现代分析测试技术3颗粒分析和质谱分析.ppt

《现代分析测试技术3颗粒分析和质谱分析.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代分析测试技术3颗粒分析和质谱分析.ppt（115页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、颗粒涉及的领域：能源环保：燃料颗粒、烟尘、雾霾矿业资源：无机矿物资源陶瓷材料：氧化铝、氧化锆陶瓷化学工业：催化剂冶金工业：粉末冶金材料、耐火材料电子材料：集成电路基板军事领域：固体推进剂机械工业：磨料、润滑剂矿物晶体氧化铝陶瓷高导热性BeO陶瓷铁基粉末冶金制品双面孔Al2O3基板高温电路基板东风21洲际导弹两级固体推进航天飞机颗粒粒Fine particle Fine particle 颗粒颗粒从个体颗粒出发，称为颗粒学从个体颗粒出发，称为颗粒学Powder Powder 粉体粉体从集合粉体出发，称为粉体工程学从集合粉体出发，称为粉体工程学直径D直径D、高度H？颗粒的大小人为规定了一些所谓尺寸

2、的表征方法人为规定了一些所谓尺寸的表征方法t三轴径t定向径t当量径高高度度h：颗粒粒最最低低势能能态时正正视投影投影图的高度的高度宽度度b：颗粒粒俯俯视投投影影图的最小平行的最小平行线夹距距长度度l：颗粒粒俯俯视投投影影图中中与与宽度度方方向向垂垂直直的的平平行行线夹距距三轴径三轴径设图中颗粒处于一水平面上，其正视和俯视投影图如图所示。这样在两个投影图中，就能定义一组描述颗粒大小的几何量：高、宽、长，定义规则如下hbl三三轴几何平均径：几何平均径：与与颗粒外接粒外接长方体体方体体积相等的立方体的棱相等的立方体的棱长 三轴平均径计算公式三轴平均径计算公式三三轴算算术平均平均值：立体立体图形的算形

3、的算术平均平均三三轴调和平均径和平均径：与与颗粒外接粒外接长方体比表面方体比表面积相等的球的相等的球的直径或立方体的一直径或立方体的一边长沿一定方向的颗粒的一维尺度。定向径包括三种沿一定方向的颗粒的一维尺度。定向径包括三种定向径定向径S1S2定向最大径定向最大径Martin径径（定方向等（定方向等分径）分径）Feret径径（定方向径）（定方向径）对于一个颗粒，随方向而异，定向径可取其所有方向的平均值；对取向随机的颗粒群，可沿一个方向测定。颗粒与球或投影圆有某种等量关系的球或投影圆的直径颗粒与球或投影圆有某种等量关系的球或投影圆的直径当量径当量径等效圆球体积直径等效圆球体积直径等效圆球体积直径等

4、效圆球体积直径等体积球当量径与颗粒同体积球的直径等表面积球当量径与颗粒等表面积球的直径比表面积球当量径与颗粒具有相同的表面积对体积之比，即具有相同的体积比表面的球的直径投影圆当量径Heywood径与颗粒投影面积相等的圆的直径等周长圆当量径与颗粒投影圆形周长相等的圆的直径与颗粒等体积的球的表面积与颗粒的表面积之比球形度球形度可以看出：1.；2.颗粒为球形时，达最大值。颗粒的形状一些一些规则形状体的球形度形状体的球形度：一个任意形状的一个任意形状的颗粒，粒，测得得该颗粒的粒的长、宽、高、高为l、b、h，定，定义方法与前面方法与前面讨论颗粒大小的三粒大小的三轴径径规定相同，定相同，则：扁平度延伸度扁

5、平度扁平度m与延伸度与延伸度n若以Q表示颗粒的几何特征，如面积、体积，则Q与颗粒粒径d的关系可表示为：式中，式中，k即即为形状系数。形状系数。对于于颗粒的面粒的面积和体和体积描描述，述，k有两种主要形式，分有两种主要形式，分别为：形状系数形状系数表面形状因子与的差别表示颗粒形状对于球形的偏离形状系数形状系数与的差别表示颗粒形状对于球形的偏离体积形状因子形状系数形状系数表面形状因子与体表面形状因子与体积形状因子的比形状因子的比值比表面积形状系数形状系数形状系数一些一些规则几何体的形状因子几何体的形状因子颗粒平均粒径计算公式40m）国际标准筛制：国际标准筛制：Tyler(泰勒泰勒)标准标准 单位：

