原子質(zhì)譜法-ppt教學(xué)課件

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1、第6章原子質(zhì)譜法6.1概述質(zhì)譜法(Massspectrometry)是通過對(duì)被測(cè)樣品離子的質(zhì)荷比進(jìn)行測(cè)定的一種分析方法。被分析的樣品首先要離子化，然后利用不同離子在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)行為的不同，把離子按質(zhì)荷比（m/z）分離而得到質(zhì)譜，通過樣品的質(zhì)譜和相關(guān)信息，可以得到樣品的定性定量結(jié)果。從研究對(duì)象來看，質(zhì)譜法可以分為原子質(zhì)譜法(AtomicMassSpectrometry)和分子質(zhì)譜法(MolecularMassSpectrometry)。按研究樣品性質(zhì)或應(yīng)用領(lǐng)域可分為同位素質(zhì)譜、無機(jī)質(zhì)譜、有機(jī)質(zhì)譜，此外還有二次離子質(zhì)譜，氦質(zhì)譜等

2、。按質(zhì)譜儀器設(shè)計(jì)原理，主要是質(zhì)量分析器類型，可分為靜態(tài)儀器和動(dòng)態(tài)儀器兩大類。按離子源或離子化技術(shù)分類，如高頻火花電離質(zhì)譜，離子探針質(zhì)譜，電子轟擊質(zhì)譜、快原子轟擊質(zhì)譜等。6.1.2.質(zhì)譜法分類6.2.基本原理6.2.1.原子質(zhì)譜法基本過程原子質(zhì)譜分析包括以下幾個(gè)步驟：1.樣品原子化；2.轉(zhuǎn)化為離子流或離子束，一般為單電荷正離子；3.按質(zhì)量-電荷比（質(zhì)荷比，m/z）分離；4.計(jì)算各種離子的數(shù)目或測(cè)定由試樣形成的離子轟擊傳感器時(shí)產(chǎn)生的離子電流。因?yàn)樵?步中形成的離子多為單電荷，故m/z值通常就是該離子的質(zhì)量數(shù)。6.2.2質(zhì)譜法中的相對(duì)

3、原子質(zhì)量和質(zhì)荷比同位素（isotope）是指元素?fù)碛袃蓚€(gè)或兩個(gè)以上原子序數(shù)（質(zhì)子數(shù)）相同，而原子質(zhì)量不同的原子，它們分別有不同的中子數(shù)。同位素化學(xué)性質(zhì)相近，但物理性質(zhì)不同。6.2.2質(zhì)譜法中的相對(duì)原子質(zhì)量和質(zhì)荷比與其他分析方法不同，質(zhì)譜法中所關(guān)注的常常是某元素特定同位素的實(shí)際質(zhì)量或含有某組特定同位素的實(shí)際質(zhì)量。自然界中，元素的相對(duì)原子質(zhì)量（Ar）由下列式子計(jì)算：通常情況下，質(zhì)譜分析中所討論的離子為正離子。質(zhì)荷比為離子的原子質(zhì)量m與其所帶電荷數(shù)z之比。因此，12C1H4+的m/z=16.035/1=16.03513C1H42+的m

4、/z=17.035/2=8.5186.3.質(zhì)譜儀器6.3.1.質(zhì)譜儀器的基本組成6.3.2.分析系統(tǒng)6.3.2.1.離子源1.高頻火花離子源2.電感耦合等離子體離子源3.輝光放電離子源4.其他離子源：(1)激光離子源；(2)離子轟擊離子源；6.3.2.2.質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器(MassAnalyzer)是質(zhì)譜儀器的重要組成部分，它位于離子源和檢測(cè)器之間，其作用是依據(jù)不同方式將樣品離子按質(zhì)荷比（m/z）分離。l.磁質(zhì)量分析器6.3.2.2.質(zhì)量分析器單聚集質(zhì)譜儀分辨率低的主要原因在于它不能克服離子初始能量分散對(duì)分辨率造成的影響。為

5、了消除離子能量分散對(duì)分辨率的影響，通常在扇形磁場(chǎng)前加一扇形電場(chǎng)，扇形電場(chǎng)是一個(gè)能量分析器，不起質(zhì)量分離作用。6.3.2.2.質(zhì)量分析器2.四極濾質(zhì)器6.3.2.2.質(zhì)量分析器(1).交流電場(chǎng)中正離子遷程過程6.3.2.2.質(zhì)量分析器(2).復(fù)合電場(chǎng)內(nèi)正離子運(yùn)動(dòng)軌跡考慮施加在交流信號(hào)上的直流電壓的影響，對(duì)于相同動(dòng)能的離子，其動(dòng)量正比于質(zhì)量的平方根，因此改變重離子的運(yùn)動(dòng)行為比輕離子要困難些。如果離子的質(zhì)量重而且交流電壓的頻率高，交流電壓將不會(huì)對(duì)離子運(yùn)動(dòng)有顯著的響應(yīng)，而主要受直流電壓的影響。在此情況下，離子將留在電極之間的空腔內(nèi)。對(duì)于

6、質(zhì)量輕的離子，且交流頻率低的情況，離子將打在電極桿上，并在交流電壓的負(fù)半周期時(shí)被清除掉。在xz平面上一對(duì)正電極成為正離子很易通過的通道，即高通量濾質(zhì)器。在沒有交流電壓的時(shí)候，而帶有負(fù)直流電壓的一對(duì)電極桿將湮沒所有被吸引到電極桿上的正離子。不過，對(duì)較輕離子這種運(yùn)動(dòng)可以被交流電的振蕩抵消，在yz平面上，形成低通量濾質(zhì)器。6.3.2.2.質(zhì)量分析器(3).濾質(zhì)器掃描四極場(chǎng)只允許一種具有適當(dāng)穩(wěn)定振幅質(zhì)荷比的離子m通過。質(zhì)量大于穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)離子m的離子，將因振幅增大而碰到y(tǒng)方向電極被吸收;質(zhì)量小于m的離子則振幅不斷增大碰到x方向電極被吸收，穩(wěn)

7、定運(yùn)動(dòng)離子m以外，其余離子則因振幅不斷增大最后碰到四極桿而被吸收。四個(gè)電極上的交流和直流電壓從零到一最大值同步增加，其Udc/Urf不變,可使不同質(zhì)荷比m/z的離子依次分離，按順序通過四極場(chǎng)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量掃描。實(shí)際上通過設(shè)定電壓變化范圍即可設(shè)置樣品離子的掃描范圍。四極質(zhì)譜儀器的兩對(duì)電極桿形成高、低通帶，只有在一定質(zhì)荷比范圍的離子才能到達(dá)檢測(cè)器。此范圍的變化可由交流和直流的電壓來調(diào)節(jié)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)質(zhì)譜掃描。6.3.2.2.質(zhì)量分析器3.離子回旋共振分析器（IonCyclotronResonance，ICR）6.3.2.3.檢測(cè)器Farada

8、y杯結(jié)構(gòu)原理圖6.3.2.3.檢測(cè)器電子倍增器示意圖6.3.2.3.檢測(cè)器a不連續(xù)打拿極電子倍增器;b連續(xù)打拿極的電子倍增器6.3.2.4.真空系統(tǒng)為了保證離子源中燈絲的正常工作，保證離子在離子源和分析器正常運(yùn)行，消減不必要的離子碰撞，散射效應(yīng)，復(fù)合反應(yīng)和離子-