色譜質譜聯用儀

色譜質譜聯用儀18.4.1概述質譜：純物質的結構分析色譜：化合物分離色譜-質譜聯用：共同優(yōu)點類型：GC-MS；GC-IR；LC-MS；CZE-MS（毛細管電泳-質譜）困難點：載氣(或流動液)的分離；出峰時間監(jiān)測；儀器小型化；關鍵點：接口技術。第2頁,共44頁，2024年2月25日，星期天18.4.2GC-MS聯用儀器SampleSample

58901.0DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMassSelectiveDetectorDCBA

ABCDGasChromatograph(GC)MassSpectrometerSeparationIdentificationBACDADBCMS第3頁,共44頁，2024年2月25日，星期天GC-MS中的分子分離器填充柱色譜需要分子分離器分離載氣,濃縮試樣分子。毛細管色譜柱可直接與質譜聯結。

分子分離器類型：

微孔玻璃式、半透膜式和噴射式三種。噴射式分子分離器：

由一對同軸收縮型噴嘴構成，噴嘴被封在一真空室中。可做成多級。第4頁,共44頁，2024年2月25日，星期天色譜-質譜聯用儀的三維譜圖第5頁,共44頁，2024年2月25日，星期天色譜-四極質譜聯用儀第6頁,共44頁，2024年2月25日，星期天儀器結構色譜-四極桿質譜儀結構示意圖第7頁,共44頁，2024年2月25日，星期天儀器與結構第8頁,共44頁，2024年2月25日，星期天色譜-飛行時間質譜聯用儀第9頁,共44頁，2024年2月25日，星期天18.4.3LC-MS聯用儀器發(fā)展比GC-MS晚，80年代中期實用化。主要問題：溶劑去除。LC流速：0.5～數mL

真空泵抽氣速度100

L

熱不穩(wěn)定，揮發(fā)度低，生物分子電離。關鍵：特殊接口與電離源技術（提出有27種）實際應用：熱噴霧，80年代較多應用，后被APCI取代快原子轟擊大氣壓化學電離：

APCI

電噴霧電離：ESI第10頁,共44頁，2024年2月25日，星期天1.電噴霧電離接口RayleighLimitReached++++++++++-----++++++++++-----++++++--++++++--Evaporation++ChargedDroplets試樣離子準分子離子AnalyteIonsSolventIonClustersSalts/IonpairsNeutrals++++++++--其他離子電噴霧電離：毛細管加電壓3～６kV，液滴表面電荷密度增加到臨界點，靜電場的排斥力大于表面張力，液滴越來越小。第11頁,共44頁，2024年2月25日，星期天Electrospray，ESI電噴霧電離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。氣簾的作用：霧化；蒸發(fā)溶劑；阻止中性溶劑分子。第12頁,共44頁，2024年2月25日，星期天電噴霧電離分子不裂解，產生多電荷離子，相對分子質量Mr計算：選相鄰峰，電荷n，n+1m1=(Mr+n)/2m2=(Mr+n+1)/(n+1)計算結果如表。不適用于非極性化合物第13頁,共44頁，2024年2月25日，星期天電噴霧電離-多電荷離子第14頁,共44頁，2024年2月25日，星期天大氣壓化學電離（APCI）熱噴霧(100～120

C)+化學電離；適用于熱穩(wěn)定化合物分析。第15頁,共44頁，2024年2月25日，星期天大氣壓化學電離（APCI）DielectriccapillaryHighwattageheaterHPLCinletCoronadischargeneedleVaporizerNebulizergas+++++++++++++++++++++++第16頁,共44頁，2024年2月25日，星期天大氣壓化學電離

