《MS原理和仪器》ppt课件

1、第四章第四章质谱质谱mass spectrometry，MS 根本原理与质谱仪根本原理与质谱仪 离子峰的主要类型离子峰的主要类型 有机分子裂解类型有机分子裂解类型 质谱图与构造解析质谱图与构造解析第一节第一节 根本原理与质谱仪根本原理与质谱仪 basic principle and basic principle and Mass spectrometerMass spectrometer 概述概述 质谱仪与质谱分析质谱仪与质谱分析质谱是分子质量准确测定和分子式确实定及化合物构造分析的重要工具；第一台质谱仪：1912年；早期运用：原子质量、同位素相对丰度等质谱是化合物电离后按照离子质量与所带电

2、荷数之比被仪器分别并以质荷比与其相对强度记录下来的谱图质谱不属波谱范围，质谱图与电磁波的波长和分子内某种物理量的改动无关一、质谱学根本知识一、质谱学根本知识一、质谱学根本知识一、质谱学根本知识 在高真空系统中使样品分子电离，测定样品的分子离子及碎片离子的质量，一切的离子在电场和磁场的综协作用下按质荷比m/z大小依次陈列而得到谱图。对象：同位素、无机物、有机化合物、生物大分子及聚合物。作用：确定样品分子量、分子式确实定及推断分子构造。用高分辨质谱仪测得分子量为150.1045，仪器的误差是0.006，查表有 C3H12N5O2 150.099093 C5H14N2O3 150.100435 C8

3、H12N3 150.103117 C10H14O 150.104459 质谱图由横坐标、纵坐标和棒线组成。横坐标标明离子质荷比m/z的数值，纵坐标标明各峰的相对丰度，棒线代表质荷比的离子。图谱中最强的一个峰称为基峰，将它的强度定为100。丁酮的质谱图质谱图的组成质谱图的组成二、二、 质谱仪与质谱分析质谱仪与质谱分析mass spectrometer and mass mass spectrometer and mass spectrometryspectrometry计算机数据计算机数据处置系统处置系统真空系统真空系统 加速区加速区进样系统进样系统离子源离子源质量分析器质量分析器检测器检测器

4、电离部分电离部分离子分别离子分别检测部分检测部分5.1.2 离子化的方法离子化的方法 1. 电子轰击电子轰击EI 2. 化学电离化学电离CI 3. 场致离场致离FI和场解吸和场解吸 FD 4. 快原子轰击快原子轰击FAB 5. 电喷雾电离电喷雾电离ESI 电子轰击源电子轰击源electron ionization ,EI+: R1: R2: R3: R4: e+M+(M-R2)+(M-R3)+Mass Spectrum(M-R1)+EI 源的特点：源的特点：H 适用于挥发性、热稳定的化合物，气体和金属蒸气适用于挥发性、热稳定的化合物，气体和金属蒸气H电离效率高电离效率高,灵敏度高灵敏度高H 运

5、用最广，规范质谱图根本都是采用运用最广，规范质谱图根本都是采用EI源得到的源得到的H 构造简单，控温方便构造简单，控温方便EI源：可变的离子化能量源：可变的离子化能量 (10240eV) 对于易电离的物质降低电子能量，而对于难电离的物质那么加大电子能量 常用70eV 。电子能量电子能量电子能量电子能量分子离子添加分子离子添加碎片离子添加碎片离子添加中性原子轰击样品，如中性原子轰击样品，如ArAr+高能高能Ar+ 高能中性原子流高能中性原子流试样分子试样分子适用于极性大，相对分子量大，难挥发和热稳适用于极性大，相对分子量大，难挥发和热稳定性差的样品定性差的样品缺陷：缺陷：400以下有基质干扰峰，

6、对非极性化合以下有基质干扰峰，对非极性化合物不灵敏物不灵敏FAB电离源电离源-1981年英国的年英国的M. Barber等人发等人发明明 FAB 离子室内的反响气甲烷等；离子室内的反响气甲烷等；10100Pa，样品的，样品的103105倍，电子倍，电子100240eV轰击，产生离子，轰击，产生离子，再与试样分子碰撞，产生准分子离子。再与试样分子碰撞，产生准分子离子。 化学电离源化学电离源Chemical Ionization，CI:最强峰为准分子离子；最强峰为准分子离子；谱图简单；谱图简单；不适用难挥发试样；不适用难挥发试样；+气体分子气体分子试样分子试样分子+准分子离子准分子离子电子电子(M

