第三章質(zhì)譜技術(shù)ppt課件

1、 第三章第三章 質(zhì)譜技術(shù)質(zhì)譜技術(shù)3.1 概述概述 分子質(zhì)量準確測定與化合物構(gòu)造分析的重要工具； 第一臺質(zhì)譜儀：1912年； 早期運用：原子質(zhì)量、同位素相對豐度等； 40年代：高分辨率質(zhì)譜儀出現(xiàn)，有機化合物構(gòu)造分析；年代：高分辨率質(zhì)譜儀出現(xiàn)，有機化合物構(gòu)造分析； 60年代末：色譜年代末：色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀出現(xiàn)，有機混合物分別分析；質(zhì)譜聯(lián)用儀出現(xiàn)，有機混合物分別分析；促進天然有機化合物構(gòu)造分析的開展；促進天然有機化合物構(gòu)造分析的開展； 同位素質(zhì)譜儀；無機質(zhì)譜儀；有機質(zhì)譜儀；同位素質(zhì)譜儀；無機質(zhì)譜儀；有機質(zhì)譜儀； m/z15294357859911314271n氣體分子或固體、液體的蒸氣遭到一定能量的

2、電子流轟擊或強電場作用，喪失價電子生成分子離子；同時，化學鍵也發(fā)生某些有規(guī)律裂解，生成各種碎片離子。這些帶正電荷的離子在電場和磁場的作用下，按質(zhì)荷比即質(zhì)量與電荷比值m/e的大小分開，陳列成譜，記錄下來即為質(zhì)譜Mass Spectroscopy)。3.2 質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀進樣系統(tǒng)離子源質(zhì)量分析器檢測器質(zhì)譜儀的操作主要經(jīng)過其三個根本功能來實施。首先必需使分子離子化，它經(jīng)過在離子源中進展電子電離、快速原子/離子轟擊、基體輔助激動解吸或電噴霧來實現(xiàn)；其次，帶電分子的離子及其碎片必需根據(jù)其質(zhì)荷比來得到分別，這往往在質(zhì)量分析器中進展；最后，分別的帶電荷的碎片必需經(jīng)過檢測器檢測。3.2.1 進樣系統(tǒng)n直接進樣法

3、靜態(tài)法：對純的化合物來說，普通為氣體或揮發(fā)性液體，可直接進樣導離子源室，而不需求公用設(shè)備或器件，這類似于氣相色譜中的樣品進樣。n直接插入探針法：對于揮發(fā)性很小的固體樣品，需將樣品放在不銹鋼桿或探針頂端的小杯內(nèi)，將探針經(jīng)過樣品參與口放進離子源中，然后加熱離子源直至固體揮發(fā)。n動態(tài)平衡法色譜進樣：對一些組分較復(fù)雜的混合物時，需將樣品分別成一個個單一組分，再進入質(zhì)譜儀。最典型的就是氣相或液相色譜經(jīng)過接口與質(zhì)譜銜接。3.2.2 離子源n在離子源中樣品被電離成離子，不同性質(zhì)的樣品能夠需求不同的電離方式。n1電子轟擊電離electron impact, EI)n EI電離使器具有一定能量的電子直接作用于樣

4、品分子，使其電離。用鎢或錸制造的燈絲在高真空中發(fā)射出電子。燈絲與電離盒之間的電壓稱為電離電壓。對有機化合物通常選用70eV的電壓。樣品蒸氣離子源2化學電離Chemical ionization, CI)n化學電離: 將樣品氣體和反響氣體分子混合其中樣品含量約0.1，進入電離室后，首先用電子轟擊方式使反響氣體電離，然后反響氣體與樣品氣體進展離子-分子反響而使樣品氣體電離，因此樣品的離子是由離子-分子反響產(chǎn)生的。這樣產(chǎn)生的離子能量較小，故碎片較少。n對于不穩(wěn)定的有機化合物，可得到較強的分子離子峰。3大氣壓化學電離atmospheric pressure chemical ionization, A

5、PCI)n在大氣壓下，化學電離反響的速率更大，電離效率應(yīng)更高。n主要困難是將大氣壓力下產(chǎn)生的離子轉(zhuǎn)移四處于高真空10-6Torr)形狀的質(zhì)量分析器中。n如今常用的是電暈放電電離。4快原子轟擊Fast atom bombardment, FAB)n屬于二次離子質(zhì)譜，以高能量的初級離子轟擊外表，再對由此產(chǎn)生的二次離子進展質(zhì)譜分析。n以液體基質(zhì)負載樣品，運用中性原子束作為初級高能量粒子。n理想的基質(zhì)必需蒸汽壓低，同時是被分析樣品的良好溶劑，甘油是最常用的一種基質(zhì)。原子槍樣品MH+Ar0/Cs+5電噴霧電離Electro spray ionization, ESI)n是一種運用強靜電場的電離技術(shù)。n原