（APCI）

LC-APCI-MS

分析譜圖第17頁,共44頁，2024年2月25日，星期天2.離子阱質量分析器

特定m/z離子在阱內一定軌道上穩(wěn)定旋轉，改變端電極電壓，不同m/z離子飛出阱到達檢測器。第18頁,共44頁，2024年2月25日，星期天3.LC-MS(離子阱)聯用儀器結構示意圖第19頁,共44頁，2024年2月25日，星期天LC-MS(四極桿)聯用儀器結構示意圖第20頁,共44頁，2024年2月25日，星期天18.4.4毛細管電泳-質譜聯用儀器與液相色譜-質譜聯用儀的原理基本相同。三個問題：1.幾十

kV的電壓，緩沖溶液，安全；2.毛細管電泳流速1

L，直接連接，破壞層流；3.進樣量很?。╢mol），需要高靈敏度。接口：電噴霧ESI第21頁,共44頁，2024年2月25日，星期天CE-ES-MS聯用儀器接口示意圖第22頁,共44頁，2024年2月25日，星期天CE-ES-MS聯用儀器結構示意圖第23頁,共44頁，2024年2月25日，星期天18.4.5ICP-MS聯用儀器（無機質譜）ICP具有很高的原子化效率，可分析眾多元素。第24頁,共44頁，2024年2月25日，星期天ICP-MS聯用儀接口示意圖第25頁,共44頁，2024年2月25日，星期天ICP-MS聯用儀器特點1.樣品在大氣壓下送入系統(tǒng)；2.樣品在高溫下進行完全氣化和分解；3.樣品原子化、離子化比例高；4.大多數元素產生的是單電荷離子5.離子能量分散很??；6.ICP不需要真空的離子源7.離子源處于低電位，可配置簡單的質量分析器缺點：高溫，需特殊材料；離子源氣壓高第26頁,共44頁，2024年2月25日，星期天18.4.6MS-MS聯用儀器（多級質譜）1.MS-MS聯用的作用

得到更多的分子離子和碎片離子的結構信息。早期：主要將亞穩(wěn)離子作為一種研究對象。亞穩(wěn)離子：指離子源出來的離子，不穩(wěn)定，前進過程中發(fā)生了分解，丟掉一個中性碎片后生成的新離子。母子關系

結構研究20世紀80年代：軟電離技術（ESI、APCI、FAB、MALDI等），基本上都只有準分子離子，沒有結構信息，更需要串聯質譜法得到結構信息。第27頁,共44頁，2024年2月25日，星期天MS-MS與GC-MS比較第28頁,共44頁，2024年2月25日，星期天MS與

MS-MS

聯用儀

分析結果對比第29頁,共44頁，2024年2月25日，星期天2.MS-MS聯用的主要串聯方式（1）空間串聯碰撞活化室將前級質譜儀選定的離子打碎，由后一級質譜儀分析。扇形磁場(B)電場(E)串聯方式：BEB；EBE；BEBE四極桿串聯方式：三級Q-Q-Q混合型串聯方式：BE-Q；Q-TOF；EBE-TOF(飛行時間)MS活化MS選擇分析第30頁,共44頁，2024年2月25日，星期天MS-MS聯用方式示意圖BE型BEB型Q-Q-Q型三級四極質譜儀第31頁,共44頁，2024年2月25日，星期天混合型MS-MS聯用方式示意圖BEQQ組合QEB組合第32頁,共44頁，2024年2月25日，星期天（2）時間串聯MS活化MS前一時刻選定-離子，在分析器內打碎后，后一時刻再進行分析。

兩類：離子阱質譜儀；回旋共振質譜儀時間上進行選擇。無論是哪種方式的串聯，都必須有碰撞活化室，從第一級MS分離出來的特定離子，經碰撞活化后，再經第二級MS進行質量分析，取得更多的信息。

第33頁,共44頁，2024年2月25日，星期天3.碰撞活化分解軟電離：準分子離子峰，碎片很少，缺結構信息。準分子離子

“打碎”

碎片離子質譜分析串聯質譜：碰撞活化、碰撞誘導分解(Collisionactivateddissociation,CAD；CollisionInduceddissociation,CID)技術把離子“打碎”。磁式質譜儀：離子加速電壓超過1000V，高能CAD方式四極桿，離子阱：不超過100V，低能CID。Ar

