儀器分析-質譜-11課件

MassSpectrometry1精選課件MassSpectrometry1精選課件主要參考書：

FredW.McLaffert,FrantisekTurecek.InterpretationOfMassSpectra,4Ed,(PDF)

E.DHoffmam,J.Charette,V.Stroobant,MassSpectrometry,Prenciples

andApplications,(PDF)

,1996.

分析化學手冊（第二版）第九分冊質譜分析.pdf陳耀祖，涂亞平.有機質譜原理及應用(PDF)科學出版社2001PietroTraldi,FrancoMagno,IrmaLavagnini,RobertaSeraglia

QuantitativeApplicationsofMassSpectrometry

2006B.N.帕拉馬尼克(作者),A.K.甘古利(作者),M.L.格羅斯(作者),蔣宏建(譯者),俞克佳(譯者)電噴霧質譜應用技術（PDF）20052精選課件主要參考書：2精選課件質譜儀的發(fā)展史1898年W.Wien

發(fā)現(xiàn)帶正電荷的離子束在磁場中發(fā)生偏轉。

1911年,J.J.

Thomson:

世界第一臺質譜裝置

年A.J.Dempster

采用電子轟擊技術使分子離子化。年F.W.Aston制得了第一臺速度聚焦質譜儀。提出每種同位素的質子和中子在結合成原子核時,具有特定的質量虧損(并非整數(shù)值)。1942年商品MS出現(xiàn)。40年代:

用于同位素測定和無機元素分析

50年代：

開始有機物分析（分析石油）

60年代：

研究GC-MS聯(lián)用技術

70年代：

計算機引入

80年代：

新的質譜技術出現(xiàn)：快原子轟擊電離子源，基質輔助激光解吸電離源，電噴霧電離源，大氣壓化學電離源；LC-MS聯(lián)用儀，感應耦合等離子體質譜儀，富立葉變換質譜儀等

目前質譜分析法已廣泛地應用于化學、化工、材料、環(huán)境、地質、能源、藥物、刑偵、生命科學、運動醫(yī)學等各個領域。3精選課件質譜儀的發(fā)展史3精選課件MassSpectrometryFundamentals

Whataremassmeasurementsgoodfor?Toidentify,verify,andquantitatemetabolites,proteins,

oligonucleotides,drugcandidates,peptides,synthetic

organicchemicals,polymers!

BiomoleculecharacterizationProteins,peptides,oligonucleotides,sugars,polymers!Pharmaceuticalandmedical

Bioavailability,drugmetabolism,pharmacokineticscharacterizationofpotentialdrugs,drugdegradationanalysis,screeningofdrugcandidates,identifyingdrugtargets,diseasemarkeridentification,diagnostic!Environmentalanalysis

Pesticidesonfoods,soilandgroundwatercontaminationForensicanalysis/clinical!4精選課件MassSpectrometryFundamentalsMassSpectrometryTHEMAINUSEOFMSINORGCHEMIS:DETERMINETHEMOLECULARMASSOFORGANICCOMPOUNDSDETERMINETHEMOLECULARFORMULAOFORGANICCOMPOUNDS5精選課件MassSpectrometryTHEMAINUSE質譜分析的基本原理：使所研究的混合物或單體形成離子，，然后使形成的離子按質荷比(mass-chargeratio)m／z進行分離。

也就是說：質譜分析法是按照離子的質核比（m/z）大小對離子進行分離和測定從而對樣品進行定性和定量分析的一種方法。

6精選課件質譜分析的基本原理：使所研究的混合物或單體形成離子，質譜法的主要作用是：（1）準確測定物質的分子量（2）根據(jù)碎片特征進行化合物的結構分析

分析時，首先將分子離子化，然后利用離子在電場或磁場中運動的性質，把離子按質核比大小排列成譜——質譜。

7精選課件質譜法的主要作用是：（1）準確測定物質的分子量7精選課件HOWDOWEACHIEVETHIS?PERSUADETHEMOLECULETOENTERTHEVAPORPHASE(CANBEDIFFICULT)PRODUCEIONSFROMTHEMOLECULESTHATENTERTHEGASPHASESEPARATETHEIONSACCORDINGTOTHEIRMASS-TO-CHARGERATIOS(m/z))MEASUREANDRECORDTHESEIONS8精選課件HOWDOWEACHIEVETHIS?PERSUA有機質譜中的各種離子1分子離子（molecular

ion），樣品分子失去一個電子而電離所產(chǎn)生的離子，記為

M+。2準分子離子（quasi-molecular

ion），準分子離子常由軟電離產(chǎn)生，一般為

M+H

+、M-H

-3碎片離子（fragment

ion）泛指由分子離子破裂而產(chǎn)生的一切離子。狹義的碎片離子指由簡單斷裂產(chǎn)生的離子。4重排離子（rearrangement

ion）經(jīng)重排反應產(chǎn)生的離子，其結構不是原分子結構單元。5母離子（parent

ion）與子離子（daughter

ion）任何一離子進一步產(chǎn)生某離子，前者稱為母離子，后者稱為子離子。6亞穩(wěn)離子（metastable

ion）是從離子源出口到檢測器之間產(chǎn)生的離子。

7奇電子與偶電子離子（odd-

and

even-electron

ion）具有未配對電子的離子稱為奇電子離子，不具有未配對電子的離子稱為偶電子離子。

8多電荷離子（multiply-charged

ion）失掉兩個以上電子的離子稱為多電荷離子。

9同位素離子（isotopic

ion）當元素具有非單一的同位素組成時，產(chǎn)生同位素離子9精選課件有機質譜中的各種離子1分子離子（molecular

ionMassSpectrometryFundamentals

WhatandHow-Measuremass(m)tocharge(z)ratio(m/z)ofionsamassof200Dawith2chargesgivesthesamem/zratioasamassof100Dawith1chargeandcannotbedistinguished.-Formationofionsinthegasphase(manyways)positiveion:byaddingaproton:(M+H)+orbyremovinganelectron:(M)+negativeion:byremovingaproton:(M-H)-orbyaddinganelectron:(M)--Chargedionscanbemanipulatedandanalyzedbyelectricand/ormagneticfields(massanalyzers),detectedbydetectorstogeneratemassspectra.10精選課件MassSpectrometryFundamentals◆質譜不屬波譜范圍◆質譜圖與電磁波的波長和分子內(nèi)某種物理量的改變無關◆質譜是分子離子及碎片離子的質量與其相對強度的譜,譜圖與分子結構有關◆質譜法進樣量少,靈敏度高,分析速度快◆質譜是唯一可以給出分子量,確定分子式的方法,而分子式的確定對化合物的結構鑒定是至關重要的。

