第六章-质谱分析法(MS)课件

第六章质谱分析法(MS)6.1概述6.2质谱仪器8.2.1

质谱仪器构成8.2.2离子源8.2.3质量分析器8.2.4检测器8.2.5傅立叶变换质谱仪8.2.6质谱联用技术6.3质谱解析8.3.1质谱中的离子8.3.2常见有机化合物的质谱8.3.3质谱解析例1第六章质谱分析法(MS)6.1概述16.1概述第六章质谱分析法(MS)

质谱分析法是通过测定待测样品离子的质荷比（mass-to-charge-ratio）来进行分析的方法。OverviewofMassSpectrometryMass

SpectrumMassAnalyzerIonizationM+/FragmentationSampleMolecule(M)26.1概述第六章质谱分析法(MS) 质谱分析法是6.2质谱仪器6.2.1质谱仪器构成Inletsystem

IonSourceAnalyzerIonDetectorComputerMassSpectrumm/z离子源进样系统质量分析器检测器真空系统10-2-10-6Pa36.2质谱仪器6.2.1质谱仪器构成Inlets探头经封闭的真空系统直接插入距离子源数mm位置直接探头进样Thedirectprobeinlet:固体或非挥发性液体色谱进样：GC,LC玻璃或氧化铝毛细管细线或小杯质谱常见进样方法4探头经封闭的真空系统直接插入距离子源数mm位置直接探头进样玻6.2.2离子源Gasphasesources:EI,CI,FIDesorptionsources:FD,FAB,APCI,ESI,TSP,LD,

MALDI…Hardsources:EISoftsources:CI,FI,FD,FAB,APCI,ESI,TSP,LD,MALDI…6.2质谱仪器56.2.2离子源Gasphasesources:EI1电子电离源(electronionizationEI)电子束NS附加磁场使离子螺旋前进增加碰撞机会61电子电离源(electronionization电子电离源中分子离子及碎片离子的形成形成分子离子裂解成碎片离子裂解重排裂解碰撞6.2.2离子源6.2质谱仪器7电子电离源中分子离子及碎片离子的形成形成分子离子裂解成电子电离源的特点：1电离电压：70eV2加一小磁场增加电离几率。3EI源碎片离子多，结构信息丰富，有标准化合物质谱库。4样品在气态下电离，不能汽化的样品不能分析，主要用于气-质联用仪。5有些样品得不到分子离子。6适用于分子量低于1000的样品。6.2.2离子源6.2质谱仪器8电子电离源的特点：6.2.2离子源6.2质谱仪2化学电离源(chemicalionizationCI)反应气与样品分子碰撞使之电离，结构同EI，一般仪器EI和CI可以互相切换……反应气的反应甲烷为反应气时主要存在形式加氢反应，样品对质子亲和力强烷烃脱氢反应，对质子亲和力弱电荷交换形成加和离子形成负自由基离子由反应气产生反应气和样品共同决定产物的形式92化学电离源(chemicalionization3电喷雾电离源(electrosprayionizationESI)结构：喷嘴（金属毛细管），雾化气，干燥气(curtaingas)原理：喷雾蒸发电压106V/m离子在电压差和压力差的驱使下向下游移动103电喷雾电离源(electrosprayionizat电喷雾源(ESI)的特点：1电喷雾源属软电离技术，只产生分子离子，不产生碎片离子。2产生的离子常常带有多电荷，尤其是生物大分子。3适用于强极性，大分子量的样品分析。如肽，蛋白质，糖等。4主要用于液相色谱-质谱联用仪。6.2.2离子源11电喷雾源(ESI)的特点：6.2.2离子源11ESI使蛋白质产生多个带多电荷离子数个带多电荷离子经数学转换，得到分子离子12ESI使蛋白质产生多个带多电荷离子数个带多电荷离子经数学转换4介质辅助激光解吸电离源(MatrixAssistedLaserDesorptionIonization

