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質(zhì)譜儀簡介 質(zhì)譜儀技術(shù)指標

時間:2020-07-30    來源:儀多多儀器網(wǎng)    作者:儀多多商城     
質(zhì)譜儀又稱質(zhì)譜計。分離和檢測不同同位素的儀器。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。

用法

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)譜方法比較早于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。現(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。現(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)譜儀較為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??蓱糜诎雽w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。

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??梢蕴綔y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凰胤治觥?梢苑治鰳O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)??茖W、空間科學和生物化學等研究部門。
質(zhì)譜儀中的離子源怎么清洗?

  1、降低接口溫度、離子源溫度、四極桿溫度(以四極桿質(zhì)譜儀為例),關閉質(zhì)譜儀電源?! ?、打開卸壓閥,緩慢卸壓到常壓。  3、打開離子源艙門(此步驟開始可以佩帶口罩以及不掉毛手套)?! ?、使用專用工具按照拆卸步驟將離子源整體取出放置在的清洗臺面?! ?、使用專用工具將離子源各部件一一拆開,分類整齊放置在清洗臺面,不需要拋光打磨的部件(如加熱快、絕緣體等)分開放置。(此后可脫掉手套)  6、將一定量的專用氧化鋁粉放入100ml燒杯中,加入甲醇,剛好覆蓋為好?! ?、使用專用棉簽蘸上濕潤的氧化鋁粉輕輕打磨推斥極、離子源體、透鏡等金屬部件,直至光亮為止,注意不要過于用力造成部件表面出現(xiàn)明顯劃痕?! ?、可先使用自來水沖洗打磨部件,再使用甲醇將氧化鋁粉充分沖洗干凈。  9、將離子源所有部件(除了燈絲、加熱電纜等外)放置于適當燒杯中,加入甲醇蓋過,超聲5~10分鐘?! ?0、超聲后換一個燒杯放置部件,然后在烘箱中70度烘烤30分鐘,待完全干燥后冷卻至室溫。  11、(佩帶潔凈不起毛手套)將干燥并冷卻后的部件放置到一塊新的潔凈無紡布上面,分類放置?! ?2、使用專用工具將各部將一一組裝起來?! ?3、將組裝好的離子源安裝到質(zhì)譜儀上。

標簽: 質(zhì)譜儀
質(zhì)譜儀 質(zhì)譜儀中的離子源怎么清洗?_質(zhì)譜儀
  【中國儀器網(wǎng) 維修保養(yǎng)】真空系統(tǒng)提供和維持質(zhì)譜儀器正常所需要的高真空度,通常在10-3~10-9Pa。由于日常工作中,需要經(jīng)常更換配件或定期保養(yǎng)儀器,在拆卸安裝儀器時,質(zhì)譜儀容易出現(xiàn)空氣泄漏的故障。而空氣泄漏故障發(fā)生的位置比較多,排查時比較費時費力。本篇文章將對質(zhì)譜儀真空系統(tǒng)的故障排查和日常維護進行簡單介紹。
 
  質(zhì)譜儀的真空要求
 
  質(zhì)譜儀必須在良好的真空條件下才能正常工作,一般要求離子源的真空度應達10-3~10-4Pa,質(zhì)量分析器和檢測器的真空度應達10-4~10-5Pa。
 
  質(zhì)譜儀器為什么需要高真空?
 
  (1)離子的平均自由程必須大于離子源到收集器的飛行路程;
 
  (2)氧氣分壓過高影響電子轟擊離子源中燈絲的壽命;
 
  (3)離子源內(nèi)的高氣壓可能引起高達數(shù)千伏的加速電壓放電;
 
  (4)高氣壓產(chǎn)生的高本底會干擾質(zhì)譜圖及分析
 
  (5)離子源內(nèi)高氣壓會引起離子—分子反應,改變質(zhì)譜圖樣;
 
  (6)電離盒內(nèi)的高氣壓會干擾轟擊電子束的正常調(diào)節(jié)。
 
  真空泵的用途?
 
  質(zhì)譜儀一般采用兩級真空系統(tǒng),由機械泵和高真空泵組合而成。常用的機械泵是旋轉(zhuǎn)式油封泵。那么真空泵的主要用途是什么呢?
 
