有機結(jié)構(gòu)分析中科大有機質(zhì)譜法PPT學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1有機結(jié)構(gòu)分析中科大有機質(zhì)譜法有機結(jié)構(gòu)分析中科大有機質(zhì)譜法真空系統(tǒng)Vacuum System進樣系統(tǒng)Sample Inlet檢測器Detector數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)Data System質(zhì)量分析器Mass Analyser離子源Ionization Source1.1.1 質(zhì)譜儀的組成Components of any Mass Spectrometer第1頁/共34頁進樣系統(tǒng)離子源質(zhì)量分析器檢測器第2頁/共34頁1.1.2 質(zhì)譜儀的主要性能指標質(zhì)譜儀的主要性能指標1. 質(zhì)量范圍（質(zhì)量范圍（mass range） 質(zhì)譜儀所能測定的離子質(zhì)荷比質(zhì)譜儀所能測定的離子質(zhì)荷比的范圍。的范圍。 四極質(zhì)譜：

2、四極質(zhì)譜： 1000以內(nèi)以內(nèi) 離子阱質(zhì)譜：離子阱質(zhì)譜： 6000 飛行時間質(zhì)譜：飛行時間質(zhì)譜： 無上限無上限第3頁/共34頁2. 分辨率（resolution）分辨率R是指質(zhì)荷比相鄰的兩質(zhì)譜峰的分辨能力。若近似等強度的質(zhì)量分別為M1及M2的兩個相鄰峰正好分開，則質(zhì)譜儀的分辨率定義為：R = ; 式中 M = ; M = M2 -M1MMM1+M22第4頁/共34頁國際上：1）R10%：兩峰間的峰谷高度為峰高的10%時的測定值；2）一般難以找到兩個質(zhì)量峰等高，且重疊的谷高正好等于峰高的10%，則定義：R = ; 式中 a為其中一峰的峰高5%處的峰寬; b為相鄰兩峰的中心距離MMb a第5頁/共3

3、4頁低分辨率質(zhì)譜儀： R 501）的分子離子峰所需的樣品量。第6頁/共34頁1.1.3 質(zhì)譜圖橫坐標：質(zhì)荷比 (m/z)縱坐標：相對豐度(最強峰的強度定為100%)1008060402020CCH3O7710577105 CO120(M+)5143406080100120m/z相對豐度/(%) 苯乙酮的質(zhì)譜圖 苯乙酮的質(zhì)譜圖 第7頁/共34頁1.2 離子源（Ionization Source）電子轟擊電離（electron impact ionization, EI）化學(xué)電離（chemical ionization, CI）場電離（field ionization, FI）場解吸（field

4、desorption, FD）快原子轟擊（fast atom bombardment, FAB）基質(zhì)輔助激光解吸電離（matrix-assisted laser desportion ionization, MALDI）電噴霧電離（electrospray ionization, ESI）大氣壓化學(xué)電離（atmospheric pressure chemical ionization, APCI）第8頁/共34頁1.2.1 電子轟擊電離（electron impact ionization, EI）質(zhì)譜中最常用的離子源，一般為70eV的電子束，遠大于大多數(shù)有機化合物的電離電位（715eV），會

5、使相當多的分子離子進一步裂解，產(chǎn)生廣義的碎片離子。 Soft Ionization EventHard Ionization EventNETHard+Soft Events+FragmentsFragmentseeeeeeMMM+(Stable)M+*M+圖1-3 電子轟擊分子示意圖第9頁/共34頁優(yōu)點：1）穩(wěn)定, 質(zhì)譜圖再現(xiàn)性好，便于計算機檢索及比較；2）離子碎片多，可提供較多的分子結(jié)構(gòu)信息。缺點：1）樣品必須易于氣化；2）當樣品分子穩(wěn)定性不高時，分子離子峰的強度低，甚至不存在分子離子峰。第10頁/共34頁1.2.2 化學(xué)電離（chemical ionization, CI）化學(xué)電離是通過

6、離子-分子反應(yīng)來完成的。反應(yīng)氣體一般是甲烷、異丁烷、氨等, 生成(M+H)+, (M-H)+, (M+NH4)+ 的準分子離子。優(yōu)點：準分子離子峰強度高，便于推算分子量；缺點：1）只適用于易揮發(fā)、受熱不分解的樣品；2）碎片離子峰少，強度低。例：CH4 + e CH4+ + 2e CH4+ + CH4 CH5+ + CH3 CH5+ + M CH4 + (M+H)+ CH5+ + M CH4 + (M-H)+ + H2第11頁/共34頁CO2C8H17CO2C8H17149100 200 300 400100435771113167EIm/z0100113m/z0100 200 300 4001

