 质谱仪 (一）质谱仪的工作原理 质谱仪是利用电磁学原理，使带电的样品离子按质荷比进行分离的装置。离子电离后经加速进入磁场中，其动能与加速电压及电荷Z有关，即 （二）质谱仪的主要性能指标
1．质量测定范围 质谱仪的质量测定范围表示质谱仪所能够进行分析的样品的相对原子质量（或相对分子质量）范围，通常采用原子质量单位（unified atomic mass unit，符号u）进行度量。原子质量单位是由12C来定义的，即一个处于基态的12C中性原子的质量的1/2。 而在非精确测量物质的场合，常采用原子核中所含质子和中子的总数即“质量数”来表示质量的大小，其数值等于其相对质量数的整数。 测定气体用的质谱仪，一般质量测定范围在2～100，而有机质谱仪一般可达几千。现代质谱仪甚至可以研究相对分子质量达几十万的生化样品。 2．分辨本领 所谓分辨本领，是指质谱仪分开相邻质量数离子的能力，一般定义是：对两个相等强度的相邻峰，当两峰间的峰谷不大于其峰高10％时，则认为两峰已经分开，其分辨率
第9章质谱分析法(MS) 1概述 质谱法是通过将样品转化为运动的气态离子并按质荷比(M/Z)大小进行分离并记录其信息的分析方法。 ?分析对象：样品离子 ?质谱不是光谱，而是带电离子的质量谱。 根据质谱图提供的信息可以进行多种有机物及无机物的定性和定量分析、复杂化合物的结构分析、样品中各种同位素比的测定及固体表面的结构和组成分析等 1.1分类 1有机质谱仪： 1）气相色谱-质谱联用仪 2）液相色谱-质谱联用仪 3）其他质谱仪:傅立叶变换质谱仪、基质辅助激光解吸-飞行时间变质谱仪 2无机质谱仪：ICP-MS 3同位素质谱仪：轻元素同位素，重元素同位素 4气体分析质谱仪 1.2质谱分析基本术语 1.2.1质量数和质量范围 ?在质谱分析中，被测定的分子和原子都是以离子形式记录的，如果离 子只带一个电荷，则离子的质荷比在数值上就等于它的质量数 ?质谱仪的质量范围是指仪器所能测量的离子质荷比范围．气体分析用 质谱仪的质量范围一般从2～100，而有机质谱仪的质量范围一般从几 十到几千，如果离子带的电荷增多，则，质量范围也增大。 1.2.2分辨率：表示仪器分开两个相邻质量数离子的能力 对两个相等强度的相邻峰，当两峰间的峰谷不大于其峰高的10％时，可认 为此两峰已经分开（图9-6），这时，仪器的分辨率R用下式计算 1.2.3灵敏度： ?灵敏度对于不同用途的质谱仪有不同的表示方法．有机质谱常用绝对 灵敏度，无机质谱常用相对灵敏度，而同位素分析质谱常用丰度灵敏 度。 ?绝对灵敏度是指仪器能检测的最小样品量．目前，有机质谱仪灵敏度 可优于10-10g
?相对灵敏度：仪器可以同时检测的大组分与小组分含量之比 ?分析灵敏度：输入仪器的样品量和输出仪器的信号之比 1.3质谱基本原理： 加速电场中所获得的势能转化为动能：Vz=v2 在磁场中运动，向心力等于离心力：Hzv= 联立上述两式，可得： 质核比：，运动半径R：R2= 加速电压V，磁场强度H，离子电荷z，离子速度v，离子质量m，R离子运动半径 （1）固定H、V，改变R：离子的m/z大，偏转半径也大，通过磁场可以把不同离子分开 （2）固定R，连续改变H、V。在一定磁感应强度B下，改变加速电压V可以使不同离子先后通过检测器，实现质量扫描，得到质谱。 2质谱仪器——质谱仪 质谱分析的一般过程：通过合适的进样装置将样品引入并进行气化，气化后的样品进入离子源进行电离，电离后的离子经过适当加速后进入质量分析器，按不同质核比进行分离，然后到达检测系统，将生成的离子流变成放大的电信号，并按照对应的质核比记录下来。 2.1进样系统 ?进样系统一般由管道、阀门、压力表、样品贮存器和漏口组成． ?它适用于室温下气体或易挥发液体样品的分析 ?有机质谱仪常与色谱仪联用．色谱仪是质谱仪的进样系统，由色谱柱流出的 样品经喷射式分子分离装置将载气分离后进入质谱仪 ?用于无机物分析的质谱仪，没有专门的进样系统，一般是把要分析的样品制 成电极，置于离子源中，靠高频高压使它电离 2.2离子源：用于产生离子的装置（把样品分子或原子电离成离子） 主要有电子电离源、化学电离源、火花电离源和高频火花源等