MALDI)常用于Time-of-flightmassspectrometry特点：用于生物大分子，尤其是蛋白质的质量测定主要产生和加和离子6.2.2离子源6.2质谱仪器134介质辅助激光解吸电离源常用于6.2.2离子源6.2Theprincipleofmatrixassistance14Theprincipleofmatrixassist作用：将离子源产生的离子按质荷比m/z的大小分开ionseparation1单聚焦分析器(singlefocusingmassanalyzer)2双聚焦分析器(doublefocusingmassanalyzer)3四极杆分析器(quadrupoleanalyzer)4离子阱分析器(Iontrapanalyzer)5飞行时间分析器(time-of-flightanalyzer)6富立叶变换离子回旋共振(Fouriertransformioncyclotronresonance)6.2.3质量分析器6.2质谱仪器15作用：将离子源产生的离子按质荷比m/z的大小分开1单聚焦分不同质量的离子可通过改变磁场强度或A,B间的加速电压使之依次通过出口狭缝可以是1809060等1单聚焦分析器(singlefocusingmassanalyzer)磁扇形分析器，sectorfield6.2.3质量分析器16不同质量的离子可通过改变磁场强度或A,B间的加速电压使之依离子动能由加速电压引起离子所受磁力与圆周运动的离心力平衡离子所带电荷扇形磁铁的曲率半径结论：1离子的m/z与R,B,V有关。通过改变磁场可以把不同离子分开2在一定磁感应强度B下，改变加速电压V可以使不同离子先后通过检测器，实现质量扫描，得到质谱。特点：结构简单，操作方便只有方向聚焦，无能量聚焦，分辨率低。1单聚焦分析器17离子动能由加速电压引起离子所受磁力与圆周运动的离心力平衡离子结构：磁场、电场任意顺序组合原理：单聚焦分析器分辨率低的主要原因在于它不能进行能量聚焦。双聚焦分析器具有能量聚焦和方向聚焦的特点特点：分辨率高(>150,000)可分辨公称质量(nominalmass)相同，元素组成不同的离子2双聚焦分析器(doublefocusingmassanalyzer)双聚焦磁扇形分析器，doublefocusingmagneticsector(方向焦面)(能量焦面)动能大，投射到+极动能小，在-极放电一定能量的离子到达出口同能量的离子汇聚18结构：磁场、电场任意顺序组合2双聚焦分析器(doubl3四极杆分析器(quadrupolemassanalyzer)四极滤质器，quadrupolemass

