1.质谱基本原理解析.ppt

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1、质谱基本原理质谱基本原理美国瓦里安技术中国有限公司上海代表处美国瓦里安技术中国有限公司上海代表处主要内容主要内容 1.基本原理基本原理2.技术指标技术指标3.质谱仪器结构质谱仪器结构4.离子源离子源5.质量分析器质量分析器6.检测器检测器7.串联质谱串联质谱8.扫描模式扫描模式9.质谱评分标准质谱评分标准10.离子阱离子阱&四极杆四极杆21、基本原理、基本原理3质谱：称量离子质量的工具12 units0 units基本原理基本原理412 units质谱：称量离子质量的工具12 units基本原理基本原理58 9 10 11 12 13 14 15 16质谱：称量离子质量的工具12 units1

2、2 units基本原理基本原理68 9 10 11 12 13 14 15 16质谱：称量离子质量的工具12 units14 units基本原理基本原理712 units8 9 10 11 12 13 14 15 16massNumber of counts质谱：称量离子质量的工具基本原理基本原理8质谱分析法主要是通过对样品离子质荷比的分析而实现对样品进行定性和定量的一种方法电离装置把样品电离为离子质量分析装置把不同质荷比的离子分开经检测器检测之后可以得到样品的质谱图基本原理基本原理9质量分析器质量分析器离子源离子源四极杆作为质量过滤器四极杆作为质量过滤器mmabovembelow检测器检测器

3、离子源X+,X-RF/DCRF/DC基本原理（以四极杆质谱为例）基本原理（以四极杆质谱为例）102、技术指标、技术指标11质量范围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质荷比：m/z质量单位：amu或u，Da或D12不同仪器：四极杆：4000Da离子阱质谱：4000Da磁质谱：10000Da傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-MS）50000 Da 飞行时间质谱：无上限不同要求：气相色谱：800Da 液相质谱：2000Da 生物分子：10000Da或更大质量范围质量范围13分辨率：分开两个邻近质量峰的能力。何为分开：若两个相邻峰的峰谷低于峰高的10%(或5%，50%)，则认为 是分

4、开的。A:未分开 B:部分分开 C:全分开 分辨差 分辨较差 分辨达到要求m2m1分辨率分辨率14数学定义：(1)m1和m2代表两个相邻峰的质量数 (2)m代表某一峰的质量，m代表半峰宽分辨率分辨率15组成整数质量精确质量CO2827.994914N22828.006158C2H42828.031299质量数为质量数为2828的三种分子组成的精确质量的三种分子组成的精确质量若仪器分辨力很低，如RP=200，则对以上三个分子不能分开，混为一峰若要分开以下混合物，则必需有如下分辨力CO-C2H4:(RP)2=27.994914/(28.031299-27.994914)=770N2-C2H4 :(

5、RP)3=28.006158/(28.031299-28.006158)=1100CO-N2 :(RP)1=27.994914/(28.006158-27.994914)=2490当仪器分辨力达到770时，只能够只分开 CO-C2H4。当仪器分辨力达到1100时，能够分开CO-C2H4 和N2-C2H4 当仪器分辨力超过2500时，三者全部分开。一般低分辨仪器在2000左右。10000以上时称高分辨。FT-MS分辨力可达2百万。16不同仪器：磁质谱，飞行时间质谱仪，傅立叶变换离子回旋共振质谱仪：分辨率、线性和稳定性好，属高分辨质谱仪离子阱质谱仪：分辨率高，线性低，准高分辨质谱仪，用于判断质谱峰

6、带的电荷数四极杆质谱仪：分辨力低，线性好，不属于高分辨质谱仪分辨率分辨率17扫描时间扫描时间色谱峰的数据点数目和峰宽以及扫描时间有关较短的扫描时间，可以获得良好的峰型，但是不利于信号采集较长的扫描时间，有助于信号采集，但是峰型不好峰型和信号，二者需折衷考虑18高斯分布的色谱峰高斯分布的色谱峰高斯分布的色谱峰高斯分布的色谱峰理想的高斯峰应有35个数据点19同一个色谱峰，但数据点减半高斯分布的色谱峰高斯分布的色谱峰高斯分布的色谱峰高斯分布的色谱峰207 7个数据点个数据点个数据点个数据点215 5个数据点个数据点个数据点个数据点22数据点错误结果数据点错误结果数据点错误结果数据点错误结果Illus

7、trative data only23Dwell time：离子被监测的时间在多残留分析中，缩短dwell time，可增加同步MRM的通道数10s的色谱峰，dwell time6ms，MSMS通道时间6ms，50通道，峰的数据点10*1000/(12*50)16三重四极杆三重四极杆Dwell time通道时间24离子阱离子阱 离子阱质谱的分析模式Cycle time 的组成 1、AGC 预扫Pre-scan2、ion filling(离子充满)3、分离母离子和对母离子激发碰撞4、质量分析 将离子抛出阱外检测(只有这一步与扫描速度有关）253、质谱仪器结构、质谱仪器结构26真空系统真空系统样品