质谱分析法简介及其在检测认证领域中的应用 摘要：从1910年第一台质谱仪的研制成功，到今天100年的时间里，质谱经历了快速的发展，而质谱的应用也越来越广泛，它发挥的作用也越来越重要。本文对有机质谱的基本知识进行简单阐述，重点介绍了离子源和质量分析器部分。此外，本文还介绍了质谱分析法在食品安全、环境检测及一些环保法令要求等检测领域的应用。 关键词：质谱检测认证应用 一、前言 质谱分析是先将物质离子化，按离子的质荷比分离，然后测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法[1]。 随着质谱分析法的发展，此方法已经在很多科学研究以及生产领域得到广发应用，并促进了科学研究及生活生产力的发展。按研究对象划分，质谱分析法大致可分为同位素质谱分析、无机质谱分析以及有机质谱分析。本文将重点介绍有机质谱的基本知识及其在化学检测认证领域的应用。 二、有机质谱的基本介绍 对于一台质谱仪，主要由进样系统、离子源、质量分析器、检测器、计算机-数据系统、真空系统组成。离子源、质量分析器为质谱仪的核心部分。 2.1 离子源[2] 离子源是质谱仪最主要的组成部件之一，其作用是使被分析的物质电离成离子，并将离子会聚成一定能量和一定几何形状的离子束。由于被分析物质的多样性和分析要求的差异，物质电离的方法和原理也各不相同。常见的电离方法有电子轰击电离（EI）、化学电离（CI）、场电离（FI）和场解析（FD）、快原子轰击（FAB）、基质辅助激光解析电离（MALDI）、电喷雾电离（ESI）和大气压化学电离（APCI）。上述电离方式中，电子轰击电离在化学检测认证领域应用最为广泛。为了克服电子轰击电离中碎片离子峰太多而分子离子峰强度太低甚至没有的缺点，有时需要软电离（Soft Ionization）的数据相配合，其中化学电离、场电离和场解析、快原子轰击以及基质辅助激光解析电离都为软电离。电喷雾电离和大气压化学电离主要应用于高效液相色谱和质谱联用。 2.2 质量分析器[2] 质量分析器是质谱仪的主体部分。质量分析仪包括：单聚焦（Single-Focusing）和双聚焦(Duoble-Focusing)质量分析器、四级杆质量分析器（Quadrupole Mass Analyzer）、离子阱（Ion Trap）、飞行时间质谱计（Time of Flight）、傅立叶变换质谱计（Fourier Transform Mass Spectrometer）。单聚焦质量分析器使用扇形磁场，双聚焦质量分析器使用扇形电场和扇形磁场。这样的质量分析器曾经是有机质谱的主体，现在也仍然发挥作用。四极杆质量分析器的优点比较突出，现处于大力应用阶段。离子阱可实现“时间上”的多级串联质谱。飞行时间质谱计特别适合生物大分子的测定，以及做串联质谱的第二级。傅立叶变换质谱计的分辨率极高，远远超过其它质谱计。 三、在化学检测认证领域的应用 随着社会的发展，环境污染、食品安全等问题越受关注。本文着重从食品安全、环境检测以及环保指令等三方面介绍质谱技术的应用。 3.1 食品安全检测领域应用 民与食为天，食品安全问题是关系到国计民生的头等大事。特别是随着人们生活水平的
