仪分质谱分析法药学专家讲座

第十九章质谱法MassSpectrometry仪分质谱分析法药学第1页质谱谱图基峰强度离子质荷比仪分质谱分析法药学第2页本章内容一、概述二、质谱仪三、质谱图及相关概念四、质谱法应用五、色谱质谱联用技术仪分质谱分析法药学第3页质谱分类质谱无机质谱有机质谱一、概述仪分质谱分析法药学第4页一、概述质谱分析法将样品分子转变成气态离子,然后按照离子质荷比（m/z）大小,对离子进行分离和检测,并作定性或定量分析方法。仪分质谱分析法药学第5页有机质谱一、概述仪分质谱分析法药学第6页定性和定量有力工具应用面广仪器结构复杂,造价高一、概述—质谱法特点仪分质谱分析法药学第7页1911年:世界第一台质谱装置（J.J.Thomson）40年代:同位素和无机元素分析50、60年代:有机物分析，GC-MS联用技术80年代:新质谱技术出现，基质辅助激光解吸电离源，电喷雾电离源，LC-MS联用仪等.1922年和年Nobelprice一、概述—质谱发展史仪分质谱分析法药学第8页气体扩散直接进样气相色谱液相色谱电子轰击化学电离电喷雾激光解吸

二、质谱仪单聚焦双聚焦飞行时间四极杆离子阱真空系统仪器结构仪分质谱分析法药学第9页1.分辨率(Resolution,R)（一）质谱仪性能指标仪分质谱分析法药学第10页分辨率计算例题仪分质谱分析法药学第11页2.质量范围如:2～250，10～0等（一）质谱仪性能指标3.灵敏度绝对灵敏度4.重现性质量数和定量分析重现性

仪分质谱分析法药学第12页1.进样系统2.离子源3.质量分析器4.检测系统5.真空系统6.数据处理系统（二）质谱仪结构仪分质谱分析法药学第13页1.进样系统仪分质谱分析法药学第14页2.离子源①

电子电离源(EI)

②化学电离源（CI）③大气压化学电离源(APCI)

④电喷雾电离源（ESI

）⑤基质辅助激光解吸电离(MALDI)

仪分质谱分析法药学第15页①

电子电离源(ElectronIonization,EI)仪分质谱分析法药学第16页①

电子电离源(ElectronIonization,EI)EI源特点:电离效率高,灵敏度高；离子碎片多,有丰富结构信息有标准质谱图库；但经常没分子离子峰.只适合用于易气化、热稳定化合物。电子轰击电压:70eV有机化合物分子电离电位普通为:7～15eV

仪分质谱分析法药学第17页②化学电离源（ChemicalIonization,CI）化学电离过程:⑵⑴⑶结果产生:[M+H]+

离子仪分质谱分析法药学第18页②化学电离源（ChemicalIonization,CI）准分子离子峰强,可取得分子量信息;谱图简单;但不能进行谱库检索,只适合用于易气化、热稳定化合物。CI源特点:仪分质谱分析法药学第19页EI谱与CI谱比较EI谱CI谱样品分析仪分质谱分析法药学第20页③

大气压化学电离

(AtmosphericpressurechemicalIonization,APCI)

特点:1.产生准分子离子峰（M+H+）2.适合用于热稳定极性较小化合物分析3.应用:与液相色谱仪联用仪分质谱分析法药学第21页④电喷雾电离源（ElectronsprayIonization,ESI

）仪分质谱分析法药学第22页++++++--+++++++++++++-----++++++++++-----++++++--Evaporation+ChargedDroplets试样离子准分子离子AnalyteIonsSolventIonClustersSalts/IonpairsNeutrals++++++--其它离子④电喷雾电离源