6、目单位：目目数为筛网上目数为筛网上1英（英（25.4mm）寸长度内的网孔数）寸长度内的网孔数(a，d单位mm)25.4ad筛分的优缺点优点优点统计量大,代表性强便宜重量分布缺点缺点下限38微米人为因素影响大重复性差非规则形状粒子误差速度慢2.显微镜 采用定向径方法测量采用定向径方法测量光学显微镜0.25250m电子显微镜0.0015m显微镜测定粒度要求统计颗粒的总数：粒度范围宽的颗粒粒度范围宽的颗粒10000以上以上粒度范围窄的颗粒粒度范围窄的颗粒1000 左右左右显微镜方法的优缺点优点优点可直接观察粒子形状可直接观察粒子团聚光学显微镜便宜缺点缺点代表性差重复性差测量投影面积直径速度慢4.光衍

7、射法粒度测试光衍射法粒度测试测量原理 当光入射到颗粒时，会产生衍射，小颗粒衍射角大，而大颗粒衍射角小，某一衍射角的光强度与相应粒度的颗粒多少有关。测量原理示意图4激光衍射0.05500m4X光小角衍射 0.0020.1m测量方法 目目前前的的激激光光法法粒粒度度仪仪基基本本上上都都同同时时应应用用了了夫夫琅琅霍霍夫夫(Fraunhofer)衍衍射射理理论论和和米米氏氏(Mie)衍衍射射理理论论，前前者者适适用用于于颗颗粒粒直直径径远远大大于于入入射射波波长长的的情情况况，即即用用于于几几个个微微米米至至几几百百微微米米的的测测量量；后后者者用用于于几几个个微微米以下的米以下的测测量量。4激光衍

8、射激光衍射法原理图激光衍射法原理图激光器激光束透镜样品池透镜衍射光束未衍射光束光传感器列阵中心传感器粉末5.电传感法粒度感法粒度测试测量原理 当一个小颗粒通过小孔时，所产生的电感应，即电压脉冲与颗粒的体积成正比。无无颗粒粒时单元的元的电阻阻有有颗粒粒时单元的元的电阻阻仪器器对脉冲脉冲计数并数并归档，即可档，即可计算出有关粒度参量算出有关粒度参量6.沉降法法粒度沉降法法粒度测试测量原理 在具有一定粘度的粉末悬浊液内，大小不等的颗粒自由沉降时，其速度是不同的，颗粒越大沉降速度越快。如果大小不同的颗粒从同一起点高度同时沉降，经过一定距离(时间)后，就能将粉末按粒度差别分开。测量原理示意图t=0t=t

9、1t=t2t=t3光吸收率时间t1t2t304重力沉降10300m4离心沉降0.0110m测量方法优点测量重量分布代表性强经典理论,不 同 厂 家仪器结果对比性好价格比激光衍射法便宜缺点对于小粒子测试速度慢,重复性差非球型粒子误差大不适应于混合物料动态范围比激光衍射法窄沉降法方法的优缺点 常见粒度分析方法统计方法代表性强,动态范围宽分辨率低筛分方法38微米-沉降方法0.01-300微米光学方法0.001-3500微米非统计方法分辨率高代表性差,动态范围窄重复性差显微镜方法光学1微米-电子0.001微米-电域敏感法0.5-1200微米 常见粒度分析方法粒度测定方法的选定主要依据以下一些方面：1.

10、颗粒物质的粒度范围；2.方法本身的精度；3.用于常规检验还是进行课题研究。用于常规检验应要求方法快速、可靠、设备经济、操作方便和对生产过程有一定的指导意义；4.取样问题。如样品数量、取样方法、样品分散的难易程度，样品是否有代表性等；5.要求测量粒度分布还是仅仅测量平均粒度；6.颗粒物质本身的性质以及颗粒物质的应用场合。粒度粒度测定方法的定方法的选定定颗粒粒浓度度测量方法量方法l 浊度法l 光散射法l 光闪烁法l 震荡天平法l 射线法 1 1、浊度法度法 光通过烟气时，光吸收和散射测量光，从而减少光的强度，通过测量光的透过率来计算颗粒物浓度。方法：单光程、双光程 光源：红光或远红外技技术特点：特