第九章质谱法 9.1 概述 质谱分析法（mass spectrometry）是通过样品离子的质量和强度的测定，来进行成分和结构分析的一种分析方法。 1．质谱过程与光谱过程对比 图9-1 质谱过程与光谱过程对比 质谱与光谱的过程类似，但基本原理不同（图9-1） 图9-1（3）显示了质谱的全过程：样品通过进样系统进入离子源，由于结构性质不同而电离为各种不同质荷比（m/z）的离子碎片，而后带有样品信息的离子碎片被加速进入质量分析器，在其磁场作用下，离子的运动半径与其质荷比的平方根成正比，因而使不同质荷比的离子在磁场中被分离，并按质荷比大小依次抵达检测器，经记录即得样品的质谱（mass spectrum MS）。 2．质谱分析法的特点和用途 质谱是定性鉴定与研究分子结构的有效方法。主要特点是： （1）灵敏度高，样品用量少：目前有机质谱仪的绝对灵敏度可达5 pg（pg为10－12 g），有微克量级的样品即可得到分析结果。 （2）分析速度快：扫描1～1000u①一般仅需1～几秒，最快可达1/1000秒，因此，可实现色谱-质谱在线联接。 （3）测定对象广：不仅可测气体、液体，凡是在室温下具有10－7Pa蒸气压的固体，如低熔点金属（如锌等）及高分子化合物（如多肽等）都可测定。 质谱法的用途： （1）求准确的分子量：由高分辨质谱获得分子离子峰的质量，可测出精确的分子量。 （2）鉴定化合物：如果事先可估计出样品的结构，用同一装置，同样操作条件测定标准样品及未知样品，比较它们的谱图可进行鉴定。 ①u=原子质量单位，1u=1.6605655×10－27kg
（3）推测未知物的结构：从离子碎片获得的信息可推测分子结构。 （4）测定分子中Cl 、Br 等的原子数：同位素含量比较多的元素（Cl 、Br 等），可通过同位素峰强度比及其分布特征推算出这些原子的数目。 9.2 质谱仪及其工作原理 9.2.1 原理 图9-2是质谱仪的示意图。质谱仪由离子化、质量分离和离子检测等三部分组成。 被气化的分子，受到高能电子流（～70eV ）的轰击，失去一个电子，变成带正电的分子离子。这些分子在极短的时间内，又碎裂成各种不同质量的碎片离子、中性分子或自由基。 在离子化室被电子流轰击而生成的各种正离子，受到电场的加速，获得一定的动能，该动能与加速电压之间的关系为： zV mv 212 = （9.1） m ——正离子质量，v ——正离子速度 z ——正离子电荷，V ——加速电压 图9-2 质谱分析仪示意图 加速后的离子在质量分析器中，受到磁场力（Lorentz 力）的作用，作圆周运动时，运动轨迹发生偏转。而圆周运动的离心力等于磁场力： m · R v 2 =Hzv （9.2） 式中H —磁场强度，R —离子偏转半径。 经整理： V 2H R z m 2 2= / （9.3） z m H V 2R 2 ? = （9.4） 后边两式，为磁偏转分析器的质谱仪方程。式中单位m ，原子质量单位；z ，离子所带电荷的数目；H ，高斯；V ，伏特；R ，厘米。 在上式，依次改变磁场强度H 或加速电压V ，就可以使具有不同质荷比m/z 的离子按次序沿半径为R 的轨迹飞向检测器，从而得到一按m/z 大小依次排列的谱—质谱。 9.2.2 离子源 离子源的功用是将样品分子或原子电离成离子。质谱仪的离子源种类很多，其原理和用途各不相同，离子源的选择对样品测定的成败至关重要，尤其当分子离子不易出峰时，选择适当的离子源，就能得到响应较好的质谱信息。下边简单介绍几种常用的离子源。 1．电子轰击源（Electron impact Source EI ） 电子轰击源由离子化区和离子加速区组成（见图9-3）。在外电场的作用下，用（8～100ev ）的热电子流去轰击样品，产生各种离子，然后在加速区被加速而进入质量分析器。这是一种最常用的离子化方法。
1．基本概念及术语 质谱分析法：质谱分析法是利用多种离子化技术，将物质分子转化为离子，选择其中带正电荷的离子使其在电场或磁场的作用下，按其质荷比m/z的差异进行分离测定，从而进行物质成分和结构分析的方法。 相对丰度：以质谱中基峰（最强峰）的高度为100%，其余峰按与基峰的比例加以表示的峰强度为相对丰度，又称相对强度。 离子源：质谱仪中使被分析物质电离成离子的部分。常见的有电子轰击源EI、化学电离源CI、快原子轰击源FAB等。 分子离子：分子通过某种电离方式，失去一个外层价电子而形成带正电荷的离子，用m·+表示。 碎片离子：当分子在离子源中获得的能量超过其离子化所需的能量时，分子中的某些化学键断裂而产生的离子。 