8、入口样品入口检测器检测器数据系统数据系统质量分析器质量分析器离子化方法离子化方法大气大气 质谱仪器结构质谱仪器结构27真空对质谱有何重要性？真空对质谱有何重要性？低真空高真空带电离子带电离子检测器检测器气体分子28GC 或或 LC 接口接口 有机质谱示意图有机质谱示意图质量分析器质量分析器 检测器检测器离子源离子源 PC 29极性、分子量、挥发性极性、分子量、挥发性30HPLC 与与 GC 的的应用差异应用差异314、离子源、离子源32固体样品固体样品液体样品液体样品气体样品气体样品EICIAPCIMALDIESIAPPI转化成溶液转化成溶液转化成固体转化成固体 转化成气体转化成气体根据待分析

9、物的化学性质根据待分析物的化学性质 离子源离子源将待分析样品电离，得到带有样品信息的离子将待分析样品电离，得到带有样品信息的离子将待分析样品电离，得到带有样品信息的离子将待分析样品电离，得到带有样品信息的离子 33GCEI：电子电离源，最常用的气相离子源，有标准谱库CI：化学电离源，可获得准分子离子。PCI，NCILCESI：电喷雾源，最常用的液相离子源，适用于极性较强的化合物，可用于热不稳定化和物的分析APCI：大气压化学电离源，适用于中等极性或弱极性的小分子量化合物，尤其是含杂原子的化合物，不适合热不稳定或在溶液中容易电离的化合物APPI：大气压光电离源，适用于弱极性的化合物，如多环芳烃等

10、MALDI：基质辅助激光解吸电离，适合于分析生物大分子，主要与TOF联用离子源离子源34EI：电子离子源：电子离子源35ESI：电喷雾源：电喷雾源36喷雾针装置喷雾针装置喷雾室喷雾室毛细管毛细管四极预杆四极预杆干燥气干燥气ESI：电喷雾源：电喷雾源37APCI：大气压化学电离源：大气压化学电离源38APPI：大气压光电离源：大气压光电离源395、质量分析器、质量分析器40质量分析器质量分析器将离子源产生的离子按将离子源产生的离子按将离子源产生的离子按将离子源产生的离子按m/zm/z顺序分开并排列成谱顺序分开并排列成谱顺序分开并排列成谱顺序分开并排列成谱 空间分离质谱：四极杆质量分析器双聚焦分析

11、器：分辨率高，但扫描速度慢，操作、调整比较困难，价格高时间分离质谱离子阱质量分析器（IT）飞行时间质量分析器（TOF）：质量范围宽，扫描速度快，灵敏度高 傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-MS）：分辨率极高，分析灵敏度高 四极杆和离子阱均属于四极电场原理四极杆和离子阱均属于四极电场原理41四极杆质量分析器四极杆质量分析器42质量分析器质量分析器离子源离子源四极杆作为质量过滤器四极杆作为质量过滤器mmabovembelow检测器检测器离子源X+,X-RF/DCRF/DC43双聚焦质量分析器双聚焦质量分析器 44离子阱质量分析器离子阱质量分析器45飞行时间质量分析器飞行时间质量分析器466、检测

12、器、检测器47高能转换打拿极检测器高能转换打拿极检测器48一体化的检测器一体化的检测器Q3Multiplier PS+/-5 kv497、串联质谱仪、串联质谱仪50穿越式四极杆，MS/MS 是空间串联需要三个四极杆(三级四极杆)离子阱，MS/MS是时间串联 仅仅 195通过通过仅仅RF电压电压所有所有离子通过离子通过Ar碰撞解离碰撞解离扫描扫描100-195 子离子子离子Q1Q2Q3串联质谱仪串联质谱仪51样品导入样品导入毛细管，取样锥、四极预杆毛细管，取样锥、四极预杆 传输离子，从大气压到高真空状态喷雾室喷雾室-样品雾化，离子化，去溶剂一级四极杆一级四极杆 过滤母离子 二级四极杆二级四极杆

13、Ar碰撞诱导解离母离子三级四极杆三级四极杆过滤子离子 检测器检测器 检测离子，产生质谱信号真空泵真空泵 双阶分子涡轮泵串联质谱仪串联质谱仪52GC/MS EI全扫描（利血平）全扫描（利血平）53LC/MS/MS一级MS，ESI二级MS，ESI子离子扫描54TQ vs.SQ来自基质较强的背景干扰2,4-MCPAMECOPROP2,4-DDICHLORPROP2,4-MCPAMECOPROP2,4-DDICHLORPROPAnalysis in SIM modeAnalysis in MRM mode SQ:Low specificity and poor S/N TQ:High specific

