科普小知识——在线质谱仪的基本组成

　　在线质谱仪的基本组成

　　在线质谱仪的基本组成一般包括检测系统、真空系统、电控系统和数据处理系统几个部分。检测系统通常由进样系统、离子源、质量分析仪和离子检测器组成，参见图1。

　　样品通过进样系统进入质量分析仪，被导入离子源，在离子源中被电离成正离子或负离子，离子束按质荷比大小由质量分析仪分开，被检测系统接受并记录，获得质谱图。

图1 在线质谱仪检测系统的基本组成

　　1. 进样系统

　　质谱仪的进样方法取决于试样的物理化学性质和取样的离子化方式等。进样方式主要有3种：间接进样(可控漏孔进样)、直接进样(插入探头进样)和色谱法进样(联用进样)。

　　间接进样可用于气体或挥发性液体的可控漏孔进样，用注射器或进样阀将试样注入储存器，然后通过微孔扩散进入离子源。足够量的试样可以在较长的时间内作为离子源的稳定试样源，一般用作仪器质量标定的标准试样。

　　直接进样适用于具有一定挥发性的固体或高沸点液体试样，将固体或液体试样放在圾内后，再放入可加热的套圈内，通过真空隔离阀将直接进样杆插入高真空离子源附近，加热升温保证固体试样挥发，一般可加热至300-400℃，分析试样的相对分子质量可达1000。

　　色谱法进样方式也是最重要和最常用的进样方式之一，将色谱法分离后的组分直接导入质谱，使混合物的质谱分析成为可能。这种模式实际上已是色谱分离、质谱仪分析。

　　2.真空系统

　　质谱仪的离子源、质量分析仪及检测器工作时必须处于高真空状态。离子源的真空度一般应<10^-3Pa，质量分析仪应<10^-4Pa。

　　3.离子源

　　离子源的作用是使试样中的原子、分子电离成离子。

　　在进行质谱分析时，必须首先使试样分子离子化，形成气态离子。对于一个给定的分子而言，其质谱图的面貌在很大程度上取决于所用的离子化方法。

　　在线质谱仪的离子源种类很多，其原理和用途各不相同。离子源的性能对质谱仪的灵敏度和分辨本领等都有很大的影响。

　　表1列出了质谱法中常见的离子源，主要分为气相离子源和解吸离子源两大类，前者是将试样气化后再离子化，后者是将液体或固体试样直接转换成气态离子。气相离子源一般用于分析沸点小于500℃，相对分子质量小于10³，相对热稳定的化合物；解吸离子源的最大优点是能用于测量非挥发、热不稳定、相对分子质量大到10⁵的试样。

表1 质谱分析中常见的离子源

　　离子源又分为硬离子源和软离子源。硬离子源有足够的能量碰撞分子，使它们处在高激发能态，其弛豫过程包括键的断裂，产生质荷比小于分子离子的碎片离子，由硬离子源获得的质谱图通常可以提供被分析物质所含的官能基团的类型和结构信息。用软离子源获得的质谱图分子离子峰的轻度很大，碎片离子峰少且强度低，所提供的质谱数据可以得到精确的相对分子质量。

　　4.质量分析仪

　　质量分析仪是在线质谱仪的重要组成部分，它的作用是将离子源产生的离子按照质荷比的大小不同分开，并允许足够数量的离子通过，产生可被快速测流量的离子源。

　　在线质谱仪常用的质量分析仪主要有扇形磁场、四极杆、飞行时间等质量分析仪。扇形磁场质量分析仪是采用磁场或磁场和静电场的适当组合作为分析场，离子在分析场内的偏转运动过程中实现质量分离。四极杆质量分析仪是利用四根电极杆，加以交变电场，组成四极滤质器，用以对气体分子进行质量分离。飞行时间质量分析仪是采用脉冲离子源将离子射入漂移管（分析仪），离子在漂移管内按飞行时间进行质量分离。

　　5. 离子检测器和记录系统

　　质谱仪常用的离子检测器是静电式的电子倍增管、法拉第接收器，此外还有采用照相板和闪烁计数器等。在线质谱仪应用的离子检测器主要是达拉第接收器和电子倍增器。经过质量分析仪分离后的离子到达接收检测系统进行检测，检测后的电流经放大器放大后用记录仪快速记录到光敏记录纸上，或者用计算机处理结果，即可得到质谱图。