filter结构:四根棒状电极，相对的两个电极相连，形成四极场1，3棒：+(Vdc+Vrf)2，4棒：-(Vdc+Vrf)特点：扫描速度快，灵敏度高。适用于GC-MS。6.2.3质量分析器193四极杆分析器(quadrupolemassana四根棒状电极加速电压5-15V3四极杆分析器20四根棒状电极加速电压5-15V3四极杆分析器20质量过滤原理：az平面，只有rf电压时+半周，离子向中心点汇聚(A)-半周，向电极移动(B)，有可能撞电极不进入检测器由沿z轴的移动速度，m/z及rf的频率和振幅决定再加dc电压时动能动量重离子对电压变化不敏感，只受dc影响轻离子撞电极一对正电极使重离子透过！3四极杆分析器21质量过滤原理：az平面，只有rf电压时再加dc电压时动能动量重撞电极轻离子沿y轴通过一对负电极时一对负电极使轻离子透过！bc四极滤质器使一定质量的离子既不被一对正电极又不被一对负电极吸收，从而到达检测器在另外的VdcVrf下可接收到另外质量的离子。在一定的Vdc/Vrf下，连续改变Vrf或Vdc可实现质量扫描。3四极杆分析器22重撞电极一对负电极时一对负电极使轻离子透过！bc四极滤质器使4离子阱分析器(Iontrap)doughnut-shapedringelectrodeelectrode四极杆的三维形式优点：聚焦场可以快速改变；比四极杆更紧凑、体积小，灵敏度很高。234离子阱分析器(Iontrap)doughnut-s4离子阱分析器244离子阱分析器244离子阱分析器254离子阱分析器255飞行时间分析器(time-of-flightanalyzer,TOF）正离子在电场作用下被加速所有离子同时飞越长度为L的无场空间，先后到达检测器V,L不变时，t由m/e决定一般，1-30s265飞行时间分析器(time-of-flightanaly5飞行时间分析器275飞行时间分析器27特点：简单、耐用，无质量范围限制。取样速度快，适用于快速GC/MS；分析适用于脉冲离子化方式（如MALDI）的大分子量的多肽、蛋白质。早期分辨率低的问题通过延迟萃取技术等已经得到解决。5飞行时间分析器28特点：5飞行时间分析器2829296.2.4检测器(detector)1电子倍增器electronphotonmultiplier2光子倍增器photonmultiplier3法拉第杯Faradaycup4阵列检测器arraydetectors6.2质谱仪器306.2.4检测器(detector)1电子倍增器el6.2.5傅立叶变换质谱仪(FT-MS)特点：扫描速度快，灵敏度高，分辨率好，很容易进行MSn实验。价高。核心：离子可以在限定轨道内做周期性圆周运动的离子室离子室根据离子回旋共振现象设计与MALDI，尤其是ESI新的离子化方式结合，FT-MS技术得以复兴。ESI-FT-MS在低质量段具有很高的分辨率，用于蛋白质的MS,MS/MS测定。6.2质谱仪器316.2.5傅立叶变换质谱仪(FT-MS)特点：扫描速度快，6.2.6质谱联用技术1气相色谱-质谱联用仪(gaschromatography-massspectrometer,GC-MS)关键：接口。要求除去载气而使样品无损失地进入质谱仪GC:常压；MS:真空毛细管柱直接导入电离源浓缩型接口（填充柱）：喷射式分子分离器GC：填充柱毛细管柱均可MS：常用四极杆质谱仪近来还有离子阱和飞行时间质谱仪326.2.6质谱联用技术1气相色谱-质谱联用仪关键：(GC/MS)的分析条件GC:不同组分在两相中的分配系数不同，先后从色谱柱中流出，实现分离MS:连续对分离后的某一组分进行质量数扫描，得离子流强度随质量数变化的质谱GC条件：同普通GC(柱类型、固定液种类、汽化温度、载气流量、进样量、柱温及升温程序等)MS条件：扫描方式，扫描范围（质量），扫描速度,灯丝电流、倍增器电压（电离）1气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)33(GC/MS)的分析条件GC:不同组分在两相中的分配系数不GC-MS的主要信息：总离子色谱图或重建离子流色谱图（全扫描监测方式）：组分化合物电离产生的所有质量数离子流（总离子流）随时间变化的色谱图。可以实时显示总离子流色谱图和某组分的质谱图。适用于未知物定性。质量色谱图或提取离子色谱图（选择离子监测方式）：任一质量的离子，其强度随时间变化的色谱图。选择离子色谱图：表征某一化合物的数个特征离子流（分子离子流、功能团离子流或强碎片离子流等）随时间变化的色谱图。适用于目标化合物或目标类化合物的检测（定量）。p315图9.16;图9.18p316图9.171气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)34GC-MS的主要信息：p315图9.16;图9.18p3163535GC-MS定性定量分析总离子色谱图某一组分的质谱图库检索选择离子色谱图数个特征质量离子条件下色谱图上是否同时出峰定量分析：同色谱法定量利用质量色谱图使重叠峰分开1气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)36GC-MS定性定量分析总离子色谱图某一组分的质谱图库检索选择2液相色谱-质谱联用仪(liquidchromatography-massspectrometer,LC-MS)

