质谱培训教材优秀PPT.ppt
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1、The world leader in serving scienceThermo Scientific China-Demo Center-LTQ 液质联用仪液质联用仪培训教材培训教材The world leader in serving science质谱基本常识质谱基本常识第一章第一章3“The basis in MS(mass spectrometry)is the production of ions,that are subsequently separated or filtered according to their mass-to-charge(m/z)ratio and
2、detected.The resulting mass spectrum is a plot of the(relative)abundance of the produced ions as a function of the m/z ratio.”(质谱的基础是产生离子,这些离子随后按质荷比大小被分离过滤并被检测。得到的质谱图是产生离子质荷比的相对丰度图谱。)Niessen,W.M.A.;Van der Greef,J.,Liquid ChromatographyMass Spectrometry:Principles and Applications,1992,Marcel Dekker
3、,Inc.,New York,p.29.什么是质谱?什么是质谱?4 怎样理解质谱怎样理解质谱5LC-MS&LC-MSnTime 时间Response 响应Chromatogram 离子流图m/zm/zMSMS-MS6总离子流图总离子流图7Mass Spectrometry“Simplified”(GMSD)GenerateIon ProductionIon OpticsLinear Ion TrapElectron MultiplierMoveSelectDetect8GenerateIons(产生离子)Move Ions(离子传输)SelectIons(选择离子)DetectIons(检测离
4、子)Sample In(样品引入)Data Out(数据输出)Ion Optics System Ion Optics System 离子透镜系统离子透镜系统 质谱简化流程质谱简化流程9Atmospheric Pressure Ionization大气压下离子化离子源类型:1.Electrospray Ionization(ESI)电喷雾电离电喷雾电离 大多数情况下是液态过程2.APCI(Atmospheric Pressure Chemical Ionization)大气压下化学电大气压下化学电离离 气相过程3.APPI(Atmospheric Pressure Photo-Ionizati
5、on)大气压下光离子化大气压下光离子化-气相过程离子源作用:1.Desolvate sample flow for introduction into mass spectrometer.去溶剂2.Baffle the first vacuum region of the MS from atmospheric pressure in the source.真空过渡3.Ionize the analyte or transport ion in solution to the gas phase.离子化4.Pump away neutrals and opposite charged ions
6、 which would otherwise interfere with the analysis of the desired polarity.去除干扰离子产生离子产生 (API)10Chemistry Considerations 化学考虑化学考虑ESI:离子在液相产生有益于热不稳定化合物的分析有益于中等到高极性化合物分析 有益于大分子(蛋白/多肽)APCI/APPI:离子在气态产生 不利于热不稳定化合物的分析 有益于低极性到中等极性化合物分析 适合小分子(steroids-类固醇,甾体化合物)适合含有发色基团的化合物(APPI)11Electrospray-Basic LayoutI
