二手质谱仪是一种用于分析物质成分和结构的精密科学仪器,在化学、物理学、生物学、环境科学等众多领域发挥着关键作用。其工作原理基于对带电粒子在电磁场中运动行为的精确测量。样品首先被离子化,转化为带电离子。这些离子在电场中被加速,随后进入磁场。在磁场作用下,离子会发生偏转,不同质荷比(离子质量与电荷数之比)的离子偏转程度不同,从而在检测器上形成特定的信号分布,即质谱图。通过分析质谱图上各峰的位置、强度等信息,就能确定样品中不同成分的分子量、结构以及相对含量。
以下是二手质谱仪通用操作步骤的详细说明:
一、样品准备(关键前提,影响分析结果)
根据样品状态(固体、液体、气体)和性质(挥发性、热稳定性、极性等),选择合适的处理方式,确保样品能被有效电离并减少干扰:
样品前处理:
液体样品:若纯度低,需通过过滤、萃取(如液液萃取、固相萃取SPE)、浓缩(如旋转蒸发)等去除杂质;若浓度过高,需用溶剂(如甲醇、乙腈)稀释至仪器检测范围内。
固体样品:对于热稳定的固体,可研磨成粉末后溶解;若为不溶性固体(如聚合物),可能需衍生化(将难电离物质转化为易电离衍生物)或采用固体直接进样技术。
气体样品:通常通过气体采样阀直接进样,或经吸附-解吸装置富集(如检测痕量挥发性有机物)。
样品溶解与基质匹配:
选择与电离源兼容的溶剂(如ESI源常用极性溶剂,EI源常用非极性溶剂),避免溶剂与样品反应或产生干扰离子。
对于生物样品(如血液、尿液),需去除蛋白质等大分子干扰(如沉淀法、离心过滤)。
二、仪器开机与参数调试
开机预热:
按仪器说明书顺序开机(通常先开真空泵、电源,再开主机和工作站软件),确保真空系统达到工作真空度(如高真空系统需10⁻⁶Pa几别),离子源、质量分析器等部件稳定(预热时间通常30分钟至2小时)。
参数设置:
电离源参数:根据样品类型选择电离方式(如EI、ESI、MALDI等),设置离子源温度、电离电压、气流速(如ESI的鞘气、辅助气)等。例如:
EI源:设置电子能量(通常70 eV)、离子源温度(150-300℃);
ESI源:设置喷雾电压(3-5 kV)、capillary温度(200-350℃)、雾化气压力。
质量分析器参数:设定扫描范围(m/z范围,如50-1000)、扫描速度、分辨率(根据需求选择,如定性需高分辨率,定量需快速扫描)。
联用设备参数(如GC-MS/LC-MS):若与色谱联用,需同步设置色谱条件(如柱温、流速、流动相比例),确保色谱分离与质谱检测匹配。
三、样品分析(核心操作环节)
进样:
根据进样方式选择:
直接进样:固体或液体样品通过进样杆直接送入离子源(适用于纯样品或简单体系);
色谱进样:样品先经气相色谱(GC)或液相色谱(LC)分离,再通过接口进入质谱(适用于复杂混合物,如食品、环境样品);
自动进样:批量样品可通过自动进样器依次进样,提高效率并减少人为误差。
数据采集:
启动工作站软件的“采集”功能,仪器自动对样品离子进行质荷比扫描,生成实时质谱图(横轴为m/z,纵轴为离子强度)。
对于定量分析,需先采集标准品的质谱信号,建立标准曲线(离子强度与浓度的关系),再分析未知样品。
质量控制:
每批样品分析前,用标准物质(如全氟三d胺PFTBA用于校准m/z)进行仪器校准,确保质荷比精度;
插入空白样品(如溶剂),排除背景干扰;重复进样验证重复性(相对标准偏差RSD通常需<5%)。
四、数据处理与关机
数据处理:
用工作站软件对原始质谱数据进行解析:
定性分析:通过特征离子峰(如分子离子峰、碎片离子峰)比对标准谱库(如NIST库),确定化合物种类;高分辨率质谱可直接给出精确分子量,辅助结构鉴定。
定量分析:选取目标化合物的特征离子(如母离子-子离子对,适用于三重四极杆质谱),根据标准曲线计算样品浓度。
导出分析结果(如质谱图、浓度报告),进行结果验证(如排除假阳性、确认峰纯度)。
仪器关机:
先停止数据采集,关闭离子源参数(如关闭电压、加热),再按顺序关闭联用设备、主机电源,最后关闭真空泵(部分仪器需待真空度降低后再关泵)。
记录仪器使用状态(如真空度、故障情况),清理进样系统(如冲洗色谱柱、进样针)。