深度解析TOF 飞行时间质谱Word下载.docx
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检测器性能(1ns)
机械加工精度(10um/1000mm)
TOF质量分析器的特点
TOF的特点1:
高速下的高分辨
1、高速——upto30,000spec/s
---微秒级的快速反应检测,30~500us/spec(火花放电源)
---2D-GC分析(灵敏度一般,ppm级别,丌如离子阱和四极杆,但速度快)
2、高分辨——500to60,000FWHM
---定性能力强,高分辨
---高精度分子量鉴定,质量稳定性
(1)与FTMS或者Orbitrap比较
扫描速度快(1~10000Hzvs0.1~5Hz)
(2)与磁质谱、FTMS比较
全谱质量范围宽(1~∞uvs1~4000u)
TOF的特点2:
简单、高质量
结构简单
成本和售价低,相对不FTMS、Orbitrap等高分辨质谱
无磁场、射频电场,纯高压电源
理论上无质量上限
(1)LCMS:
适合生物大分子的检测
1000u~10000u,&
gt;
10ku只能做MALDITOF
受到离子传输的限制,基本四极场理论限制
电压强度&
lt;
20kVpp
频率和四极杆长度互相限制
(2)MALDITOF:
生物质谱
最大20MDa
上限受到检测器能力的限制,离子电子转换困难
TOFMS的应用领域
(1)GC-MS
WatersGCT、LECO2D-GCMS、
国内有研发(复旦、禾信、厦门质谱)
(2)LC-MS,很多
Proteomics,国内有研发(复旦,国家重大科学仪器2012)
一般的LCMS,禾信分析(国家重大科学仪器2011)
(3)TOF-SIMS
PHI,很贵,
国内有研发(地科院刘敦一,国家重大科学仪器2011)
(4)Mobile-MS
HORIBAKORE,MS-200,国内有研发
(5)online/processMS
俄罗斯,国内有研发
(6)MALDITOF
Bioyoung北京(OEM英国SAI)
复旦(MALDILIT-TOF)、厦门质谱
TOFMS的工程要点
1、高精度的加工
大尺寸下的高精度,200mm:
5um
无复杂曲线加工
2、高稳定度高压电源
高稳定度:
10ppm/8h@5kV
低噪音:
10mV@5kV
3、快电子学设备
MCP&
3nsresponsetime,10kRMB
500MHz~1GHzpreamplifier,20kRMB
&
1Gspsrecorders,150kRMB
TOF硬成本分析
当然,最重要的是精妙的理论
TOFMS关键技术
1、Wiley-McLaren聚焦(Wiley,美国,1955)
(修正初始速度和位置的发散)
1、用于早期的直线型TOF-MS
——脉冲聚焦离子束,减少初始能量的发散
——直接提高分辨力至1000FWHM
离子飞入加速区一定时间后,给离子二次加速
初始能量低的离子得到较多的二次加速能量,而较高的离子得到的能量少,补偿机制
在一定据距离后,离子束的宽度会有最小值
2、不同初始位置的离子的飞行时间得到聚焦
TOFMS中狭缝宽度不再是障碍;
狭缝宽度、灵敏度、分辨力在一定范围内可以是正向互相促进的!