7、on Transfer Tube 金属毛细管ESI Needle+/-5 kVTaylor Cone 泰勒锥Solvent evaporation and Ion desolvation 溶剂蒸发和去溶剂溶剂蒸发和去溶剂电喷雾电离过程电喷雾电离过程12Auxiliary Gas辅助气辅助气Sheath GasSheath Gas鞘气鞘气鞘气鞘气喷雾束喷雾束5kVESI 喷嘴横截面喷嘴横截面喷嘴喷针13 碱性分子 M+H+(-NH2)酸性分子M-H-(-COOH,-OH)正负离子扫描选择正负离子扫描选择练习:请为这两个化合物选择合适的扫描方式练习:请为这两个化合物选择合适的扫描方式14Atmos
8、pheric Pressure Chemical Ionization (APCI)大气压下化学电离大气压下化学电离 通过电晕放电达到气相电离电离过程分以下三步1.高压电晕针作用于载气高压电晕针作用于载气(N2)和挥发的和挥发的HPLC溶剂,产生初级离子。溶剂,产生初级离子。O2+e-O2+.+2e-N2+e-N2+.+2e-2.通过一系列复杂反应,初级离子和溶剂分子产生溶剂离子,如通过一系列复杂反应,初级离子和溶剂分子产生溶剂离子,如 H3O+,OH-。3.溶剂离子和分析物反应产生正离子模式下的溶剂离子和分析物反应产生正离子模式下的(M+H)+或负离子模式下的或负离子模式下的(M-H)-。H
9、3O+Analyte (Analyte+H)+H2O OH-+Analyte (Analyte H)-+H2O15Atmospheric Pressure Chemical Ionization (APCI)大气压下化学电离大气压下化学电离 2004 Dr.Paul Gates,University of Bristol16Atmospheric Pressure Photo-Ionization (APPI)大气压下光离子化电离大气压下光离子化电离利用APCI探针去溶剂通过UV光源离子化电离过程有以下两步1.分析物分子与分析物分子与UV光源作用(氪灯产生光源作用(氪灯产生10和和10.6ev
10、光子)。如光子)。如果分析物的电离势能低于光子能量果分析物的电离势能低于光子能量hv,分析物分子分析物分子M被电离成被电离成分子离子分子离子M+。M+hv M+e-2.分析物离子有可能从质子溶剂(如果存在)那得到质子形成分析物离子有可能从质子溶剂(如果存在)那得到质子形成离子离子M+H+。M+S M+H+S-H17灵敏度图谱质量速度“3D”“3D”vs.“2D”线性离子阱线性离子阱18LTQ 二维线性离子阱二维线性离子阱60 m3/hr300L/sec400L/sec15 L/sec三端 口的分子涡轮泵Probe离子透镜离子透镜线性离子阱线性离子阱Detector 1Detector 219可
11、互换的离子源探针(图中所示是ESI探针)离子源探针位置调节器APPI 探针入口Ion Max 源源20Ion Max 离子源离子源离子传输毛细管离子传输毛细管入口电喷雾喷针离子传输毛细管离子传输毛细管入口电喷雾喷针 ESI喷嘴喷嘴 ESI 探针探针电喷雾针离子传输毛细管ESI喷嘴ESI探针21Ion Max 源设计源设计:ESI 探针探针ESI探针特征:固定的喷射角度(60度)增加鞘液接口(精确质量测定和柱后修饰应用)X,Y,Z 方向调节更加便于优化液相 入口鞘液入口 ESI 喷针22样品管外壁聚酰亚胺涂层会吸收某些溶剂而变长样品管截面要平齐以保证好的喷雾状态样品管缩进ESI喷针里1mm处得到
12、最好喷雾效果鞘气ESI NeedleESI Needle样品聚酰亚胺聚酰亚胺石英管石英管ESI 喷针ESI NeedleESI Needle样品聚酰亚胺聚酰亚胺石英管石英管ESI 喷针ESI 喷针鞘气鞘气鞘气ESI 喷针样品管延长样品管延长23石英毛细管吸收溶剂溶胀图例石英毛细管吸收溶剂溶胀图例24 ESI探头探头 切面图切面图喷嘴ESI 喷针熔融石英毛细管喷嘴ESI 喷针金属针 1 mm 1 mm25Metal Needle KitStainless Steel Needle SizeTypeSolvent Flow Rate(L/min)Part No 34-Gauge(30 M ID)L