特點11精選課件◆質譜不屬波譜范圍◆質譜圖與電磁波的波長和分子內(nèi)某種物理量◆MassSpectrometryMolecularweightcanbeobtainedfromaverysmallsample.Itdoesnotinvolvetheabsorptionoremissionoflight.Abeamofhigh-energyelectronsbreaksthemoleculeapart.Themassesofthefragmentsandtheirrelativeabundancerevealinformationaboutthestructureofthemolecule.12精選課件MassSpectrometryMolecularwei質譜分析原理質譜儀器構造質譜定性分析及圖譜解析質譜定量分析蛋白質、肽分析要求理解質譜法原理及質譜儀主要部件功能；掌握質譜定性分析、定量分析及圖譜解析方法。13精選課件質譜分析原理13精選課件MassSpectrometryFundamentalsKeytopics:MassspectrometerIonization,Massanalyzers,MassspectrometersMassspectrumIsotopeandmass,IsotopeabundanceQualityparametersofmassspectrometerResolution,Massaccuracy,SensitivityChargestateofproteinandpeptidesMALDI-TOFMS,ESIMS14精選課件MassSpectrometryFundamentals15精選課件15精選課件16精選課件16精選課件離子源和質量分析器的壓力在10–4~10–5Pa和10–5~10–6Pa。大量氧會燒壞離子源的燈絲；用作加速離子的幾千伏高壓會引起放電；引起額外的離子－分子反應，改變裂解模型，譜圖復雜化。

質譜儀構造

1.真空系統(tǒng)17精選課件離子源和質量分析器的壓力在18精選課件18精選課件所有的質譜都是用來檢測離子的，而這些質譜的檢測原理不外乎是利用離子在電場、磁場或電磁場中的運動特性來使具有不同質荷比的離子加以區(qū)分并檢測。離子要在電場、磁場或電磁場中飛行一定的時間和空間，如果在這些時間和空間中存在大量的氣體勢必會使離子很快淬滅而達不到檢測器。所以為了減少離子與背景氣體的碰撞淬滅要抽真空使背景氣體分子數(shù)量大大減少，以維持足夠的離子平均自由程。

質譜在四大有機譜里，是最靈敏的，而且又很容易與分離手段聯(lián)用，所以，就可以做到邊分離邊檢測，適用于混合物，而且靈敏度很高。

那靈敏度高是怎么實現(xiàn)的呢？——就是要有很好的真空?。?！

所以，真空是質譜的“心臟”和“靈魂”，沒有了真空，質譜肯定歇菜羅！

測試儀器中，你要檢測一個物質，一定要用方法讓它用“電學”或“光學”儀器測到，歸根結底是用電路檢測到信號，再用放大器等把信號引出檢測。所以，從樣品開始，你要先讓它變成電學可以測到的信號，所以——你必須電離你的樣品！質譜是高靈敏度的，意味著只有很少的離子進入了下面的分析器。

電離完你的樣品，你要測量它，就進入了質譜分析器部分，把它變成和m/z有關的部分，在從分析器到達檢測器的長長的路程上，如果遇到很多雜質離子，你的樣品離子一定會被擋回來，或者被撞散，沒有真空，你的離子大部分到不了檢測器。要消除這種阻力，就要把雜質離子盡可能排掉。所以，最好的辦法就是清路障，抽真空。

檢測器部分仍舊是要在真空里的，道理同前。

最后，獲得好的真空就是要用很好的密封裝置，然后用泵（機械泵＋分子蝸輪泵）把裝置內(nèi)的氣體抽走。生產(chǎn)工藝是關鍵，目前國內(nèi)還真的達不到。真空本身是一門學問。

19精選課件所有的質譜都是用來檢測離子的，而這些質譜的檢測原理不外乎是利在不破壞真空度的情況下，使樣品進入離子源。氣體可通過儲氣器進入離子源。易揮發(fā)的液體，在進樣系統(tǒng)內(nèi)汽化后進入離子源。難揮發(fā)的液體或固體樣品，通過探針直接插入離子源。2.進樣系統(tǒng)20精選課件在不破壞真空度的情況下，使樣品進入離子源。2.進樣系統(tǒng)20精SampleIntroduction:

DirectInsertionProbe(DIP)DirectinsertionprobeConceptuallyveryeasy,practicallyverytricky21精選課件SampleIntroduction:

DirectInSampleIntroduction:

GasChromatography-MS(GC-MS)GCoutputtomassspectrometerSamplealreadyingasphase22精選課件SampleIntroduction:

GasChromSampleIntroduction:

LiquidChromatography-MS(LC-MS)DirectinfusionofsampleinsolutionSyringepump:slowsteadyinfusionOutputfromHPLCSeparationandidentificationofcomponentsVastmajorityofsolutionissolventMustremovesolventto“see”analyteHistorically:extrapumpingandheatingApplicabletoelectrosprayionisationESI:seelater23精選課件SampleIntroduction:

LiquidCh分子失去電子，生成帶正電荷的分子離子分子離子可進一步裂解，生成質量更小的碎片離子M+eM+.+2eM-.小于1%M+.A+.++B+CD++.中性分子或碎片R.50-70eV3.離子源24精選課件分子失去電子，生成帶正電荷的分子離子分子離子可進一步裂解，◆質量分析器是質譜儀的核心◆不同類型的質量分析器構成不同類型的質譜儀◆不同類型的質譜儀其功能，應用范圍，原理，

實驗方法均有所不同。

4.質量分析器

25精選課件◆質量分析器是質譜儀的核心◆不同類型的質量分析器構成不同類型5.檢測記錄系統(tǒng)質量分析器分離并加以聚焦的離子束，按m/z的大小依次通過狹縫，到達收集器。經(jīng)接收放大后被記錄。電腦26精選課件5.檢測記錄系統(tǒng)質量分析器分離并加以聚焦的離子束IONIZINGMETHODSELECTRONIMPACT-HIGHENERGYELECTRONSABOUT70EV!!

