《质谱法原子吸收光谱法》课件

质谱法和原子吸收光谱法欢迎参加《质谱法和原子吸收光谱法》课程这两种分析方法在现代科学研究和工业应用中扮演着至关重要的角色本课程将深入探讨这些技术的基本原理、仪器构造、实际应用以及最新发展趋势质谱法通过测量离子的质荷比来分析物质组成，而原子吸收光谱法则通过测量原子对特定波长光的吸收来确定元素含量这两种方法各具特色，在分析化学领域相辅相成，为科学研究提供了强大的分析手段在接下来的课程中，我们将系统地学习这两种方法的理论基础、仪器结构、操作技术以及数据分析方法，帮助大家掌握这些重要的分析工具课程概述基本原理学习深入理解质谱法和原子吸收光谱法的基础理论，掌握相关物理化学知识仪器结构和工作原理详细了解仪器各组成部分的功能和工作过程，理解信号产生和处理机制实验操作与技能培养通过实验训练掌握仪器操作技能，学习样品处理和前处理技术数据分析和应用学习数据解读方法，了解两种技术在不同领域的应用案例和最新发展第一部分质谱法离子化过程质量分析研究样品分子如何转化为气相离探讨不同类型质量分析器的工作子，包括各种离子化技术的原理原理，如何分离和检测不同质荷与特点，以及不同类型样品适用比的离子，以及各类分析器的适的离子化方法用范围与优缺点数据解读学习质谱图的结构特点，如何从质谱图中获取化合物结构信息，包括分子量、元素组成和结构碎片等关键数据在质谱法部分，我们将系统学习这一强大分析技术的基本原理和应用方法质谱法能够提供分子量和结构信息，是现代分析化学中不可或缺的工具通过本章学习，你将掌握质谱仪的工作原理、质谱图的解读方法以及质谱技术在各领域的应用质谱法简介基本定义质谱法是一种将样品中的分子转化为气相离子，并根据它们的质荷比进行分离和检测的分析技术，通过质谱图可以确定化合m/z物的分子量和结构信息历史发展年，汤姆逊发现电子并测量了电子的质荷比，奠定了质1897J.J.谱学的基础；年，阿斯顿发明第一台质谱仪；世纪19182050-60年代，质谱技术开始应用于有机化合物分析现代意义作为分析化学的核心技术之一，质谱法具有极高的灵敏度和选择性，能够检测极微量的物质，并提供丰富的结构信息，在药物分析、蛋白质组学、环境监测等领域发挥关键作用质谱仪的基本组成离子源进样系统将样品分子转化为气相离子的装置将样品引入质谱仪，可直接进样或与色谱联用质量分析器根据质荷比分离离子的核心部件数据系统检测器采集、处理和分析质谱数据检测分离后的离子并转化为电信号质谱仪由多个关键部件组成，每个部件都有其独特的功能和工作原理进样系统确保样品能够有效地进入仪器；离子源负责将中性分子转化为带电离子；质量分析器根据离子的质荷比进行分离；检测器捕获离子并产生对应的电信号；最后，数据系统将这些信号转化为可读的质谱图离子化技术

（一）电子轰击离子化（）化学离子化（）EI CI原理高能电子（通常为）轰击气态分子，使其失去原理反应气体（如甲烷、氨气）先被电离，然后与样品70eV一个电子形成正离子分子发生离子分子反应形成离子-特点特点硬电离方式，产生大量碎片离子软电离方式，碎片化程度低••有利于结构分析和谱库匹配有利于确定分子离子峰••适用于分子量小于的挥发性和热稳定化合物可形成正离子或负离子•1000Da•重现性好，便于建立标准谱库适用于极性化合物的分析••离子化技术

（二）电喷雾离子化（）大气压化学离子化（）ESI APCI原理样品溶液通过带高电压的毛细管，在电场作用下形原理利用电晕放电产生反应离子，这些离子与气化的样成带电液滴，经溶剂蒸发和库仑爆炸产生气相离子品分子发生化学反应形成样品离子特点特点超软电离方式，适合生物大分子中等软度的电离方式••可产生多价离子，扩展质谱仪质量范围适用于中低极性化合物••易与液相色谱联用（）对热稳定性要求较高•LC-MS•适用于极性化合物和生物分子灵敏度高，适合微量分析••离子化技术

（三）基质辅助激光解吸电离（）快原子轰击（）MALDI FAB原理样品与基质混合并结晶，通过激光照射使基质吸收原理利用高能原子束（如氙、氩）轰击溶解在液体基质能量后发生爆炸性解吸和电离，将样品分子带入气相并电（甘油、硫代甘油）中的样品，使其解吸和电离离特点特点软电离技术，适合热不稳定和极性化合物•脉冲离子化，通常与飞行时间质量分析器配合•基质干扰大，背景谱复杂•适合分析高分子量生物分子（如蛋白质、多肽、核酸）•能够分析化合物的分子量高达几千道尔顿•已逐渐被新型离子化技术如和取代•ESI MALDI样品制备简单，耐受缓冲盐和杂质•主要产生单价离子，谱图简单易解读•质量分析器

（一）四极杆基本结构由四根平行排列的圆柱形金属杆组成，对径相对的电极连接在一起，施加相同的直流电压和频率相同、相位相反的射频电压工作原理在特定的直流电压和射频电压组合下，只有特定质荷比的离子能沿轴线稳定通过四极杆，其他离子将撞击在电极上被中和，通过改变电压实现对不同质荷比离子的扫描性能特点分辨率中等（通常为单位质量分辨率），扫描速度快，价格相对低廉，操作稳定，易于维护，线性动态范围宽，是最常用的质量分析器之一应用模式可作为质量过滤器（选择特定m/z的离子通过），也可进行全扫描；在三重四极杆中，还可用于碰撞诱导解离（CID）的串联质谱分析，提高选择性和灵敏度质量分析器

