(幻燈片)質(zhì)量分析器

質(zhì)譜質(zhì)量分析器簡(jiǎn)介及應(yīng)用

12024/5/32GC或LC接口

有機(jī)質(zhì)譜示意圖質(zhì)量分析器檢測(cè)器離子源

PC

將離子源產(chǎn)生的離子按m/z順序分開(kāi)并排列成譜2024/5/3目的質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀器的核心，由質(zhì)量分析器的不同構(gòu)成了不同種類的質(zhì)譜儀器。由于不同類型的質(zhì)譜儀器有不同的原理、功能、指標(biāo)、應(yīng)用范圍，還涉及到它們可能有不同的實(shí)驗(yàn)方法，因而有必要了解各種質(zhì)譜分析器。32024/5/3單聚焦質(zhì)量分析器雙聚焦質(zhì)量分析器四極桿質(zhì)量分析器離子阱質(zhì)量分析器傅立葉變換離子回旋共振（FT-ICR）飛行時(shí)間質(zhì)量分析器（TOF）內(nèi)容42024/5/35僅用一個(gè)扇形磁場(chǎng)，實(shí)際上是處于扇形磁場(chǎng)中的真空扇形容器，因而也稱為磁扇形分析器可以是180

90

60

等一、單聚焦質(zhì)量分析器

(singlefocusingmassanalyzer)2024/5/3單聚焦質(zhì)量分析器原理

在離子源中形成的各種離子被加速電壓加速，獲得動(dòng)能；加速后的離子進(jìn)入磁場(chǎng)，在磁場(chǎng)作用下作圓周運(yùn)動(dòng)，洛倫茲力提供向心力:

我們?cè)谶M(jìn)行質(zhì)譜分析時(shí)需順次確定各種質(zhì)荷比的離子的強(qiáng)度，檢測(cè)器置于固定的位置，即r為常數(shù)；可以固定V，掃描B，從而得到所有m/z離子的質(zhì)譜圖。已經(jīng)證實(shí)，由一點(diǎn)出發(fā)的、具有相同質(zhì)荷比的離子，以同一速度但不同角度進(jìn)入磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后，離子束可重新會(huì)聚于一點(diǎn)，即靜磁場(chǎng)具有方向聚焦作用，因而稱為單聚焦質(zhì)量分析器。

62024/5/3

單聚焦質(zhì)量分析器的缺點(diǎn)：

前面討論的是理想情況，事實(shí)上，離子在加速之前其動(dòng)能并非絕對(duì)為零；同一質(zhì)荷比的離子，由于初始動(dòng)能的差別而使其經(jīng)磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)后不能準(zhǔn)確地聚焦于一點(diǎn)，因此儀器的分辨率不是很高。

單聚焦質(zhì)量分析器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便，但分辨率低（一般為500以下），主要用于同位素測(cè)定。應(yīng)用為提高儀器的分辨率，質(zhì)量分析器除了應(yīng)用一個(gè)扇形磁場(chǎng)之外，還加上一個(gè)扇形電場(chǎng)(靜電分析器，ESA)，這就構(gòu)成了雙聚焦質(zhì)量分析器。72024/5/38二、雙聚焦質(zhì)量分析器

(doublefocusingmassanalyzer)一束具有能量分布的離子束，經(jīng)過(guò)扇形靜電場(chǎng)的偏轉(zhuǎn)后，離子按能量的大小順次排列。因靜電場(chǎng)與靜磁場(chǎng)一樣具有能量色散作用，因此如果使二者的能量色散數(shù)值相等、方向相反，離子在通過(guò)扇形電場(chǎng)和扇形磁場(chǎng)之后即能達(dá)到能量聚焦；加上方向聚焦作用，就是“雙聚焦”。離子在方向、能量都聚焦的情況下，質(zhì)譜可達(dá)到高分辨！雙聚焦質(zhì)量分析器是目前高分辨質(zhì)譜中最常用的質(zhì)量分析器?。。?024/5/3三、四級(jí)桿質(zhì)量分析器

(quadrupolemassanalyzer)92024/5/310質(zhì)量分析器離子源四極桿作為質(zhì)量過(guò)濾器mmabovembelow檢測(cè)器離子源X+,X-RF/DCRF/DC四級(jí)桿質(zhì)量分析器基本原理2024/5/3±（U-Vcosωt）±（U+Vcosωt）優(yōu)點(diǎn)四級(jí)桿質(zhì)量分析器是一種無(wú)磁分析器，體積小，重量輕，操作方便，掃描速度快，分辨率較高，適用于色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀器。棒狀電極上加一個(gè)直流電壓(DC)和一個(gè)射頻電壓(RF),兩對(duì)電極之間的電位相反。對(duì)于給定的直流和射頻電壓,

只有特定質(zhì)荷比的離子能夠通過(guò)并到達(dá)檢測(cè)器,其他質(zhì)荷比的離子則與電極碰撞湮滅。改變DC/RF,可以實(shí)現(xiàn)質(zhì)譜掃描功能。112024/5/3

四極桿質(zhì)譜計(jì)是目前最成熟、應(yīng)用最廣泛的小型質(zhì)譜計(jì)之一。在氣相色譜-質(zhì)譜(GC/MS)和液相色譜-質(zhì)譜(LC/MS)聯(lián)用儀中,四極桿是最常用的質(zhì)量分析器之一。在研究級(jí)應(yīng)用中,常涉及質(zhì)譜儀器多級(jí)串聯(lián)系統(tǒng)MSn,而四極桿質(zhì)譜計(jì)則是MSn