亚稳离子：离子（m1+）脱离离子源后，在飞行过程中发生裂解而形成的低质量离子（m2+），通常用m+表示。 同位素离子：质谱图中含有同位素的离子。 单纯开裂：仅一个键发生开裂并脱去一个游离基，称单纯开裂。 重排开裂：通过断裂两个或两个以上化学键，进行重新排列的开裂方式。重排开裂一般脱去一中性分子，同时发生重排，生成重排离子。 2．重点和难点 （1）离子化机理及其特点 ①电子轰击电离（EI）：气化后的样品分子进入离子化室后，受到由钨或铼灯丝发射并加速的电子流的轰击产生正离子。轰击电子的能量大于样品分子的电离能，使样品分子电离或碎裂。电子轰击质谱能提供有机化合物最丰富的结构信息，有较好的重现性，其裂解规律的研究也最为完善，已经建立了数万种有机化合物的标准谱图库可供检索。其主要缺点在于不适用于分析难挥发和热稳定性差的样品。 ②化学电离（CI）：引入一定压力的反应气进入离子化室，反应气在具有一定能量的电子流的作用下电离或者裂解。生成的离子和反应气分子进一步反应或与样品分子发生离子-分子反应，通过质子交换使样品分子电离。化学电离属于软电离方式，通常准分子离子峰强度大，易获得有关化合物基团的信息。其主要缺点是重现性较差，且不适合于难挥发、热不稳定样品的分析。 ③快原子轰击（FAB）：将样品分散于基质（常用甘油等高沸点溶剂）制成溶液，涂布于金属靶上送入FAB离子源中。将经强电场加速后的惰性气体中性原子束（如氙）对准靶上样品轰击。基质中存在的缔合离子及经快原子轰击产生的样品离子一起被溅射进入气相，并在电场作用下进入质量分析器。此法优点在于离子化能力强，可用于强极性、挥发性低、热稳定性差和相对分子质量大的样品及EI和CI难于得到有意义的质谱的样品。FAB比EI容易得到比较强的分子离子或准分子离子；不同于CI的一个优势在于其所得质谱有较多的碎片离子峰信息，有助于结构解析。缺点是对非极性样品灵敏度下降，而且基质在低质量数区（400以下）产生较多干扰峰。FAB是一种表面分析技术，应注意优化表面状况的样品处理过程。 值得一提的是，在FAB离子化过程中，可同时生成正负离子，这两种离子都可以用质谱进行分析。样品分子如带有强电子捕获结构，特别是带有卤原子，可以产生大量的负离子。负离子质谱已成功用于农药残留物的分析。 （2）质谱中的主要离子及其在质谱解析中的作用 ①分子离子：大多数有机化合物分子通过某种电离方式，在离子源中失去一个电子而形成带正电荷的离子（z＝1），即分子离子。由于确认了分子离子即可确定化合物的相对分子质量，因而分子离子峰的正确识别十分重要。由CI、FAB等软电离方式获得的准分子离子，其作用与分子离子相当。分子离子峰一般位于质谱图中质荷比的最高端，但有时最高质荷比峰不一定是分子离子峰。其原因为： M+n（n＝1、2…）同位素峰可能出现在质荷比最高处；杂质峰可能出现在最高质荷比处；当样品分子的稳定性差时，分子离子峰很弱甚至不出现，此时最高质荷比的离子是碎片离峰子。 确认分子离子峰时应依据分子离子的稳定性规律及质量数的奇偶规律，即由C、H、O组成的化合物，
第十章质谱分析法 1．试说明质谱仪主要部件的作用及其工作原理。 答：质谱仪主要部件的作用及其工作原理如下： （1）真空系统：为了降低背景及减少离子间或离子与分子间的碰撞，离子源、质量分析器及检测器必须处于高真空状态。 （2）进样系统：质谱进样系统的目的是在不破坏仪器真空环境、具有可靠重复性的条件下将试样引入离子源。 （3）离子源：离子源的作用是使试样分子或原子离子化，同时具有聚焦和准直的作用，使离子汇聚成具有一定几何形状和能量的离子束。 （4）质量分析器：质量分析器的作用是将离子源产生的离子按m/z的大小分离聚焦。 （5）离子检测器和记录系统：经离子检测器检测后的电流，经放大器放大后，用记录仪快速记录到光敏记录纸上，或者用计算机处理结果。 2．有一束含有各种不同m/z值的离子，在一个具有固定狭缝位置和恒定电位的质谱仪中运动，磁感应强度慢慢地增加，首先通过狭缝的是最低还是最高m/z值的离子？为什么？ 答：首先通过狭缝的是m/z值最小的离子，因为固定狭缝位置，恒定电位和扫描磁场强度与质荷比成正比。 3．何谓分子离子？在质谱图中如何确定分子离子峰？ 答：（1）分子离子：有机化合物的分子在高真空下，被电子流轰击出一个电子，形成一个带正电的正离子，称为分子离子。
