质谱课件3节.ppt

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1、 工作原理工作原理 质谱仪都必须有电离装置把样品电离为离子，有质质谱仪都必须有电离装置把样品电离为离子，有质量分析装置把不同质荷比的离子分开量分析装置把不同质荷比的离子分开,经检测器检测之经检测器检测之后可以得到样品的质谱图，由于有机样品后可以得到样品的质谱图，由于有机样品,无机样品和无机样品和同位素样品等具有不同形态、性质和不同的分析要求同位素样品等具有不同形态、性质和不同的分析要求,所以，所用的电离装置、质量分析装置和检测装置有所以，所用的电离装置、质量分析装置和检测装置有所不同。所不同。第三节第三节 质谱仪器质谱仪器离子源离子源轰击样品轰击样品带电荷的带电荷的碎片离子碎片离子电场加速电场

2、加速(zU)获得动能获得动能(1/2mV2)磁场分离磁场分离(m/z)检测器记录检测器记录z为电荷数，为电荷数，U为加速电压，为加速电压，m为碎片质量，为碎片质量，V为离子运动速度。为离子运动速度。真空系统、进样系统、电离源、质量分析器、检测系统真空系统、进样系统、电离源、质量分析器、检测系统真空系统真空系统进样系统进样系统检测器检测器数据分析数据分析质量分质量分析器析器电离源电离源大气压大气压1 进样系统适用于多组分样品的分析。适用于多组分样品的分析。2.真空系统真空系统 质谱仪的离子产生及经过系统必须处于高真空状态（离质谱仪的离子产生及经过系统必须处于高真空状态（离子源应达子源应达10-3

3、10-5Pa，质量分析器中应达，质量分析器中应达10-5Pa），以，以减少离子碰撞损失。真空度过低，将会引起：减少离子碰撞损失。真空度过低，将会引起：a）大量氧会烧坏离子源灯丝；）大量氧会烧坏离子源灯丝；b）引起其它分子离子反应，使质谱图复杂化；）引起其它分子离子反应，使质谱图复杂化；c）干扰离子源正常调节；）干扰离子源正常调节；d）用作加速离子的几千伏高压会引起放电。）用作加速离子的几千伏高压会引起放电。通常，质谱仪采用机械泵预抽真空，再用高效率扩散泵连通常，质谱仪采用机械泵预抽真空，再用高效率扩散泵连续地运行以保持真空。现代质谱仪采用分子泵可获得更高续地运行以保持真空。现代质谱仪采用分子泵

4、可获得更高的真空度。的真空度。最关键的是接口问题。最关键的是接口问题。质谱要求高真空度，质谱检测的是气相离子，在电场、磁场的作用质谱要求高真空度，质谱检测的是气相离子，在电场、磁场的作用下离子按一定的运动轨迹运动，如果真空度达不到要求，即压强高，下离子按一定的运动轨迹运动，如果真空度达不到要求，即压强高，气体的密度大，离子与气体分子发生相互碰撞的概率高，碰撞会使离气体的密度大，离子与气体分子发生相互碰撞的概率高，碰撞会使离子运动方向偏离正常轨道。子运动方向偏离正常轨道。气相色谱过来的样品伴随着大量的载气会影响真空度，因此要求好的气相色谱过来的样品伴随着大量的载气会影响真空度，因此要求好的接口设

5、计保证质谱正常工作。接口设计保证质谱正常工作。气相色谱发展的前期主要是解决各种接口技术，曾采用各种分流技术气相色谱发展的前期主要是解决各种接口技术，曾采用各种分流技术来限制流量，满足质谱的真空要求。来限制流量，满足质谱的真空要求。20世纪世纪80年代，毛细管气相色谱的广泛使用，及大抽速的分子涡轮泵年代，毛细管气相色谱的广泛使用，及大抽速的分子涡轮泵的出现，保证了质谱仪所需要的真空。的出现，保证了质谱仪所需要的真空。气相色谱质谱仪已经是一个非常完善的定性、定量的优良工具。气相色谱质谱仪已经是一个非常完善的定性、定量的优良工具。气相色谱-质谱仪的基本结构3.离子源离子源 电离源种类繁多，介绍主要的

