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Mass spectrometer" 和 "Mass spectrometry" 是两个相关但不同的术语

已有 728 次阅读 2024-2-4 12:23 |个人分类:地球科学|系统分类:科普集锦

"Mass spectrometer" 和 "Mass spectrometry" 是两个相关但概念不同的术语:

Mass Spectrometer (质谱计)

是一种用于测量和分析样品中分子或原子质量的精密仪器。通过一系列步骤,包括离子化、分离和检测,质谱仪可以将样品中的不同成分根据其质量与电荷比(m/z)进行区分。

其工作流程通常包括:离子源(产生带电粒子)、质量分析器(如四极杆、飞行时间、离子阱等,用来根据质量分离离子)、以及检测器(记录离子的数量或强度)。

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图1. 磁场型质谱离电离过程演示图,在质谱分析技术中,原子或分子使用高能电子束电离,然后根据它们的质荷比(m/z)分离。结果以质谱的形式呈现,它显示了离子在y轴上的相对丰度和它们在x轴上的m/z比。这些数据可以用来计算样品中原子或分子的精确质量。由Sal Khan创作。

Mass Spectrometry (质谱学)

Mass Spectrometry是利用质谱仪进行实验研究和数据分析的科学领域和技术方法

通过质谱分析,科学家可以获得有关样品化学组成的信息,比如确定化合物的分子量、识别特定元素、研究分子结构、测定同位素比例、检测痕量物质,以及在生物化学中解析蛋白质组分等。

质谱学不仅限于单一仪器的操作,还包括了各种样品处理技术、数据采集策略、数据分析算法以及理论解释等一系列相关知识体系。

因此,简单来说,“mass spectrometer”是执行质谱分析的硬件设备,而“mass spectrometry”则是这一系列操作过程及其背后的科学技术领域。

参考资料:维基百科

https://en.wikipedia.org/wiki/Optical_spectrometer#Spectrographs

附:常见的质谱分析方法

质谱分析法(Mass Spectrometry, MS)依据其离子化方式、检测手段以及所适用样品的不同,可以细分为多种类型。以下是一些主要的质谱技术分类:

  • 电子轰击质谱(Electron Ionization Mass Spectrometry, EI-MS):通过高速电子束撞击样品使之电离。

  • 场解吸附质谱(Field Desorption Mass Spectrometry, FD-MS):利用强电场使固体表面样品离子化。

  • 快原子轰击质谱(Fast Atom Bombardment Mass Spectrometry, FAB-MS):使用高能中性原子(如氦或 xenon)轰击在基质上的样品产生离子。

  • 基质辅助激光解吸附飞行时间质谱(Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time-of-Flight Mass Spectrometry, MALDI-TOF-MS):采用激光照射含有样品与基质的混合物,使大分子样品离子化并以速度差异进行分离和检测。

  • 电子喷雾离子化质谱(Electrospray Ionization Mass Spectrometry, ESI-MS):适用于液态样品,通过毛细管将带电液滴转化为气相离子,特别适合于生物大分子(如蛋白质、核酸等)的分析。

  • 感应耦合等离子体质谱(Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry, ICP-MS):主要用于无机元素的痕量分析,尤其在环境、地质、生物医学等领域应用广泛。

  • 火花源双聚焦质谱仪(Spark Source Mass Spectrometry, SSMS):用于金属材料中的同位素比测定。

  • 二次离子质谱(Secondary Ion Mass Spectrometry, SIMS)是一种用于分析固体表面和近表面层成分的高灵敏度和高分辨率的技术。该技术通过用一个或多个初级离子束(通常为氧、铯等离子)以一定能量轰击样品表面,从而激发并从样品中溅射出次级离子。这些次级离子包括原子、分子离子以及离子团簇,它们在电场和磁场的作用下按照质量-电荷比(m/z)进行分离,并被检测器记录下来。SIMS能够提供非常详细的表面信息,其深度分辨率可以达到纳米级别,因此适用于各种需要微区化学分析的应用领域,如半导体材料分析、薄膜厚度与成分测定、生物样本表面成分研究、地学矿物微区分析、以及有机和无机材料中的痕量元素探测等。此外,SIMS还可以对同位素进行精确测量,对于地质年代测定、环境科学、生物学以及材料科学研究具有重要意义。