碰撞室離子能量EMS1MS2第34頁,共44頁，2024年2月25日，星期天4.MS-MS串聯質譜工作方式和主要信息（1）三級四極(Q-Q-Q)的工作方式和信息Q1：四級桿用于質量分離Q2：四極桿用于碰撞活化(CID)Q3：四極桿用于質量分離主要工作方式有四種第35頁,共44頁，2024年2月25日，星期天主要工作方式：a子離子掃描：MS1選定-質量，CID碎裂，MS2掃描得子離子譜。b母離子掃描：MS2選定一子離子，MS1掃描，得到的是能產生選定子離子的那些離子，即母離子譜。c中性丟失譜掃描：MS1和MS2同時掃描。保持固定的質量差，只有滿足相差-固定質量的離子才得到檢測。d多離子反應監(jiān)測：MS1選擇一或幾個特定離子，碰撞碎裂,由其子離子中選出一特定離子，只有同時滿足MS1和MS2選定的一對離子時,才有信號產生。

第36頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(2)離子阱質譜儀MS-MS工作方式和信息

A階段：打開電子門，基礎電壓置于低質量的截止值，使所有的離子被阱集,利用輔助射頻電壓拋射掉所有高于被分析母離子的離子。B階段：增加基頻電壓，拋掉低于被分析母離子的離子。收集即將碰撞活化的離子。C階段：利用加在端電極上的輔助射頻電壓激發(fā)母離子，使其與阱內本底氣體碰撞，D階段：掃描基頻電壓,拋射并接收所有CID過程形成的子離子，獲得子離子譜。多級子離子譜，還可以提供母離子譜,中性丟失譜和多反應監(jiān)測（MRM）。

第37頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(3)FT質譜儀MS-MS工作方式和信息

FTMS的掃描方式：快速掃頻脈沖對所有離子“同時”激發(fā)。

MS-MS功能的FTMS：其快速掃頻脈沖可以選擇性的留下頻率“缺口”，用頻率“缺口”選擇性的留下欲分析的母離子，其它離子被激發(fā)并拋射到接收極。使母離子受激，使其運動半徑增大又控制其軌道不要與接收極相撞。此時母離子在室內與本底氣體或碰撞氣體碰撞產生子離子。再改變射頻頻率接收子離子。還可由子離子譜中選一個離子再做子離子譜。離子損失很少，FTMS可以做到5-6級子離子譜。

第38頁,共44頁，2024年2月25日，星期天(4)飛行時間質譜儀的源后裂解

離子在飛行過程中如果發(fā)生裂解，新產生的離子仍然以母離子速度飛行。因此在直線型漂移管中觀測不到新生成的離子。采用帶有反射器的漂移管；新生成的離子與其母離子動能不同，可在反射器中被分開。這種操作方式稱為源后裂解（Postsourcedecomposition，PSD）。通過PSD操作可以得到結構信息，可以認為反射型TOFMS也具有MS-MS功能。TOF-TOF串聯質譜儀已經出現。第39頁,共44頁，2024年2月25日，星期天18.4.7質譜儀性能指標1.質量范圍質譜儀所能夠進行分析的樣品的相對原子質量（或相對分子質量）范圍。通常采用原子質量單位（unifiedatomicmassunit，符號u）進行度量。原子質量單位是由12C來定義的，即一個處于基態(tài)的12C中性原子的質量的1/12，即第40頁,共44頁，2024年2月25日，星期天質量范圍:質量范圍是質譜儀所能測定的離子質荷比的范圍。GC-MS：質量范圍達到800即可；LC-MS：質量范圍要寬。對于單電荷離子，質量范圍實際上就是可以測定的分子量范圍；對于電噴霧源，形成的多電荷離子，盡管質量范圍只有幾千，但可以測定的分子量可達10萬以上。質量范圍的大小取決于質量分析器。四極桿分析器的質量范圍上限一般在1000左右，也有的可達3000，而飛行時間質量分析器可達幾十萬。

第41頁,共44頁，2024年2