6、几种。IonisationHardSoftEI（电子轰击源）CI（化学电离源）APCI（大气压化学电离）ESI（电喷雾电离源）M+(M-R2)+(M-R3)+Mass Spectrum(M-R1)+用高能电子束从试样分子中撞出一个电子而产生正离子（用高能电子束从试样分子中撞出一个电子而产生正离子（Me M+2e）以及碎片离子。）以及碎片离子。M为待测分子，为待测分子，M+为分子离子为分子离子或母离子。碎片离子指分子中某些化学键断裂而产生的质量或母离子。碎片离子指分子中某些化学键断裂而产生的质量较小的带正电荷的碎片。较小的带正电荷的碎片。EI 源的特点：源的特点：应用最广，标准质谱图库。应用最广

7、，标准质谱图库。结构简单，操作方便。结构简单，操作方便。缺点：缺点：质谱图中分子离子峰很弱或不出现（由于电子的能量高，分子质谱图中分子离子峰很弱或不出现（由于电子的能量高，分子离子进一步离解成碎片离子）离子进一步离解成碎片离子）EIEI源：源：可变的离子化能量可变的离子化能量(10240eV)对于易电离的物质降低电子能量，而对于难电离的物质则加大电子能量（常用70eV）。电子能量电子能量分子离子增加碎片离子增加离子源中进行的电离过程是很复杂的过程，有专门的理论离子源中进行的电离过程是很复杂的过程，有专门的理论对这些过程进行解释和描述。对这些过程进行解释和描述。在电子轰击下，样品分子可能有三种不

8、同途径形成离子：在电子轰击下，样品分子可能有三种不同途径形成离子：样品分子被打掉一个电子形成分子离子。样品分子被打掉一个电子形成分子离子。分子离子进一步发生化学键断裂形成碎片离子。分子离子进一步发生化学键断裂形成碎片离子。分子离子发生结构重排形成重排离子。分子离子发生结构重排形成重排离子。此外，还有同位素离子。此外，还有同位素离子。一个样品分子可以产生很多带有结构信息的离子，一个样品分子可以产生很多带有结构信息的离子，对这些离子进行质量分析和检测，可以得到具有对这些离子进行质量分析和检测，可以得到具有样品信息的质谱图。样品信息的质谱图。电喷雾电离源电喷雾电离源(Electron Spray I

9、onization)电喷雾电离电喷雾电离(Elect ron Spray Ionization,ESI)技术技术 是美国耶鲁大学的是美国耶鲁大学的Fenn 等于等于1988年发明的一种非常实年发明的一种非常实用、高效的用、高效的“软软”电离技术电离技术,被人们称为被人们称为LC-MS 技术乃技术乃至质谱技术的革命性突破。至质谱技术的革命性突破。电喷雾电离是样品的电离在处于大气压的离子化室电喷雾电离是样品的电离在处于大气压的离子化室内完成的内完成的,离子化效率高离子化效率高,大大增强了分析的灵敏度、稳大大增强了分析的灵敏度、稳定性定性,它是目前应用最广的它是目前应用最广的“软电离软电离”技术。技

10、术。ESI电离源是一种近于通用性的电离技术，在药物研究中可以成功地分析90%以上的有机化合物。+加热的氮气干燥气加热的氮气干燥气双电子毛细管入口双电子毛细管入口 雾化气雾化气(气体用红色显示气体用红色显示)溶剂喷雾溶剂喷雾电喷雾离子电喷雾离子-4000 V 蒸发蒸发Rayleigh极限极限Coulomb爆裂爆裂蒸发蒸发被分析离子被分析离子最内层是液相色谱流出物，外层是喷射气，喷射气常采用大流量的氮气，其作用是使喷出的液体容易分散成微滴。在喷嘴的斜前方还有一个辅助气喷咀，辅助气的作用是使微滴的溶剂快速蒸发。在微滴蒸发过程中表面电荷密度逐渐增大，当增大到某个临界值时，离子就可以从表面蒸发出来。离子

11、产生后，借助于喷咀与锥孔之间的电压，穿过取样孔进入分析器。加到喷嘴上的电压可以是正，也可以是负。通过调节极性，加到喷嘴上的电压可以是正，也可以是负。通过调节极性，可以得到正或负离子的质谱。可以得到正或负离子的质谱。如果喷嘴正对取样孔，则取样孔易堵塞 ESI电离源是一种近于通用性的电离技术，在药物研究中电离源是一种近于通用性的电离技术，在药物研究中可以成功地分析可以成功地分析90%以上的有机化合物。以上的有机化合物。ESI源是一种软电离技术，质谱图简单，因而很容易解释；源是一种软电离技术，质谱图简单，因而很容易解释；在质谱图中，质子化的离子在质谱图中，质子化的离子M+H+、阳离子加合分子、阳离子