（2）分子离子峰的m/z 值就是中性分子的相对分子质量。 4．写出氯仿中所有12C、13C、35Cl、37Cl 可能的同位素组合。在质谱图上的分子离子区内有哪些同位素峰？ 答：氯仿可能的同位素组合有：12CH 35Cl 3，12CH 37Cl 3，13CH 35Cl 3，13CH 37Cl 3，12CH 35Cl 137Cl 2，12CH 35Cl 237Cl 1，13CH 37Cl 135Cl 2，13CH 37Cl 35Cl 1。 5．计算下列物质（M＋2）＋峰相对于M ＋峰的丰度。 （1）C 10H 6Br 2；（2）C 3H 7ClBr；（3）C 6H 4C12。 解：丰度比为35Cl:37Cl＝3:1，79Br:81Br＝1:1 （1）C 10H 6Br 2：1,1,2a b n ===，()121n a b +=++，所以[][]2:2:1M M ++ +=。（2）C 3H 7ClBr：1,1,1,3,1,1a b n a b n '''======，() ()3:4:1n n a b a b '''++=， 所以[][]2:4:3M M +++=。（3）C 6H 4Cl 2：3,1,2a b n ===，()961n a b +=++，所以[][]2:6:9M M ++ +=。6．某化合物质谱图在最高质量处有两个峰，m/z 172，m/z 187，并在附近找到亚稳离子峰m/z 170.6。试问离子峰m/z 172与m/z 187间是否存在裂解关系？m/z 187的峰是否为分子离子峰？ 解：设 m 1＝187，m 2＝172，m *＝170.6则m 22/m 1＝1722/187＝158.2≠170.6 所以m 1和m 2无裂解关系。
第十章质谱分析法 10.1 复习笔记 一、质谱分析法原理和仪器 1．质谱分析法基本原理 （1）工作过程 ①高速电子撞击气态分子或原子； ②将离子化后的正离子加速导入质量分析器中； ③按质荷比（m/z）的大小顺序进行收集和记录，即得到质谱图。 （2）质谱方程式 离子质荷比与运动轨道曲线半径R的关系 或 2．质谱仪器 （1）真空系统 为了降低背景及减少离子间或离子与分子间的碰撞，质谱分析系统必须处于高真空状态。 （2）进样系统 ①间接进样：气体或易挥发液体； ②直接进样：高沸点的试液、固体试样；
③色谱进样：用于色谱－质谱联用仪器中。 （3）离子源 ①作用 使试样分子或原子离子化，使离子汇聚成具有一定几何形状和能量的离子束。 ②类型 a．按试样离子化方式 气相离子源：电子轰击源、化学电离源、场致电离源。 解析离子源：场解析源、快原子轰击源、基质辅助激光解析电离源、电喷雾电离源、大气压化学电离源。 b．按离子源能量强弱 硬电离源、软电离源。 （4）质量分析器 ①作用 将离子源产生的离子按m/z的大小分离聚焦。 ②分类 a．单聚焦质量分析器； b．双聚焦质量分析器； c．四极滤质器（又称四级杆）； d．飞行时间质量分析器； e．离子阱质量分析器； f．傅里叶变换离子回旋共振分析器。 （5）离子检测器和记录系统
二、质谱图和主要离子峰 1．质谱图与质谱表 （1）质谱图 ①表示方法 以质荷比m/z为横坐标、离子相对强度为纵坐标来表示质谱数据。 ②棒图的特点 离子最强的峰为基峰，并规定其强度为100％。 （2）质谱表 以表格形式表示质谱数据。 2．质谱中主要离子峰 （1）分子离子峰 ①定义 分子离子峰是指质谱图中由所形成的峰。 ②意义 分子离子峰的m/z值是中性分子的相对分子质量M r。 ③分子离子峰的强弱的比较 芳环＞共轭烯＞烯＞酮＞直链烷烃＞醚＞酯＞胺＞酸＞醇＞高分子烃（2）碎片离子峰 ①碎片离子 当电子轰击的能量超过分子离子电离所需要的能量时，分子离子的化学键进一步断裂产生的质数较低的碎片。
