质谱离子化技术及发展

关于质谱离子化技术及发展绪言

常规方法：电子轰击法(EI）

软离子化技术：化学电离(CI)法优点：稳定性好、易于操作；提供丰富的指纹信息和标准的常规有机质谱图缺点：只适合于极性小、沸点低和热稳定的化合物丰度高的分子离子峰或准分子离子峰,第2页,共27页，星期六，2024年，5月场解吸电离(FD）二次离子质谱(SIMS）快原子轰击(FAB）热喷雾(TS)电喷雾(ESI)离子喷雾(IS)大气压化学电离(APCI)基质辅助激光解吸质谱法(MALDI-MS)已在生物化学领域得到广泛的应用解决用质谱法来分析高极性、难挥发、热不稳定的大分子有机化合物同时可作为液相色谱-质谱联用接口第3页,共27页，星期六，2024年，5月场解吸电离(FieldDesorption,FD)

原理

场解吸发射体钨丝炭微针上涂敷有机化合样品溶液溶剂挥发，样品分子吸附于发射体钨丝上通以毫安级电流样品解吸，分子立即扩散到高场强的发射区进行离子化分子离子特点：解吸能比气化能小得多

第4页,共27页，星期六，2024年，5月场解吸电离(FieldDesorption,FD)应用有机酸、甾体、氨基酸、肽、核苷酸、生物碱、抗生素和它们的代谢物等方面缺陷发射体上炭微针不能保持较长时间的稳定，以及发射体电流速率发生变化等高活泼性、不稳定的分子；对阳极有特别强的化学吸附能力的分子要求精细地制备样品和复杂熟练的实验技术第5页,共27页，星期六，2024年，5月等离子体解吸(PlasmDesorption,PD)

原理用溶剂溶解固体样品沉积于Ni箔上252Cf等离子源自发衰变离子碎片碎片飞出并穿透Ni箔能量积聚在样品和Ni箔的一个极小区域内脉冲式局部加热离子、少数碎片、中性产物。

第6页,共27页，星期六，2024年，5月等离子体解吸(PlasmDesorption,PD应用

252Cf核衰变能量高、频率低、任意时间分布,适于解吸非挥发性大分子生物化合物、高活泼性以及对阳极有特别强化学吸附力的分子第7页,共27页，星期六，2024年，5月二次离子质谱(SecondaryIonMass

Spectrometry,SIMS)

原理离子源（液体金属或气体）高压电场初级离子聚焦离子束轰击试样二次离子样品元素、同位素、化合物组分和分子结构以及一定的晶体结构信息特点对于样品分子的解吸和离解无需加热第8页,共27页，星期六，2024年，5月二次离子质谱(SecondaryIonMass

Spectrometry,SIMS)应用有机高分子样品和生物有机化合物的分子量和结构鉴定弱点技术上要求一次离子的能量至少高于二离子的加速电压由于有机样品的导电性差,离子轰击会产生电荷效应,直接影响离子流的寿命和稳定性第9页,共27页，星期六，2024年，5月快原子轰击电离(FastAtom

Bombardment,FAB)

原理惰性气体快离子流高已被电离并加速发生电荷交换能快原子作为初级中性原子束轰击为涂有试样的金属靶样品发生蒸发和电离惰性中性原子氙或氩气体室第10页,共27页，星期六，2024年，5月快原子轰击电离(FastAtom

Bombardment,FAB)

优点没有电荷效应-使用了中性原子代替离子轰击样品（显出SIMS更大的优越性）FAB为小于40°C的冷源（FAB既不需要象EI、CI那样加热样品,也不需要FD的用电流加热解吸样品）3、FAB技术操作简便第11页,共27页，星期六，2024年，5月快原子轰击电离(FastAtom

Bombardment,FAB)

不足之处在较低质量范围内基质本底影响较大非极性化合物灵敏度显著下降有一定质量范围的限制。应用特别适用于高极性、难挥发、分子量大、热不稳定的化合物,而且测试后不影响样品的生物活性,很快就成为分析极性化合物的首选方法。第12页,共27页，星期六，2024年，5月热喷雾电离(Thermospray,TS)

原理洗脱通过电热的不锈钢毛细管进入处于真空的气化室时溶剂挥发后由真空泵抽去,产生的离子受推斥电极作用进入检测系统后被记录成谱。应用适合混合物的分析第13页,共27页，星期六，2024年，5月热喷雾电离(Thermospray,TS)

不足之处对温度很敏感,重现性较差检测限较高尤其是对于极性低的化合物,响应低或没有响应对HPLC流动相溶剂、流速的选择有一定限制,无法采用HPLC梯度第14页,共27页，星期六，2024年，5月电喷雾电离(Electrospray

Ionization,ESI)

