譜圖分析課件第一章有機(jī)質(zhì)譜

譜圖分析課件第一章有機(jī)質(zhì)譜質(zhì)譜學(xué)及技術(shù)發(fā)展的歷史十九世紀(jì)初，英國(guó)物理學(xué)家Thomson利用放電方法產(chǎn)生正離子，經(jīng)磁場(chǎng)作用后，記錄其譜線，獲得第一張質(zhì)譜圖，并發(fā)現(xiàn)氖的兩個(gè)同位素22Ne和20Ne。1918年美國(guó)A.J.Dempster用電子轟擊的方法，記錄了離子的質(zhì)荷比和相對(duì)豐度；1919年美國(guó)F.W.Aston制造了第一臺(tái)精密質(zhì)譜，并精確測(cè)量了50多種元素的同位素及豐度，制出了第一張同位素表，并首次引入“質(zhì)譜”概念；1942年出現(xiàn)第一臺(tái)商品質(zhì)譜儀，標(biāo)志著質(zhì)譜學(xué)進(jìn)入一個(gè)新的發(fā)展階段；1957年實(shí)現(xiàn)了氣相色譜與質(zhì)譜儀的聯(lián)用，GC/MS將質(zhì)譜法在有機(jī)分析中的應(yīng)用推向一個(gè)新階段；60年代，高分辯技術(shù)已達(dá)到實(shí)用階段，幾乎同時(shí)出現(xiàn)了化學(xué)電離、場(chǎng)致電離、場(chǎng)解吸電離等技術(shù)；70年代，生命科學(xué)的迅猛發(fā)展，使分子量大、熱不穩(wěn)定性的生物分子如蛋白質(zhì)、多糖等變成氣相離子成為質(zhì)譜亟需解決的關(guān)鍵問(wèn)題；80年代，出現(xiàn)新的“軟電離”技術(shù)（如電噴霧質(zhì)譜ESI、基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜MALDI等），使得生物大分子的測(cè)定成為可能;同時(shí)解決了LC/MS及CE/MS的接口問(wèn)題，大大拓寬了質(zhì)譜及其聯(lián)用技術(shù)的應(yīng)用范圍。1906年Thomson獲Nobel物理獎(jiǎng)1986年P(guān)aul獲Nobel物理獎(jiǎng)1996年Kroto等獲Nobel化學(xué)獎(jiǎng)2002年Fenn,Tanaka獲Nobel化學(xué)獎(jiǎng)質(zhì)譜技術(shù)&Nobel獎(jiǎng)JosephJohnThomson1906NobelPrizeinPhysicsFrancisWilliamAston

1922NobelPrizeinChemistryWolfgangPaul1989NobelPrizeinPhysicsJohnB.Fenn

2002NobelPrizeinChemistryKoichiTanaka

2002NobelPrizeinChemistryNobelPrizeWinnersforMassSpectrometry"Atfirsttherewereveryfewwhobelievedintheexistenceofthesebodiessmallerthanatoms.Iwaseventoldlongafterwardsbyadistinguishedphysicistwhohadbeenpresentatmy[1897]lectureattheRoyalInstitutionthathethoughtIhadbeen'pullingtheirlegs.'"J.J.Thomson(1936).RecollectionsandReflections.G.BellandSons:London.p.341.Thefirstmassspectrometer(1856-1940)CambridgeUniversity,

Cambridge,GreatBritainTheNobelPrizeinPhysics1906."inrecognitionofthegreatmeritsofhistheoreticalandexperimentalinvestigationsontheconductionofelectricitybygases"

NobelLaureate(1906):JosephJohnThomson(1877-1945)CambridgeUniversity

Cambridge,GreatBritainTheNobelPrizeinChemistry1922

"forhisdiscovery,bymeansofhismassspectrograph,ofisotopes,inalargenumberofnon-radioactiveelements,andforhisenunciationofthewhole-numberrule”massspectrometryofisotopesNobelLaureate(1922):FrancisWilliamAston(1913-1993)UniversityofBonn

Bonn,GermanyTheNobelPrizeinPhysics1989

“ForthedevelopmentoftheiontrapTechnique”QuadrupoleandQuadrupoleiontrapmassspectrometersNobelLaureate(1989):WolfgangPaul(1917)VirginiaCommonwealthUniversity

