第六章-质谱分析法(MS)ppt课件.ppt
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1、第六章第六章 质谱分析法质谱分析法(MS)6.1 概述概述6.2 质谱仪器质谱仪器 8.2.1 质谱仪器构成质谱仪器构成 8.2.2 离子源离子源 8.2.3 质量分析器质量分析器 8.2.4 检测器检测器 8.2.5 傅立叶变换质谱仪傅立叶变换质谱仪 8.2.6 质谱联用技术质谱联用技术6.3 质谱解析质谱解析 8.3.1 质谱中的离子质谱中的离子 8.3.2 常见有机化合物的质谱常见有机化合物的质谱 8.3.3 质谱解析例质谱解析例质谱解析例质谱解析例16.1 概述概述第六章第六章 质谱分析法质谱分析法(MS)质谱分析法是通过测定待测样品离子的质荷比(质谱分析法是通过测定待测样品离子的质荷
2、比(mass-to-charge-ratio)来进行分析的方法。)来进行分析的方法。Overview of Mass SpectrometryMass SpectrumMass AnalyzerIonizationM+/FragmentationSample Molecule(M)26.2 质谱仪器质谱仪器6.2.1 质谱仪器构成质谱仪器构成Inlet system Ion SourceAnalyzerIon DetectorComputerMass Spectrumm/z离子源离子源进样系统进样系统质量分析器质量分析器检测器检测器真空系统真空系统10-2-10-6Pa3探头经封闭的探头经封闭
3、的真空系统直接真空系统直接插入距离子源插入距离子源数数mmmm位置位置直接探头进样直接探头进样The direct probe inlet:固体或非挥发性固体或非挥发性液体液体色谱进样:色谱进样:GC,LC玻璃或氧化铝毛细管玻璃或氧化铝毛细管细线或小杯细线或小杯质谱常见进样方法质谱常见进样方法46.2.2 离子源离子源Gas phase sources:EI,CI,FIDesorption sources:FD,FAB,APCI,ESI,TSP,LD,MALDIHard sources:EISoft sources:CI,FI,FD,FAB,APCI,ESI,TSP,LD,MALDI6.2 质
4、谱仪器质谱仪器5 1 电子电离源电子电离源(electron ionization EI)电子束电子束NS附加磁场使离子螺旋前进附加磁场使离子螺旋前进增加碰撞机会增加碰撞机会6 电子电离源中分子离子及碎片离子的形成电子电离源中分子离子及碎片离子的形成形成分子离子形成分子离子裂解成碎片离子裂解成碎片离子裂解重排裂解重排裂解碰撞裂解碰撞6.2.2 离子源离子源6.2 质谱仪器质谱仪器7电子电离源的特点:电子电离源的特点:1 电离电压:电离电压:70eV2 加一小磁场增加电离几率。加一小磁场增加电离几率。3 EI源碎片离子多,结构信息丰富,有标准化合物质谱库。源碎片离子多,结构信息丰富,有标准化合物
5、质谱库。4 样品在气态下电离,不能汽化的样品不能分析,主要用于样品在气态下电离,不能汽化的样品不能分析,主要用于 气气-质联用仪。质联用仪。5 有些样品得不到分子离子。有些样品得不到分子离子。6 适用于分子量低于适用于分子量低于1000的样品。的样品。6.2.2 离子源离子源6.2 质谱仪器质谱仪器8 2 化学电离源化学电离源(chemical ionization CI)反应气与样品分子碰撞使之电离,结构同反应气与样品分子碰撞使之电离,结构同EI,一般仪器,一般仪器EI和和CI可以互相切换可以互相切换反应气的反应反应气的反应甲烷为反应气时甲烷为反应气时主要存在主要存在形式形式加氢反应,样品对
6、质子亲和力强加氢反应,样品对质子亲和力强烷烃脱氢反应,对质子亲和力弱烷烃脱氢反应,对质子亲和力弱电荷交换电荷交换形成加和离子形成加和离子形成负自由基离子形成负自由基离子由反应气产生由反应气产生反应气和样品共同决定产物的形式反应气和样品共同决定产物的形式9 3 电喷雾电离源电喷雾电离源(electrospray ionization ESI)结构:喷嘴(金属毛细管),雾化气,干燥气结构:喷嘴(金属毛细管),雾化气,干燥气(curtain gas)原理:喷雾原理:喷雾 蒸发蒸发 电压电压106V/m离子在电压差和压力差的驱使下向下游移动离子在电压差和压力差的驱使下向下游移动10电喷雾源电喷雾源(E
