質(zhì)譜基本原理

1、美國瓦里安技術(shù)中國有限公司上海代表處美國瓦里安技術(shù)中國有限公司上海代表處21. 基本原理基本原理2. 技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)3. 質(zhì)譜儀器結(jié)構(gòu)質(zhì)譜儀器結(jié)構(gòu)4. 離子源離子源5. 質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器6. 檢測器檢測器7. 串聯(lián)質(zhì)譜串聯(lián)質(zhì)譜8. 掃描模式掃描模式9. 質(zhì)譜評分標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜評分標(biāo)準(zhǔn)10.離子阱離子阱&四極桿四極桿31、基本原理、基本原理4質(zhì)譜：稱量離子質(zhì)量的工具12 units0 units512 units質(zhì)譜：稱量離子質(zhì)量的工具12 units68 9 10 11 12 13 14 15 16質(zhì)譜：稱量離子質(zhì)量的工具12 units12 units78 9 10 11 12 13 14

2、15 16質(zhì)譜：稱量離子質(zhì)量的工具12 units14 units812 units8 9 10 11 12 13 14 15 16massNumber of counts質(zhì)譜：稱量離子質(zhì)量的工具9質(zhì)譜分析法主要是通過對樣品離子質(zhì)荷比的分析而實(shí)現(xiàn)對樣品進(jìn)行定性和定量的一種方法電離裝置把樣品電離為離子質(zhì)量分析裝置把不同質(zhì)荷比的離子分開經(jīng)檢測器檢測之后可以得到樣品的質(zhì)譜圖10質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器離子源離子源四極桿作為質(zhì)量過濾器四極桿作為質(zhì)量過濾器mmabovembelow檢測器檢測器離子源X+,X-RF/DCRF/DC112、技術(shù)指標(biāo)、技術(shù)指標(biāo)12質(zhì)量范圍是質(zhì)譜儀所能測定的離子質(zhì)荷比的范圍質(zhì)荷比：

3、m/z質(zhì)量單位：amu或u，Da或D13不同儀器：四極桿：4000Da離子阱質(zhì)譜：4000Da磁質(zhì)譜：10000Da傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀（FT-MS） 50000 Da 飛行時(shí)間質(zhì)譜：無上限不同要求：氣相色譜：800Da 液相質(zhì)譜：2000Da 生物分子：10000Da或更大14分辨率：分開兩個(gè)鄰近質(zhì)量峰的能力。 何為分開：若兩個(gè)相鄰峰的峰谷低于峰高的10%(或5%，50%)，則認(rèn)為 是分開的。 A: 未分開 B:部分分開 C:全分開 分辨差 分辨較差 分辨達(dá)到要求m2m115數(shù)學(xué)定義：mmRPmmmmmRP1211 (1) m1和m2代表兩個(gè)相鄰峰的質(zhì)量數(shù) (2) m代表某一峰的質(zhì)量

4、，m代表半峰寬16組成整數(shù)質(zhì)量精確質(zhì)量CO2827.994914N22828.006158C2H42828.031299若儀器分辨力很低，如RP=200，則對以上三個(gè)分子不能分開，混為一峰若要分開以下混合物，則必需有如下分辨力CO-C2H4: (RP)2 = 27.994914/(28.031299-27.994914) = 770N2-C2H4 : (RP)3 = 28.006158/(28.031299-28.006158) = 1100CO-N2 : (RP)1 = 27.994914/(28.006158-27.994914) = 2490當(dāng)儀器分辨力達(dá)到770時(shí)， 只能夠只分開 CO

5、-C2H4 。當(dāng)儀器分辨力達(dá)到1100時(shí)，能夠分開CO-C2H4 和N2-C2H4 當(dāng)儀器分辨力超過2500時(shí)，三者全部分開。一般低分辨儀器在2000左右。10000以上時(shí)稱高分辨。FT-MS分辨力可達(dá)2百萬。17不同儀器：磁質(zhì)譜，飛行時(shí)間質(zhì)譜儀，傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀：分辨率、線性和穩(wěn)定性好，屬高分辨質(zhì)譜儀離子阱質(zhì)譜儀：分辨率高，線性低，準(zhǔn)高分辨質(zhì)譜儀，用于判斷質(zhì)譜峰帶的電荷數(shù)四極桿質(zhì)譜儀：分辨力低，線性好，不屬于高分辨質(zhì)譜儀18色譜峰的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目和峰寬以及掃描時(shí)間有關(guān)較短的掃描時(shí)間，可以獲得良好的峰型，但是不利于信號(hào)采集較長的掃描時(shí)間，有助于信號(hào)采集，但是峰型不好峰型和信號(hào)，二者需折