（二）飞行时间基本原理基于离子在真空中飞行时间差异分离不同质荷比的离子工作机制离子在加速区获得相同动能，在无场区飞行，质量越小速度越快反射式飞行时间增加离子反射器提高分辨率，补偿能量分散技术优势理论上无质量上限，高传输效率，高灵敏度，快速分析飞行时间质量分析器是基于简单的物理原理相同动能下，质量不同的离子飞行速度不同当带电粒子在电场中加速后，所有离子获得相同的动能，但由于质量差异，它们的速度不同，导致到达检测器的时间不同飞行时间越短，质荷比越小现代飞行时间分析器通常采用反射式设计，使用离子反射器（反射场）来补偿离子初始能量分布的差异，显著提高分辨率这种分析器与MALDI等脉冲离子源配合效果最佳，已广泛应用于蛋白质组学研究质量分析器

（三）离子阱结构工作原理由一个环形电极和两个端盖电极组成，形成三维四极场空间，通过改变射频电压的幅度，使特定质荷比的离子变得不稳定离子在其中做复杂的周期性运动并被弹出阱外达到检测器，从而实现质量分析功能应用特点MSn能够在阱内进行多级串联质谱分析，先选择前体离子，经碰体积小、价格适中，灵敏度高，具有独特的能力，特别MSn撞活化后产生子离子，再对子离子进行进一步分析，过程可适合结构分析和复杂混合物的研究，但质量准确度和分辨率多次重复相对较低检测器电子倍增器光电倍增管工作原理利用二次电子发射效应，工作原理离子首先撞击转换打拿极，当离子撞击第一级发射极表面时，释产生电子，这些电子再撞击荧光屏产放出电子，这些电子又被加速撞击下生光子，光子击中光电阴极产生电子，一级发射极，产生更多电子，形成电最后经过多级倍增子倍增效应特点增益高，噪音低，寿命长，但特点结构简单，响应速度快，增益结构较复杂，成本较高高（106~108），灵敏度高，是最常用的质谱检测器阵列检测器工作原理由多个独立的检测单元组成，能够同时检测多个质荷比的离子，提高检测效率特点提高检测速度和灵敏度，对于飞行时间和磁质谱仪特别有用，但成本高，数据处理复杂质谱图解读

（一）质谱图基本概念质谱图是离子相对丰度与质荷比的关系图，横坐标为值，纵坐标为离子相对丰度m/z分子离子峰对应于分子失去一个电子形成的正离子，其值等于化合物的分子量M+•m/z基峰质谱图中最强的峰，相对丰度定为，其他峰的丰度相对于100%基峰表示质谱图是质谱分析的核心输出结果，它直观地展示了样品中各种离子的质荷比和相对含量对于有机化合物，分子离子峰是确定分子量的关键依据，其值直接对应于化合物的分子量m/z在电子轰击离子化下，分子离子峰可能不是最强峰，有时甚至很弱或缺失，这取决于化合物的结构稳定性识别分子离子峰的方法包括观察同位素峰分布模式、偶数氮规则（含偶数个氮原子的化合物分子量为偶数）以及与其他峰的关系等质谱图解读

（二）同位素峰碎片离子峰由于元素天然同位素的存在，分子离子会形成同位素离子分子离子断裂形成的较小质量的离子，其峰形分布反映了簇化合物的结构特征常见同位素分布常见碎片化途径氯裂解断裂发生在官能团位碳原子上•35Cl/37Cl:3:1•α-:α溴麦克拉弗提重排涉及氢迁移的六元环过渡态重排•79Br/81Br:1:1•:碳逆狄尔斯阿尔德反应环状化合物开环•12C/13C:100:

1.1•-:同位素峰模式可用于推断分子中特定元素的存在和数量碎片离子的值和相对丰度是结构解析的重要信息来源m/z质谱应用

（一）确定分子量通过识别分子离子峰获取化合物的精确分子量，结合软电离技术（如ESI、CI）可提高分子离子峰的观测几率确定分子式利用高分辨质谱测定精确分子量和同位素分布模式，结合元素组成规律推断分子式结构碎片分析分析特征碎片离子的m/z值和相对丰度，识别特定官能团和结构单元的存在结构确证利用串联质谱获取更多结构信息，与标准品对比或谱库检索确认结构质谱法在有机化合物结构分析中具有不可替代的作用通过软电离技术（如化学电离、电喷雾电离）可以获得分子离子峰，确定分子量；而硬电离技术（如电子轰击）则产生丰富的碎片离子，为结构解析提供关键信息质谱应用

（二）蛋白质鉴定肽指纹图谱、序列测定翻译后修饰分析磷酸化、糖基化、乙酰化位点定量蛋白质组学稳定同位素标记、无标记定量蛋白质相互作用研究复合物分析、结构生物学质谱技术在蛋白质组学研究中发挥着核心作用通过酶解将蛋白质切割成肽段，然后利用液相色谱-质谱联用技术（LC-MS/MS）进行分析质谱可以提供肽段的精确质量和氨基酸序列信息，从而实现蛋白质的高通量鉴定在翻译后修饰研究中，质谱能够精确定位修饰位点，检测由于修饰导致的质量变化通过稳定同位素标记技术（如SILAC、iTRAQ），质谱还能够进行准确的蛋白质相对定量，比较不同生理状态下蛋白质表达水平的变化，为疾病标志物的发现和药物靶点的确认提供重要依据质谱应用