11、点：可以连续监测颗粒物浓度；因振动、温度等因素易使光路发生偏移；光学器件易受烟气污染，应定期擦拭；受烟气中颗粒物特性及尺寸分布的影响；对于湿式除尘器的场合，选用应慎重；不适合低浓度；单光程透光度颗粒物监测仪器 双光程透光度颗粒物监测仪器 2 2、光散射法、光散射法颗粒物粒物监测仪器器 将一束光射入烟道，激光与烟尘作用产生散射，散射光强度与烟尘的散射截面成正比，浓度高，截面成比例增大，散射光增强，从而得到颗粒物烟尘浓度。方法：前散射法、后散射法、边散射法光源：红光或可见光技技术特点：特点：易安装维护；适合低浓度；受烟气中颗粒物特性及尺寸分布的影响；受水滴影响。后散射法颗粒物监测仪器 3 3、光、

12、光闪烁法法颗粒物粒物监测仪器器 原理：原理：当颗粒物通过光束时，用检测器检测浊度的快速波动。波动光与平均光比值，得到颗粒物浓度。技技术特点：特点：一般单通道；能够测低浓度尘；校零校标困难；受低流速影响；颗粒物密度影响；液滴影响。4 4、射射线法法颗粒物粒物监测仪器器 原理：使已知体积的烟气通过收集颗粒物的滤膜，由测量吸收的射线确定颗粒物质量浓度。技术特点：直接测量质量浓度；不受颗粒物特性影响；液滴影响；抽取式采样存在困难。射线法颗粒物监测仪器测量颗粒粒度和浓度的消光法n 单颗粒子的消光效率n Lambert-Beer定律n 具有粒径分布的粒子云辐射消光系数n 运用多波长消光法测量颗粒粒径分布和

13、浓度单颗粒的消光效率因子n 根据Mie散射理论，单颗粒子的散射效率因子(efficiency factor for scattering)和消光效率因子(efficiency factor for extinction)分别为n n：Ricatti-Bessel函数,n_Hankel函数n m：粒子的复折射率，m=n+ikn：粒子的尺寸参数，=D/n D：粒子直径n 其中，n 为叙述方便，可以将单颗粒子的消光效率表示为测量颗粒浓度分布的消光法n 单颗粒子的消光效率n Lambert-Beer定律n 具有粒径分布的粒子云辐射消光系数n 运用多波长消光法测量颗粒粒径分布和浓度具有粒径分布的粒子云辐

14、射消光系数n N(D)：该组分颗粒的数密度n N(D)dD：单位体积内粒径在DD+dD之间该组分颗粒的数目n 粒子云辐射消光系数n 粒子云体积浓度fv与颗粒数密度N(D)之间有如下关系:测量颗粒浓度分布的消光法n 单颗粒子的消光效率n Lambert-Beer定律n 具有粒径分布的粒子云辐射消光系数n 运用多波长消光法测量颗粒粒径分布和浓度LIiIon 如果忽略辐射传输中粒子内向散射的作用,辐射传递可以用Lambert-Beer定律进行描述:n 将Mie理论计算的辐射减弱系数Kext代入上式，即可得到n 定义平均消光效率因子Qext和体面积平均直径Q32n 粒子云消光系数与颗粒体积浓度关系可写

15、成测量颗粒浓度分布的消光法n 单颗粒子的消光效率n Lambert-Beer定律n 具有粒径分布的粒子云辐射消光系数n 运用多波长消光法测量颗粒粒径分布和浓度n 将粒径分成M档，设直径为Di的粒子有Ni个，则积分可变为求和运算n 这个方程是基于单波长的，其中有M个未知数。如果我们进行M个波长下的测量，可以得到M个方程，由此可以得到如下的线性方程组，Ni（i=1,M）即可进行求解j=1,2,.,M n 将方程组写成矩阵形式E=CTN，其中常数c=-L/4 n 解这个方程组，即可得到各个档的颗粒数密度Nin 因此求得颗粒数密度分布后，还可以转化到以颗粒的体积或重量表示的尺寸分布Nin 分档粒子的体