Richmond,VirginiaTheNobelPrizeinChemistry2002

"forthedevelopmentofsoftdesorptionionisationmethodsformassspectrometricanalysesofbiologicalmacromolecules"ElectrosprayionizationofbiomoleculesNobelLaureate(2002):JohnB.Fenn“ElectrosprayIonizationforMassSpectrometryofLargeBiomolecules”,FennJ.B.,MannM.,MengC.K.,WongS.F.,WhitehouseC.M.Science,1989,246(4926),64.1989-ESIofBiomolecules“TheapplicationofESItobiomoleculeswasoneofthemostimportantdiscoveriesinmassspectrometryinthelatterpartofthetwentiethcentury.”(1959-)ShimadzuCorporationTheNobelPrizeinChemistry2002

"forthedevelopmentofsoftdesorptionionisationmethodsformassspectrometricanalysesofbiologicalmacromolecules"Matrix-assistedlaserdesorption/ionization(MALDI)NobelLaureate(2002):KoichiTanakaInnovatorsKlausBeimann

MITBrianT.Chait

TheRockefellerUniversityR.GrahamCooks

PurdueUniversityCatherineFenselau

UniversityofMarylandFranzHillenkamp

UniversityofM黱sterMichaelKaras

UniversityofFrankfurtFredW.McLafferty

CornellUniversityAlfredOttoCarlNier

UniversityofMinnesota14OrganicMassSpectraOMS質(zhì)譜是分子在一定條件下電離后形成的分子離子以及各種碎片離子等離子的質(zhì)量與電荷比(m/z)的系列MassSpectraMS分子離子質(zhì)荷比分子式碎片離子質(zhì)量組成碎裂規(guī)律研究碎裂分子結(jié)構(gòu)第一章有機(jī)質(zhì)譜15靈敏度特別高質(zhì)譜是唯一可以給出分子量,確定分子式的方法進(jìn)樣量非常少，通常只用幾微克(μg)，甚至更少的樣品(10-10g)便可給出一張滿意的質(zhì)譜圖。檢出極限可達(dá)10-14g分子式的確定對(duì)化合物的結(jié)構(gòu)鑒定至關(guān)重要質(zhì)譜的優(yōu)點(diǎn)適用范圍廣（氣體、液體、固體）聯(lián)用技術(shù)質(zhì)譜是什么？MassSpectrometry質(zhì)譜不是光譜(SpectrometryNOTSpectroscopy)特殊的天平：稱量離子的質(zhì)量。質(zhì)譜學(xué)：是一門研究氣相離子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及反應(yīng)行為的科學(xué)。質(zhì)譜的獨(dú)到之處是什么？

4S特性：Sensitivity靈敏

Speed快速

Specificity特異

Stoichiometry化學(xué)計(jì)量對(duì)于結(jié)構(gòu)復(fù)雜的分子，需配合紫外、紅外、核磁以及化學(xué)分析的結(jié)果進(jìn)行綜合分析。質(zhì)譜儀是大型、復(fù)雜的精密儀器，價(jià)格昂貴，操作維護(hù)麻煩，需特別愛(ài)惜。

17真空系統(tǒng)離子源進(jìn)樣系統(tǒng)質(zhì)量分析器離子檢測(cè)器數(shù)據(jù)處理質(zhì)譜計(jì)的基本結(jié)構(gòu)樣品及離子途徑§1.1有機(jī)質(zhì)譜的基本知識(shí)1.1.1

質(zhì)譜儀器的組成18注意??！此圖僅為磁質(zhì)譜計(jì)的示意圖19質(zhì)譜儀所能測(cè)定的離子質(zhì)荷比m/z的范圍。

四極質(zhì)譜：1000以內(nèi)離子阱質(zhì)譜：~6000

飛行時(shí)間質(zhì)譜：理論上無(wú)上限，1×106ESI由于可產(chǎn)生多電荷離子，實(shí)際能測(cè)量的最大分子質(zhì)量可大大超過(guò)儀器的質(zhì)量范圍。1.質(zhì)量范圍(massrange)1.1.2質(zhì)譜儀器的主要性能指標(biāo)202.分辨率（resolution）對(duì)質(zhì)荷比相鄰的兩峰的分辨能力。M為可分辨的兩個(gè)峰的平均質(zhì)量；M為可分辨的兩峰的質(zhì)量差；a為峰高5%處的峰寬；b為相鄰兩峰的中心距離。R>10000時(shí)為高分辨質(zhì)譜21Full-widthathalf-maximumFT-ICR及TOF：R=M/MM為所測(cè)峰的質(zhì)量；M為該峰半高寬所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量數(shù)。

