WATERS公司的UPLC-TQD培训资料MS1LCMS基础

1、WATERS公司的UPLC-TQD培训资料MS1LCMS基础WATERS公司的UPLC-TQD培训资料MS1LCMS基础什么是质谱(Mass Spectrum)不同质荷比的离子经质量分析器分离,而后被检测并记录下来的谱图叫作质谱图.简称质谱质谱图的横坐标是质荷比(m/z)，纵坐标是离子强度质谱法(Mass Spectrometry)即质谱分析法,一般亦简称为质谱什么是质谱(Mass Spectrum)不同质荷比的离子经质氯霉素的质谱图氯霉素的质谱图MS 检测的是离子质量MS 检测的是离子质量质谱基础知识 质谱中采用的质量单位Da=Dalton (道尔顿 ) 质量单位,等于一个碳原子(12C)质

2、量的十二分之一，约为1.6610 -24克;一克约为610 23道尔顿amu=atomic mass unit ,原子质量单位 1amu=1Da质谱基础知识 质谱中采用的质量单位质谱基础知识 同位素: 具有相同的原子序数而又具有不同的质量数 的原子叫作同位素同位素丰度: 自然界中某同位素原子所占的百分数叫做该同 位素的天然丰度 质谱基础知识 同位素:同位素表示法C126C136质量数 = 质子 + 中子原子序数 = 质子数具有相同的元素符号,在元素符号的左上角表明其质量数同位素表示法C126C136质量数 = 质子 + 中子原子序天然同位素丰度 氮 14N 14.0031 99.64 15N

3、15.0001 0.36硫32S31.972195.033S32.97150.7634S33.96794.22氯35Cl34.968975.7737Cl36.9659 24.23溴79Br78.918350.6981Br80.916349.31 原子符号质量, amu% 天然丰度天然同位素丰度 氮 14N 怎样计算质量数名义质量数采用元素质量数的整数进行计算,例如:C=12,H=1,O=16单同位素质量数或准确质量数用丰度最大的同位素准确质量数计算例如：C=12，1H=1.0078，16O=15.9948 平均质量数或化学质量数考虑到所有天然同位素丰度的该元素原子量来计算例如：C=12.001

4、，H=1.00794，O=15.9994质谱获得的单电荷离子的m/z值，是单同位素质量数怎样计算质量数名义质量数MS分子量的计算利血平, C33H40N2O9,的MW的计算 使用原子量: 使用单一同位素质量:C: 33 x 12.011 = 396.363 C: 33 x 12.0000 = 396.000 H: 40 x 1.0079 = 40.316 H: 40 x 1.0078 = 40.312 N: 2 x 14.0067 = 28.013 N: 2 x 14.0031 = 28.006 O: 9 x 15.9994 = 143.995 O: 9 x 15.9949 = 143.954

5、 608.687 608.272MS分子量的计算利血平, C33H40N2O9,的MW的计算质谱名词与术语质荷比(mass charge ratio): 离子的质量(以相对原子量单位计)与它所带电荷(以电子电量为单位计)的比值,叫作质荷比,简写为m/z质荷比是质谱图的横坐标质荷比是质谱定性分析的基础质谱名词与术语质荷比(mass charge ratio):离子丰度 (Abundance of ions): 检测器检测到的离子信号强度离子相对丰度 (Relative abundance of ions): 以质谱图中指定质荷比范围内最强峰(基峰)的强度为100, 其它离子峰对其归一化所得的强度

6、标准质谱图均以离子相对丰度值为纵坐标 谱峰的离子丰度与物质的含量相关,因此是质谱定量的基础质谱名词与术语 离子丰度 (Abundance of ions): 质谱名词MS是高真空技术质谱仪之所以在高真空下工作是为了 .尽量减少离子-分子之间的碰撞 (即,得到最大平均自由程)碰撞可能导致离子偏离所期望的由离子源到检测器的通道碰撞可能导致产生意外的离子或反应平均自由程:1 atm10 -6 m ; 10-4 torr 0.5 m防止在高电压 (用于某些离子聚焦)下生成电弧减少污染/化学噪音MS是高真空技术质谱仪之所以在高真空下工作是为了 .MS的历史1910年 世界上第一台现代意义质谱仪在英国剑桥

7、 Cavendish实验室出现1917年 电喷雾(Electrospray) 物理现象被发现 (并非 为了 MS)1918年 世界上第一台实际意义质谱仪在美国芝加哥 大学实验室出现(扇型磁场MS)1943年 世界上第一台商业质谱仪1953年 四极杆质量分析器质谱仪1955年 飞行时间质量分析器质谱仪1960s 开发GC/MSMS的历史1910年 世界上第一台现代意义质谱仪在英国MS的历史60s-70s 大气压电离(APcI)源被发现(但并未被广泛 应用)70s-80s 开始广泛研究 LC/MS1979年 传送带式 LC/MS 接口成为商业产品1982年 离子束LC/MS接口出现1984年 第一

