质谱基本原理

1、美国瓦里安技术中国有限公司上海代表处美国瓦里安技术中国有限公司上海代表处2基本原理基本原理技术指标技术指标质谱仪器结构质谱仪器结构离子源离子源质量分析器质量分析器检测器检测器串联质谱串联质谱扫描模式扫描模式质谱评分标准质谱评分标准离子阱离子阱&四极杆四极杆31、基本原理、基本原理4质谱：称量离子质量的工具12 units0 units512 units质谱：称量离子质量的工具12 units68 9 10 11 12 13 14 15 16质谱：称量离子质量的工具12 units12 units78 9 10 11 12 13 14 15 16质谱：称量离子质量的工具12 units1

2、4 units812 units8 9 10 11 12 13 14 15 16massNumber of counts质谱：称量离子质量的工具9质谱分析法主要是通过对样品离子质荷比的分析而实现对样品进行定性和定量的一种方法电离装置把样品电离为离子质量分析装置把不同质荷比的离子分开经检测器检测之后可以得到样品的质谱图10质量分析器质量分析器离子源离子源四极杆作为质量过滤器四极杆作为质量过滤器mmabovembelow检测器检测器离子源X+,X-RF/DCRF/DC112、技术指标、技术指标12质量范围是质谱仪所能测定的离子质荷比的范围质荷比：m/z质量单位：amu或u，Da或D13不同仪器：四

3、极杆：4000Da离子阱质谱：4000Da磁质谱：10000Da傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-MS） 50000 Da 飞行时间质谱：无上限不同要求：气相色谱：800Da 液相质谱：2000Da 生物分子：10000Da或更大14分辨率：分开两个邻近质量峰的能力。 何为分开：若两个相邻峰的峰谷低于峰高的10%(或5%，50%)，则认为 是分开的。 A: 未分开 B:部分分开 C:全分开 分辨差 分辨较差 分辨达到要求m2m115数学定义：mmRPmmmmmRP1211 (1) m1和m2代表两个相邻峰的质量数 (2) m代表某一峰的质量，m代表半峰宽16组成整数质量精确质量CO2827.

4、994914N22828.006158C2H42828.031299若仪器分辨力很低，如RP=200，则对以上三个分子不能分开，混为一峰若要分开以下混合物，则必需有如下分辨力CO-C2H4: (RP)2 = 27.994914/(28.031299-27.994914) = 770N2-C2H4 : (RP)3 = 28.006158/(28.031299-28.006158) = 1100CO-N2 : (RP)1 = 27.994914/(28.006158-27.994914) = 2490当仪器分辨力达到770时， 只能够只分开 CO-C2H4 。当仪器分辨力达到1100时，能够分开C

5、O-C2H4 和N2-C2H4 当仪器分辨力超过2500时，三者全部分开。一般低分辨仪器在2000左右。10000以上时称高分辨。FT-MS分辨力可达2百万。17不同仪器：磁质谱，飞行时间质谱仪，傅立叶变换离子回旋共振质谱仪：分辨率、线性和稳定性好，属高分辨质谱仪离子阱质谱仪：分辨率高，线性低，准高分辨质谱仪，用于判断质谱峰带的电荷数四极杆质谱仪：分辨力低，线性好，不属于高分辨质谱仪18 色谱峰的数据点数目和峰宽以及扫描时间有关 较短的扫描时间，可以获得良好的峰型，但是不利于信号采集 较长的扫描时间，有助于信号采集，但是峰型不好 峰型和信号，二者需折衷考虑19理想的高斯峰应有35个数据点0.0

6、020.0040.0060.0080.00100.003.904.004.104.204.304.404.5020同一个色谱峰，但数据点减半0.0020.0040.0060.0080.00100.003.904.004.104.204.304.404.50210.0020.0040.0060.0080.00100.003.904.004.104.204.304.404.50220.0020.0040.0060.0080.00100.003.904.004.104.204.304.404.50230510152025303502468101214161820samples accross pea

