质谱分析

同济大学《材料研究方法》精品课程1111/51/51/51/51第第第第8888章章章章质质质质谱谱谱谱分分分分析析析析MassSpectrometryMassSpectrometryMassSpectrometryMassSpectrometryMSMSMSMS同济大学《材料研究方法》精品课程2222/51/51/51/51同济大学《材料研究方法》精品课程3333/51/51/51/51MSMSMSMS8.18.18.18.1概述概述概述概述8.8.8.8.2222质谱基本原理质谱基本原理质谱基本原理质谱基本原理8.8.8.8.3333离子的类型离子的类型离子的类型离子的类型8.48.48.48.4质谱定性分析及图谱解析质谱定性分析及图谱解析质谱定性分析及图谱解析质谱定性分析及图谱解析8.58.58.58.5质谱定量分析质谱定量分析质谱定量分析质谱定量分析8.6GC-MS8.6GC-MS8.6GC-MS8.6GC-MS联用技术联用技术联用技术联用技术8.78.78.78.7质谱分析在材料研究中的应用质谱分析在材料研究中的应用质谱分析在材料研究中的应用质谱分析在材料研究中的应用同济大学《材料研究方法》精品课程4444/51/51/51/51MSMSMSMS8888.1.1.1.1概述概述概述概述    质谱分析是现代物理、化学以及材料领域内使用质谱分析是现代物理、化学以及材料领域内使用质谱分析是现代物理、化学以及材料领域内使用质谱分析是现代物理、化学以及材料领域内使用的一个极为重要的工具的一个极为重要的工具的一个极为重要的工具的一个极为重要的工具，，，，已有已有已有已有80808080年历史。年历史。年历史。年历史。早期的质谱仪器主要用于测定原子质量、同位素早期的质谱仪器主要用于测定原子质量、同位素早期的质谱仪器主要用于测定原子质量、同位素早期的质谱仪器主要用于测定原子质量、同位素的相对丰度，以及研究电子碰撞过程等物理领域。的相对丰度，以及研究电子碰撞过程等物理领域。的相对丰度，以及研究电子碰撞过程等物理领域。的相对丰度，以及研究电子碰撞过程等物理领域。同济大学《材料研究方法》精品课程5555/51/51/51/51MSMSMSMS质谱质谱质谱质谱分析的定义：分析的定义：分析的定义：分析的定义：质谱分析方法是通过对样品离子的质量和质谱分析方法是通过对样品离子的质量和质谱分析方法是通过对样品离子的质量和质谱分析方法是通过对样品离子的质量和强度的测定来进行成分强度的测定来进行成分强度的测定来进行成分强度的测定来进行成分和结构分析的一种方法和结构分析的一种方法和结构分析的一种方法和结构分析的一种方法。。。。同济大学《材料研究方法》精品课程6666/51/51/51/51质谱法具有独特的电离过程及分离方式，从中质谱法具有独特的电离过程及分离方式，从中质谱法具有独特的电离过程及分离方式，从中质谱法具有独特的电离过程及分离方式，从中所获得的信息直接与样品的结构相关所获得的信息直接与样品的结构相关所获得的信息直接与样品的结构相关所获得的信息直接与样品的结构相关◆◆◆◆样品中各种样品中各种样品中各种样品中各种同位素同位素同位素同位素的比值的比值的比值的比值◆◆◆◆样品的结构和组成样品的结构和组成样品的结构和组成样品的结构和组成MSMSMSMS同济大学《材料研究方法》精品课程7777/51/51/51/51通过通过通过通过软电离软电离软电离软电离方法却可有效地测定各种化合物的方法却可有效地测定各种化合物的方法却可有效地测定各种化合物的方法却可有效地测定各种化合物的◆◆◆◆主体结构单元主体结构单元主体结构单元主体结构单元◆◆◆◆添加剂的化学结构添加剂的化学结构添加剂的化学结构添加剂的化学结构MSMSMSMS应用热裂解应用热裂解应用热裂解应用热裂解—质谱或热裂解质谱或热裂解质谱或热裂解质谱或热裂解----气相色谱气相色谱气相色谱气相色谱----质谱，质谱，质谱，质谱，可分别获得不同高分子结构特征的热裂解产物，从可分别获得不同高分子结构特征的热裂解产物，从可分别获得不同高分子结构特征的热裂解产物，从可分别获得不同高分子结构特征的热裂解产物，从而进一步揭示聚合物的链节以及序列分布。