串聯(lián)質(zhì)譜法測三聚氰胺

蘭占清

三鹿事件讓食品安全成為當(dāng)下的熱點，人們開始越來越關(guān)注三聚氰胺，關(guān)心奶制品，關(guān)心雞蛋甚至開始關(guān)心飼料，隨著科技的發(fā)展，越來越先進的技術(shù)讓各種毒物無處遁形。

三聚氰胺是生產(chǎn)塑料、阻燃劑和其他產(chǎn)品常用的工業(yè)化學(xué)品，禁止用于食品和動物飼料中。三聚氰胺是一種含有氮雜環(huán)的化工原料，添加這種化工原料的食物可以在儀器檢測時顯示出含有更多的蛋白質(zhì)。然而，三聚氰胺卻會帶來惡果，讓人或其他動物食用之后出現(xiàn)腎結(jié)石，導(dǎo)致腎衰竭。早在2007年初，美國就爆發(fā)了三聚氰胺風(fēng)波，不過，美國的三聚氰胺出現(xiàn)在貓糧和狗糧之中。2007年3月15日，全美召回了所有的寵物食品。當(dāng)時，這些有毒食品導(dǎo)致不少貓狗等寵物腎衰竭。

美國國家食品安全與技術(shù)中心借助三重四極桿質(zhì)譜儀的先進分析技術(shù)，建立了一個新的液相色譜——串聯(lián)質(zhì)譜方法測定食品中的三聚氰胺，這種新方法使得對動物組織等復(fù)雜樣品進行快速和有效分析更容易。測定食品中的三聚氰胺殘留的現(xiàn)有方法是由位于丹佛的美國食品藥品監(jiān)督管理局動物藥物研究中心創(chuàng)立的。這種檢測方法靈敏度高，并且非常耐用。

素材觀察

質(zhì)譜儀是進行質(zhì)譜分析的儀器，即根據(jù)帶電粒子在電磁場中能夠偏轉(zhuǎn)的原理，按物質(zhì)原子、分子或分子碎片的質(zhì)量差異進行分離和檢測物質(zhì)組成的一類儀器。質(zhì)譜儀以離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測器為核心。離子源是使試樣分子在高真空條件下離子化的裝置。電離后的分子因接受了過多的能量會進一步碎裂成較小質(zhì)量的多種碎片離子和中性粒子。它們在加速電場作用下獲取具有相同能量的平均動能而進入質(zhì)量分析器。質(zhì)量分析器是將同時進入其中的不同質(zhì)量的離子，按質(zhì)荷比m/q大小分離的裝置。分離后的離子依次進入離子檢測器，采集放大離子信號，經(jīng)計算機處理，繪制成質(zhì)譜圖。離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測器都各有多種類型。質(zhì)譜儀按應(yīng)用范圍分為同位素質(zhì)譜儀、無機質(zhì)譜儀和有機質(zhì)譜儀；按分辨本領(lǐng)分為高分辨、中分辨和低分辨質(zhì)譜儀；按工作原理分為靜態(tài)儀器和動態(tài)儀器。

質(zhì)譜儀最重要的應(yīng)用是分離同位素并測定它們的原子質(zhì)量及相對豐度。測定原子質(zhì)量的精度超過化學(xué)測量方法，大約2／3以上的原子的精確質(zhì)量是用質(zhì)譜方法測定的。由質(zhì)量和能量的當(dāng)量關(guān)系，可得到有關(guān)核結(jié)構(gòu)與核結(jié)合能的知識。通過對礦石中提取的放射性衰變產(chǎn)物元素的分析測量，可確定礦石的地質(zhì)年代。質(zhì)譜方法還可用于有機化學(xué)分析，特別是微量雜質(zhì)分析，測量分子的分子量，為確定化合物的分子式和分子結(jié)構(gòu)提供可靠的依據(jù)。由于化合物有著像指紋一樣的獨特質(zhì)譜，質(zhì)譜儀在工業(yè)生產(chǎn)中也得到廣泛應(yīng)用。