12、加合分子M+Na+、M+K+常是基峰。常是基峰。344.2482.2504.1520.0+MS,0.1-0.5min#(10-40)012347x10Intens.100150200250300350400450500550m/z482.2520.0504.1M+Na+M+H+M+K+分子量为481.16的某化合物ESI源下质谱图344.2 据统计，已知化合物中约据统计，已知化合物中约80%的化合物是亲水性强、挥发的化合物是亲水性强、挥发性低的有机物，热不稳定化合物及生物大分子，这些化合性低的有机物，热不稳定化合物及生物大分子，这些化合物的分析不适宜用物的分析不适宜用气相色谱气相色谱分析，只能

13、依靠液相色谱。分析，只能依靠液相色谱。3.3.质量分析器质量分析器zVmBR21特点：特点：1、方向聚焦：相同质荷比，入射方向不同的离子会聚；、方向聚焦：相同质荷比，入射方向不同的离子会聚；2、能量不聚焦：相同质荷比，初始能量不同的离子不会聚；、能量不聚焦：相同质荷比，初始能量不同的离子不会聚；3、分辨率不高、分辨率不高。(1/2)m 2=zV离心力离心力=向心力；向心力；m 2/R=BzV离子源离子源收集器收集器磁场磁场电场电场S1S2+-双聚焦质量分析器目前在高分辨质谱中应用最为普遍。离子从离子源进入四极场后，在场的作用下产生振动，离子从离子源进入四极场后，在场的作用下产生振动，如果质量为

14、如果质量为m m，电，电荷为荷为e e的离子从的离子从Z Z方向进入四极场，在电场作用下有特定的运动轨迹方向进入四极场，在电场作用下有特定的运动轨迹。四极杆分析器由四根棒状电四极杆分析器由四根棒状电极组成。极组成。电极材料是镀金陶瓷或钼合电极材料是镀金陶瓷或钼合金。金。相对两根电极间加有电压相对两根电极间加有电压（Vdc+VrfVdc+Vrf），另外两根电极），另外两根电极间加有间加有-（Vdc+VrfVdc+Vrf）。）。其中其中VdcVdc为直流电压，为直流电压，VrfVrf为为射频电压。射频电压。四个棒状电极形成一个四极四个棒状电极形成一个四极电场。电场。四级杆质量分析器示意图四级杆质量

15、分析器示意图四级杆质量分析器四级杆质量分析器当离子处于稳定三角形内部时，这些离子振幅是当离子处于稳定三角形内部时，这些离子振幅是有限的，因而可以通过四极场达到检测器。在保有限的，因而可以通过四极场达到检测器。在保持持Vdc/VrfVdc/Vrf不变的情况下改变不变的情况下改变VrfVrf值，对应于一个值，对应于一个VrfVrf值，值，四极场只允许一种质荷比的离子通过，四极场只允许一种质荷比的离子通过，其余离子则振幅不断增大，最后碰到四极杆而被其余离子则振幅不断增大，最后碰到四极杆而被吸收。通过四极杆的离子到达检测器被检测。改吸收。通过四极杆的离子到达检测器被检测。改变变VrfVrf值值,可以使

16、另外质荷比的离子顺序通过四极可以使另外质荷比的离子顺序通过四极场实现质量扫描。场实现质量扫描。VrfVrf的变化可以是连续的，也可以是跳跃式的。所谓跳跃式扫描是只检的变化可以是连续的，也可以是跳跃式的。所谓跳跃式扫描是只检测某些质量的离子，故称为选择离子监测（测某些质量的离子，故称为选择离子监测（select ion monitoring select ion monitoring SIMSIM）。当样品量很少，而且样品中特征离子已知时，）。当样品量很少，而且样品中特征离子已知时，可以采用选择离可以采用选择离子监测子监测。这种扫描方式灵敏度高，而且，通过选择适当的离子使干扰。这种扫描方式灵敏度高，而且，通过选择适当的离子使干扰组份不被采集，可以消除组分间的干扰。组份不被采集，可以消除组分间的干扰。四级杆质量分析器四级杆质量分析器四级杆质谱仪四级杆质谱仪市场上有单级四级杆质谱仪市场上有单级四级杆质谱仪(SQMS)(SQMS)和串联和串联三级四级杆质谱仪三级四级杆质谱仪(TQMS)(TQMS)电喷雾电离技术最早是在单级四级杆仪器电喷雾电离技术最早是在单级四级杆仪器上发展起来的；上发展起来的