16、积浓度fv(D)，重量浓度w(D)与颗粒数密度N(D)之间具有如下关系质谱法定义定义一：测定和解析物质的质量谱，用以分析研究同位素丰度、物质组分，包括化合物的碎裂过程、反应机构、电离电压、结合能、分子构造和热力学性质等的方法。(所属学科：机械工程等）定义二：用电场和磁场将运动的离子(带电荷的原子、分子或分子碎片)按它们的质荷比分离后进行检测的方法。（所属学科：生物化学与分子生物学等）发展历史1912年:世界第一台质谱装置（J.J.Thomson）40年代:质谱仪用于同位素测定50年代:分析石油60年代:研究GC-MS联用技术70年代:计算机引入80年代：非挥发性或热不稳定分子的分析进一步促进了

17、MS的发展90年代：由于生物分析的需要，一些新的离子化方法得到快速发展目前一些仪器联用技术如GC-MS，HPLC-MS，GC-MS-MS，ICP-MS等正大行其道1898年，维恩研究了哥尔茨坦（Goldstein）发现的极隧射线，得到的结论是，它们是带正电的射线。他用磁场和电场测量了极隧射线的偏转，结论是它们由带正电的粒子组成，质量至少不比氢原子轻。大约二十年后，维恩所用的方法发展成为质谱仪，使得人们有可能精确地测量各种原子及其同位素的质量。W.维恩气体放电管里从阴极孔中穿出的快速带电原子或分子流，这种带电粒子流与管中气体分子的非弹性碰撞，可以引起气体的电离和发光，如果打在固体，如玻璃放电管管

18、壁上，还会产生荧光。极隧射线中不仅有正离子，还由于电荷转移而存在中性粒子和负离子。1913年J.J.汤姆孙和F.W.阿斯顿用磁偏转仪证实氖有两种同位素.F.W.阿斯顿于1919年制成一台能分辨一百分之一质量单位的质谱计，用来测定同位素的相对丰度，鉴定了许多同位素。但到1940年以前质谱计还只用于气体分析和测定化学元素的稳定同位素。后来质谱法用来对石油馏分中的复杂烃类混合物进行分析，并证实了复杂分子能产生确定的能够重复的质谱,之后才将质谱法用于测定有机化合物的结构,开拓了有机质谱的新领域。质谱分析原理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，

19、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，得到样品的定性定量分析结果。仪器组成MS仪器一般由进样系统、电离源、质量分析器、真空系统和检测系统构成。进样系统对进样系系统的的要要求求：重重复复性、不引起真空度降低。性、不引起真空度降低。进样方式：方式：间歇式歇式进样 直接探直接探针进样 色色谱进样对于气体及沸点不高、易于挥发的液体，可以用图中上方的进样装置。贮样器为玻璃或上釉不锈钢制成，抽低真空(1Pa)，并加热至 150，试样以微量注射器注入，在贮样器内立即气化为蒸气分子，然后由于压力梯度，通过漏孔以分子流形式渗透入高真空的离

20、子源中。对于高沸点的液体、固体,可以用探针(probe)杆直接进样。调节加热温度，使试样气化为蒸气。此方法可将微克量级甚至更少试样送入电离室。探针杆中试样的温度可冷却至约-100，或在数秒钟内加热到较高温度(如 300 左右)。故可以引入样品量较小和蒸汽压较低的物质。离子源（离子源（Ion source）作用：使样品电离产生带电粒子（离子）束的装置离子源种类：电子电离源(EI)化学电离源(CI)快原子轰击(FAB)电喷雾源(ESI)大气压化学电离(APCI)基质辅助激光解吸电离(MALDI)激光解吸源(LD)电子轰击离子源(EI)进入的样品，以气体形式进入离子源，由灯丝F发出的电子与样品分子发

21、生碰撞使样品分子电离。一般情况下，灯丝F与接收极T之间的电压为70伏，所有的标准质谱图都是在70ev下做出的。在70ev电子碰撞作用下，有机物分子可能被打掉一个电子形成分子离子，也可能会发生化学键的断裂形成碎片离子。由分子离子可以确定化合物分子量，由碎片离子可以得到化合物的结构。特点：使用最广泛，谱库最完整；电离效率高；结构简单，操作方便；但分子离子峰强度较弱或不出现（因电离能量最高）。化学电离源(CI)u有些化合物稳定性差，用EI方式不易得到分子离子，因而也就得不到分子量。为了得到分子量可以采用CI电离方式。CI和EI在结构上没有多大差别。或者说主体部件是共用的。其主要差别是CI源工作过程中

