质谱MS_精品文档.pptx
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质谱MassSpectrometry,化合物分子在真空条件下受电子流的“轰击”或强电场等其他方法的作用,电离成离子,同时发生某些化学键有规律的断裂,生成具有不同质量的带正电荷的离子,这些离子按质荷比(m/z)的大小被收集并记录的图谱。
质谱的定义,将样品转化为运动的气态离子并按质荷比(m/z)大小进行分离、检测并记录的一种分析方法。
质谱分析所获得的结果即离子的相对含量与质荷比之间的关系图就称为质谱图(亦称质谱)。
1898W.Wien发现带正电荷的离子束在磁场中发生偏转。
1910J.J.Thompson使用简单的电场-磁场组合装置,获得了抛物线族的质谱,证明了20Ne,22Ne两种同位素的存在。
1918A.J.Dempster采用电子轰击技术使分子离子化。
1919F.W.Aston制得了第一台速度聚焦质谱仪。
提出每种同位素的质子和中子在结合成原子核时,具有特定的质量亏损(并非整数值)。
1942商品MS出现,用于石油精炼和橡胶工业。
1960年代:
研究GC-MS联用技术。
1980年代:
研究LC-MS联用技术。
1990年代生物分析的需要,新的离子化方法。
质谱发展史,质谱图与电磁波的波长和分子内某种物理量的改变无关。
质谱是分子离子及碎片离子的质量与其相对强度的谱,谱图与分子结构有关。
质谱法进样量少,灵敏度高,分析速度快。
质谱是唯一可以给出分子量,确定分子式的方法,而分子式的确定对化合物的结构鉴定是至关重要的。
特点,质谱法分类,质谱仪构造图,Ionisation,source,Ionseparation,Detector,Output,Sample,inlet,离子源和质量分析器的压力在104-105Pa和105-106Pa。
大量氧会烧坏离子源的灯丝;用作加速离子的几千伏高压会引起放电;引起额外的离子-分子反应,改变裂解模型,谱图复杂化。
真空系统,在不破坏真空度的情况下,使样品进入离子源。
气体可通过储气器进入离子源。
易挥发的液体,在进样系统内汽化后进入离子源。
难挥发的液体或固体样品,通过探针直接插入离子源。
进样系统,分子失去电子,生成带正电荷的分子离子,分子离子可进一步裂解,生成质量更小的碎片离子,离子源,质量分析器是质谱仪的核心,不同类型的质量分析器构成不同类型的质谱仪,不同类型的质谱仪其功能,应用范围,原理,实验方法均有所不同。
质量分析器,检测记录系统,质量分析器分离并加以聚焦的离子束,按m/z的大小依次通过狭缝,到达收集器,经接收放大后被记录。
SampleIntroduction:
DirectInsertionProbe(DIP),DirectinsertionprobeConceptuallyveryeasy,practicallyverytricky,SampleIntroduction:
GasChromatography-MS(GC-MS),GCoutputtomassspectrometerSamplealreadyingasphase,SampleIntroduction:
LiquidChromatography-MS(LC-MS),DirectinfusionofsampleinsolutionSyringepump:
slowsteadyinfusionOutputfromHPLCSeparationandidentificationofcomponentsVastmajorityofsolutionissolventMustremovesolventto“see”analyteApplicabletoelectrosprayionisationESI:
seelater,电子轰击电离ElectronImpactIonization,EI化学离子化ChemicalIonization,CI场电离,场解吸FieldIonizationFD,FieldDesorptionFD快原子轰击FastAtomBombardment,FAB基质辅助激光解析电离Matrix-AssistedLaserDesorptionIonization,MALDI电喷雾电离ElectrosprayIonization,ESI大气压化学电离AtmosphericPressureChemicalIonization,APCI,离子化的方法,电子轰击电离又称为电子轰击,或电子电离。
应用最普遍,发展最成熟的电离方法。
轰击电压50-70eV,有机分子的电离电位一般为7-15eV。
可提供丰富的结构信息。
有些化合物的分子离子不出现或很弱。
电子轰击电离EI,电子轰击电离ElectronImpact(EI),离子室内的反应气(甲烷等;10-100Pa,样品的103-105倍),电子(100-240eV)轰击,产生离子,再与试样分离碰撞,产生准分子离子。
最强峰为准分子离子;谱图简单;不适用难挥发试样。
化学电离(ChemicalIonization,CI),化学电离CI,小分子如CH4,(CH3)2CH等。
以CH4为例:
CH4+eCH4+2e(46%),CH3+(39%),CH2+(7%),初级离子:
CH4+,CH3+,CH2+,准分子离子QM+,M+CH5+MH+CH4,M+C2H5+MH+C2H4,M+C2H5+MH+C2H6,场致电离FieldIonizationFieldDesorption(FI,FD),电压:
7-10kV;d1mm;强电场将分子中拉出一个电子分子离子峰强;碎片离子峰少;不适合化合物结构鉴定。
惰性气体Ar或Xe的原子首先被电离并被加速,使之具有高的动能,在原子枪(atomgun)内进行电荷交换反应:
