液質(zhì)聯(lián)用儀基本介紹及其應(yīng)用技術(shù)

1、質(zhì)譜儀基本介紹及其應(yīng)用技術(shù)一一. 概述概述二二.質(zhì)譜分析原理質(zhì)譜分析原理三三.儀儀器結(jié)器結(jié)構(gòu)構(gòu)四四.液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)五五.質(zhì)譜儀基本操作質(zhì)譜儀基本操作六六.儀器維護及注意事項儀器維護及注意事項一一. 概述概述 質(zhì)譜法（質(zhì)譜法（mass spectrometry，MS） 利用離子化技術(shù)，將物質(zhì)分子轉(zhuǎn)化為離子離子(分子離子和碎片離子)，按其質(zhì)荷比質(zhì)荷比（m/z）的差異分離、排列成譜圖，從而進(jìn)行物質(zhì)成分和結(jié)構(gòu)分析的方法。 質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀 是一種測量帶電粒子質(zhì)合比的裝置，利用帶電粒子在電電場場和磁場磁場中運動（偏轉(zhuǎn)、漂移、震蕩）行為進(jìn)行分離與測量。在離子源中樣品分子被電離和解離，得到分子離子分子

2、離子和碎片離子碎片離子，將分子離子和碎片離子引入到一個強的電場中，使之加速，加速電位通常用到6-8kV,此時所有帶單位正電荷的離子獲得的動能都一樣，即 eV = mv2/2 但是，不同質(zhì)荷比的離子具有不同的速度，利用離子的不同質(zhì)荷不同質(zhì)荷比及其速度差異比及其速度差異，質(zhì)量分析器可將其分離，然后由檢測器測量其強度。記錄后獲得一張以質(zhì)荷比（m/z）為橫坐標(biāo)，以相對強度為縱坐標(biāo)的質(zhì)譜圖。1.什什么是質(zhì)譜？么是質(zhì)譜？2.質(zhì)譜分析過程質(zhì)譜分析過程質(zhì)譜分析過程可以分為四個基本環(huán)節(jié)： 1.通過合適的進(jìn)樣裝置將樣品引入并進(jìn)行氣化; 2.氣化后的樣品引入到離子源進(jìn)行電離，即離子化過程; 3.電離后的離子經(jīng)過適當(dāng)

3、的加速后進(jìn)入質(zhì)量分析器，按不同的質(zhì)荷比進(jìn)行分離; 4.經(jīng)檢測、記錄，獲得一張譜圖.3、質(zhì)譜法的特點和用途、質(zhì)譜法的特點和用途1. 測定非常準(zhǔn)確的測定非常準(zhǔn)確的分子量分子量，確定分子式。，確定分子式。2.分析速度快，靈敏度高分析速度快，靈敏度高(5pg)，所需的樣品少。，所需的樣品少。3.分析分析范圍廣（范圍廣（氣體、液體、固體）。氣體、液體、固體）。4.根據(jù)質(zhì)譜裂解規(guī)律對質(zhì)譜圖中的碎片離子進(jìn)行解根據(jù)質(zhì)譜裂解規(guī)律對質(zhì)譜圖中的碎片離子進(jìn)行解析，可鑒定或驗證有機化合物。析，可鑒定或驗證有機化合物。5.應(yīng)用應(yīng)用GC-MS、HPLC-MS等技術(shù)，可定性、定量等技術(shù)，可定性、定量地對有機混合樣品進(jìn)行分析。

4、地對有機混合樣品進(jìn)行分析。 樣品導(dǎo)樣品導(dǎo)入系統(tǒng)入系統(tǒng)離子源離子源質(zhì)量分質(zhì)量分析器析器 真空泵真空泵離子檢離子檢測器測器放大記放大記錄器錄器按按m/z大小不同大小不同 進(jìn)進(jìn)行分離行分離質(zhì)譜質(zhì)譜圖圖二二.質(zhì)譜分析原理質(zhì)譜分析原理質(zhì)譜儀原理圖質(zhì)譜儀原理圖進(jìn)樣系統(tǒng)離子源質(zhì)量分析器檢測器1.氣體擴散2.直接進(jìn)樣3.氣相色譜4.液相色譜1.電子轟擊2.化學(xué)電離3.場致電離4.激光 1.單聚焦 2.雙聚焦 3.飛行時間4.四極桿 5.離子阱 6.串列式多級三三.儀儀器結(jié)器結(jié)構(gòu)構(gòu) 質(zhì)譜儀一般由進(jìn)樣系統(tǒng)、離子源、分析器、檢測器組成。還包括真空系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等輔助設(shè)備。1.1.真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) 質(zhì)譜