由單峰計(jì)算分辨率22低分辨率質(zhì)譜儀：R<1000高分辨率質(zhì)譜儀：R>10000（FT-ICRMS：R可達(dá)1×106）利用高分辨率質(zhì)譜儀可測(cè)定精確的質(zhì)量數(shù)（分子式）！質(zhì)荷比均為28的分子：CO:27.9949N2:28.0062C2H4:28.031323任何一種同位素的質(zhì)量并不是正好的整數(shù)。12C的準(zhǔn)確質(zhì)量為12.00000000,1H=1.007782506，14N=14.00307407，16O=15.99491475，末位有效數(shù)字。每一個(gè)同位素都具有唯一的、特征的“質(zhì)量虧損”離子的質(zhì)量包含了同位素的總的質(zhì)量虧損，也是特征的以此來(lái)鑒定離子的同位素和元素組成。高分辨質(zhì)譜進(jìn)行元素組成分析24高的分辨本領(lǐng)保證兩個(gè)靠得很近的峰能夠分開(kāi)來(lái)良好的線性行為用已知精確質(zhì)量的離子做標(biāo)準(zhǔn)曲線：直線。若質(zhì)譜儀的線性不好，測(cè)定離子的質(zhì)量時(shí)會(huì)產(chǎn)生偏差，偏離直線，從而造成誤差。良好的穩(wěn)定性質(zhì)譜學(xué)上的高分辨的三層含義25磁質(zhì)譜，飛行時(shí)間質(zhì)譜，離子回旋共振質(zhì)譜：分辨力、線性和穩(wěn)定性好，屬高分辨質(zhì)譜儀。離子阱質(zhì)譜：分辨力高，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：分辨力低，線性好，不屬于高分辨質(zhì)譜儀。263.靈敏度(sensitivity)出峰強(qiáng)度與所用樣品量之間的關(guān)系；或?qū)x定的樣品在一定分辨率下產(chǎn)生一定信噪比的分子離子峰所需的樣品量。信噪比進(jìn)樣量往往1pg或幾個(gè)pg1pg=10-12g274.準(zhǔn)確度(accuracy):ppm(partpermillion)5.穩(wěn)定性(stability)儀器在一定時(shí)間間隔內(nèi)某離子的m/z測(cè)量值的變化6.動(dòng)態(tài)范圍(dynamicrange)在動(dòng)態(tài)范圍內(nèi),樣品量與儀器輸出的信號(hào)應(yīng)成正比例關(guān)系281.1.3質(zhì)譜的表示方法1.質(zhì)譜圖橫坐標(biāo)：質(zhì)荷比