6、衷考慮19理想的高斯峰應(yīng)有35個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)0.0020.0040.0060.0080.00100.003.904.004.104.204.304.404.5020同一個(gè)色譜峰，但數(shù)據(jù)點(diǎn)減半0.0020.0040.0060.0080.00100.003.904.004.104.204.304.404.50210.0020.0040.0060.0080.00100.003.904.004.104.204.304.404.50220.0020.0040.0060.0080.00100.003.904.004.104.204.304.404.50230510152025303502468101214161

7、820samples accross peakerrorIllustrative data only24Dwell time：離子被監(jiān)測的時(shí)間在多殘留分析中，縮短dwell time，可增加同步MRM的通道數(shù) 10s的色譜峰，dwell time6ms， MSMS通道時(shí)間6ms，50通道，峰的數(shù)據(jù)點(diǎn)10*1000/(12*50)16Dwell time通道時(shí)間25 離子阱質(zhì)譜的分析模式Cycle time 的組成 1、AGC 預(yù)掃Pre-scan2、ion filling (離子充滿)3、分離母離子和對母離子激發(fā)碰撞4、質(zhì)量分析 將離子拋出阱外檢測(只有這一步與掃描速度有關(guān)）263、質(zhì)譜儀器結(jié)

8、構(gòu)、質(zhì)譜儀器結(jié)構(gòu)27真空系統(tǒng)真空系統(tǒng)樣品入口樣品入口檢測器檢測器數(shù)據(jù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器離子化方法離子化方法大氣大氣 28低真空高真空帶電離子帶電離子檢測器檢測器氣體分子29GC 或或 LC 接口接口 質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器 檢測器檢測器離子源離子源 PC 3031324、離子源、離子源33固體樣品固體樣品液體樣品液體樣品氣體樣品氣體樣品EICIAPCIMALDIESIAPPI轉(zhuǎn)化成溶液轉(zhuǎn)化成溶液轉(zhuǎn)化成固體轉(zhuǎn)化成固體 轉(zhuǎn)化成氣體轉(zhuǎn)化成氣體根據(jù)待分析物的化學(xué)性質(zhì)根據(jù)待分析物的化學(xué)性質(zhì) 34GC EI：電子電離源，最常用的氣相離子源，有標(biāo)準(zhǔn)譜庫 CI：化學(xué)電離源，可獲得準(zhǔn)分子離子。PCI

9、，NCILC ESI：電噴霧源，最常用的液相離子源，適用于極性較強(qiáng)的化合物，可用于熱不穩(wěn)定化和物的分析 APCI：大氣壓化學(xué)電離源，適用于中等極性或弱極性的小分子量化合物，尤其是含雜原子的化合物，不適合熱不穩(wěn)定或在溶液中容易電離的化合物 APPI：大氣壓光電離源，適用于弱極性的化合物，如多環(huán)芳烴等 MALDI ：基質(zhì)輔助激光解吸電離，適合于分析生物大分子 ，主要與TOF聯(lián)用353637噴霧針裝置噴霧針裝置噴霧室噴霧室毛細(xì)管毛細(xì)管四極預(yù)桿四極預(yù)桿干燥氣干燥氣3839405、質(zhì)量分析器、質(zhì)量分析器41空間分離質(zhì)譜： 四極桿質(zhì)量分析器 雙聚焦分析器：分辨率高，但掃描速度慢，操作、調(diào)整比較困難，價(jià)格高

10、時(shí)間分離質(zhì)譜 離子阱質(zhì)量分析器（IT） 飛行時(shí)間質(zhì)量分析器（TOF）：質(zhì)量范圍寬，掃描速度快，靈敏度高 傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀（FT-MS） ：分辨率極高，分析靈敏度高 四極桿和離子阱均屬于四極電場原理四極桿和離子阱均屬于四極電場原理4243質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器離子源離子源四極桿作為質(zhì)量過濾器四極桿作為質(zhì)量過濾器mmabovembelow檢測器檢測器離子源X+,X-RF/DCRF/DC444546476、檢測器、檢測器4849Q3Multiplier PS+/- 5 kv507、串聯(lián)質(zhì)譜儀、串聯(lián)質(zhì)譜儀51穿越式四極桿，MS/MS 是空間串聯(lián) 需要三個(gè)四極桿 ( 三級四極桿)離子阱， MS

11、/MS是時(shí)間串聯(lián) 僅僅 195通過通過僅僅RF電壓電壓所有所有離子通過離子通過Ar碰撞解離碰撞解離掃描掃描100-195 子離子子離子Q1Q2Q352樣品導(dǎo)入樣品導(dǎo)入毛細(xì)管，取樣錐、四極預(yù)桿毛細(xì)管，取樣錐、四極預(yù)桿 傳輸離子，從大氣壓到高真空狀態(tài)噴霧室噴霧室 - 樣品霧化，離子化，去溶劑一級四極桿一級四極桿 過濾母離子 二級四極桿二級四極桿 Ar碰撞誘導(dǎo)解離母離子三級四極桿三級四極桿過濾子離子 檢測器檢測器 檢測離子，產(chǎn)生質(zhì)譜信號(hào)真空泵真空泵 雙階分子渦輪泵53(m ai nl i b) Reserpi ne4090140190240290340390440490540590050100771

