生物質(zhì)譜分析

1、生物分析技術(shù)術(shù)第第5講講 生物質(zhì)譜分析生物質(zhì)譜分析 2011年年10月月第一節(jié)第一節(jié) 概述概述第二節(jié)第二節(jié) 質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀第三節(jié)第三節(jié) 生物質(zhì)譜的應(yīng)用生物質(zhì)譜的應(yīng)用主要內(nèi)容主要內(nèi)容 質(zhì)譜分析法質(zhì)譜分析法(Mass Spectroscope,MS)是將是將化合物形成離子或碎片離子，按質(zhì)荷比化合物形成離子或碎片離子，按質(zhì)荷比(m/z)的的不同進(jìn)行測(cè)定，從而進(jìn)行成分分析和結(jié)構(gòu)分析不同進(jìn)行測(cè)定，從而進(jìn)行成分分析和結(jié)構(gòu)分析的一種方法。根據(jù)質(zhì)譜分析法的結(jié)果（質(zhì)譜圖的一種方法。根據(jù)質(zhì)譜分析法的結(jié)果（質(zhì)譜圖）所提供的信息可以進(jìn)行有機(jī)物、無機(jī)物的定）所提供的信息可以進(jìn)行有機(jī)物、無機(jī)物的定性和定量分析，生物大分子的

2、結(jié)構(gòu)分析，同位性和定量分析，生物大分子的結(jié)構(gòu)分析，同位素的測(cè)定及固體表面的結(jié)構(gòu)和組成分析。素的測(cè)定及固體表面的結(jié)構(gòu)和組成分析。 生物質(zhì)譜就是用于生物分子分析的質(zhì)譜技生物質(zhì)譜就是用于生物分子分析的質(zhì)譜技術(shù)。由于生物分子大多數(shù)以其高相對(duì)分子質(zhì)量術(shù)。由于生物分子大多數(shù)以其高相對(duì)分子質(zhì)量區(qū)別于分子質(zhì)量在幾十到幾千的無機(jī)或有機(jī)小區(qū)別于分子質(zhì)量在幾十到幾千的無機(jī)或有機(jī)小分子，因而，生物質(zhì)譜要求測(cè)定上萬甚至幾十分子，因而，生物質(zhì)譜要求測(cè)定上萬甚至幾十萬的分子質(zhì)量。萬的分子質(zhì)量。第一節(jié)第一節(jié) 概述概述 早期，質(zhì)譜分析法僅限于小分子和中等分子早期，質(zhì)譜分析法僅限于小分子和中等分子的研究，因?yàn)橐獙①|(zhì)譜應(yīng)用于生物大

3、分子需要將的研究，因?yàn)橐獙①|(zhì)譜應(yīng)用于生物大分子需要將其制備成氣相帶電分子，然后在真空中物理分解其制備成氣相帶電分子，然后在真空中物理分解成離子。如何使蛋白分子經(jīng)受住離子化過程而又成離子。如何使蛋白分子經(jīng)受住離子化過程而又不喪失其結(jié)構(gòu)形態(tài)是個(gè)難題。不喪失其結(jié)構(gòu)形態(tài)是個(gè)難題。20世紀(jì)世紀(jì)70年代，解年代，解吸技術(shù)的出現(xiàn)成功地將蛋白分子轉(zhuǎn)化成氣相離子吸技術(shù)的出現(xiàn)成功地將蛋白分子轉(zhuǎn)化成氣相離子，而后快原子轟擊與其緊密相關(guān)的溶液基質(zhì)使得，而后快原子轟擊與其緊密相關(guān)的溶液基質(zhì)使得具有極性、熱不穩(wěn)定的蛋白分子可經(jīng)受住電離過具有極性、熱不穩(wěn)定的蛋白分子可經(jīng)受住電離過程。但這些方法僅限于程。但這些方法僅限于10

4、kD以下蛋白分子的研究以下蛋白分子的研究。80年代電噴霧電離年代電噴霧電離(ESI)和基質(zhì)輔助激光解吸電和基質(zhì)輔助激光解吸電離離(MAILDI) 技術(shù)的發(fā)展則使得質(zhì)譜方法成功應(yīng)技術(shù)的發(fā)展則使得質(zhì)譜方法成功應(yīng)用于高分子量蛋白分子的研究。用于高分子量蛋白分子的研究。 1906年年 J.JThomson在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)帶電荷離子在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)帶電荷離子在在 電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡與它的質(zhì)荷比有關(guān)電磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)軌跡與它的質(zhì)荷比有關(guān) 并于并于1912年制造出第一臺(tái)質(zhì)譜儀年制造出第一臺(tái)質(zhì)譜儀 1946年年 飛行時(shí)間質(zhì)量分析器飛行時(shí)間質(zhì)量分析器 1953年年 四極桿質(zhì)量分析器四極桿質(zhì)量分析器 1959年年 質(zhì)譜儀首次

5、用于多肽測(cè)序質(zhì)譜儀首次用于多肽測(cè)序 1965年年 離子共振質(zhì)譜離子共振質(zhì)譜 1968年年 電噴霧離子源電噴霧離子源 1974年年 傅里葉變換離子回旋共振分析器傅里葉變換離子回旋共振分析器 1987年年 基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜質(zhì)譜儀的發(fā)展歷史質(zhì)譜儀的發(fā)展歷史日本科學(xué)家田中耕一日本科學(xué)家田中耕一(Koichi Tanaka)1959年出生于日本富山年出生于日本富山縣首府富山市，縣首府富山市，1983年獲日本年獲日本東北大學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)任職于東北大學(xué)學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)任職于京都市島津制作所，為該公司京都市島津制作所，為該公司研發(fā)工程師，分析測(cè)量事業(yè)部研發(fā)工程師，分析測(cè)量事業(yè)部生命

6、科學(xué)商務(wù)中心、生命科學(xué)生命科學(xué)商務(wù)中心、生命科學(xué)研究所主任。他對(duì)化學(xué)的貢獻(xiàn)研究所主任。他對(duì)化學(xué)的貢獻(xiàn)類似于約翰類似于約翰芬恩，因此也得到芬恩，因此也得到了了14的獎(jiǎng)金。的獎(jiǎng)金。美國(guó)科學(xué)家約翰美國(guó)科學(xué)家約翰芬恩芬恩1917年出年出生于美國(guó)紐約市，生于美國(guó)紐約市，1940年獲耶魯年獲耶魯大學(xué)化學(xué)博士學(xué)位，大學(xué)化學(xué)博士學(xué)位，1967年到年到1987年間任該大學(xué)教授，年間任該大學(xué)教授，1987年年起被聘為該大學(xué)名譽(yù)教授，自起被聘為該大學(xué)名譽(yù)教授，自1994年起任弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)教年起任弗吉尼亞聯(lián)邦大學(xué)教授。他因?yàn)槭?。他因?yàn)椤鞍l(fā)明了對(duì)生物大分發(fā)明了對(duì)生物大分子進(jìn)行確認(rèn)和結(jié)構(gòu)分析的方法子進(jìn)行確認(rèn)和結(jié)構(gòu)分析

7、的方法”和和“發(fā)明了對(duì)生物大分子的質(zhì)譜發(fā)明了對(duì)生物大分子的質(zhì)譜分析法分析法”而獲得今年諾貝爾化學(xué)而獲得今年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獎(jiǎng)14的獎(jiǎng)金。的獎(jiǎng)金。瑞士科學(xué)家?guī)鞝柼厝鹗靠茖W(xué)家?guī)鞝柼鼐S特里希維特里希1938年生于瑞士阿爾貝格，年生于瑞士阿爾貝格，1964年獲瑞士巴塞爾大學(xué)無年獲瑞士巴塞爾大學(xué)無機(jī)化學(xué)博士學(xué)位，從機(jī)化學(xué)博士學(xué)位，從1980年年起擔(dān)任瑞士蘇黎世聯(lián)邦高等起擔(dān)任瑞士蘇黎世聯(lián)邦高等理工學(xué)校的分子生物物理學(xué)理工學(xué)校的分子生物物理學(xué)教授，還任美國(guó)加利福尼亞教授，還任美國(guó)加利福尼亞州拉霍亞市斯克里普斯研究州拉霍亞市斯克里普斯研究所客座教授。他因所客座教授。他因“發(fā)明了發(fā)明了利用核磁共振技術(shù)測(cè)定溶液利用核

