在气质联用（GC-MS）中，离子源是整个系统的“心脏”，其作用是将从气相色谱柱流出的中性分子转化为带电离子，以便质量分析器进行分离和检测。

选择正确的离子源对于方法的灵敏度、选择性和所能获得的结构信息至关重要。以下是GC-MS中常用的离子源，我们将从最经典、最常用的开始介绍：

一、 经典与最常用的离子源

1. 电子轰击离子源（Electron Ionization, EI）这是GC-MS最经典、使用最广泛的离子源，堪称“标准”配置。

工作原理：样品分子从色谱柱进入离子源，在真空下被汽化。

一束由炽热灯丝发射的高能电子（通常为70 eV）轰击样品分子。

分子被轰击后失去一个电子，形成带正电荷的分子离子（M⁺•）。

分子离子通常具有较高的内能，会进一步发生化学键断裂，形成各种碎片离子。

优点：

强大的谱库支持： 70 eV能量是标准条件，产生的碎片离子谱图具有高度的重现性。因此，可以与国际通用的标准质谱图库（如NIST、Wiley库）进行比对，实现快速、可靠的化合物定性分析。

灵敏度高： 离子化效率较高。

结构信息丰富： 丰富的碎片离子提供了丰富的结构信息，有助于推断未知化合物的结构。

坚固耐用： 技术成熟，稳定性好。

缺点：

碎片过多： 对于一些分子量较大或结构不稳定的化合物，分子离子峰可能很弱甚至消失，难以确定分子量。

“硬”电离： 属于硬电离方式，可能导致某些化合物完全碎裂，无法获得分子离子信息。

应用： 通用型分析，适用于大多数挥发性、半挥发性且热稳定的化合物。是环境监测、食品安全、药物分析、石油化工等领域的首选。

2. 化学电离离子源（Chemical Ionization, CI）

CI是为了解决EI中分子离子峰太弱的问题而发展的，是一种“软”电离技术。

工作原理：在离子源中引入一种反应气（如甲烷、异丁烷、氨气等）。

首先用电子轰击反应气，使其电离产生初级离子（如CH₅⁺、C₄H₉⁺等）。

这些初级离子与样品分子发生离子-分子反应，通过质子转移、电荷交换等方式，将能量温和地传递给样品分子，使其电离。

这个过程产生的碎片很少，主要生成准分子离子，如[M+H]⁺或[M-H]⁻。

优点：

软电离： 能提供强的准分子离子峰，易于确定化合物的分子量。

选择性好： 通过选择不同的反应气，可以控制电离过程，对某些化合物有更高的灵敏度。

缺点：谱库较小： CI谱图不如EI谱图重现性好，因此没有庞大的标准谱库，定性鉴定主要依赖分子量信息。

需要反应气： 操作比EI稍复杂。

结构信息少： 碎片离子少，提供的结构信息有限。

应用： 特别适用于确定分子量，用于分析在EI下不稳定、分子离子峰不强的化合物，如甾体、糖类、农药等。

二、 其他离子源

这些离子源通常作为高端GC-MS仪器的可选配置，用于解决特定的分析难题。

3. 场致电离 / 场解吸离子源（Field Ionization / Field Desorption, FI/FD）

工作原理： 基于量子隧穿效应。在一个非常尖锐的电极（如金属微针或阳极丝）上施加高电压，产生极强的电场（10⁷-10⁸ V/cm）。样品分子接近此电极时，其价电子会被“抽取”出来而发生电离。

特点： 这是一种极软的电离方式，几乎不产生碎片离子，主要产生分子离子峰（M⁺•）。非常适合分析烃类同系物、复杂混合物等。

应用： 石油化学、高分子化学中用于确定混合物的分子量分布。

4. 光电离离子源（Photoionization, PI）

工作原理： 使用特定能量（波长）的真空紫外光（如10.6 eV, 9.5 eV, 11.7 eV）照射样品分子。如果光子的能量高于分子的电离能，分子就会吸收光子而电离。

特点：

软电离： 比CI更“软”，碎片更少，主要产生分子离子。

高选择性： 通过选择不同能量的光子，可以选择性地电离特定电离能的化合物，而让电离能更高的基质成分不被电离，从而降低背景干扰。

无试剂污染： 不像CI需要反应气，更洁净。应用： 环境分析（如苯系物、多环芳烃）、食品安全、现场快速检测（如便携式GC-MS）。

三、总结

四、如何选择？

首选EI： 对于大多数常规GC-MS分析，EI是首选。因为它能提供最丰富的结构信息和最大的谱库支持。

EI+CI联用： 许多现代GC-MS仪器可以配置EI/CI复合离子源，可以在一次进样中交替或同时获得EI和CI数据，同时获得丰富的碎片信息和准确的分子量信息，这是解决未知物定性问题的强大工具。

特殊需求选择特殊离子源： 当你的分析目标非常明确，且EI无法满足时（如需要极强分子离子峰或极高选择性），再考虑FI或PI等特殊离子源。

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