第十章质谱分析法 一、教学基本要求 掌握质谱分析的基本原理，化合物裂解的一般规律，分子离子峰的特征及判定方法，质谱图的解析方法。能在质谱图中识别出分子离子峰、基峰、碎片离子峰。了解质谱仪的主要组成部分及功能。 二、基本概念与重点内容 1．质谱法原理、特点与作用 2. 质谱仪的工作过程和原理 3. 质谱图中离子峰的类型 有分子离子峰，同位素离子峰，碎片离子峰，重排离子峰，亚稳离子峰及基峰等。 4．分子离子峰 一般为质谱图中质荷比（m/z）最大的峰。从分子离子峰的m/z可得到该化合物的相对分子量，其相对强度可以大致指示被测化合物的类型。但需要注意的是并不是所有的化合物都有分子离子峰。 5．同位素离子峰 6．碎片离子峰 7．亚稳离子峰 8．基峰 在质谱图中相对强度最大的碎片离子峰。 9．判断分子离子峰的方法 10．有机化合物分子离子峰的稳定性顺序
芳香化合物＞共轭链烯＞烯烃＞脂环化合物＞直链烷烃＞酮＞胺＞酯＞醚＞酸＞支链烷烃＞醇． 11．N律 （1）由Ｃ，Ｈ，Ｏ组成的有机化合物，Ｍ一定是偶数。 （2）由Ｃ，Ｈ，Ｏ，Ｎ组成的有机化合物，Ｎ奇数，Ｍ奇数。 （3）由Ｃ，Ｈ，Ｏ，Ｎ组成的有机化合物，Ｎ偶数，Ｍ偶数。 分子离子峰与相邻峰的质量差必须合理。 12．质谱图解析的一般方法 ①由质谱图的高质量端确定分子离子峰，得出化合物的分子量。 ②查看分子离子峰的同位素峰组，通过元素的同位素丰度比，确定化合物的组成式。 ③由组成式计算出化合物的不饱和度，确定化合物种类、环和不饱和键的数目，进一步推测化合物的结构。 ④分别研究高质量和低质量端的碎片离子峰，分析分子碎裂的可能途径、生成的特征离子，确定化合物中可能含有的取代基，推测化合物所属的类型。 ⑤研究亚稳离子峰，找出某些离子之间的相互关系，进一步提出化合物的结构。 ⑥综合以上分析研究，从推测出的几种可能的结构中，确认最符合质谱数据的结构，同时结合样品的物理化学性质、红外、核磁等信息，确定化合物的结构。
第九章质谱法 一．教学内容 1.质谱分析法的基本概念、发展概况及特点 2.由质谱仪器结合质谱法的基本 质谱仪的工作流程 各主要部件的基本结构、基本原理及性能 掌握联用技术 3.质谱峰的类型、离子碎裂途径及有机化合物的质谱 4.质谱法的图谱解析及基本应用 二．重点与难点 1．各种离子源的基本原理、特点及适应性 2．各种重量分析器的基本结构、分析原理、特点及适用性 3．各类离子的碎裂机理及规律 4．质谱法的基本应用（分子量、分子式、结构式的确定） 三．教学要求 1．较好地掌握质谱分析法的基本基本 2．掌握掌握仪的基本结构、工作流程及性能指标 3．在较深入掌握单、双聚焦质量分析器的基础上，比较其它质量分析器的基本原理及特点 4．一般了建质谱联用技术 5．掌握简单图谱的解析，进行较简单化合物分子量、分子式及结构式的分析 四．学时安排3学时
质谱法是通过将样品转化为运动的气态离子并按质荷比 （m/z）大小进行分离记录的分析方法。所获得结果即为质谱图（亦称质谱）。根据质谱图提供的信息可以进行多种有机物及无机物的定性和定量分析、复杂化合物的结构分析、样品中各种同位素比的测定及固体表面的结构和组成分析等。 质谱仪早期主要用于原子量的测定和定量测定某些复杂碳氢混合物中的各组分等。1960年以后，才开始用于复杂化合物的鉴定和结构分析。实验证明，质谱法是研究有机化合物结构的有力工具。 第一节质谱仪 一、质谱仪的工作原理 质谱仪是利用电磁学原理，使带电的样品离子按质荷比进行分离的装置。离子电离后经加速进入磁场中，其动能与加速电压及电荷z有关，即 z e U = 1/2 mν2 其中z为电荷数，e为元电荷（e=1.60×10-19C），U为加速电压，m为离子的质量，ν为离子被加速后的运动速度。 具有速度ν的带电粒子进入质谱分析器的电磁场中，根据所选择的分离方式，最终实现各种离子按m/z进行分离。根据质量分析器的工作原理，可以将质谱仪分为动态仪器和静态仪器两大类。 在静态仪器中用稳定的电磁场，按空间位置将m/z不同的离子分开，如单聚焦和双聚焦质谱仪。 在动态仪器中采用变化的电磁场，按时间不同来区分m/z不同的离子，如飞行时间和四极滤质器式的质谱仪。 二、质谱仪的主要性能指标 （1）质量测定范围 质谱仪的质量测定范围表示质谱仪所能进行分析的