實(shí)驗(yàn)中最常用的質(zhì)譜計(jì)類型之一；例如：三級(jí)四極桿串聯(lián)質(zhì)譜。應(yīng)用

122024/5/3四、離子阱(IonTrap)由兩個(gè)端蓋電極和位于它們之間的類似四極桿的環(huán)電極構(gòu)成。端蓋電極施加直流電壓或接地,環(huán)電極施加射頻電壓(RF),通過(guò)施加適當(dāng)電壓就可以形成一個(gè)勢(shì)能阱(離子阱)。根據(jù)RF電壓的大小,離子阱就可捕獲某一質(zhì)量范圍的離子。離子阱可以儲(chǔ)存離子,待離子累積到一定數(shù)量后,升高環(huán)電極上的RF電壓,離子按質(zhì)量從高到低的次序依次離開(kāi)離子阱,被電子倍增監(jiān)測(cè)器檢測(cè)。被稱作“四級(jí)桿的三維形式”132024/5/3當(dāng)一組由電離源(化學(xué)電離源或電子轟擊源)產(chǎn)生的離子由上端小孔進(jìn)入阱中后,離子儲(chǔ)存于RF和DC形成的電場(chǎng)中；射頻電壓開(kāi)始掃描,陷入阱中離子的軌道則會(huì)依次發(fā)生變化而從底端離開(kāi)環(huán)電極腔,從而被檢測(cè)器檢測(cè)。142024/5/3優(yōu)點(diǎn)及用途

1、單一的離子阱可實(shí)現(xiàn)多級(jí)串聯(lián)質(zhì)譜MSn；2、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,性價(jià)比高；3、靈敏度高,較四極質(zhì)量分析器高10～1000倍;4、質(zhì)量范圍大(商品儀器已達(dá)6000)。這些優(yōu)點(diǎn)使得離子阱質(zhì)譜計(jì)在物理學(xué)、分析化學(xué)、醫(yī)學(xué)、環(huán)境科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域中獲得了廣泛的應(yīng)用。152024/5/3五、傅立葉變換離子回旋共振

(FT-ICR)162024/5/3當(dāng)運(yùn)動(dòng)半徑增大到一定程度之后停止激發(fā),所有離子都同時(shí)從共振狀態(tài)回落,并且在檢測(cè)板上形成一個(gè)自由感應(yīng)衰減信號(hào),即像電流(imagecurrent)，被電學(xué)儀器放大和記錄。得到的像電流是包括了所有離子自由感應(yīng)衰減信息的時(shí)域信號(hào)，在經(jīng)過(guò)傅立葉轉(zhuǎn)換以后就可以獲得一個(gè)完整的頻率域譜。而離子的質(zhì)荷比與其共振頻率具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系,因此我們可以方便地得到通常的以質(zhì)荷比為橫坐標(biāo)的質(zhì)譜圖。FT-ICRMS將離子源產(chǎn)生的離子束引入ICR中,隨后施加一個(gè)涵蓋了所有離子回旋頻率的寬頻域射頻信號(hào)。在此信號(hào)的激發(fā)下,所有離子同時(shí)發(fā)生共振并沿著一個(gè)半徑逐漸增大的螺旋型軌跡運(yùn)動(dòng)。原理172024/5/3特點(diǎn)：

傅立葉變換質(zhì)譜計(jì)的分辨率極高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其它質(zhì)譜計(jì)。在m=1000u時(shí)，商品儀器的分辨率可超過(guò)；可完成多級(jí)（時(shí)間上）串聯(lián)質(zhì)譜的操作，由于它可提供高分辨的數(shù)據(jù)，因而信息量更豐富；一般采用外電離源，可采用各種電離方式，便于與色譜儀聯(lián)機(jī)；靈敏度高、質(zhì)量范圍寬、速度快、性能可靠等。182024/5/3六、飛行時(shí)間質(zhì)量分析器(TOF)核心部分—離子漂移管原理：用一個(gè)脈沖將離子源中的離子瞬間引出，經(jīng)加速電壓加速，它們具有相同的動(dòng)能而進(jìn)入漂移管，質(zhì)荷比最小的離子具有最快的速度因而首先到達(dá)檢測(cè)器，質(zhì)荷比最大的離子則最后到達(dá)檢測(cè)器。192024/5/3優(yōu)點(diǎn)：從原理可知，飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)檢測(cè)離子的質(zhì)荷比是沒(méi)有上限的，這就特別適合于生物大分子的測(cè)定。如：用TOF測(cè)定單克隆的人免疫球蛋白，分子量已高達(dá)9820002000u。飛行時(shí)間質(zhì)譜計(jì)要求離子盡可能“同時(shí)”開(kāi)始飛行，適合于與脈沖產(chǎn)生離子的電離過(guò)程相搭配，分析適用于脈沖離子化方式（如MALDI）的大分子量的多肽、蛋白質(zhì)。掃描速度快，適于研究極快的過(guò)程。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，便于維護(hù)。202024/5/3串聯(lián)質(zhì)譜儀212024/5/3QOOQOQ1HyperquadQ3HyperquadQ2CollisionCellTSQQuantumComponentsDetectionSystemIonMAXSourceInterfaceHeatedCapillaryMassAnalyzer222024/5/3樣品導(dǎo)入毛細(xì)管，四極預(yù)