7、kerrorIllustrative data only24Dwell time：离子被监测的时间在多残留分析中，缩短dwell time，可增加同步MRM的通道数 10s的色谱峰，dwell time6ms， MSMS通道时间6ms，50通道，峰的数据点10*1000/(12*50)16Dwell time通道时间25 离子阱质谱的分析模式Cycle time 的组成 1、AGC 预扫Pre-scan2、ion filling (离子充满)3、分离母离子和对母离子激发碰撞4、质量分析 将离子抛出阱外检测(只有这一步与扫描速度有关）263、质谱仪器结构、质谱仪器结构27真空系统真空系统样品入口

8、样品入口检测器检测器数据系统数据系统质量分析器质量分析器离子化方法离子化方法大气大气 28低真空高真空带电离子带电离子检测器检测器气体分子29GC 或或 LC 接口接口 质量分析器质量分析器 检测器检测器离子源离子源 PC 3031324、离子源、离子源33固体样品固体样品液体样品液体样品气体样品气体样品EICIAPCIMALDIESIAPPI转化成溶液转化成溶液转化成固体转化成固体 转化成气体转化成气体根据待分析物的化学性质根据待分析物的化学性质 34GC EI：电子电离源，最常用的气相离子源，有标准谱库 CI：化学电离源，可获得准分子离子。PCI，NCILC ESI：电喷雾源，最常用的液相

9、离子源，适用于极性较强的化合物，可用于热不稳定化和物的分析 APCI：大气压化学电离源，适用于中等极性或弱极性的小分子量化合物，尤其是含杂原子的化合物，不适合热不稳定或在溶液中容易电离的化合物 APPI：大气压光电离源，适用于弱极性的化合物，如多环芳烃等 MALDI ：基质辅助激光解吸电离，适合于分析生物大分子 ，主要与TOF联用353637喷雾针装置喷雾针装置喷雾室喷雾室毛细管毛细管四极预杆四极预杆干燥气干燥气3839405、质量分析器、质量分析器41空间分离质谱： 四极杆质量分析器 双聚焦分析器：分辨率高，但扫描速度慢，操作、调整比较困难，价格高时间分离质谱 离子阱质量分析器（IT） 飞行

10、时间质量分析器（TOF）：质量范围宽，扫描速度快，灵敏度高 傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-MS） ：分辨率极高，分析灵敏度高 四极杆和离子阱均属于四极电场原理四极杆和离子阱均属于四极电场原理4243质量分析器质量分析器离子源离子源四极杆作为质量过滤器四极杆作为质量过滤器mmabovembelow检测器检测器离子源X+,X-RF/DCRF/DC444546476、检测器、检测器4849Q3Multiplier PS+/- 5 kv507、串联质谱仪、串联质谱仪51穿越式四极杆，MS/MS 是空间串联 需要三个四极杆 ( 三级四极杆)离子阱， MS/MS是时间串联 仅仅 195通过通过仅仅R

11、F电压电压所有所有离子通过离子通过Ar碰撞解离碰撞解离扫描扫描100-195 子离子子离子Q1Q2Q352样品导入样品导入毛细管，取样锥、四极预杆毛细管，取样锥、四极预杆 传输离子，从大气压到高真空状态喷雾室喷雾室 - 样品雾化，离子化，去溶剂一级四极杆一级四极杆 过滤母离子 二级四极杆二级四极杆 Ar碰撞诱导解离母离子三级四极杆三级四极杆过滤子离子 检测器检测器 检测离子，产生质谱信号真空泵真空泵 双阶分子涡轮泵53(m ai nl i b) Reserpi ne40901401902402903403904404905405900501007710914119521222625126530

