215 232
259 277
100
150
200
250
EI谱与CI谱的比较
127
7500e3 EI谱
99
5000e3
2500e3
31 43 55 71 83
143 115
189
O
144 173
203 221234
OH
C O CH2 CH3
50பைடு நூலகம்
100
150
200
OH
C O CH2 CH3
221
O
CI谱 1000e3
50
100
150
200
EI 源的特点： ➢电离效率高,灵敏度高； ➢常没分子离子峰； ➢离子碎片多,有丰富的结构信息； ➢有标准质谱图库（EI源独有；70 eV）； ➢只适用于易气化、热稳定的化合物。
（2）化学离子化源 (Chemical Ionization, CI) 离子源 flash 离子室内的反应气（甲烷等；样品浓度的1000倍
5. 真空系统
质谱仪需要在高真空下工作： 离子源（10-410-5 Pa） 质量分析器（10-6 Pa ）
➢大量氧会烧坏离子源的灯丝； ➢用作加速离子的几千伏高压会引起放电； ➢引起额外的离子-分子反应，改变裂解模型， 谱图复杂化; ➢影响灵敏度。
平均自由程：每两次连 续碰撞之间，一个粒子 自由运动的平均路程。
3. 灵敏度：仪器可以检测到的最小样品量
（二）质谱仪的结构
1 进样系统
2 离子源
3 质量分析器
真空系统
1 2 5
3 4
4 检测器
5 显示记录
1. 进样系统
在不降低真空度的条件下，将样品引入到离 子源中。
➢ 间歇式进样； ➢ 直接探针进样； ➢ 色谱进样。
（1）间歇式进样系统：气体、沸点低且易挥发的液 体、中等蒸汽压固体
电离源，电喷雾电离源，LC-MS联用仪等. ➢ 1922年和2002年 Nobel price
质谱仪的分类
➢有机质谱仪 ➢无机质谱仪 ➢同位素质谱仪 ➢气体分析质谱仪
有机质谱的策略
二、质谱仪(Mass Spectrometer)
(一) 质谱仪的性能指标
1. 分辨率：分开相邻质量数离子的能力（R）。 何为分开？
第十九章 质谱法
Mass Spectrometry, MS
仪器分析教研室 高毅华 gaoyihua022@ 22896376
有机四大谱
➢紫外可见吸收光谱：分子的共轭体系 ➢红外光谱：判断特征官能团 ➢核磁共振波谱：氢、碳等原子核的化学环境 ➢质谱：精确分子量和碎片离子信息推测有机物的 分子结构。
m1 m2
A: 未分开 分辨差
B:部分分开 分辨较差
C:全分开 分辨达到要求
相等强度的相邻峰，两 峰间的峰谷不大于峰高10% 时，可认为两峰已分开。
分辨率计算例题：
实际工作测量：
h
R<10000, 低分辨质谱仪 R>10000, 高分辨质谱仪
2. 质量测定范围：离子质荷比范围 无机质谱仪：2 ~ 250 有机质谱仪：10 ~ 数千
电喷雾电离源
Charged Droplets
+ +
+ -
+ - -++
--
+ +
+ +
Evaporation
++ ++
+-+--+-- +++
Analyte Ions
Solvent Ion Clusters Salts/Ion pairs Neutrals
+
+
+
++--++ ++-- ++
+
+++ 准分子离子
样品分子 气态离子 按m/z分离 质谱图
质谱分析过程
相对强度
质谱图
基峰
CH3CH2COOH
质荷比
1)根据质谱峰的质荷比测定化合物的分子量，推测 分子式及结构式
2)根据峰强度进行定量分析
质谱发展史
➢ 1911年: 世界第一台质谱装置（J.J. Thomson） ➢ 40年代: 同位素和无机元素分析 ➢ 50、60年代：有机物分析，GC-MS联用技术 ➢ 80年代：新的质谱技术出现，基质辅助激光解吸
真空度越高，带电粒子平均自由程越大，碰撞越难发生。
19.2 质谱图及有关概念
一、质谱图与质谱表
二、离子峰的主要类型
重排 离子峰
分子 离子峰
离子峰 类型
碎片 离子峰
同位素 离子峰
1. 分子离子峰
➢分子受高能电子撞击后，失去一个电子生成的正离子
M+e
M+ + 2e