22、要引进一种反应气体。反应气体可以是甲烷、氨等。反应气的量比样品气要大得多。灯丝发出的电子首先将反应气电离，然后反应气离子与样品分子进行离子-分子反应，并使样品气电离u化学电离的过程是一种低能量的过程，远远比电子轰击离子化弱，因此是一种“软电离”技术。由于化学电离的碎片少，因此，主要生成高强度的分子离子峰。CI经常被用于测量化合物的分子量。对于未知化合物，用电子轰击源得到碎片信息，而用化学电离获得分子量的信息 真空系统真空系统质谱仪中所有部件均要处于高度真空的条件下（离子源：10-310-5Pa；质量分析器：10-6Pa），其作用是减少离子碰撞损失。真空度过低，将会引起：a）离子源的灯丝会被大量

23、氧烧坏b）干扰离子源正常调节c）用作加速离子的几千伏高压会引起放电d）引起额外的离子分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化检测器(Detector)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。右上图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。质谱图 定义：以质荷比m/z为横座标，以

24、对基峰（最强离子峰，规定相对强度为100%）相对强度（或称丰度，abundance）为纵座标所构成的谱图，称之为质谱图。丙酮质谱仪性能指标 包括灵敏度，分辨率，质量范围，质量稳定性和质量精度等。a、灵敏度质谱仪的灵敏度有绝对灵敏度、相对灵敏度和分析灵敏度等几种表示方法。绝对灵敏度是指仪器可以检测到的最小样品量；相对灵敏度是指仪器可以同时检测的大组分与小组分含量之比；分析灵敏度则是指输入仪器的样品量与仪器输出的信号之比。b、分辨率质谱仪的分辨率表示质谱仪把相邻两个质量分开的能力，常用R表示。其定义是，如果某质谱仪在质量M处刚刚能分开M和M+M两个质量的离子，则该质谱仪的分辨率为R=M/M。还有一

25、种定义分辨的方式：如果质量为M的质谱峰其峰高50%处的峰宽（半峰宽）为M。则分辨率为R=M/M。c、质量范围质谱仪的质量测量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，通常采用以12C来定义的原子质量单位来量度。在非精确测定质量的场合中，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，其数值等于相对质量数的整数。气体质谱仪的质量测量范围一般较小，为2100，有机质谱仪一般可达几千，而现代质谱仪可测量达几万到几十万质量单位的生物大分子样品。d、质量稳定性和质量精度质量稳定性主要是指仪器在工作时质量稳定的情况，通常用一定时间内质量漂移的质量单位来表示。例

26、某仪器质量稳定性：0.1amu/12hr，意 思 是 该 仪 器 在 12小 时 之 内，质 量 漂 移 不 超 过 0.1amu。质量精度是指质量测定的精确程度。常用相对百分比表示，例如，某化合物的质量为1520473amu，用某质谱仪多次测定该化合物，测得的质量与该化合物理论质量之差在0.003amu之内，则该仪器的质量精度为百万分之二十（20ppm）优缺点优点：灵敏度高，样品用量少，分析速度快，分离和鉴定同时进行等 缺点：设备价格高，仪器种类繁多，不同仪器应用特点也不同，质谱分析法对样品也有一定的要求 从应用角度，质谱仪可以分为下面几类：有机质谱仪：气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）由于

27、质谱仪工作原理不同，又有气相色谱-四极质谱仪，气相色谱-飞行时间质谱仪，气相色谱-离子阱质谱仪等。液相色谱-质谱联用仪（LC-MS）同样由于质谱仪工作原理不同，有液相色谱-四器极质谱仪，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。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）傅立叶变换质谱仪（FT-MS）无机无机质谱仪质谱仪：火花源双聚焦质谱仪感应耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）二次离子质谱仪（SIMS）同位素同位素质谱仪质谱仪气体分析气体分析质谱仪质谱仪：主要有呼气质谱仪，氦质谱检漏仪等质量分析器作作用用：依

