儀器分析第十二章

1、第十二章質(zhì)譜分析習題解答第十二章質(zhì)譜分析習題解答1.以單聚焦質(zhì)譜儀為例以單聚焦質(zhì)譜儀為例,說明組成儀器各個主要部分的作用及原理說明組成儀器各個主要部分的作用及原理.解：（解：（1）真空系統(tǒng)，質(zhì)譜儀的離子源、質(zhì)量分析器、檢測器必須處于高真空狀態(tài)。）真空系統(tǒng)，質(zhì)譜儀的離子源、質(zhì)量分析器、檢測器必須處于高真空狀態(tài)。（2）進樣系統(tǒng)，將樣品氣化為蒸氣送入質(zhì)譜儀離子源中。樣品在進樣系統(tǒng)中被適）進樣系統(tǒng)，將樣品氣化為蒸氣送入質(zhì)譜儀離子源中。樣品在進樣系統(tǒng)中被適當加熱后轉化為即轉化為氣體。（當加熱后轉化為即轉化為氣體。（3）離子源，被分析的氣體或蒸氣進入離子源后）離子源，被分析的氣體或蒸氣進入離子源后通過電子

2、轟擊（電子轟擊離子源）、化學電離（化學電離源）、場致電離（場致電通過電子轟擊（電子轟擊離子源）、化學電離（化學電離源）、場致電離（場致電離源）、場解析電離（場解吸電離源）或快離子轟擊電離（快離子轟擊電離源）等離源）、場解析電離（場解吸電離源）或快離子轟擊電離（快離子轟擊電離源）等轉化為碎片離子，然后進入（轉化為碎片離子，然后進入（4）質(zhì)量分析器，自離子源產(chǎn)生的離子束在加速電極）質(zhì)量分析器，自離子源產(chǎn)生的離子束在加速電極電場作用下被加速獲得一定的動能，再進入垂直于離子運動方向的均勻磁場中，由電場作用下被加速獲得一定的動能，再進入垂直于離子運動方向的均勻磁場中，由于受到磁場力的作用而改變運動方向作

3、圓周運動，使不同質(zhì)荷比的離子順序到達檢于受到磁場力的作用而改變運動方向作圓周運動，使不同質(zhì)荷比的離子順序到達檢測器產(chǎn)生檢測信號而得到質(zhì)譜圖。（測器產(chǎn)生檢測信號而得到質(zhì)譜圖。（5）離子檢測器，通常以電子倍增管檢測離子）離子檢測器，通常以電子倍增管檢測離子流。流。2.雙聚焦質(zhì)譜儀為什么能提高儀器的分辨率雙聚焦質(zhì)譜儀為什么能提高儀器的分辨率?解解: 在雙聚焦質(zhì)譜儀中，同時采用電場和磁場組成的質(zhì)量分析器，因而不僅可以在雙聚焦質(zhì)譜儀中，同時采用電場和磁場組成的質(zhì)量分析器，因而不僅可以實現(xiàn)方向聚焦，即將質(zhì)荷比相同而入射方向不同的離子聚焦，而且可以實現(xiàn)速度實現(xiàn)方向聚焦，即將質(zhì)荷比相同而入射方向不同的離子聚焦

4、，而且可以實現(xiàn)速度聚焦，即將質(zhì)荷比相同，而速度（能量）不同的離子聚焦。所以雙聚焦質(zhì)譜儀比聚焦，即將質(zhì)荷比相同，而速度（能量）不同的離子聚焦。所以雙聚焦質(zhì)譜儀比單聚焦質(zhì)譜儀（只能實現(xiàn)方向聚焦）具有更高的分辨率。單聚焦質(zhì)譜儀（只能實現(xiàn)方向聚焦）具有更高的分辨率。3.試述飛行時間質(zhì)譜計的工作原理試述飛行時間質(zhì)譜計的工作原理,它有什么特點它有什么特點?解：解： 飛行時間質(zhì)譜計的工作原理很簡單，儀器如下圖所示：飛行時間質(zhì)譜計的工作原理很簡單，儀器如下圖所示：飛行時間質(zhì)譜計飛行時間質(zhì)譜計飛行時間質(zhì)譜計的特點為：飛行時間質(zhì)譜計的特點為： (1)工作原理簡單。質(zhì)量分析器既不需要磁場，又不工作原理簡單。質(zhì)量分析

5、器既不需要磁場，又不需要場，只需要直線漂移空間，因此，儀器的機械結構較簡單，增長漂移路程需要場，只需要直線漂移空間，因此，儀器的機械結構較簡單，增長漂移路程L就可以提高分辨本領。就可以提高分辨本領。 (2)快速。在約快速。在約20ms時間內(nèi)，就可以記錄質(zhì)量為時間內(nèi)，就可以記錄質(zhì)量為0200a.m.u.的離子。的離子。 (3)要在短時間內(nèi)快速記錄微弱的離子流，只能采用高靈敏、要在短時間內(nèi)快速記錄微弱的離子流，只能采用高靈敏、低噪音的寬頻帶電子倍增管，因此儀器的電子部分要求高。低噪音的寬頻帶電子倍增管，因此儀器的電子部分要求高。 (4)質(zhì)量分析系統(tǒng)需質(zhì)量分析系統(tǒng)需處于脈沖工作狀態(tài)，否則就無法確定離