作用机制样品溶液高电场微小的带电液滴溶剂分子蒸发带电液滴的半径缩小液滴表面电场逐渐增大分裂成更小的液滴极小液滴时分析物离子自液滴表面发射特点全新方法巨大贡献：

既可作为溶液样品进样,又可方便的用于强极性、难挥发性化合物的离子化第15页,共27页，星期六，2024年，5月电喷雾电离(Electrospray

Ionization,ESI)

2、重大突破m/z大分子化合物分子量测定

具有极高的灵敏度和可靠的准确性，测定的分子量越大,信号越特征,在低质量范围区干扰峰较小3、非常软的电离方法对小分子极性化合物不仅能得到单分子的准分子离子,还能得到化合物的多聚体以及它们的碱金属离子,样品用量极少,不易污染离子源,谱图干净,灵敏度高,它的检测限可达10-15~10-12g第16页,共27页，星期六，2024年，5月电喷雾电离(Electrospray

Ionization,ESI)

4、ESI应用范围广无论是一般的天然有机极性小分子或者生物大分子都能进行分子量测定5、ESI作为LC-MS接口灵敏度受流动相组分和流速的影响较大,流速增加,洗脱液中水在甲醇或乙腈中比例升高,灵敏度显著降低。当流速为10μl/min时,灵敏度达最佳值。第17页,共27页，星期六，2024年，5月离子喷雾技术(IonsprayIonization,ISI)

作用机制样品是经气动雾化形成液滴。气动喷雾器装置-----离子源的出口处有一氮气帘,溶剂化的分子通过气帘和大气压与真空之间的小孔时被脱去溶剂,它可挡住溶剂、缓冲液进入分析区域,有利于样品离子脱溶剂化、去簇化和维持真空系统,保持分析器的洁净第18页,共27页，星期六，2024年，5月离子喷雾技术(IonsprayIonization,ISI)

与ESI的比较1、流速

ESI在低流速和流动相中,水的百分比较低时,才能有良好的灵敏度和稳定性；

ISI采用气动喷雾装置允许洗脱液有较大的流速和高的水百分比。流速可达0.2ml/min。但实验证明流速在40μl/min时灵敏度最佳2、产生多电荷离子,可分析分子量高达几十万道尔顿的蛋白质。

第19页,共27页，星期六，2024年，5月大气压化学电离(Atmospheric

PressureChemicalIonization,APCI)

原理

LC流出液喷雾3~6kV电压的尖针在雾中放电溶剂分子电离,形成反应气等离子体样品分子穿过等离子体时被电离形成离子

第20页,共27页，星期六，2024年，5月大气压化学电离(Atmospheric

PressureChemicalIonization,APCI)特点最软的电离方式之一，只产生单电荷峰,适合于分析分子量略小或极性较小的化合物,电离效率高。采用气动雾化,可快速适合高低含量水溶液的流动相,适合于做梯度洗脱,可满足0.2到2.0ml/min的流速,能直接与常规柱连接。对溶剂选择、流速和添加物的依赖性较小

当样品为非酸碱性物质,且易被蒸发,或溶剂、流速、添加物不适合于ES,或样品有较差的ES响应时,应选用APCI方法第21页,共27页，星期六，2024年，5月大气压电离(AtmosphericPressure

Ionization,API)

包括电喷雾(ESI)、离子喷雾(ISI)和大气压化学电离(APCI)三种模式共同点是样品的离子化在处于大气压下的离子化室完成,离子化效率高,大大增强了分析的灵敏度、稳定性,它们是目前最软的离子化技术API的发展解决了LC-MS联用技术中LC流速与MS仪在真空下工作的匹配问题，API技术解决了液体样品及LC-MS联用技术离子化问题,具有其它分析手段无可比拟的优点第22页,共27页，星期六，2024年，5月大气压电离(AtmosphericPressure

Ionization,API)

APIMS是当前LC-MS联用技术中最成功的配置,已加入了常规应用的领域：新药研究中药物品质的鉴定与定量分析;分析药物中的杂质、副产物、降解产物等;药物代谢的研究,包括未知代谢物的结构测定、代谢物在体内的分布及定量;医学应用;天然药物成分分析;生物分子结构确定等方面。尤其是微型HPLC的发展,将会大大推动LC-MS的应用第23页,共27页，星期六，2024年，5月基质辅助激光解吸电离(MatrixAssistedLaserDesorptionIonization,MALDI)

原理这种技术主要是通过将被分析的物质的分子从一个适当的固体基质(小分子有机物)分离的方法,释放出完整的大分子量的气体分子离子★Hillenkamp把离子产生过程归结为四种作用类型离子直接从固体热蒸发中性分子直接从固体热蒸发并随后在气相状态中电离第24页,共27页，星期六，2024年，5月基质辅助激光解吸电离(MatrixAssistedLaserDesorptionIonization,MALDI)3、激光解吸过程,即有机分子进行共振吸收时分子生色团在固体样品中共振吸收能量,并把绝大部分能量传递到有机物的晶体的晶格中,使晶格受到瞬时强烈扰动而解吸离子或中性分子4、激光形成等离子