7、SI)的特点:的特点:1 1 电喷雾源属软电离技术,只产生分子离子,电喷雾源属软电离技术,只产生分子离子,不产生碎片离子。不产生碎片离子。2 2 产生的离子常常带有多电荷,尤其是生物大分子。产生的离子常常带有多电荷,尤其是生物大分子。3 3 适用于强极性,大分子量的样品分析。适用于强极性,大分子量的样品分析。如肽,蛋白质,糖等。如肽,蛋白质,糖等。4 4 主要用于液相色谱主要用于液相色谱-质谱联用仪。质谱联用仪。6.2.2 离子源离子源11ESI使蛋白质产生多个带多电荷离子使蛋白质产生多个带多电荷离子数个带多电荷离子经数学数个带多电荷离子经数学转换,得到分子离子转换,得到分子离子12 4 介质
8、辅助激光解吸电离源介质辅助激光解吸电离源 (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization MALDI)常用于常用于Time-of-flight mass spectrometry特点:特点:用于生物大分子,尤其是蛋白质的质量测定用于生物大分子,尤其是蛋白质的质量测定主要产生主要产生 和加和离子和加和离子6.2.2 离子源离子源6.2 质谱仪器质谱仪器13The principle of matrix assistance14作用:将离子源产生的离子按质荷比作用:将离子源产生的离子按质荷比m/z的大小分开的大小分开 ion separation1 单聚焦
9、分析器单聚焦分析器(single focusing mass analyzer)2 双聚焦分析器双聚焦分析器(double focusing mass analyzer)3 四极杆四极杆分析器分析器(quadrupole analyzer)4 离子阱分析器离子阱分析器(Ion trap analyzer)5 飞行时间分析器飞行时间分析器(time-of-flight analyzer)6 富立叶富立叶变换离子回旋共振变换离子回旋共振 (Fourier transform ion cyclotron resonance)6.2.3 质量分析器质量分析器6.2 质谱仪器质谱仪器15不同质量的离子可
10、通不同质量的离子可通过改变磁场强度或过改变磁场强度或A,B间的加速电压使之间的加速电压使之依次通过出口狭缝依次通过出口狭缝可以是可以是180 90 60 等等 1单聚焦分析器单聚焦分析器(single focusing mass analyzer)磁扇形分析器,磁扇形分析器,sector field6.2.3 质量分析器质量分析器16离子动能由加速电压引起离子动能由加速电压引起离子所受磁力与圆周运动的离心力平衡离子所受磁力与圆周运动的离心力平衡离子所带电荷离子所带电荷扇形磁铁的曲率半径扇形磁铁的曲率半径结论:结论:1 离子的离子的m/z与与R,B,V有关。通过改变磁场可以把不同离子分开有关。通
11、过改变磁场可以把不同离子分开2 在一定磁感应强度在一定磁感应强度B下,改变加速电压下,改变加速电压V可以使不同离子先后可以使不同离子先后 通过检测器,实现质量扫描,得到质谱。通过检测器,实现质量扫描,得到质谱。特点:特点:结构简单,操作方便结构简单,操作方便 只有方向聚焦,无能量聚焦,只有方向聚焦,无能量聚焦,分辨率低。分辨率低。1单聚焦分析器单聚焦分析器17结构:磁场、电场任意顺序组合结构:磁场、电场任意顺序组合原理:单聚焦分析器分辨率低的原理:单聚焦分析器分辨率低的 主要原因在于它不能进行主要原因在于它不能进行 能量聚焦。能量聚焦。双聚双聚焦分析器具有能量聚焦分析器具有能量聚 焦和方向聚焦