6、理：不銹鋼毛細管被加以3-5kV的正電壓，與相距約1cm接地的反電極構(gòu)成強靜電場。被分析的樣品溶液從毛細管流出時在電場作用下構(gòu)成高度荷電的霧狀小液滴；在向質(zhì)量分析器挪動的過程中，液滴因溶劑的揮發(fā)逐漸減少，其外表上的電荷密度不斷增大。當電荷之間的排斥力足以抑制外表張力時，液滴發(fā)生裂分；經(jīng)過這樣反復(fù)的溶劑揮發(fā)液滴裂分過程，最后產(chǎn)生單個多電荷離子。n電噴霧通常要選擇適宜的溶劑。除了思索對樣品的溶解才干外，溶劑的極性也需思索。普通來說，極性溶劑如甲醇、乙腈、丙酮等更適宜于電噴霧。3.2.3 質(zhì)量分析器n質(zhì)量分析器的作用是將離子源中構(gòu)成的離子按質(zhì)荷比的大小不同分開，質(zhì)量分析器可分為靜態(tài)分析器和動態(tài)分析器

7、兩類。n靜態(tài)分析器采用穩(wěn)定不變的電磁場電磁場隨時間改動，只是為了記錄質(zhì)譜而不是分別原理所要求的，并且按照空間位置把不同質(zhì)量m/e的離子分開。屬于這一類的儀器有單聚焦磁場分析器和雙聚焦磁場分析器。動態(tài)分析器采用變化的電磁場，按照時間或空間來區(qū)分質(zhì)量不同的離子。屬于這一類的儀器有飛行時間質(zhì)譜儀、四極濾質(zhì)器等。3.2.4 真空系統(tǒng)n質(zhì)譜儀器中凡有樣品分子和離子的地方必需抽成真空形狀，即質(zhì)譜儀的離子源、質(zhì)量分析器及檢測系統(tǒng)都必需處于真空形狀下任務(wù)普通為1.33310-41.333 10-6Pa 。質(zhì)譜儀的真空系統(tǒng)要求剩余氣體中不能留有對測定不利的氣體成分，要求本底小，否那么：空氣中的氧會燒壞離子源的燈

8、絲；會引起額外的離子分子反響，使質(zhì)譜復(fù)雜化，且干擾離子源中電子束的正常調(diào)理，影響一同的分辨率；真空度低會使本底增高，干擾質(zhì)譜圖。質(zhì)譜：純物質(zhì)構(gòu)造分析色譜：化合物分別色譜-質(zhì)譜聯(lián)用：共同優(yōu)點GC-MS；LC-MS；CZE-MS毛細管電泳-質(zhì)譜困難點：載氣(或流動液)的分別；出峰時間監(jiān)測；儀器小型化；關(guān)鍵點：接口技術(shù)(分子分別器)m/z152943578599113142713.3 色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀3.3.1 GC-MS聯(lián)用儀器聯(lián)用儀器SampleSample 58901.0 DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMass Selective Detecto

9、rDCBA ABCDGas Chromatograph (GC)Mass SpectrometerSeparationIdentificationBACDADBCMSn要使氣相色譜和質(zhì)譜儀器聯(lián)用，首先要處理的問題是氣壓問題。色譜柱出口壓通常是常壓，而質(zhì)譜儀在正常任務(wù)壓力是高真空，故二者無法相接。必需采用一個銜接器，用來除去載氣，以降低氣相色譜流出物的氣壓并富集試樣，以到達質(zhì)譜儀的任務(wù)要求。n假設(shè)色譜儀運用填充柱，必需經(jīng)過一種接口安裝分子分別器，將色譜載氣去除，使樣品氣進入質(zhì)譜儀；n假設(shè)色譜儀運用毛細管柱，那么可以將毛細管直接插入質(zhì)譜儀離子源，由于毛細管載氣流量比填充柱小很多，不會破會質(zhì)譜儀真空