8、磁共振技術(shù)測(cè)定溶液中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方中生物大分子三維結(jié)構(gòu)的方法法”而獲得而獲得2002年諾貝爾化年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)一半的獎(jiǎng)金。學(xué)獎(jiǎng)一半的獎(jiǎng)金。2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者第二節(jié)第二節(jié) 質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀一、質(zhì)譜儀的工作原理一、質(zhì)譜儀的工作原理二、質(zhì)譜儀的基本結(jié)構(gòu)二、質(zhì)譜儀的基本結(jié)構(gòu) 1. 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) 2. 進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng) 3. 離子源離子源 4. 質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器 5. 檢測(cè)與記錄檢測(cè)與記錄離子源離子源質(zhì)量過濾質(zhì)量過濾/分析器分析器樣品板樣品板LC或或GCEI源源FAB源源MALDI源源ESI源源QuadruopoleIon trapTime-of-flight電子

9、倍增器電子倍增器閃爍計(jì)數(shù)器閃爍計(jì)數(shù)器+ + + + + + + + + + + + + + + + + +一、質(zhì)譜儀的工作原理一、質(zhì)譜儀的工作原理樣品導(dǎo)樣品導(dǎo)入系統(tǒng)入系統(tǒng)檢測(cè)器檢測(cè)器 zU=(1/2)m 2 m/z=2U/ 2 化合物分子在高真空條件下，受高速電子流化合物分子在高真空條件下，受高速電子流“轟擊轟擊”或強(qiáng)電場(chǎng)其他作用，失去電子生成離子或強(qiáng)電場(chǎng)其他作用，失去電子生成離子或發(fā)生化學(xué)鍵斷裂成為碎片離子，離子經(jīng)加速器或發(fā)生化學(xué)鍵斷裂成為碎片離子，離子經(jīng)加速器進(jìn)入磁場(chǎng)，其動(dòng)能與加速電壓及電荷遵循：進(jìn)入磁場(chǎng)，其動(dòng)能與加速電壓及電荷遵循： 具有速度具有速度 的的帶電帶電離子離子進(jìn)入質(zhì)譜分析器的

10、進(jìn)入質(zhì)譜分析器的電磁場(chǎng)中，根據(jù)所選擇的分離方式，最終各種電磁場(chǎng)中，根據(jù)所選擇的分離方式，最終各種離子按質(zhì)荷比的不同實(shí)現(xiàn)分離。離子按質(zhì)荷比的不同實(shí)現(xiàn)分離。質(zhì)譜儀的分類質(zhì)譜儀的分類二、質(zhì)譜儀的基本結(jié)構(gòu)二、質(zhì)譜儀的基本結(jié)構(gòu)質(zhì)譜儀的構(gòu)造和功能質(zhì)譜儀的構(gòu)造和功能計(jì)算機(jī)控制與數(shù)計(jì)算機(jī)控制與數(shù)據(jù)處理?yè)?jù)處理1. 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)2. 進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)3. 離子源離子源4. 質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器5. 檢測(cè)與記錄檢測(cè)與記錄 質(zhì)譜儀的離子源、質(zhì)量分析器和檢測(cè)器必須在質(zhì)譜儀的離子源、質(zhì)量分析器和檢測(cè)器必須在高真空狀態(tài)下工作，一般應(yīng)在高真空狀態(tài)下工作，一般應(yīng)在10-510-6Pa。 (1)真空度差，過多的氧氣將損耗或燒

11、毀離子源真空度差，過多的氧氣將損耗或燒毀離子源的燈絲；的燈絲； (2)高本低氣壓將干擾質(zhì)譜圖高本低氣壓將干擾質(zhì)譜圖; (3)電離空氣壓過高，會(huì)發(fā)生離子電離空氣壓過高，會(huì)發(fā)生離子-分子反應(yīng)，改分子反應(yīng)，改變碎片譜圖；變碎片譜圖； (4)離子源內(nèi)的高氣壓將干擾電子束的調(diào)節(jié)；離子源內(nèi)的高氣壓將干擾電子束的調(diào)節(jié)； (5)電離氣或離子源內(nèi)的高氣壓，可能引起高達(dá)電離氣或離子源內(nèi)的高氣壓，可能引起高達(dá)數(shù)千伏的離子加速電壓放電。數(shù)千伏的離子加速電壓放電。1. 真空系統(tǒng)真空系統(tǒng) 一般質(zhì)譜儀由機(jī)械真空泵一般質(zhì)譜儀由機(jī)械真空泵(低真空泵低真空泵)，擴(kuò)散泵或，擴(kuò)散泵或分子泵分子泵(高真空泵高真空泵)組成真空機(jī)組，使離

12、子源和分組成真空機(jī)組，使離子源和分析器部分的達(dá)到真空。析器部分的達(dá)到真空。 只有在足夠高的真空下，離子才能從離子源到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。達(dá)接收器，真空度不夠則靈敏度低。2. 進(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)樣系統(tǒng)要求：要求： 高效重復(fù)的將樣品引入到離子源中并且不能高效重復(fù)的將樣品引入到離子源中并且不能造成真空度的降低，而樣品導(dǎo)入離子源的方式?jīng)Q造成真空度的降低，而樣品導(dǎo)入離子源的方式?jīng)Q定于樣品的物理性質(zhì)。定于樣品的物理性質(zhì)。方式：方式： (1)間歇式進(jìn)樣系統(tǒng)間歇式進(jìn)樣系統(tǒng) (2)直接探針進(jìn)樣直接探針進(jìn)樣 (3)毛細(xì)管進(jìn)樣（從毛細(xì)管進(jìn)樣（從HPLC、GC及及CE） (

13、1)間歇式進(jìn)樣系統(tǒng)間歇式進(jìn)樣系統(tǒng) 可用于氣體、液體和中等蒸汽壓的固體樣可用于氣體、液體和中等蒸汽壓的固體樣品進(jìn)樣，通過可拆卸式的試樣管將少量固體或液品進(jìn)樣，通過可拆卸式的試樣管將少量固體或液體試樣引入試樣儲(chǔ)存器中。體試樣引入試樣儲(chǔ)存器中。 由于進(jìn)樣系統(tǒng)的低壓強(qiáng)及儲(chǔ)存器的加熱裝置，由于進(jìn)樣系統(tǒng)的低壓強(qiáng)及儲(chǔ)存器的加熱裝置，使試樣保持氣態(tài)。加之進(jìn)樣系統(tǒng)的壓強(qiáng)比離子源使試樣保持氣態(tài)。加之進(jìn)樣系統(tǒng)的壓強(qiáng)比離子源的壓強(qiáng)大，樣品分子或離子可以通過分子漏隙以的壓強(qiáng)大，樣品分子或離子可以通過分子漏隙以分子流的形式滲透進(jìn)高真空的離子源。分子流的形式滲透進(jìn)高真空的離子源。(2)直接探針進(jìn)樣直接探針進(jìn)樣 通常將試樣放

14、入小杯中，通過真空閉鎖裝置通常將試樣放入小杯中，通過真空閉鎖裝置將其引入離子源，可以對(duì)樣品杯進(jìn)行冷卻或加熱將其引入離子源，可以對(duì)樣品杯進(jìn)行冷卻或加熱處理。處理。 對(duì)于在間歇式進(jìn)樣系統(tǒng)的條件下無法變成氣對(duì)于在間歇式進(jìn)樣系統(tǒng)的條件下無法變成氣體的固體、熱敏性固體及非揮發(fā)性液體試樣，可體的固體、熱敏性固體及非揮發(fā)性液體試樣，可直接引入到離子源。直接引入到離子源。 這種進(jìn)樣方式不必使樣品充滿整個(gè)儲(chǔ)存器，這種進(jìn)樣方式不必使樣品充滿整個(gè)儲(chǔ)存器，因此，可適用樣品量較小和蒸汽壓較低的物質(zhì)。因此，可適用樣品量較小和蒸汽壓較低的物質(zhì)。直接進(jìn)樣法擴(kuò)大了質(zhì)譜法的應(yīng)用范圍。直接進(jìn)樣法擴(kuò)大了質(zhì)譜法的應(yīng)用范圍。(3)毛細(xì)管

