清华质谱解析第五章.ppt

第五章有机质谱法OrganicMassSpectroscopy 优点 1 分析范围广 气体 液体 固体 2 测定分子量 确定分子式3 分析速度快 灵敏度高4 各种联用技术5 新的电离 检测技术 2002NobelPrizeinChemistry JohnFennVirginiaCommonwealthUniversity KoichiTanakaShimadzuCorporation 5 1基本知识5 1 1质谱仪的主要性能指标1 质量范围 massrange 质谱仪所能测定的离子质荷比的范围 四极质谱 1000以内离子阱质谱 6000飞行时间质谱 无上限 2 分辨率 resolution 分辨率R是指分离质量数为M1及M2的相邻质谱峰的能力 若近似等强度的质量分别为M1及M2的两个相邻峰正好分开 则质谱仪的分辨率定义为 说明 1 R10 两峰间的峰谷高度为峰高的10 时的测定值 2 一般难以找到两个质量峰等高 且重叠的谷高正好等于峰高的10 则定义 低分辨率质谱仪 R10000 FT ICRMS R可达1 106 利用高分辨率质谱仪可测定精确的质量数 分子式 质荷比均为28的分子 CO 27 9949N2 28 0062C2H4 28 0313 3 灵敏度 sensitivity 对于一定样品 如硬脂酸甲酯 在一定的分辨率情况下 产生一定信噪比 如10 1 的分子离子峰所需的样品量 5 1 3有机质谱中的各种离子 3 碎片离子 fragmention 泛指由分子离子破裂而产生的一切离子 狭义的碎片离子指由简单断裂产生的离子 4 重排离子 rearrangemention 经重排反应产生的离子 其结构不是原分子结构单元 5 母离子 parention 与子离子 daughterion 任何一离子进一步产生某离子 前者称为母离子 后者称为子离子 6 亚稳离子 metastableion 是从离子源出口到检测器之间产生的离子 7 奇电子与偶电子离子 odd andeven electronion 具有未配对电子的离子称为奇电子离子 不具有未配对电子的离子称为偶电子离子 8 多电荷离子 multiply chargedion 失掉两个以上电子的离子称为多电荷离子 9 同位素离子 isotopicion 当元素具有非单一的同位素组成时 产生同位素离子 5 2电离过程5 2 1电子轰击电离 electronimpactionization EI 质谱中最常用的离子源 一般为70eV的电子束 远大于大多数有机化合物的电离电位 7 15eV 会使相当多的分子离子进一步裂解 产生广义的碎片离子 优点 1 结构简单 稳定 电离效率高 易于实现 2 质谱图再现性好 便于计算机检索及比较 3 离子碎片多 可提供较多的分子结构信息 缺点 当样品分子稳定性不高时 分子离子峰的强度低 甚至不存在分子离子峰 5 2 2化学电离 chemicalionization CI 化学电离是通过离子 分子反应来完成的 反应气体一般是甲烷 异丁烷 氨等 优点 1 准分子离子峰强度高 便于推算分子量 2 用于色质联用仪器上 载气不必除去 可作为反应气体 3 反映异构体的差别较EI谱要好些 缺点 碎片离子峰少 强度低 5 2 3场电离 fieldionization FI 和场解吸 fielddesorption FD 场电离 是一种软电离技术 当样品蒸汽邻近或接触到带高正电位的金属针时 由于高曲率的针端产生很强的电位梯度 样品分子可被电离 优点 电离快速 适合于和气相色谱联机 缺点 要求样品汽化 灵敏度低 场解吸 原理与FI相同 但样品是被沉积在电极上 FD适用于难汽化的 热不稳定样品 FD的准分子离子峰比FI的强 质谱图比FI的还要简单 SIMS 原理类似于FAB 但用重离子取代原子进行轰击 可用于固体表面分析和溶液样品的分析 5 2 5基质辅助激光解吸电离 matrix assistedlaserdesportionionization MALDI 在一个微小的区域内 在极短的时间间隔 激光可对靶物提供高的能量 对它们进行极快的加热 可以避免热敏感的化合物加热分解 MALDI的方法 将被分析化合物的溶液和某种基质溶液相混合 蒸发掉溶剂 则被分析物质与基质形成晶体或半晶体 用一定波长的脉冲式激光进行照射 基质分子能有效地吸收激光的能量 并间接地传给样品分子 从而得到电离 优点 1 使一些难于电离的样品电离 且无明显的碎裂 从而得到完整的被分析化合物分子的电离产物 2 特别适用于与飞行时间质谱相配 MALDI TOFMS 5 2 6大气压电离 atmosphericpressureionization API 主要应用于高效液相色谱HPLC与质谱仪的联用 1 电喷雾电离 electrosprayionization ESI 从雾化器套管的毛细管端喷出的带电液滴 随着溶剂的不断快速蒸发 液滴迅速变小 表面电荷密度不断增大 由于电荷间的排斥作用 就会排出溶剂分子 得到样品的准分子离子 通常小分子得到带单电荷的准分子离子 而大分子则得到多种多电荷离子 检测质量可提高几十倍 ESI是很软的电离方法 通常无碎片离子峰 只有整体分子的峰 十分有利于生物大分子的质谱测定 2 大气压化学电离 atmosphericpressurechemicalioniza tion APCI 喷出的液滴先汽化 随后溶剂分子被电离 发生CI过程 要求样品汽化 适用于弱极性的小分子化合物 5 3质量分析器5 3 1单聚焦 single focusing 和双聚焦 double focusing 质量分析器单聚焦质量分析器使用扇型磁场 结构简单 操作方便 但是分辨率低 双聚焦质量分析器使用扇型电场及扇型磁场 分辨率高 其缺点是价格贵 操作和调整比较困难 5 3 2四极质量分析器 quadrupolemassanalyzer 由四跟平行的棒状电极组成而得名 与扇型磁场的质量分析器的原理完全不同 优点 1 结构简单 容易操作 价格便宜 2 仅用电场而不用磁场 无磁滞现象 扫描速度快 适合与色谱联机 3 操作时的真空度相对较低 特别适合与液相色谱联机 缺点 1 分辨率不高 2 对较高质量的离子有质量歧视效应 5 3 3离子阱 iontrap 离子阱与四极质量分析器的原理类似 因此也称为四极离子阱 quadrupoleiontrap 或因其储存离子的性质而称为四极离子储存器 quadrupoleionstorage QUISTOR 优点 1 单一的离子阱可实现多极 时间上 的串联质谱 2 结构简单 价格便宜 性能价格比高 3 灵敏度高 较四极质量分析器高达10 1000倍 4 质量范围大 可达6000 缺点 质谱与标准谱有差别 5 3 4傅立叶变换离子回旋共振质谱计 Fouriertransformioncyclotronresonance FT ICR 通过同时激发分析时内的所有质荷比的离子 通过对检测信号进行傅立叶变换得到质谱图 优点 1 分辨率极高 可达1 106 但不导致灵敏度下降 2 可实现多极 时间上 的串联质谱 3 可采用各种电离源 便于与色谱仪器联机 4 灵敏度高 质量范围宽 速度快 性能可靠 5 3 5飞行时间质谱计 timeofflight TOF MS 用一个脉冲将离子源中的离子瞬间引出 经加速电压加速 它们具有相同的动能进