7、+1)+;(M+17) +;(M+29) +;EI 和和 CI 谱图例子谱图例子EICI MALDI可使热敏感或不挥发的化合物由固相直接得到离子。 待测物溶液与基质溶液混合后蒸发，使分析物与基质共生成为晶体或半晶体，用一定波长的脉冲式激光进展照射时，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。 MALDIMALDI适用于大分子，如多适用于大分子，如多肽类、核酸类生物大分子肽类、核酸类生物大分子和合成高分子。可得到单和合成高分子。可得到单电荷分子离子峰，无明显电荷分子离子峰，无明显碎片峰。此电离方式特别碎片峰。此电离方式特别适宜于飞行时间质谱计。适宜于飞行时间质谱计。

8、 基质辅助激光解吸附电离基质辅助激光解吸附电离 (MALDI)脉冲式激光脉冲式激光日本科学家日本科学家Koichi TanakaKoichi Tanaka 20022002年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖- -质谱部分质谱部分 首先利用首先利用MALDI技术波长技术波长337nm的氮激光作为激的氮激光作为激光光源，测得由鸡蛋蛋白中得到的溶菌酶光光源，测得由鸡蛋蛋白中得到的溶菌酶lysozyme的分子量为的分子量为14306 Da。并且。并且2M至至7M的信息在图谱中也观的信息在图谱中也观测到，测定的质量数达测到，测定的质量数达100872 Da 。 1987年第二界中日年第二界中日质谱研讨会上最早

9、公布，当时他质谱研讨会上最早公布，当时他27岁，只是工程师岁，只是工程师 Tanaka K, Waki H, Ido Y, et al. Rapid Commun Mass Spectrom., 1988, 2: 151-153电喷雾电离电喷雾电离ESI ESI 是一种运用强静电场的电离技术，经过毛细管流出的样品溶液，在电场的作用下构成带高度电荷的雾状小液滴，溶剂的挥发和液滴的裂分最后致使分析物以单电荷或多电荷离子的方式进入气相。 ESI是最软的电离技术，通常只产生分子离子峰，因此可直接测定混合物，并可测定热不稳定的极性化合物；其易构成多电荷离子的特性可分析蛋白质和DNA等生物大分子；经过调理

10、离子源电压控制离子的碎裂源内CID测定化合物构造。美国耶鲁大学美国耶鲁大学John B. FennJohn B. Fenn教授教授20022002年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖- -质谱部分质谱部分 最早将电喷雾与质谱胜利联接最早将电喷雾与质谱胜利联接19841984年年, ,他不仅发明了他不仅发明了ESIESI并用于并用于生物大分子分析生物大分子分析, ,而且提示了多电荷而且提示了多电荷的存在并从实际上加以论述。的存在并从实际上加以论述。 19881988年在旧金山召开的美国质年在旧金山召开的美国质谱年会上谱年会上 ，展现了第一批蛋白质分，展现了第一批蛋白质分子的质谱图，使一切到会的人震惊。子

11、的质谱图，使一切到会的人震惊。m/z 1-2000 m/z 1-2000 ，测定的分子量却达，测定的分子量却达47342473422. 2. 质量分析器质量分析器 将离子源中构成的离子按将离子源中构成的离子按m/z值的大小分开。值的大小分开。可分扇形磁场分析器，四极分析器，离子阱，飞行可分扇形磁场分析器，四极分析器，离子阱，飞行时间质谱仪，傅立叶变换离子盘旋共振分析器等。时间质谱仪，傅立叶变换离子盘旋共振分析器等。单聚焦磁场分析器单聚焦磁场分析器搜集器搜集器离子源离子源BS1S2磁场磁场R方向聚焦；方向聚焦；一样质荷比，一样质荷比，入射方向不同入射方向不同的离子会聚；的离子会聚；分辨率不高分辨

12、率不高双聚焦分析器双聚焦分析器离子源离子源搜集器搜集器磁场磁场电场电场S1S2+-方向聚焦：方向聚焦：能量聚焦：能量聚焦： 一样质荷比，速度一样质荷比，速度(能量能量)不同的离子会聚；不同的离子会聚； 质量一样，能量不同的离子经过电场和磁场时，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其他类型质量分析器双聚焦质谱仪体积大；双聚焦质谱仪体积大；色谱色谱-质谱联用仪器的开展及仪器小型化台式需求；质谱联用仪器的开展及仪器小型化台式需求；体积小的质量分析器：体积小的质量分析器：四极杆质量分析器四极杆质量分析器飞行时间质量分析器飞行时间质量分析器离子阱质量分析器离子阱质量分析器体积小，操作简单体积小，操作简单分辨率中等分辨率中等四极杆质量分析器四极杆质量分析器Quadrupole Mass FilterQuadrupole Mass Filter+Electron BeamABCSample inIon Beam根据不同质荷比的离子在四极场产生