实验室分析仪器--有机质谱仪器的基本结构
近代有机质谱仪器通常由离子源、质量分析系统、离子收集系统、真空系统、样品入口系统以及数据系统六个部分组成。早先的仪器如图所示，有入口系统、离子源、质量分析系统 （即磁铁构成的磁场） 、真空系统以及离子收集和记录系统，后者通常是简单的电位记录器或示波记录器。随着近代质谱仪器的迅猛发展，计算机几乎无所不能，它不仅取代了落后的记录方式，而且形成了独立的数据系统。
一、离子源
有机化合物的分子在离子源内形成了带电荷的离子，或者是正离子或者是负离子，顾名思义离子源就是离子产生的地方。目前作为常用的商品化的离子源装备在有机质谱仪上的有电子电离源、化学电离源、场电离源（包括场解吸源）、快原子轰击源、激光解吸源以及高效液相色谱-质谱联用时那些接口所构成的离子源，如热喷雾接口、大气压电离接口等 （包括电喷雾和大气压化学电离源）。
二、质量分析系统
从离子源出来的离子流包含了不同的质荷比离子。作为有机质谱分析，要获得该化合物能产生多少种质荷比的离子，以及它们各自的相应强度 （早期还使用丰度这一名称） 这些信息，势必要通过质量分析系统。将各种不同质荷比的离子予以空间或者时间上的分离，并且按照质荷比大小将它们排列，供离子收集系统检测。
质谱分析系统有静态和动态之分。静态的质量分析器是指起到质荷比分离作用的电、磁场及离子偏转轨道等参数在不同的时间内都是稳定的。随时间而改变其中一些参数，例如磁场扫描，是为了记录谱图而并非质量分离的要求。动态的质量分析器是指为了在空间或时间上实现质量分离必须使用交变的或者周期变化的电场，有时还同时使用静态的磁场，所以它的那些参数是随时间变化的。目前作为商品化的质量分析器有：磁分析器、四级杆分析器、离子阱分析器 （包括二维线性离子阱） 、轨道阱、飞行时间分析器以及傅立叶变换离子回旋共振分析系统。
三、离子收集系统
离子收集系统包括离子的检测和信号采集、放大，这里主要讨论各种离子的检测方式。灵敏度、准确度及响应时间是评价检测器性能的主要指标，它们因各种质谱仪器的工作要求而异。例如，同位素比值测定要求高的离子强度测定准确性，允许慢的扫描速度，而气相色谱-质谱联用的有机物分析要求快速扫描，如达到0.1s/十倍乘和相当高的灵敏度。对于前者则使用响应慢的法拉第杯 （测定准确性优于0.1%）；后者则使用响应快的电子倍增器 （灵敏度高于法拉第杯几百倍，但准确性最高达到0.5%）。作为商品化的离子检测器有法拉第环、级联式的电子倍增器、连续打拿极的电子倍增器、光电倍增器以及微通道板，这些都是电测时使用的检测器。对于马赫型的双聚焦质谱仪，还可以使用离子干板做检测器，乃至用光电二极管阵列代替离子干板进行检测，不过这类仪器已很少使用。下面将分别叙述各种电测的检测器。
1、法拉第杯
离子源打在收集板上被接地的电子所中和，这样在高阻 R 如1010 Ω 上产生一个可检测的信号。该信号可以在静电计管的栅极上进行直流放大，也可以进入振簧电容器形成交流信号，然后交流放大。离子抑制器上加正电位以抑止亚稳离子，倾斜的收集板使二次电子不溢出杯外。法拉第杯测出的离子流正比于离子的数目和离子所带的电荷，它有恒定的灵敏度和低的噪声，它的响应慢但是与离子的化学性质、质量以及能量均无关联，故适用于准确测定缓慢变化的离子流，如同于同位素比值质谱仪。
2、级联式电子倍增器
下图为级联式铍-铜合金的电子倍增器示意图。一定能量的正离子打在加上负高压的阴极上产生二次电子，然后经过多级 （一般为10~20级） 瓦片状的打拿极使电子像雪崩一样不断倍增，最后为阳极所检测。它的优点是快响应和高灵敏度，增益可达106以上可测出很微弱如 10-17 A 的离子流信号 （一般比法拉第杯高出三个数量级），适合于有机质谱分析。缺点之一为准确性差，通常在1%以上，这是因为它的增益由操作条件所决定，而且离子中和后形成的气体随着时间发生变化，会导致倍增器的放大不重现，甚至离子与阴极表面发生反应而改变灵敏度；缺点之二是质量歧视效应，入射正离子的化学性质、质量以及动量决定了阴极抛射二次电子的数目。级联式电子倍增器的打拿极一般是用高活性的铍-铜合金，若长时间暴露在空气中会影响它的活性而大大降低倍增性能，所以，通常要在真空或惰性气体中保存。
