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1、第四章质谱,mass spectrometry，MS,拽樟娇哀瘸岗层赁青创总女彦之弃唆付椭皇篙腻收畦悔闲坤船犊彭嫩掘霓MS1原理和仪器MS1原理和仪器,基本原理与质谱仪 离子峰的主要类型 有机分子裂解类型 质谱图与结构解析,睦款烛经峦斯褒迁谅茎呸惟踩蓖肇惠涪驳咎束岛禽流颊溉贰奶答平斡仰夫MS1原理和仪器MS1原理和仪器,第一节 基本原理与质谱仪 basic principle and Mass spectrometer,概述 质谱仪与质谱分析,伐炳彰厅松院倡十赐挂兰垫猿师爽扯层履依神舜绩棚嗡邵谅枢卖越冲踢恢MS1原理和仪器MS1原理和仪器,质谱是分子质量精确测定和分子式的确定及化合物结构分析的
2、重要工具；第一台质谱仪：1912年；早期应用：原子质量、同位素相对丰度等,质谱是化合物电离后按照离子质量与所带电荷数之比被仪器分离并以质荷比与其相对强度记录下来的谱图质谱不属波谱范围，质谱图与电磁波的波长和分子内某种物理量的改变无关,一、质谱学基本知识,拔措汹墅盅烷粤内胚鸣岂蓟挖舰酌讨勃疚靛锁博浇拟因健征嘴暖俄泊恨肿MS1原理和仪器MS1原理和仪器,一、质谱学基本知识,在高真空系统中使样品分子电离，测定样品的分子离子及碎片离子的质量，所有的离子在电场和磁场的综合作用下按质荷比（m/z）大小依次排列而得到谱图。对象：同位素、无机物、有机化合物、生物大分子及聚合物。作用：确定样品分子量、分子式的确
3、定及推断分子结构。,履哀族溢破庭艘屯惮淑惮兄旱外纵得沪轩丧托柞曝裂琵缮桐庶晾鞘翔卑熙MS1原理和仪器MS1原理和仪器,分子量及分子式的确定,分子量-分子离子峰分子式-高分辨质谱仪测定 12C=12.000000 为基准 1H=1.007823 16O=15.994914J.H.Beynon将C、H、N、O各种组合构成的分子式的精确质量数列成表：质谱用质量与丰度表,瑶楼荔凋尼忿礼甩积缘命勾牙妆涉萍娇焙峨跋倪预溜财井锣秀烛凸抚愈归MS1原理和仪器MS1原理和仪器,例,用高分辨质谱仪测得分子量为150.1045，仪器的误差是0.006，查表有 C3H12N5O2 150.099093 C5H14N2
4、O3 150.100435 C8H12N3 150.103117 C10H14O 150.104459,掉绩腥酉秩孙渤晓贺邢惑萝景啮曲戎廉栽宁区胡唐爱性玫薪垫酶类剔渣浴MS1原理和仪器MS1原理和仪器,从质谱裂解产生的碎片离子可以推测分子中所含的官能团或各类化合物的特征结构片断从丢失的中性碎片也可以推断分子中含有某种官能团根据亚稳离子推断母离子与子离子 m*=m22/m1,推断分子结构,协丽欢潞棒估定傻军谅都玲蔬叼瑚被扁乞亡焊鸵环漠忱毙击浦乙啼管驰癌MS1原理和仪器MS1原理和仪器,质谱图由横坐标、纵坐标和棒线组成。横坐标标明离子质荷比（m/z）的数值，纵坐标标明各峰的相对丰度，棒线代表质荷比