（三）环境分析食品安全法医毒理学质谱技术能够检测水、土壤和空气中通过质谱法可快速检测食品中的农药质谱在毒品筛查和法医鉴定中发挥重的持久性有机污染物、农药残留和重残留、兽药残留、非法添加剂和有害要作用，能够在复杂基质中检测微量金属，检出限可达甚至级别，物质，确保食品安全多重反应监测毒物，并提供确凿的化学证据，支持ppb ppt为环境监测和污染控制提供科学依据模式（）提高了检测的特异性和法律裁决MRM灵敏度质谱与色谱联用气相色谱质谱联用液相色谱质谱联用-GC-MS-LC-MS工作原理气相色谱负责分离混合物，质谱负责检测和鉴工作原理液相色谱分离后的流出物通过接口（如、ESI定分离出的化合物）引入质谱进行分析APCI特点特点适用于挥发性和热稳定化合物适用于非挥发性、热不稳定和极性化合物••分离效率高，峰形窄，分辨率好样品前处理简单，可直接分析水溶液••常与电子轰击离子化配合常与或离子源配合••ESI APCI有丰富的标准谱库用于化合物鉴定可分析高分子量化合物••应用环境分析、食品安全、法医毒理学、代谢组学应用药物代谢研究、蛋白质组学、多肽分析、天然产物研究质谱法的优势和局限性优势局限性超高灵敏度，可检测极微量样品（达飞摩尔级别）仪器复杂，价格昂贵，维护成本高高选择性，能够在复杂基质中特异性检测目标物对样品纯度和前处理要求较高，基质效应可能影响电离效率提供丰富的结构信息，包括分子量、元素组成和结构碎片不同离子化方式下谱图可能差异大，增加解读难度分析速度快，适合高通量筛查和监测对挥发性和离子化效率低的化合物检测困难质谱法作为现代分析技术的佼佼者，其卓越的灵敏度和选择性使其成为分析化学领域的核心工具它能够提供其他技术难以获取的详细分子结构信息，尤其在微量分析和复杂样品分析中具有无可替代的优势然而，质谱技术也面临一些固有的局限性仪器的高昂成本和专业操作要求限制了其普及应用；某些化合物难以离子化或容易发生离子抑制效应；数据解读需要专业知识和经验随着技术的不断发展，这些局限性正在逐步克服，质谱法的应用范围也在不断扩大质谱法发展趋势微型化与便携化开发体积小、重量轻的台式和便携式质谱仪，扩大现场快速分析应用高分辨率与高质量精度提高质量分析器的分辨率和质量精度，实现复杂样品的精确分析智能化与自动化结合人工智能技术实现数据智能处理和自动化解读，提高分析效率空间分辨质谱成像发展质谱成像技术，实现组织切片和细胞的化学成分空间分布分析质谱技术正朝着更高性能、更广应用和更便捷操作的方向发展高分辨率质谱仪（如傅里叶变换离子回旋共振质谱和轨道阱质谱）能够提供亚ppm级的质量精度，大大提高了化合物鉴定的准确性离子迁移谱-质谱联用技术增加了一个额外的分离维度，进一步提高了复杂样品分析的分辨能力同时，质谱成像技术的发展使得研究人员能够直接观察组织切片上生物分子的空间分布，为生物医学研究提供了强大工具而人工智能和机器学习算法的应用则大大简化了质谱数据的处理和解读过程，使非专业人员也能获取有价值的分析结果第二部分原子吸收光谱法光谱基础仪器组成原子吸收光谱法基于气态基态原原子吸收光谱仪主要由光源、原子对特定波长光的吸收，每种元子化器、单色器和检测系统组成，素都有其特征吸收谱线，吸收强每个部分都对分析性能有重要影度与原子浓度成正比，因而可用响于定量分析定量方法通过测量样品吸光度，结合标准曲线或标准加入法，可准确测定样品中金属元素的含量，检测限可达级别ppb原子吸收光谱法是一种基于气态基态原子对特定波长光吸收的分析方法，主要用于金属元素的定量分析在这部分内容中，我们将详细介绍原子吸收光谱法的基本原理、仪器结构、操作技术以及应用领域，帮助大家掌握这一重要的元素分析工具原子吸收光谱法简介基本概念原子吸收光谱法是一种测量基态气态原子对特定波长光吸收的分析技术，基于各种元素原子具有特征的吸收谱线，可用于定性和定量分析元素历史起源1802年，沃拉斯顿首次观察到太阳光谱中的暗线；1859年，基尔霍夫和本生通过实验确认这些暗线是由太阳光中的元素吸收引起的分析方法建立1955年，澳大利亚科学家沃尔什发明了第一台原子吸收分光光度计，实现了元素的定量分析，标志着现代原子吸收光谱法的诞生现代发展从20世纪70年代开始，原子吸收光谱技术快速发展，出现了石墨炉原子化、氢化物发生、冷蒸气技术等，大幅提高了检测灵敏度和适用范围原子吸收光谱仪的基本组成原子化器光源将样品转化为气态基态原子提供特征波长的元素辐射光单色器分离出特定波长的特征线数据处理系统检测器转换信号、计算浓度并输出结果测量透过光强度转化为电信号原子吸收光谱仪由几个关键部件组成，它们协同工作实现元素的精确检测光源产生待测元素的特征辐射线；原子化器将样品转化为气态基态原子；单色器分离出特定波长的光线；检测器测量透过样品后光的强度；数据处理系统将光信号转化为可读数值每个组件的性能和特性都会直接影响分析结果的准确性和灵敏度例如，光源的稳定性决定了测量的精密度；原子化效率影响检测灵敏度；单色器的分辨率决定了对干扰的抵抗能力；检测器的灵敏度则影响信噪比和检测限光源

