电子电离

电子电离(Electron ionization,EI),也称为电子碰撞电离和电子轰击电离,是用于鉴定给定有机化合物的最有效的质谱方法之一的基础。它是一种电离方法,其中高能电子与固相或气相中的原子或分子相互作用而产生离子。由于该技术使用高能电子来产生离子,因此被认为是硬电离方法(高碎片化)。这会导致广泛的碎裂,从而有助于未知化合物的结构测定。EI可用于分子量小于600的有机化合物分析。此外,当与各种分离方法结合时,使用电子电离技术还可检测到其他一些固态、液态和气态的热稳定和挥发性化合物。

电子电离1

电子电离1

电子电离EI的原理

通常,离子源将样品转换为离子,加速离子并将离子聚焦成离子束,离子束通过狭缝进入质量分析器。获得电场或磁场中不同离子的行为差异,通过质荷比分离离子获得质谱,通过分析质谱获得样品的定性和定量结果。

EI源一般由阴极(灯丝)、离子室、电子接收器和一组静电透镜组成。在高真空条件下,向灯丝上施加电流以发射电子,并且电子从灯丝加速到电子接收端。在此过程中,样品分子在离子室中与电子发生碰撞,导致样品分子电离或碎裂成碎片。为了稳定产生的离子流,通常将电子束的能量设置为70 eV,从而产生稳定的标准质谱。

电子电离2

电子电离2

被分析的气体或蒸气进入仪器的离子源并被转换为离子。电子由一个直热式阴极(由多用途导线制成)发射,在电离室(正极)和阴极(负极)之间施加直流电压(70 V),使电子加速进入电离室。当这些电子轰击电离室中气体(或蒸气)中的原子或分子(M)时,原子或分子(M)将失去电子变成正离子或分子离子(M +)。分子离子继续受到电子轰击,使一些化学键断裂,或导致重排,以瞬时速率断裂成多个碎片离子或正离子。

经典的EI方法有许多优点:
1. EI是非选择性电离,只要样品可以汽化即可被电离;
2. EI具有高电离效率和灵敏度;
3. EI谱提供了丰富的结构信息,是化合物的“指纹”。

但EI也有一些缺陷:
1. EI源不适用于挥发性、热不稳定的样品;
2. 一些化合物在EI模式下易碎,不能给出准确的质谱图;
3. EI法只能检测正离子,而不能检测负离子。

EI的应用

EI是最早用于质谱分析的离子源之一,被广泛用于仪器分析中。GC-MS与EI关联,可用于分析小分子、挥发性、热稳定性和汽化的化合物。GC-EI-MS可用于分析生物液体、有机物元素、农药残留等。例如,GC-EI-MS用于蛋白质周转研究,其测量的d-苯丙氨酸含量非常低,表明在人类蛋白质合成研究过程中组织蛋白质中的氨基酸富集。EI也可以用于有机物的元素分析,电子电离高分辨率质谱仪(EI-HRMS)可以用于有机分子(而不仅仅是单个离子)的元素分析(EA)。EI-HRMS通过测量元素与总有机质的比例来确定有机元素的类型,如氧/碳(O/C),氢/碳(H/C),氮/碳(N/C)以及有机质与有机碳之比(OM / OC)。通过单次进样分析,GC-EI-MS可应用于单次注射分析确定新鲜食品中的农药残留。

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