最新台式质谱发展方向Saturn幻灯片.ppt

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1、*2u ppm ppm ppb ppb ppt ppt ppqppq Ultra-trace analysis Ultra-trace analysisu 已知高浓度基质干扰物已知高浓度基质干扰物- - PCBs, CAP, DDT.PCBs, CAP, DDT.u 共萃取干扰物共萃取干扰物 co-extractables (co-extractables (多达多达100,000100,000倍倍) )u 同分异构体同分异构体, , 光学异构物光学异构物, , 共流出物的定性与定量共流出物的定性与定量u 干扰物能被清楚定性或定量确认分析干扰物能被清楚定性或定量确认分析u 样品净化前处理步骤与

2、时间尽量简化样品净化前处理步骤与时间尽量简化*3*4*5*6*8*9Ion transfer ratio 1-10%Ionization ratio 0.1-1 %*10*11*12灯丝断盖灯丝断盖端电极端电极环电极环电极GC入口入口灯丝组件灯丝组件电子倍增管电子倍增管F Fo所有时间串联步骤均在同一离子阱內完成*13内离子源内离子源q无推进器, 无离子透镜对外无需任何外部离子源組件环形的环形的“穿越电场穿越电场”等于等于 “ “阱阱”的的产产生生透过选定电场之“阱”來“浓缩”离子无直流电场无直流电场 - -只有交流只有交流电场电场! !q无须小心调校 RF/DC 比例q无所谓对交直流电场相对

3、稳定问题离子离子按按m/zm/z依順序至依順序至检测检测器器q可將有意分析之区间分布保留后再至倍增器做分析q仅有微量之中性物质会撞到检测器*14商业化的离子阱早在商业化的离子阱早在19801980年就已推出，但由于对离子阱本年就已推出，但由于对离子阱本身缺乏足够的认识，当时的离子阱技术存在一些需要解决身缺乏足够的认识，当时的离子阱技术存在一些需要解决的问题，这使其的应用受到限制的问题，这使其的应用受到限制l由于离子阱的容量限制，使其的动态线性范围较差由于离子阱的容量限制，使其的动态线性范围较差l离子阱的质谱图难以用标准谱库进行检索离子阱的质谱图难以用标准谱库进行检索l因为谱图匹配问题，无法用于

4、美国环保局的分析方法因为谱图匹配问题，无法用于美国环保局的分析方法l虽然灵敏度高，但不能运行脏的样品虽然灵敏度高，但不能运行脏的样品*15SaturnSaturn系列质谱仪融合了世界各国科学家对离子阱技术系列质谱仪融合了世界各国科学家对离子阱技术的研究成果和瓦里安在离子阱质谱技术中的十多项专利的研究成果和瓦里安在离子阱质谱技术中的十多项专利，如：专利的波形板、轴向调制、自动增益等技术；并，如：专利的波形板、轴向调制、自动增益等技术；并首次推出了专利的首次推出了专利的SECISECI、专利的SIS技术、专利的MS/MS技术等。全面消除早期离子阱动态线性范围差、谱图匹配差、难全面消除早期离子阱动态

5、线性范围差、谱图匹配差、难做脏样品的等问题，成为一种非常成熟的质谱技术，不做脏样品的等问题，成为一种非常成熟的质谱技术，不仅通过了各种法规的严格测试，而且成为了某些领域特仅通过了各种法规的严格测试，而且成为了某些领域特定的台式质谱仪定的台式质谱仪*161990 1990 ，Saturn ISaturn I1991 , Saturn II 1991 , Saturn II 各项指标进一步改进各项指标进一步改进1992 1992 ，Saturn III Saturn III 增加了瓦里安专利的波形板技术和专增加了瓦里安专利的波形板技术和专利的利的SECISECI1993 - 专利的SIS技术199

6、4 - 专利的Saturn 4D MS/MSq世界上第一台商品化的台式GC/MS/MS1995 - MS/MS 软件包qAutomated Methods Development, Multiple Reaction Monitoring, MS3*171996 - Saturn 2000q离子阱进一步简化，价格接近四极杆质谱q增加了专利的硅基离子阱选件，可完成腐蚀性样品的分析1997 - ChromatoProbe - 气相直接进样杆1997 - Liquid CI Option 1997 - 3800 Capillary GC1997 - Diffusion Pump Option*18在