CHEMICALIONIZATIONLOWENERGY27精選課件IONIZINGMETHODSELECTRONIMP1.電子轟擊電離ElectronImpactIonization,EI2.化學離子化ChemicalIonization,CI3.場電離，場解吸FieldIonizationFD,FieldDesorptionFD4.快原子轟擊FastAtomBombardment,FAB5.電噴霧電離ElectrosprayIonization,ESI6.基質輔助激光解析電離Matrix-AssistedLaserDesorptionIonization,MALDI7.大氣壓化學電離AtmosphericPressureChemicalIonization,APCI離子化的方法28精選課件1.電子轟擊電離ElectronImpactIoni電子轟擊電離又稱為電子轟擊，或電子電離。是應用最普遍，發(fā)展最成熟的電離方法。轟擊電壓50-70eV,有機分子的電離電位一般為7-15eV?？商峁┴S富的結構信息。有些化合物的分子離子不出現(xiàn)或很弱1.電子轟擊電離EI29精選課件電子轟擊電離又稱為電子轟擊，或電子電離。是應用最轟擊電壓5ElectronIonization(EI)30精選課件ElectronIonization(EI)30精選課件31精選課件31精選課件AMassSpectrometer32精選課件AMassSpectrometer32精選課件33精選課件33精選課件34精選課件34精選課件35精選課件35精選課件36精選課件36精選課件

離子室內(nèi)的反應氣（甲烷等；10~100Pa，樣品的103~105倍），電子（100~240eV）轟擊，產(chǎn)生離子，再與試樣分離碰撞，產(chǎn)生準分子離子。最強峰為準分子離子；譜圖簡單；不適用難揮發(fā)試樣；++氣體分子試樣分子+準分子離子電子(M+1)+;(M+17)+;(M+29)+;2.化學電離

（ChemicalIonization，CI）37精選課件離子室內(nèi)的反應氣（甲烷等；10~100Pa，3a.場致電離FieldIonization

FieldDesorption（FI，F(xiàn)D）電壓：7-10kV；d<1mm；強電場將分子中拉出一個電子；分子離子峰強；碎片離子峰少；不適合化合物結構鑒定；陽極+++++++++++++陰極d<1mm38精選課件3a.場致電離電壓：7-10kV；d<1mm；陽極+++當樣品蒸汽接近或接觸帶高正電位的金屬針時，在強電場的作用下發(fā)生電離。要求樣品分子處于氣態(tài)，靈敏度不高，應用逐漸減少。3b.場電離FI39精選課件當樣品蒸汽接近或接觸帶高正電位的金屬針時，3樣品不需汽化,預先附在處理好的場離子發(fā)射體上,送入離子源,然后通以微弱電流,使樣品分子從發(fā)射體上解吸下來,并擴散至高場強的場發(fā)射區(qū),進行離子化。適用于難汽化,熱不穩(wěn)定的樣品.如:糖類，肽類，金屬有機化合物，聚合物等。3c.場解吸FD

40精選課件樣品不需汽化,預先附在處理好的場離子發(fā)射適

惰性氣體Ar或Xe的原子首先被電離并被加速，使之具有高的動能，在原子槍(atomgun)內(nèi)進行電荷交換反應：

Ar+（高動能的）+Ar（熱運動的）→Ar（高動能的）+Ar+（熱運動的）高動能的Ar或Xe原子束再轟擊樣品分子使其離子化

4.快原子轟擊

FastAtomBombardment（FAB）

41精選課件惰性氣體Ar或Xe的原子首先被電離并被加速，使之FAB是目前廣泛使用的軟電離技術，適用于難汽化,極性強的大分子。樣品用基質調(diào)節(jié)后黏附在靶物上。常用的基質有甘油，硫代甘油，3-硝基芐醇，三乙醇胺等。注意：FAB質譜圖中會出現(xiàn)基質分子產(chǎn)生的相應的峰及基質分子與樣品分子的結合峰。例如：3-硝基芐醇作為基質時，會出現(xiàn)m/z154(MH),136（MH–H2O）,289(MMH–H2O)的峰。42精選課件FAB是目前廣泛使用的軟電離技術，適用于難汽化,極性6Electrosprayionization43精選課件643精選課件44精選課件44精選課件45精選課件45精選課件46精選課件46精選課件47精選課件47精選課件48精選課件48精選課件49精選課件49精選課件50精選課件50精選課件51精選課件51精選課件52精選課件52精選課件53精選課件53精選課件54精選課件54精選課件55精選課件55精選課件56精選課件56精選課件57精選課件57精選課件58精選課件58精選課件基質輔助激光解析離子源759精選課件基質輔助激光解析離子源759精選課件

MALDI可使熱敏感或不揮發(fā)的化合物由固相直接得到離子。待測物質的溶液與基質的溶液混合后蒸發(fā)，使分析物與基質成為晶體或半晶體，用一定波長的脈沖式激光進行照射時，基質分子能有效的吸收激光的能量，使基質分子和樣品分子進入氣相并得到電離。