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    美国伍兹霍尔海洋研究所二次离子质谱(NENIMF) ,专门从事矿物,玻璃,生物碳酸盐和氧化物以及工业材料中微量元素丰度的原位测定

  • 同位素比质谱(Isotope Ratio Mass Spectrometry, IRMS):专门用于精确测量不同稳定同位素比率的仪器,包括轻元素和重元素。在IRMS实验过程中,首先对样品进行预处理和纯化,以确保准确测定特定元素(如氢、碳、氮、氧、硫等)的不同稳定同位素(例如,12C/13C, 14N/15N, 16O/18O, 32S/34S等)。这些同位素比率能够反映地球科学、环境科学、生物学以及许多其他领域中的关键信息,包括地质年代测定、生态过程研究、气候变迁历史重建、食品溯源和生物地球化学循环等方面。IRMS设备通常具有高精度和高分辨率的特点,可以实现对极小同位素变化的敏感探测,为科学研究提供可靠的定量数据支持。

  • TIMS(热电离质谱法,Thermal Ionization Mass Spectrometry)是一种精确测定元素同位素比值的分析技术。该方法利用高温条件将样品中的特定元素离子化,并在真空环境中通过金属丝或类似材料作为载体进行收集和传输离子。在高电压下,离子被加速并通过磁分析器,其中根据离子的质量-电荷比(m/z)实现分离。由于不同同位素的质量差异,当离子束经过磁场时会弯曲成不同的轨迹,最终落在检测器上形成独特的峰形。通过测量这些峰的强度,TIMS能够极为精确地确定各种元素的不同同位素丰度,尤其是在地质年代学、地球化学以及核科学等领域中,对于铀、铅、锶、铷等元素的同位素分析具有极高的应用价值。此外,TIMS仪器在稳定同位素质谱研究中也扮演着重要角色,为科学研究提供了可靠且准确的数据支持。

  • 加速器质谱(Accelerator Mass Spectrometry, AMS)是一种高度敏感的同位素比测量技术,尤其适用于极低浓度放射性同位素的测定。这种技术将样品中的原子通过一系列步骤电离、加速至兆电子伏特(MeV)量级的能量,并利用电磁场和物理选择器将目标同位素与其他同位素分离。随后,在高分辨率的质量分析器中检测这些被精确加速的目标离子,从而获得其在样品中的相对丰度或绝对含量。AMS主要用于放射性碳测年(如14C测年)、长期环境污染物监测(如129I、36Cl等)、以及地质学和宇宙射线研究等领域。相比于传统的放射性衰变计数法,AMS显著降低了所需样品量,提高了测试效率,可以对样品中的痕量放射性同位素进行超灵敏检测。

  • 稀有气体同位素质谱仪(Noble gas isotope mass spectrometer):是一种用于分析稀有气体(如氦、氖、氩、氪、氙等)的同位素比例和含量的专业仪器。在地质年代测定领域中,稀有气体同位素质谱仪常被用来执行K-Ar和Ar-Ar测年法,例如(图),Noblesse SFT型静态真空质谱仪是一种国际先进的设备,配备高温熔样系统,可以处理各类岩石和矿物样品,有效提取和分析其中的稀有气体成分,为地学研究提供高精度的数据支持。

    image.png图2.Noblesse SFT型静态真空质谱仪是一种国际先进的设备,配备高温熔样系统,可以处理各类岩石和矿物样品,有效提取和分析其中的稀有气体成分,为地学研究提供高精度的数据支持(中国科学院西北生态环境资源研究院油气资源研究中心稀有气体同位素实验室)



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