15、進(jìn)樣毛細(xì)管進(jìn)樣氣相色譜氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀質(zhì)譜聯(lián)用儀 從毛細(xì)管氣相色譜柱流出的成分可直接引從毛細(xì)管氣相色譜柱流出的成分可直接引入質(zhì)譜儀的離子化室。入質(zhì)譜儀的離子化室。液相色譜液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀質(zhì)譜聯(lián)用儀 采用離子噴霧及電噴霧技術(shù)除去流動(dòng)相使樣采用離子噴霧及電噴霧技術(shù)除去流動(dòng)相使樣品離子進(jìn)入質(zhì)譜分析儀。品離子進(jìn)入質(zhì)譜分析儀。 質(zhì)譜儀中產(chǎn)生離子的裝置稱為離子源，其功能質(zhì)譜儀中產(chǎn)生離子的裝置稱為離子源，其功能是將進(jìn)樣系統(tǒng)引入的氣態(tài)樣品分子轉(zhuǎn)化成離子。是將進(jìn)樣系統(tǒng)引入的氣態(tài)樣品分子轉(zhuǎn)化成離子。 不同的分子離子化所需要的能量不同，因此，不同的分子離子化所需要的能量不同，因此，應(yīng)選擇不同的離解方式：應(yīng)選

16、擇不同的離解方式： 硬電離：能給予樣品較大能量的電離方法。硬電離：能給予樣品較大能量的電離方法。 軟電離：給予較小能量的電離方法，適用于易軟電離：給予較小能量的電離方法，適用于易 破裂或易電離的樣品。破裂或易電離的樣品。3. 離子源離子源(1)電子轟擊電離源電子轟擊電離源 (Electron Impact Ionization, 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱 EI):樣品需經(jīng)過汽化進(jìn)入電離區(qū)，用約樣品需經(jīng)過汽化進(jìn)入電離區(qū)，用約70eV能量的電子束與氣化的試樣分子相互作用，使能量的電子束與氣化的試樣分子相互作用，使分子中電離電位較低的價(jià)電子或非鍵電子電離分子中電離電位較低的價(jià)電子或非鍵電子電離，為硬電離方法。，為硬

17、電離方法。1980年以年以 前的主要離子化方式，前的主要離子化方式， 只能用于有機(jī)小分子只能用于有機(jī)小分子 (400Da以下以下)的電離。的電離。 質(zhì)譜技術(shù)中的離子源質(zhì)譜技術(shù)中的離子源電子轟擊電離電子轟擊電離的優(yōu)缺點(diǎn)的優(yōu)缺點(diǎn) 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)靈敏度高；靈敏度高；有達(dá)有達(dá)10萬個(gè)化合物的數(shù)萬個(gè)化合物的數(shù)據(jù)庫(kù)可快速檢索；據(jù)庫(kù)可快速檢索；可根據(jù)碎片方式鑒定未可根據(jù)碎片方式鑒定未知物；知物；從碎片離子判定結(jié)構(gòu)。從碎片離子判定結(jié)構(gòu)。 缺點(diǎn)缺點(diǎn)質(zhì)量范圍??；質(zhì)量范圍?。挥锌赡芷鞍l(fā)生解有可能汽化前發(fā)生解離；離；碎片過多有時(shí)看不到碎片過多有時(shí)看不到分子離子。分子離子。質(zhì)譜技術(shù)中的離子源質(zhì)譜技術(shù)中的離子源(2)化學(xué)電

18、離源化學(xué)電離源 (Chemical Ionization, 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱 CI):高高能電子束與小分子反應(yīng)氣（如甲烷、丙烷等）能電子束與小分子反應(yīng)氣（如甲烷、丙烷等）作用，使其電離生成初級(jí)離子，這些初級(jí)離作用，使其電離生成初級(jí)離子，這些初級(jí)離子在與試樣分子反應(yīng)得到試樣離子，核心是子在與試樣分子反應(yīng)得到試樣離子，核心是質(zhì)子轉(zhuǎn)移。質(zhì)子轉(zhuǎn)移。 (3)場(chǎng)電離場(chǎng)電離 (Field Ionization, 簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱 FI):在相距很近在相距很近的電極間施加高電壓，產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，依靠這的電極間施加高電壓，產(chǎn)生強(qiáng)電場(chǎng)，依靠這個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)將附近的試樣分子中的電子拉出來，個(gè)強(qiáng)電場(chǎng)將附近的試樣分子中的電子拉出來，使之形成離子

19、。使之形成離子。質(zhì)譜技術(shù)中的離子源質(zhì)譜技術(shù)中的離子源(4) 快原子轟擊源快原子轟擊源(Fast Atom Bombardment，簡(jiǎn)，簡(jiǎn)稱稱FAB):20世紀(jì)世紀(jì)80年代發(fā)展起來的新離子化方年代發(fā)展起來的新離子化方法，是讓稀有氣體（氙氣或氬氣）電離，通法，是讓稀有氣體（氙氣或氬氣）電離，通過電場(chǎng)加速，獲得較高動(dòng)能成為快原子，然過電場(chǎng)加速，獲得較高動(dòng)能成為快原子，然后轟擊試樣分子，后轟擊試樣分子， 通過能量的轉(zhuǎn)移，通過能量的轉(zhuǎn)移， 使試樣分子電離。使試樣分子電離。 快原子轟擊技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：快原子轟擊技術(shù)優(yōu)點(diǎn)：分子離子和準(zhǔn)分子離子峰強(qiáng)；分子離子和準(zhǔn)分子離子峰強(qiáng)；碎片離子峰豐富；碎片離子峰豐富；靈敏度高

20、，適用于熱不穩(wěn)定、極性強(qiáng)的分子，靈敏度高，適用于熱不穩(wěn)定、極性強(qiáng)的分子，如肽類、蛋白質(zhì)、多糖、金屬有機(jī)物等。如肽類、蛋白質(zhì)、多糖、金屬有機(jī)物等?？煸愚Z擊技術(shù)缺點(diǎn)：快原子轟擊技術(shù)缺點(diǎn)：試樣涂在金屬板上，溶劑也被電離，使質(zhì)譜圖復(fù)試樣涂在金屬板上，溶劑也被電離，使質(zhì)譜圖復(fù)雜化。雜化。質(zhì)譜技術(shù)中的離子源質(zhì)譜技術(shù)中的離子源(5)大氣壓化學(xué)電離源大氣壓化學(xué)電離源 (Atmospheric Pressure Chemical Ionization，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱APCI):主要用于液相主要用于液相色譜色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，主要用來分析中等極性、質(zhì)譜聯(lián)用儀，主要用來分析中等極性、弱極性化合物。弱極性化合物。APCI

21、主要產(chǎn)生單電荷離子，主要產(chǎn)生單電荷離子，分析化合物的相對(duì)分子質(zhì)量一般小于分析化合物的相對(duì)分子質(zhì)量一般小于1000. APCI主要部件是一個(gè)雙層套管組成的電噴霧的噴嘴，主要部件是一個(gè)雙層套管組成的電噴霧的噴嘴，噴嘴內(nèi)層是液相色譜流出物，外層是霧化氣，通常為大流噴嘴內(nèi)層是液相色譜流出物，外層是霧化氣，通常為大流量的量的N2，其作用是使噴出的液體分散成微滴。在噴嘴的下，其作用是使噴出的液體分散成微滴。在噴嘴的下游有一個(gè)針狀放電電極，通過放電電極的高壓放電，使空游有一個(gè)針狀放電電極，通過放電電極的高壓放電，使空氣中某些中性分子電離，產(chǎn)生氣中某些中性分子電離，產(chǎn)生H3O+, N2+, O2+等離子，這些

22、等離子，這些離子與分析物分子進(jìn)行離子離子與分析物分子進(jìn)行離子-分子反應(yīng)，使分析物分子離子分子反應(yīng)，使分析物分子離子化。化。(6)電噴霧電離電噴霧電離 (Electrospray Ionization，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱ESI):是一種使用強(qiáng)靜電場(chǎng)的電離技術(shù)。它主要應(yīng)用是一種使用強(qiáng)靜電場(chǎng)的電離技術(shù)。它主要應(yīng)用于液相色譜于液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀或毛細(xì)管電泳質(zhì)譜聯(lián)用儀或毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜聯(lián)質(zhì)譜聯(lián)用儀，既作為色譜和質(zhì)譜之間的接口裝置，同用儀，既作為色譜和質(zhì)譜之間的接口裝置，同時(shí)又是電離裝置。時(shí)又是電離裝置。質(zhì)譜技術(shù)中的離子源質(zhì)譜技術(shù)中的離子源 電噴霧電離是在電噴霧電離是在“離子蒸發(fā)離子蒸發(fā)”的原理基礎(chǔ)的原理基礎(chǔ)上