m/z，m/e縱坐標(biāo)：相對(duì)豐度——離子流的相對(duì)強(qiáng)度29m/z峰強(qiáng)(%)m/z峰強(qiáng)(%)m/z峰強(qiáng)(%)同位素豐度384.4519.191100(基峰)m/z峰強(qiáng)(%)395.3624.19268(M)92(M)100453.9638.6935.4(M+1)93(M+1)7.9506.36511940.21(M+2)94(M+2)0.32.質(zhì)譜表甲苯的質(zhì)譜表：§1.2離子源30核心部件；使樣品分子電離，形成各種離子電子轟擊電離(ElectronImpactIonization,EI)源化學(xué)電離(ChemicalIonization,CI)源場(chǎng)電離(FieldIonization,FI)源場(chǎng)解吸電離(FieldDesorption,FD)源快原子轟擊電離(FastAtomBombardment,FAB)源基質(zhì)輔助激光解吸電離(Matrix-AssistedLaserDesorptionIonization,MALDI)源電噴霧電離(ElectrosprayIonization,ESI)源大氣壓化學(xué)電離（APCI）源…….311.2.1電子轟擊電離（ElectronImpact,EI）采用70eV能量的電子束轟擊汽化的樣品分子，使其電離。推斥極燈絲源磁鐵收集極EI離子源的結(jié)構(gòu)示意圖離子+4930V+5010V電離盒M+eM+·+2e電離電壓：70eV加速電壓：5kV+5000V32圖1-3電子轟擊分子示意圖33優(yōu)點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定，電離效率高，易于實(shí)現(xiàn)；2）質(zhì)譜圖再現(xiàn)性好，便于計(jì)算機(jī)檢索及比較；3）離子碎片多，可提供較多的分子結(jié)構(gòu)信息。缺點(diǎn)：1）當(dāng)樣品分子穩(wěn)定性不高時(shí)，分子離子峰的強(qiáng)度低，甚至不存在分子離子峰；2）要求樣品汽化，不適合難揮發(fā)和熱不穩(wěn)定樣品。電子轟擊電離(ElectronImpact,EI)34引入大量的試劑氣試劑氣分子被電子轟擊電離后，因離子-分子反應(yīng)產(chǎn)生活性反應(yīng)離子活性反應(yīng)離子再與樣品分子發(fā)生離子-分子反應(yīng)，使樣品分子電離正離子模式：[G+H]++M[M+H]++G負(fù)離子模式：[G-H]-+M[M-H]-+GG:離子化的試劑氣體分子,CH4,NH3等M:被分析物1.2.2化學(xué)電離(ChemicalIonization,CI)35化學(xué)電離(ChemicalIonization,CI)優(yōu)點(diǎn)：1）與EI源互補(bǔ)，準(zhǔn)分子離子峰強(qiáng)度高，便于推算分子量；2）用于色質(zhì)聯(lián)用儀器上，載氣不必除去，可作為反應(yīng)氣體；3）反映異構(gòu)體的差別較EI譜要好些。缺點(diǎn)：1）碎片離子峰少，強(qiáng)度低。2）要求樣品汽化，不適合難揮發(fā)和熱不穩(wěn)定樣品。圖1-4鄰苯二甲酸二辛酯的EI和CI質(zhì)譜圖3637115(M+.)70EI譜70CI譜116(M+H)+脯氨酸的電子轟擊(EI)和化學(xué)電離(CI)質(zhì)譜對(duì)比場(chǎng)電離：是一種軟電離技術(shù)。當(dāng)樣品蒸汽鄰近或接觸到帶高正電位的金屬針時(shí)，由于高曲率的針端產(chǎn)生很強(qiáng)的電位梯度，樣品分子可被電離。優(yōu)點(diǎn)：電離快速，適合于和氣相色譜聯(lián)機(jī)；缺點(diǎn)：要求樣品汽化，靈敏度低，應(yīng)用逐漸減少。場(chǎng)解吸：原理與FI相同，但樣品是被沉積在電極上。FD適用于難汽化的、熱不穩(wěn)定樣品。FD的準(zhǔn)分子離子峰比FI的強(qiáng)，質(zhì)譜圖比FI的還要簡(jiǎn)單。但由于靈敏度低、離子流持續(xù)時(shí)間短等問(wèn)題，已可被其它方法取代，重要性降低。381.2.3場(chǎng)電離和場(chǎng)解吸(FIandFD)FAB：是一種廣泛應(yīng)用的軟電離技術(shù)?？煸愚Z擊利用的重原子一般為He或Ar。Ar+(高動(dòng)能的)+Ar(熱運(yùn)動(dòng)的)Ar(高動(dòng)能的)+Ar+(熱運(yùn)動(dòng)的)1.2.4快原子轟擊（FAB）39圖1-5FAB離子源原理示意圖FAB特別適用于分析高極性、熱不穩(wěn)定、難汽化的化合物。樣品多調(diào)勻于基質(zhì)（一般為甘油等）中。基質(zhì)應(yīng)具有流動(dòng)性、低蒸氣壓、化學(xué)惰性、電解質(zhì)性和好的溶解性。FAB得到的是準(zhǔn)分子離子峰(M+H)+;當(dāng)分析極性樣品（糖類），常加入NaCl水溶液，得到(M+Na)+離子峰?？煸愚Z擊（FAB）411.2.5基質(zhì)輔助激光解吸電離(MALDI)樣品溶液和基質(zhì)溶液相混合。蒸發(fā)掉溶劑，形成被分析物質(zhì)與基質(zhì)的晶體或半晶體狀態(tài)。脈沖激光束照射，基質(zhì)吸收激光束能量后汽化，部分試樣分子伴隨基質(zhì)的汽化而解吸。同時(shí)，基質(zhì)有效地吸收激光的能量，形成基質(zhì)離子，樣品分子與基質(zhì)離子發(fā)生碰撞反應(yīng)，使樣品分子電離?；|(zhì)吸收大部分激光能量，減少了試樣分子被激光能量破壞及過(guò)度電離成碎片離子。激光：固體氮激光，紫外光：波長(zhǎng)：337nm；功率：106~108W/cm2；脈沖時(shí)間：10-6~10-9秒42MALDI示意圖43