MALDI適用于生物大分子，如肽類，核酸類化合物。可得到分子離子峰，無明顯碎片峰。此電離方式特別適合于飛行時間質譜計?；|輔助激光解析電離

Matrix-AssistedLaserDesorptionIonization(MALDI)60精選課件MALDI可使熱敏感或不揮發(fā)的化合物由固相直接Astandard384wellMALDIsampleplate61精選課件Astandard384wellMALDIsamp62精選課件62精選課件63精選課件63精選課件64精選課件64精選課件為什么基質重要？基質對于稀釋和分散待測物質是非常必要的對于離子化的待測物質或其他中性分子，它的功能是能量介質通過質子的離子化，形成一種活性狀態(tài)。65精選課件為什么基質重要？65精選課件66精選課件66精選課件67精選課件67精選課件離子源技術比較MALDI多用于極性/帶電荷的肽可耐鹽適用于復雜基質必須離線分析由于基質吸附相對分辨率低基質<1000m/z光偶聯(lián)和衰減NobelPrizeinChemistry,2002ESI多用于非極性的肽.對鹽敏感對復雜基質耐受性低需要專業(yè)人士操作和維護可與μLC聯(lián)用NobelPrizeinChemistry,200268精選課件離子源技術比較MALDIESI68精選課件Niggardspectra(polymeradditive),obtainedbynegativeAPCI(A),negativeAPCIwithinsourcefragmentation(B),electronimpactionisation(C).69精選課件Niggardspectra(polymeraddit70精選課件70精選課件71精選課件71精選課件72精選課件72精選課件73精選課件73精選課件74精選課件74精選課件Separateionsaccordingtom/zratioFivebasictypesofanalyser: 1) Magneticsector(electrostatic) 2) Quadrupole 3) Iontraps 4) Timeofflight 5) FTICR質量分析器

MassAnalysers75精選課件Separateionsaccordingtom/z質譜儀的主要技術指標

質量范圍：指質譜儀所檢測的單電荷離子的質核比范圍分辨率（R）：分辨率是質譜計分開相鄰兩離子質量的能力。

分辨率（R）是兩峰間的峰谷為峰高的10%時的測定值，即兩峰各以5%的高度重疊。R=m/m

m為質譜計可分辨的相鄰兩峰的質量差m為可分辨的相鄰兩峰的平均質量76精選課件質譜儀的主要技術指標質量范圍：指質譜儀所檢測的單電荷MassAnalysers:

FactorstoConsiderUppermasslimit:Highestm/zthatcanbedetectedMaybeoffsetbymultiplechargesResolution:Distinctsignalsforsimilarm/zratiosTransmission:Ratioofionsreachingdetector:ionsproducedCost77精選課件MassAnalysers:

FactorstoConMassAnalysers:

Resolution(ResolvingPower)Abilitytoresolvetwosignalsofsimilarm/zResolvedifvalleyis<10%Higherresolution:greateraccuracye.g.R=20,000:

Separate m/z100.0000 from m/z100.0050Accuracyneeded:HighResolutionMassSpectrometry(HRMS)DetermineelementalcompositionofanionVitaltoconfirmstructure78精選課件MassAnalysers:

Resolution(ReMassAnalysers:

CalculationofResolution:RResolution=MassMassdifferenceR=M/DMM=M1?M2(500)DM=M2-M1(1)R=500/1=50079精選課件MassAnalysers:

CalculationofMassAnalysers:

HighResolutionMassSpectrometryHRMSoraccuratemassdeterminationDetermineselementalcompositionConsidertwoions: 1) [C24H19N]+: nominalmass:321 2) [C21H23NS]+: nominalmass:321UsingC=12,H=1,N=14andS=32Canwedifferentiatethesetwoions?Needtocalculatethemonoisotopicaccuratemass80精選課件MassAnalysers:

HighResolutioMassAnalysers:

HRMS:AnExampleExactmassofmostabundantisotope(monoisotpoic)C=12.0000,H=1.0078,N=14.0031,S=31.9721 1) [C24H19N]+:accuratemass:321.1513=321/(321.1546-321.1513)=97,273MassspectrometerwithR?100,000candistinguishbetweenthesetwoions2) [C21H23NS]+:accuratemass321.1546R=M/DM81精選課件MassAnalysers:

HRMS:AnExamp離子分離只有正離子可在磁場中發(fā)生偏轉。偏轉的量與m/z有關.信號的強度與離子撞擊檢測器的數(shù)量成正比。通過改變磁場，所有質量數(shù)的離子均可被收集和記錄。82精選課件離子分離只有正離子可在磁場中發(fā)生偏轉。82精選課件質量分析器

1a.磁分析器,靜電分析器磁分析器-單聚焦質譜計只有一扇形磁場的質量分析器又稱為磁分析器。加速后離子具有一定的動能:（），該動能是由離子在加速電場獲得的電勢能（zV）轉化的。83精選課件質量分析器1a.磁分析器,靜電分析器只有一扇形磁場的質量MassSpectrometer

磁分析器=>84精選課件MassSpectrometer

磁分析器=>84精選課件TheMassSpectrumMassesaregraphedortabulatedaccordingtotheirrelativeabundance.=>85精選課件TheMassSpectrumMassesaregr1b.雙聚焦分析器離子源收集器磁場電場S1S2+-方向聚焦：

相同質荷比，入射方向不同的離子會聚；能量聚焦：

相同質荷比，速度(能量)不同的離子會聚；

質量相同，能量不同的離子通過電場和磁場時，均產(chǎn)生能量色散；兩種作用大小相等，方向相反時互補實現(xiàn)雙聚焦；86精選課件1b.雙聚焦分析器離子源收集器磁場電場S1S2+-方向聚焦：③其他類型質量分析器雙聚焦質譜儀體積大；色譜-質譜聯(lián)用儀器的發(fā)展及儀器小型化（臺式）需要；體積小的質量分析器：四極桿質量分析器飛行時間質量分析器離子阱質量分析器體積小，操作簡單；分辨率中等；87精選課件③其他類型質量分析器雙聚焦質譜儀體積大；四極桿質量分析器體2.四極質量分析器–四極質譜計