  一是作為高真空泵-擴散泵或分子泵的前級泵,提供高真空泵正常工作所需要的前級真空;
 
  二是預抽真空,為直接進樣系統(tǒng)、間接進樣系統(tǒng)以及離子源或整個儀器暴露大氣后預抽真空,色質(zhì)聯(lián)用時也用于分子分離器抽低真空,高真空泵才能達到和維持質(zhì)譜儀器正常工作所需要的10-4pa以上的真空水平。
 
  為了保護高真空泵并使其充分發(fā)揮效率,必須在前級的機械泵達到一定真空度的條件下,才能開啟和關閉高真空泵。常見的高真空泵有油擴散泵、汞擴散泵、濺射離子泵、渦輪分子泵等。
 
  空氣泄漏癥狀
 
  任何需要真空操作的儀器都存在空氣泄漏的故障。出現(xiàn)空氣泄漏時,主要癥狀有哪些?
 
  (1)超過正常真空多級連接管壓力或前級壓力;(2)超過正常本底;(3)空氣特征峰(m/z 18、28、32和44,或m/z 14、16);(4)靈敏度低;(5)m/z 502處相對豐度低(該值隨所使用的調(diào)諧程序而有所不同)。
 
  確認空氣泄漏的存在
 
  如何才能發(fā)現(xiàn)空氣泄露?
 
  處于m/z 18、28、32和44的峰是MSD有空氣泄漏時的典型峰。這些質(zhì)量的小峰是正常的,m/z 14和16的大峰是空氣明顯泄漏的癥狀。如果MSD近進行過放空,需要經(jīng)過4h,m/z 28(氮氣)才能降至適當?shù)偷?br /> 
  水平;需要經(jīng)過24h,m/z 18(水)才能降至適當?shù)偷乃健H绻@些峰變大或干擾了分析,需檢查調(diào)諧報告。
 
  調(diào)諧報告比較m/z 18(水)和m/z 28(空氣)的豐度與m/z 69(全氟三丁胺)的豐度之比。如果調(diào)諧報告中的比例不可接受(m/z 18大于m/z 69的10%),等待幾個小時然后重新調(diào)諧。如果比例仍然不可接受,且沒有降低,檢查空氣泄漏。如果空氣泄漏存在,那么m/z 28與m/z 32的豐度比值約為5∶1。
 
  查找空氣泄漏的方法
 
  ①載氣管線的檢查
 
  首先需要確定所有接頭是否有明顯松動。對于嚴重的漏氣,可以采用皂液檢漏的方法,在管線和閥的接口處擠上適量的肥皂檢漏液,漏氣的部位會出現(xiàn)明顯的氣泡;對于輕微的漏氣,關閉氣相色譜儀進樣口的壓力,關閉氣瓶的總閥,開啟分壓閥,若有漏氣,15min后分壓表的壓力會有明顯的下降。
 
  ②GC部分的檢查
 
  通常GC部分的空氣泄漏通常會發(fā)生在內(nèi)部的載氣管接頭、隔墊、隔墊定位螺母、O形圈、柱螺母等位置。此外,色譜柱斷裂也會引起空氣泄漏。若隔墊漏氣,可以看到以下信號:如保留時間的延長或漂移,響應值降低,或柱前壓降低等。
 
  用適量的丙酮涂抹上述位置(進樣口、進樣口柱螺母、色譜柱),每次一個位置,先后順序依照離MS部分由近及遠的原則。在適當?shù)臅r間后,觀察數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的峰圖,若m/z 58和m/z 43處出現(xiàn)一個陡峭的、顯著的攀升,說明在剛剛涂抹丙酮的位置存在空氣泄漏。同樣,也可以噴射惰性氣體(如氬氣)進行檢漏,觀察峰圖中曲線在m/z 40處的攀升情況加以判斷。
 
  ③MS部分的檢查
 
  空氣泄漏還可出現(xiàn)在MSD的更多處,如GC/MSD接口柱螺帽、GC/MSD接口O形圈、側(cè)板O形圈(整個周圍)、前端蓋和后端帽的O形圈、三級真空規(guī)管的連頭、校準閥??諝庑孤└菀壮霈F(xiàn)在頻繁開關的密封墊處,如色譜柱螺帽、側(cè)板O形圈或放空閥的O形圈。空氣泄漏在很少或從不打開的密封墊處出現(xiàn)較少,如前端蓋和后端帽的O形圈或GC/MSD接口柱螺帽。
 
