概述

质谱仪器

质谱解析知

质谱分析方法

质谱技术的应用
 9.2  质谱仪器
 

  利用傅立叶变换离子回旋共振原理制成的质谱仪称为傅立叶变换离子回旋共振质谱仪(Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer),简称FT-MS。FT-MS有很多明显的优点:

分辨率极高,商品仪器的分辨可超过1×106,而且在高分辨率下不影响灵敏度,而双聚焦分析器为提高分辨率必须降低灵敏度。同时,FT-MS的测量精度非常好,能达到百万分之几,这对于得到离子的元素组成是非常重要的。
分析灵敏度高,由于离子是同时激发同时检测,因此比普通回旋共振质谱仪高4个量级,而且在高灵敏度下可以得到高分辨率。
具有多级质谱功能,详细请见第9.2.2.3节
可以和任何离子源相联,扩宽了仪器功能。
  此外还有诸如扫描速度快,性能稳定可靠,质量范围宽等优点。当然,另一方面,FT-MS由于需要很高的超导磁场,因而需要液氦,仪器售价和运行费用都比较贵。
9.2.1.3 检测器(Detecter)
  质谱仪的检测主要使用电子倍增器,也有的使用光电倍增管。图9.14是电子倍增器示意图。由四极杆出来的离子打到高能打拿极产生电子,电子经电子倍增器产生电信号,记录不同离子的信号即得质谱。信号增益与倍增器电压有关,提高倍增器电压可以提高灵敏度,但同时会降低倍增器的寿命,因此,应该在保证仪器灵敏度的情况下采用尽量低的倍增器电压。由倍增器出来的电信号被送入计算机储存,这些信号经计算机处理后可以得到色谱图,质谱图及其它各种信息。
9.2.1.4 真空系统(Vacuum system)
  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,因此,质谱仪的离子源和分析器都必须处在优于10-5 mbar的真空中才能工作。也就是说,质谱仪都必须有真空系统。一般真空系统由机械真空泵和扩散泵或涡输分子泵组成。机械真空泵能达到的极限真空度为10-3 mbar,不能满足要求,必须依靠高真空泵。扩散泵是常用的高真空泵,其性能稳定可靠,缺点是启动慢,从停机状态到仪器能正常工作所需时间长;涡轮分子泵则相反,仪器启动快,但使用寿命不如扩散泵。但由于涡轮分子泵使用方便,没有油的扩散污染问题,因此,近年来生产的质谱仪大多使用涡轮分子泵。涡轮分子泵直接与离子源或分析器相连,抽出的气体再由机械真空泵排到体系之外。
  以上是一般质谱仪的主要组成部分。当然,若要仪器能正常工作,还必须要供电系统,数据处理系统等,因为没有特殊之处,不再叙述。
  这样,一个有机化合物样品,由于其形态和分析要求不同,可以选用不同的电离方式使其离子化,再由质量分析器按离子的m/z将离子分开并按一定顺序排列成谱,经检测器检测即得到样品的质谱。图9.15是α-紫罗酮的质谱图。质谱图的横坐标是质荷比m/z ,纵坐标是各离子的相对强度。通常把最强的离子的强度定为100,称为基峰(图9.15 中为m/z=121),其他离子的强度以基峰为标准来决定。对于一定的化合物,各离子间的相对强度是一定的,因此,质谱具有化合物的结构特征。