质谱分析法简介 第一节概论 从J.J. Thomson制成第一台质谱仪，到现在已有近90年了，早期的质谱仪主要是用来进行同位素测定和无机元素分析，二十世纪四十年代以后开始用于有机物分析，六十年代出现了气相色谱-质谱联用仪，使质谱仪的应用领域大大扩展，开始成为有机物分析的重要仪器。计算机的应用又使质谱分析法发生了飞跃变化，使其技术更加成熟，使用更加方便。八十年代以后又出现了一些新的质谱技术，如快原子轰击电离子源、基质辅助激光解吸电离源、电喷雾电离源、大气压化学电离源，以及随之而来的比较成熟的液相色谱-质谱联用仪，感应耦合等离子体质谱仪、付立叶变换质谱仪等。这些新的电离技术和新的质谱仪使质谱分析又取得了长足进展。目前质谱分析法已广泛地应用于化学、化工、材料、环境、地质、能源、药物、刑侦、生命科学、运动医学等各个领域。 质谱仪种类非常多，工作原理和应用范围也有很大的不同。从应用角度，质谱仪可以分为下面几类： 有机质谱仪：由于应用特点不同又分为： ①气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）。在这类仪器中，由于质谱仪工作原理不同，又有气相色谱-四极杆质谱仪，气相色谱-飞行时间质谱仪，气相色谱-离子阱质谱仪等。 ②液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）。同样，有液相色谱-四极杆质谱仪，液相色谱-离子阱质谱仪，液相色谱-飞行时间质谱仪，以及各种各样的液相色谱-质谱-质谱联用仪。 ③其他有机质谱仪，主要有： 基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪（MALDI-TOFMS） 付立叶变换质谱仪（FT-MS） 无机质谱仪，包括： ①火花源双聚焦质谱仪。 ②感应耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）。 ③二次离子质谱仪（SIMS） 以上的分类并不十分严谨。因为有些仪器带有不同附件，具有不同功能。例如，一台气相色谱-双聚焦质谱仪，如果改用快原子轰击电离源，就不再是气相色谱-质谱联用仪，而称为快原子轰击质谱仪（FAB-MS）。另外，有的质谱仪既可以和气相色谱相连，又可以和液相色谱相连，因此也不好归于某一类。在以上各类质谱仪中，数量最多，用途最广的是有机质谱仪。 除上述分类外，还可以从质谱仪所用的质量分析器的不同，把质谱仪分为双聚焦质谱仪，四极杆质谱仪，飞行时间质谱仪，离子阱质谱仪，付立叶变换质谱仪等。 第二节质谱分析法原理和仪器 质谱是确定化合物分子量的有力手段，它不仅能够准确测定分子的质量而且可以确定化合物的化学式和进行结构分析。本部分内容包括质谱分析法原理、质谱图和主要离子峰以及质谱分析法的应用。质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷比的测定来进行分析的一种分析方法。被分析的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电场或磁场的运动行为的不同，把离子按质荷比（m/z）分开而得到质谱，通过样品的质谱和相关信息，可以得到样品的定性定量结果。 一、质谱分析法基本原理 用高速电子束的撞击等不同方式使试样分子成为气态带正电离子，其中有分子离子M+和各种分子碎片阳离子。在高压