2、反射器(Mamyrin,俄国,1973)
(增加飞行距离,补偿能量发散)
1、直线型TOF转向反射式TOF
——飞行距离倍增
——减少初始能量的分散
——更高的分辨力,3000
——垂直反射、成角反射
能量高的离子进入反射器的深度大,消耗的时间多;
飞行距离倍增,分辨力x2还要多
2、各种反射器(垂直反射)
3、成角反射
岛津QIT-TOFMALDI
3、垂直加速(Guilhaus,俄国,1989)(减少初始动能和位置的发散)1、用于连接离子束和TOFMS:
LCTOF、GCTOF
离子束轴向与TOF飞行方向垂直
离子束发散小
分辨力3000
离子加速方向与初始运动方向垂直,离子的初始动能对飞行时间的干扰小,连续流离子束的流动动能影响减小。
2、要点
电压:
PUSH、PULL、GND、OFFSET
PULSER的质量严重影响TOF的分辨力
4、延时萃取(Brown,美国,1995)
(减少初始动能和位置的发散)
1、用于MALDI的离子源处(不能用垂直加速技术)
利用二次脉冲减少激光打击后溅射出的离子的动能发撒
现代TOFMS简介
TOFMS的类型
1、DodonovstyleESI-oaTOF
ESI源的高分辨TOF-MS
——分辨力5000~6万FWHM
采用的关键技术
——Wiley-McLaren聚焦
——反射器(Mamyrin,1973)
——垂直引入(Guilhaus,1989)
Prof.Dodonov@厦门大学,1998
2、QstarQ-TOF-MS
Sciexproduct
Q-TOF
——QbyDJDouglas
——TOFbyChernushevich
Anintroductiontoquadrupole–time-of-flightmassspectrometry,IVChernushevich,J.MassSpectrom.2001;
36:
849–8653、6200/6500TOFMS
4、WatersQTOF
5、复旦大学,MS800,2006
6、复旦大学LIT-TOF2011
7、WatersGCT
7000分辨
定性能力强
8、LECOGCxGCTOF
高速采集,100Hz
9、MALDITOF
关键技术·
WM聚焦
反射器·
延时萃取
10、MALDITOF2
线性模式下单电荷质量上限高、灵敏度高
增加飞行距离取得高分辨·
正负离子同时检测
11、禾信ATOF
12、便携式TOF
英国KOREMS200
13、厦门大学
14、TOF-SIMS
MOREABOUTTOFMS
TOF质谱仪器内部分区
离子源的考察
1、ESI离子源的考察要点——样品
(1)样品的特性
简单有机分子——一般的药物
敏感小分子——金属有机
生物敏感(大)分子——蛋白复合物
(2)样品极性
可以被质子化——[M+H]+
离子化——APCI等,[M]+
非极性——Photo-ionization,[M]+
(3)溶解方式(溶剂极性、挥发性、毒性)
与LC流动性相同:
水、乙腈、甲醇
相似相溶
(4)样品的杂质
盐类——严重干扰离子化过程
电子、质子的受体——抢夺离子化过程
2、ESI离子源的技术特点——仪器
(1)流速
常规色谱柱——trubospray、ionspray,ml/min
nano色谱柱——nanospray
离线分析——可以测量ESI电流(不会与色谱柱的电渗流混淆)
(2)温度、辅助气体
辅助气体——提高去溶剂效率、热传递
加热辅助气体
(3)辅助离子来源
APCI放电针——激发态氮分子
DART、DESI等——小分子离子
3、常见ESI离子源
(1)Sciex
Turbospray——加热辅助气体
ionspray——常温,常规化学分析
(2)Newobjective,Proxeon,Advion
Nano-spray
(3)Michrom
Captive-nanospray
(4)DART、DESI——分子离子反应
4、ESI离子源与API接口
什么是API接口
(1)Air/atmospherepressureinterface
(2)连接大气压和真空系统的第一级(机械泵)
760torrto1torr
怎么做这个孔是API的最关键技术
加热反冲气体(对吹)
离子聚焦透镜(760、1torr)
隔离阀门(mariner、waters)
(3)常规ESI-API会损失99%以上的离子
5、API重要技术——Nozzle
Nozzle——SCIEX、waters
0.2mm的不锈钢板打小孔
薄!
与离子接触机会少
干净、直接、污染少,适合于生物样品
小孔会逐渐损耗变大,真空负担增大
Turbospray采用了反吹气和加热的金属化陶瓷nozzle
6、API重要技术——加热玻璃毛细管
加热玻璃毛细管——Agilent、bruker
(1)内径0.3mm,长度100mm,温度超过80度
(2)空气动力学抽入离子,不依赖电场
可以出现离子逆着电场进入质谱的现象
设和与CE等连接
可以检测单纯的ESI电流(没有电渗流)
(3)加工更容易,高温下离子吸附少
(4)低于80度污染大
7、其他API接口技术——金属毛细管
金属毛细管——Finnigan、岛津
基本上同玻璃毛细管
但是电场梯度必须遵守,否则没信号
可以弯曲了,岛津CDL
API1torr下的离子处理技术
1、API离子传输技术
气压1torr左右,平均自由程1cm
(1)作用:
气体分子和离子的分离
(2)分子离子反应非常容易:
de-cluster
chargereduction
Molecule-ionreaction
Ion-ionreaction
(3)离子在电场下的运动开始可以计算和模拟
理论计算作用有限
趋势是有的!
