四极杆质谱

特别注意:各位同学,该实验到实验室预习时都不要开启仪器电源,免得真空系统出现问题,谢谢!

实验室和教师介绍

  • 四极杆质谱实验的实验室位于物理楼146房间,由俞熹和殳蕾两位老师负责教学, 乐永康和潘正元老师负责技术支持。

实验介绍

  • 质谱仪是一类根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理,按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离并检测其强度来作定量分析的一类仪器。第一台质谱仪是英国科学家 Francis William Aston 于 1919 年制成的。
  • 质谱仪以离子源、质量分析器和离子检测器为核心。离子源是使试样分子在高真空条件下离子化的装置。电离后的分子因接受了过多的能量会进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子。它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能而进入质量分析器。质量分析器是将同时进入其中的不同质量的离子,按质荷比 m/e 大小分离的装置。分离后的离子依次进入离子检测器,采集放大离子信号,经计算机处理,绘制成质谱图。离子源、质量分析器和离子检测器都各有多种类型。
  • 四级杆质谱仪的质量分析器由四根杆状电极组成,两对电极之间施加交变射频场,在一定频率的射频电压与直流电压作用下,只允许一定质荷比的离子通过四极分析器而到达接收器。这种分析器又称四极杆滤质器。
  • 本实验利用四极杆质谱实验系统对真空室剩余气体,以及其他标准样品的质谱分析,熟悉配套真空系统的使用方法,并对四极杆质谱分辨率等问题进行深入了解。

实验内容

  1. 学习真空系统的基本操作;
  2. 学习使用四极杆质谱;
    • 剩余气体成分分析:空气是一种混合气体,但某种抽真空的泵对不同气体的抽速是不一样的,所以,在不同气压条件下去测量真空中剩余气体的成分,我们得到的气体各种成分的比例是不同的;更进一步,我们可以对照用不同的真空泵获得的真空的剩余气体的成分也有差别;抽真空时对腔体进行烘烤有利于更快地实现高真空,是否进行烘烤,最终的剩余气体成分也会有差别;
    • 未知气体的成分测定:注入未知样品的气体,通过四极杆质谱仪分析其组成。
    • 系统检漏:如果真空系统密封有瑕疵或者管道破裂,会导致真空系统达不到目标的真空度, 这时候需要通过检漏找到泄露位置;具体做法是通过在管壁和密封的怀疑点喷洒如氦气或者酒精等信号物质,在四极杆质谱中寻找信号物质的踪迹,从而找到泄漏点.
  3. 研究影响四极杆质谱分辨率的因素;作为教学专用的四极杆质谱系统,它提供了四极杆上所加电压信号的直流成分与交流成分比例系数的调节,改变上述系数,会影响四极杆质谱的分辨率,实验时可以测量不同条件下的质谱分辨率;
  4. 研究电离分支比: 改变热灯丝的加速电压,测量电子能量不同时,有机分子(如乙醇等)的电离分支比;
  5. 探索其他相关的实验内容: 如:我们还可以改变电子透镜上所加的电场,以初步明白电子透镜的工作原理。

(一)学习真空系统的基本操作

真空系统操作步骤

注意事项

  • 分子泵属于高真空泵,其运行前提是前级泵必须工作,且所属系统真空度需好于20Pa(该值可设定)。当系统负载过大(如有大漏),分子泵会因负载过大做自我停机保护(但无法对突然暴露大气等激烈的冲击做自我保护)。分子泵全转速运行过程中不能让其进气口和排气口突然暴露大气,突然暴露大气会对分子泵进行激烈冲击,造成分子泵的严重伤害甚至彻底报废。因此,必须防止此类事故发生。详见分子泵说明书。

机械泵原理

  • 机械泵:由两个旋片把转子、泵腔和两个端盖所围成的月牙形空间分隔成A、B、C三部分,当转子按箭头方向旋转时,与吸气口相通的空间A 的容积是逐渐增大的,正处于吸气过程。而与排气口相通的空间C的容积是逐渐缩小的,正处于排气过程。居中的空间B的容积也是逐渐减小的,正处于压缩过程。
  • 由于空间A的容积是逐渐增大(即膨胀),气体压强降低,泵的入口处外部气体压强大于空间A内的压强,因此将气体吸入。当空间A与吸气口隔绝时,即转至空间B的位置,气体开始被压缩,容积逐渐缩小,最后与排气口相通。
  • 当被压缩气体超过排气压强时,排气阀被压缩气体推开,气体穿过油箱内的油层排至大气中,机械泵连续运转,达到连续抽气的目的。