蛋白質(zhì)組分析。優(yōu)

點(diǎn)：適用于熱不穩(wěn)定、難揮發(fā)、難電離的生物大分子與合成聚合物的分析，質(zhì)量范圍可達(dá)50萬(wàn)Da。高靈敏度，可測(cè)至10-12~10-15摩爾。軟電離，沒(méi)有或很少有碎片離子，主要是分子離子峰或準(zhǔn)分子離子峰；可用于分析混合物。可容納毫摩爾級(jí)的鹽。有時(shí)是必需的。特別適用于與飛行時(shí)間質(zhì)譜相配（MALDI-TOF-MS）。缺

點(diǎn)：基質(zhì)背景易干擾質(zhì)量數(shù)1000Da以內(nèi)的物質(zhì)分析?？赡軐?dǎo)致被分析物分解。基質(zhì)輔助激光解吸電離(MALDI)441.2.6電噴霧電離(ESI)ESI方法的主要開(kāi)拓者是M.Dole和J.B.Fenn等人。1989年應(yīng)用于有機(jī)質(zhì)譜。ESI的工作原理是：毛細(xì)管（內(nèi)徑約0.1mm）被加以3～5kV的正電壓，與相距約1cm接地的反電極形成強(qiáng)靜電場(chǎng)。樣品溶液從毛細(xì)管流出時(shí)在電場(chǎng)作用和輔助氣流的作用下形成高電荷的霧狀小液滴；在加熱的氣體作用下，液滴因溶劑的揮發(fā)逐漸縮小，其表面上的電荷密度不斷增大。當(dāng)電荷之間的排斥力足以克服表面張力時(shí)，液滴發(fā)生裂分，產(chǎn)生帶電的更小微滴；這些液滴中溶劑再蒸發(fā)，此過(guò)程不斷重復(fù)，最終把樣品離子從液滴中解析出來(lái)。45電噴霧電離的基本過(guò)程46優(yōu)

點(diǎn)：電噴霧電離通常小分子得到帶單電荷的準(zhǔn)分子離子，而大分子則得到多種多電荷離子。檢測(cè)質(zhì)量可提高幾十倍。ESI是很軟的電離方法，通常無(wú)碎片離子峰，只有樣品分子或準(zhǔn)分子離子峰。十分有利于生物大分子的質(zhì)譜測(cè)定。電噴霧電離(ESI)是由ESI源派生出來(lái)的，常壓下電暈放電產(chǎn)生反應(yīng)離子

，這些離子再與樣品分子發(fā)生離子—分子反應(yīng)，產(chǎn)生分子離子。適用于弱極性的小分子化合物(M<1000)。圖1-7APCI工作原理示意圖

1.2.7大氣壓化學(xué)電離（APCI）：48離子源的分類SoftionisationgiveslowfragmentationMolecularweightdeterminationProduces“theoretical”spectraHighsensitivity(lowpglevels)Ionisation硬電離MALDIEICI不產(chǎn)生碎片軟電離產(chǎn)生碎片49分子量非極性極性EI/CIElectrosprayAPCI100,0001000DynamicFAB各種離子化方法的使用范圍50將離子源中生成的各種離子按質(zhì)荷比大小分開(kāi)質(zhì)譜的核心，質(zhì)量分析器不同，質(zhì)譜儀器種類不同往往與離子源相配套離子分離的兩種模式：1.離子空間上的物理分離；2.通過(guò)檢測(cè)離子運(yùn)動(dòng)的頻率使離子分離§1.3質(zhì)量分析器51磁質(zhì)量分析器飛行時(shí)間（timeofflight）質(zhì)量分析器四級(jí)桿質(zhì)量分析器（quadrupolemassanalyzer/filter,四級(jí)濾質(zhì)器）離子阱（iontrap）質(zhì)量分析器傅立葉變換離子回旋共振（Fouriertransformioncyclotronresonance）質(zhì)量分析器質(zhì)量分析器52531.3.1磁質(zhì)量分析器單聚焦質(zhì)量分析器使用一個(gè)扇型磁場(chǎng)，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，但是分辨率低。雙聚焦質(zhì)量分析器使用一個(gè)扇型電場(chǎng)及一個(gè)扇型磁場(chǎng)，分辨率高，其缺點(diǎn)是價(jià)格貴，操作和調(diào)整比較困難。單聚焦(single-focusing)和雙聚焦(double-focusing)扇形磁場(chǎng)質(zhì)量分析器電場(chǎng)加速后