（一）结构组成工作原理特点优势使用注意空心阴极灯由密封的玻当灯通电时，惰性气体提供窄带宽、高强度的需要预热稳定，电流不璃管、填充惰性气体被电离，产生正离子特征谱线，谱线宽度小宜过大以避免自吸收，（氩或氖）、一个空心这些正离子轰击阴极，于原子吸收线宽，波长灯的寿命有限（约阴极和一个阳极组成使阴极表面的元素原子稳定且具有高纯度，是小时），不1000-2000阴极由待测元素或含待溅射出来，并被激发发最常用的原子吸收光谱同元素需要更换不同的测元素的合金制成，内光，产生该元素的特征光源灯部涂有该元素光谱线光源

（二）无极放电灯结构工作原理与优势无极放电灯（）由密封的石英球形管组成，内含低压当射频能量施加到线圈时，产生电磁场使惰性气体电离，EDL惰性气体和少量待测元素（通常为卤化物）灯外部环绕形成等离子体等离子体中的高能粒子与元素化合物碰撞，射频线圈，连接到射频功率源释放出元素原子并激发发光，产生特征光谱主要特征优势比较无内置电极，延长了使用寿命光强度比空心阴极灯高倍••10-100采用射频能量激发，无需直接电连接特别适用于某些难以制备或不稳定的空心阴极灯元素••紧凑设计，体积小巧使用寿命长（小时）••3000-5000对砷、硒、碲等元素检测特别有效•原子化器

（一）样品引入样品溶液通过雾化器转化为气溶胶，与燃料和氧化剂混合后进入火焰原子化过程在高温火焰中，样品经历脱溶、气化、熔融、汽化和解离，最终形成气态基态原子火焰类型常用空气-乙炔火焰（2300°C）和氧化亚氮-乙炔火焰（2900°C），前者适合易解离元素，后者适合难解离元素火焰原子化器是原子吸收光谱中最常用的原子化装置它操作简单，稳定性好，线性范围宽，尤其适合常量和微量元素的测定典型的火焰原子化系统包括雾化器、燃烧室和燃烧头样品溶液被吸入雾化器，与氧化剂混合形成细小雾滴，然后与燃料混合，进入燃烧头燃烧火焰原子化过程包括多个物理化学变化首先是液滴脱溶形成微小固体颗粒，然后颗粒熔化、气化，最后分子解离形成基态原子这些基态原子能够吸收光源发出的特征波长光，实现元素的定量测定不同元素需要不同的火焰温度和燃烧条件才能达到最佳原子化效率原子化器

（二）基本结构工作原理12石墨炉原子化器主要由石墨管、电极、冷却水系统和保护气体通样品微量注入石墨管，通过程序升温进行干燥、灰化和原子化三道组成石墨管内壁覆有热解石墨涂层，提高化学惰性和耐久性个主要步骤在原子化阶段（2000-3000°C），样品被完全气化并解离为自由原子，形成原子云温度程序优势特点34精确控制升温过程是石墨炉技术的核心典型程序包括干燥与火焰原子化相比，石墨炉具有更高灵敏度（检出限低100-1000（80-120°C）、灰化（300-1200°C）、原子化（2000-3000°C）倍），样品用量少（μL级），可直接分析固体样品，且受基体干和清洗（高于原子化温度）四个阶段扰较小，特别适合痕量和超痕量元素分析单色器光栅单色器棱镜单色器工作原理利用光的衍射原理，使不同波长的光在空间上工作原理利用光的折射和色散原理，使不同波长的光沿分开不同方向传播主要组成主要组成入射狭缝控制进入单色器的光束宽度入射狭缝限制光束大小••准直镜将发散光变为平行光准直透镜产生平行光束••衍射光栅将光分解成不同波长棱镜使不同波长光分离••聚焦镜将分离的光聚焦聚焦透镜将光聚焦到出射狭缝••出射狭缝选择特定波长的光出射狭缝选择所需波长••特点分辨率高，光通量大，适合高性能仪器特点结构简单，透光率高，但短波长分辨率较低检测器光电倍增管电荷耦合器件（）CCD工作原理基于光电效应和二次电子发射效应，将弱光信号转工作原理由大量光敏像素组成的半导体器件，可同时检测多化为可测量的电信号并放大个波长的光强度结构组成结构特点光电阴极接收光子产生光电子二维像素阵列，每个像素为光电转换单元••多级倍增极每级产生二次电子放大集成电路控制电荷读出和处理••阳极收集电子产生电流信号制冷系统降低热噪声••特点优势高灵敏度，可检测单光子多通道同时检测，提高效率••响应速度快（纳秒级）量子效率高，线性范围宽••增益高（可达）适合光谱成像•106-108•噪声低，稳定性好体积小，可靠性高••原子吸收光谱的基本原理原子吸收基础基态原子吸收特定波长的辐射能，跃迁到高能激发态；每种元素有其特征吸收谱线，对应于特定能级跃迁定律Beer-Lambert吸光度A与气态基态原子的浓度N0成正比A=logI0/I=kλN0l，其中I0为入射光强度，I为透射光强度，kλ为波长λ处的吸收系数，l为光程线性关系应用基于吸光度与浓度的线性关系，通过测量样品吸光度可以定量测定元素含量；但在高浓度时可能偏离线性原子吸收光谱法的理论基础是自由原子对特定波长光的选择性吸收和Beer-Lambert定律当特定波长的光通过含有待测元素气态原子的样品时，部分光能被原子吸收，引起电子从基态跃迁到高能级激发态这种吸收是高度特异性的，因为每种元素都有其独特的能级结构，因而具有特征吸收波长在理想条件下，吸光度与原子浓度成正比，这为定量分析提供了理论依据但实际应用中，仪器因素、原子化效率、基体效应等都可能影响这种线性关系为了获得准确结果，通常需要使用校准曲线或标准加入法，并考虑可能的干扰因素背景校正技术