5、的离子。图谱中最强的一个峰称为基峰，将它的强度定为100。,丁酮的质谱图,质谱图的组成,寅惶蔫盟瘫熔俺堆庆需泉吞靴叮售冬拇菊掩鸭梆改侄男佩步蟹妈革人翘溪MS1原理和仪器MS1原理和仪器,二、质谱仪与质谱分析mass spectrometer and mass spectrometry,解访杉洪雅汛抓阀脸璃随破鹤轮滚丹真宛善辛具暮腋择储谎勾迂奠揣雁砒MS1原理和仪器MS1原理和仪器,5.1.2 离子化的方法 1.电子轰击（EI）2.化学电离（CI）3.场致离（FI）和场解吸（FD）4.快原子轰击（FAB）5.电喷雾电离（ESI）,好诬屉穴刊铣拼佃髓苍咋探韧敬糊马忿溅王猴寝滔犯蚊护埠车粘赏胺淋哑M
6、S1原理和仪器MS1原理和仪器,电子轰击源electron ionization,EI,闺桓剂溃咯蹋讣拧寿露熔袖爷甜诲妮底唉洲畦呛诞民撅韩康菇桔子刊勺娃MS1原理和仪器MS1原理和仪器,EI 源的特点：,适用于挥发性、热稳定的化合物，气体和金属蒸气电离效率高,灵敏度高 应用最广，标准质谱图基本都是采用EI源得到的 结构简单，控温方便,EI源：可变的离子化能量(10240eV),对于易电离的物质降低电子能量，而对于难电离的物质则加大电子能量（常用70eV）。,电子能量,电子能量,分子离子增加,碎片离子增加,僻榆何雹层衫霓羹萧潜郊匡呵睬浩耽盘巧宙畦撑对塔蠢狡挎滓己师框儡无MS1原理和仪器MS1原理
7、和仪器,中性原子轰击样品，如ArAr+高能Ar+高能中性原子流试样分子适用于极性大，相对分子量大，难挥发和热稳定性差的样品缺点：400以下有基质干扰峰，对非极性化合物不灵敏,FAB电离源-1981年英国的M.Barber等人发明 FAB,他镑莹办梅纸镜疵烃源猿帖汰篮遥利薪卸桂玫焙向狠焉巨派腾梦攻哥舒仗MS1原理和仪器MS1原理和仪器,离子室内的反应气（甲烷等；10100Pa，样品的103105倍），电子（100240eV）轰击，产生离子，再与试样分子碰撞，产生准分子离子。,化学电离源（Chemical Ionization，CI）:,最强峰为准分子离子；谱图简单；不适用难挥发试样；,勤悉畴堡筋
8、锄叼豆诲豺芭秉到析踞剿尚支法涸纠蜡履殿袁氢企沙琼娱爆溯MS1原理和仪器MS1原理和仪器,EI 和 CI 谱图例子,EI,CI,斜屉注渺籽油摹膝瓮她玛堑谴季饰是磋美爪泳沫丈芝砂薄陵铸搐窍搁瘫迪MS1原理和仪器MS1原理和仪器,MALDI可使热敏感或不挥发的化合物由固相直接得到离子。,待测物溶液与基质溶液混合后蒸发，使分析物与基质共生成为晶体或半晶体，用一定波长的脉冲式激光进行照射时，基质分子能有效的吸收激光的能量，使基质分子和样品分子进入气相并得到电离。,MALDI适用于大分子，如多肽类、核酸类生物大分子和合成高分子。可得到单电荷分子离子峰，无明显碎片峰。此电离方式特别适合于飞行时间质谱计。,基
9、质辅助激光解吸附电离(MALDI),脉冲式激光,椅捐氖测悄驴询阂飘哼濒镰伤拖勋攘咨莆蓑韶甄纷碾干贯刚蕴慢钡掸俗椅MS1原理和仪器MS1原理和仪器,日本科学家Koichi Tanaka（2002年诺贝尔化学奖-质谱部分）,首先利用MALDI技术（波长337nm的氮激光作为激光光源），测得由鸡蛋蛋白中得到的溶菌酶（lysozyme）的分子量为14306 Da。并且2M至7M的信息在图谱中也观测到，测定的质量数达100872 Da。（1987年第二界中日质谱研讨会上最早公布，当时他27岁，只是工程师）Tanaka K,Waki H,Ido Y,et al.Rapid Commun Mass Spec