➢分子离子峰数值等于相对分子质量
Pressure (Pa) 1.01 × 106 1.33 × 102 1.33 × 10-1 1.33 × 10-3 1.33 × 10-5 1.33 × 10-7
Mean Free Path (meters) 6.0 × 10-8 4.5 × 10-5 4.5 × 10-2 4.5 4.5 × 102 4.5 × 104
离子源的结构与性能对分析效果的影响极大， 被称为“质谱仪的心脏”
➢电子轰击电离源（EI） ➢化学电离源（CI） ➢场致电离源（FI） ➢电喷雾电离源（ESI） ➢大气压化学电离源(APCI) ➢基质辅助激光解吸电离 (MALDI)
（1）电子轰击源 (Electron Ionization, EI) 离子源 flash
+
++-- ++
+
+ 其他离子 试样离子
ESI 源的特点： ➢电喷雾源属软电离技术，产生准分子离子； ➢适用于强极性，大分子量的样品分析；如肽，蛋白 质，糖等； ➢电喷雾电离源的最大特点是容易形成多电荷离子； ➢主要用于液相色谱-质谱联用仪。
肌红蛋白电喷雾质谱图
（5）大气压化学电离源 (Atmospheric Pressure Chemical Ionization, APCI)
ABCD+
CD• + AB +
A•+ B+
碎
片
D• + C + 离
AB • + CD +
子
C•+ D+
EI 源质谱图
7500e3 5000e3 2500e3
127
99
31 43 55 71 83
143 115
O
OH
C O CH2 CH3
OH
C O CH2 CH3
O
M=220
189
144 173 203 221234
唯一可以确定分子量的方法，特别适用于生物大 分子分子量（数十万）测定。
质荷比的计算
质量 质荷比 =
电荷数
CH3-CH2-CH3+ CH3-CH2-CH32+
m 44 amu 44 z 1 m 44 amu 22 z 2
质谱分析过程
首先将分子离子化，然后在电场或磁场作用下， 利用离子质荷比的差异进行分离和检测，按质荷比 大小把离子排列成谱，得到质谱图。
➢加合离子与样品分子反应
C H5
RH
RH
2
CH4
} (M + 1)+ 准分子离子: (M ± 1)+
(M - 1)+
C2
H
5
RH
R
C2H6
采用CI源, 图谱简单，易测得分子量
CI 源质谱图
1000e3
O
221
OH
C O CH2CH3
500e3
OH
C O CH2CH3
O
M=220
0e3 73 87 100 117 127 143 157 172 189
准分子离子峰；液相色谱-质谱联用仪；中等极性物质
简介：基质辅助激光解吸电离(MALDI)
➢ 一种软电离新型有机质谱； ➢ 通过引入基质分子，使待测分子不产生碎片，解决
了非挥发性和热不稳定性生物大分子解吸离子化的 问题，是分析难挥发的有机物质的重要手段之一； ➢ 广泛应用于生物技术和制药企业的药物开发、科研 领域的生物分析和化学检测以及安全部门的核辐射 、化学物质和生物病原体的监测等。
（2）直接探针进样：高沸点液体及固体
对于蒸汽压低的样品进行衍生化后进样
例如：葡萄糖变成三甲基硅醚的衍生物
HO CH2OH O OH
HO OH
Me3SiCl
Me3SiO
CH2OSiMe3 O OSiMe3
Me3SiO OSiMe3
（3）色谱进样：色谱-质谱联用仪器，经色谱分离后 的流分，通过接口直接导入离子源。
（3）四极滤质器
四极滤质器flash 1
U + V cosωt
➢传输效率高 ➢扫描速度快 ➢分辨率较低
➢离子进入可变电场后，具合适曲率半径的离子可以通过 中心小孔到达检测器。 ➢改变 U 和 V 并保持 U/V 比值一定，可实现不同 m/e 离 子的检测。
4. 检测系统
将微弱的离子流信号接收并放大 电子倍增器
双聚焦质谱仪
➢静电分析器（ESA） ➢相同质荷比，速度 (能量)不同的离子会 聚 ➢分辨率高，价格昂贵
+ -
S1 离子源
磁场
S2 收集器
（2）飞行时间分析器
zeU =
1 2