10、。n在GC/MS分析中，常用的離子源有電子轟擊離子源EI，化學電離源CI，EI/CI復(fù)合源，場致電離源FI，大氣壓化學電離源APCI等。儀器構(gòu)造儀器構(gòu)造色譜-四極桿質(zhì)譜儀構(gòu)造表示圖四極桿質(zhì)量分別器四極桿質(zhì)量分別器儀器與構(gòu)造儀器與構(gòu)造3.3.2 LC-MS液質(zhì)聯(lián)用儀n大多數(shù)高效液相色譜的組分是非揮發(fā)性的或熱分解性的，這使得由液相轉(zhuǎn)化為氣相的義務(wù)更具有挑戰(zhàn)性，尤其是要保證組分的完好性。n最常用的三種銜接方式是熱噴霧(TSP法、電噴霧ESI法和大氣壓電離APCI法。LC-MS分析條件的選擇分析條件的選擇1.電離源的選擇ESI和APCI在實踐運用中表現(xiàn)出它們各自的優(yōu)勢和弱點。ESI適宜于中等極性到強極

11、性的化合物分子，特別是那些在溶液中能預(yù)先構(gòu)成離子的化合物和可以獲得多個質(zhì)子的大分子蛋白質(zhì)。只需有相對強的極性，ESI對小分子的分析經(jīng)?？梢缘玫椒Q心的結(jié)果。APCI不適宜多電荷的大分子分析，它的優(yōu)勢在于非極性或中等極性的小分子的分析。電離方式電離方式 ESI采用離子蒸發(fā)方式使樣品分子電離，而采用離子蒸發(fā)方式使樣品分子電離，而APCI電離是放電探針促使溶劑和其它反響物電離、碰撞及電荷電離是放電探針促使溶劑和其它反響物電離、碰撞及電荷轉(zhuǎn)移等方式構(gòu)成了反響氣等離子區(qū)，樣品分子經(jīng)過等離子轉(zhuǎn)移等方式構(gòu)成了反響氣等離子區(qū)，樣品分子經(jīng)過等離子區(qū)時，發(fā)生了質(zhì)子轉(zhuǎn)移。區(qū)時，發(fā)生了質(zhì)子轉(zhuǎn)移。樣品流速樣品流速 APC

12、I源允許的流量相對較大，源允許的流量相對較大，0.2-2mL/min，而，而ESI源允許流量相對較小，最大只能為源允許流量相對較小，最大只能為1.0mL/min。斷裂程度斷裂程度 APCI源的探頭處于高溫，可使熱不穩(wěn)定的化合源的探頭處于高溫，可使熱不穩(wěn)定的化合物分解，產(chǎn)生碎片；物分解，產(chǎn)生碎片；ESI源探頭處于常溫，常生成分子離源探頭處于常溫，常生成分子離子峰，不易產(chǎn)生碎片。子峰，不易產(chǎn)生碎片。靈敏度靈敏度 都很高。都很高。ESI有利于分析生物大分子及其他分子量有利于分析生物大分子及其他分子量大的化合物，而大的化合物，而APCI更適宜于分析極性小的化合物。更適宜于分析極性小的化合物。多電荷多電

13、荷 APCI源不能生成一系列多電荷離子，所以不適宜源不能生成一系列多電荷離子，所以不適宜分析生物大分子。而分析生物大分子。而ESI源特別適宜于蛋白質(zhì)、多肽類的源特別適宜于蛋白質(zhì)、多肽類的生物分子，由于它能產(chǎn)生一系列的多電荷離子。生物分子，由于它能產(chǎn)生一系列的多電荷離子。2.正負離子方式的選擇正負離子方式的選擇n正離子方式適宜于堿性樣品，可用乙酸pH3-4或甲酸pH2-3對樣品加以酸化。n負離子方式適宜于酸性樣品，可用氨水或三乙胺對樣品進展堿化。n有些酸堿性并不明確的化合物，可優(yōu)先選用APCI+進展測定。3.流動相的選擇流動相的選擇n常用的溶劑和緩沖液常用的溶劑和緩沖液na 水、乙腈及甲醇水、乙腈及甲醇 LC-MS理想的溶劑理想的溶劑nb 乙酸和甲酸乙酸和甲酸 可降低可降低LC流動相的流動相的pH值以提值以提高分別度高分別度nc 氫氧化銨氫氧化銨/氨溶液氨溶液 可提高可提高LC流動相的流動相的pH值值nd 乙酸銨乙酸銨 是一種揮發(fā)性鹽，用于緩沖流動是一種揮發(fā)性鹽，用于緩沖流動相，并改善色譜分別而不影響相，并改善色譜分別而不影響MS的性能