![45EW5HQ]V)8)HUKCKJK[MZI.png](https://i5.antpedia.com/attachments/att/image/20220126/1643165629306468.png "45EW5HQ]V)8)HUKCKJK[MZI.png")
一种级联式的新型电子倍增器由 ETP 公司在1991年推出。这种倍增器是由覆盖在铝基上的活性膜所组成的多级打拿极 ，属于脉冲计数式电子倍增器。其主要优点是克服铍-铜合金的电子倍增器不能暴露于空气的缺点，同时具有大的输出电流 （增益104~108，取决于工作电压） 和高的脉冲计数动态范围 （高达5×104/s计数率的线性输出响应），因而不仅已装备于四级杆和磁质谱仪，也因有窄的输出脉冲宽度（2.5ns） 、平坦的离子碰撞面及快的瞬间大信号复回时间，而用于飞行时间质谱仪。
3、连续打拿极电子倍增器
连续打拿极电子倍增器是由两块涂上高电阻膜的平行玻璃或者由半导体材料涂于细管的内壁制成，它的外形像喇叭。在倍增器的两端加上电压，由离子轰击打拿极后逸出的二次电子在电场中做摆线运动，每次与电极相碰都能发射出更多的电子而达到链式反应的目的。这种倍增器在易清洗以及对暴露大气不敏感方面明显优于铍-铜合金的级联式电子倍增器。负离子的接收方式与正离子相同，只需将仪器的极性反转，对于检测器来说，需要附加一个称为转换打拿极的电极。在正离子检测时，第一打拿极是加上负电位有利于电子的逸出，但对于负离子来说，这个负电位对负离子有推斥作用。若负离子的能量比较低，如四级杆的仪器，离子能量只有十几伏。这种推斥作用会导致收集不到负离子。附加的转换打拿极的功能是使负离子打在该电极后转化为正离子，后者就与正离子检测的情况相同。
连续打拿极电子倍增器也做了一些改进，它的改进目标是增加工作寿命和提高倍增器的性能如动态范围、灵敏度等。据美国 Detector Technology 公司报道，增加通道内表面的有效面积，减少单位面积的电子数，由此提高倍增器的寿命和动态范围；将倍增器的单通道改为多通道 （四通道），这也是增加有效表面积的措施；在进入倍增器之前增加一个转换打拿极并给予高压，如4.5KV，由它产生的二次电子在倍增器内扩散，这样对于弱信号的检测，尤其使较大质量的离子能得到更多的二次电子，从而提高灵敏度，这对于m/z>1000的离子很有效。
保持高的增益和稳定的性能是质谱工作者对倍增器的期望，这与使用密切相关。若长期在高的工作电压下使用倍增器，它的寿命明显下降，所以在实际使用时不必在高的工作电压下测定样品。如果做高灵敏度的测试时，实验结束后要及时把工作电压降下来。根据作者的经验做好样品的净化，可以在几年中保持倍增器的增益维持在105~ 106水平。
4、光电倍增管
离子在转换打拿极上打出电子，继后电子打在高电位 （如+10KV） 的发光体上，使后者发出光子。光子又打在光阴极上产生电子，后者又被类似于级联式电子倍增器所放大。光阴极板和电子倍增器被密封为一个部件，它与整个质谱仪的真空系统相隔离，这样既与被收集离子的能量和极性无关，又不受质谱仪系统的污染危害，因而寿命要高于电子倍增器。也有用阵列式光二极管或者电荷耦合元件代替上述的密封部件或者用 Daly球饼收集正离子，释放电子，由二次电子作用在闪烁体上产生光子再对光子进行检测。光电倍增器的灵敏度与电子倍增器相当，它的使用要求与上述电子倍增器相同。
5、微通道板或者微通道阵列
微通道具有快速响应的优点，在高速检测时被采用。微通道板由一些犹如蜂房式结构的通道组成 （它可以做到每平方厘米上百个通道，每个通道的直径为10~25µm），通道内敷以一层阻抗导体，然后在通道两端加上电压。飞行时间质谱仪 (TOFMS) 配用脉冲电离，光谱产生的速率可达10kHz。1万张瞬态谱图中每一张是一次脉冲得到的全部离子，不过它往往没有实用价值。只有对数十乃至数百谱图的累加，才能获得有足够信噪比的一张谱图，况且谱图的变换时间是取决于最慢的那个离子，从这个意义上来说，有效的速率仅为20~1000Hz。微通道板适合于 TOFMS 的分析，尤其是高速GC/EI-TOMFS的信号检测可采用双微通道板。对于基体辅助激光解吸的飞行时间质谱 （MALDI-TOFMS），同样要求快速检测，可以采用双微通道板，也可以用电子倍增器管与微通道板相耦合来检测大分子的离子。需要提及的是MALDI-TOFMS的数据获得需要十几兆赫的瞬态记录板才能使计算机采集和加工数据。