zV=m2/2

(z-電荷；V-電壓；

m-質(zhì)量；ν-速度)磁場(chǎng)中

Bz=m2/r

(B-磁場(chǎng)強(qiáng)度；r-半徑)

推出

m/z=B2r2/2V掃描B或V來(lái)獲得質(zhì)譜圖圖1-9雙聚焦質(zhì)譜示意圖561.3.2飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)離子源中的離子瞬間引出，經(jīng)加速電壓加速，以相同的動(dòng)能進(jìn)入漂移管。質(zhì)荷比小的離子移動(dòng)快，質(zhì)荷比大的離子移動(dòng)慢。根據(jù)到達(dá)檢測(cè)器時(shí)間的不同，而檢測(cè)出不同質(zhì)量的離子。可以采用兩級(jí)加速或反射式提高儀器的分辨率圖1-10配離子反射鏡的飛行時(shí)間質(zhì)譜示意圖57優(yōu)點(diǎn)：檢測(cè)離子的質(zhì)荷比非常寬，特別適合于生物大分子的質(zhì)譜測(cè)定；特別適合于與脈沖產(chǎn)生離子的電離源相搭配，如(MALDI-TOF)；靈敏度高，適合于作串聯(lián)質(zhì)譜的第二級(jí)；掃描速度快，適合研究極快過(guò)程；結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于維護(hù)。缺點(diǎn)：分辨率隨質(zhì)荷比的增加而降低。分辨率103~104。飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)581.3.3四極質(zhì)量分析器591.3.3四極質(zhì)量分析器由四跟平行的棒狀電極組成而得名(Quadrupolemassanalyzer)。又稱為四極濾質(zhì)器。與扇型磁場(chǎng)的質(zhì)量分析器的原理完全不同。從離子源出來(lái)的離子，進(jìn)入筒形電極所包圍的空間后，離子作橫向擺振。在一定的直流電壓、交流電壓作用下，只有某一種（或一定范圍內(nèi)）質(zhì)荷比的離子（稱共振離子）能夠到達(dá)收集器，其他離子在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中撞擊在四根筒形電極上而被“過(guò)濾”掉，最后被真空泵抽走。兩種掃描方式：電壓掃描和頻率掃描60優(yōu)點(diǎn)：1）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、容易操作、價(jià)格便宜；2）僅用電場(chǎng)而不用磁場(chǎng)，無(wú)磁滯現(xiàn)象，掃描速度快，適合與色譜聯(lián)機(jī)；3）操作時(shí)的真空度相對(duì)較低，很適合大氣壓條件下的電離方式。缺點(diǎn)：1）分辨率不高；2）對(duì)較高質(zhì)量的離子有質(zhì)量歧視效應(yīng)。四極質(zhì)量分析器611.3.4離子阱(iontrap)RingelectrodeEndcapelectrodeEndcapelectrode環(huán)形電極端蓋電極端蓋電極621．離子束注入

