质谱分析法(MS)是通过对样品离子的质量和强度的测定来进行定性定量及结构分析的一种分析方法。

按照离子的质量(m)对电荷(z)比值(m/z，即质荷比)的大小依次排列所构成的图谱，称为质谱。质谱不同于UV、IR和NMR，从本质上看，质谱不是光谱，而是带电粒子的质量谱。

13.4.1质谱分析基本原理

质谱分析的基本原理很简单，即使被研究的物质形成离子，然后使离子按质荷比进行分离。下面以单聚焦质谱仪为例说明其基本原理。物质的分子在气态被电离，所生成的离子在高压电场中加速，在磁场中偏转，然后到达收集器，产生信号，其强度与到达的离子数目成正比，所记录的信号构成质谱。

当具有一定能量的电子轰击物质的分子或原子时，使其丢失一个外层价电子，则获得带有一个正电荷的离子(偶尔也可丢掉一个以上的电子)。若正离子的生存时间大于10^-6s，就能受到加速板上电压U的作用加速到速度为v，其动能为而在加速电场中所获得的势能为zU，加速后离子的势能转换为动能，两者相等，即

式中，m为离子的质量;v为离子的速度;z为离子电荷；U为加速电压。

正离子在电场中的运动轨道是直线的，进入磁场后，在磁场强度为H的磁场作用下，使正离子的轨道发生偏转，进入半径为R的径向轨道(图13-20)，这时离子所受到的向心力为Hzv，离心力为mv²/R，要保持离子在半径为R的径向轨道上运动的必要条件是向心力等于离心力，即

图13-20 半圆形(180^o)磁场

R₁、R₂、R₃—不同质量离子的运动轨道曲率半径；M₁、M₁、M₃—不同质量的离子；
S₁-进口狭缝；S₂-出口狭缝

由式(13-7)和式(13-5)可以计算出半径R的大小与离子质荷比的关系为

式中，m/z为质荷比，当离子带一个正电荷时，它的质荷比就是它的质量数。

式(13-9)为磁场质谱仪的基本方程，由此可知，要将各种m/z的离子分开，可以采用以下两种方式。

(1)固定H和U，改变R

固定磁场强度H和加速电压U，由式(13-9)可知，不同m_i/z将有不同的Ri与i离子对应，这时移动检测器狭缝的位置，就能收集到不同R_i的离子流。但这种方法在实验上不易实现，常常是直接用感光板照相法记录各种不同离子的m_i/z。

(2)固定R，连续改变H或U

在电场扫描法中，固定R和H，连续改变U，由式(13-9)可知，通过狭缝的离子m_i/z与U成反比。当加速电压逐渐增加，先被收集到的是质量大的离子。

在磁场扫描法中，固定R和V，连续改变H，由式(13-9)可知，m_i/z正比于H₂，当H增加时，先收集到的是质量小的离子。

相关链接：原子吸收光谱法的应用

文章来源：《分析化学分析方法的原理及应用研究》

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