23、發(fā)展起來的一種離子化方法。待測(cè)分子溶解在上發(fā)展起來的一種離子化方法。待測(cè)分子溶解在溶劑中，以液相方式通過毛細(xì)管到達(dá)噴口，在噴溶劑中，以液相方式通過毛細(xì)管到達(dá)噴口，在噴口高電壓作用下形成帶電荷的微滴，隨著微滴中口高電壓作用下形成帶電荷的微滴，隨著微滴中的揮發(fā)性溶劑蒸發(fā)，微滴表面的電荷體密度隨微的揮發(fā)性溶劑蒸發(fā)，微滴表面的電荷體密度隨微滴半徑的減少而增加，到達(dá)某一臨界點(diǎn)時(shí)，樣品滴半徑的減少而增加，到達(dá)某一臨界點(diǎn)時(shí)，樣品將以離子方式從液滴表面蒸發(fā)，進(jìn)入氣相，即實(shí)將以離子方式從液滴表面蒸發(fā)，進(jìn)入氣相，即實(shí)現(xiàn)了樣品的離子化，由于沒有直接的外界能量作現(xiàn)了樣品的離子化，由于沒有直接的外界能量作用于分子，因此

24、，對(duì)分子結(jié)構(gòu)破壞較少，是一種用于分子，因此，對(duì)分子結(jié)構(gòu)破壞較少，是一種典型的軟電離方式。典型的軟電離方式。 電噴霧電離最大特點(diǎn)是容易形成多電荷離子，電噴霧電離最大特點(diǎn)是容易形成多電荷離子，因此，在較小的因此，在較小的m/z范圍內(nèi)可以檢測(cè)到大分子質(zhì)范圍內(nèi)可以檢測(cè)到大分子質(zhì)量的分子。電噴霧質(zhì)譜目前可測(cè)定分子質(zhì)量在量的分子。電噴霧質(zhì)譜目前可測(cè)定分子質(zhì)量在100.000Da以下的蛋白質(zhì)，最高達(dá)以下的蛋白質(zhì)，最高達(dá)150.000Da。適宜。適宜相對(duì)分子質(zhì)量大、穩(wěn)定性差的化合物，如極性強(qiáng)相對(duì)分子質(zhì)量大、穩(wěn)定性差的化合物，如極性強(qiáng)的大分子有機(jī)化合物，蛋白質(zhì)、肽、糖等。除分的大分子有機(jī)化合物，蛋白質(zhì)、肽、糖等

25、。除分析大分子外，電噴霧質(zhì)譜也可分析小分子，對(duì)于析大分子外，電噴霧質(zhì)譜也可分析小分子，對(duì)于分子量在分子量在1000Da以下的小分子，也可得到物質(zhì)的以下的小分子，也可得到物質(zhì)的分子質(zhì)量。分子質(zhì)量。影響電噴霧電離的因素：影響電噴霧電離的因素：樣品的樣品的pKa和溶液的和溶液的pH 樣品離子取決于樣品在噴霧溶液中是否形樣品離子取決于樣品在噴霧溶液中是否形成離子，正離子檢測(cè)中，溶液成離子，正離子檢測(cè)中，溶液pH應(yīng)較低，負(fù)離應(yīng)較低，負(fù)離子檢測(cè)，溶液子檢測(cè)，溶液pH應(yīng)較高。應(yīng)較高。溶劑的性質(zhì)溶劑的性質(zhì) 用于電噴霧電離的溶劑應(yīng)能使樣品在溶液用于電噴霧電離的溶劑應(yīng)能使樣品在溶液中形成離子，既有較低的溶劑化能力

26、以利于離中形成離子，既有較低的溶劑化能力以利于離子蒸發(fā)，具有較低的黏度和表面張力以利于霧子蒸發(fā)，具有較低的黏度和表面張力以利于霧化以及具有較低熱容量以利于溶劑化。化以及具有較低熱容量以利于溶劑化。電噴霧電離優(yōu)缺點(diǎn)電噴霧電離優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)測(cè)定分子質(zhì)量高；測(cè)定分子質(zhì)量高；靈敏度極高（靈敏度極高（10-15mol）；）；軟電離，可觀察生物分子非共價(jià)反應(yīng)；軟電離，可觀察生物分子非共價(jià)反應(yīng)；易于和易于和LC串聯(lián)，直接分析流速為串聯(lián)，直接分析流速為1ml/min的的LC洗脫液；洗脫液；沒有基質(zhì)干擾；沒有基質(zhì)干擾；適于四極桿質(zhì)量分析器、離子阱質(zhì)量分析器做結(jié)構(gòu)分析適于四極桿質(zhì)量分析器、離子阱質(zhì)量分析器做結(jié)構(gòu)分

27、析；帶多電荷，允許質(zhì)量范圍窄的設(shè)備檢測(cè)高質(zhì)量數(shù)的離子帶多電荷，允許質(zhì)量范圍窄的設(shè)備檢測(cè)高質(zhì)量數(shù)的離子，通過計(jì)算平均值給出更精確的質(zhì)量數(shù)；，通過計(jì)算平均值給出更精確的質(zhì)量數(shù)；特別適于測(cè)多肽的修飾；特別適于測(cè)多肽的修飾；樣品前處理簡(jiǎn)單可直接分析樣品前處理簡(jiǎn)單可直接分析RP-HPLC脫鹽處理的溶液。脫鹽處理的溶液。電噴霧電離優(yōu)缺點(diǎn)電噴霧電離優(yōu)缺點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)耐鹽能力低；耐鹽能力低；對(duì)某些化合物特別敏感，污染難清洗；對(duì)某些化合物特別敏感，污染難清洗；樣品需先氣化；樣品需先氣化；帶多電荷，在分析混合物時(shí)，產(chǎn)生混亂；帶多電荷，在分析混合物時(shí)，產(chǎn)生混亂；定量時(shí)需內(nèi)校準(zhǔn)。定量時(shí)需內(nèi)校準(zhǔn)。電噴霧與大氣壓化學(xué)電離的比

28、較電噴霧與大氣壓化學(xué)電離的比較 電離機(jī)理：電噴霧采用離子蒸發(fā)，而電離機(jī)理：電噴霧采用離子蒸發(fā)，而APCI電離是高壓放電離是高壓放電發(fā)生了質(zhì)子轉(zhuǎn)移而生成電發(fā)生了質(zhì)子轉(zhuǎn)移而生成MH+或或M-H-離子。離子。 樣品流速：樣品流速：APCI源可從源可從0.2到到2 mlmin；而電噴霧源允；而電噴霧源允許流量相對(duì)較小許流量相對(duì)較小,一般為一般為0.2-1 mlmin. 斷裂程度；斷裂程度；APCI源的探頭處于高溫，對(duì)熱不穩(wěn)定的化合源的探頭處于高溫，對(duì)熱不穩(wěn)定的化合物就足以使其分解物就足以使其分解. 適用性：通常認(rèn)為電噴霧有利于分析極性大的小分子和適用性：通常認(rèn)為電噴霧有利于分析極性大的小分子和生物大分

29、子及其它分子量大的化合物，而生物大分子及其它分子量大的化合物，而APCI更適合于更適合于分析極性較小的化合物。分析極性較小的化合物。 多電荷：多電荷：APCI源不能生成一系列多電荷離子源不能生成一系列多電荷離子(7)基質(zhì)輔助激光解吸離子化基質(zhì)輔助激光解吸離子化 (Matrix Assisted Laser Desorption，簡(jiǎn)稱，簡(jiǎn)稱MALDI):是近是近20年發(fā)展起來的年發(fā)展起來的離子化技術(shù)，特別適用于蛋白質(zhì)、多肽、寡核苷離子化技術(shù)，特別適用于蛋白質(zhì)、多肽、寡核苷酸等生物大分子的離子化。通常用飛行時(shí)間檢測(cè)酸等生物大分子的離子化。通常用飛行時(shí)間檢測(cè)器作為質(zhì)量分析器，構(gòu)成基質(zhì)輔助激光解吸器作

30、為質(zhì)量分析器，構(gòu)成基質(zhì)輔助激光解吸/電離電離飛行時(shí)間質(zhì)譜。可用于生物大分子物質(zhì)分子量的飛行時(shí)間質(zhì)譜?？捎糜谏锎蠓肿游镔|(zhì)分子量的測(cè)定；蛋白質(zhì)高通量鑒定；有機(jī)小分子化合物分測(cè)定；蛋白質(zhì)高通量鑒定；有機(jī)小分子化合物分子量測(cè)定；寡核苷酸的分析；基因的單核苷酸多子量測(cè)定；寡核苷酸的分析；基因的單核苷酸多態(tài)性的分析等。態(tài)性的分析等。 質(zhì)譜技術(shù)中的離子源質(zhì)譜技術(shù)中的離子源基質(zhì)輔助激光解吸電離工作原理基質(zhì)輔助激光解吸電離工作原理 基質(zhì)輔助激光解吸離子化基質(zhì)輔助激光解吸離子化引入了固體基質(zhì)，使樣品液與引入了固體基質(zhì)，使樣品液與基質(zhì)液混合，滴于靶面，在真基質(zhì)液混合，滴于靶面，在真空中快速干燥，制成極細(xì)的混空中快

