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GC-MS质谱核心解析(离子源与质量分析器)


GC-MS质谱核心解析

[离子源与质量分析器]




在前期内容中,我们已对气相色谱的类型进行了介绍。本期,我们将聚焦于质谱,为大家详细讲解其主要类型。在阐述质谱原理时我们提到过,质谱的工作机制是将分子转化为离子,随后通过测量离子的物理特性,推导出质荷比,进而确定分子的质量。基于这一原理,质谱仪有两大核心部件:一是离子源,二是质量分析器。今天,我们就按照这两个核心部件的不同类型,来为大家介绍质谱的主要类型。

01

离子源

离子源顾名思义,就是把分子进行离子化的装置。之前我们有提到过一种离子源:EI源:电子轰击离子源;实际上离子源的类型很多,一些常见的离子源如下:

▶电轰击电离(EI):使用一定能量的电子直接轰击样品分子使其电离,电子的能量越高得到的碎片越散,一般来说常用的是70eV电子。
▶化学电离(CI):使用试剂气体例如甲烷等,与目标分子直接作用后产生离子,这样得到的样品碎片较少。
▶电喷雾电离(ESI):电喷雾电离采用强静电场(3-5KV),形成高度荷电雾状小液滴,经过反复的溶剂挥发-液滴裂分后,产生单个多电荷离子,电离过程中,产生多重质子化离子。这种得到的较多为分子离子峰。得到的碎片峰也很少。常见在液相中使用。
▶激光解吸/电离(MALDI):首先需要引入一种基质,这种基质容易与激光发生反应,利用基质的辅助,将目标物质电离,这种办法常见于生物大分子使用。
常见电离源
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02

质量分析器

之前质谱原理的时候已经介绍过四级杆质量分析器的原理了,本期重点介绍下飞行时间质谱(TOF)

工作原理:

首先通过离子源,得到的离子基本上可以认为都带一个电荷。当我们给他们施加一样的电场时,因为电场产生的力是针对电荷的,电荷都是一个,电场强度相同。那么所受到的力也是一样的,这个时候就是速度和路程的关系了。质量重的必然跑得慢;质量轻的就会跑得快。

之前的四级杆比较,四级杆是给定不断变化的电场选择质量,TOF是给定形同的电场看时间。同时因为飞行时间可以做得非常精准,因此通过飞行时间计算出来的质量是可以精确到小数点后5位置数,飞行时间质谱也叫高分辨质谱。

其实大部分的质量分析器不管原理如何,核心还是得到质核比,根据使用目的就可以大致分成2种:

低分辨质谱:精确度为小数点后一位;常见单四级杆质谱,用于GC-MS分析小分子物质比较常用。

高分辨质谱:一般精确到小数点后5位;常见于分子量较大的物质的解析和结构定性分析。

为什么高分辨质谱可以用于结构定性分析?          
Q
A

实际上,对于某一元素而言,我们日常所采用的分子量数值往往并非其真实值。以磷(P)元素为例,通常情况下,我们习惯性地按 31 来计算其分子量,在多数常规场景下,这种近似计算并无大碍。然而,若我们仔细探究便会发现,磷元素的真实分子量是 30.973762,并非简单的 31。

在小分子体系中,由于分子量较小,这种近似计算所带来的误差累积并不显著,对分析结果的影响微乎其微。但当涉及大分子时,情况就截然不同了。在大分子中,每一个组成分子的元素都按照其精确质量进行计算,此时所得到的元素信息具有高度的唯一性。即便不能达到绝对的唯一,其差异也小到足以让我们进行精准分析。

在此基础上,若再结合二级质谱技术,对二级碎片进行高分辨率分析,我们基本上就能够解析出物质的结构。这也正是高分辨质谱的显著优势所在——它凭借精确的质量测定能力,为物质结构的分析提供了强大而可靠的支持。


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创建时间:2026-01-23 10:28
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