（一）背景吸收来源样品基体中的分子、颗粒或其他非特异性组分对光的散射和吸收，会导致测量信号偏高，影响分析准确度连续光源原理交替测量空心阴极灯（窄带谱线）和氘灯（连续光谱）通过样品的光强，前者测量总吸收（元素背景），后者仅测量背景吸收+信号处理通过电子系统自动减去背景吸收，得到纯元素吸收信号元素总A=A-背景A应用优势操作简单，适用于大多数分析；便于自动化实现；能校正大部分非结构性背景干扰；广泛应用于火焰原子吸收分析背景校正技术

（二）塞曼效应原理在强磁场作用下，原子谱线分裂为多个组分谱线分裂主线分裂为π组分（平行于磁场）和σ组分（垂直于磁场）偏振选择通过偏振器选择性测量不同分量背景消除非原子吸收不受磁场影响，可被准确扣除Zeeman效应背景校正是基于磁场对原子能级的影响原理当外加磁场作用于原子时，能级会分裂，导致吸收谱线分裂为几个组分而背景吸收（如分子吸收或散射）不受磁场影响通过测量有磁场和无磁场条件下的吸收差异，可以精确分离元素特征吸收和背景吸收与连续光源背景校正相比，Zeeman效应校正具有多项优势可校正结构性背景干扰；校正点与分析线完全重合；适用于复杂基体和高背景样品分析；特别适合石墨炉原子化技术它在痕量元素分析中发挥重要作用，尤其是在临床、环境和材料分析领域定量分析方法标准曲线法标准加入法原理制备一系列已知浓度的标准溶液，测量其吸光度，绘制原理向等分试样中加入不同量的标准溶液，测量加标前后的吸光度与浓度的关系曲线，根据样品的吸光度从曲线上查找对吸光度变化，通过外推计算原样品浓度应浓度操作步骤操作步骤•将样品分成若干等份•配制一系列浓度梯度的标准溶液•向各份样品中加入递增量的标准溶液•在相同条件下测量标准溶液的吸光度•测量各份样品的吸光度•绘制标准曲线（通常为直线）•绘制吸光度与加入标准量的关系图•测量样品吸光度，从曲线查出浓度•外推至纵轴截距，计算样品浓度优势操作简便，适合批量分析，精密度高优势可有效消除基体效应，适合复杂样品局限样品与标准溶液基体差异可能导致误差局限操作较繁琐，分析时间长干扰及其消除

（一）光谱干扰定义其他元素的吸收线或分子吸收带与分析线重叠或非常接近，导致测量信号增强表现形式•直接光谱重叠其他元素吸收线与分析线完全或部分重叠•背景吸收基体成分的分子吸收或光散射造成的非特异性吸收消除方法•选择干扰较小的特征线•提高单色器分辨率•采用背景校正技术（连续光源法、塞曼效应法等）化学干扰定义化学反应影响待测元素的解离平衡，导致可用于吸收的基态原子数减少常见类型•难解离化合物形成如Ca与磷酸盐形成难解离的磷酸钙•热稳定氧化物形成如Al、Ti、V等形成难解离的氧化物消除方法•添加释放剂（如向Ca测定中加入La或Sr）•使用高温火焰（如N2O-C2H2）•添加保护剂（如EDTA）干扰及其消除

（二）电离干扰物理干扰原理高温环境下原子被电离，减少可用于吸收的基态原子数量原理样品物理性质影响其吸入量、雾化效率和原子化过程常见类型A A++e-⟷黏度差异影响溶液吸入速率•影响因素表面张力变化影响雾滴大小和数量•溶剂挥发性影响溶剂蒸发和原子化效率元素电离能越低越容易受干扰（如碱金属、碱土金属）••高盐浓度影响燃烧头堵塞和信号稳定性火焰温度温度越高，电离越显著••样品中易电离元素的存在•消除方法消除方法标准溶液与样品基体匹配•使用内标法添加电离抑制剂（如、等）••K Cs标准加入法选择较低温度的火焰••适当稀释高盐样品标准溶液与样品基体匹配••样品前处理技术干法消解湿法消解微波消解在高温（450-550°C）使用强酸（如HNO

3、在密闭高压容器中，下灰化有机物，将样H2SO

4、HClO4）利用微波加热酸液快品转化为无机物，适或混合酸在加热条件速分解样品具有消用于植物、食品等含下溶解样品，消除有解时间短、效率高、有机物较多的样品机物干扰常用于各污染少、元素损失少操作简单但可能造成类生物样品、土壤和等优点，适合批量样挥发性元素损失环境样品分析品处理萃取技术利用溶剂萃取、固相萃取或螯合剂萃取等方法，将目标元素与基体分离，提高检测灵敏度，减少干扰适用于痕量元素分析和复杂基体样品原子吸收光谱法应用

（一）原子吸收光谱法是环境分析中不可或缺的工具，广泛应用于水质监测、土壤分析、大气污染监测和沉积物研究等领域它能够准确测定环境样品中的重金属含量，评估污染程度和环境风险在水质分析中，原子吸收可检测饮用水、地表水、地下水和废水中的、、、等有毒金属，检出限低至级别Pb CdHg Asppb土壤和沉积物分析通常结合酸消解或萃取技术，测定样品中的金属含量，评估土壤污染状况和生物可利用性大气污染监测中，通过对空气颗粒物采样后分析，可评估空气中重金属污染水平原子吸收光谱法应用

（二）80+可检测元素原子吸收能检测周期表中大部分金属和半金属元素

0.001检出限ppm石墨炉技术可达ppb甚至ppt级别5000+年检测样本量一台仪器在正常工作条件下的年处理能力98%准确率使用标准方法和质控措施可达到的典型准确度食品安全检测是原子吸收光谱法的重要应用领域该技术能够检测食品中的有毒重金属（如铅、镉、汞、砷）和必需微量元素（如铜、锌、铁、锰），确保食品符合安全标准应用范围涵盖农产品、水产品、肉类、乳制品、谷物和加工食品等各类食品在食品检测中，样品前处理至关重要通常采用干法灰化或湿法消解去除有机物，然后进行元素测定对于易挥发元素（如汞、砷），需使用特殊技术如冷蒸气原子吸收或氢化物发生原子吸收随着食品安全标准日益严格，高灵敏度的石墨炉原子吸收技术已成为食品检测的主要手段原子吸收光谱法应用

