質(zhì)譜儀原理及應用
質(zhì)譜儀又稱質(zhì)譜計(massspectrometer)。進行質(zhì)譜分析的儀器，即根據(jù)帶電粒子在電磁場中能夠偏轉(zhuǎn)的原理，按物質(zhì)原子、分子或分子碎片的質(zhì)量差異進行分離和檢測物質(zhì)組成的一類儀器。
?????? 質(zhì)譜儀以離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測器為核心。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多的能量會進一步碎裂成較小質(zhì)量的多種碎片離子和中性粒子。它們在加速電場作用下獲取具有相同能量的平均動能而進入質(zhì)量分析器。質(zhì)量分析器是將同時進入其中的不同質(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入離子檢測器，采集放大離子信號，經(jīng)計算機處理，繪制成質(zhì)譜圖。離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測器都各有多種類型。
?????? 質(zhì)譜儀按應用范圍分為同位素質(zhì)譜儀、無機質(zhì)譜儀和有機質(zhì)譜儀；按分辨本領分為高分辨、中分辨和低分辨質(zhì)譜儀；按工作原理分為靜態(tài)儀器和動態(tài)儀器。
?????? 分離和檢測不同同位素的儀器。儀器的主要裝置放在真空中。將物質(zhì)氣化、電離成離子束，經(jīng)電壓加速和聚焦，然后通過磁場電場區(qū)，不同質(zhì)量的離子受到磁場電場的偏轉(zhuǎn)不同，聚焦在不同的位置，從而獲得不同同位素的質(zhì)量譜。質(zhì)譜方法*早于1913年由J.J.湯姆孫確定，以后經(jīng)F.W.阿斯頓等人改進完善?，F(xiàn)代質(zhì)譜儀經(jīng)過不斷改進，仍然利用電磁學原理，使離子束按荷質(zhì)比分離。質(zhì)譜儀的性能指標是它的分辨率，如果質(zhì)譜儀恰能分辨質(zhì)量m和m＋Δm，分辨率定義為m／Δm?，F(xiàn)代質(zhì)譜儀的分辨率達105～106量級，可測量原子質(zhì)量精確到小數(shù)點后7位數(shù)字。
?????? 質(zhì)譜儀*重要的應用是分離同位素并測定它們的原子質(zhì)量及相對豐度。測定原子質(zhì)量的精度超過化學測量方法，大約2／3以上的原子的精確質(zhì)量是用質(zhì)譜方法測定的。由于質(zhì)量和能量的當量關系，由此可得到有關核結(jié)構(gòu)與核結(jié)合能的知識。對于可通過礦石中提取的放射性衰變產(chǎn)物元素的分析測量，可確定礦石的地質(zhì)年代。質(zhì)譜方法還可用于有機化學分析，特別是微量雜質(zhì)分析，測量分子的分子量，為確定化合物的分子式和分子結(jié)構(gòu)提供可靠的依據(jù)。由于化合物有著像指紋一樣的獨特質(zhì)譜，質(zhì)譜儀在工業(yè)生產(chǎn)中也得到廣泛應用。
?????? 固體火花源質(zhì)譜：對高純材料進行雜質(zhì)分析。可應用于半導體材料有色金屬、建材部門;氣體同位素質(zhì)譜：對穩(wěn)定同位素C、H、N、O、S及放射性同位素Rb、Sr、U、Pb、K、Ar測定，可應用于地質(zhì)石油、醫(yī)學、環(huán)保、農(nóng)業(yè)等部門 。
?????? 下面介紹幾種質(zhì)譜儀的基本原理及應用。
?????? 有機質(zhì)譜儀