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分子泵

真空测量

真空测量分高真空和低真空测量,常用的有热偶规、电离规,分别代表它们测量范围。

  1. 热传导真空计:利用低压下气体热传导与压强有关这一原理制成。常用的有电阻真空计和热偶真空计,常用于105~10-1 Pa真空的测量。
  2. 电离真空计:利用低压下气体分子被荷能粒子碰撞电离现象,产生的离子流随电力变化的原理。如:热阴极电离真空计、冷阴极电离真空计和放射性电离真空计等,用于10-1~10-5Pa的真空测量。除气是利用电离规管中的一组热丝(阴极灯丝或加速极)对管内金属电极表面吸附的气体加热,使其迅速脱附,真空机组将其抽走,保证测量正确.

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(二)四极杆质谱原理

标准样品 全氟三丁胺

  • 物化性质:无色、无臭透明液体。
  • 熔点:-52℃相对密度:1.54g/cm3溶解性:insoluble

  • 为何采用 全氟三丁胺 作为 质谱的调谐液?
  • 做为调谐使用的标准物质本身必须具有其它物质不具备的特性才能被广泛使用,而全氟三丁胺本身性质特别适合做为这样的标准物质。
  • 它有如下特点:
    1. 性质稳定,很难与其它物质发生反应。
    2. 半挥发性,全氟取代后,沸点降低,在气化室内气化的好。
    3. 碎片覆盖全部质量范围,在MS下的裂解状态也比较固定,且裂解效率比较高,粒子响应好。
      • 碎片如下:
      • 31, 51, 69, 100, 119, 131, 169 ,181, 214, 219, 264, 376, 414,426, 464, 502,, 576, 614
    4. 只有 C-13 和 N-15 同位素,使碎片离子质量容易解析,同位素的干扰小。
  • 下图为 全氟三丁胺 标准质谱图。

参考资料

讨论

在网上搜不到VAccuRay宜准的这款质谱仪有关信息。请问是否有关于实验中所用的质谱仪的详细资料?例如电压UV_0扫描范围、四极杆质谱仪的电极间距? — 刘知平 2016/03/28 23:03
你问的这些参数是厂家一般不愿意提供的,我去问一下,若能拿到,供你自己了解,但不要写到报告中了。 — 乐永康 2016/03/28 23:33
请问有人知道实验中qms文件的二进制编码机制吗?有人成功利用binary IO解码么? —高雪健 12302010047 2016/05/03
qms 文件是实验软件参数配置文件, 你需要实验数据的话, 用软件直接导出xls 即可拿到实验的数据. — 俞熹 2018/09/06 14:15
问一个和实验没太大关系的问题…四极场为什么叫四极场…是因为有四个电极吗? — 吴迪 2018/03/12 19:52
是的。 — 乐永康 2018/03/12 21:41
找到了一点本实验中分子泵的资料,暂且放在这里以供参考仪器官网仪器说明书吴迪 2018/03/12 23:38
全氟三丁胺质谱文档https://webbook.nist.gov/cgi/cbook.cgi?JCAMP=C311897&Index=0&Type=Mass,来自NIST,可用任意文本编辑器打开
有人知道残余气体中59左右的峰是什么吗?非常明显。有可能是仪器里面的机油之类的有机质吗? — 许植伟 2018/03/24 20:45
如果 是70 附近的话 可能是 残余的 全氟三丁胺样品. 如果不是的话,应该是其他杂质. — 俞熹 2018/09/06 14:13
我们几乎每张图在75附近都有一个向下的峰,有些还很明显,请问会是什么原因?
原来的电源系统需要在这个参数附近进行“换挡”,可能是这个原因。 — 乐永康 2018/10/06 20:14
 
exp/quadrupole-ms/start.txt · 最后更改: 2018/10/14 17:24 由 yaohy
 
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