(浙江大學(xué)研究生質(zhì)譜課件)質(zhì)譜-第四講

§1.3離子阱分析器-IontrapWolfgangPaul

1989NobelPrizeforPhysics

UniversityofBonn

Bonn,FederalRepublicofGermanyb.1913d.1993

"forthedevelopmentoftheiontraptechnique"

是由一對(duì)環(huán)形電極(RingElectrode)和兩個(gè)呈雙曲面形的端蓋電極組成(EndcapclectrodeQuistor—QuadrupoleIonStoreEsquire:externalsoursequistorwithresonanceejection一般離子阱內(nèi)部充以10-3torr的氦氣,使離子在阱中的運(yùn)動(dòng)受到阻力,較集中于中心,提高了靈敏度〔檢出限很低〕與分辨率.優(yōu)點(diǎn):1.單一的離子阱可實(shí)現(xiàn)了多級(jí)串聯(lián)質(zhì)譜(MS)n.傳統(tǒng)的串聯(lián)質(zhì)譜:空間上的串聯(lián)—由幾個(gè)質(zhì)量分析器串聯(lián)而成價(jià)格昂貴離子阱是“時(shí)間上”的串聯(lián)質(zhì)譜價(jià)格低廉結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，性能價(jià)格比高靈敏度高，較四極桿高10-1000倍質(zhì)量范圍大單電荷已達(dá)6000缺點(diǎn)：質(zhì)譜與標(biāo)準(zhǔn)圖譜有一定差異，重復(fù)性較差〔為什么？〕由于在離子阱中的離子有較長(zhǎng)的停留時(shí)間較易發(fā)生離子-分子反響§1.4時(shí)間飛行質(zhì)譜Time-of-Flight(TOF)MassAnalyzer在離子源中產(chǎn)生的離子經(jīng)過(guò)電壓V加速后獲得的速度為

(1)

zeV=1/2m2飛行時(shí)間質(zhì)量分析器的核心局部是一個(gè)離子漂移管〔Drifttube),進(jìn)行質(zhì)量分析的原理是：用一個(gè)脈沖將離子源的離子引出，經(jīng)加速電壓加速，它們具有相同的動(dòng)能進(jìn)入漂移管，質(zhì)荷比最小的離子具有最快的速度首先到達(dá)檢測(cè)器，質(zhì)荷比最大離子最后到達(dá)檢測(cè)器。上式中,ze是離子的電荷,m是其質(zhì)量.經(jīng)過(guò)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的漂移管到達(dá)檢測(cè)器,離子飛行所需的時(shí)間:(2)由上式可以看出,質(zhì)量越大的離子飛行速度越小,到達(dá)檢測(cè)器所需的時(shí)間越長(zhǎng).兩個(gè)質(zhì)量分別為m1與m2的離子飛行的時(shí)間之差為:儀器的質(zhì)量分辨率可近似地由時(shí)間表示:m/mt/t由上式可見(jiàn),提高加速電壓,使離子的飛行時(shí)間縮短,儀器的分辨下降,而增加漂移管的長(zhǎng)度后,使離子的飛行時(shí)間增加,儀器的分辨率提高。采用離子反射技術(shù)ReflectronorIonmirror即加上一個(gè)與離子電位相同的電位〔如正離子加正電位〕在此電位的作用下，飛行的離子會(huì)逐漸停止并加速到相反方向，以一個(gè)小的角度反向飛行，速度大的離子，經(jīng)離子鏡的時(shí)間稍長(zhǎng)一些，因此出離子鏡時(shí)，與速度稍慢的離子就接近多了，從而使分辨率大大提高。----犧牲了靈敏度飛行時(shí)間質(zhì)譜的優(yōu)點(diǎn)：從原理講,飛行時(shí)間質(zhì)譜檢測(cè)離子的質(zhì)荷比是沒(méi)有上限的,特別適用于生物大分子的測(cè)定.

人免疫球蛋白(monoclonalhumanimmunoglobulin)---9820002000u(TOF測(cè)定)

該質(zhì)譜要求離子盡可能”同時(shí)”飛行,也將特別適用于與脈沖產(chǎn)生離子的電離過(guò)程相匹配,MALDI-TOF天然聯(lián)用.

掃描速度快結(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.§1.5傅立葉變換離子盤(pán)旋共振FouriertransformionCyclotronResonance-FT-ICR傅立葉變換離子盤(pán)旋共振(FT-ICR)的分析室是一個(gè)置于均勻(超導(dǎo))磁場(chǎng)中的立方空腔:離子沿平行于磁場(chǎng)的方向進(jìn)入分析室加在垂直磁場(chǎng)的捕集電極的低直流電壓形成一個(gè)靜電場(chǎng)將離子拘禁于室中.在磁場(chǎng)的作用下,離子在垂直于磁場(chǎng)的圓形軌道上作盤(pán)旋運(yùn)動(dòng).=1.537x107xzB/mFT-ICR的優(yōu)點(diǎn)十分突出:

分辨率極高,遠(yuǎn)超過(guò)其他質(zhì)譜.M=1000m,R=106(意義?)

可完成多級(jí)(時(shí)間上的)串聯(lián),由于提供的是高分辨的數(shù)據(jù),

富含結(jié)構(gòu)信息.

