火花源質譜法

火花源質譜法屬於岩礦分析與鑑定學科。該方法是進行無機成分分析的質譜分析技術，特別適用於固體樣品分析。

基本介紹

• 中文名：火花源質譜法
• 外文名：spark SOlaCe mass spectrometry
• 縮寫：SSMS
• 詞目：火花源質譜法

基本信息

學科：岩礦分析與鑑定

詞目：火花源質譜法

英文：spark SOlaCe mass spectrometry(SSMS)

釋文：火花源質譜法是進行無機成分分析的質譜分析技術。用高頻火花作為離子源，具有靈敏度高、選擇效應小、結構簡單等優點，特別適用於固體樣品分析。由於火花源能量分散大，離子流不穩定，所以分析器一般均採用馬陶赫—赫佐格型雙聚焦離子光學系統。照相感光板多被用來記錄同位素譜線，但也有採用電測方式。火花源質譜法幾乎能分析所有的元素。由於絕大多數元素的電離效率彼此相差不超過3倍，因此，不需要進行校正就可獲得半定量結果。若採用內標或同位素稀釋法，則可獲得定量結果。譜線簡單，干擾相對較少。當嚴格控制火花條件和採用內標時方法準確度較高，精密度（RSD）在2%～5%。

質譜法

質譜法(Mass Spectrometry,MS)即用電場和磁場將運動的離子（帶電荷的原子、分子或分子碎片，有分子離子、同位素離子、碎片離子、重排離子、多電荷離子、亞穩離子、負離子和離子－分子相互作用產生的離子）按它們的質荷比分離後進行檢測的方法。測出離子準確質量即可確定離子的化合物組成。這是由於核素的準確質量是一多位小數，決不會有兩個核素的質量是一樣的，而且決不會有一種核素的質量恰好是另一核素質量的整數倍。分析這些離子可獲得化合物的分子量、化學結構、裂解規律和由單分子分解形成的某些離子間存在的某種相互關係等信息。

發現

1898年W.維恩用電場和磁場使正離子束髮生偏轉時發現,電荷相同時，質量小的離子偏轉得多,質量大的離子偏轉得少。1913年J.J.湯姆孫和F.W.阿斯頓用磁偏轉儀證實氖有兩種同位素[kg1]Ne和[kg1]Ne阿斯頓於1919年製成一台能分辨一百分之一質量單位的質譜計，用來測定同位素的相對豐度，鑑定了許多同位素。但到1940年以前質譜計還只用於氣體分析和測定化學元素的穩定同位素。後來質譜法用來對石油餾分中的複雜烴類混合物進行分析，並證實了複雜分子能產生確定的能夠重複的質譜之後,才將質譜法用於測定有機化合物的結構,開拓了有機質譜的新領域。

原理

使試樣中各組分電離生成不同荷質比的離子，經加速電場的作用，形成離子束，進入質量分析器，利用電場和磁場使發生相反的速度色散——離子束中速度較慢的離子通過電場後偏轉大，速度快的偏轉小；在磁場中離子發生角速度矢量相反的偏轉，即速度慢的離子依然偏轉大，速度快的偏轉小；當兩個場的偏轉作用彼此補償時，它們的軌道便相交於一點。與此同時，在磁場中還能發生質量的分離，這樣就使具有同一質荷比而速度不同的離子聚焦在同一點上，不同質荷比的離子聚焦在不同的點上，將它們分別聚焦而得到質譜圖，從而確定其質量。

質譜法還可以進行有效的定性分析，但對複雜有機化合物分析就無能為力了，而且在進行有機物定量分析時要經過一系列分離純化操作，十分麻煩。而色譜法對有機化合物是一種有效的分離和分析方法，特別適合進行有機化合物的定量分析，但定性分析則比較困難，因此兩者的有效結合將提供一個進行複雜化合物高效的定性定量分析的工具。

儀器

利用運動離子在電場和磁場中偏轉原理設計的儀器稱為質譜計或質譜儀。前者指用電子學方法檢測離子，而後者指離子被聚焦在照相底板上進行檢測。質譜法的儀器種類較多,根據使用範圍,可分為無機質譜儀和有機質譜計。常用的有機質譜計有單聚焦質譜計、雙聚焦質譜計和四極矩質譜計。目前後兩種用得較多，而且多與氣相色譜儀和電子計算機聯用。

套用

質譜法特別是它與色譜儀及計算機聯用的方法，已廣泛套用在有機化學、生化、藥物代謝、臨床、毒物學、農藥測定、環境保護、石油化學、地球化學、食品化學、植物化學、宇宙化學和國防化學等領域。用質譜計作多離子檢測，可用於定性分析，例如，在藥理生物學研究中能以藥物及其代謝產物在氣相色譜圖上的保留時間和相應質量碎片圖為基礎，確定藥物和代謝產物的存在；也可用於定量分析，用被檢化合物的穩定性同位素異構物作為內標，以取得更準確的結果。

在無機化學和核化學方面，許多揮發性低的物質可採用高頻火花源由質譜法測定。該電離方式需要一根純樣品電極。如果待測樣品呈粉末狀，可和鎳粉混合壓成電極。此法對合金、礦物、原子能和半導體等工藝中高純物質的分析尤其有價值，有可能檢測出含量為億分之一的雜質。

利用存在壽命較長的放射性同位素的衰變來確定物體存在的時間,在考古學和地理學上極有意義。例如,某种放射性礦物中有放射性鈾及其衰變產物鉛的存在，鈾238和鈾235的衰變速率是已知的，則由質譜測出鈾和由於衰變產生的鉛的同位素相對豐度，就可估計該軸礦物生成的年代。

質譜儀種類繁多，不同儀器套用特點也不同,一般來說，在300C左右能汽化的樣品，可以優先考慮用GC-MS進行分析，因為GC-MS使用EI源，得到的質譜信息多，可以進行庫檢索。毛細管柱的分離效果也好。如果在300C左右不能汽化，則需要用LC-MS分析，此時主要得分子量信息，如果是串聯質譜，還可以得一些結構信息。如果是生物大分子，主要利用LC-MS和MALDI-TOF分析，主要得分子量信息。對於蛋白質樣品，還可以測定胺基酸序列。質譜儀的解析度是一項重要技術指標，高分辨質譜儀可以提供化合物組成式，這對於結構測定是非常重要的。雙聚焦質譜儀，傅立葉變換質譜儀，帶反射器的飛行時間質譜儀等都具有高分辨功能。

質譜分析法對樣品有一定的要求。進行GC-MS分析的樣品應是有機溶液，水溶液中的有機物一般不能測定，須進行萃取分離變為有機溶液，或採用頂空進樣技術。有些化合物極性太強，在加熱過程中易分解，例如有機酸類化合物，此時可以進行酯化處理，將酸變為酯再進行GC-MS分析，由分析結果可以推測酸的結構。如果樣品不能汽化也不能酯化，那就只能進行LC-MS分析了。進行LC-MS分析的樣品最好是水溶液或甲醇溶液，LC流動相中不應含不揮發鹽。對於極性樣品,一般採用ESI源，對於非極性樣品,採用APCI源。