色谱质谱联用仪

色谱质谱联用仪18.4.1概述质谱：纯物质的结构分析色谱：化合物分离色谱-质谱联用：共同优点类型：GC-MS；GC-IR；LC-MS；CZE-MS（毛细管电泳-质谱）困难点：载气(或流动液)的分离；出峰时间监测；仪器小型化；关键点：接口技术。第2页,共44页，2024年2月25日，星期天18.4.2GC-MS联用仪器SampleSample

58901.0DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMassSelectiveDetectorDCBA

ABCDGasChromatograph(GC)MassSpectrometerSeparationIdentificationBACDADBCMS第3页,共44页，2024年2月25日，星期天GC-MS中的分子分离器填充柱色谱需要分子分离器分离载气,浓缩试样分子。毛细管色谱柱可直接与质谱联结。

分子分离器类型：

微孔玻璃式、半透膜式和喷射式三种。喷射式分子分离器：

由一对同轴收缩型喷嘴构成，喷嘴被封在一真空室中。可做成多级。第4页,共44页，2024年2月25日，星期天色谱-质谱联用仪的三维谱图第5页,共44页，2024年2月25日，星期天色谱-四极质谱联用仪第6页,共44页，2024年2月25日，星期天仪器结构色谱-四极杆质谱仪结构示意图第7页,共44页，2024年2月25日，星期天仪器与结构第8页,共44页，2024年2月25日，星期天色谱-飞行时间质谱联用仪第9页,共44页，2024年2月25日，星期天18.4.3LC-MS联用仪器发展比GC-MS晚，80年代中期实用化。主要问题：溶剂去除。LC流速：0.5～数mL

真空泵抽气速度100

L

热不稳定，挥发度低，生物分子电离。关键：特殊接口与电离源技术（提出有27种）实际应用：热喷雾，80年代较多应用，后被APCI取代快原子轰击大气压化学电离：

APCI

电喷雾电离：ESI第10页,共44页，2024年2月25日，星期天1.电喷雾电离接口RayleighLimitReached++++++++++-----++++++++++-----++++++--++++++--Evaporation++ChargedDroplets试样离子准分子离子AnalyteIonsSolventIonClustersSalts/IonpairsNeutrals++++++++--其他离子电喷雾电离：毛细管加电压3～６kV，液滴表面电荷密度增加到临界点，静电场的排斥力大于表面张力，液滴越来越小。第11页,共44页，2024年2月25日，星期天Electrospray，ESI电喷雾电离流出液在高电场下形成带电喷雾，在电场力作用下穿过气帘。气帘的作用：雾化；蒸发溶剂；阻止中性溶剂分子。第12页,共44页，2024年2月25日，星期天电喷雾电离分子不裂解，产生多电荷离子，相对分子质量Mr计算：选相邻峰，电荷n，n+1m1=(Mr+n)/2m2=(Mr+n+1)/(n+1)计算结果如表。不适用于非极性化合物第13页,共44页，2024年2月25日，星期天电喷雾电离-多电荷离子第14页,共44页，2024年2月25日，星期天大气压化学电离（APCI）热喷雾(100～120

C)+化学电离；适用于热稳定化合物分析。第15页,共44页，2024年2月25日，星期天大气压化学电离（APCI）DielectriccapillaryHighwattageheaterHPLCinletCoronadischargeneedleVaporizerNebulizergas+++++++++++++++++++++++第16页,共44页，2024年2月25日，星期天大气压化学电离

（APCI）

LC-APCI-MS

分析谱图第17页,共44页，2024年2月25日，星期天2.离子阱质量分析器

特定m/z离子在阱内一定轨道上稳定旋转，改变端电极电压，不同m/z离子飞出阱到达检测器。第18页,共44页，2024年2月25日，星期天3.LC-MS(离子阱)联用仪器结构示意图第19页,共44页，2024年2月25日，星期天LC-MS(四极杆)联用仪器结构示意图第20页,共44页，2024年2月25日，星期天18.4.4毛细管电泳-质谱联用仪器与液相色谱-质谱联用仪的原理基本相同。三个问题：1.几十

kV的电压，缓冲溶液，安全；2.毛细管电泳流速1

L，直接连接，破坏层流；3.进样量很小（fmol），需要高灵敏度。接口：电喷雾ESI第21页,共44页，2024年2月25日，星期天CE-ES-MS联用仪器接口示意图第22页,共44页，2024年2月25日，星期天CE-ES-MS联用仪器结构示意图第23页,共44页，2024年2月25日，星期天18.4.5ICP-MS联用仪器（无机质谱）ICP具有很高的原子化效率，可分析众多元素。第24页,共44页，2024年2月25日，星期天ICP-MS联用仪接口示意图第25页,共44页，2024年2月25日，星期天ICP-MS联用仪器特点1.样品在大气压下送入系统；2.样品在高温下进行完全气化和分解；3.样品原子化、离子化比例高；4.大多数元素产生的是单电荷离子5.离子能量分散很小；6.ICP不需要真空的离子源7.离子源处于低电位，可配置简单的质量分析器缺点：高温，需特殊材料；离子源气压高第26页,共44页，2024年2月25日，星期天18.4.6MS-MS联用仪器（多级质谱）1.MS-MS联用的作用

得到更多的分子离子和碎片离子的结构信息。早期：主要将亚稳离子作为一种研究对象。亚稳离子：指离子源出来的离子，不稳定，前进过程中发生了分解，丢掉一个中性碎片后生成的新离子。母子关系