（ElectronsprayIonization,ESI

）2.适合用于极性化合物热不稳定化合物分析；3.应用:与液相色谱仪联用。1.产生准分子离子峰特点:（M+H+;M+Na+;M+K+）仪分质谱分析法药学第23页电喷雾电离谱图仪分质谱分析法药学第24页电喷雾及大气压化学电离谱图仪分质谱分析法药学第25页⑤基质辅助激光解吸电离源（Matrixasistantlaiserdesorptionionization,MALDI）特点:软电离，可得到分子量信息适合用于蛋白质等大分子分析仪分质谱分析法药学第26页基质辅助激光解吸电离谱图仪分质谱分析法药学第27页质谱离子源总结（原理、应用）M.W极性GC/EI/CIHPLC/APCIHPLC/ESIMALDI仪分质谱分析法药学第28页电子电离源(EI)化学电离源(CI)大气压化学电离源（APCI）电喷雾电离源(ESI)激光辅助解吸电离源(MALDI)原理失去电子离子加合离子加合离子加合离子加合离子类型分子离子，碎片离子准分子离子准分子离子准分子离子准分子离子应用特点GC/MS？GC/MS？LC/MS？LC/MS？直接进样？离子源特点总结仪分质谱分析法药学第29页思索题质谱分析法概念质谱仪由哪几部分组成？各部分作用是什么？（画出质谱仪方框示意图）离子源作用是什么？试述EI和CI离子源原理及特点仪分质谱分析法药学第30页

3.1单、双聚焦质量分析器

3.2四极杆质量分析器

3.3飞行时间质量分析器

3.4串级质谱(两个质量分析器串联)3.质量分析器仪分质谱分析法药学第31页3.1单聚焦质量分析器仪分质谱分析法药学第32页分辩率高体积大价格昂贵特点:3.2双聚焦质量分析器仪分质谱分析法药学第33页

3.2四极杆质量分析器仪分质谱分析法药学第34页重现性好,线性范围宽,适合用于定量分析体积小,价格较低；分辨率低,质量范围小。四极杆质量分析器特点:

3.2四极杆质量分析器仪分质谱分析法药学第35页3.3飞行时间质量分析器(TimeofFlightAnalyzer,TOF)T=L(m/2eV)1/2质量范围宽,有高、低分辨率两种结构重现性差,主要用于定性分析适合用于蛋白质等大分子分析特点:仪分质谱分析法药学第36页串联质谱法(Tandemmassspectrometry)Fixedm/zPassAllFixedm/z特点:有极高灵敏度和特异性仪分质谱分析法药学第37页LC/MSCID技术1.CID技术在离子源或多级质量分析器内，离子与气体发生碰撞,生成碎片离子过程。CID分为两种:①源内（insource）CID；②三级四极杆质谱CID。(Collisioninduceddissociation)仪分质谱分析法药学第38页2.CID结构

①源内CID②三重四极杆CID仪分质谱分析法药学第39页4.检测系统仪分质谱分析法药学第40页5.真空系统质谱仪需要在高真空下工作:10-410-6Pa(1)大量氧会烧坏离子源灯丝；(2)用作加速离子几千伏高压会引发放电；(3)引发额外离子－分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化;(4)影响灵敏度。1-11Torr=1mmHg=133.322Pa仪分质谱分析法药学第41页液相色谱质谱分析过程模拟动画仪分质谱分析法药学第42页思索题1.为何质谱仪需要高真空?2.双聚焦质量分析器、四极杆质分析器、飞行时间质量分析器及串级质谱法特点仪分质谱分析法药学第43页质谱图三、质谱图及相关概念仪分质谱分析法药学第44页2.质谱中各种离子峰___分子离子峰

定义:样品分子在高能电子撞击下失去一个电子而形成离子,记为M+。稳定性:芳香环>共轭多烯>环状化合物>…仪分质谱分析法药学第45页2.质谱中各种离子峰___分子离子峰分子离子峰数值等于相对分子量分子离子峰必须符合氮规律①.N偶数,M偶数②.N奇数,M奇数含Cl或Br原子分子利用M和M+2分子离子峰作判断特点:仪分质谱分析法药学第46页准分子离子峰准分子离子峰___分子与其它离子加合产生峰如