四極質譜結構簡單，價廉，體積小，易操作，無磁滯現(xiàn)象，掃描速度快，適合于GC-MS,LC-MS。分辯率不高。+ElectronBeamABCSampleinIonBeam88精選課件2.四極質量分析器–四極質譜計四極質譜結構簡MassAnalysers:

QuadrupoleMassAnalysersRelativelycheapandcompactLow(unit)resolutionR?2,000Uppermasslimitofm/z?4,000CanbeoffsetbyuseofESI(multiplecharges)SimpletooperateandcontrolSimpleinterfacingwithinletsystemsGC,DIP,etc.Workhorsesofmassspectrometry89精選課件MassAnalysers:

QuadrupoleMasquadrupolemassanalyzer/filter

四級桿分析器（四級桿濾質器）90精選課件quadrupolemassanalyzer/fil91精選課件91精選課件Massfilteringand“scanning”

濾質器（分析器）和掃描與TOF的分析器不同四級桿分析器是在特定的電壓頻率下，具有特定m/z的離子才可到達檢測器在實時分析時電壓是不斷變化的，這就是對離子束進行掃描92精選課件Massfilteringand“scanning”

Tandemmassspectrometers

串聯(lián)質譜兩個質譜順序聯(lián)接離子先通過第一個質譜再通過第二個質譜。增加分辨率兩個質譜間信號衰減93精選課件Tandemmassspectrometers

串聯(lián)質譜Triple-sectorQuadrupole(Q/Q)

三重四級質譜94精選課件Triple-sectorQuadrupole(Q/Q)TypesofScansIProduct/daughterionscans子離子掃描LikePSDSector#1:filterforonespecificprecursor/parentSector#2:scanthefragments/products/daughters95精選課件TypesofScansIProduct/daugTypesofScansIIDynamicexclusion動態(tài)排除自動子離子掃描首先分析貢獻大的母離子,并收集MS2的子離子然后排除這些母離子,然后分析低豐度的離子96精選課件TypesofScansII96精選課件TypesofScansIIIPrecursor/parentscans母離子掃描Sector#2:settofilter/detectoneproduct/daughtermassSector#1:scantoIDtheparentresponsible97精選課件TypesofScansIIIPrecursor/TypesofScansIVNeutralloss中性丟失兩個質譜順序掃描串聯(lián)掃描按照一個特定的質量數(shù)(e.g.,80amu)尋找特定的母/子離子對

(e.g.,D=80amu:lossofphosphatefrompS/pT)98精選課件TypesofScansIVNeutralloss3.離子阱Iontrop99精選課件3.離子阱Iontrop99精選課件電噴霧——離子阱質譜100精選課件電噴霧——離子阱質譜100精選課件101精選課件101精選課件102精選課件102精選課件103精選課件103精選課件104精選課件104精選課件IonTrapmassspectrometersI

離子阱離子被捕獲在一個穩(wěn)定的軌道中，并在磁/靜電瓶中富集場的改變可使特定的m/z離子被甩出到達檢測器.靈敏度極高,分辨率一般105精選課件IonTrapmassspectrometersI

IonTrapmassspectrometersII也可改變場的頻率使特定的m/z的離子,撞到電極上淬滅（bequenched）.而后使剩下的離子被甩出，到達檢測器106精選課件IonTrapmassspectrometersIIIonTrapmassspectrometersIII或者在淬滅了部分離子后，將剩下具有特定m/z離子加速，產(chǎn)生高能量的碰撞和碎裂然后將這些碎片在甩出，到達檢測器分析107精選課件IonTrapmassspectrometersIIIonTrapmassspectrometersIV(MS3).這次除了感興趣的子離子淬滅所用的離子然后將子離子進一步碎裂，再將碎片甩出到分析器分析看進行一次又一次的多重循環(huán)…Thesesequentialfragmentationsarelikephysical"sectors"108精選課件IonTrapmassspectrometersIV4.飛行時間質譜109精選課件4.飛行時間質譜109精選課件110精選課件110精選課件111精選課件111精選課件112精選課件112精選課件113精選課件113精選課件114精選課件114精選課件75.離子回旋115精選課件75.離子回旋115精選課件116精選課件116精選課件Ioncyclotronresonance

離子回旋離子混合物被捕獲在“EM場瓶,”中，一個外加的磁場使離子沿環(huán)形軌道運動軌道的半徑與離子的m/z相一致。117精選課件Ioncyclotronresonance

離子回旋離子Ioncyclotronresonance然后對循環(huán)的離子施加一種電場的震蕩脈沖(aradiorequency).

當循環(huán)離子頻率與電場的頻率相匹配時，他們吸收能量，循環(huán)半徑和速度參加只有特定m/z的離子可被加速118精選課件Ioncyclotronresonance然后對循環(huán)的離Ioncyclotronresonance脈沖后形成的離子新的軌道和速度將被保持119精選課件Ioncyclotronresonance脈沖后形成的離Ioncyclotronresonance當離子通過帶電荷的一對電極時，產(chǎn)生電流120精選課件Ioncyclotronresonance120精選課件FT-ICRMSTheelectricalcurrentthusproducedisinterpretedmathematicallyviathe“FourierTransformation”121精選課件FT-ICRMSTheelectricalcurren122精選課件122精選課件123精選課件123精選課件124精選課件124精選課件125精選課件125精選課件HighResolutionMSMassesmeasuredto1partin20,000.Amoleculewithmassof44couldbeC3H8,C2H4O,CO2,orCN2H4.Ifamoreexactmassis44.029,pickthecorrectstructurefromthetable:C3H8 C2H4O

CO2 CN2H4 44.06260 44.02620 43.98983 44.03740=>126精選課件HighResolutionMSMassesmeasuMoleculeswith