12、的特点焦和方向聚焦的特点特点:分辨率高特点:分辨率高(150,000)可分辨公称质量可分辨公称质量(nominal mass)相同,元素组成不相同,元素组成不 同的离子同的离子 2 双聚焦分析器双聚焦分析器(double focusing mass analyzer)双聚焦磁扇形分析器,双聚焦磁扇形分析器,double focusing magnetic sector(方向焦面方向焦面)(能量焦面能量焦面)动能大,投射到动能大,投射到+极极动能小,在动能小,在-极放电极放电一定能量的离子到达出口一定能量的离子到达出口同能量的离子汇聚同能量的离子汇聚18 3 四极杆分析器四极杆分析器(quadr
13、upole mass analyzer)四极滤质器,四极滤质器,quadrupole mass filter结构结构:四根棒状电极,相对的两个电极相连,形成四极场四根棒状电极,相对的两个电极相连,形成四极场 1,3棒:棒:+(Vdc+Vrf)2,4棒:棒:-(Vdc+Vrf)特点:扫描速度快,灵敏度高。特点:扫描速度快,灵敏度高。适用于适用于GC-MS。6.2.3 质量分析器质量分析器19四根棒状电极四根棒状电极加速电压加速电压5-15V 3 四极杆分析器四极杆分析器20质量过滤原理:质量过滤原理:az平面,只有平面,只有rf电压时电压时+半周,离子向中心点汇聚半周,离子向中心点汇聚(A)-半
14、周,向电极移动半周,向电极移动(B),有可能撞电极不进入检测器,有可能撞电极不进入检测器由沿由沿z轴的移动速度,轴的移动速度,m/z及及rf的频率和振幅决定的频率和振幅决定再加再加dc电压电压时时动能动能动量动量重离子对电压变化不敏感,只受重离子对电压变化不敏感,只受dc影响影响轻离子撞电极轻离子撞电极一对正电极使重离子透过!一对正电极使重离子透过!3 四极杆分析器四极杆分析器21重撞电极重撞电极轻离子沿轻离子沿y轴通过轴通过一对负电极时一对负电极时一对负电极使轻离子透过!一对负电极使轻离子透过!bc四极滤质器使一定质量的离子既不被一对正电极又不被一对四极滤质器使一定质量的离子既不被一对正电极
15、又不被一对负电极吸收,从而到达检测器负电极吸收,从而到达检测器在另外的在另外的Vdc Vrf 下可接收到另外质量的离子。在一定的下可接收到另外质量的离子。在一定的Vdc/Vrf下,连续改变下,连续改变Vrf或或Vdc可实现质量扫描。可实现质量扫描。3 四极杆分析器四极杆分析器22 4 离子阱分析器离子阱分析器(Ion trap)doughnut-shaped ring electrodeelectrode四极杆的三维形式四极杆的三维形式 优点:优点:聚焦场可以快速改变;比四极杆聚焦场可以快速改变;比四极杆更紧凑、体积小,灵敏度很高。更紧凑、体积小,灵敏度很高。23 4 离子阱分析器离子阱分析器
16、24 4 离子阱分析器离子阱分析器255 飞行时间分析器飞行时间分析器(time-of-flight analyzer,TOF)正离子在电场作用下被加速正离子在电场作用下被加速所有离子同时飞越长度为所有离子同时飞越长度为L的无场空间,先后到达检测器的无场空间,先后到达检测器V,L不变时,不变时,t由由m/e决定决定一般,一般,1-30 s265 飞行时间分析器飞行时间分析器27特点:特点:简单、耐用,无质量范围限制。简单、耐用,无质量范围限制。取样速度快,适用于快速取样速度快,适用于快速GC/MS;分析适用于脉冲离子化;分析适用于脉冲离子化 方式(如方式(如MALDI)的大分子量的多肽、蛋白质
17、。)的大分子量的多肽、蛋白质。早期分辨率低的问题通过延迟萃取技术等已经得到解决。早期分辨率低的问题通过延迟萃取技术等已经得到解决。5 飞行时间分析器飞行时间分析器28296.2.4 检测器检测器(detector)1 电子倍增器电子倍增器 electron photon multiplier2 光子倍增器光子倍增器 photon multiplier3 法拉第杯法拉第杯 Faraday cup4 阵列检测器阵列检测器 array detectors6.2 质谱仪器质谱仪器306.2.5 傅立叶变换质谱仪傅立叶变换质谱仪傅立叶变换质谱仪傅立叶变换质谱仪(FT-(FT-MS)MS)特点:扫描速度快
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