7、离子阱的端电极上增加一轴向调制，它将加速不稳定离子离开阱的速度；大大提高了离子阱可容纳的离子数量，也大大提高了动态线性范围。离子化时间 1 ms无轴向调制离子化时间 20 ms无轴向调制离子化时间20 ms，加轴向调制*19自动增益控制，用自动增益控制，用预扫计算离子化时预扫计算离子化时间，达到理想的阱间，达到理想的阱内离子数目内离子数目l保证良好的线性范保证良好的线性范围围l保证与标准谱库的保证与标准谱库的高匹配度高匹配度1.1.保证所需要的高灵保证所需要的高灵敏度敏度PrescanAnalytical Scan*200.1 - 20 PPB0.1 - 20 PPB*21Hexachloro

8、butadiene at 0.5 PPB (above) and 10 PPB (below)*22*23美国联邦环保局(USEPA)方法8270，认可离子阱质谱作为一种标准检测方法按照该方法，采用Saturn质谱对80种半挥发性物质分析，质谱图的平均匹配度达956(Avg Fit Value of 956/1000 )*24杰出的灵敏度，台式质谱中最高的灵敏度杰出的灵敏度，台式质谱中最高的灵敏度专利的选择离子储存技术（专利的选择离子储存技术（SISSIS），可以在复杂的背景下，捕），可以在复杂的背景下，捕捉需要的离子捉需要的离子专利的化学源设计，实现了由电脑控制的专利的化学源设计，实现了由电

9、脑控制的EI EI和和CICI快速自动切换快速自动切换专利的波形板技术，实现台式质谱的多级串联专利的波形板技术，实现台式质谱的多级串联独特的多通道技术（独特的多通道技术（MRMMRM），可对色谱无法分离的物质分别），可对色谱无法分离的物质分别进行定性定量进行定性定量专利的结构设计，实现方便快捷的维护和保养专利的结构设计，实现方便快捷的维护和保养Saturn 2200无与伦比的灵敏度1 pg OFN 1 pg OFNTypical RMS S/N Value 200:1(specification = 100:1)Saturn GC/MS 采用EI-MS, 1pg 的八氟萘其信噪比一般为200:

10、1, 保证100:1*26可检测极低浓度的样品且结果可信度高可检测极低浓度的样品且结果可信度高能够满足将来更严格法规的要求能够满足将来更严格法规的要求所需样品量更少所需样品量更少不必进行样品的纯化和预浓缩不必进行样品的纯化和预浓缩减少了色谱仪进样口和质谱仪的污染减少了色谱仪进样口和质谱仪的污染 ，使其维护和使，使其维护和使用成本大大降低用成本大大降低延长色谱柱的使用寿命延长色谱柱的使用寿命*27SIM SIM ？q1 13 3个离子的灵敏度较高个离子的灵敏度较高q33个离子灵敏度大大降低个离子灵敏度大大降低q所得结果无法谱库检索所得结果无法谱库检索SISSIS可选择可选择1 1或多个离子存储或

11、多个离子存储SIMSIMSISSIS还可选择一定质量段的离子进行检测，且结果可谱还可选择一定质量段的离子进行检测，且结果可谱库检索库检索SISSIS还可选择多段质量段的离子进行检测，结果可谱库还可选择多段质量段的离子进行检测，结果可谱库检索检索SISSIS还具备本底抛出功能还具备本底抛出功能*28*29m/z 271 Interferencem/z 271 EliminatedSIS技术抛掉技术抛掉 m/z 271离子离子 全谱扫描全谱扫描*30*31有机质谱仪常用的几种离子源*电子轰击离子源(electron impact ionization source, EI)*化学离子源(chemi

12、cal ionization source, CI)解吸化学离子源(desorption chemical ionizaton source, DCI)场致离子源(field ionization source, FI)场解吸离子源(field desorption source, FD)*快原子轰击离子源(fast atom bombardment source, FAB)离子轰击离子源(ion bombardment source, IB)激光解吸离子源(laser desorption source, LD)*热喷雾接口(thermospray interface, TSI)*电喷雾接口