13、ow flow0.5-1070111-6208032-Gauge(50 M ID)High flow5-40070111-6201326 ESI探头探头 切面图切面图喷嘴ESI 喷针熔融石英毛细管喷嘴ESI 喷针金属针 1 mm 1 mm27Spray Voltage:4 5 kV“Ion Max”ESI 源操作条件源操作条件28APCI 探针探针29Ion Max 离子源设计离子源设计:APCI 探针探针离子传输毛细管离子传输毛细管APCI探针探针电晕针电晕针离子传输毛细管离子传输毛细管离子源接口离子源接口30Ion Max 离子源设计离子源设计:APCI 探头探头APCI 探头特征探头特征
14、:可移动喷雾器可移动喷雾器新陶瓷加热器新陶瓷加热器自我清洁功能自我清洁功能 内表面温度超过内表面温度超过1000C外置热电偶外置热电偶源室没有塑料材料源室没有塑料材料喷嘴组件易于更换喷嘴组件易于更换X,Y,Z 三维可调三维可调液相入口液相入口陶瓷气化器陶瓷气化器气化器气化器电源接头电源接头 31“Ion Max”APCI 源源 操作条件操作条件液体流速(L/min)离子传输管温度.(C)*鞘气压力(arb)辅助气压力(arb)蒸发室温度(C)电晕针放电电流(A)200250255350+4(-10*)1000250455450+4(-10*)当你改变离子传输毛细管(或金属毛细管)的温度时一定要
15、优化透镜电压当你改变离子传输毛细管(或金属毛细管)的温度时一定要优化透镜电压*负离子模式负离子模式32APCI 操作注意事项操作注意事项确保APCI探针的蒸发温度足够大,喷雾区域没有液滴沉降蒸发温度:400-450C(针对流速为400-1000uL/min)可以适当降低金属毛细管的温度仔细检查鞘气流速 辅助气流量可以先设到0进高浓度的样品可能会导致污染和记忆效应定期加热离子源(自动清洗)33APCI Summary-小结小结分析物性质分析物性质:*低到中等极性*高质子亲和力*高气相酸度*1200 da典型流速典型流速:0.2-2.0 ml/min比ESI更能容忍缓冲盐仅产生单电荷离子!软电离技
16、术典型应用:药物,农药,类固醇及含氮染料34Comparison of ESI and APCI 二者比较二者比较35Comparison of ESI and APCI 二者比较二者比较36PAHs APPI 质谱图质谱图 37金属毛细管正常位置取出金属毛细管真空锁定小球真空锁定真空锁定38Ion Max 离子源室设计离子源室设计改进排出口设计,便于大气压电离废气排出电晕放电鞘 陶瓷和不锈钢陶瓷和不锈钢;垂直置于壁 上气化溶剂冷却后不被凝结所改进的不锈钢的废液所改进的不锈钢的废液排出部件探针垂直安装液滴直接进入废液排出口,即使氮气用完,也不会在腔室内累积溶剂。也不会在腔室内累积溶剂。非塑料外
17、壳非塑料外壳便于观看的两个视角39钛制成的新型钛制成的新型Skimmers:直径较大,提高灵敏度 钛材料更有利于保持skimmer的热平衡,不锈钢材料会逐渐冷却所以可作为加热器Ion Max 源源:Skimmer40离子吹扫口离子传输管无需工具装配/拆卸Tube Lens-管路透镜钛制skimmerL0Q00Sweep Gas吹扫气接口Q0API Stack 装配示意图装配示意图The world leader in serving scienceLC-MS条件优化条件优化第二章第二章42Sample concentration 样品浓度Choice of column and solvent
18、s 柱子型号和溶剂Flow rates and their effects 流速及影响 LC/MS 条件优化条件优化 43样品信息样品信息 你需要得到尽可能多的样品信息!你需要得到尽可能多的样品信息!目标分析物的信息包括以下目标分析物的信息包括以下分子式,结构(官能团)分子量溶解性,pKa稳定性,储存是否有标准品浓度水平和范围基质信息基质信息:类型,状态(液体,固体)溶解性不同成份44样品预处理样品预处理 提高灵敏度提高灵敏度 去除基质干扰 离子抑制 建立去除基质干扰的方法(SPE,萃取,过滤等)进样浓度 与进样量和柱内径有关45ESI:ESI:1 L/min-1mL/min最佳使用流速最佳使
19、用流速:200 L/min一般来说一般来说,高流速需要高的毛细管温度和气体流速。高流速需要高的毛细管温度和气体流速。APCI:APCI:200 L/min-2mL/minOptimal Flow Rate:500 L/min 一般来说,高流速需要更高的鞘气和辅助气流量,但不需要提一般来说,高流速需要更高的鞘气和辅助气流量,但不需要提高毛细管温度高毛细管温度LC 建议流速建议流速46液相柱液相柱(标准装柱填料直径标准装柱填料直径 5.0 m)最适合的流速最适合的流速(线性速度线性速度)流速流速 柱子直径柱子直径 1.0 mL/min 4.6 mm 0.5 mL/min 3.0 mm 0.2 mL