HeteroatomsIsotopes:presentintheirusualabundance.Hydrocarbonscontain1.1%C-13,sotherewillbeasmallM+1peak.IfBrispresent,M+2isequaltoM+.IfClispresent,M+2isone-thirdofM+.Ifiodineispresent,peakat127,largegap.IfNispresent,M+willbeanoddnumber.IfSispresent,M+2willbe4%ofM+.=>127精選課件Moleculeswith

HeteroatomsIsoIsotopicAbundance128精選課件IsotopicAbundance128精選課件129精選課件129精選課件130精選課件130精選課件131精選課件131精選課件(a+b)n132精選課件(a+b)n132精選課件MassSpectrum

withSulfur=>133精選課件MassSpectrum

withSulfur=>13MassSpectrum

withChlorine=>134精選課件MassSpectrum

withChlorine=>MassSpectrum

withBromine=>135精選課件MassSpectrum

withBromine=>1MassSpectra

ofAlkanesMorestablecarbocationswillbemoreabundant.=>136精選課件MassSpectra

ofAlkanesMoresMassSpectra

ofAlkenesResonance-stabilizedcationsfavored.=>137精選課件MassSpectra

ofAlkenesResona此課件下載可自行編輯修改，此課件供參考！部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡，如有侵權請與我聯(lián)系刪除！感謝你的觀看！此課件下載可自行編輯修改，此課件供參考！MassSpectrometry139精選課件MassSpectrometry1精選課件主要參考書：

FredW.McLaffert,FrantisekTurecek.InterpretationOfMassSpectra,4Ed,(PDF)

E.DHoffmam,J.Charette,V.Stroobant,MassSpectrometry,Prenciples

andApplications,(PDF)

,1996.

分析化學手冊（第二版）第九分冊質譜分析.pdf陳耀祖，涂亞平.有機質譜原理及應用(PDF)科學出版社2001PietroTraldi,FrancoMagno,IrmaLavagnini,RobertaSeraglia

QuantitativeApplicationsofMassSpectrometry

2006B.N.帕拉馬尼克(作者),A.K.甘古利(作者),M.L.格羅斯(作者),蔣宏建(譯者),俞克佳(譯者)電噴霧質譜應用技術（PDF）2005140精選課件主要參考書：2精選課件質譜儀的發(fā)展史1898年W.Wien

發(fā)現(xiàn)帶正電荷的離子束在磁場中發(fā)生偏轉。

1911年,J.J.

Thomson:

世界第一臺質譜裝置

年A.J.Dempster

采用電子轟擊技術使分子離子化。年F.W.Aston制得了第一臺速度聚焦質譜儀。提出每種同位素的質子和中子在結合成原子核時,具有特定的質量虧損(并非整數(shù)值)。1942年商品MS出現(xiàn)。40年代:

用于同位素測定和無機元素分析

50年代：

開始有機物分析（分析石油）

60年代：

研究GC-MS聯(lián)用技術

70年代：

計算機引入

80年代：

新的質譜技術出現(xiàn)：快原子轟擊電離子源，基質輔助激光解吸電離源，電噴霧電離源，大氣壓化學電離源；LC-MS聯(lián)用儀，感應耦合等離子體質譜儀，富立葉變換質譜儀等

目前質譜分析法已廣泛地應用于化學、化工、材料、環(huán)境、地質、能源、藥物、刑偵、生命科學、運動醫(yī)學等各個領域。141精選課件質譜儀的發(fā)展史3精選課件MassSpectrometryFundamentals

Whataremassmeasurementsgoodfor?Toidentify,verify,andquantitatemetabolites,proteins,

oligonucleotides,drugcandidates,peptides,synthetic

organicchemicals,polymers!

BiomoleculecharacterizationProteins,peptides,oligonucleotides,sugars,polymers!Pharmaceuticalandmedical

Bioavailability,drugmetabolism,pharmacokineticscharacterizationofpotentialdrugs,drugdegradationanalysis,screeningofdrugcandidates,identifyingdrugtargets,diseasemarkeridentification,diagnostic!Environmentalanalysis

Pesticidesonfoods,soilandgroundwatercontaminationForensicanalysis/clinical!142精選課件MassSpectrometryFundamentalsMassSpectrometryTHEMAINUSEOFMSINORGCHEMIS:DETERMINETHEMOLECULARMASSOFORGANICCOMPOUNDSDETERMINETHEMOLECULARFORMULAOFORGANICCOMPOUNDS143精選課件MassSpectrometryTHEMAINUSE質譜分析的基本原理：使所研究的混合物或單體形成離子，，然后使形成的離子按質荷比(mass-chargeratio)m／z進行分離。

也就是說：質譜分析法是按照離子的質核比（m/z）大小對離子進行分離和測定從而對樣品進行定性和定量分析的一種方法。

144精選課件質譜分析的基本原理：使所研究的混合物或單體形成離子，質譜法的主要作用是：（1）準確測定物質的分子量（2）根據(jù)碎片特征進行化合物的結構分析

分析時，首先將分子離子化，然后利用離子在電場或磁場中運動的性質，把離子按質核比大小排列成譜——質譜。

145精選課件質譜法的主要作用是：（1）準確測定物質的分子量7精選課件HOWDOWEACHIEVETHIS?PERSUADETHEMOLECULETOENTERTHEVAPORPHASE(CANBEDIFFICULT)PRODUCEIONSFROMTHEMOLECULESTHATENTERTHEGASPHASESEPARATETHEIONSACCORDINGTOTHEIRMASS-TO-CHARGERATIOS(m/z))MEASUREANDRECORDTHESEIONS146精選課件HOWDOWEACHIEVETHIS?PERSUA有機質譜中的各種離子1分子離子（molecular