原創(chuàng)試題

1. 質(zhì)譜儀是一種測定帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的重要工具，它的構(gòu)造原理如圖1所示：離子源S產(chǎn)生的各種不同的離子束（速度可視為零），經(jīng)加速電場加速后垂直進入有界勻強磁場，再經(jīng)磁場偏轉(zhuǎn)后到達記錄它的照相底片P上。假設(shè)離子在P上的落點位置到入口處S1的距離為L，由此可以判斷（）

A. 只要L相等，則離子的質(zhì)量一定相同

B. 若離子是同位素，則L越大，離子質(zhì)量越小

C. 若離子是同位素，則L越大，離子質(zhì)量越大

D. 只要L相同，離子的比荷一定相同

2. 電子（ 0-1e）、正電子（01e）、質(zhì)子（11H）、反質(zhì)子（ 1-1H）等四種粒子先后進入速率選擇器后，均能從小孔S射出并進入磁感應(yīng)強度為B2的勻強磁場中，最后分別打在熒屏上的x1、x2、x3、x4四點，如圖2所示。其中落點在x1處的粒子是________，在磁場B2中運行時間較短的粒子是______。

3. 如圖3所示，M為一塊鉛板，N為與M平行放置的熒光屏，M、N間的距離d=0.1 m，其間充滿B=6.0×10－4 Ｔ的勻強磁場，磁場方向如圖3所示。在M板的中央置一放射源S，該放射源能沿各個方向輻射出速率均為v=2.04×107 m/s的負粒子?，F(xiàn)測得熒光屏上沿平行于M方向上的亮斑長度l=0.2m，求該種粒子的荷質(zhì)比q/m。

4. 圖4是測量帶電粒子質(zhì)量和分析同位素的儀器的工作原理示意圖。將某種有機化合物的分子導(dǎo)入圖中所示的容器A內(nèi)，使它受到電子束的轟擊而失去一個電子變成正一價的分子離子。再將分子離子導(dǎo)入加速電場加速，然后送入粒子速率選擇器，一部分離子恰能沿直線從速率選擇器的進、出孔S1、S²通過而進入磁感應(yīng)強度為B2的勻強磁場。已知速率選擇器兩極板間的電壓為U，板間距離為d，其內(nèi)部勻強磁場的磁感應(yīng)強度為B1，離子經(jīng)偏轉(zhuǎn)磁場B2偏轉(zhuǎn)后在感光底片上的落點P到S²間的距離為L，電子電量為e。

（１）試導(dǎo)出能通過速率選擇器的離子的質(zhì)量的表達式。

（２）根據(jù)分子離子的質(zhì)量數(shù)M可以推測有機合物的結(jié)構(gòu)簡式。若某種含Ｃ、Ｈ和鹵素的化合物的質(zhì)量數(shù)M=48，寫出其結(jié)構(gòu)簡式。

5. 如圖5所示，一帶正電的粒子從加速電場的正極板附近由靜止釋放，經(jīng)加速電場加速后恰能沿直線通過粒子速率選擇器，從圓柱形容器側(cè)壁上的小孔S正對其橫截面圓心O射入容器內(nèi)，最后垂直打在圓柱面上的P點。已知粒子速率選擇器內(nèi)勻強電場的場強E=1.0×104 V/m，勻強磁場的磁感應(yīng)強度B1=5.0×10－3 Ｔ，圓柱形容器的截面圓半徑R=10cm，容器內(nèi)充滿垂直于橫截面向里的勻強磁場，其磁感應(yīng)強度的大小B2=2.0×10－3 Ｔ?，F(xiàn)測得圓弧SP所對的圓心角θ=60°。求：

（１）該粒子的比荷。

（２）粒子在圓柱形容器內(nèi)的運行時間。

（３）加速電場的加速電壓。