20、/min 2.1 mm 50 L/min 1.0 mm 10 L/min 毛细管47柱内径柱内径柱内径柱内径 mmmm1.0 1.0 1000 1000 50050020020050501 1 5 5202.02.03.03.04.64.62.02.0流速流速流速流速 L/minL/min分离效果分离效果分离效果分离效果使用窄内径的柱子可以提高分离效果使用窄内径的柱子可以提高分离效果48LC 添加剂添加剂 酸酸l 不要使用无机酸(可能会导致腐蚀)l 推荐使用醋酸和甲酸 碱碱l 不要使用碱金属碱(可能会导致腐蚀)l 推荐使用氢氧化铵和氨水 表面活性剂表面活性剂 清洁剂和其他表面活性剂会产生离子抑
21、制 三氟醋酸三氟醋酸(TFA)l 可以提高液相的分离度,但是在质谱正负离子模式下会产生离子抑制作用 三乙胺三乙胺/三甲胺三甲胺(TEA/TMA)l 有助于形成负离子49增加增加TFA用量用量(乙腈乙腈:水水=50:50)对质谱信号强度的影响对质谱信号强度的影响本结果是两次实验的平均值.*注:不加TFA的结果是不确定的,因为在溶液无法肽段质子化。对照样品是 50/50/0.1,甲醇/水/甲酸(N=6,平均信号强度=1.10 x106 counts.*S.Baldwin,K.Stoney,K.Wheeler,I.Mychreest.“Low pH Solvent Alternatives to T
22、FA Solvents and Their Effect on HPLC/ESI-MS of Peptides”,Poster Paper Presented at ASMS 96.50液质联用中缓冲盐使用的注意事项液质联用中缓冲盐使用的注意事项(pH)l 当使用非挥发性的盐时,一定要使用吹扫挡锥(sweep cone)。l 尽量避免使用如下的非挥发性盐 碱金属磷酸盐 硼酸盐 柠檬酸盐l 经常使用缓冲盐需要定期清洗金属毛细管51质子给体质子受体提高色谱分离形成负离子时提高色谱分离缓冲液乙酸甲酸氢氧化铵氨水溶液三氯乙酸(0.02%v/v)三氟乙酸(0.02%v/v)三乙胺(0.02%v/v)三甲
23、铵(Mass Lists;2.添加 Reject masses;输入 Reject masses(用一级全扫描模式采集一个空白数据,在Qual Browser里查看该数据得到)185Building Double Play:Scan Event Two1.选择Scan Event Activation2.设定 Activation Type,Default Charge State,Isolation Width和 Normalized Collision Energy186Building Double Play:Scan Event Two1.选择 Scan Event Current S
24、can Event2.设定 Minimum signal threshold(counts,绝对强度);用一级全扫描模式采集一个空白数据,在Qual Browser里查看该数据得到;3.确定两处均设为1;187实验总结实验总结188常用常用 Data Dependent LCQ Experiments 设定Big 3:步骤:1.一级全扫描 2.对最强的离子,第二强的离子以及第三强的离子做数据相关Data Dependent(dd)MS2优点/缺点:1.MS2花费时间很长2.能采到峰顶点位置的信号Double Play with Dynamic Exclusion:步骤:1.一级全扫描 2.启用
25、Dynamic Exclusion,对最强的离子做数据相关Data Dependent(dd)MS2 优点/缺点:1.为分析共流出物提供可能2.可能丢失出峰的顶点位置189Dynamic Exclusion 共流出物的共流出物的MS&MS2190Dynamic Exclusion1.选择 Global Dynamic Exclusion2.设定 Repeat count,Repeat duration,Exclusion list size,Exclusion duration和 Exclusion mass width*以上设置导致以上设置导致0.2分钟内采集了三分钟内采集了三次次 MS/M
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