组成：LC：普通LCMS：常用四极杆质谱仪，离子阱质谱仪，飞行时间质谱仪，串联质谱仪接口：ESI,APCI……数据系统：计算机蛋白质库……主要信息：准分子离子（单多级质谱）；子离子；母离子；中性丢失谱（多级质谱）软电离，得到准分子离子。结构解析需MS-MS。一般不适用于非极性化合物。372液相色谱-质谱联用仪组成：373串联质谱(tandemmassspectrometry，MS/MS,MSn)massseparation-massspectracharacterization串联方式：Q-Q-Q(triplequadrupolemassspectrometer)Q-TOF(quadrupole-time-of-flighttandeminstruments)MSn选择反应监测SRM,selectedreactionmonitoring多反应监测MRM,multiplereactionmonitoringtheuserselectsonlyonepairofions(aparentandadaughterion),whichwillbeanalysed-SRMsomepairsofionswillbeanalysed-MRMp318383串联质谱massseparation-masssp39393Dmassspectrum―themostimportantpeaksappearinthefrontanddaughterpeaksbehindthem.403Dmassspectrum―themostimp名词解释母离子扫描parentionscan串联质谱法中的一种扫描方式。用这样的方式可以检测生成指定碎片离子的所有先驱离子（母离子），从而追朔碎片离子的来源，能对产生某种特征碎片离子的一类化合物进行快速筛选。

子离子扫描daughterionscan串联质谱法中的一种最常用的扫描方式。通过第一级质谱的质量分离，选出欲分析的母离子，经碰撞活化，形成一系列的碎片离子（子离子）通过母离子和相关碎片可以推知该化合物的结构信息。

中性碎片丢失扫描neutralfragmentlossscanning串联质谱法中的一种扫描方式。用于检测丢失特定质量中性碎片的离子。它可以快速寻找具有特定官能团的一类化合物。41名词解释母离子扫描parentionscan子离子6.3质谱解析6.3.1质谱中的离子1分子离子or双键或环状结构、有机酸、醇等的分子离子峰强度大426.3质谱解析1分子离子or双键或环状结构、有机分子离子峰的判断一般在质谱的最右端有合理的质量丢失（丢失的质量数不应为4-14;20-25）分子量符合氮规则N的个数为奇数，分子量为奇数N的个数为0,2,4…等偶数，分子量为偶数（N为奇数价，偶数分子量）6.3.1质谱中的离子43分子离子峰的判断一般在质谱的最右端N的个数为奇数，分子量为奇2碎片离子——EI(1)自由基引发的断裂——断裂醇的特征离子伯胺双键酮烷基苯442碎片离子——EI(1)自由基引发的断裂——(2)正电荷引发的断裂双电子转移断裂（几率大）电荷引发（几率小）断裂(3)断裂无电子和电子的烷烃分枝处易断裂、易丢失最大烷基2碎片离子——EI45(2)正电荷引发的断裂双电子转移断裂（几率大）电荷引发（(4)环烯的断裂——Retro-Diels-Alder反应2碎片离子——EI46(4)环烯的断裂——Retro-Diels-Alder反3同位素离子一般质量数大于分子离子同位素峰的强度取决于同位素的种类和丰度根据同位素峰强度比可以估计该元素的个数12C和13C100:1.1有1个C时，M+1峰强度1.1%2个C时，M+1峰强度2.2%35Cl和37Cl100:32.53:1505231几率848688961118120122124272791473同位素离子一般质量数大于分子离子12C和13C100:同位素峰强度符合规则轻同位素丰度重同位素丰度同位素元素的个数3同位素离子48同位素峰强度符合规则轻同位素4重排离子——麦氏重排(Mclafferty)含有含有氢原子494重排离子——麦氏重排(Mclafferty)含有496.3质谱解析6.3.2常见有机化合物的质谱1烃类断裂相差14个质量单位的离子系列3-4个，4-5个碳原子的碎片出现几率大支链处容易断裂，产生的碎片离子强度大5716985141p330烷烃506.3质谱解析1烃类断裂相差14个质量单位的离子6.3质谱解析6.3.2常见有机化合物的质谱烯烃具有烷烃的特征可发生重排芳烃苄基容易断裂生成正离子516.3质谱解析烯烃具有烷烃的特征可发生重排芳烃苄6.3质谱解析6.3.2常见有机化合物的质谱2醇和酚醇断裂脱水526.3质谱解析2醇和酚醇断裂脱水526.3质谱解析6.3.2常见有机化合物的质谱酚较强的分子离子苯的特征异构化536.3质谱解析酚较强的