（三）临床诊断分析血液、尿液、毛发等生物样品中的微量元素含量，辅助疾病诊断和健康评估，如病铜代谢异常、重金属中毒诊断等Wilson药物分析检测药品中的金属杂质和活性成分中的金属元素，确保药物安全性和有效性，满足药典要求生物医学研究研究微量元素在生理和病理过程中的作用，探索元素与疾病发生发展的关系，为新治疗方法提供依据毒理学研究评估重金属在组织中的蓄积和生物转化，研究金属毒性机制和健康风险，支持环境健康政策制定原子吸收与原子发射的比较原子吸收光谱法原子发射光谱法AAS AES基本原理测量基态原子对特定波长光的吸收基本原理测量激发态原子回到低能态时发射的光光源空心阴极灯或无极放电灯（元素特征光源）光源等离子体、火焰、电弧或火花（激发源）检测元素数一次只能测一种元素（顺序分析）检测元素数可同时测多种元素（多元素分析）线性范围通常个数量级线性范围通常个数量级2-35-6灵敏度极高（尤其是石墨炉技术）灵敏度高（但某些元素不如）AAS基体干扰中等，受化学和物理干扰影响基体干扰较少，特别是高温等离子体检测限火焰法级，石墨炉法级检测限通常级（）ppb-ppm ppt-ppb ppbICP-AES操作复杂度相对简单，易于掌握操作复杂度相对复杂，参数多适用范围痕量和超痕量元素分析适用范围多元素同时分析，主量元素分析原子吸收光谱法的优势和局限性主要优势高灵敏度和选择性，可检测微量至超微量元素操作相对简单，分析成本适中基体干扰较少，结果可靠性高仪器稳定性好，维护要求适中主要局限一次只能测定一种元素，多元素分析效率低线性范围较窄，通常为2-3个数量级非金属元素测定困难或不可行受化学干扰和物理干扰影响原子吸收光谱法作为元素分析的经典方法，在痕量金属分析领域具有不可替代的地位它操作简便、成本适中，且具有很高的灵敏度和选择性，特别适合于环境、食品、生物和材料科学中的痕量元素分析石墨炉原子吸收技术的发展更是大大提高了检测灵敏度，使超痕量分析成为可能然而，这种技术也存在一些固有的局限性一次只能分析一种元素的特点限制了样品通量；对某些元素的检测受到化学干扰的影响；非金属元素分析能力有限；线性范围相对较窄随着分析需求的发展，这些局限性促使科学家开发出更多先进技术如ICP-MS等作为补充原子吸收光谱法发展趋势高灵敏度检测技术发展新型石墨炉材料和加热技术，提高原子化效率；改进背景校正方法，降低检测限；研发新型原子化装置，如电热蒸发装置，扩大应用范围自动化与智能化全自动进样系统和样品前处理装置，提高分析效率；智能化数据处理和质量控制系统，降低人为误差；远程监控和操作功能，实现无人值守分析高通量分析快速顺序分析技术，缩短多元素分析时间；连续光源原子吸收技术，实现多元素同时测定；与其他分析技术的联用，提供更全面的元素分析解决方案微型化与便携化小型化、便携式原子吸收光谱仪的开发，实现现场快速分析；微流控技术的应用，减少样品和试剂用量；低功耗设计，适合野外和紧急情况使用第三部分实验技术和数据分析仪器操作样品制备仪器参数优化、校准和维护，标准操作固体样品的粉碎、消解、提取和液体样规程的建立和执行品的预处理、稀释和基体修饰数据采集信号采集设置、背景校正、重复测量和相对标准偏差控制报告撰写数据处理实验报告格式、数据呈现方式、结果分析和质量控制记录定性和定量分析方法，数据统计处理，结果验证和不确定度评估实验技术和数据分析是掌握质谱法和原子吸收光谱法的关键环节在这部分内容中，我们将详细介绍样品制备、仪器操作、数据采集和处理的实用技能，帮助大家建立科学的实验方法和数据分析能力质谱实验操作流程样品准备•选择合适的样品制备方法（提取、纯化、衍生化等）•按照样品类型和分析目的配制样品溶液•准备合适浓度的标准品和质控样品仪器参数设置•选择适合的离子源类型和参数（如离子化能量、温度）•设置质量分析器参数（扫描范围、分辨率等）•优化检测器灵敏度和数据采集模式系统校准•使用标准物质校准质量轴•检查质量准确度和分辨率•验证系统性能符合要求样品分析•按照分析序列依次进样和数据采集•监控系统稳定性和分析质量•必要时进行重复测定和系统清洗数据处理与解读•数据平滑、背景扣除和峰检测•定性分析（谱库检索或结构解析）•定量计算和结果评估原子吸收光谱实验操作流程样品前处理根据样品性质选择合适的消解或提取方法，将样品转化为溶液形式；准备适当浓度范围的标准系列溶液；准备空白溶液和质控样品仪器预热与优化开启仪器并预热30分钟以上；安装相应元素的空心阴极灯；设置合适的波长、狭缝宽度；调整火焰或石墨炉参数；优化标准曲线建立光路和能量测量标准系列溶液的吸光度；检查曲线的线性和相关系数；确保曲线覆盖样品预期浓度范围；必要时调整标准系列浓度样品测定或分析参数4按照分析序列依次测量样品、标准和质控样品的吸光度；定期检查仪器稳定性和标准回收率；对浓度超出线性范围的样数据处理品进行适当稀释根据标准曲线计算样品浓度；考虑稀释因子和样品量进行结果换算；评估精密度和准确度；检查质量控制结果；撰写分析报告样品制备技术