Ar+(高动能的)+Ar(热运动的)Ar(高动能的)+Ar+(热运动的),高动能的Ar或Xe原子束再轰击样品分子使其离子化,快原子轰击FastAtomBombardment(FAB),流出液在高电场下形成带电喷雾,在电场力作用下穿过气帘。
气帘的作用:
雾化;蒸发溶剂;阻止中性溶剂分子。
电喷雾电离(ESI),MALDI可使热敏感或不挥发的化合物由固相直接得到离子。
待测物质的溶液与基质的溶液混合后蒸发,使分析物与基质成为晶体或半晶体,用一定波长的脉冲式激光进行照射时,基质分子能有效的吸收激光的能量,使基质分子和样品分子进入气相并得到电离。
基质辅助激光解析电离Matrix-AssistedLaserDesorptionIonization(MALDI),MALDI适用于生物大分子,如肽类,核酸类化合物。
可得到分子离子峰,无明显碎片峰。
此电离方式特别适合于飞行时间质谱仪。
质量分析器磁分析器,静电分析器,磁分析器-单聚焦质谱计,只有一扇形磁场的质量分析器又称为磁分析器。
加速后离子具有一定的动能:
(),该动能是由离子在加速电场获得的电势能(zV)转化的。
单聚焦磁场分析器,方向聚焦:
相同质荷比,入射方向不同的离子会聚。
分辨率不高,双聚焦分析器,方向聚焦:
相同质荷比,入射方向不同的离子会聚。
能量聚焦:
相同质荷比,速度(能量)不同的离子会聚。
质量相同,能量不同的离子通过电场和磁场时,均产生能量色散;两种作用大小相等,方向相反时互补实现双聚焦。
其他类型质量分析器,双聚焦质谱仪体积大色谱-质谱联用仪器的发展及仪器小型化(台式)需要体积小的质量分析器:
四极杆质量分析器飞行时间质量分析器离子阱质量分析器,体积小,操作简单;分辨率中等。
四极质量分析器四极质谱仪,四极质谱结构简单,价廉,体积小,易操作,无磁滞现象,扫描速度快,适合于GC-MS,LC-MS;分辨率不高。
离子阱质量分析器,特定m/z离子在阱内一定轨道上稳定旋转,改变端电极电压,不同m/z离子飞出阱到达检测器。
LC-MS(离子阱)联用仪器结构示意图,IonDetection,SampleintroducedDIP,GC,LCIonisgeneratedEI,CI,FAB,ESI,MALDIIonisseparatedMagneticsector,TOF,iontrap,quadrupoleIonmustnowbedetected2Typesofdetector:
Electronmultiplierandscintillationcounter,ElectronMultiplier,IoncollideswithdynodeBeryllium/copperCausesemissionofelectronsRepeated10-20timesCurrentgain106CurrentisthenmeasuredSensitive:
singleiondetectionLifetimeof1-2years,ScintillationCounter,IonstrikesdynodeBeryllium/copperElectronsthenhitphosphorusscreenLightsignalamplifiedby106PhotomultipliertubesSensitive:
singleiondetectionLifetimeofapproximately5years,质谱仪器的主要技术指标,质量范围:
指质谱计所检测的单电荷离子的质核比范围,分辨率(R):
分辨率是质谱计分开相邻两离子质量的能力。
分辨率(R)是两峰间的峰谷为峰高的10%时的测定值,即两峰各以5%的高度重叠。
所谓分辨本领,是指质谱仪分开相邻质量数离子的能力,即:
对两个相等强度的相邻峰,当两峰间的峰谷不大于其峰高10%时,认为两峰已经分开,其分辨率为:
其中m1、m2为质量数,且m1m2,故在两峰质量数相差较小时,要求仪器分辨率越大。
灵敏度,绝对灵敏度是指仪器可以检测到的最小样品量,有机质谱仪的灵敏度可以大于10-10g。
相对灵敏度是指仪器可以同时检测的大组分与小组分含量之比,例如相对灵敏度为10-9,表示仪器可以测定样品中杂质量是样品量的109分之一。
分析灵敏度则是指输入仪器的样品量与仪器输出的信号之比。
质谱中的常用术语,3)质荷比:
是指离子的质量与所带电荷数之比,用m/z表示。
m为组成离子的各元素的原子的标称原子质量之和,如H1;C12,13;N14,15;O16,17,18;Cl35,37等,这与平常所用的基于不同同位素的丰度而得到的平均原子量不同。
1)基峰:
质谱图上强度最大的峰,其强度规定为100。
2)相对丰度(relativeabundance,RA):
也称相对强度(relativeintendity,RI),是相对于质谱图上最高峰(即基峰)的相对百分数。
原子的标称质量:
原子核中质子数目和中子数目之和原子的精确质量:
以12C为基准的相对原子质量原子的平均质量:
化学组成相同的原子的平均相对原子质量,低分辨质谱仪给出的是离子的标称质量,而高分辨质谱仪给出的是离子的精确质量。
质量的概念,1)它是至今唯一可以确定分子质量的方法,在高分辨率质谱仪中能够准确测定质量2)质谱法的灵敏度极高,鉴定的最小量可达10-10g,检出限可达10-14g3)样品元素组成4)无机、有机及生物分析的结构-结构不同,分子或原子碎片不同(质荷比不同)5)复杂混合物的定性定量分析-与色谱方法联用(GC-MS;LC-MS)6)样品中原子的同位素比,特点及应用,飞行时间质谱仪历史,飞行时间质谱计始于20世纪40年代,但由于当时电子技术和仪器设备的落后,仪器分辨率不到100,很难推广应用。
随着时间的推移和科学技术的进步,这类仪器得到不断的发展,到80年代末,Hillenkamp等发明了基质辅助激光解吸电离的新方法之后,将这新的电离方法与飞行时间质谱组合成一种新型仪器
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