ion），樣品分子失去一個電子而電離所產(chǎn)生的離子，記為

M+。2準分子離子（quasi-molecular

ion），準分子離子常由軟電離產(chǎn)生，一般為

M+H

+、M-H

-3碎片離子（fragment

ion）泛指由分子離子破裂而產(chǎn)生的一切離子。狹義的碎片離子指由簡單斷裂產(chǎn)生的離子。4重排離子（rearrangement

ion）經(jīng)重排反應產(chǎn)生的離子，其結構不是原分子結構單元。5母離子（parent

ion）與子離子（daughter

ion）任何一離子進一步產(chǎn)生某離子，前者稱為母離子，后者稱為子離子。6亞穩(wěn)離子（metastable

ion）是從離子源出口到檢測器之間產(chǎn)生的離子。

7奇電子與偶電子離子（odd-

and

even-electron

ion）具有未配對電子的離子稱為奇電子離子，不具有未配對電子的離子稱為偶電子離子。

8多電荷離子（multiply-charged

ion）失掉兩個以上電子的離子稱為多電荷離子。

9同位素離子（isotopic

ion）當元素具有非單一的同位素組成時，產(chǎn)生同位素離子147精選課件有機質譜中的各種離子1分子離子（molecular

ionMassSpectrometryFundamentals

WhatandHow-Measuremass(m)tocharge(z)ratio(m/z)ofionsamassof200Dawith2chargesgivesthesamem/zratioasamassof100Dawith1chargeandcannotbedistinguished.-Formationofionsinthegasphase(manyways)positiveion:byaddingaproton:(M+H)+orbyremovinganelectron:(M)+negativeion:byremovingaproton:(M-H)-orbyaddinganelectron:(M)--Chargedionscanbemanipulatedandanalyzedbyelectricand/ormagneticfields(massanalyzers),detectedbydetectorstogeneratemassspectra.148精選課件MassSpectrometryFundamentals◆質譜不屬波譜范圍◆質譜圖與電磁波的波長和分子內(nèi)某種物理量的改變無關◆質譜是分子離子及碎片離子的質量與其相對強度的譜,譜圖與分子結構有關◆質譜法進樣量少,靈敏度高,分析速度快◆質譜是唯一可以給出分子量,確定分子式的方法,而分子式的確定對化合物的結構鑒定是至關重要的。

特點149精選課件◆質譜不屬波譜范圍◆質譜圖與電磁波的波長和分子內(nèi)某種物理量◆MassSpectrometryMolecularweightcanbeobtainedfromaverysmallsample.Itdoesnotinvolvetheabsorptionoremissionoflight.Abeamofhigh-energyelectronsbreaksthemoleculeapart.Themassesofthefragmentsandtheirrelativeabundancerevealinformationaboutthestructureofthemolecule.150精選課件MassSpectrometryMolecularwei質譜分析原理質譜儀器構造質譜定性分析及圖譜解析質譜定量分析蛋白質、肽分析要求理解質譜法原理及質譜儀主要部件功能；掌握質譜定性分析、定量分析及圖譜解析方法。151精選課件質譜分析原理13精選課件MassSpectrometryFundamentalsKeytopics:MassspectrometerIonization,Massanalyzers,MassspectrometersMassspectrumIsotopeandmass,IsotopeabundanceQualityparametersofmassspectrometerResolution,Massaccuracy,SensitivityChargestateofproteinandpeptidesMALDI-TOFMS,ESIMS152精選課件MassSpectrometryFundamentals153精選課件15精選課件154精選課件16精選課件離子源和質量分析器的壓力在10–4~10–5Pa和10–5~10–6Pa。大量氧會燒壞離子源的燈絲；用作加速離子的幾千伏高壓會引起放電；引起額外的離子－分子反應，改變裂解模型，譜圖復雜化。

質譜儀構造

1.真空系統(tǒng)155精選課件離子源和質量分析器的壓力在156精選課件18精選課件所有的質譜都是用來檢測離子的，而這些質譜的檢測原理不外乎是利用離子在電場、磁場或電磁場中的運動特性來使具有不同質荷比的離子加以區(qū)分并檢測。離子要在電場、磁場或電磁場中飛行一定的時間和空間，如果在這些時間和空間中存在大量的氣體勢必會使離子很快淬滅而達不到檢測器。所以為了減少離子與背景氣體的碰撞淬滅要抽真空使背景氣體分子數(shù)量大大減少，以維持足夠的離子平均自由程。

質譜在四大有機譜里，是最靈敏的，而且又很容易與分離手段聯(lián)用，所以，就可以做到邊分離邊檢測，適用于混合物，而且靈敏度很高。

那靈敏度高是怎么實現(xiàn)的呢？——就是要有很好的真空！??！

所以，真空是質譜的“心臟”和“靈魂”，沒有了真空，質譜肯定歇菜羅！

測試儀器中，你要檢測一個物質，一定要用方法讓它用“電學”或“光學”儀器測到，歸根結底是用電路檢測到信號，再用放大器等把信號引出檢測。所以，從樣品開始，你要先讓它變成電學可以測到的信號，所以——你必須電離你的樣品！質譜是高靈敏度的，意味著只有很少的離子進入了下面的分析器。

電離完你的樣品，你要測量它，就進入了質譜分析器部分，把它變成和m/z有關的部分，在從分析器到達檢測器的長長的路程上，如果遇到很多雜質離子，你的樣品離子一定會被擋回來，或者被撞散，沒有真空，你的離子大部分到不了檢測器。要消除這種阻力，就要把雜質離子盡可能排掉。所以，最好的辦法就是清路障，抽真空。

檢測器部分仍舊是要在真空里的，道理同前。

最后，獲得好的真空就是要用很好的密封裝置，然后用泵（機械泵＋分子蝸輪泵）把裝置內(nèi)的氣體抽走。生產(chǎn)工藝是關鍵，目前國內(nèi)還真的達不到。真空本身是一門學問。