10、trom.,1988,2:151-153,汐侥顷雁泥碳蓑蕊箍函豫烈自镣椭用鱼锨马阉蚁捕桶话燃涯尖清熟竣铰著MS1原理和仪器MS1原理和仪器,电喷雾电离（ESI）,ESI 是一种使用强静电场的电离技术，通过毛细管流出的样品溶液，在电场的作用下形成带高度电荷的雾状小液滴，溶剂的挥发和液滴的裂分最后致使分析物以单电荷或多电荷离子的形式进入气相。ESI是最软的电离技术，通常只产生分子离子峰，因此可直接测定混合物，并可测定热不稳定的极性化合物；其易形成多电荷离子的特性可分析蛋白质和DNA等生物大分子；通过调节离子源电压控制离子的碎裂（源内CID）测定化合物结构。,厦俐泊旧渺记状巷换宜脱背揣瓦令聪努聊渭撑
11、云友勘退罢庭醚饭即摇裸综MS1原理和仪器MS1原理和仪器,美国耶鲁大学John B.Fenn教授（2002年诺贝尔化学奖-质谱部分）最早将电喷雾与质谱成功联接（1984年）,他不仅发明了ESI并用于生物大分子分析,而且揭示了多电荷的存在并从理论上加以阐述。1988年在旧金山召开的美国质谱年会上，展示了第一批蛋白质分子的质谱图，使所有到会的人震惊。m/z 1-2000，测定的分子量却达47342,隧殷吻昌肺帕捎轩郊鼠厂埃詹舱俩缘婪凶捡速面摇纂申励什爆欺叙兆叫篇MS1原理和仪器MS1原理和仪器,2.质量分析器,将离子源中形成的离子按m/z值的大小分开。可分扇形磁场分析器，四极分析器，离子阱，飞行时
12、间质谱仪，傅立叶变换离子回旋共振分析器等。,棉价萤泊滦尼烛拈而岸摧隅谊媚废姆砷熟惭枕材功窥搞滑泉此硼握为轻包MS1原理和仪器MS1原理和仪器,单聚焦磁场分析器,方向聚焦；相同质荷比，入射方向不同的离子会聚；分辨率不高,坠背镐梯妆跺李况脐厂忧闯诡毕勿改竟勃寓呢利带浑龙佛彭腮匙娥帜舜盈MS1原理和仪器MS1原理和仪器,双聚焦分析器,方向聚焦：能量聚焦：相同质荷比，速度(能量)不同的离子会聚；,质量相同，能量不同的离子通过电场和磁场时，均产生能量色散；两种作用大小相等，方向相反时互补实现双聚焦。,朱井魏坝幌述急允咯荐计稳段乍箔猿锄治良拂选奴徊积昭渍渣易柄坠鉴庐MS1原理和仪器MS1原理和仪器,其他类
13、型质量分析器,双聚焦质谱仪体积大；色谱-质谱联用仪器的发展及仪器小型化（台式）需要；体积小的质量分析器：,四极杆质量分析器飞行时间质量分析器离子阱质量分析器,体积小，操作简单分辨率中等,翘蚜干癌悠步疫谍耕翟悼华磁峦荐泅牌捻谨涡悯诵栽堂小猜削肮跺癸籽淆MS1原理和仪器MS1原理和仪器,四极杆质量分析器（Quadrupole Mass Filter）,根据不同质荷比的离子在四极场产生稳定震荡所需射频电压不同,椽带成纹也豫产唾裙昌污耻骗腾妨下扶查抒猾蚤贬譬茅镣喝遮孟蔽均摊感MS1原理和仪器MS1原理和仪器,色谱-四极杆质谱仪结构示意图,乐野欲征助猖桥蔡绍蜂趁乐勒筒铰篱朴弧估吠爬漫畔攒丽绩淄坤导瘟哥勤MS1原理和仪器MS1原理和仪器,飞行时间质量分析器,相同动能不同质荷比的离子漂移时间不同,沤沥处菇零惰匀镑瑟稳笨惜蹈银邱闺宛粮掺怕塔珊嫁村伙态装频拿择附特MS1原理和仪器MS1原理和仪器,3.检测器,（1）电子倍增管 1518级；可测出10-17A微弱电流；（2）渠道式电子倍增器阵列,携翁道苫奋捕呻吩狮式讯促抗哨所您粹惕瞎雇侩栋谊赡赔鄂游抵卑丑刷裙MS1原理和仪器MS1原理和仪器,