而进一步揭示聚合物的链节以及序列分布。而进一步揭示聚合物的链节以及序列分布。而进一步揭示聚合物的链节以及序列分布。同济大学《材料研究方法》精品课程8888/51/51/51/51图图图图8-18-18-18-1聚甲基丙烯酸乙酯的热裂聚甲基丙烯酸乙酯的热裂聚甲基丙烯酸乙酯的热裂聚甲基丙烯酸乙酯的热裂解解解解质谱图质谱图质谱图质谱图MSMSMSMSM/zM/zM/zM/z同济大学《材料研究方法》精品课程9999/51/51/51/518.28.28.28.2质谱基本原理质谱基本原理质谱基本原理质谱基本原理被分析的样品首先离子化被分析的样品首先离子化被分析的样品首先离子化被分析的样品首先离子化然后利用离子在电场或磁场中的运动性质，然后利用离子在电场或磁场中的运动性质，然后利用离子在电场或磁场中的运动性质，然后利用离子在电场或磁场中的运动性质，将离子按质荷比将离子按质荷比将离子按质荷比将离子按质荷比(M/e)(M/e)(M/e)(M/e)分开并按质荷比大小排列分开并按质荷比大小排列分开并按质荷比大小排列分开并按质荷比大小排列成谱图形式成谱图形式成谱图形式成谱图形式根据质谱图可确定样品成分、结构和相对分根据质谱图可确定样品成分、结构和相对分根据质谱图可确定样品成分、结构和相对分根据质谱图可确定样品成分、结构和相对分子质量。子质量。子质量。子质量。MSMSMSMS同济大学《材料研究方法》精品课程10101010/51/51/51/51图图图图8-38-38-38-3单聚焦质谱仪单聚焦质谱仪单聚焦质谱仪单聚焦质谱仪RmvHzv2同济大学《材料研究方法》精品课程11111111/51/51/51/51MSMSMSMS质谱仪器一般具备下述几个部分：质谱仪器一般具备下述几个部分：质谱仪器一般具备下述几个部分：质谱仪器一般具备下述几个部分：（（（（1111）进样系统）进样系统）进样系统）进样系统（（（（2222）离子源）离子源）离子源）离子源（（（（3333）质量分析器）质量分析器）质量分析器）质量分析器（（（（4444）检测器）检测器）检测器）检测器（（（（5555）附加的）附加的）附加的）附加的高真空系统高真空系统高真空系统高真空系统。。。。同济大学《材料研究方法》精品课程12121212/51/51/51/51图图图图8-18-18-18-1聚甲基丙烯酸乙酯的热裂聚甲基丙烯酸乙酯的热裂聚甲基丙烯酸乙酯的热裂聚甲基丙烯酸乙酯的热裂解解解解质谱图质谱图质谱图质谱图MSMSMSMS同济大学《材料研究方法》精品课程13131313/51/51/51/51MSMSMSMS8.2.18.2.18.2.18.2.1质谱仪的基本工作原理质谱仪的基本工作原理质谱仪的基本工作原理质谱仪的基本工作原理质谱仪的基本工作原理如图质谱仪的基本工作原理如图质谱仪的基本工作原理如图质谱仪的基本工作原理如图8-28-28-28-2所示。现以扇所示。现以扇所示。现以扇所示。现以扇形磁场单聚焦质谱仪为例形磁场单聚焦质谱仪为例形磁场单聚焦质谱仪为例形磁场单聚焦质谱仪为例（（（（图图图图8-38-38-38-3）））），将质谱仪，将质谱仪，将质谱仪，将质谱仪器各主要部分的作用原理讨论如下。器各主要部分的作用原理讨论如下。器各主要部分的作用原理讨论如下。器各主要部分的作用原理讨论如下。同济大学《材料研究方法》精品课程14141414/51/51/51/51图图图图8-38-38-38-3单聚焦质谱仪单聚焦质谱仪单聚焦质谱仪单聚焦质谱仪RmvHzv2同济大学《材料研究方法》精品课程15151515/51/51/51/51MSMSMSMS2.2.2.2.