第十章质谱分析法 一、选择题 1．在质谱分析中，哪种类型的质量分析器具有最大的分辨率？（）[中山大学2016研] A．单聚焦质量分析器 B．双聚焦质量分析器 C．四级杆 D．飞行时间分析器 【答案】B 2．在磁场强度保持恒定，而加速电压从低到高的质谱仪中，哪种离子首先通过磁场运动半径R固定的收集器？（）[四川大学2012研] A．质荷比最高的正离子 B．质荷比最低的正离子 C．质量最大的正离子 D．质量最小的正离子 【答案】A 3．试指出下面哪一种说法是正确的？（）[四川大学2012研] A．质量数最大的峰为分子离子峰 B．C4H2N6O的分子离子峰是奇数
C．质谱法也是一种吸收光谱分析法 D．上述三种说法均不正确 【答案】D 4．使用双聚焦质谱仪可以得到更窄的峰和更高的分辨率，原因是（）。[厦门大学2011研] A．来自离子源的质荷比相同而初速度具有微小差别的离子通过双聚焦汇聚到一点B．电场聚焦能够色散质荷比相同而初速度具有微小差别的离子 C．磁场聚焦能够色散质荷比相同而初速度具有微小差别的离子 D．以上说法均不正确 【答案】A 【解析】静电分析器是将质量相同而速率不同的离子分离聚焦，即具有速率分离聚焦的作用。然后，经过狭缝进入磁分析器，再进行m/z方向聚焦。这种同时实现速率和方向双聚焦的分析器，称为双聚焦质量分析器。双聚焦分析器的优点是分辨率高。 5．按分子离子的稳定性排列下面的化合物次序应为（）。[南开大学2009研] A．苯＞共轭烯烃＞酮＞醇 B．苯＞酮＞醇＞共轭烯烃 C．共轭烯烃＞苯＞酮＞醇 D．苯＞共轭烯烃＞醇＞酮 【答案】A 【解析】分子离子峰的强弱，随化合物结构不同而异，其强弱顺序一般为：芳环＞共轭
质谱分析法 ⒈质谱仪由哪几部分组成？各部分的作用是什么？（划出质谱仪的方框示意图） ⒉离子源的作用是什么？试述几种常见离子源的原理及优缺点。 ⒊单聚焦磁质量分析器的基本原理是什么？它的主要缺点是什么？ ⒋何谓双聚焦质量分析器？其优越性是什么？ ⒌试述傅里叶变换质谱仪的基本原理。它的最大优越性是什么？ ⒍解释下列术语： 均裂、异裂、半异裂、分子离子（峰）、同位素离子（峰）、亚稳离子（峰）、麦氏重排、消除反应、奇电子离子、偶电子离子、氮律。 ⒎在质谱分析中，较常遇到的离子断裂方式有哪几种？ ⒏质谱仪的性能指标有哪些？ ⒐化合物的不饱和度（不饱和单元）如果计算？它有何意义？ ⒑认别质谱图中的分子离子峰应注意哪些问题？如何提高分子离子峰的强度？⒒某单聚焦质谱仪使用磁感应强度为0.24特的180o扇形磁分析器，分析器半径为12.7厘米，为了扫描15－200的质量范围，相应的加速电压变化范围为多少？ ⒓有一束含有不同值的离子通过一个具有固定狭缝位置和恒定加速电压V的质谱仪单聚焦磁分析器，磁场H由小到大扫描，首先通过出口狭缝而被检测的 是最小还是最大的离子？为什么？ ⒔用质谱法对四种化合物的混合物进行定量分析，它们的分子量分别为260.2504，260.2140，260.1201和260.0922，若以它们的分子离子峰作为分析峰，
需多大分辨率的质谱仪？ ⒕试计算C6H4N2O4及C12H24两化合物的×100的值（强度比）。 ⒖试计算下列分子的（M+2）与M 峰之强度比： ① C2H5Br； ② C6H5Cl； ③ C2H4SO2（忽略13C、2H的影响）。 ⒗试计算下列化合物的（M+2）/M 和（M+4）/M 峰之强度比： ① C7H6Br2； ② CH2Cl2； ③ C2H4BrCl（忽略13C、2H的影响）。 ⒘解释下列化合物质谱中某些主要离子的可能断裂途径： ①丁酸甲酯质谱中的43、59、71、74； ②乙基苯质谱中的91、92； ③庚酮-4质谱中的43、71、86； ④三乙胺质谱中的30、58、86。 ⒙写出分子离子峰142烃的分子式，峰强度比大概多少？ ⒚某一含有卤素的碳氢化合物Mr＝142，M+1峰强度为M的1.1％，试写出该化合物的可能结构式。 ⒛试判断下列化合物质谱图上，有几种碎片离子峰？何者丰度最高？