7、49CI(CH4)261279391CI(CHMe3)100m/z0391100 200 300 400相對豐度/(%)相對豐度/(%)相對豐度/(%)(a)(b)(c)(a) EI源 (b) CI源（甲烷） (c) CI源（異丁烷）圖1-4 鄰苯二甲酸二辛酯的質(zhì)譜圖第12頁/共34頁1.2.3 場電離（field ionization, FI）和 場解吸（field desorption, FD）場電離：是一種軟電離技術(shù)。當樣品蒸汽鄰近或接觸到帶高正電位的金屬針時，由于高曲率的針端產(chǎn)生很強的電位梯度，樣品分子可被電離。優(yōu)點：電離快速，適合于和氣相色譜聯(lián)機；缺點：要求樣品汽化，靈敏度低。場解吸

8、：原理與FI相同，但樣品是被沉積在電極上。FD適用于難汽化的、熱不穩(wěn)定樣品。FD的準分子離子峰比FI的強，質(zhì)譜圖比FI的還要簡單。第13頁/共34頁1.2.4 快原子轟擊（fast atom bombardment, FAB）FAB：是一種廣泛應(yīng)用的軟電離技術(shù)?？煸愚Z擊利用的重原子一般為 He 或 Ar。Ar+(高動能的) + Ar(熱運動的) Ar(高動能的) + Ar+(熱運動的)Ar+槍Ar+ArAr(6kV)碰撞室樣品探頭MS分析系統(tǒng)圖1-5 FAB離子源原理示意圖第14頁/共34頁FAB可完成連FD都有困難的、高極性、難汽化的化合物的電離。樣品多調(diào)勻于基質(zhì)（一般為甘油等）中?；|(zhì)應(yīng)

9、具有流動性、低蒸氣壓、化學(xué)惰性、電解質(zhì)性和好的溶解性。FAB得到的是準分子離子峰(M+H)+;當分析極性樣品（糖類），常加入NaCl水溶液，得到(M+Na)+離子峰。第15頁/共34頁1.2.5 基質(zhì)輔助激光解吸電離 （matrix-assisted laser desportion ionization, MALDI） 在一個微小的區(qū)域內(nèi)，在極短的時間間隔，激光可對靶物提供高的能量，對它們進行極快的加熱，可以避免熱敏感的化合物加熱分解。MALDI的方法：將被分析化合物的溶液和某種基質(zhì)溶液相混合。蒸發(fā)掉溶劑，則被分析物質(zhì)與基質(zhì)形成晶體或半晶體。用一定波長的脈沖式激光進行照射?；|(zhì)分子能有效地吸

10、收激光的能量，并間接地傳給樣品分子，從而得到電離。優(yōu)點：1）使一些難于電離的樣品電離，且無明顯的碎裂，從而得到完整的被分析化合物分子的電離產(chǎn)物；2）特別適用于與飛行時間質(zhì)譜相配（MALDI-TOFMS）。第16頁/共34頁第17頁/共34頁第18頁/共34頁1.2.6 電噴霧電離（electrospray ionization, ESI）主要應(yīng)用于高效液相色譜HPLC與質(zhì)譜儀的聯(lián)用。從霧化器套管的毛細管端噴出的帶電液滴，隨著溶劑的不斷快速蒸發(fā)，液滴迅速變小，表面電荷密度不斷增大。由于電荷間的排斥作用，就會排出溶劑分子，得到樣品的準分子離子。NebulizerGasHeatHeatSolutio

11、nMakeup GasHigh VoltagePower SupplyIonsSamplingOrifice3)4)3) Field Evaporation4) Coulomb Explosion1) Desolvation2) Charge Accumulation120Barrier Gas Flow(Differential Pumping)圖1-6 ESI源示意圖 第19頁/共34頁通常小分子得到帶單電荷的準分子離子，而大分子則得到多種多電荷離子。檢測質(zhì)量可提高幾十倍。ESI是很軟的電離方法，通常無碎片離子峰，只有整體分子的峰，十分有利于生物大分子的質(zhì)譜測定。第20頁/共34頁 大氣壓