12、09141195212226251265301359381395413448608OOOONHNOOOOO54一級MS，ESI二級MS，ESI子離子掃描55Overlaid Chromatogram PlotsFile: c:varianwsdata11 mars matrice oi.xmsSample: SIM matrice oignon Operator: VARIANScan Range: 1 - 1392 Time Range: 0.04 - 11.98 min.Date: 3/10/2003 1:27 PMSample Notes: 11 mars matrice oignon

13、2.55.07.510.0minutes51015202530MCounts51015MCounts0102030MCounts2.55.07.510.0MCountsRIC 1 11 mars matrice oi.xms 1200 CENTROID FILTEREDRIC 2 11 mars matrice oi.xms 1200 CENTROID FILTEREDRIC 3 11 mars matrice oi.xms 1200 CENTROID FILTEREDRIC 4 11 mars matrice oi.xms 1200 CENTROID FILTEREDSegment 1289

14、5818701161ScansOverlaid Chromatogram PlotsFile: c:varianwsdata11 mars matrice oi001.xmsSample: MRM matrice oignon Operator: VARIANScan Range: 1 - 1392 Time Range: 0.04 - 11.98 min.Date: 3/10/2003 1:41 PMSample Notes: 11 mars matrice oignon 2.55.07.510.0minutes0.00.51.01.52.02.5MCounts0123MCounts0.00

15、.51.01.5MCounts0.00.51.01.52.0MCountsRIC 1 11 mars matrice oi001.xms 1200 CENTROID FILTEREDRIC 2 11 mars matrice oi001.xms 1200 CENTROID FILTEREDRIC 3 11 mars matrice oi001.xms 1200 CENTROID FILTEREDRIC 4 11 mars matrice oi001.xms 1200 CENTROID FILTEREDSegment 12895818701161Scans來自基質(zhì)較強(qiáng)的背景干擾2,4-MCPAM

16、ECOPROP2,4-DDICHLORPROP2,4-MCPAMECOPROP2,4-DDICHLORPROPAnalysis in SIM modeAnalysis in MRM mode SQ: Low specificity and poor S/N TQ: High specificity & reliable quantitation TRACE QUANTITATION TOOL (LC/MS application note 15; 5ppb onion sample)56更多的結(jié)構(gòu)信息，適合未知化合物的結(jié)構(gòu)解析（LC/MS/MS）共流出物，相同分子量的化合物提高信噪比降低檢測限

17、提高子離子的選擇性復(fù)雜基質(zhì)樣品分析，提高定量結(jié)果的準(zhǔn)確性Ion IntensityABm/zB A 578、掃描模式、掃描模式58MS ModeQ1Q2Q3Full scan (Q1)Full scan (Q3)= scanned;= selected m/z;blank = complete transmission可獲得豐富的譜圖信息適合未知化合物的結(jié)構(gòu)鑒定59MS ModeQ1Q2Q3Selected ion monitoring (SIM) (Q1)Selected ion monitoring (SIM) (Q3)= scanned;= selected m/z;blank = co

18、mplete transmission當(dāng)全掃描無法滿足靈敏度的要求時(shí)適合于基質(zhì)不是很復(fù)雜的樣品的定量分析60MS ModeQ1Q2Q3Selected reaction monitoring (SRM)Selected reaction monitoring (SRM)= scanned;= selected m/z;= CID61MS ModeQ1Q2Q3Multiple reaction monitoring (MRM)Multiple reaction monitoring (MRM)= scanned;= selected m/z;= CIDSRM & MRM適合于較臟、基質(zhì)復(fù)雜的樣品

19、，提高靈敏度適合于化合物結(jié)構(gòu)解析62多組分同時(shí)分析共流出物的分析母離子-子離子關(guān)系明確， 定性能力強(qiáng)復(fù)雜樣品、臟樣品的分析同位素內(nèi)標(biāo)的使用可區(qū)分同分異構(gòu)體6364MS ModeQ1Q2Q3Precursor Scan MS/MS= scanned;= selected m/z;= CID適合于含有相同局部結(jié)構(gòu)的不同化合物的鑒定65MS ModeQ1Q2Q3Precursor Scan MS/MS= scanned;= selected m/z;= CID適合于化合物官能團(tuán)分析以及化合物的結(jié)構(gòu)解析66MS ModeQ1Q2Q3Precursor Scan MS/MS= scanned;= scanned with offset;= CID適合于含某一官能團(tuán)的化合物鑒定（如含-OH，-NH2）67所有掃描模式可通過時(shí)間所有掃描模式可通過時(shí)間編程應(yīng)用在同一個(gè)運(yùn)行方編程應(yīng)