157精選課件所有的質譜都是用來檢測離子的，而這些質譜的檢測原理不外乎是利在不破壞真空度的情況下，使樣品進入離子源。氣體可通過儲氣器進入離子源。易揮發(fā)的液體，在進樣系統(tǒng)內(nèi)汽化后進入離子源。難揮發(fā)的液體或固體樣品，通過探針直接插入離子源。2.進樣系統(tǒng)158精選課件在不破壞真空度的情況下，使樣品進入離子源。2.進樣系統(tǒng)20精SampleIntroduction:

DirectInsertionProbe(DIP)DirectinsertionprobeConceptuallyveryeasy,practicallyverytricky159精選課件SampleIntroduction:

DirectInSampleIntroduction:

GasChromatography-MS(GC-MS)GCoutputtomassspectrometerSamplealreadyingasphase160精選課件SampleIntroduction:

GasChromSampleIntroduction:

LiquidChromatography-MS(LC-MS)DirectinfusionofsampleinsolutionSyringepump:slowsteadyinfusionOutputfromHPLCSeparationandidentificationofcomponentsVastmajorityofsolutionissolventMustremovesolventto“see”analyteHistorically:extrapumpingandheatingApplicabletoelectrosprayionisationESI:seelater161精選課件SampleIntroduction:

LiquidCh分子失去電子，生成帶正電荷的分子離子分子離子可進一步裂解，生成質量更小的碎片離子M+eM+.+2eM-.小于1%M+.A+.++B+CD++.中性分子或碎片R.50-70eV3.離子源162精選課件分子失去電子，生成帶正電荷的分子離子分子離子可進一步裂解，◆質量分析器是質譜儀的核心◆不同類型的質量分析器構成不同類型的質譜儀◆不同類型的質譜儀其功能，應用范圍，原理，

實驗方法均有所不同。

4.質量分析器

163精選課件◆質量分析器是質譜儀的核心◆不同類型的質量分析器構成不同類型5.檢測記錄系統(tǒng)質量分析器分離并加以聚焦的離子束，按m/z的大小依次通過狹縫，到達收集器。經(jīng)接收放大后被記錄。電腦164精選課件5.檢測記錄系統(tǒng)質量分析器分離并加以聚焦的離子束IONIZINGMETHODSELECTRONIMPACT-HIGHENERGYELECTRONSABOUT70EV!!

CHEMICALIONIZATIONLOWENERGY165精選課件IONIZINGMETHODSELECTRONIMP1.電子轟擊電離ElectronImpactIonization,EI2.化學離子化ChemicalIonization,CI3.場電離，場解吸FieldIonizationFD,FieldDesorptionFD4.快原子轟擊FastAtomBombardment,FAB5.電噴霧電離ElectrosprayIonization,ESI6.基質輔助激光解析電離Matrix-AssistedLaserDesorptionIonization,MALDI7.大氣壓化學電離AtmosphericPressureChemicalIonization,APCI離子化的方法166精選課件1.電子轟擊電離ElectronImpactIoni電子轟擊電離又稱為電子轟擊，或電子電離。是應用最普遍，發(fā)展最成熟的電離方法。轟擊電壓50-70eV,有機分子的電離電位一般為7-15eV。可提供豐富的結構信息。有些化合物的分子離子不出現(xiàn)或很弱1.電子轟擊電離EI167精選課件電子轟擊電離又稱為電子轟擊，或電子電離。是應用最轟擊電壓5ElectronIonization(EI)168精選課件ElectronIonization(EI)30精選課件169精選課件31精選課件AMassSpectrometer170精選課件AMassSpectrometer32精選課件171精選課件33精選課件172精選課件34精選課件173精選課件35精選課件174精選課件36精選課件

離子室內(nèi)的反應氣（甲烷等；10~100Pa，樣品的103~105倍），電子（100~240eV）轟擊，產(chǎn)生離子，再與試樣分離碰撞，產(chǎn)生準分子離子。最強峰為準分子離子；譜圖簡單；不適用難揮發(fā)試樣；++氣體分子試樣分子+準分子離子電子(M+1)+;(M+17)+;(M+29)+;2.化學電離

（ChemicalIonization，CI）175精選課件離子室內(nèi)的反應氣（甲烷等；10~100Pa，3a.場致電離FieldIonization

FieldDesorption（FI，F(xiàn)D）電壓：7-10kV；d<1mm；強電場將分子中拉出一個電子；分子離子峰強；碎片離子峰少；不適合化合物結構鑒定；陽極+++++++++++++陰極d<1mm176精選課件3a.場致電離電壓：7-10kV；d<1mm；陽極+++當樣品蒸汽接近或接觸帶高正電位的金屬針時，在強電場的作用下發(fā)生電離。要求樣品分子處于氣態(tài)，靈敏度不高，應用逐漸減少。3b.場電離FI177精選課件當樣品蒸汽接近或接觸帶高正電位的金屬針時，3樣品不需汽化,預先附在處理好的場離子發(fā)射體上,送入離子源,然后通以微弱電流,使樣品分子從發(fā)射體上解吸下來,并擴散至高場強的場發(fā)射區(qū),進行離子化。適用于難汽化,熱不穩(wěn)定的樣品.如:糖類，肽類，金屬有機化合物，聚合物等。3c.場解吸FD

178精選課件樣品不需汽化,預先附在處理好的場離子發(fā)射適

惰性氣體Ar或Xe的原子首先被電離并被加速，使之具有高的動能，在原子槍(atomgun)內(nèi)進行電荷交換反應：

Ar+（高動能的）+Ar（熱運動的）→Ar（高動能的）+Ar+（熱運動的）高動能的Ar或Xe原子束再轟擊樣品分子使其離子化

4.快原子轟擊

FastAtomBombardment（FAB）

179精選課件惰性氣體Ar或Xe的原子首先被電離并被加速，使之FAB是目前廣泛使用的軟電離技術，適用于難汽化,極性強的大分子。樣品用基質調(diào)節(jié)后