2．離子閘門

3，4．端電極5．環(huán)電極

6．至電子倍增器

7．雙曲線表面圖1-12離子阱的結(jié)構(gòu)示意圖某電壓條件下，特定質(zhì)荷比的離子的軌道振幅保持一定大小，并可長(zhǎng)時(shí)間保留在阱內(nèi);反之，未滿足這一特定條件的離子振幅很快增長(zhǎng)，撞擊到電極而消失；在引出電極上加負(fù)電壓脈沖使正離子從阱內(nèi)引出至檢測(cè)器。兩種掃描方式：電壓掃描和頻率掃描離子阱(iontrap)63離子阱與四極質(zhì)量分析器的原理類似，因此也稱為四極離子阱（quadrupoleiontrap）；或因其儲(chǔ)存離子的性質(zhì)而稱為四極離子儲(chǔ)存器（quadrupoleionstorage,QUISTOR）。優(yōu)點(diǎn)：1）單一的離子阱可實(shí)現(xiàn)多極“時(shí)間上”的串聯(lián)質(zhì)譜；2）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，性能價(jià)格比高；3）靈敏度高，較四極質(zhì)量分析器高達(dá)10~1000倍；4）質(zhì)量范圍大，可達(dá)6000。缺點(diǎn)：質(zhì)譜與標(biāo)準(zhǔn)譜有差別。但采用外加的離子源可克服。另外，采用外加離子源后，離子阱也便于色質(zhì)聯(lián)機(jī)。離子阱(iontrap)641.3.5傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜計(jì)傅立葉變換離子回旋共振(Fouriertransformioncyclotronresonance,FT-ICR)同時(shí)激發(fā)分析所有質(zhì)荷比的離子，通過(guò)不同質(zhì)荷比的離子在回旋池中具有不同回旋運(yùn)動(dòng)頻率的性質(zhì)分離離子，通過(guò)對(duì)檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行傅立葉變換得到質(zhì)譜圖。65圖1-13離子回旋共振示意圖傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜計(jì)磁場(chǎng)激發(fā)極激發(fā)極收集極收集極檢測(cè)極檢測(cè)極離子源66離子在靜磁場(chǎng)中會(huì)在垂直于磁力線的平面中作圓周運(yùn)動(dòng)，其離子回旋運(yùn)動(dòng)頻率方程：或離子回旋頻率，Hz磁場(chǎng)B確定時(shí)，不同質(zhì)荷比的離子回旋運(yùn)動(dòng)頻率僅與離子的質(zhì)荷比有關(guān)而與離子的動(dòng)能無(wú)關(guān)；在激發(fā)電極上加某一個(gè)射頻電壓，當(dāng)此電壓的頻率等于某質(zhì)荷比的離子回旋頻率時(shí)，該離子吸收能量而激發(fā)，運(yùn)動(dòng)速度v增大，回旋運(yùn)動(dòng)半徑r增大，但離子回旋頻率不變。此即為離子回旋共振；離子回旋運(yùn)動(dòng)半徑r增大，靠近檢測(cè)電極時(shí)被檢測(cè)。6767傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜計(jì)優(yōu)點(diǎn)：分辨率極高，R可超過(guò)106，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他質(zhì)譜；可用于多級(jí)（時(shí)間上）串聯(lián)質(zhì)譜；一般采用外電離源，可采用各種電離源，也便于色質(zhì)聯(lián)機(jī)；靈敏度高、質(zhì)量范圍寬、速度快、性能可靠。6868旋轉(zhuǎn)泵（Rotarypumps）分子渦輪泵（Turbomolecularpumps）擴(kuò)散泵（Diffusionpumps）離子泵（Ionpumps）升華泵（Sublimationpumps）真空系統(tǒng)69高真空的作用使離子有合適的平均自由程，減輕離子分子反應(yīng)（單分子反應(yīng)）能有效地控制“散射”效應(yīng)能最大限度地降低“本底”譜可消除或減少“記憶”效應(yīng)和內(nèi)壁表面的極化效應(yīng)能幫助樣品揮發(fā)，避免或減輕樣品的熱解能保證離子源燈絲（發(fā)射電子束）工作正常70電子倍增器（Electronmultipliers）光電倍增器（Photomultipliers）微通道檢測(cè)器（MCP)檢測(cè)器§1.4分子量的測(cè)定1.4.1分子離子峰的辨認(rèn)711）最大質(zhì)量數(shù)的峰可能是分子離子峰。同位素離子峰、M+H+、M+Na+、M+R+2）必須是奇電子離子。

3）合理的中性碎片（小分子或自由基）的丟失。M-4到M-13、M-20到M-25之內(nèi)不可能有峰。分子失去一個(gè)電子而生成的陽(yáng)離子自由基正離子，奇電子離子72帶有未成對(duì)電子的離子計(jì)算不飽和度ΩΩ為整數(shù)，則為奇電子離子（OE）Ω為半整數(shù)時(shí)為偶電子離子（EE）奇電子離子(OE)氮規(guī)則當(dāng)化合物不含氮或含偶數(shù)個(gè)氮時(shí)，其分子量為偶數(shù)；當(dāng)化合物含奇數(shù)個(gè)氮時(shí)，其分子量為奇數(shù)。若相品不含氮原子，而最高質(zhì)荷比離子顯示奇數(shù)質(zhì)量峰，則該峰一定不是分子離子峰73分子離子的表示方法電子電離的難易：n-電子比π-電子容易，π-電子比σ-電子容易不便明確電離部位時(shí)