M+H+、M+Na+、M+K+等。

准分子离子常由软电离产生。3.质谱中各种离子峰___软电离方式:CI,APCI,ESI,MALDI仪分质谱分析法药学第47页碎片离子峰碎片离子峰－当轰击电子能量超出分子电离所需能量(50～70eV)时,分子离子处于激发状态,在离子源中其原子之间一些键还会深入断裂,产生质量数较低碎片离子而形成离子峰4.质谱中各种离子峰___仪分质谱分析法药学第48页当有机化合物蒸气分子进入离子源受到电子轰击时，按以下方式形成各种类型离子（分子碎片）:ABCD+e-ABCD++2e-分子离子

BCD•

+A+

B•

+A+

CD•

+AB+

A

•

+B+

ABCD+

D•

+C+

AB•

+

CD+

C•

+D+碎片离子5.有机化合物断裂方式仪分质谱分析法药学第49页σ―断裂5.有机化合物断裂方式仪分质谱分析法药学第50页重排离子峰6.质谱中各种离子峰___仪分质谱分析法药学第51页重排离子峰6.质谱中各种离子峰___例：下面化合物能否发生麦氏重排？√×仪分质谱分析法药学第52页碎片离子峰定性作用7.质谱中各种离子峰___仪分质谱分析法药学第53页同位素离子峰7.质谱中各种离子峰___氯:35(100%);37(32.5%)

溴:79(100%);81(98.0%)

仪分质谱分析法药学第54页同位素离子峰M+1峰:M+2峰:7.质谱中各种离子峰___666451492928C2H5Cl1581567751Br

CH41615m/zRA16100171.181Br79Br35Cl37Cl(32.5%)(98%)仪分质谱分析法药学第55页四、分子质谱法应用1.相对分子质量测定2.分子式测定3.结构测定(一).定性分析(二).定量分析(主要与色谱仪联用)1.GC-MS联用2.LC-MS联用仪分质谱分析法药学第56页相对分子质量测定2.分子式测定⑴高分辨质谱仪⑵由同位素比求分子式由M,M+1,M+2峰强度比,查拜诺(Beynon)表(一).定性分析仪分质谱分析法药学第57页3.结构测定⑴利用标准谱库⑵计算分子不饱和度Ω⑶分子离子峰相对强度⑷碎片离子峰提供信息⑸紫外、红外、核磁谱结合n4四价原子n3三价原子n1一价原子仪分质谱分析法药学第58页五、色谱质谱联用技术色谱质谱仪惯用技术1.全扫描(SCAN)和选择离子(selectionmethods,SIM)仪分质谱分析法药学第59页色谱质谱仪惯用技术1).全扫描(SCAN)和选择离子(selectionmethods,SIM)SIMSCAN仪分质谱分析法药学第60页3.多反应监测(Multiplereactionmonitoring,MRM)MS1CollisionCellMS2StaticCIDStaticminimisesmatrixinterferencehighsensitivityaccuratereproducible

色谱质谱仪惯用技术仪分质谱分析法药学第61页3).多反应监测MRMvsSIM

2.5ppbVinclozolininplumextractVinclozolinMRM285>212VinclozolinSIM285仪分质谱分析法药学第62页应用技术举例仪分质谱分析法药学第63页仪分质谱分析法药学第64页仪分质谱分析法药学第65页检测中草药中100种杀虫剂Dichlorvoscis-Mevinphostrans-MevinphosEthoprophosChlorprophamCadusafosPhorate

-HCHHexachlorobenzeneDimethoateCarbofuran

-HCHDimethipinQuintozeneLindaneDiazinoneChlorothalonilPentachloroanilinePhosphamidonChlorpyriphos-methylVinclozolinParathion-methylAlachlorCarbarylHeptachlorPirimiphos-methylMPCPSMalathionChlorpyriphosAldrinFenthionParathionFenpropimorfTriadimefonOxychlordaneFipronilHeptachlorepoxideChlorfenvinphosPhenthoateQuinalphosTriadimenolMethidathion

-ChlordaneTetrachlorvinphosEndosulfan

-ChlordaneProthiofosProfenofosp,p'-DDEDieldrino,p'-TDECinerinIEndrinNitrofenEndosulfan

Fensulfothionp,p'-TDEo,p'-DDTEthionJasmolinITriazophosCarbophenothionEndosulfansulphatep,p'-DDTPropargitePiperonylbutoxidePyrethrinIPhos