質(zhì)譜儀是按照離子的質(zhì)荷比(m/z)不同，來(lái)分離不同分子量的分子，測(cè)定分子量進(jìn)行成分和結(jié)構(gòu)分析。質(zhì)譜儀需要在高真空下工作，通常真空度達(dá)到10-6Torr。質(zhì)譜組成有離子源、質(zhì)量分析器、檢測(cè)器，假如說(shuō)儀器真空度達(dá)不到，可能會(huì)發(fā)生以下情況：大量氧會(huì)燒壞離子源的燈絲;用作加速離子的幾千伏高壓會(huì)引起放電;引起額外的離子-分子反應(yīng)，改變裂解模型，譜圖復(fù)雜化等。
離子源的主要作用是使待分析的樣品實(shí)現(xiàn)離子化，尤其是中性物質(zhì)帶上電荷。再抽真空狀態(tài)下試樣氣流，離子束經(jīng)過(guò)推斥極、加速極、聚焦狹縫。氣相質(zhì)譜儀常用的離子源有電子轟擊電離源Electron Ionization (EI)，化學(xué)電離源 Chemical Ionization (CI)。這兩種離子源適合弱極性或半極性，只可形成單電荷離子，可分析小分子化合物。質(zhì)譜中最常用的離子源，一般為70 ev電子束，遠(yuǎn)大于多數(shù)有機(jī)化合物的電離電位(7~15 ev)，會(huì)使相當(dāng)多的分子離子進(jìn)一步裂解。主要用于揮發(fā)性樣品，樣品需經(jīng)過(guò)汽化，才能進(jìn)入電離區(qū)。電子電離源碎片離子多，結(jié)構(gòu)信息豐富，有標(biāo)準(zhǔn)化合物質(zhì)譜庫(kù)，并且適用于分子量低于1000的樣品。 而有些化合物穩(wěn)定性差，為了得到分子量可采用化學(xué)電離，CI源是通過(guò)離子—分子反應(yīng)而完成的，準(zhǔn)分子離子強(qiáng)度高，便于推算分子量。
質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀器的核心，將離子按m/z順序分開而獲得質(zhì)譜。質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀的核心部件，因此常以質(zhì)量分析器的類型來(lái)命名一臺(tái)質(zhì)譜儀。四級(jí)桿質(zhì)量分析器是氣相質(zhì)譜中使用比較多的質(zhì)量分析器，在四根對(duì)立的電極上相對(duì)采用對(duì)位的交頻電壓，通過(guò)固定頻率的交頻電壓使固定核質(zhì)比的離子可以通過(guò)。由四根棒狀電極，相對(duì)的兩個(gè)電極相連，形成四極場(chǎng)，其特點(diǎn)是靈敏度高。通過(guò)改變掃描電壓，將使不同質(zhì)荷比的分子碎片離子到達(dá)檢測(cè)器，得到質(zhì)譜圖。
離子阱質(zhì)量分析器是一個(gè)環(huán)電極和上下兩端蓋電極，環(huán)電極和上下兩端蓋電極都是繞Z軸旋轉(zhuǎn)的雙曲面。一種通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)將氣相離子控制并貯存一段時(shí)間的裝置。原理類似四級(jí)質(zhì)量分析器，特定m / z離子在阱內(nèi)一定軌道上穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，改變端電極電壓，不同m/z離子飛出阱到達(dá)檢測(cè)器。即用高頻交流電把離子限制在離子阱里，然后用離子的特征電壓分別將其推出離子阱，到檢測(cè)器檢測(cè)。
質(zhì)譜儀檢測(cè)器種類有：電子倍增器、光子倍增器、法拉第杯、陣列檢測(cè)器。電子倍增器工作原理是從質(zhì)量分析器出來(lái)的離子轟擊陰極導(dǎo)致電子發(fā)射，電子在電場(chǎng)的作用下，依次轟擊下一級(jí)電極而被放大，電子倍增器的放大倍數(shù)一般在105～108。電子倍增器中電子通過(guò)的時(shí)間很短，利用電子倍增器可以實(shí)現(xiàn)高靈敏、 快速測(cè)定。類似于光電倍增管，由四級(jí)桿出來(lái)的離子打到高能級(jí)產(chǎn)生電子，電子經(jīng)倍增器產(chǎn)生電信號(hào)，記錄不同離子的信號(hào)即得質(zhì)譜。其中信號(hào)增益與檢測(cè)器電壓有關(guān)，提高檢測(cè)器電壓可以提高靈敏度，但降低檢測(cè)器壽命。
所以總結(jié)來(lái)說(shuō)，離子源是使試樣分子在高真空條件下離子化的裝置。電離后的分子因接受了過(guò)多的能量會(huì)進(jìn)一步碎裂成較小質(zhì)量的多種碎片離子和中性粒子。它們?cè)诩铀匐妶?chǎng)作用下獲取具有相同能量的平均動(dòng)能而進(jìn)入質(zhì)量分析器。質(zhì)量分析器是將同時(shí)進(jìn)入其中的不同質(zhì)量的離子，按質(zhì)荷比m/z大小分離的裝置。分離后的離子依次進(jìn)入離子檢測(cè)器，采集放大離子信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理，繪制成質(zhì)譜圖。
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