分子失去一個(gè)電子而生成的陽(yáng)離子741.4.2分子離子峰的強(qiáng)度與化合物結(jié)構(gòu)的關(guān)系分子離子的強(qiáng)度與有機(jī)分子的結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和離子化需要的總能量有關(guān)熔點(diǎn)低、不易分解、容易升華——較強(qiáng)含較多羥基、胺基和多支鏈化合物——較弱或沒(méi)有1.各種化合物分子離子峰的相對(duì)強(qiáng)度

(1)芳香化合物>共軛多烯>脂環(huán)化合物>低分子量直鏈烷烴>硫醇、硫醚。通常給出較強(qiáng)的分子離子峰。(2)直鏈的酮、酯、酸、醛、酰胺、鹵化物等通?？梢?jiàn)分子離子峰。(3)脂肪醇、胺、腈、硝酸酯、硝酸酯、縮醛和多支鏈的化合物，分子離子峰強(qiáng)度很低，有時(shí)觀察不到。752.強(qiáng)度極弱的分子離子峰的確認(rèn)。

(1)降低轟擊電子能量。70eV→15eV。

(2)采用軟電離技術(shù)，CI,FD,FAB,ESI等。

(3)制備衍生物。通常用乙酸酐或乙酰氯將羥基、氨基乙?；?，或用三甲基氯硅烷將羥基硅醚化76

降低轟擊電子束的能量例如乙酸乙酯的質(zhì)譜分子量：88772.采用其它軟電離方法使分子離子化例如

3,3-二甲基戊烷（C7H16）的質(zhì)譜分子量：100質(zhì)荷比均為28的分子：CO:27.9949[12.0000(12C)+15.9949(16O)]N2:28.0062[2x14.0031(14N)]C2H4:28.0312[2x12.0000(12C)+4x1.0078(1H)]§1.5分子式的確定1.5.1高分辨質(zhì)譜法原子量是多種同位素質(zhì)量按豐度加權(quán)平均值（同位素概念）；原子量是相對(duì)質(zhì)量，規(guī)定12C的相對(duì)原子量為12，為整數(shù)，其余多不是整數(shù)（注意“摩爾數(shù)”的定義）高分辨測(cè)分子離子質(zhì)量，對(duì)應(yīng)于由組成分子的各種元素豐度最高的同位素精確質(zhì)量之和C,H,O,N,S,P,X等元素的任意組合所形成的有機(jī)分子，其精確分子量均有特征的分子量尾數(shù)分子中元素種類與數(shù)目79由高分辨質(zhì)譜測(cè)定的精確質(zhì)量推斷確切的分子式質(zhì)譜中得到精確分子量計(jì)算機(jī)處理或查Beynon表給出一組分子式，每個(gè)分子式分子量整數(shù)部分相同，尾數(shù)稍有差別結(jié)合氮規(guī)則、核磁等信息推出可能的分子式/masspec/elcomp.htm分子離子是指由天然豐度最高的同位素組合的離子；同相同元素的其他同位素組成的離子稱為同位素離子，在質(zhì)譜圖中稱為同位素峰。同位素峰中某種同位素的貢獻(xiàn)，理論上等于離子中存在的該元素的原子數(shù)目與該同位素豐度的乘積。從M+1峰與M峰強(qiáng)度的比值估算分子中含碳的數(shù)目。式中I(M+1)和I(M)分別表示M+1峰和M峰的相對(duì)強(qiáng)度。1.5.2低分辨質(zhì)譜-同位素豐度法85元素同位素相對(duì)原子質(zhì)量天然豐度同位素相對(duì)原子質(zhì)量天然豐度豐度比/%H1H1.00782599.9852H2.0141020.0152H/1H0.015C12C12.00000098.89313C13.0033551.10713C/12C1.12N14N14.00307499.63415N15.0001090.36615N/14N0.37O16O15.99491599.75917O16.9991310.03717O/16O0.0418O17.9991590.20418O/16O0.20S32S31.97207295.0233S32.9714590.7833S/32S0.8234S33.9678684.2234S/32S