12、1359381395413448608OOOONHNOOOOO54一级MS，ESI二级MS，ESI子离子扫描55Overlaid Chromatogram PlotsFile: c:varianwsdata11 mars matrice oi.xmsSample: SIM matrice oignon Operator: VARIANScan Range: 1 - 1392 Time Range: 0.04 - 11.98 min.Date: 3/10/2003 1:27 PMSample Notes: 11 mars matrice oignon 2.55.07.510.0minutes51

13、015202530MCounts51015MCounts0102030MCounts2.55.07.510.0MCountsRIC 1 11 mars matrice oi.xms 1200 CENTROID FILTEREDRIC 2 11 mars matrice oi.xms 1200 CENTROID FILTEREDRIC 3 11 mars matrice oi.xms 1200 CENTROID FILTEREDRIC 4 11 mars matrice oi.xms 1200 CENTROID FILTEREDSegment 12895818701161ScansOverlai

14、d Chromatogram PlotsFile: c:varianwsdata11 mars matrice oi001.xmsSample: MRM matrice oignon Operator: VARIANScan Range: 1 - 1392 Time Range: 0.04 - 11.98 min.Date: 3/10/2003 1:41 PMSample Notes: 11 mars matrice oignon 2.55.07.510.0minutes0.00.51.01.52.02.5MCounts0123MCounts0.00.51.01.5MCounts0.00.51

15、.01.52.0MCountsRIC 1 11 mars matrice oi001.xms 1200 CENTROID FILTEREDRIC 2 11 mars matrice oi001.xms 1200 CENTROID FILTEREDRIC 3 11 mars matrice oi001.xms 1200 CENTROID FILTEREDRIC 4 11 mars matrice oi001.xms 1200 CENTROID FILTEREDSegment 12895818701161Scans来自基质较强的背景干扰2,4-MCPAMECOPROP2,4-DDICHLORPRO

16、P2,4-MCPAMECOPROP2,4-DDICHLORPROPAnalysis in SIM modeAnalysis in MRM mode SQ: Low specificity and poor S/N TQ: High specificity & reliable quantitation TRACE QUANTITATION TOOL (LC/MS application note 15; 5ppb onion sample)56更多的结构信息，适合未知化合物的结构解析（LC/MS/MS）共流出物，相同分子量的化合物提高信噪比降低检测限提高子离子的选择性复杂基质样品分析，

17、提高定量结果的准确性Ion IntensityABm/zBA578、扫描模式、扫描模式58MS ModeQ1Q2Q3Full scan (Q1)Full scan (Q3)= scanned;= selected m/z;blank = complete transmission可获得丰富的谱图信息适合未知化合物的结构鉴定59MS ModeQ1Q2Q3Selected ion monitoring (SIM) (Q1)Selected ion monitoring (SIM) (Q3)= scanned;= selected m/z;blank = complete transmission当

18、全扫描无法满足灵敏度的要求时适合于基质不是很复杂的样品的定量分析60MS ModeQ1Q2Q3Selected reaction monitoring (SRM)Selected reaction monitoring (SRM)= scanned;= selected m/z;= CID61MS ModeQ1Q2Q3Multiple reaction monitoring (MRM)Multiple reaction monitoring (MRM)= scanned;= selected m/z;= CIDSRM & MRM适合于较脏、基质复杂的样品，提高灵敏度适合于化合物结构解析

19、62多组分同时分析共流出物的分析母离子-子离子关系明确， 定性能力强复杂样品、脏样品的分析同位素内标的使用可区分同分异构体6364MS ModeQ1Q2Q3Precursor Scan MS/MS= scanned;= selected m/z;= CID适合于含有相同局部结构的不同化合物的鉴定65MS ModeQ1Q2Q3Precursor Scan MS/MS= scanned;= selected m/z;= CID适合于化合物官能团分析以及化合物的结构解析66MS ModeQ1Q2Q3Precursor Scan MS/MS= scanned;= scanned with offset;= CID适合于含某一官能团的化合物鉴定（如含-OH，-NH2）67所有扫描模式可通过时间所有扫描模式可通过时间编程应用在同一个运行方编程应用在