13、(electrospray interface, ESI) 等（*可用于色质联用仪，其它只用于直接进样）*32电子电离电子电离 ( (EI)EI) 70 70 电子电子伏特伏特,“,“刚刚性性”电离电离效果效果正正离子离子化化学电离学电离 ( (PCI)PCI) 12 12 电电子伏特子伏特,“,“柔性柔性”电离电离效果效果电子捕获负离子电子捕获负离子化化学电离学电离 ( (NCI)NCI)q结构结构破破坏的电子捕获坏的电子捕获ABC + eABC + e- - AC + B AC + B- - (0.1-10 (0.1-10 电电子伏特子伏特) )*33电子轰击电离的特点：能量色散小（确保质

14、谱仪有较高的分辨率和质谱重现性）；电子流强度可精确控制；电离效率高（确保质谱仪有很高的灵敏度）；结构简单，控温、操作简便；质谱图提供化合物的“指纹”特性；可作质量校正。但EI源样品必须气化。不能气化或气化时发生分解的有机化合物样品不能使用电子轰击电离源。*34化学电离源（CI）化学电离源是利用反应气离子与样品分子发生分子离子反应（质子转移形成M+H+）而使样品生成准分子离子的一种软电离方法。可以避免分子离子的进一步裂解，质谱图中准分子离子峰较强，其它碎片离子峰很少，很容易得到被测样品分子的分子量。*35q m/z 17, 29, & 41m/z 17, 29, & 41的离子来的离子来自于甲烷

15、自于甲烷; ; H H3 3O O+ + 由真空中的水气形成由真空中的水气形成*36形成准分子离子形成准分子离子 ( (M+1)M+1)CH5+ + M CH4 + MH+M+1 离子可再次破碎形成复杂的化学电离质谱形成加合离子形成加合离子C2H5+ + M M + C2H5+ M+29 AdductC3H5+ + M M + C3H5+ M+41 Adduct*37麻黄碱EI质谱图*38麻黄碱CI质谱图*39CI源的优点可以得到准分子离子峰（M+1）+ 、(M-1)- ，便于确定化合物的分子量；CI谱中有定性价值的碎片峰比EI谱更强，有利于多离子检测；NCI的灵敏度高。*40CI源的缺点样品

16、仍需汽化，对热不稳定和不易挥发的化合物仍然不适用；碎片离子峰少，缺乏EI谱的“指纹”特征；CI源随反应气、离子源的结构、离子源的温度、压力及电子能量的不同而变化；*41*42*43*44“刚性刚性” ” 电离电离效果效果反应剂电离反应剂电离能量能量大，产生大，产生较多的碎较多的碎片离子。片离子。 ( (如可卡因例子如可卡因例子) )“柔性柔性”电离电离效果效果反应剂反应剂( (如如异异丁烷丁烷) )能能增增加加 M+1M+1离离子子形成比例形成比例。*45多多为为碎片碎片离离子子分子分子离离子子( (m/z 303)m/z 303)极弱极弱*46*47“柔性柔性”电离反应剂电离反应剂，产产生碎

17、片生碎片离离子子很很少少*48EI EI切换到切换到CICI不必更换离子源和真空系统不必更换离子源和真空系统低压低压CICI反应试剂反应试剂可采用液体可采用液体CICI反应试剂，使反应试剂的选择面大大扩反应试剂，使反应试剂的选择面大大扩大大EI/CIEI/CI方法之间互相计算机编程切换方法之间互相计算机编程切换由于低压操作，对离子源和由于低压操作，对离子源和MSMS系统的污染大大减少系统的污染大大减少由于低压操作，对真空系统要求较低由于低压操作，对真空系统要求较低由于低压操作，可大大减少日常操作费用由于低压操作，可大大减少日常操作费用*49*50利用室温蒸气压产生的蒸气作反应试剂，经济安全利用

18、室温蒸气压产生的蒸气作反应试剂，经济安全选择性更高选择性更高利用独特的复合离子来准确确定分子量利用独特的复合离子来准确确定分子量可以选用各种溶剂作反应试剂，如可以选用各种溶剂作反应试剂，如CHCH3 3CNCN，乙酮，二，乙酮，二乙基乙酯，甲醇，二硫化碳和水等等乙基乙酯，甲醇，二硫化碳和水等等*51*52技术的优点技术的优点q选择性更高选择性更高q检测限更低检测限更低q谱图质量更好谱图质量更好q大大减少样品的提纯大大减少样品的提纯q得到更多的结构信息得到更多的结构信息应用范围应用范围q微量样品的检测微量样品的检测q赃样品的分析赃样品的分析q同分异构体的区分等等同分异构体的区分等等*53*54*