31、速干燥，制成極細(xì)的混晶。當(dāng)激光束照射在涂有樣品晶。當(dāng)激光束照射在涂有樣品和基質(zhì)混晶的靶面上時(shí)，基質(zhì)和基質(zhì)混晶的靶面上時(shí)，基質(zhì)的有機(jī)分子在固態(tài)混晶中共振的有機(jī)分子在固態(tài)混晶中共振吸收能量，并將能量傳遞到基吸收能量，并將能量傳遞到基質(zhì)有機(jī)物晶體的晶格中，使晶質(zhì)有機(jī)物晶體的晶格中，使晶格受到瞬時(shí)強(qiáng)烈擾動(dòng)而解吸出格受到瞬時(shí)強(qiáng)烈擾動(dòng)而解吸出離子或中性分子，并通過這些離子或中性分子，并通過這些離子或分子將吸收的能量傳遞離子或分子將吸收的能量傳遞給生物大分子而使其電離。給生物大分子而使其電離。基質(zhì)輔助激光解吸離子化原理基質(zhì)輔助激光解吸離子化原理基質(zhì)輔助激光解吸離子化特點(diǎn)基質(zhì)輔助激光解吸離子化特點(diǎn) 基質(zhì)輔助激

32、光解吸離子化中，激光的能量基質(zhì)輔助激光解吸離子化中，激光的能量大量消耗于晶格擾動(dòng)中，并不是直接作用與生物大量消耗于晶格擾動(dòng)中，并不是直接作用與生物大分子使之裂解，因此是一種非常溫和的離子化大分子使之裂解，因此是一種非常溫和的離子化方式；方式； 激光采用激光采用N2激光源，波長(zhǎng)為激光源，波長(zhǎng)為337nm，為脈，為脈沖式工作方式；沖式工作方式； 基質(zhì)輔助激光解吸電離源與飛行時(shí)間質(zhì)量基質(zhì)輔助激光解吸電離源與飛行時(shí)間質(zhì)量分析儀所構(gòu)成的質(zhì)譜儀，得到的質(zhì)譜信息主要是分析儀所構(gòu)成的質(zhì)譜儀，得到的質(zhì)譜信息主要是分子離子、準(zhǔn)分子離子，而碎片離子和多電荷離分子離子、準(zhǔn)分子離子，而碎片離子和多電荷離子較少。子較少。

33、 基質(zhì)輔助激光解吸電離源的關(guān)鍵是使用基基質(zhì)輔助激光解吸電離源的關(guān)鍵是使用基質(zhì)來實(shí)現(xiàn)軟電離，基質(zhì)的具體作用：質(zhì)來實(shí)現(xiàn)軟電離，基質(zhì)的具體作用：從激光束吸收激光能量并轉(zhuǎn)變?yōu)槟巯嗟募募す馐占す饽芰坎⑥D(zhuǎn)變?yōu)槟巯嗟募ぐl(fā)能；發(fā)能；基質(zhì)包圍樣品分子，使之相互隔離，限制聚基質(zhì)包圍樣品分子，使之相互隔離，限制聚集體的形成，避免聚集體大分子對(duì)解吸和分析集體的形成，避免聚集體大分子對(duì)解吸和分析的影響；的影響；促進(jìn)樣品分子的離子化過程。促進(jìn)樣品分子的離子化過程。 基質(zhì)輔助激光解吸電離源的基質(zhì)種類很多，基質(zhì)輔助激光解吸電離源的基質(zhì)種類很多，對(duì)于不同的分析對(duì)象應(yīng)選擇不同的基質(zhì)，否則對(duì)于不同的分析對(duì)象應(yīng)選擇不同的基

34、質(zhì)，否則對(duì)分析結(jié)果影響很大。對(duì)分析結(jié)果影響很大?；|(zhì)必須滿足一些共性：基質(zhì)必須滿足一些共性：在合適溶劑中具有良好的溶解性；在合適溶劑中具有良好的溶解性；對(duì)激光具有良好的吸收性能，以使能量在基對(duì)激光具有良好的吸收性能，以使能量在基 質(zhì)中積累；質(zhì)中積累；合適的反應(yīng)活性。合適的反應(yīng)活性。常用基質(zhì)常用基質(zhì)基質(zhì)基質(zhì)縮寫縮寫適用范圍適用范圍-氰基氰基-4-羥基肉桂酸羥基肉桂酸HCCA生物高分子、糖蛋白、肽類、有機(jī)生物高分子、糖蛋白、肽類、有機(jī)化合物、聚合物等化合物、聚合物等3,5-二甲氧基二甲氧基-4-羥基肉桂酸羥基肉桂酸SA蛋白質(zhì)、肽類、氨基酸蛋白質(zhì)、肽類、氨基酸2,5-二羥基苯甲酸二羥基苯甲酸DHB2

35、001000Da的有機(jī)化合物、氨基的有機(jī)化合物、氨基酸、肽類及糖蛋白酸、肽類及糖蛋白3-羥基吡啶甲酸羥基吡啶甲酸HPA約約10 000Da的聚合物、肽類、寡核的聚合物、肽類、寡核苷酸、糖蛋白、糖肽及水溶性聚合苷酸、糖蛋白、糖肽及水溶性聚合物物2,4,6-三羥基苯乙酮三羥基苯乙酮THAP蛋白質(zhì)、肽類、氨基酸蛋白質(zhì)、肽類、氨基酸2, 6-二羥基苯乙酮二羥基苯乙酮DHAP糖蛋白、糖肽、磷酸化肽糖蛋白、糖肽、磷酸化肽基質(zhì)輔助激光電離源的優(yōu)缺點(diǎn)基質(zhì)輔助激光電離源的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)質(zhì)量數(shù)可達(dá)質(zhì)量數(shù)可達(dá)300,000Da；10-15 至至10-18級(jí)靈敏度；級(jí)靈敏度；軟電離方式，無或極少軟電離方式，無或極少碎

36、片離子；碎片離子；耐鹽（樣品含鹽可達(dá)毫耐鹽（樣品含鹽可達(dá)毫摩爾濃度）；摩爾濃度）；適于分析復(fù)雜混合物。適于分析復(fù)雜混合物。缺點(diǎn)缺點(diǎn)分辨率低；分辨率低；1000Da以下基質(zhì)峰干擾；以下基質(zhì)峰干擾；激光解吸附離子化有可能使樣激光解吸附離子化有可能使樣品光降解；品光降解；不能分析非共價(jià)鍵相互作用；不能分析非共價(jià)鍵相互作用；定量時(shí)需要內(nèi)校準(zhǔn)；定量時(shí)需要內(nèi)校準(zhǔn)；如沒有反射飛行裝置，不能分如沒有反射飛行裝置，不能分析多肽修飾。析多肽修飾。4. 質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器 質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器位于離子源和檢測(cè)器之質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器位于離子源和檢測(cè)器之間，依據(jù)不同的方式將樣品離子按質(zhì)荷比分開。間，依據(jù)不同的方式將樣品

37、離子按質(zhì)荷比分開。離子通過分析器后，按不同質(zhì)荷比離子通過分析器后，按不同質(zhì)荷比(m/z)分開，將分開，將相同的相同的m/z離子聚焦在一起。離子聚焦在一起。 質(zhì)量分析器的類型：質(zhì)量分析器的類型：(1)磁分析器磁分析器(2)四極桿分析器四極桿分析器(3)離子阱離子阱(4)飛行時(shí)間分析器飛行時(shí)間分析器(5)傅立葉變換離子回旋共振分析器傅立葉變換離子回旋共振分析器(1)磁分析器磁分析器 磁分析器依據(jù)不同質(zhì)量的離子在磁場(chǎng)中有不磁分析器依據(jù)不同質(zhì)量的離子在磁場(chǎng)中有不同的運(yùn)動(dòng)行為，從而將離子分開。主要有兩種形同的運(yùn)動(dòng)行為，從而將離子分開。主要有兩種形式單聚焦分析器和雙聚焦分析器。式單聚焦分析器和雙聚焦分析器