3)一般采用外電離源,可采用多種離子原,便于聯(lián)用.4)靈敏度高,質(zhì)量范圍較寬,質(zhì)量精度好,速度快,性能可靠.FT-ICRMSWithESIAndMALDI傅立葉離子盤(pán)旋共振高分辨質(zhì)譜儀423.091792FTICR-MSinCombinatorialChemistryFigure8425.090563From:BiotechnologyandBioengineering(CombinatorialChemistry),VOL.71,NO.2,2000/2001DietmarG.Schmid,PhilippGrosche,HolgerBandel,G?ntherJung423425550.9964From:BiotechnologyandBioengineering(CombinatorialChemistry),VOL.71,NO.2,2000/2001DietmarG.Schmid,PhilippGrosche,HolgerBandel,G?ntherJung例：請(qǐng)給出以下圖所示的分子離子峰〔分子量〕

3150698587119135137

396379134例：請(qǐng)給出以下圖所示的分子式13752第二節(jié).一些常見(jiàn)的離子類(lèi)型§1:分子離子(M+.)

分子離子在質(zhì)譜中提供了最有價(jià)值的信息質(zhì)量數(shù)分子量,并與元素組成密切相關(guān)§1.1分子離子的穩(wěn)定性規(guī)律

分子離子的穩(wěn)定性可影響到分子離子峰的形成

在ＥＩ中：Ｍ

＋的穩(wěn)定性順序：芳香環(huán)(芳香雜環(huán))脂環(huán)硫醚,硫酮共扼烯直鏈烷烴酰胺酮醛胺醚羧酸支鏈烴腈伯醇仲醇叔醇縮醛胺,醇等化合物的EI質(zhì)譜中往往觀(guān)測(cè)不到M+§1.2分子離子的判斷

樣品化合物足夠穩(wěn)定，軟電離方法等分子離子對(duì)應(yīng)的譜峰稱(chēng)為分子離子峰，與分子量相對(duì)應(yīng)判斷原那么須是高質(zhì)量端的離子峰須符合氮規(guī)那么有機(jī)化合物由C,H,N,O,F,X,S等組成,凡不含N原子或偶數(shù)個(gè)N原子的分子,其分子量必為偶數(shù)(以最豐同位素原子的質(zhì)量計(jì)算);凡含奇數(shù)N原子的分子,其分子量必為奇數(shù).(3)須看喪失是否合理分子峰的質(zhì)量數(shù)與其相鄰的次一個(gè)峰質(zhì)量數(shù)之差(m)是喪失的碎片m=15為(M-CH3)+,m=17(M-OH)+m=18(M-H2O)+m=30喪失CH2O或NO判斷:m=14,-CH2同系物m=5—13不可能喪失3-5個(gè)氫幾率是很小的注意加合離子峰

[M+Na]+,[M+NH4]+例：請(qǐng)給出以下圖所示的結(jié)構(gòu)式

3169507695

2975例：請(qǐng)給出以下圖所示的分子式761545461.444462.3100303.42946952.41.276461.169100510.35025

與分子量相對(duì)應(yīng)的峰稱(chēng)之為分子離子峰:用M+表示,EI條件.軟電離(ESI單電荷)條件,與分子量相對(duì)應(yīng)的峰稱(chēng)為準(zhǔn)分子離子峰(QuasimoecularIon),質(zhì)子化離子峰(ProtonatedIon),還有加合離子與多電荷離子等幾個(gè)值得注意的概念Ａ：奇電子離子－帶有未成對(duì)電子的分子離子或碎片離子稱(chēng)為奇電子離子〔Odd-elctronionsOE+.)B:偶電子離子－外層電子完全成對(duì)電子的離子稱(chēng)為偶電子離子〔Ｅven-elctronionsEE+)C:基峰，碎片峰D:亞穩(wěn)離子第四章碎裂機(jī)理質(zhì)譜的根本作用:(1)分子量確實(shí)定(2)元素組成的分析(3)結(jié)構(gòu)信息提取-特征碎片化合物類(lèi)型與碳骨架特征碎片裂解機(jī)理§4.1單分子裂解〔ＥＩ電離過(guò)程〕質(zhì)譜反響都是單分子的〔為什么？〕離子源中足夠低的樣品壓力使得雙分子以及其他的碰撞反響可以忽略電離過(guò)程足夠”冷”的將形成分子離子M+.,分子離子也可通過(guò)各種能量相關(guān)的途徑發(fā)生單分子反響,并導(dǎo)致各類(lèi)碎片離子的形成與中性碎片的喪失,這些反響往往是連續(xù)的與競(jìng)爭(zhēng)性的.

ABCDABCD+.A++BCD.-eA

+BCD+BC++DD

+ABC+BC++ArAD+.+BC質(zhì)譜過(guò)程中的單分子裂解示意圖§4.2影響離子豐度的主要因素一般而言,質(zhì)譜中最強(qiáng)豐度的碎片離子來(lái)自形成最穩(wěn)定產(chǎn)物(離子與中性碎片)的反響途徑.(立體效應(yīng)等)1.

產(chǎn)物離子的穩(wěn)定性產(chǎn)物離子的穩(wěn)定性是影響離子豐度的最重要因素:電子共享(包括雜原子非鍵軌道的參與)B.共振穩(wěn)定2.Stevenson’s規(guī)那么(1951)ABCD+.A++BCD.A

+BCD+具有較高電離能的碎片將能更好地保持未成對(duì)電子,具有較