質(zhì)譜基礎(chǔ)知識

MS(massspectrometry)基本原理：

質(zhì)譜分析是將樣品轉(zhuǎn)化為運動的帶電氣態(tài)離子碎片，于磁場中按質(zhì)荷比(m/z)大小分離并記錄的分析方法。

稱量離子質(zhì)量的工具。 其整個過程類似于：第一頁，共40頁。質(zhì)譜：稱量離子質(zhì)量的工具12units0units基本原理第二頁，共40頁。12units質(zhì)譜：稱量離子質(zhì)量的工具12units基本原理第三頁，共40頁。8910111213141516質(zhì)譜：稱量離子質(zhì)量的工具12units12units基本原理第四頁，共40頁。8910111213141516質(zhì)譜：稱量離子質(zhì)量的工具12units14units基本原理第五頁，共40頁。12units8910111213141516massNumberofcounts質(zhì)譜：稱量離子質(zhì)量的工具基本原理第六頁，共40頁。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)譜圖基本原理第七頁，共40頁。基本原理以下為某一化合物的MS譜圖第八頁，共40頁。離子源

硬電離源：很多離子碎片峰，提供豐富的結(jié)構(gòu)信息。主要為電子轟擊源。

軟電離源：無碎片峰或者少量碎片峰，主要為分子離子峰，通常是M+1或M-1或加合峰，如[M+23]，[M+溶劑]第九頁，共40頁。硬電離源電子轟擊源(Electro-Impactsource,EI)第十頁，共40頁。軟電離源1）大氣壓電離源(AtmosphericPressure ionization)2）化學(xué)電離源(ChemicalIonization,CI)3）基質(zhì)輔助激光解析電離(matrixassistedlaserdesorption-ionization,MALDI)4）快原子轟擊(Fastatombombardment,FAB）第十一頁，共40頁?；瘜W(xué)電離源1）用EIsource轟擊反應(yīng)氣，得到反應(yīng)氣離子2）反應(yīng)氣離子與樣品分子作用，使樣品分子電離3）較EI能量低，碎片峰較EI少，更容易獲得分子離子峰以甲烷為反應(yīng)氣示例：在電子轟擊下，甲烷首先被電離：CH4+e→C2H5+,CH5+,C3H7+,CH3+反應(yīng)氣離子與樣品分子反應(yīng)：CH5+＋M→[M+1]+＋CH4C2H5+＋M→[M-1]+＋C2H6第十二頁，共40頁。大氣壓電離源大氣壓電離源AtmosphericPressureionization,API1.電噴霧電離源ElectrosprayIonization,ESI2.大氣壓化學(xué)電離源AtmospherePressureChemicalIonization,APCI3.大氣壓光致電離源AtmospherePressurePhotoIonization,APPI第十三頁，共40頁。電噴霧電離源1.樣品溶液通過一根加有數(shù)千伏電壓（高電場）的不銹鋼毛細(xì)管中噴出形成靜電噴霧，形成非常細(xì)小的帶電霧滴2.當(dāng)帶電霧滴通過一個逆向的熱氮氣簾時，霧滴中的溶劑逐漸揮發(fā)，霧滴體積變小，表面電荷密度增加，形成強靜電場使極性分子離子化，最終離子從霧滴表面濺射出來3.離子源的電壓大小取決與溶劑 通常電壓是±2500–±4500V（加正電壓產(chǎn)生正離子，加負(fù)電壓產(chǎn)生負(fù)離子） 溶劑表面張力越大，所需電壓也越大第十四頁，共40頁。電噴霧電離源第十五頁，共40頁。電噴霧電離源