38、。 UzmBR21044. 1 單聚焦分析器只有一個(gè)磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度和加單聚焦分析器只有一個(gè)磁場(chǎng)，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度和加速電場(chǎng)的電壓不變時(shí)，離子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑僅僅速電場(chǎng)的電壓不變時(shí)，離子運(yùn)動(dòng)的軌道半徑僅僅取決于離子本身的質(zhì)荷比取決于離子本身的質(zhì)荷比(mz)。因此，具有不。因此，具有不同質(zhì)荷比的離子，由于運(yùn)動(dòng)半徑的不同而被分析同質(zhì)荷比的離子，由于運(yùn)動(dòng)半徑的不同而被分析器分開。器分開。 缺點(diǎn)是分辨率較低，設(shè)計(jì)良好的單聚焦分析器缺點(diǎn)是分辨率較低，設(shè)計(jì)良好的單聚焦分析器的分辨率可達(dá)的分辨率可達(dá)5000。它只適、化學(xué)電離源。合于。它只適、化學(xué)電離源。合于離子能量分散較小的離子源，如電子轟擊源離子能量分散較小的離

39、子源，如電子轟擊源單聚焦分析器單聚焦分析器雙聚焦分析器雙聚焦分析器 在單聚焦分析器中，離子源產(chǎn)生的離子在進(jìn)在單聚焦分析器中，離子源產(chǎn)生的離子在進(jìn)入加速電場(chǎng)之前，其初始能量并不為零，且各不入加速電場(chǎng)之前，其初始能量并不為零，且各不相同。若具有相同的質(zhì)荷比的離子，其初始能量相同。若具有相同的質(zhì)荷比的離子，其初始能量存在差異，在通過分析器后，是不能完全聚焦在存在差異，在通過分析器后，是不能完全聚焦在一起。為了解決離子能量分散的問題，提高分辨一起。為了解決離子能量分散的問題，提高分辨率，可采用雙聚焦分析器。所謂雙聚焦，是指同率，可采用雙聚焦分析器。所謂雙聚焦，是指同時(shí)實(shí)現(xiàn)方向聚焦和能量聚焦。時(shí)實(shí)現(xiàn)方向

40、聚焦和能量聚焦。 雙聚焦分析器除了磁場(chǎng)外，還有一個(gè)靜電場(chǎng)，雙聚焦分析器除了磁場(chǎng)外，還有一個(gè)靜電場(chǎng)，具有質(zhì)量色散和能量色散，能夠?qū)崿F(xiàn)方向聚焦。具有質(zhì)量色散和能量色散，能夠?qū)崿F(xiàn)方向聚焦。(2)四極分析器四極分析器 由四根截面為雙曲面或圓形的棒狀電極組成，兩組電由四根截面為雙曲面或圓形的棒狀電極組成，兩組電極間施加一定的直流電壓和頻率為射頻范圍的交流電壓。極間施加一定的直流電壓和頻率為射頻范圍的交流電壓。 四極質(zhì)量分析器的工作原理與扇形磁場(chǎng)是不四極質(zhì)量分析器的工作原理與扇形磁場(chǎng)是不同的。扇形磁場(chǎng)靠離子動(dòng)量的差別而把不同質(zhì)荷同的。扇形磁場(chǎng)靠離子動(dòng)量的差別而把不同質(zhì)荷比的離子分開，而四極質(zhì)量分析器則是靠

41、質(zhì)荷比比的離子分開，而四極質(zhì)量分析器則是靠質(zhì)荷比不同把離子分開。四極質(zhì)量分析器又稱四極濾質(zhì)不同把離子分開。四極質(zhì)量分析器又稱四極濾質(zhì)器。當(dāng)離子束進(jìn)入筒形電極所包圍的空間后，離器。當(dāng)離子束進(jìn)入筒形電極所包圍的空間后，離子作橫向擺動(dòng)，在一定的直流電壓、交流電壓和子作橫向擺動(dòng)，在一定的直流電壓、交流電壓和頻率，以及一定的尺寸等條件下，只有某一種（頻率，以及一定的尺寸等條件下，只有某一種（或某一范圍）質(zhì)荷比的離子能夠到達(dá)收集器并發(fā)或某一范圍）質(zhì)荷比的離子能夠到達(dá)收集器并發(fā)出信號(hào)（稱共振離子），其它離子在運(yùn)動(dòng)的過程出信號(hào)（稱共振離子），其它離子在運(yùn)動(dòng)的過程中撞擊在筒形電極上而被中撞擊在筒形電極上而被“過

42、濾過濾”掉，最后被真掉，最后被真空泵抽走（稱為非共振離子）。空泵抽走（稱為非共振離子）。 因此，四極場(chǎng)只允許一種具有適當(dāng)穩(wěn)定振幅因此，四極場(chǎng)只允許一種具有適當(dāng)穩(wěn)定振幅質(zhì)荷比的離子通過。四個(gè)電極上的交流和直流電壓質(zhì)荷比的離子通過。四個(gè)電極上的交流和直流電壓從零到一最大值同步增加，可使不同質(zhì)荷比的離子從零到一最大值同步增加，可使不同質(zhì)荷比的離子依次分離，按順序通過四極場(chǎng)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量掃描。其掃依次分離，按順序通過四極場(chǎng)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量掃描。其掃描范圍可由交流和直流的電壓來調(diào)節(jié)。如果使交流描范圍可由交流和直流的電壓來調(diào)節(jié)。如果使交流電壓的頻率不變而連續(xù)地改變直流和交流電壓的大電壓的頻率不變而連續(xù)地改變直流和交流電

43、壓的大?。ǖ３炙鼈兊谋壤蛔?，電壓掃描），或保?。ǖ３炙鼈兊谋壤蛔?，電壓掃描），或保持電壓不變而連續(xù)地改變交流電壓的頻率（頻率掃持電壓不變而連續(xù)地改變交流電壓的頻率（頻率掃描），就可使不同質(zhì)荷比的離子依次到達(dá)收集器而描），就可使不同質(zhì)荷比的離子依次到達(dá)收集器而得到質(zhì)譜圖。得到質(zhì)譜圖。 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：分辨率較高；分辨率較高；分析速度極快，滿質(zhì)量范圍掃描一般只需幾毫分析速度極快，滿質(zhì)量范圍掃描一般只需幾毫秒；秒；制作工藝簡(jiǎn)單，儀器緊湊，制作工藝簡(jiǎn)單，儀器緊湊，最適合與氣相色譜最適合與氣相色譜和高效液相色譜儀聯(lián)用。和高效液相色譜儀聯(lián)用。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：質(zhì)量測(cè)量上限為質(zhì)量測(cè)量上限為20004000

44、Da；準(zhǔn)確度和精密度低于磁偏轉(zhuǎn)型質(zhì)量分析器。準(zhǔn)確度和精密度低于磁偏轉(zhuǎn)型質(zhì)量分析器。 四極質(zhì)量分析器的優(yōu)缺點(diǎn)四極質(zhì)量分析器的優(yōu)缺點(diǎn) 離子阱分析器近幾年開始作為一種簡(jiǎn)易的質(zhì)離子阱分析器近幾年開始作為一種簡(jiǎn)易的質(zhì)譜儀而出現(xiàn)的，一般與毛細(xì)管氣相色譜儀聯(lián)用。譜儀而出現(xiàn)的，一般與毛細(xì)管氣相色譜儀聯(lián)用。它的離子源與質(zhì)量分析器同處一室。由色譜儀流它的離子源與質(zhì)量分析器同處一室。由色譜儀流出的組分直接送入兼作離子源和分析器的阱內(nèi)。出的組分直接送入兼作離子源和分析器的阱內(nèi)。(3)離子阱離子阱 離子阱的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)小巧，質(zhì)量輕，靈敏度離子阱的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)小巧，質(zhì)量輕，靈敏度高，而且還有多級(jí)質(zhì)譜功能，它可以用于高，而且還

45、有多級(jí)質(zhì)譜功能，它可以用于 GC-MS，也可以用于，也可以用于 LC-MS。 離子阱的主體是一個(gè)環(huán)電極和上下兩個(gè)端蓋離子阱的主體是一個(gè)環(huán)電極和上下兩個(gè)端蓋電極，環(huán)電極和上下兩端蓋電極都是繞電極，環(huán)電極和上下兩端蓋電極都是繞 z軸旋轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的雙曲面，直流電壓的雙曲面，直流電壓 U 和射頻電壓和射頻電壓 V加在環(huán)電極加在環(huán)電極和端蓋電極之間。和端蓋電極之間。 離子阱構(gòu)造離子阱構(gòu)造 飛行時(shí)間質(zhì)量分析器（飛行時(shí)間質(zhì)量分析器（time of flight analyzer）的主要部分是一個(gè)離子漂移管。樣品受到陰極燈）的主要部分是一個(gè)離子漂移管。樣品受到陰極燈絲發(fā)出的電子轟擊后變成離子，柵極絲發(fā)出的電子轟

