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便携式质谱仪多组分鉴定分析技术 在环境应急中的应用 研究报告 宁波市环境监测中心 浙江工业大学 课题负责人：徐能斌 课题编写人：傅晓钦 课题参加单位和人员： 宁波市环境监测中心：徐能斌、傅晓钦、朱丽波、俞杰、周国韧、钱飞中、陈奕扬、许丹丹 浙江工业大学：曹小吉、叶学敏 目 录 1. 便携式质谱的基本原理和质谱仪性能 1 1.1便携式质谱的基本原理 1 1.2 质谱仪性能指标 3 2. 实验部分 4 2.1 ESS便携式质谱仪 4 2.2 标气物质及浓度 5 3．试验结果和讨论 6 3.1 便携式质谱定性分析 6 3.2 便携式质谱定量分析 16 4. 便携式质谱仪同系物定性和定量 20 5. 应用与探讨 20 便携式质谱仪多组分鉴定分析技术在环境应急中的应用 研究报告 1. 便携式质谱的基本原理和质谱仪性能 1.1便携式质谱的基本原理 质谱分析是现代分析技术中最重要的一种定性定量分析技术,代表了现代分析的最高水准。便携式质谱技术就是其中很有特点的一种仪器，具有很好的应用前景。质谱是一种测量离子荷质比（电荷-质量比）的分析方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器, 在质量分析器中，再利用电场和磁场的作用，将它们分别聚焦并被最后的离子检测器检测，从而得到质谱图，有经验的质谱工作者可以根据质谱图以及相关的软件工具从中得到大量的定性定量的信息。质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心。离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。离子化的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能而进入质量分析器。质量分析器的作用是将离子源产生的离子按m/z顺序分开并排列成谱。分离后的离子依次进入离子检测器，采集放大离子信号，经计算机处理，绘制成质谱图。 质谱仪的主要部件包括真空系统、进样系统、离子源、、质量分析器和检测器等组成。 （1）真空系统：质谱计必须在高真空下才能工作。用以取得所需真空度的阀泵系统，一般由前级泵（常用机械泵）和油扩散泵或分子涡轮泵等组成。 （2）离子源：离子源是质谱的主要组成部件之一，它的性能直接影响质谱仪的主要技术指标，其作用是使被分析的物质电离成离子，并将电子会聚成具有一定能量和一定几何形状的电子束。由于被分析物质的多样性和分析要求的不同，物质电离的方法和原理也各不相同。在质谱分析中，常用的有电子电离源、化学电离源、快原子轰击源和激光解吸源等。 Ⅰ、电子电离源：一定能量的电子直接作用于样品分子，使其电离，且效率高。有机化合物电离能为10eV左右，50-100eV时，大多数分子电离界面最大。70eV能量时，得到丰富的指纹图谱，灵敏度接近最大，因此，现代气相色谱质谱联用技术中的质谱均采用这种标准模式，并形成了有效的质谱库，具有很强的定性能力。这也是便携式质谱采用的离子化方式。 Ⅱ、化学电离源：这种离子源是利用电子束先使反应气体(如甲烷、异丁烷等)电离，生成反应气离子，然后反应气离子和试样分子碰撞，进行复杂的离子-分子反应，生成样品离子。这种离子源结构信息少，没有标准质谱图，因而只是用来测定某些热不稳定化合物的分子量。而且，用CI源一般不能直接得到分子离子，而是视反应气的不同，得到比分子离子大或小一定质量的准分子离子，由准分子离子可以推测分子量。 Ⅲ、快原子轰击源：是将快速Ar原子(或Xe原子)轰击涂敷有某种底物的靶面上的试样而使试样分子离子化的方法，适用于分析高分子、热不稳定或强极性化合物。 Ⅳ、激光解吸源：用激光照射喷涂在固体基底上的样品，激光所提供的能量使样品气化并电离，此方法称为激光解吸电离。 （3）质量分析器：磁分析器，磁场和电场组合的双聚焦分析器，四极杆质量分析器，飞行时间分析器，离子回旋共振分析器，离子阱质量分析器等。 Ⅰ、扇形磁分析器：离子离开离子源后，进入垂直于其前进方向的磁场。不同质荷比的离子在磁场的作用下，前进方向产生不同的偏转，从而使离子束发散。由于不同质荷比的离子在扇形磁场中有其特有的运动曲率半径，通过改变磁场强度，检测依次通过狭缝出口的离子，从而实现离子的空间分离，形成质谱。 Ⅱ、四极杆质量分析器：四极杆质量分析器的结构就是在相互垂直的两个平面上平行放置四根金属圆柱。如果把水平方向定义为 x方向，垂直方向为 y 方向，与金属圆柱平行的方向为 z 方向，在 x与 y 两支电极上分别施加的高频电压，则在四个金属圆柱之间的空间形成一个形如马鞍的交变电场。四极杆质量分析器能够通过电场的调节进行质量扫描或质量选择，质量分析器的尺寸能够做到很小，扫描速度快，无论是操作还是机械构造，均相对简单。这种技术配合电离子化技术，可以得到稳定的质谱图，形成标准