8、台电喷雾 MS仪宣告诞生 1988年 电喷雾离子源 MS 首次应用于蛋白质的分析.MS的历史60s-70s 大气压电离(APcI)源被质谱的分类 按离子源的种类分EI (电子轰击源)质谱(常用于GC-MS系统)API (大气压电离源)质谱(常用于LC-MS系统)MALDI(基质辅助激光解吸电离源)质谱(常用于生物大分子分析)按质量分析器的种类分四极杆(Quadrupole)质谱离子阱(Ion Trap)质谱飞行时间(Time of Flight,TOF)质谱扇形磁场(Magnetic Sector)质谱质谱的分类 按离子源的种类分什么是液质联用(LC/MS)LC/MS=LC+MS什么是液质联用

9、(LC/MS)LC/MS=LC+MSLC/MS中的液相色谱High Performance Liquid Chromatography(HPLC) -高效液相色谱Ultra Performance Liquid Chromatography(UPLC) -超高效液相色谱液质联用的前提和基础=进样+分离根据化合物的化学特性分离样品(比如极性化合物，非极性化合物，酸性化合物，碱性化合物等等)LC的特点:分离技术分离效率高流动相参与分离连续流出,峰宽有限有时需要使用缓冲盐提高分离度高压环境工作( 1000 psi)LC/MS中的液相色谱High Performance Li LC/MS中的质谱Mas

10、s Spectrometry-质谱质量是物质固有特征之一，不同的物质有不同的质量谱分析物被转化为气相离子而被分析这些离子按其质荷比 (m/z)被分离而被检测质谱图即是相关的离子流对m/z的图MS的特点灵敏度高定性/定量本领高脉冲扫描采集数据高真空环境工作溶剂参与反应(API电离源) LC/MS中的质谱Mass Spectrometry-质LC/MS 数据形式 TIC色谱 m/z1001502002503003509110712314517519132379201341402384366M -18M+M -36M -79M -162241保留时间TICLC/MS 数据形式 TIC色谱 m/z10

11、01502002为什么使用 LC/MS? 丰富的结构信息(1)Min12141618202224262830 124357500600700800695100200300400500600700800219.0696.7EI HOCH CH O222COCH CH 22NHCONaugardAPI为什么使用 LC/MS? 丰富的结构信息(1)Min121为什么使用 LC/MS? 极高的灵敏度 (2)为什么使用 LC/MS? 极高的灵敏度 (2)5 个数量级的动态线性范围 (0.1pg - 1000pg)实验系数= 0.9975,样品:磺胺二甲氧哒嗪上柱分析为什么使用 LC/MS? 极佳的定量结

12、果(3)5 个数量级的动态线性范围 (0.1pg - 1000pg)为什么使用 LC/MS? 进一步增加HPLC的分离能力(4)如果让您来选择，您满意那一种分离度?为什么使用 LC/MS? 进一步增加HPLC的分离能力(为什么使用 LC/MS? 解决无UV吸收样品分析问题(5)LC_MS_OK5.0010.0015.0020.0025.0030.0035.0040.00Time0100%0100%TaiyuanLC_MS52: Diode Array 254 1.00Da1.71e6x36TaiyuanLC_MS51: Scan AP+ BPI8.29e45.844.812.912.272.0

13、44.007.229.1211.599.9814.8713.1519.1217.4025.1621.4222.5233.7833.3228.8426.8235.0438.2639.52为什么使用 LC/MS? 解决无UV吸收样品分析问题(5)两种 LC/MS 系统示意图液质联用接口 至真空离子源质量分析器 检测器离子源液质联用接口至真空质量分析器检测器高真空部分高真空部分样品引入样品引入EI电离源API电离源两种 LC/MS 系统示意图液质联用接口 至真空离子源质量分 LC/MS联用的难点 进样方式比较 对真空泵的要求 * (liters/sec) 毛细管 GC, 1mL/min (气体) 4

14、00 微柱 LC, 10 L/min 5,000 填充柱 LC, 1 mL/min 50,000 *为了保持 3 x 10-6 torr (4 x 10-6 mbar)的真空LC/MS 接口必须使LC流出的液流达到 MS 可接受的压力(10-5 - 10-6 torr) 同时以极小的谱带展宽尽可能多地输送样品离子到MS LC/MS联用的难点 进样方式比LC/MS联用关键技术接口液相色谱的出口情况: 从液相色谱流出的组分存在于大气压条件下的溶液之中 质谱的入口情况: 在高真空工作条件下的质谱仅接受气相离子 因此液质联用的接口必须完成三个转变:物态转变: 液态 - 气态带电状态: “中性” - 离