12、化學(xué)電離大氣壓化學(xué)電離（atmospheric pressure chemical ionization, APCI） ： 是由是由ESI源派生出來的，常壓下電暈放電。源派生出來的，常壓下電暈放電。 噴出的液滴先汽化，隨后溶劑分子被電離，發(fā)生噴出的液滴先汽化，隨后溶劑分子被電離，發(fā)生化學(xué)電離化學(xué)電離的的過程。過程。 要樣品汽化，適用于弱極性的小分子化合物要樣品汽化，適用于弱極性的小分子化合物(M1000)。輔助氣體常壓區(qū)MS104PaN2氣簾用于噴霧的空氣放電電極加熱器LC圖1-7 APCI工作原理示意圖 第21頁/共34頁1.3 質(zhì)量分析器磁質(zhì)量分析器（Magnetic Sector Ana

13、lyzer） 飛行時間質(zhì)譜計（time of flight, TOF ）四極質(zhì)量分析器（quadrupole mass analyzer）離子阱（ion trap）傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜計（Fourier transform ion cyclotron resonance, FT-ICR）第22頁/共34頁1.3.1 磁質(zhì)量分析器（Magnetic Sector Analyzer） 單聚焦（single-focusing）和雙聚焦（double-focusing）質(zhì)量分析器單聚焦質(zhì)量分析器使用扇型磁場，結(jié)構(gòu)簡單，操作方便，但是分辨率低。雙聚焦質(zhì)量分析器使用扇型電場及扇型磁場，分辨率高，其缺

14、點是價格貴，操作和調(diào)整比較困難。第23頁/共34頁電場加速后 zV=(1/2)m2 ( z-電荷；V-電壓； m-質(zhì)量；-速度)磁場中 Bz = m2/r (B-磁場強度；r-半徑) 推出 m/z=B2r2/2V 掃描B/V來獲得質(zhì)譜圖第24頁/共34頁電分析器收集器（接顯示裝置和記錄儀）加速區(qū)離子源EB磁分析器具有近似動能的離子束具有幾乎相同動能的離子束第25頁/共34頁1.3.2 飛行時間質(zhì)譜計（time of flight, TOF ）用一個脈沖將離子源中的離子瞬間引出，經(jīng)加速電壓加速，它們具有相同的動能進入漂移管，質(zhì)荷比小的離子具有最快的速度因而首先到達檢測器，質(zhì)荷比大的離子則最后到達

15、檢測器。Ion SourceDrift RegionDetectorReflection圖1-10 配離子反射鏡的飛行時間質(zhì)譜示意圖第26頁/共34頁優(yōu)點：1）檢測離子的質(zhì)荷比范圍非常寬；2）特別適合于與脈沖產(chǎn)生離子的電離源（MALDI-TOF）；3）靈敏度高，適合于作串聯(lián)質(zhì)譜的第二級；4）掃描速度快，適合研究極快過程；缺點：分辨率隨質(zhì)荷比的增加而降低。飛行時間質(zhì)譜計（time of flight, TOF ）第27頁/共34頁1.3.3 四極質(zhì)量分析器（Quadrupole Mass Analyzer）+由四跟平行的棒狀電極組成而得名。與扇型磁場的質(zhì)量分析器的原理完全不同。在一定DC/VC作

16、用下，具有一定m/z的離子能到達收集器，其他離子被濾掉。第28頁/共34頁四極質(zhì)量分析器（quadrupole mass analyzer）優(yōu)點：1）結(jié)構(gòu)簡單、容易操作、價格便宜；2）僅用電場而不用磁場，無磁滯現(xiàn)象，掃描速度快，適合與色譜聯(lián)機；3）操作時的真空度相對較低，特別適合與液相色譜聯(lián)機。缺點：1）分辨率不高（R=103-104）；2）對較高質(zhì)量的離子有質(zhì)量歧視效應(yīng)。第29頁/共34頁1.3.3 離子阱（ion trap）離子阱與四極質(zhì)量分析器的原理類似，因此也稱為四極離子阱（quadrupole ion trap）；或因其儲存離子的性質(zhì)而稱為四極離子儲存器（quadrupole ion storage, QUISTOR）。12634571離子束注入 2離子閘門 3，4端電極5環(huán)電極 6至電子倍增器 7雙曲線表面圖1-12 離子阱的結(jié)構(gòu)示意圖第30頁/共34頁離子阱（ion trap）優(yōu)點：1）單一的離子阱可實現(xiàn)多極“時間上”的串聯(lián)質(zhì)譜；2）結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜，性能價格比高；3）靈敏度高，較四極質(zhì)量分析器高達10-10000倍；4