（一）干法灰化湿法消解微波消解将样品在马弗炉中于℃下灰化数使用强氧化性酸（如、、在密闭的聚四氟乙烯容器中，利用微波450-550HNO3H2SO4小时，有机物被氧化分解为和，）或其混合物在加热条件下氧化能量快速加热酸液，在高温高压下快速CO2H2O HClO4金属元素以氧化物形式留在灰分中适分解有机物常见体系包括分解样品具有消解时间短（通常HNO3-20-30用于植物、食品等含有机物多的样品，、、王水分钟）、污染少、元素损失少等优点，HClO4HNO3-H2SO4但易挥发元素（如、、）可能损（）等可避免干法灰化适合批量样品处理，已成为现代实验室Hg AsSe HCl:HNO3=3:1失中易挥发元素的损失，但操作相对复杂，的主要消解方法有安全风险样品制备技术

（二）直接稀释法对于水样、生物流体等液体样品，在基体干扰小且浓度适合的情况下，可直接用超纯水或合适溶剂稀释至工作浓度范围，简单快速沉淀富集利用共沉淀或直接沉淀技术，将稀溶液中的微量元素富集在沉淀物中，提高检测灵敏度，降低检测限，适用于环境水样的痕量元素分析溶剂萃取使用合适的螯合剂（如二乙基二硫代氨基甲酸钠、8-羟基喹啉）和有机溶剂，将目标元素从水相转移到有机相，实现分离和富集固相萃取使用功能化吸附剂（如C

18、离子交换树脂、螯合树脂）固定相，将目标元素从大体积液体样品中捕获，然后用少量溶剂洗脱，达到分离和富集的目的仪器校准和维护质谱仪校准原子吸收校准日常维护使用已知质荷比的调整光源能量和波根据使用频率定期标准物质校准质量长位置；优化雾化清洁进样系统和离轴；检查质量准确器和燃烧头参数；子源；更换易损部度、分辨率和灵敏建立标准曲线并验件；检查真空系统度；进行离子化源证线性和灵敏度；性能；校验气体和参数优化；定期进定期检查检测限和液体流量；维护数行系统适应性测试重现性据库和备份系统预防性维护制定定期维护计划；记录仪器使用状况和性能变化；提前预订必要耗材和备件；定期由专业人员进行全面检查和调整数据采集和处理质谱数据采集原子吸收数据采集数据处理软件选择合适的扫描模式全扫描模式收集完信号处理模式选择峰高或峰面积积分；商业软件功能光谱处理、峰检测、峰面整质谱信息；选择离子监测（SIM）提高灵连续流模式或分立采样积计算、谱库检索、定量计算敏度；多反应监测（MRM）提高选择性背景校正设置选择合适的背景校正方法自定义处理数据导出格式、外部统计软优化采集参数驻留时间、扫描速度、分和参数件应用、批处理自动化辨率设置、质量范围重复测量设置平均测量次数、相对标准数据可视化谱图平滑、基线校正、叠加数据质量控制定期检查质量准确度、信偏差控制、异常值检测比较、3D呈现噪比和系统稳定性质量控制和质量保证实验室认证和资质ISO/IEC17025认证，CMA/CNAS资质标准操作程序详细的仪器操作、样品处理和数据分析程序方法验证3确认方法的准确度、精密度、检出限和线性范围质控样品分析空白样品、标准样品、加标回收、平行样品仪器性能监控定期检查和校准仪器参数高质量的分析结果依赖于严格的质量控制和质量保证体系实验室应建立完整的质量管理体系，包括人员培训、环境控制、仪器管理、标准物质使用、方法验证和数据审核等方面每次分析过程中应设置足够的质控点，包括仪器空白、方法空白、标准曲线验证、质控样品分析和加标回收测试等实验数据分析方法

（一）质谱定性分析原子吸收定性分析分子量确定特征谱线识别•识别分子离子峰（M+•）或准分子离子峰（如[M+H]+、[M-H]-）•根据元素特征吸收波长初步确认元素种类•观察同位素峰分布确认元素组成•利用多个特征线进行交叉验证•利用高分辨质谱确定精确分子量•检查光谱干扰和可能的混叠结构解析确认测试•分析特征碎片离子确认分子结构单元•比较不同特征线的吸收比例•利用串联质谱（MS/MS）获取更多结构信息•观察标准加入的响应变化•谱库检索匹配已知化合物•使用不同原子化方式验证数据库辅助定性限制•利用NIST、Wiley等标准谱库进行比对•原子吸收主要用于定量分析•使用在线数据库如ChemSpider、PubChem•定性能力有限，通常需预知可能存在的元素•分子式推断软件辅助解析•对复杂未知样品，建议先用其他技术筛查实验数据分析方法

（二）质谱定量分析原子吸收定量分析外标法标准曲线法•使用已知浓度的标准品系列建立校准曲线•制备浓度梯度的标准溶液系列•测量样品响应值，通过曲线计算浓度•测量并绘制吸光度-浓度关系曲线•适用于基体干扰小的样品•从曲线读取样品浓度内标法标准加入法•选择结构相似但不与样品共存的内标物•向等分样品中加入不同量的标准物•建立目标物与内标响应比值的校准曲线•绘制加标曲线并外推至零点•补偿仪器漂移和进样误差•适用于存在基体干扰的复杂样品同位素稀释法校准曲线检查•向样品中加入已知量的稳定同位素标记物•验证线性范围（相关系数R≥