流出液在高電場下形成帶電噴霧，在電場力作用下穿過氣簾,進入質(zhì)量分析器.氣簾的作用：霧化；蒸發(fā)溶劑；阻止中性溶劑分子第十六頁，共40頁。大氣壓化學(xué)電離源（APCI）電暈針高壓放電，使噴霧氣電離，產(chǎn)生初級離子。噴霧氣為空氣或氮氣初級離子立即與溶劑分子作用，形成溶劑離子(如H3O+,CH3OH2+)溶劑離子與樣品分子通過質(zhì)子轉(zhuǎn)移，形成[M+H]+(正離子模式)或[M-H]-(負(fù)離子模式)APPI的原理與此相似，以激光束代替電暈針第十七頁，共40頁。質(zhì)量分析器單聚焦磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)量分析器(singlefocusing)雙聚焦磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)量分析器(doublefocusing)四極桿質(zhì)量分析器(Quadrupolemassanalyzer)飛行時間質(zhì)量分析器(timeofflight)第十八頁，共40頁。單聚焦磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)量分析器m/z=H2R2/2U是磁分析器質(zhì)譜方程，是設(shè)計質(zhì)譜儀的主要依據(jù)。R為一定值（因儀器條件限制），如再固定加速電位U，則m/z僅與外加磁場強度H有關(guān)。扇形磁場的作用：使相同質(zhì)荷比，入射方向不同的離子會聚第十九頁，共40頁。在討論單聚焦分析器質(zhì)量分離原理時，曾假定離子的初始能量為零，離子的動能只決定加速電壓。實際上，由離子源產(chǎn)生的離子，其初始能量并不為零，而且其能量各不相同，經(jīng)加速后的離子其能量也就不同。因此即使是質(zhì)量相同的離子，由于能量（或速度）的不同。在磁場中的運動半徑也不同，因而不能完全會聚在一起，這就大大降低了儀器的分辨率，使相鄰兩種質(zhì)量的離子m1和m2很難分離。單聚焦磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)量分析器第二十頁，共40頁。雙聚焦磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)量分析器Re=2U/E=mu2/Ez如果電場強度E一定，離子軌道半徑僅取決于離子的動能，而與離子質(zhì)量無關(guān)，所以扇型電場是一個能量分析器，不起質(zhì)量分離的作用；對于質(zhì)量相同的離子，它是一個速度分離器。在雙聚焦質(zhì)譜儀中,同時采用電場和磁場組成的質(zhì)量分析器，因而不僅可以實現(xiàn)方向聚焦,即將質(zhì)荷比相同而入射方向不同的離子聚焦，而且可以實現(xiàn)速度聚焦，即將質(zhì)荷比相同，而速度(能量)不同的離子聚焦。所以雙聚焦質(zhì)譜儀比單聚焦質(zhì)譜儀(只能實現(xiàn)方向聚焦)具有更高的分辨率。第二十一頁，共40頁。雙聚焦磁偏轉(zhuǎn)質(zhì)量分析器這種靜電分析器和磁分析器配合使用，同時實現(xiàn)方向和能量聚焦的分析器，稱為雙聚焦分析器。第二十二頁，共40頁。四極桿質(zhì)量分析器由兩組對角筒形構(gòu)成,分別施加直流電壓和射頻交流電壓,在一定的直流電壓和交流電壓比(u/v)以及場半徑r固定的條件下，對于某一種射頻頻率，只有一種質(zhì)荷比的離子可以順利通過電場到達(dá)質(zhì)量分析器，這些離子成為共振離子，其它離子在運動過程中撞擊在圓筒電極上而被過濾掉。第二十三頁，共40頁。飛行時間質(zhì)量分析器牽引極加速極第二十四頁，共40頁。檢測器第二十五頁，共40頁。常見加合離子峰[M+Na]+=[M+23]+加鈉離子；[M+K]+=[M+39]+加鉀離子；[M+NH4]+=[M+18]+加銨離子；[M+H+H2O]+=[M+19]+加水；[M+X]+這里X是指溶劑緩沖液中的陽離子；[M+H+Solvent]+溶劑加合峰，[M+H+CH3CN]+=[M+42]+是CH3CN加合離子，[M+H+CH3OH]+=[M+33]+是CH3OH加合離子；第二十六頁，共40頁。常見碎片峰第二十七頁，共40頁。二聚及多聚峰二聚及多聚峰是化合物在質(zhì)譜內(nèi)形成的，樣品濃度提高會增加產(chǎn)生多聚離子的概率，如二聚峰表現(xiàn)在MS譜圖中經(jīng)常出現(xiàn)[2M+H]+、[2M+Na]+峰等。第二十八頁，共40頁。雙電荷及多電荷離子峰有的分子結(jié)構(gòu)中含雜原子（如N，O，S原子等）較多時，有時會帶兩個或多個電荷，這時可以檢測到雙電荷或多電荷離子峰第二十九頁，共40頁。同位素峰在組成有機化合物的常見元素中，大多數(shù)元素都是由具有一定自然豐度的同位素組成第三十頁，共40頁。含Cl第三十一頁，共40頁。含Br第三十二頁，共40頁。注意事項1.精確分子量和摩爾分子量的區(qū)別2.MS信號的強弱取決于樣品的電離程度

MS僅為輔助檢測手段，只可進行粗略判斷反應(yīng)液中是否有該化合物，不能從MS出峰強度來判斷反應(yīng)液中樣品的含量。3.溶劑的選擇選擇極性溶劑(推薦：甲醇、乙腈、水)，避免非極性溶劑，禁止使用氘代試劑。第三十三頁，共40頁。實例例1：ExactMass=482.3第三十四頁，共40頁。例2：ExactMass=389.2第三十五頁，共40頁。LCMS

LiquidChromatography-MassSpectrum第三十六頁，共40頁。工作原理1）接口裝置：