6、子的起始和到達時間，無法區(qū)分到達接受處于脈沖工作狀態(tài)，否則就無法確定離子的起始和到達時間，無法區(qū)分到達接受器的不同質(zhì)量。器的不同質(zhì)量。 4.比較電子轟擊離子源、場致電離源及場解析電離源的特點。比較電子轟擊離子源、場致電離源及場解析電離源的特點。解：（解：（1）電子轟擊源，電子轟擊的能量遠高于普通化學鍵的鍵能，因此過剩的）電子轟擊源，電子轟擊的能量遠高于普通化學鍵的鍵能，因此過剩的能量引起分子多個鍵的斷裂，產(chǎn)生許多碎片離子，因而能夠提供分子結構的一能量引起分子多個鍵的斷裂，產(chǎn)生許多碎片離子，因而能夠提供分子結構的一些重要的官能團信息，但對于相對分子質(zhì)量較大、或極性大，難氣化，熱穩(wěn)定些重要的官能團

7、信息，但對于相對分子質(zhì)量較大、或極性大，難氣化，熱穩(wěn)定性差的有機化合物，在加熱和電子轟擊下，分子易破碎，難以給出完整分子離性差的有機化合物，在加熱和電子轟擊下，分子易破碎，難以給出完整分子離子信息。（子信息。（2）在場致電離源的質(zhì)譜圖上，分子離子峰很清楚，但碎片峰則較弱，）在場致電離源的質(zhì)譜圖上，分子離子峰很清楚，但碎片峰則較弱，因而對于相對分子質(zhì)量的測定有利，但缺乏分子結構信息。（因而對于相對分子質(zhì)量的測定有利，但缺乏分子結構信息。（3）場解析電離源，）場解析電離源，電離原理與場致電離相同，解吸試樣分子所需能量遠低于氣化所需能量，因而電離原理與場致電離相同，解吸試樣分子所需能量遠低于氣化所需

8、能量，因而有機化合物不會發(fā)生熱分解，即使熱穩(wěn)定性差的試樣仍能得到很好的分子離子有機化合物不會發(fā)生熱分解，即使熱穩(wěn)定性差的試樣仍能得到很好的分子離子峰，分子中的峰，分子中的C-C 鍵一般不會斷裂，因而很少生成碎片離子。總之，場致電離鍵一般不會斷裂，因而很少生成碎片離子。總之，場致電離和場解析電離源都是對電子轟擊源的必要補充，使用復合離子源，則可同時獲和場解析電離源都是對電子轟擊源的必要補充，使用復合離子源，則可同時獲得完整分子和官能團信息。得完整分子和官能團信息。5.試述化學電離源的工作原理試述化學電離源的工作原理解：化學電離源內(nèi)充滿一定壓強的反應氣體，如甲烷、異丁烷、氨氣等，用解：化學電離源內(nèi)

9、充滿一定壓強的反應氣體，如甲烷、異丁烷、氨氣等，用高能量的電子（高能量的電子（100eV）轟擊反應氣體使之電離，電離后的反應分子再與試）轟擊反應氣體使之電離，電離后的反應分子再與試樣分子碰撞發(fā)生分子離子反應形成準分子離子樣分子碰撞發(fā)生分子離子反應形成準分子離子QM+,和少數(shù)碎片離子。在和少數(shù)碎片離子。在CI譜圖中譜圖中,準分子離子峰往往是最強峰準分子離子峰往往是最強峰,便于從便于從QM+推斷相對分子質(zhì)量，碎片峰推斷相對分子質(zhì)量，碎片峰較少，譜圖簡單，易于解釋。較少，譜圖簡單，易于解釋。6. 有機化合物在電子轟擊離子源中有可能產(chǎn)生哪些類型的離子？從這些離子的質(zhì)譜有機化合物在電子轟擊離子源中有可能

10、產(chǎn)生哪些類型的離子？從這些離子的質(zhì)譜峰中可以得到一些什么信息？峰中可以得到一些什么信息？解：（解：（1）分子離子。從分子離子峰可以確定相對分子質(zhì)量。（）分子離子。從分子離子峰可以確定相對分子質(zhì)量。（2）同位素離子）同位素離子峰。當有機化合物中含有峰。當有機化合物中含有S,Cl,Br等元素時，在質(zhì)譜圖中會出現(xiàn)含有這些同位等元素時，在質(zhì)譜圖中會出現(xiàn)含有這些同位素的離子峰，同位素峰的強度比與同位素的豐度比相當，因而可以也來判斷化素的離子峰，同位素峰的強度比與同位素的豐度比相當，因而可以也來判斷化合物中是否含有某些元素（通常采用合物中是否含有某些元素（通常采用M+2/M強度比）。（強度比）。（3）碎片