  在MSD中查找空氣泄漏的方法與GC部分類似,在可能發(fā)生空氣泄漏的位置涂抹丙酮或噴射氬氣,每次一個位置??偸菑慕淮蜷_過的密封裝置開始,這是有可能發(fā)生空氣泄漏的地方。在涂抹完一個位置后,觀察數(shù)據(jù)系統(tǒng)中的峰圖變化加以判斷。
 
  ④隔離難以發(fā)現(xiàn)的泄漏
 
  如果尋找空氣泄漏過程中遇到困難,可以使用下述方法確定泄漏是在GC中還是MSD中:先進行空氣和水檢查;將氣質(zhì)聯(lián)用儀所有加熱區(qū)冷卻后,取下GC色譜柱,用一個隔墊蓋住色譜柱端口;等待15~20min,再一次檢查空氣和水,比較次和第二次檢查的結(jié)果。
 
  如果結(jié)果基本相同,則泄漏存在于MSD中或GC/MSD接口末端的色譜柱螺帽處。如果結(jié)果顯著不同,泄漏可能存在于GC。
 
  真空系統(tǒng)的維護
 
  ①氣源
 
  載氣純度不夠,或剩余的載氣量不夠時,也會造成m/z 28譜線豐度過大。選購的氦氣純度必須達到99。999%,當氣瓶的壓力達不到3MPa時,應更換載氣,以防止瓶底殘余物(N2)對氣路的污染。載氣管線 周圍的溫度改變和振動可導致載氣供給和GC之間的管路接頭泄漏,因此應定期對所有的外加接頭進行檢漏(大約每隔4~6個月)。
 
  ②脫氧管
 
  根據(jù)推薦,每用完3瓶氣,應更換脫氧管,以防止氣體的污染。脫氧管使用時間過長,吸附的氧氣會隨著載氣進入儀器,導致m/z 32的譜線豐度過大。市售的脫氧管通常會用氮氣進行飽和,安裝時,必須用氦氣將脫氧管內(nèi)和管線里的氮氣吹掃干凈,再接至儀器上。
 
  ③機械泵
 
  為了保證機械泵的工作狀態(tài),達到要求的真空度,機械泵必須及時維護。由于前級泵油受熱,或進入空氣、水、溶劑和樣品時會逐漸失效(一種癥狀是油的顏色逐漸變深),前級泵不能有效工作,可能增加前級壓力和真空多路連接管壓力。
 
  國外公司要求三個月更換一次油,如果油變色或者有泡沫,應該隨時更換。換的泵油型號也一定要相同,不同牌號的泵油不能混合使用。
 
  ④進樣口
 
  隔墊的使用壽命由進樣頻率和針頭質(zhì)量決定。針頭的毛刺、尖銳邊緣,粗糙表面,或針頭鈍都會降低隔墊的使用壽命。隔墊應該少每100次進樣后進行更換。當儀器連續(xù)使用時,建議每天更換隔墊。O形圈材料中有使其增加柔韌性的增塑劑,在高溫下增塑劑會固化,使O形圈變硬,不能起到密封作用。
 
  ⑤GC/MS接口和GC接口
 
  GC/MS接口和GC接口在色譜柱溫箱里,溫差變化大,十分容易泄漏。在安裝時,必須使用石墨化的Vespel圈,螺帽緊固到一定程度后,隨色譜箱溫度程序升溫一個周期后再緊固1/4~1/2圈為好。
 
  ⑥抽真空時間
 
  每次開機時,等候直到MSD加熱區(qū)位于其標準設定值至少2h,然后嘗試自動調(diào)諧。如果MSD近進行過放空,需要經(jīng)過4h,m/z 28(氮氣)才能降至適當?shù)偷乃剑恍枰?jīng)過24h,m/z 18(水)才能降至適當?shù)偷乃健?br /> 
  質(zhì)譜儀開機時,需要將側(cè)門用力的推一下,使側(cè)門能在負壓的作用下吸緊,防止細小纖維或灰塵吸附在側(cè)門周圍;放空后,放空閥要及時關緊。
 
  質(zhì)譜儀操作過程中,做好儀器的日常記錄和維護。在質(zhì)譜儀發(fā)生空氣泄漏的故障時,根據(jù)近期的使用狀況,仔細排查可能發(fā)生問題的部位,并采取適當?shù)拇胧?,空氣泄漏的故障通常能很快排除?/div>
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