浙江大学研究生质谱课件质谱概要.pptx

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1、Wolfgang Paul1989 Nobel Prize for PhysicsUniversity of Bonn Bonn,Federal Republic of Germany b.1913d.1993 for the development of the ion trap technique第1页/共31页是由一对环形电极(Ring Electrode)和两个呈双曲面形的端盖电极组成(End cap clectrodeQuistorQuadrupole Ion Store Esquire:external sourse quistor with resonance ejection第

2、2页/共31页 一般离子阱内部充以10-3 torr的氦气,使离子在阱中的运动受到阻力,较集中于中心,提高了灵敏度（检出限很低）与分辨率.优点:1.单一的离子阱可实现了多级串联质谱(MS)n.传统的串联质谱:空间上的串联由几个质量分析器串联 而成价格昂贵 离子阱是“时间上”的串联质谱价格低廉2.结构简单，性能价格比高3.灵敏度高，较四极杆高10-1000倍4.质量范围大 单电荷已达 6000 第3页/共31页缺点：质谱与标准图谱有一定差别，重复性较差 （为什么？）由于在离子阱中的离子有较长的停留时间较易发生离子-分子反应第4页/共31页1.4 时间飞行质谱 Time-of-Flight(TOF

3、)Mass Analyzer 在离子源中产生的离子经过电压V加速后获得的速度为 (1)zeV=1/2m2 飞行时间质量分析器的核心部分是一个离子漂移管（Drift tube),进行质量分析的原理是：用一个脉冲将离子源的离子引出，经加速电压加速，它们具有相同的动能进入漂移管，质荷比最小的离子具有最快的速度首先到达检测器，质荷比最大离子最后到达检测器。第5页/共31页上式中,ze是离子的电荷,m是其质量.经过长度为L的漂移管到达检测器,离子飞行所需的时间:(2)第6页/共31页由上式可以看出,质量越大的离子飞行速度越小,到达检测器所需的时间越长.两个质量分别为m1 与m2的离子飞行的时间之差为:仪

4、器的质量分辨率可近似地由时间表示:m/m t/t由上式可见,提高加速电压,使离子的飞行时间缩短,仪器的分辨下降,而增加漂移管的长度后,使离子的飞行时间增加,第7页/共31页仪器的分辨率提高。采用离子反射技术 Reflectron or Ion mirror 即加上一个与离子电位相同的电位（如正离子加正电位）在此电位的作用下，飞行的离子会逐渐停止并加速到相反方向，以一个小的角度反向飞行，速度大的离子，经离子镜的时间稍长一些，因此出离子镜时，与速度稍慢的离子就接近多了，从而使分辨率大大提高。-牺牲了灵敏度第8页/共31页飞行时间质谱的优点：1.从原理讲,飞行时间质谱检测离子的质荷比是没有上限的,特

5、别适用于生物大分子的测定.人免疫球蛋白(monoclonal human immunoglobulin)-982000 2000u(TOF 测定)2.该质谱要求离子尽可能”同时”飞行,也将特别适用于与脉冲产生离子的电离过程相匹配,MALDI-TOF天然联用.3.扫描速度快4.结构简单,易于维护.缺点:分辨率随质荷比的增加而降低.第9页/共31页1.5 傅立叶变换离子回旋共振 Fourier transform ion Cyclotron Resonance-FT-ICR 傅立叶变换离子回旋共振(FT-ICR)的分析室是一个置于均匀(超导)磁场中的立方空腔:离子沿平行于磁场的方向进入分析室加在垂

6、直磁场的捕集电极的低直流电压形成一个静电场将离子拘禁于室中.在磁场的作用下,离子在垂直于磁场的圆形轨道上作回旋运动.=1.537x107x zB/m第10页/共31页FT-ICR 的优点十分突出:1)分辨率极高,远超过其他质谱.M=1000m,R=106(意义?)2)可完成多级(时间上的)串联,由于提供的是高分辨的数据,富含结构信息.3)一般采用外电离源,可采用多种离子原,便于联用.4)灵敏度高,质量范围较宽,质量精度好,速度快,性能可靠.第11页/共31页FT-ICRMS With ESI And MALDI傅立叶离子回旋共振高分辨质谱仪第12页/共31页423.091792FTICR-MS

7、 in Combinatorial ChemistryFigure 8425.090563From:Biotechnology and Bioengineering(Combinatorial Chemistry),VOL.71,NO.2,2000/2001 Dietmar G.Schmid,Philipp Grosche,Holger Bandel,Gnther Jung423425第13页/共31页550.9964From:Biotechnology and Bioengineering(Combinatorial Chemistry),VOL.71,NO.2,2000/2001 Diet