11、離子峰。根）碎片離子峰。根據(jù)碎片離子峰可以和闡明分子的結構。另外尚有重排離子峰、兩價離子峰、亞據(jù)碎片離子峰可以和闡明分子的結構。另外尚有重排離子峰、兩價離子峰、亞穩(wěn)離子峰等都可以在確定化合物結構時得到應用。穩(wěn)離子峰等都可以在確定化合物結構時得到應用。 7.如何利用質(zhì)譜信息來判斷化合物的相對分子質(zhì)量？判斷分子式？如何利用質(zhì)譜信息來判斷化合物的相對分子質(zhì)量？判斷分子式？解：利用分子離峰可以準確測定相對分子質(zhì)量。解：利用分子離峰可以準確測定相對分子質(zhì)量。高分辨質(zhì)譜儀可以準確測定分子離子或碎片離子的質(zhì)荷比，故可利用元素的精確高分辨質(zhì)譜儀可以準確測定分子離子或碎片離子的質(zhì)荷比，故可利用元素的精確質(zhì)量及豐

12、度比計算元素組成。質(zhì)量及豐度比計算元素組成。8.色譜與質(zhì)譜聯(lián)用后有什么突出特點？色譜與質(zhì)譜聯(lián)用后有什么突出特點？解：質(zhì)譜法具有靈敏度高、定性能力強等特點。但進樣要純，才能發(fā)揮其特長。解：質(zhì)譜法具有靈敏度高、定性能力強等特點。但進樣要純，才能發(fā)揮其特長。另一方面，進行定量分析又比較復雜。氣相色譜法則具有分離效率高、定量分析另一方面，進行定量分析又比較復雜。氣相色譜法則具有分離效率高、定量分析簡便的特點，但定性能力卻較差。因此這兩種方法若能聯(lián)用，可以相互取長補短，簡便的特點，但定性能力卻較差。因此這兩種方法若能聯(lián)用，可以相互取長補短，其優(yōu)點是：其優(yōu)點是： (1)氣相色譜儀是質(zhì)譜法的理想的氣相色譜儀

13、是質(zhì)譜法的理想的“進樣器進樣器”，試樣經(jīng)色譜分離后，試樣經(jīng)色譜分離后以純物質(zhì)形式進入質(zhì)譜儀，就可充分發(fā)揮質(zhì)譜法的特長。以純物質(zhì)形式進入質(zhì)譜儀，就可充分發(fā)揮質(zhì)譜法的特長。 (2)質(zhì)譜儀是氣相色質(zhì)譜儀是氣相色譜法的理想的譜法的理想的“檢測器檢測器”，色譜法所用的檢測器如氫焰電離檢測器、熱導池檢測，色譜法所用的檢測器如氫焰電離檢測器、熱導池檢測器、電子捕獲檢測器都具有局限性。而質(zhì)譜儀能檢出幾乎全部化合物，靈敏度又器、電子捕獲檢測器都具有局限性。而質(zhì)譜儀能檢出幾乎全部化合物，靈敏度又很高。很高。 所以，色譜所以，色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術既發(fā)揮了色譜法的高分離能力，又發(fā)揮了質(zhì)質(zhì)譜聯(lián)用技術既發(fā)揮了色譜法的高分離能

14、力，又發(fā)揮了質(zhì)譜法的高鑒別能力。這種技術適用于作多組分混合物中未知組分的定性鑒定；可譜法的高鑒別能力。這種技術適用于作多組分混合物中未知組分的定性鑒定；可以判斷化合物的分子結構；可以準確地測定未知組分的分子量；可以修正色譜分以判斷化合物的分子結構；可以準確地測定未知組分的分子量；可以修正色譜分析的錯誤判斷；可以鑒定出部分分離甚至末分離開的色譜峰等。因此日益受到重析的錯誤判斷；可以鑒定出部分分離甚至末分離開的色譜峰等。因此日益受到重視，現(xiàn)在幾乎全部先進的質(zhì)譜儀器都具有進行聯(lián)用的氣相色譜儀，并配有計算機，視，現(xiàn)在幾乎全部先進的質(zhì)譜儀器都具有進行聯(lián)用的氣相色譜儀，并配有計算機，使得計算、聯(lián)機檢索等變得快捷而準確。使得計算、聯(lián)機檢索等變得快捷而準確。 9. 如何實現(xiàn)氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用？如何實現(xiàn)氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用？10.試述液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用的迫切性試述液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用的迫切性解解:實現(xiàn)實現(xiàn)GC-MS聯(lián)用的關鍵是接口裝置，起到傳輸試樣，匹配兩者工作氣體的作用。聯(lián)用的關鍵是接口裝置，起到傳輸試樣，匹配兩者工作氣體的作用。 解：生命過程中的化學是當前化學學科發(fā)展的前沿領域之一。高極性、熱不穩(wěn)定、解：生命過程中的化學是當前化學學科發(fā)展的前沿領域之一。高極性、熱不穩(wěn)定、難揮發(fā)的大分子有機化合物和生物樣品難以采用難揮發(fā)的大分子有機化合物和生物樣品難以采用GC-