14、ity&reliable quantitation TRACE QUANTITATION TOOL(LC/MS application note 15;5ppb onion sample)55为什么需要为什么需要MS/MS？更多的结构信息，适合未知化合物的结构解析（LC/MS/MS）共流出物，相同分子量的化合物提高信噪比降低检测限提高子离子的选择性复杂基质样品分析，提高定量结果的准确性Ion IntensityABm/zBA568、扫描模式、扫描模式57扫描模式扫描模式 Full Scan Full Scan（全扫描）（全扫描）（全扫描）（全扫描）MS ModeQ1Q2Q3Full scan(

15、Q1)Full scan(Q3)=scanned;=selected m/z;blank=complete transmission可获得丰富的谱图信息适合未知化合物的结构鉴定58扫描模式扫描模式 SIM SIM（选择离子监控）（选择离子监控）（选择离子监控）（选择离子监控）MS ModeQ1Q2Q3Selected ion monitoring(SIM)(Q1)Selected ion monitoring(SIM)(Q3)=scanned;=selected m/z;blank=complete transmission当全扫描无法满足灵敏度的要求时适合于基质不是很复杂的样品的定量分析59

16、扫描模式扫描模式 SRM SRM（选择反应监控）（选择反应监控）（选择反应监控）（选择反应监控）MS ModeQ1Q2Q3Selected reaction monitoring(SRM)Selected reaction monitoring(SRM)=scanned;=selected m/z;=CID60扫描模式扫描模式 MRM MRM（多级反应监控）（多级反应监控）（多级反应监控）（多级反应监控）MS ModeQ1Q2Q3Multiple reaction monitoring(MRM)Multiple reaction monitoring(MRM)=scanned;=selecte

17、d m/z;=CIDSRM&MRM适合于较脏、基质复杂的样品，提高灵敏度适合于化合物结构解析61MRM 扫描方式的特点扫描方式的特点多组分同时分析共流出物的分析母离子-子离子关系明确，定性能力强复杂样品、脏样品的分析同位素内标的使用可区分同分异构体6263扫描模式扫描模式 母离子扫描母离子扫描母离子扫描母离子扫描MS ModeQ1Q2Q3Precursor Scan MS/MS=scanned;=selected m/z;=CID适合于含有相同局部结构的不同化合物的鉴定64扫描模式扫描模式 子离子扫描子离子扫描子离子扫描子离子扫描MS ModeQ1Q2Q3Precursor Scan MS/M

18、S=scanned;=selected m/z;=CID适合于化合物官能团分析以及化合物的结构解析65扫描扫描 中性丢失中性丢失中性丢失中性丢失MS ModeQ1Q2Q3Precursor Scan MS/MS=scanned;=scanned with offset;=CID适合于含某一官能团的化合物鉴定（如含-OH，-NH2）66几种扫描模式几种扫描模式 所有扫描模式可通过时间所有扫描模式可通过时间编程应用在同一个运行方编程应用在同一个运行方法中法中 Full ScanSIMSRMMRMPrecursor ScanNeutral Loss679、质谱评分标准、质谱评分标准68欧盟2002/

19、657/EC指令中规定在农药和兽药残留分析中以质谱作为确认方法，必须达到4点的要求，才能满足鉴定一级质谱，一个离子为一点，要满足要求，必须找足4个离子分析样品时，存在大量基质干扰，完全找出基质不存在而样品存在的4个离子很不容易二级质谱，一个母离子为1点，一个子离子为1.5点，那么确认时只需选择1个母离子和2个子离子即可达到4点的要求二级质谱很容易到达此要求质谱评分标准质谱评分标准69质谱离子与鉴定点质谱离子与鉴定点质谱技术质谱技术鉴定点鉴定点LRMS1.0LRMS/MS母离子母离子1.0LRMS/MS产物离子产物离子1.5HRMS2.0HRMS/MS 母离子母离子2.0HRMS/MS 产物离子

20、产物离子2.570实验技术实验技术粒子个数粒子个数鉴定点（分数）鉴定点（分数）GC-MS(EI or CI)NNGC-MS(EI or CI)2(EI)+2(CI)4GC-MS(EI or CI)2个衍生物个衍生物2(衍生物A)+2(衍生物B)4LC-MSNNGC-MS/MS1个母离子+2个产物离子4LC-MS/MS1个母离子+2个产物离子4GC-MS/MS2个母离子各有一个产物离子5LC-MS/MS2个母离子各有一个产物离子5LC-MS/MS/MS1个母离子,1个产物离子，2个次级产物离子5.5HRMSN2nGC-MS+LC-MS2+24GC-MS+HRMS 2+14质谱离子与鉴定点质谱离子与鉴定点71