現(xiàn)代分析技術(shù)與應(yīng)用：第十五章 質(zhì)譜法

1、第十五章 質(zhì)譜法,第1節(jié) 質(zhì)譜測定的一般概述,質(zhì)譜原理概述(P301, 302) 儀器結(jié)構(gòu)及原理質(zhì)譜儀各個部位原理(302, 303 310) 儀器結(jié)構(gòu)性能參數(shù)（與譜圖解析相關(guān)的）(p310,311,質(zhì)譜的基本問題 有機化合物結(jié)構(gòu)解析的主要工作 A. 分子式-分子質(zhì)量? B.官能團 紅外(IR)、13C NMR碳譜、 1H NMR、峰面積積分 C.連接關(guān)系，空間位置 1H NMR ,2D NMR分子片段的連接（自旋-自旋分裂,1H NMR,質(zhì)譜解決的基本問題,從物質(zhì)的質(zhì)量角度解決分子結(jié)構(gòu)的問題： 1）分子式，元素組成 2）結(jié)構(gòu)信息 ,MS Principles,MS Principles：di

2、fferent elements can be uniquely identified by their mass (p443) 443,MS Principles,Different compounds can be uniquely identified by their mass,CH3CH2OH,Butorphanol L-dopa Ethanol 布托啡諾 左旋多巴 乙醇,MW = 327.1 MW = 197.2 MW = 46.1,測量電信號、光信號等與通過物理原理得出分子離子的質(zhì)量及碎片離子的質(zhì)量,質(zhì)譜儀的基本原理質(zhì)譜測量分子質(zhì)量的基本原理（p302,Z E = (1/2) m

3、 v2,Z 電荷 E電場電位 m質(zhì)量 v運動速度,怎么測定分子質(zhì)量,碎片離子+中性碎片,質(zhì)譜儀是稱量分子質(zhì)量的“秤” 質(zhì)譜法（mass spectromety; MS)：應(yīng)用多種離子化技術(shù)，將物質(zhì)分子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)離子，并按質(zhì)荷比（m/z)的大小進(jìn)行分離記錄其信息，從而進(jìn)行物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析的方法。（p301,把分子裂解成不同的碎片，通過裂解規(guī)律，再把分子拼接起來（化學(xué)鍵不同，能量不同，得到的碎片不同,質(zhì)譜推導(dǎo)分子結(jié)構(gòu)的基本原理（px,質(zhì)譜法的優(yōu)點 專一性好： 靈敏度高，樣品用量少：微克， 分析速度快， 分離和鑒定同時進(jìn)行（聯(lián)用技術(shù),質(zhì)譜法的應(yīng)用范圍 醫(yī)藥學(xué)：藥物代謝、藥物動力學(xué)、雜質(zhì)分析、天然產(chǎn)物分析

4、 生物化學(xué)：肽、蛋白質(zhì)、寡核苷酸、糖 環(huán)境化學(xué)：農(nóng)藥和農(nóng)殘分析、有機污染物、土壤/食品/水分析 臨床醫(yī)學(xué)：新生兒檢查、糖化血紅蛋白（糖尿?。?、血紅蛋白變異、膽酸 食品科學(xué)：香料、添加物、包裝物、蛋白質(zhì)、致癌物 法醫(yī)學(xué)：濫用藥物、爆炸物、興奮劑檢測 獸醫(yī)學(xué)：興奮劑、磺胺類藥物、抗體 合成化學(xué)：有機金屬化合物、有機合成物 有機化學(xué)：表面活性劑、染料,第一節(jié) 質(zhì)譜儀簡介,P302, 303-316,質(zhì)譜儀的基本原理（p303,怎樣得到單分子 怎樣得到單分子離子 怎樣進(jìn)行質(zhì)量分離 怎樣進(jìn)行質(zhì)量檢測,碎片離子 + 中性碎片,質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)示意圖,樣品導(dǎo)入裝置- 離子化裝置- 質(zhì)量分析裝置- 檢測記錄裝置、真

5、空系統(tǒng),質(zhì)譜儀真空系統(tǒng)（p303,所有的質(zhì)譜儀都要求高真空度(10-310-6 torr,氣體分子平均自由路程與壓力關(guān)系,樣品導(dǎo)入裝置:對進(jìn)樣系統(tǒng)的要求：重復(fù)性、不引起真空度降低,直接探頭進(jìn)樣: tip of a probe inserted directly 探針進(jìn)樣： 高沸點液體及固體,連用技術(shù)-混合樣品分析 GC(He H2) HPLC-nonvolatile, thermally labile, Capillary electrophoresis(CE)ionic amino acids, proteins, DNA,色譜分離之后再進(jìn)行質(zhì)譜測定,間歇式進(jìn)樣：(p303,1.3-0.13

6、Pa,質(zhì)譜離子源質(zhì)譜電離裝置作用,使待分析的中性分子變成單分子離子,EI 源 （Electron ionization,進(jìn)樣方式：直接進(jìn)樣、GC 獲得單分子離子的方式：加熱氣化,高能電子轟擊70eV,離子化機理,AB + e-* A+ + B- + e- AB + e-* A+ + B + 2e- AB + e-* AB+* + 2e- A+ + B or A + B + 4. AB + e-* AB2+* + 3e AB2+* A+ + B+ - very low abundance,分子電離能：15eV,EI 源特點,分子離子峰(M+。)等于分子量 碎片離子豐富 裂解規(guī)律已被很好研究 小分