19、55q价格昂贵价格昂贵q建立方法复杂费时建立方法复杂费时q安装和调制难度大安装和调制难度大q多级离子传送离子损失严重，信噪比低多级离子传送离子损失严重，信噪比低qMSMS与与MS/MSMS/MS切换复杂切换复杂q对真空系统要求高对真空系统要求高q对操作者要求高对操作者要求高q体积庞大对实验室要求较高体积庞大对实验室要求较高*56瓦里安瓦里安GC/MSGC/MS可以轻松方便地实现可以轻松方便地实现MS/MSMS/MS分析分析q价格增加不多价格增加不多q建立方法简便易行建立方法简便易行AMDAMDq安装简单，不必专门调制安装简单，不必专门调制q选择性高，灵敏度好选择性高，灵敏度好q离子源离子化方式

20、和离子源离子化方式和MSMS与与MS/MSMS/MS可编程切换可编程切换q对实验室和真空系统无特殊要求对实验室和真空系统无特殊要求q对实验操纵者无特殊要求对实验操纵者无特殊要求*57色谱图的峰型也色谱图的峰型也表明有干扰表明有干扰质谱图表明有干扰质谱图表明有干扰标准品标准品有用的特征离子与基体背景混在一起，使质谱的推断不容易*由质谱图和峰型可见其严重的干扰胡萝卜的萃取物胡萝卜的萃取物乙硫磷标准谱图乙硫磷标准谱图*58高选择性提供明确结果标准与样品有相同MS/MS质谱图*59共振模式共振模式 ( (Resonant)Resonant)0 10 0 10 伏特伏特, ,特异性强特异性强非共振模式非

21、共振模式 ( (Non-resonant)Non-resonant)0 100 0 100 伏特伏特, ,非特异性，适合于含同位素较多物质非特异性，适合于含同位素较多物质的分析，为的分析，为VarianVarian的专利技术。的专利技术。*60*61GCMSMS区分空间异构体空间异构体的用GCMS分析时，其保留时间非常接近，一般的EI质谱图也非常接近，不易区分。但用MSMS法，可以区分某些同分异构体。如内源性激素检测中同分异构体的区分。*625-雄烷-3 -醇-17-酮-2TMS;*635-雄烷-3 -醇-17-酮-2TMS*64*65*66*67*68*69*70*71*72*73GC/MS

22、/MS GC/MS/MS 是一是一种种用用于于常常态态分析的技分析的技术术q不是研究不是研究专专用用 q可自可自动动化分析目化分析目标标物物复杂复杂基基质质分析分析极极具具优势优势q減少化減少化学杂讯学杂讯CICI可可与与MS/MSMS/MS并并用用发挥发挥相乘效果相乘效果q將將 M+1M+1为为分子分子离离子加強，可增加感度子加強，可增加感度与结构确认与结构确认已知物已知物检测检测之之极佳极佳解決方案解決方案q母母- -子子离离子子间的关系明确间的关系明确有有 MSMSn n 解決其他解決其他问题问题*74在在烧过的烧过的地毯上沒有找到汽油的地毯上沒有找到汽油的证据证据 *75Parent

23、Non-Resonant m/z CID VoltageCompound 91 50C1-Benzene106 35C2-Benzene120 40C3-Benzene134 35C4-Benzene148 40C5-Benzene162 30C6-Benzene128 30Naphthalene142 30C1-Naphthalene156 30C2-Naphthalene170 30C3-Naphthalene178 30Anthracene192 30C1-Anthracene206 85C2-AnthraceneParent Ion Window: 2u for all compoundsRF level: 48u for all compounds*76*77优越的选择性优越的选择性q母离子分离母离子分离 ( (如同如同选择选择性性离子检测离子检测) )q解析解析结构结构去除化去除化学学背景背景降低降低检测极限检测极限q阱中只保留阱中只保留待测离子待测离子更佳的更佳的质谱品质质谱品质q降低化降低化学杂讯学杂讯減少減少样品净化步骤样品净化步骤更多的更多的结构资讯结构资讯*78*79*8081 结束语结束语