5、儀的離子源、質(zhì)量分析器和檢測器必須在高真空狀態(tài)下工作，以減少本底的干擾，避免發(fā)生不必要的離子-分子反應(yīng),所以質(zhì)譜反應(yīng)屬于單分子分解反應(yīng)。 利用這個特點，我們用液質(zhì)聯(lián)用的軟電離方式可以得到化合物的準(zhǔn)分子離子，從而得到分子量。由機械真空泵(前極低真空泵)，擴散泵或分子泵(高真空泵)組成真空機組，抽取離子源和分析器部分的真空。只有在足夠高的真空下，離子才能從離子源到達(dá)接收器，真空度不夠則靈敏度低。2.離子源離子源電離室原理與結(jié)構(gòu)圖根據(jù)離子化方式的不同分類：EI: 電子轟擊電離硬電離。 CI: 化學(xué)電離核心是質(zhì)子轉(zhuǎn)移。 FD: 場解吸目前基本被FAB取代。FAB: 快原子轟擊適合難揮發(fā)、極性大的樣品。

6、 ESI: 電噴霧電離屬最軟的電離方式，通常只產(chǎn)生分子離 子峰。適宜熱不穩(wěn)定的極性分子，能分析小分子及大 分子(如蛋白質(zhì)分子多肽等)。APCI:大氣壓化學(xué)電離適宜做弱極性小分子。APPI:大氣壓光噴霧電離適宜做非極性分子。MALDI:基體輔助激光解吸電離。通常用于飛行時間質(zhì)譜和 FT-MS，特別適合蛋白質(zhì)，多肽等大分子。其中ESI，APCI，APPI統(tǒng)稱大氣壓電離(API)3.質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器的分類：質(zhì)量分析器的分類：1.單聚焦質(zhì)量分析器單聚焦質(zhì)量分析器 特點：具有質(zhì)量色散作用2.雙聚焦扇形磁場雙聚焦扇形磁場-電場串聯(lián)儀器電場串聯(lián)儀器(sector).3.四極桿質(zhì)譜儀四極桿質(zhì)譜儀

7、(Q). 特點：掃描速率快，結(jié)構(gòu)簡單，價格較低。4.飛行時間質(zhì)譜儀飛行時間質(zhì)譜儀(TOF).5.離子阱質(zhì)譜儀（離子阱質(zhì)譜儀（TRAP）6.傅里葉變換傅里葉變換-離子回旋共振質(zhì)譜儀離子回旋共振質(zhì)譜儀(FT-ICRMS). 7.串列式多級質(zhì)譜儀串列式多級質(zhì)譜儀 (MS/MS) ：四極+TOF（Q-TOF）、三重四極桿（QqQ）、TOF+TOF 是質(zhì)譜儀中將離子按質(zhì)荷比分開的部分,離子通過分析器后,按不同質(zhì)荷比(M/Z)分開,將相同的M/Z離子聚焦在一起,組成質(zhì)譜。四極桿質(zhì)量分析器的示意 圖 四級桿質(zhì)量分析器 四極桿分析器由四根棒狀電極組成，它們距離相等而且互相平行，這四個棒狀電極形成一個四極電場。

8、四極桿處于對角位置的兩根桿被連接在一起，其中一對桿之間施加電壓 ，同時在另外一對桿上施加大小相同、極性相反的直流電壓和相位相反、振幅/頻率相同的射頻電壓 。 Vdc為直流電壓，Vrf為射頻電壓。直流電壓與射頻電壓疊加在一起，且兩對電極的極性不停進(jìn)行快速切換，使得帶電離子震蕩通過四極桿。4.檢測接收器檢測接收器 接收離子束流的裝置有： 電子倍增器、光電倍增器、微通道板將接收來的電信號放大、處理并給出分析結(jié)果及控制質(zhì)譜儀個部分工作。從幾伏低壓到幾千伏高壓。5.數(shù)據(jù)及供電系統(tǒng)數(shù)據(jù)及供電系統(tǒng)質(zhì)譜儀的主要性能指標(biāo)質(zhì)譜儀的主要性能指標(biāo)1.分辨率分辨率resolution power即表示儀器分開兩個相鄰質(zhì)

9、量離子的能力，通常用R 表示，實驗室內(nèi)的TSQ Quantum 分別率為0.7。2.質(zhì)量范圍質(zhì)量范圍mass range四極質(zhì)譜： 4000以內(nèi)離子阱質(zhì)譜： 6000飛行時間質(zhì)譜： 無上限3.質(zhì)量測量精度質(zhì)量測量精度離子質(zhì)量測定的精度，一般對質(zhì)量幾百的離子，測量誤差應(yīng)-溶劑溶劑+ +H H + + 溶劑溶劑+ +H H + +M-+M-溶劑溶劑+ + MM+ +大氣壓化學(xué)電離源大氣壓化學(xué)電離源(APCI)的電離過的電離過程：程：2.大氣壓化學(xué)電離離子源技術(shù)大氣壓化學(xué)電離離子源技術(shù)毛細(xì)管碎片碰撞電壓（碎片碰撞電壓（CID）Corona needle+錐孔透鏡四極桿+八極桿熱氮氣熱氮氣液質(zhì)聯(lián)用的大