(4)容易放电,DC、RF不能超过1000Vpp
(5)真空膨胀过程会大量吸热,温度会降低至-150度
2、API离子采样方式
(1)双锥
API锥,Nozzle
采样锥,samplingcone
(2)Q00
小型四极杆
多极杆
方形杆、圆筒杆等
(3)S-lens
层叠圆环
ionfunnel
双锥采样API
(简单、纯静电)
Q00技术的API
MIR,QJET
MIR:
DC+RF
QJET:
RF
FudanQ00blades
S-lens
Ionfunnel
S-lens的变形
灵敏度好、结构复杂
金!
容易污染,S
IONGUIDE真空条件下的离子传输
1、Ionguide
(1)作用
离子与背景气体分子碰撞,动能下降,冷却离子
汇聚成束
(2)方法
RF——secularmovement
RFonly四极杆、多极杆
2、四极杆的基本性质
(1)四极杆作为IG的重要指标
质量范围
灵敏度
停留时间
(2)四极杆作为IG的参数
RF频率
RF强度
四极杆直径
四极杆长度
作为LINAC的计算应采用离子阱的方法
3、四极杆参数vs指标关系表
4、四极杆传输离子的特点
Q=0.1~0.9,8xfold
最佳传输q=0.7附近
q=0.908存在,LMCO
5、多极杆和四极杆的比较
四极杆拥有最好的灵敏度,但不利于较宽的质量范围
6、LINAC加快离子的传输
Linearaccelerator
7、T-wave离子迁移
离子的尺寸分离
蛋白分析
同分异构体分析
速度慢、灵敏度中
HYBRIDTOFMS飞行时间质谱的串联技术
1、QTOF
MS1~2
成本高、速度快、灵敏
Anintroductiontoquadrupole–time-of-flightmassspectrometryJ.MassSpectrom.2001;
849–865
2、IT-TOF
高灵敏度、MS几都慢
3、LIT-TOF
(1)MSn
(2)高速、高分辨
MS2比QTOF差一点
MSn有可能
4、复旦LIT-TOF2
MIR-Trap-Trap-TOF
5、IMS-TOF
生物分子的构型和构象分析
IG-TOF接口
1、离子束和TOF的接口
(1)能量限制
6~20eV+/-0.5eV——Rodoffset
(2)离子束质量
发散角小,5度——Einzellens
轴向偏差,1度——DCQ
离子束与TOF接口比Q、IT和FTMS都要难,比Orbitrap简单
2、典型的Dodonov型ESIoaTOF
3、TOF的dutycycle
离子进入的能量基本相同
小离子跑得快,大离子跑得慢,占空比。
造成TOF谱图有效m/z区间实际上是10xfold
改进:
(1)Pulsar,局部优化
(2)线性离子阱做PUSH,MS1就太慢了,10Hzvs10kHz
4、质量范围的选择
影响TOFmz质量覆盖的因素
Push的占空比——Pulser的频率
IG的传输特性——RF电压2011/12/10LIT-TOF,创新科学仪器工程中心39质
看见小的就看不见10x的大的,看见大的就看不见1/10的小的。
5、DutycycleparadoxforUHRTOF
(1)TDC需求
高电压——大m/z灵敏度好
高速TDC
(2)HV高→TOF小→占空比小→提高频率
(3)ADC要求
峰宽一定,TOF要长→很长的飞行管
动态范围好
(4)TOF长→占空比小→增大管子直径
飞行时间高分辨质谱联用仪
在中药活性成分分析中的应用案例
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- 深度解析TOF 飞行时间质谱 深度 解析 TOF 飞行 时间