28、依据据不不同同方方式式，将将离离子子源源产产生生的的不不同同碎碎片片按按质质荷荷比比m/z分开。分开。质质量量分分析析器器类类型型：磁磁分分析析器器（单单聚聚焦焦、双双聚聚焦焦）、飞飞行行时时间间、四四极极滤滤质质器器（四四极极杆杆）、离离子子阱阱、傅傅里里叶叶变变换换离离子子回回旋旋共共振振等。等。1.单聚焦质量分析器依据离子在磁场的运动行为，将不同质量的离子分开依据离子在磁场的运动行为，将不同质量的离子分开进入分析器前，加速离子的动能为：进入分析器前，加速离子的动能为：当具有一定动能的正离子进入垂直与离子速度方向的均匀磁场时，在磁场力的作用下，将改变运动方向作圆周运动。则运动离心力必然和磁

29、场力相等，故：质谱方程式：和方方向向聚聚焦焦：相相同同质质荷荷比比，入射方向不同的离子会聚；入射方向不同的离子会聚；由由于于离离子子初初始始能能量量不不同同，经经过过磁磁场场后后其其偏偏转转半半径径也也不不同同，而而是是以以能能量量大大小小的的分分开开，即即磁磁场场也也具具有有能能量量色色散散作作用用，这这样样就就会会使使得得相相邻邻两两种种质质量量的的离离子子很很难难分分开开，分分辨辨率率不不高高，适适合合于能量分散较小的离子源。于能量分散较小的离子源。单单聚聚焦焦分分析析器器：进进入入离离子子源源的的离离子子初初始始能能量量不不为为零零，且且能能量量各各不不相相同同，加加速速后后的的离离子

30、子能能量量也也不不相相同同，运运动动半半径径差异，难以完全聚集。差异，难以完全聚集。离子能量分散对分辨率的影响 2.双聚焦质量分析器为为了了消消除除离离子子能能量量分分散散对对分分辨辨率率的的影影响响，通通常常在在扇扇型型磁磁场场前前附附加加一一个个扇扇型型电电场场（静静电电分分析析器器），进进入入电电场场的的离离子受到一个静电力的作用，改做圆周运动：子受到一个静电力的作用，改做圆周运动：双聚焦质量分析器方向聚焦：相同质荷比，入射方向不同的离子会聚方向聚焦：相同质荷比，入射方向不同的离子会聚能量聚焦：相同质荷比，速度能量聚焦：相同质荷比，速度(能量能量)不同的离子会聚不同的离子会聚静电分析器将

31、具有相同速度（或能量）的离子分成一类；进入磁分析器后，再将具有相同质荷比而能量不同的离子进行分离。分辨率高，可达150000，但体积大。3.四极滤质器（四极杆质量分析器）由由四四根根截截面面为为双双曲曲面面或或圆圆形形的的棒棒状状电电极极组组成成，两两组组电电极极间间施施加加一一定定的的直直流流电电压压和和射射频频电电压压，产产生生一一动动态态电电场场。当当离离子子束束进进入入筒筒形形电电极极所所包包围围的的空空间间后后，离离子子做做横横向向摆摆动动，在在一一定定的的电电压压和和频频率率，以以及及一一定定的的尺尺寸寸条条件件下下，只只有有合合适适的的m/z的的离离子子能能够够到到达达收收集集器

32、器并并发发出出信信号号，其其他他离离子子在在运运动动的的过过程程中中撞撞击击在在筒筒形形电电极极上上而而被被“过过滤滤”掉掉，最最后后被被真真空泵抽走。空泵抽走。特点：结构简单、体积小，分析速度快，常用在需要快速扫描的GC-MS连用及空间卫星上进行分析。分辨率较高（比磁分析器略低）准确度和精密度低于磁偏转分析器，对质量较高的离子有质量歧视反应。改变电压或者频率就可以实现不同的m/z离子的检验4.离子阱质量分析器双双曲曲线线表表面面的的中中心心环环形形电电极极和和两两个个端端盖盖电电极极形形成成一一个个势势阱阱构构成成可可变变电电场场(与与四四极极质质量量分分析析仪仪相相似似)特特定定电电离离子