结构研究20世纪80年代：软电离技术（ESI、APCI、FAB、MALDI等），基本上都只有准分子离子，没有结构信息，更需要串联质谱法得到结构信息。第27页,共44页，2024年2月25日，星期天MS-MS与GC-MS比较第28页,共44页，2024年2月25日，星期天MS与

MS-MS

联用仪

分析结果对比第29页,共44页，2024年2月25日，星期天2.MS-MS联用的主要串联方式（1）空间串联碰撞活化室将前级质谱仪选定的离子打碎，由后一级质谱仪分析。扇形磁场(B)电场(E)串联方式：BEB；EBE；BEBE四极杆串联方式：三级Q-Q-Q混合型串联方式：BE-Q；Q-TOF；EBE-TOF(飞行时间)MS活化MS选择分析第30页,共44页，2024年2月25日，星期天MS-MS联用方式示意图BE型BEB型Q-Q-Q型三级四极质谱仪第31页,共44页，2024年2月25日，星期天混合型MS-MS联用方式示意图BEQQ组合QEB组合第32页,共44页，2024年2月25日，星期天（2）时间串联MS活化MS前一时刻选定-离子，在分析器内打碎后，后一时刻再进行分析。

两类：离子阱质谱仪；回旋共振质谱仪时间上进行选择。无论是哪种方式的串联，都必须有碰撞活化室，从第一级MS分离出来的特定离子，经碰撞活化后，再经第二级MS进行质量分析，取得更多的信息。

第33页,共44页，2024年2月25日，星期天3.碰撞活化分解软电离：准分子离子峰，碎片很少，缺结构信息。准分子离子

“打碎”

碎片离子质谱分析串联质谱：碰撞活化、碰撞诱导分解(Collisionactivateddissociation,CAD；CollisionInduceddissociation,CID)技术把离子“打碎”。磁式质谱仪：离子加速电压超过1000V，高能CAD方式四极杆，离子阱：不超过100V，低能CID。Ar

碰撞室离子能量EMS1MS2第34页,共44页，2024年2月25日，星期天4.MS-MS串联质谱工作方式和主要信息（1）三级四极(Q-Q-Q)的工作方式和信息Q1：四级杆用于质量分离Q2：四极杆用于碰撞活化(CID)Q3：四极杆用于质量分离主要工作方式有四种第35页,共44页，2024年2月25日，星期天主要工作方式：a子离子扫描：MS1选定-质量，CID碎裂，MS2扫描得子离子谱。b母离子扫描：MS2选定一子离子，MS1扫描，得到的是能产生选定子离子的那些离子，即母离子谱。c中性丢失谱扫描：MS1和MS2同时扫描。保持固定的质量差，只有满足相差-固定质量的离子才得到检测。d多离子反应监测：MS1选择一或几个特定离子，碰撞碎裂,由其子离子中选出一特定离子，只有同时满足MS1和MS2选定的一对离子时,才有信号产生。

第36页,共44页，2024年2月25日，星期天(2)离子阱质谱仪MS-MS工作方式和信息

A阶段：打开电子门，基础电压置于低质量的截止值，使所有的离子被阱集,利用辅助射频电压抛射掉所有高于被分析母离子的离子。B阶段：增加基频电压，抛掉低于被分析母离子的离子。收集即将碰撞活化的离子。C阶段：利用加在端电极上的辅助射频电压激发母离子，使其与阱内本底气体碰撞，D阶段：扫描基频电压,抛射并接收所有CID过程形成的子离子，获得子离子谱。多级子离子谱，还可以提供母离子谱,中性丢失谱和多反应监测（MRM）。

第37页,共44页，2024年2月25日，星期天(3)FT质谱仪MS-MS工作方式和信息

FTMS的扫描方式：快速扫频脉冲对所有离子“同时”激发。

MS-MS功能的FTMS：其快速扫频脉冲可以选择性的留下频率“缺口”，用频率“缺口”选择性的留下欲分析的母离子，其它离子被激发并抛射到接收极。使母离子受激，使其运动半径增大又控制其轨道不要与接收极相撞。此时母离子在室内与本底气体或碰撞气体碰撞产生子离子。再改变射频频率接收子离子。还可由子离子谱中选一个离子再做子离子谱。离子损失很少，FTMS可以做到5-6级子离子谱。

第38页,共44页，2024年2月25日，星期天(4)飞行时间质谱仪的源后裂解

离子在飞行过程中如果发生裂解，新产生的离子仍然以母离子速度飞行。因此在直线型漂移管中观测不到新生成的离子。采用带有反射器的漂移管；新生成的离子与其母离子动能不同，可在反射器中被分开。这种操作方式称为源后裂解（Postsourcedecomposition，PSD）。通过PSD操作可以得到结构信息，可以认为反射型TOFMS也具有MS-MS功能。TOF-TOF串联质谱仪已经出现。第39页,共44页，2024年2月25日，星期天18.4.7质谱仪性能指标1.质量范围质谱仪所能够进行分析的样品的相对原子质量（或相对分子质量）范围。通常采用原子质量单位（unifiedatomicmassunit，符号u）进行度量。原子质量单位是由12C来定义的，即一个处于基态的12C中性原子的质量的1/12，即第40页,共44页，2024年2月25日，星期天质量范围:质量范围是质谱仪所能测定的离子质荷比的范围。GC-MS：质量范围达到800即可；LC-MS：质量范围要宽。对于单电荷离子，质量范围实际上就是可以测定的分子量范围；对于电喷雾源，形成的多电荷离子，尽管质量范围只有几千，但可以测定的分子量可达10万以上。质量范围的大小取决于质量分析器。四极杆分析器的质量范围上限一般在1000左右，也有的可达3000，而飞行时间质量分析器可达几十万。

第41页,共44页，2024年2