0.995）•测量天然和标记物的同位素比例•检查残差分布是否随机•最精确的定量方法，可消除大部分系统误差•使用质控样品验证准确度误差分析和结果评价准确度评估分析标准参考物质，计算测量值与标准值的偏差；进行加标回收实验，评估方法回收率；参加实验室间能力验证，比较与其他实验室结果的一致性精密度评估重复测量计算相对标准偏差（RSD）；区分仪器精密度、方法精密度和实验室内重现性；通过控制图监控长期分析过程的稳定性检出限和定量限检出限（LOD）=3×空白标准偏差/斜率；定量限（LOQ）=10×空白标准偏差/斜率；验证线性范围下限是否高于定量限不确定度分析识别不确定度来源（样品处理、标准品、仪器、环境等）；量化各分量贡献；计算合成标准不确定度；报告扩展不确定度（k=2，约95%置信水平）实验报告撰写指南报告标题和基本信息包括分析项目名称、样品编号、委托方信息、分析日期、报告编号和分析人员等基本信息，确保可追溯性实验方法描述简要说明样品前处理方法、使用的仪器设备、分析条件和参数设置，以及采用的标准方法和参考依据结果呈现清晰列出分析结果，包括测量值、单位、检出限和不确定度；必要时提供质控数据（如回收率、相对标准偏差）；可使用表格或图表形式讨论与解释解释异常结果；与标准或限量值比较；分析可能的污染源或影响因素；提出改进建议或后续分析计划一份专业的分析报告不仅展示结果，还应包含足够的信息使分析过程可重现报告应使用简洁清晰的语言，避免过多专业术语，以便非专业人士理解数据呈现应规范，表格和图表标题完整，单位统一第四部分方法比较和综合应用在分析化学领域，多种技术和方法相互补充，共同构成完整的分析体系质谱法和原子吸收光谱法各具特色，在不同应用场景中发挥独特优势本部分将对这两种方法进行全面比较，分析各自适用的场景，并探讨它们与其他技术的联用，以及在实际案例中的应用通过方法比较和案例分析，我们将深入理解如何根据分析需求选择最合适的技术方法，如何整合多种技术解决复杂分析问题，以及如何在实际工作中灵活应用这些知识这部分内容将帮助大家建立综合分析思维，提高解决实际问题的能力质谱法与原子吸收光谱法的比较比较项目质谱法原子吸收光谱法分析对象有机化合物，生物分子，部分元素主要为金属和部分非金属元素提供信息分子量，结构信息，同位素比例元素含量，无分子结构信息灵敏度极高（ppt-ppb级，取决于技术）高（火焰AAS为ppb-ppm，石墨炉为ppt-ppb）选择性极高，可区分同分异构体高，但受光谱干扰影响多元素能力可同时分析多种分子/元素一次仅能测一种元素样品消耗量极少（μL或mg级）少（火焰法mL级，石墨炉μL级）仪器复杂度高，维护要求高中等，操作相对简单成本高（设备和运行成本）中等（石墨炉较高）联用技术电感耦合等离子体质谱高效液相色谱电感耦合等离子体质谱ICP-MS-HPLC-ICP-MS工作原理样品在电感耦合等离子体中被原子化和电离，产生的离子通过质谱仪分析工作原理液相色谱分离化学形态后，通过接口与ICP-联用进行元素检测MS技术特点技术优势超高灵敏度，检出限可达或更低•ppt实现元素形态分析，区分不同化学形态的元素•线性范围宽（个数量级）•8-9提供元素在复杂样品中的分布信息•可同时分析多种元素（几乎所有金属和部分非金属）•结合色谱分离能力和的高灵敏检测•ICP-MS可进行同位素比例测量•可进行多元素形态同时分析•分析速度快，样品用量少•典型应用砷、汞、铬等元素的形态分析，金属蛋白质组应用领域环境监测、地质分析、生物医学研究、半导体学研究，环境污染物代谢研究材料分析案例分析

（一）案例分析

（二）124%62%

8.5铜含量异常锌含量降低铜锌比值/肝脏组织中铜含量超出正常参考值血清中锌元素明显低于健康对照组远高于正常范围

0.7-

1.5本案例研究了威尔逊病患者生物样品中元素含量异常患者肝脏活检组织和血清样品经微波消解后，采用原子吸收光谱法测定铜、锌、铁等元素含量，并使用质谱法分析铜蛋白水平和铜同位素比例结果表明，患者肝脏铜含量显著升高，达正常值的124%，而血清锌含量下降至正常水平的62%，铜/锌比值升高至

8.5质谱分析发现铜蛋白ceruloplasmin表达降低，暗示铜转运和代谢异常这些结果符合威尔逊病的典型特征，展示了光谱和质谱技术在疾病诊断中的结合应用治疗方案据此调整为螯合剂治疗配合锌补充，病情得到有效控制总结与展望知识要点掌握质谱法和原子吸收光谱法的基本原理、仪器结构和分析方法，理解两种技术的优缺点和适用范围技能培养培养实验操作、数据分析和结果解读能力，学会针对具体分析需求选择合适的方法和技术未来发展关注微型化、智能化、高通量和低成本技术发展趋势，跟踪新型离子化技术和联用技术的进步质谱法和原子吸收光谱法作为分析化学中的两种重要技术，各具特色，互为补充质谱法以其卓越的灵敏度和分子结构分析能力，在有机化合物和生物大分子研究中发挥重要作用；原子吸收光谱法凭借其元素分析的特异性和可靠性，在金属元素测定领域独树一帜未来，这两种技术将向着更高灵敏度、更低检测限、更广应用范围的方向发展仪器微型化和便携化趋势将使现场快速分析成为可能；智能化和自动化技术将简化操作流程，提高分析效率；新型联用技术的发展将进一步拓展应用领域，为科学研究和工业生产提供更强大的分析工具作为分析化学的从业者和学习者，我们需要不断更新知识，跟踪技术发展，才能在这个快速变化的领域保持竞争力。