进样系统进样系统进样系统进样系统1111）气体扩散）气体扩散）气体扩散）气体扩散2222）直接进样）直接进样）直接进样）直接进样3333）气相色谱）气相色谱）气相色谱）气相色谱同济大学《材料研究方法》精品课程16161616/51/51/51/51进进进进样样样样系系系系统统统统同济大学《材料研究方法》精品课程17171717/51/51/51/51MSMSMSMS3.3.3.3.离子源离子源离子源离子源电子轰击、化学电离、场致电离、高频火电子轰击、化学电离、场致电离、高频火电子轰击、化学电离、场致电离、高频火电子轰击、化学电离、场致电离、高频火花电离、热电离、激光电离、表面电离。花电离、热电离、激光电离、表面电离。花电离、热电离、激光电离、表面电离。花电离、热电离、激光电离、表面电离。被分析的气体或蒸气首先进入仪器的离子源，转化为离子。图8-58-58-58-5为常用的电子轰击离子源。同济大学《材料研究方法》精品课程18181818/51/51/51/51MSMSMSMS电子由直热式阴极发射，在电离室正极和负极之间电子由直热式阴极发射，在电离室正极和负极之间电子由直热式阴极发射，在电离室正极和负极之间电子由直热式阴极发射，在电离室正极和负极之间施加直流电压，使电子得到加速而进入电离室中。施加直流电压，使电子得到加速而进入电离室中。施加直流电压，使电子得到加速而进入电离室中。施加直流电压，使电子得到加速而进入电离室中。当这些电子轰击电离室中的气体中的原子或分子当这些电子轰击电离室中的气体中的原子或分子当这些电子轰击电离室中的气体中的原子或分子当这些电子轰击电离室中的气体中的原子或分子时，该原子或分子就失去电子成为正离子时，该原子或分子就失去电子成为正离子时，该原子或分子就失去电子成为正离子时，该原子或分子就失去电子成为正离子((((分子离子分子离子分子离子分子离子))))：：：：eMeM2同济大学《材料研究方法》精品课程19191919/51/51/51/51同济大学《材料研究方法》精品课程20202020/51/51/51/51MSMSMSMSm/zm/zm/zm/z图图图图8-98-98-98-9甲基异丁基甲酮的质谱图甲基异丁基甲酮的质谱图甲基异丁基甲酮的质谱图甲基异丁基甲酮的质谱图同济大学《材料研究方法》精品课程21212121/51/51/51/51MSMSMSMS分子离子继续受到电子的轰击，使一分子离子继续受到电子的轰击，使一分子离子继续受到电子的轰击，使一分子离子继续受到电子的轰击，使一些化学键断裂，或引起重排以瞬间速度裂些化学键断裂，或引起重排以瞬间速度裂些化学键断裂，或引起重排以瞬间速度裂些化学键断裂，或引起重排以瞬间速度裂解成多种碎片离子解成多种碎片离子解成多种碎片离子解成多种碎片离子((((正离子正离子正离子正离子))))。。。。同济大学《材料研究方法》精品课程22222222/51/51/51/51MSMSMSMS离子源的作用是将试样分子转化为正离离子源的作用是将试样分子转化为正离离子源的作用是将试样分子转化为正离离子源的作用是将试样分子转化为正离子，并使正离子加速、聚焦为离子束，此离子，并使正离子加速、聚焦为离子束，此离子，并使正离子加速、聚焦为离子束，此离子，并使正离子加速、聚焦为离子束，此离子束通过狭缝而进入质量分析器。子束通过狭缝而进入质量分析器。子束通过狭缝而进入质量分析器。子束通过狭缝而进入质量分析器。同济大学《材料研究方法》精品课程23232323/51/51/51/51MSMSMSMS4.4.4.4.质量分析质量分析质量分析质量分析质量分析内主要为一电磁铁，自离子源发质量分析内主要为一电磁铁，自离子源发质量分析内主要为一电磁铁，自离子源发质量分析内主要为一电磁铁，自离子源发生的离子束在加速电极电场（生的离子束在加速电极电场（生的离子束在加速电极电场（生的离子束在加速电极电场（800-8000V800-8000V800-8000V800-8000V））））的作用下，使质量的作用下，使质量的作用下，使质量的作