46、擊后變成離子，柵極G1上的負(fù)脈上的負(fù)脈沖將離子引出離子室，沖將離子引出離子室，G1，G2間的直流電壓差使間的直流電壓差使離子受到加速并進(jìn)入無場(chǎng)漂移管，最終按離子受到加速并進(jìn)入無場(chǎng)漂移管，最終按mz值值不同先后到達(dá)離子接收極。不同先后到達(dá)離子接收極。 (4)飛行時(shí)間分析器飛行時(shí)間分析器1-電離室；電離室；2-電子接收極；電子接收極；3-陰極；陰極；4-離子接收極離子接收極 212mvzV122()zVvm根據(jù)離子運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與電場(chǎng)勢(shì)能的關(guān)系式：根據(jù)離子運(yùn)動(dòng)動(dòng)能與電場(chǎng)勢(shì)能的關(guān)系式：可以推導(dǎo)為：可以推導(dǎo)為：12()2mTLzV 離子以速度離子以速度進(jìn)入漂移區(qū)，假定離子在漂移區(qū)進(jìn)入漂移區(qū)，假定離子在漂移區(qū)

47、飛行的時(shí)間為飛行的時(shí)間為 T，漂移區(qū)長(zhǎng)度為，漂移區(qū)長(zhǎng)度為 L，則可得：，則可得： 因此，離子在漂移管中飛行的時(shí)間與離子質(zhì)因此，離子在漂移管中飛行的時(shí)間與離子質(zhì)量的平方根成正比。對(duì)于能量相同的離子，離子量的平方根成正比。對(duì)于能量相同的離子，離子的質(zhì)量越大，達(dá)到接收器所用的時(shí)間越長(zhǎng)，質(zhì)量的質(zhì)量越大，達(dá)到接收器所用的時(shí)間越長(zhǎng)，質(zhì)量越小，所用時(shí)間越短。根據(jù)這一原理，可以把不越小，所用時(shí)間越短。根據(jù)這一原理，可以把不同質(zhì)量的離子分開。同質(zhì)量的離子分開。 飛行時(shí)間質(zhì)量分析器的特點(diǎn)是質(zhì)量范圍寬，飛行時(shí)間質(zhì)量分析器的特點(diǎn)是質(zhì)量范圍寬，掃描速度快，既不需要電場(chǎng)，也不需要磁場(chǎng)。但掃描速度快，既不需要電場(chǎng)，也不需要

48、磁場(chǎng)。但是，存在分辨率低這一缺點(diǎn)。是，存在分辨率低這一缺點(diǎn)。 造成分辨率低的主要原因在于離子進(jìn)入漂移造成分辨率低的主要原因在于離子進(jìn)入漂移管前的時(shí)間分散、空間分散和能量分散。這樣，管前的時(shí)間分散、空間分散和能量分散。這樣，即使是質(zhì)量相同的離子，由于產(chǎn)生時(shí)間的先后不即使是質(zhì)量相同的離子，由于產(chǎn)生時(shí)間的先后不同，產(chǎn)生空間位置不同和初始動(dòng)能的不同，達(dá)到同，產(chǎn)生空間位置不同和初始動(dòng)能的不同，達(dá)到檢測(cè)器的時(shí)間就不相同，因而降低了分辨率。檢測(cè)器的時(shí)間就不相同，因而降低了分辨率。 目前，采用離子延遲引出技術(shù)和離子反射技目前，采用離子延遲引出技術(shù)和離子反射技術(shù)，可以在很大程度上克服上述術(shù)，可以在很大程度上克服

49、上述3個(gè)原因造成的個(gè)原因造成的分辨率下降。分辨率下降。 通過離子反射技術(shù)，質(zhì)量相同能量不同的通過離子反射技術(shù)，質(zhì)量相同能量不同的離子進(jìn)入反射器后，能量大的離子速度快，但離子進(jìn)入反射器后，能量大的離子速度快，但走的距離遠(yuǎn)，能量小的離子速度慢，但走的距走的距離遠(yuǎn)，能量小的離子速度慢，但走的距離近，經(jīng)過反射后，二者同時(shí)到達(dá)檢測(cè)器，這離近，經(jīng)過反射后，二者同時(shí)到達(dá)檢測(cè)器，這樣就消除了由于能量分散造成的分辨率降低。樣就消除了由于能量分散造成的分辨率降低。1-離子源；離子源；2-檢測(cè)器；檢測(cè)器；3-反射器反射器 離子不是直線飛行，而是在中途被反射后再離子不是直線飛行，而是在中途被反射后再到達(dá)檢測(cè)器。這種方

50、法有兩點(diǎn)好處到達(dá)檢測(cè)器。這種方法有兩點(diǎn)好處: 系統(tǒng)具有系統(tǒng)具有 “雙聚焦雙聚焦”功能，相同質(zhì)量不功能，相同質(zhì)量不同能量的離子被反射后能同時(shí)到達(dá)檢測(cè)器；同能量的離子被反射后能同時(shí)到達(dá)檢測(cè)器； 離子的飛行路程增加了一倍。兩者均有離子的飛行路程增加了一倍。兩者均有助于提高儀器的分辨率。助于提高儀器的分辨率。 飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的分辨率可達(dá)飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的分辨率可達(dá) 20000 以上，以上，最高可檢質(zhì)量超過最高可檢質(zhì)量超過 300 000Da，并且具有很高的，并且具有很高的靈敏度。靈敏度。(5)傅立葉變換離子回旋共振分析器傅立葉變換離子回旋共振分析器 傅里葉變換離子回旋共振分析器（傅里葉變換離子回旋共振分

51、析器（Fourier transform ion cyclotron resonance analyzer，F(xiàn)TICR）是在原來回旋共振分析器的基礎(chǔ)上發(fā)展起）是在原來回旋共振分析器的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。假定質(zhì)荷比為來的。假定質(zhì)荷比為 m /z的離子進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度的離子進(jìn)入磁感應(yīng)強(qiáng)度為為 B 的磁場(chǎng)中，由于受磁場(chǎng)力的作用，離子做圓的磁場(chǎng)中，由于受磁場(chǎng)力的作用，離子做圓周運(yùn)動(dòng)（半徑周運(yùn)動(dòng)（半徑 R），如果沒有能量的損失和增加），如果沒有能量的損失和增加，圓周運(yùn)動(dòng)的離心力和磁場(chǎng)力相平衡，可得到：，圓周運(yùn)動(dòng)的離心力和磁場(chǎng)力相平衡，可得到：e為離子運(yùn)動(dòng)的回旋頻率（單位為弧度為離子運(yùn)動(dòng)的回旋頻率（單位為弧度

52、 / /秒）秒） 可以看出，離子的回旋頻率與離子的質(zhì)荷比可以看出，離子的回旋頻率與離子的質(zhì)荷比成線性關(guān)系，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度固定后，只需精確測(cè)得成線性關(guān)系，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度固定后，只需精確測(cè)得離子的共振頻率，就能準(zhǔn)確地得到離子的質(zhì)量。離子的共振頻率，就能準(zhǔn)確地得到離子的質(zhì)量。 測(cè)定離子共振頻率的辦法是外加一個(gè)射頻輻測(cè)定離子共振頻率的辦法是外加一個(gè)射頻輻射，如果外加射頻頻率等于離子共振頻率，離子射，如果外加射頻頻率等于離子共振頻率，離子就會(huì)吸收外加輻射能量而改變圓周運(yùn)動(dòng)的軌道，就會(huì)吸收外加輻射能量而改變圓周運(yùn)動(dòng)的軌道，作螺旋加速運(yùn)動(dòng)，離子收集器放在適當(dāng)?shù)奈恢镁妥髀菪铀龠\(yùn)動(dòng)，離子收集器放在適當(dāng)?shù)奈恢镁湍苁盏焦?/p>

53、振離子。改變輻射頻率，就可以接收到能收到共振離子。改變輻射頻率，就可以接收到不同的離子。不同的離子。 普通的回旋共振分析器掃描速度很慢，靈普通的回旋共振分析器掃描速度很慢，靈敏度低，分辨率也很差。傅里葉變換離子回旋敏度低，分辨率也很差。傅里葉變換離子回旋共振分析器采用了線性調(diào)頻脈沖來激發(fā)離子，共振分析器采用了線性調(diào)頻脈沖來激發(fā)離子，即在很短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速頻率掃描，使很寬即在很短的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行快速頻率掃描，使很寬范圍分布的質(zhì)荷比離子幾乎同時(shí)受到激發(fā)，因范圍分布的質(zhì)荷比離子幾乎同時(shí)受到激發(fā)，因而掃描速度和靈敏度比普通回旋共振分析器高而掃描速度和靈敏度比普通回旋共振分析器高得多。得多。 傅里葉變換離