33、子在在一一定定轨轨道道上上旋旋转转改改变变电电压压可可使使相相同同m/z离离子子依依次次离开进入电子倍增器而分离。离开进入电子倍增器而分离。横截面特点：结构简单；易操作；灵敏度高5.飞行时间质量分析器利利用用从从离离子子源源飞飞出出的的离离子子其其动动能能基基本本相相等等，但但在在加加速速电电压压作作用用下，不同下，不同m/z的离子飞行速率不一样：的离子飞行速率不一样：质质荷荷比比小小的的离离子子飞飞行行速速度度快快，通通过过不不同同m/z的的离离子子到到达达检检测测器器的时间不同而被检测。的时间不同而被检测。特点：结构简单、扫描速率快、特点：结构简单、扫描速率快、灵敏度高、质量范围宽灵敏度高

34、、质量范围宽 可用于生物大分子、高分子聚合物等高质量离子的分析可用于生物大分子、高分子聚合物等高质量离子的分析检测器电子倍增器或光电倍增管 从四极杆或离子阱出来的离子被电子倍增器或光电倍增管检测。在一个给定时间，只有一种质荷比的离子被检测到。在检测器内，离子产生的信号与离子总量呈正比。质荷比与离子强度的关系图就是质谱图。对于电子倍增器，进入的离子产生一组电子，起到放大信号的作用。对于光电倍增器，离子转换成光子之后，再被检测。电子倍增器的设计简单，而光电倍增器的寿命较长，两种类型的检测器都很常用。数据采集及分析系统 数据采集及分析系统是质谱仪的一个组成部分。从数据采集、结果显示、生成报告，都由计

35、算机操作。分析分为两类：定性分析 定量分析-目标化合物分析定性分析应用 质谱图中一条条的线段代表分子离子峰和碎片离子的质荷比。可以使用谱库检索分析物的特征谱图，根据质谱图来推断化合物的结构。在谱库检索时，工作站通过峰匹配将样品质谱图与谱库中的标准谱图相比较。谱图检索是一种从大量化合物中进行筛选的过程。这种方法只有两个变量，即质荷比和相对峰强度。而质谱图只是化合物的特征，可能不是唯一的。对于具有相似碎裂指纹的化合物（比如同分异构体）很难根据谱图鉴别，另外，其他因素也会影响化合物的判别，此时需要通过其他方式来做进一步判断。定量分析目标化合物分析 目标离子是目标化合物的离子特征，即在相近保留时间下，

36、用以此化合物区分于另一个化合物。提取离子色谱图可以用于化合物的定量分析。GC-MS定量分析方法类似于色谱法定量分析。由GC-MS得到的总离子色谱图或质量色谱图，其色谱峰面积与相应组分的含量成正比，若对某一组份进行定量测定，可以采用色谱分析法中的归一化法、外标法、内标法等不同方法进行。由于质谱分析具有灵敏度高，样品用量少，分析速度快，分离和鉴定同时进行等优点，质谱技术正广泛地应用于化学，化工，环境，能源，医药，运动医学，刑侦科学，生命科学，材料科学等各个领域，并且随着技术的提高，将会有一个更加美好的前景。生物质谱技术在生命科学研究中的应用传统的对单个蛋白质进行研究的方式已无法满足后基因组时代的要

37、求。在20世纪90年代中期，国际上产生了一门新兴学科蛋白质组学(proteomics)。在蛋白质组学研究流程中，蛋白质鉴定是最关键的一环，而质谱技术是蛋白质研究中必不可少的工具，并已成为蛋白质组研究中的主要支撑技术。目前，生物质谱的发展趋势是将不同类型的质量分析器串联起来，以提高质谱的工作性能和适用范围。采用生物质谱技术对蛋白质的复杂性进行分析，较之传统方法更加准确，更加灵敏，所需样品量大大减少，一天就能完成上千个样本的分析，从而缩短了科研时间，使对蛋白质进行大规模分析、鉴定成为可能。由此可见，生物质谱技术的出现对于蛋白质组学的研究具有里程碑的意义。质谱分析技术的应用在组合化学中的应用组合化学