8、mar G.Schmid,Philipp Grosche,Holger Bandel,Gnther Jung第14页/共31页第15页/共31页例：请给出下图所示的分子离子峰（分子量）3150698587119135137 396379134例：请给出下图所示的分子式13752第16页/共31页第二节.一些常见的离子类型1:分子离子(M+.+.)分子离子在质谱中提供了最有价值的信息 质量数 分子量,并与元素组成密切相关1.1 分子离子的稳定性规律 分子离子的稳定性可影响到分子离子峰的形成 在中：的稳定性顺序：芳香环(芳香杂环)脂环硫醚,硫酮共扼烯直链烷 烃 酰胺酮醛胺醚羧酸支链烃腈伯醇仲醇 叔

9、醇缩醛 胺,醇等化合物的EI质谱中往往观测不到M+第17页/共31页1.2 分子离子的判断 样品化合物足够稳定，软电离方法等分子离子对应的谱峰称为分子离子峰，与分子量相对应 判断原则(1)须是高质量端的离子峰(2)须符合氮规则 有机化合物由C,H,N,O,F,X,S等组成,凡不含N原子或偶数个N原子的分子,其分子量必为偶数(以最丰同位素原子的质量计算);凡含奇数N原子的分子,其分子量必为奇数.第18页/共31页(3)须看丢失是否合理 分子峰的质量数与其相邻的次一个峰质量数之差(m)是 丢失的碎片 m=15为(M-CH3)+,m=17(M-OH)+m=18(M-H2O)+m=30 丢失 CH2O

10、 或NO判断:m=14,-CH2 同系物 m=513 不可能 丢失3-5个氢几率是很小的(4)注意加合离子峰 M+Na+,M+NH4+第19页/共31页第20页/共31页第21页/共31页例：请给出下图所示的结构式 3169507695 2975例：请给出下图所示的分子式7615454676 1.475 4446 2.345 10030 3.429 4695 2.477 1.276 4670 1.169 10051 0.350 25第22页/共31页 与分子量相对应的峰称之为分子离子峰:用M+表示,EI条件.软电离(ESI 单电荷)条件,与分子量相对应的峰称为准分子离子峰(Quasimoecu

11、lar Ion),质子化离子峰(Protonated Ion),还有加合离子与多电荷离子等几个值得注意的概念：奇电子离子带有未成对电子的分子离子或碎片离子称为奇电子离子（Odd-elctron ions OE+.)B:偶电子离子外层电子完全成对电子的离子称为偶电子离子（ven-elctron ions EE+)C:基峰，碎片峰 D:亚稳离子第23页/共31页第四章碎裂机理质谱的基本作用:(1)分子量的确定 (2)元素组成的分析 (3)结构信息提取-特征碎片 化合物类型与碳骨架特征碎片裂解机理第24页/共31页4.1 单分子裂解（电离过程）质谱反应都是单分子的（为什么？）离子源中足够低的样品压力

12、使得双分子以及其他的碰撞反应可以忽略 电离过程足够”冷”的将形成分子离子M+.,分子离子 也可通过各种能量相关的途径发生单分子反应,并导致 各类碎片离子的形成与中性碎片的丢失,这些反应往往 是连续的与竞争性的.第25页/共31页 ABCD ABCD+.A+BCD.-e A +BCD+BC+DD +ABC+BC+Ar AD+.+.+BC质谱过程中的单分子裂解示意图第26页/共31页4.2 影响离子丰度的主要因素 一般而言,质谱中最强丰度的碎片离子来自形成最稳定产物(离子与中性碎片)的反应途径.(立体效应等)1.产物离子的稳定性 产物离子的稳定性是影响离子丰度的最重要因素:A.电子共享(包括杂原子

13、非键轨道的参与)第27页/共31页B.共振稳定 2.Stevensons 规则(1951)ABCD+.A+BCD.A +BCD+具有较高电离能的碎片将能更好地保持未成对电子,具有较低电离能的碎片将能更多地形成碎片离子,该碎片离子通常也更稳定.第28页/共31页3.最大烷基的丢失(一个例外)4.中性产物的稳定性 反应途径的重要性也可因形成一个有利的未偶电子的位置而增加 诸如自由电子的离域（增加的支链化等）第29页/共31页电负性的位置如氧（烷氧基自由基）也是有利的。中性产物也可能是一个分子，如H2,H2O,CH4,CO,NO,CH3OH,H2S,HCl,CO2等预测下示化合物在质谱中的最丰产物离子第30页/共31页感谢您的观看！第31页/共31页