54、子回旋共振分析器示意圖傅里葉變換離子回旋共振分析器示意圖 質(zhì)量分析室是一個(gè)立方體結(jié)構(gòu)，由質(zhì)量分析室是一個(gè)立方體結(jié)構(gòu)，由 3 對(duì)相互對(duì)相互垂直的平行板電極組成，置于高真空和由超導(dǎo)磁垂直的平行板電極組成，置于高真空和由超導(dǎo)磁體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)中。體產(chǎn)生的強(qiáng)磁場(chǎng)中。第一對(duì)電極為捕集極，第一對(duì)電極為捕集極，它與磁場(chǎng)方向垂直，電它與磁場(chǎng)方向垂直，電極上加有適當(dāng)正電壓，極上加有適當(dāng)正電壓，其目的是延長(zhǎng)離子在室其目的是延長(zhǎng)離子在室內(nèi)的滯留時(shí)間；內(nèi)的滯留時(shí)間；第二對(duì)電極為發(fā)射極，第二對(duì)電極為發(fā)射極，用于發(fā)射射頻脈沖；用于發(fā)射射頻脈沖；第三對(duì)電極為接收極，第三對(duì)電極為接收極，用來接收離子產(chǎn)生的信用來接收離子產(chǎn)生的信

55、號(hào)。號(hào)。 樣品離子引入分析室后，在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下被樣品離子引入分析室后，在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下被迫以很小的軌道半徑做回旋運(yùn)動(dòng)，由于離子都是迫以很小的軌道半徑做回旋運(yùn)動(dòng)，由于離子都是以隨機(jī)的方式運(yùn)動(dòng)，因此不產(chǎn)生可檢出的信號(hào)。以隨機(jī)的方式運(yùn)動(dòng)，因此不產(chǎn)生可檢出的信號(hào)。如果在發(fā)射極上施加一個(gè)很快的掃頻電壓，當(dāng)射如果在發(fā)射極上施加一個(gè)很快的掃頻電壓，當(dāng)射頻頻率和某離子的回旋頻率一致時(shí)，共振條件得頻頻率和某離子的回旋頻率一致時(shí)，共振條件得到滿足。離子吸收射頻能量，軌道半徑逐漸增大到滿足。離子吸收射頻能量，軌道半徑逐漸增大，變成螺旋運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間的相互作用和能，變成螺旋運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過一段時(shí)間的相互作用和能量傳遞，所

56、有離子都做共振運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生可被檢出量傳遞，所有離子都做共振運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生可被檢出的信號(hào)。的信號(hào)。 共振運(yùn)動(dòng)的正離子運(yùn)動(dòng)至靠近接收極的一個(gè)共振運(yùn)動(dòng)的正離子運(yùn)動(dòng)至靠近接收極的一個(gè)極板時(shí)，吸收此極板表面的電子，當(dāng)其繼續(xù)運(yùn)動(dòng)極板時(shí)，吸收此極板表面的電子，當(dāng)其繼續(xù)運(yùn)動(dòng)到另一極板時(shí)，又會(huì)吸引另一極板表面的電子。到另一極板時(shí)，又會(huì)吸引另一極板表面的電子。這樣便會(huì)感生出所謂的這樣便會(huì)感生出所謂的“相電流相電流”。相電流是一。相電流是一種正弦形式的時(shí)間域信號(hào)，正弦波的頻率和離子種正弦形式的時(shí)間域信號(hào)，正弦波的頻率和離子的固有回旋頻率相同，其振幅則與分析室中該質(zhì)的固有回旋頻率相同，其振幅則與分析室中該質(zhì)量的離子數(shù)目成正

57、比。量的離子數(shù)目成正比。 如果分析室中各種質(zhì)量的離子都滿足共振如果分析室中各種質(zhì)量的離子都滿足共振條件，那么，實(shí)際測(cè)得的信號(hào)是同一時(shí)間內(nèi)做條件，那么，實(shí)際測(cè)得的信號(hào)是同一時(shí)間內(nèi)做共振軌道運(yùn)動(dòng)的各種離子所對(duì)應(yīng)的正弦波信號(hào)共振軌道運(yùn)動(dòng)的各種離子所對(duì)應(yīng)的正弦波信號(hào)的疊加。將測(cè)得的時(shí)間域信號(hào)重復(fù)累加，放大的疊加。將測(cè)得的時(shí)間域信號(hào)重復(fù)累加，放大并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速傅里葉變并經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后輸入計(jì)算機(jī)進(jìn)行快速傅里葉變換，便可檢出各種頻率成分，然后利用頻率和換，便可檢出各種頻率成分，然后利用頻率和質(zhì)量的已知關(guān)系，便可得到常見的質(zhì)譜圖。質(zhì)量的已知關(guān)系，便可得到常見的質(zhì)譜圖。 FT-MS 有很多明顯的

58、優(yōu)點(diǎn)：有很多明顯的優(yōu)點(diǎn)：分辨率極高，商品儀器的分辨可超過分辨率極高，商品儀器的分辨可超過106。分析靈敏度高，且在高靈敏度下可以得到高分析靈敏度高，且在高靈敏度下可以得到高分辨率。分辨率。具有多級(jí)質(zhì)譜功能。具有多級(jí)質(zhì)譜功能。可以和任何離子源相連，拓展了儀器功能。可以和任何離子源相連，拓展了儀器功能。掃描速度快，性能穩(wěn)定可靠，質(zhì)量范圍寬。掃描速度快，性能穩(wěn)定可靠，質(zhì)量范圍寬。 當(dāng)然，當(dāng)然，F(xiàn)T-MS 由于需要很高的超導(dǎo)磁場(chǎng)，由于需要很高的超導(dǎo)磁場(chǎng)，因而需要液氦，儀器售價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用都比較貴。因而需要液氦，儀器售價(jià)和運(yùn)行費(fèi)用都比較貴。幾種幾種質(zhì)量分析器優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比質(zhì)量分析器優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn)磁

59、分析器磁分析器 價(jià)廉價(jià)廉分子離子分辨率低。分子離子分辨率低。四極桿四極桿質(zhì)量精度高，分辨率好質(zhì)量精度高，分辨率好碰撞能量低，碎片不碰撞能量低，碎片不完全完全離子阱離子阱相對(duì)價(jià)廉，質(zhì)量精度高，分相對(duì)價(jià)廉，質(zhì)量精度高，分辨率好，適合多級(jí)質(zhì)譜辨率好，適合多級(jí)質(zhì)譜低能量碰撞低能量碰撞TOF質(zhì)量精度高，分辨率好，質(zhì)量精度高，分辨率好，ESI、MALDI均可接均可接需高真空，價(jià)高需高真空，價(jià)高FTMS質(zhì)量精度最高，分子離子分質(zhì)量精度最高，分子離子分辨率好，非常適合多級(jí)質(zhì)譜辨率好，非常適合多級(jí)質(zhì)譜低能量碰撞，需超導(dǎo)低能量碰撞，需超導(dǎo)磁體，價(jià)高磁體，價(jià)高5. 檢測(cè)與記錄檢測(cè)與記錄 電子倍增器是現(xiàn)代質(zhì)譜儀廣泛使

60、用的檢測(cè)裝電子倍增器是現(xiàn)代質(zhì)譜儀廣泛使用的檢測(cè)裝置。一般具有置。一般具有1020個(gè)電極（鈹銅合金或其他個(gè)電極（鈹銅合金或其他材料）。材料）。檢測(cè)檢測(cè) 從質(zhì)量分析器射出的具有一定能量的離子，從質(zhì)量分析器射出的具有一定能量的離子，打在第一極上并產(chǎn)生較多的二次電子，這些電子打在第一極上并產(chǎn)生較多的二次電子，這些電子打在第三極上又產(chǎn)生數(shù)量更多的三次電子，在每打在第三極上又產(chǎn)生數(shù)量更多的三次電子，在每一極上都重復(fù)這一過程。這樣經(jīng)過多極使電子不一極上都重復(fù)這一過程。這樣經(jīng)過多極使電子不斷倍增，最后被檢測(cè)。斷倍增，最后被檢測(cè)。 電子倍增器響應(yīng)快，靈敏度高。隨著使用時(shí)電子倍增器響應(yīng)快，靈敏度高。隨著使用時(shí)間的