10、氣壓化學(xué)電離源(APCI)接口高能打拿極/電子倍增器離子化方式離子化方式不同ESI 在溶液中進(jìn)行離子化APcI在氣相中進(jìn)行離子化分析樣品類型分析樣品類型不同ESI 極性化合物和生物大分子APcI弱極性化合物、小分子化合物(相對于ESI方式而言) ，并有一定的揮發(fā)性要求的流動相流速流動相流速不同ESI -0.001 to 0.3 mL/minAPcI-0.2 to 2 mL/minESI和和APCI的區(qū)別的區(qū)別其他事項其他事項1.掃描模式的選擇2.流動相的選擇3.流量和色譜柱的選擇4.輔助氣體流量和溫度的選擇1.掃描模式的選擇掃描模式的選擇（1）正負(fù)離子模式:正離子模式正離子模式：適合于堿性樣品

11、，可用乙酸或甲酸對樣品加以酸化。負(fù)離子模式負(fù)離子模式：適合于酸性樣品，可用氨水或三乙胺對樣品進(jìn)行堿化。（2） 全掃描方式（Q1 掃描）可以得到準(zhǔn)分子離子，從而判斷出其分子量，用于鑒別是否有未知物，并確認(rèn)一些判斷不清的化合物。（3）母離子掃描母離子分析可用來鑒定和確認(rèn)類型已知的化合物，盡管它們的母離子的質(zhì)量可以不同，但在分裂過程中會生成共同的子離子。（4）選擇離子掃描（SRM 模式）（又叫子離子掃描）用于結(jié)構(gòu)判斷(得到二級譜圖即碎片離子)和選擇離子對作多種反應(yīng)監(jiān)測（SRM）。該 模式對目標(biāo)物質(zhì)最為靈敏，干擾最低，一般用于定量分析。 2.流動相的選擇常用的流動相為甲醇、乙腈、水和它們不同比例的混合

12、物以及一些易揮發(fā)鹽的緩沖液，如甲酸銨、乙酸銨等，還可以加入易揮發(fā)酸堿如甲酸、乙酸和氨水等調(diào)節(jié)pH 值。 3.流量和色譜柱的選擇 不加熱ESI的最佳流速是150ulmin，目前多用l2.1mm微柱； TIS源最高允許lmlmin，建議使用200400ulmin； APCI的最佳流速lmlmin，常規(guī)的直徑4.6mm柱最合適。 為了提高分析效率，常采用 100 mm 的短柱。4.輔助氣體流量和溫度的選擇 操作中溫度一般選擇高于分析物的沸點 20 左右即可。對熱不穩(wěn)定性化合物，要選用更低的溫度以避免顯著的分解。五、質(zhì)譜儀基本操作五、質(zhì)譜儀基本操作開機步驟以安捷倫6400系列質(zhì)譜儀為例： 1. 分別打

13、開計算機、網(wǎng)絡(luò)交換機（LAN Switch）電源、液相電源 2. 打開質(zhì)譜前面左下角的電源開關(guān)，等待大約兩分鐘，聽到第二聲溶劑閥切換的聲音(表明質(zhì)譜自檢完成)后，可以聯(lián)機。 3.質(zhì)譜一接通電源，前級真空規(guī)就開始工作，監(jiān)視前級真空值。 4. 在計算機桌面上雙擊MassHunter 采集軟件圖標(biāo)，進(jìn)入MassHunter工作站。 5.確認(rèn)氮氣氣源輸出已經(jīng)打開，氣體輸出壓力為90 psi。 6.等待四極桿溫度達(dá)到100，高真空達(dá)到4 x10-5 Torr之后，即可進(jìn)行調(diào)諧或開始實驗。關(guān)機步驟 1. 在MassHunter采集軟件內(nèi)點擊三級四極桿MS的圖標(biāo)，選擇Vent執(zhí)行放空操作。 2.可以在三重四

14、極桿Method的Diagnosis界面觀察渦輪泵轉(zhuǎn)速的下降情況。 3.等待真空泵停轉(zhuǎn)且內(nèi)部真空放空后，系統(tǒng)會給出放空完成的提示，關(guān)閉MassHunter 軟件，然后關(guān)閉質(zhì)譜及LC各模塊、PC的電源.數(shù)據(jù)采集軟件功能區(qū)、狀態(tài)區(qū)介紹： 方法建立打開MassHunter采集軟件界面 點擊Method Editor，如下圖?；蛲ㄟ^菜單FileNewMethod創(chuàng)建一個新的方法。 定性分析打開定性分析軟件 ，主要功能區(qū)常用快捷鍵介紹如下：六、儀器維護及注意事項1.每天實驗完成之后，使用1:1異丙醇-水溶液清洗或擦洗離子源，注意勿將溶液噴入毛細(xì)管入口。2.每周開啟前級泵上的氣振閥兩次，每次半小時。開啟時可以將氣振閥開到最大后，向回轉(zhuǎn)半圈。3.每天清洗霧化器組件，在清洗前應(yīng)留出足夠的時間讓它冷卻下來，防止?fàn)C傷。4. 氮氣發(fā)生器過濾裝置必須定期更換，應(yīng)每半年到一年更換干燥氣的氣體凈化管。MS維護周期表維護周期表 注意事項1.因為任何原因造成的斷電，請關(guān)閉儀器面板左下角的開關(guān)，等待供電恢復(fù)