15、子真空变化: 760 torr - 10-5-10-8 torr(乇)要求:雾化,去溶剂和电离同时完成LC/MS联用关键技术接口液相色谱的出口情况: 从液相色谱API LC/MS 的 Z-Spray接口API LC/MS 的 Z-Spray接口Z-Spray 接口技术第 1 次进样第 509次进样25小时苯海拉明, 10mM 磷酸盐缓冲液Z-Spray 接口技术第 1 次进样苯海拉明, 10mM MS的电离技术质量过滤器样品引入MS的电离技术质量过滤器样品引入质谱的种类及相关联用技术GCLCCEFlow InjProbePB/EIESIAPCITSPFABMALDIQuadrupoleMagn

16、etic SectorTime of FlightIon TrapFT-MSElectron MultiplierPhotomultiplierMicrochannel PlateTurbo Mechanical离子分离模式质量分析器离子检测数据的采集及处理样品的引入模式溶剂的去除或抽 真空方式质子化模式质谱的种类及相关联用技术GCLCCEFlow InjProb同一个样品的质谱图可能不一样同一个样品的质谱图可能不一样传统的样品电离方式：EI源EI源：电子轰击电离源可得经典的质谱谱图可查询质谱库，质谱结果可用工业标准谱库检索，是绝对的化合物鉴定相对易得，耐受性好谱图可解析,阐明结构信息但是,电

17、离效率较差，测定的分子量范围、流速范围有限；可测的化合物类型有限M样品进入灯丝集电极离子聚焦透镜离子去分析器-挡板+传统的样品电离方式：EI源EI源：电子轰击电离源M样品进入灯EI 谱库:几十年积累的宝贵财富High Res Mass Spec, Brown, Kamano, Pettit, Org. Mass Spec., 1972Waters Integrity LC/MS System, Pfizer, 2019EI 谱库:几十年积累的宝贵财富High Res Mass 大气压电离 (API) 技术电喷雾电离Electrospray Ionization ESI大气压化学电离Atmosp

18、heric Pressure Chemical Ionization - APCI大气压电离 (API) 技术电喷雾电离电喷雾(ESI) 离子化过程电喷雾离子化可分为三个过程:形成带电小液滴溶剂蒸发和小液滴碎裂最终形成气相离子电喷雾(ESI) 离子化过程电喷雾离子化可分为三个过程: ESI的特点低分子量化合物一般产生单电荷离子(失去或得到一个质子) 高分子量生物大分子和聚合物产生多电荷离子几乎没有碎片离子可能生成加合物和/或多聚体常见的是溶剂加合物和NH4+(M+18), Na+(M+23),和K+(M+39) 加合物灵敏度取决于化合物本身和基质 ESI的特点低分子量化合物一般产生单电荷离子(

19、失去或得到一ESI+ 电离模式灭多虫MW 162产生 M+H+ 准分子离子峰ESI+ 电离模式灭多虫产生 M+H+ 准分子离子峰大气压化学电离 (APCI)过程大气压化学电离可分为以下两个步骤:快速蒸发气相化学电离(电晕放电)大气压化学电离 (APCI)过程大气压化学电离可分为以下两个APCI的特点一般而言, 只生成单电荷离子几乎没有碎片离子可能生成加合物和/或多聚体; 一般是溶剂加合物及NH4+ (M+18), Na+ (M+23), 和 K+(M+39)加合物 基质影响较小 (相对于ESI), 质谱图不受缓冲盐及其缓冲力变化的影响APCI的特点一般而言, 只生成单电荷离子API与传统电离技

20、术的区别液质联用接口 至真空离子源质量分析器 检测器离子源液质联用接口至真空质量分析器检测器高真空部分高真空部分样品引入样品引入EI电离源API电离源API与传统电离技术的区别液质联用接口 至真空离子源质量分析不同电离技术的适用范围 分子量化合物极性API(APcI-ESI)ParticleBeam(EI-CI)GC/MS(EI-CI)非极性极性(离子)102103104105APPI不同电离技术的适用范围 分子量化合物极性APIP液质联用系统的质量分析器质量过滤器样品引入液质联用系统的质量分析器质量过滤器样品引入A. 磁质谱通过磁场和电场来传输和选择离子+离子源电场磁场A. 磁质谱通过磁场和电场来传输和选择离子+离子源电场磁B. 飞行时间质谱所有离子一同起跑质量小的跑得快时间分辨 +离子源B. 飞行时间质谱所有离子一同起跑+离子源SourceDetectorNonresonant IonResonant Iondc and Rf voltagesC. 四极杆质量分析器被分析离子由DC和RF电压控制SourceDetectorNonresonant IonRD. 离子阱原理与四极杆类似 离子被 RF & DC 电场所储存扫描电场可以释放特定的m/z离子D. 离子阱原理与四极杆类似 分析器 m/z范围 分辨率 质量精度 动态范围 真空 四极杆 103