7、子 1-300 Daltons 無陰離子譜 要求化合物有一定的揮發(fā)性 硬電離方法，分子離子峰缺失 不能與液相色譜聯(lián)用,CI源（Chemical Ionization,300eV,CI源離子化機理,甲烷: 主要是MH+, 但有M+CH5+ M+C2H5+ CH4 + e - CH4+. + 2e - CH3+ + H. CH4+. + CH4 - CH5+ +CH3. CH4+. + CH4 C2H5+ + H2 + H. M +CH+5 MH+ + CH4,CI源特點 分子離子峰增加，分子離子峰等于 M+H 有碎片離子 可產(chǎn)生陰離子質(zhì)譜(降低能量可捕獲陰離,NH2- ,CH3O-等電子轉(zhuǎn)移)

8、化合物分子量小于1000amu 樣品須易于揮發(fā)，有一定的熱穩(wěn)定性,FAB 源（快原子轟擊 源,高速氣體為惰性氣體 Xe,Ar 基質(zhì)：甘油CH2(OH)CH(OH)CH2OH, 三縮、四乙二醇HO(CH2CH2O)4OH,FAB源,分子離子峰顯著：M+H+，有碎片離子 陰離子譜 分析質(zhì)量范圍大(10,000 amu) 熱不穩(wěn)定的化合物也能分析 碎片離子不多 靈敏度相對較低,MALDI源 （基質(zhì)輔助激光解析電離源,MALDI源電離機理,待測樣品形成固體溶液 混合物激發(fā) 樣品分子離子化 激光：固體氮激光，紫外光（波長： 337nm ，功率：106108W/cm2，脈沖時間：10-610-9秒,MAL

9、DI源特點,軟離子源，可測大分子蛋白質(zhì)(100,000 amu) 準(zhǔn)分子離子：M+X+ ，(X= H, Li, Na, K），有多聚體存在 有碎片離子，但不多。 陰離子譜 M-H- 有零時刻 MALDI-TOF,ESI 源(電噴霧電離源) p432,38kV,ESI 源特點,軟電離源:小分子量化合分子離峰 :M+H 不耐熱的生物大分子為多電荷離子，分析質(zhì)量范圍大， (100,000 amu) 常用溶劑:甲醇,水,乙腈，與高效液相技術(shù)等聯(lián)用 靈敏度高：10-21 mole （采用納升噴霧技術(shù)） 無碎片離子，極性分子易于離子化,APCI 源（大氣壓化學(xué)電離 ）p433,分子離子峰：M+H+,M-H

10、- 主要是分子離子峰，有碎片離子,離子化機制：通過放電電極的高壓放電，產(chǎn)生H3O+，N2+，O2+ 和O+ 等離子，與分析物分子進(jìn)行離子-分子反應(yīng), 由質(zhì)子轉(zhuǎn)移和電荷交換產(chǎn)生正離子，質(zhì)子脫離和電子捕獲產(chǎn)生負(fù)離子等,電離源決定了質(zhì)譜碎片離子大小,質(zhì)量分析器,任務(wù)：將離子源產(chǎn)生的不同質(zhì)量的離子分離,離子源 混合離子,加速電位加速,質(zhì)量分析器,質(zhì)荷比,m/z ratio: Molecular weight divided by the charge on this ion,質(zhì)譜圖,單聚焦扇型磁場分析儀（Magnetic Sector,Basic equations of mass spectrome

11、try,Ions kinetic E function of accelerating voltage (V) and charge (z,Centrifugal force,Applied magnetic field,質(zhì)譜基本方程,Change mass-to-charge (m/z) ratio by changing V or changing B,if B, V, z constant,雙聚焦扇型磁場分析儀（高分辯率質(zhì)譜儀,Electrostatic sector,E = electrostatic field,分辨率高： (60,000) 高精確度 (5 ppm) 質(zhì)量范圍在10,

12、000amu 昂貴 使用ESI不便 多級質(zhì)量分析分辨率較低,四極質(zhì)量分析器(Quadrupole,U =direct potential (DC) 500-2000V V= radio frequency (RF) -3000-3000V scanning : changing U and V,離子阱質(zhì)量分析器(Quadrupole Ion Trap,過程：上下端罩(End cap)與左右環(huán)電極(Ring electrode)構(gòu)成可變電場(前者接地，后者施以射頻電壓)帶電離子在一定軌道上旋轉(zhuǎn)改變電壓可使相同m/z離子依次離開并進(jìn)入檢測器,便宜 分辨率低 (100ppm) 分子量測量范圍 (40

13、00,飛行時間質(zhì)譜（TOF) p430,zV=(1/2)mv2,d,特點： Extremely High Mass Range (1 MDa) Fast Scanning,質(zhì)譜儀的分辨率(Resolution,Mass resolution = (ion mass)/(mass peak width) R = (m/z) / W1/2,低分辨:1000:給出單位質(zhì)量 中分辨：2000-10,000 高分辨:大于10000：能區(qū)別 0.001 atomic mass unit能給 出分子式 商業(yè)分辯率 500 500,000,質(zhì)譜儀重要參數(shù),Exact Mass can provide Molecular Formula,Mass accuracy:是測量質(zhì)量的誤差與真實質(zhì)