?????? 有機質(zhì)譜儀基本工作原理：以電子轟擊或其他的方式使被測物質(zhì)離子化，形成各種質(zhì)荷比（m/e）的離子，然后利用電磁學原理使離子按不同的質(zhì)荷比分離并測量各種離子的強度，從而確定被測物質(zhì)的分子量和結(jié)構(gòu)。
?????? 有機質(zhì)譜儀主要用于有機化合物的結(jié)構(gòu)鑒定，它能提供化合物的分子量、元素組成以及官能團等結(jié)構(gòu)信息。分為四極桿質(zhì)譜儀、離子阱質(zhì)譜儀、飛行時間質(zhì)譜儀和磁質(zhì)譜儀等。
?????? 有機質(zhì)譜儀的發(fā)展很重要的方面是與各種聯(lián)用儀（氣相色譜、液相色譜、熱分析等）的使用。它的基本工作原理是：利用一種具有分離技術(shù)的儀器，作為質(zhì)譜儀的"進樣器"，將有機混合物分離成純組分進入質(zhì)譜儀，充分發(fā)揮質(zhì)譜儀的分析特長，為每個組分提供分子量和分子結(jié)構(gòu)信息。
?????? 可廣泛用于有機化學、生物學、地球化學、核工業(yè)、材料科學、環(huán)境科學、醫(yī)學衛(wèi)生、食品化學、石油化工等領域以及空間技術(shù)和公安工作等特種分析方面。
?????? 無機質(zhì)譜儀
?????? 無機質(zhì)譜儀與有機質(zhì)譜儀工作原理不同的是物質(zhì)離子化的方式不一樣，無機質(zhì)譜儀是以電感耦合高頻放電(ICP)或其他的方式使被測物質(zhì)離子化。
?????? 無機質(zhì)譜儀主要用于無機元素微量分析和同位素分析等方面。分為火花源質(zhì)譜儀、離子探針質(zhì)譜儀、激光探針質(zhì)譜儀、輝光放電質(zhì)譜儀、電感耦合等離子體質(zhì)譜儀?；鸹ㄔ促|(zhì)譜儀不僅可以進行固體樣品的整體分析，而且可以進行表面和逐層分析甚至液體分析；激光探針質(zhì)譜儀可進行表面和縱深分析；輝光放電質(zhì)譜儀分辨率高，可進行高靈敏度，高精度分析，適用范圍包括元素周期表中絕大多數(shù)元素，分析速度快，便于進行固體分析；電感耦合等離子體質(zhì)譜，譜線簡單易認，靈敏度與測量精度很高。
?????? 質(zhì)譜分析法的特點是測試速度快，結(jié)果精確。廣泛用于地質(zhì)學、礦物學、地球化學、核工業(yè)、材料科學、環(huán)境科學、醫(yī)學衛(wèi)生、食品化學、石油化工等領域以及空間技術(shù)和公安工作等特種分析方面。
?????? 同位素質(zhì)譜儀
?????? 同位素質(zhì)譜分析法的特點是測試速度快，結(jié)果精確，樣品用量少（微克量級）。能精確測定元素的同位素比值。廣泛用于核科學，地質(zhì)年代測定，同位素稀釋質(zhì)譜分析，同位素示蹤分析。
?????? 離子探針
?????? 離子探針是用聚焦的一次離子束作為微探針轟擊樣品表面，測射出原子及分子的二次離子，在磁場中按質(zhì)荷比（m/e）分開，可獲得材料微區(qū)質(zhì)譜圖譜及離子圖像，再通過分析計算求得元素的定性和定量信息。測試前對不同種類的樣品須作不同制備，離子探針兼有電子探針、火花型質(zhì)譜儀的特點。可以探測電子探針顯微分析方法檢測極限以下的微量元素，研究其局部分布和偏析?？梢宰鳛橥凰胤治?。可以分析極薄表面層和表面吸附物，表面分析時可以進行縱向的濃度分析。成像離子探針適用于許多不同類型的樣品分析，包括金屬樣品、半導體器件、非導體樣品，如高聚物和玻璃產(chǎn)品等。廣泛應用于金屬、半導體、催化劑、表面、薄膜等領域中以及環(huán)保科學、空間科學和生物化學等研究部門。
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?????? 以上是對質(zhì)譜儀的基本原理及應用的詳細介紹，希望能夠?qū)Υ蠹夜ぷ鲗W習有所幫助。