38、是一门交叉性科学，以有机化学为基础，与生物化学、药物化学紧密结合，并涉及到数学、物理学、计算机等多门学科。用传统的方法研究新药的缺点：从初始先导化合物发现到试用于临床研究的药物候选分子确定需1-2年时间。利用质谱法，可将分析速度提高10倍，与合成速度相匹配，因而成为首选的分析方法。到目前为止，已有三种质谱技术应用于组合化合物库的样品分析。质谱在组合化学中的应用主要分成两大类：检测固相产物和固相反应；从化合物库中确定活性化合物的结构QQ400。有机质谱分析技术除了以上四个方面的应用之外，在其他方面的应用就不再一一列举，总之，它已成为各个领域研究中强有力的工具。随着科学技术的进步，有机质谱分析技术

39、还将拓展更广阔的应用天地，迎接更多新的挑战。质谱分析技术的应用质谱分析技术的应用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问题。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/T19649-2005用气相色谱-质谱和液相色谱-串联质谱法测定粮谷中405中农药多残留量。标准GB/T19426-2003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中农药多残留量。标准GB/T 19650-2005用气相色谱-质谱和液相色谱-串联质谱

40、法测定动物组织中437种农药多残留量。另外，目前已有研究者选择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。同时也有用高效液相色谱-离子阱质谱仪，能同时鉴定和检测火锅料中苏丹染料、。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。利用气相色谱-选择离子监测质谱检测环境空气中痕量酚类化合物。利用气相色谱-质谱法测定空气中硝基苯类化合物。采用Tenax/SPME富集结合GC/MS分析建筑室内空气中VOCs。利用气相色谱-质谱法分析了地下水样中63种有

41、机化合物。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)。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。质谱分析技术的应用铀、钚同位素质谱分析技术及其在核反恐中的应用针对中途截获的核材料或放射性材料，核法医学调查运用和发展

42、破坏性和非破坏性分析手段，分析材料的物理、化学和同位素等多项性质，获得材料的本质特征，结合传统的法医调查和非核材料调查，追朔截获材料属于哪个合法核材料控制点、罪犯是谁等信息，推断材料将要经历的处理过程等，为当局提供高置信度调查结果，促使当局作出反应，达到打击核恐怖事件，阻止核材料的扩散，维护国家安全等目的。对已初步确定的核材料，通过质谱分析手段获得材料中铀或钚同位素比、材料的生产年龄、痕量元素组分等多种特征。就分析技术而言，可将其分为两大类：总体分析和微分析。总体分析是分析样品材料中元素组成和同位素分布的总体特征。如果材料是不均匀的，仅采用总体分析可能模糊材料中某些局部组分的重要特征。采用成像

43、工具放大材料形貌，观察样品的同质性或异质性。如果发现样品的空问或组织结构有差异情况须通过微分析定量或半定量给出大量材料中有差异的组分特征。例如，可采用质谱计、SEM或电子微探针等进行微区分析。核材料中不同的同位素组分表征不同的材料特征，为核材料溯源提供依据。质谱分析技术的应用无须样品预处理的质谱分析新技术质谱仪本身一般由样品引入系统、离子源、离子光学系统、质量分析器、检测器、数据采集与控制系统、真空系统等部分组成。新的离子源的研制与开发具有特别重要的意义。电喷雾解吸电离(DESI)技术主要优点是能够将表面吸附的低蒸汽压物质进行解吸电离，因此可以在没有进行样品预处理的情况下对表面上的物质进行测定

44、，从而为实现了复杂样品的在线质谱分析提供了思路。DESI必须使用高压气体、甲醇等有毒溶剂，而且对非极性物质没有响应。因此，我们课题组研发了SDAPCI，TDI等新型离子源，并在复杂基体物质的在线质谱分析中进行了有益尝试。新技术展望复习当波数用cm-1，波长用m表示时，波数和波长之间的关系为何？（P287，公式）红外光谱分为哪几个区，其波长和波数是多少？（P287，表）计算碳氢化合物中C-H键的伸缩振动频率，其中化学键的力常数K=5105dyn/cm。（P294，例1）常见的有机化合物基团频率出现的范围及分区。（P326，第七章第一段，四大峰区）红外谱图解析的主要内容是什么？（PPT，定性分析、定量分析）表征颗粒粒度分布的方法有哪些？（P399，节）请说出三种测量颗粒粒度分布的方法，并比较其优缺点。（PPT）