色譜質(zhì)譜課件

一色譜的原理色譜的原理色譜分離機(jī)制色譜的分類1898

W.Wien

發(fā)現(xiàn)帶正電荷的離子束在磁場中發(fā)生偏轉(zhuǎn)。1910

J.J.Thompson

使用簡單的電場-磁場組合裝置,獲得了拋物線族的質(zhì)譜,證明了20Ne,22Ne兩種同位素的存在。1918

A.J.Dempster

采用電子轟擊技術(shù)使分子離子化。

1919

F.W.Aston

制得了第一臺速度聚焦質(zhì)譜儀。提出每種同位素的質(zhì)子和中子在結(jié)合成原子核時,具有特定的質(zhì)量虧損(并非整數(shù)值)。1942

商品MS出現(xiàn),用于石油精煉和橡膠工業(yè)。二質(zhì)譜的原理

2.1質(zhì)譜的發(fā)展◆質(zhì)譜不屬波譜范圍◆質(zhì)譜圖與電磁波的波長和分子內(nèi)某種物理量的改變無關(guān)◆質(zhì)譜是分子離子及碎片離子的質(zhì)量與其相對強度的譜,譜圖與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)◆質(zhì)譜法進(jìn)樣量少,靈敏度高,分析速度快◆質(zhì)譜是唯一可以給出分子量,確定分子式的方法,而分子式的確定對化合物的結(jié)構(gòu)鑒定是至關(guān)重要的。

2.2質(zhì)譜特點：計算機(jī)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)真空系統(tǒng)加速區(qū)進(jìn)樣系統(tǒng)離子源質(zhì)量分析器檢測器

2.3質(zhì)譜儀框圖IonisationsourceIonseparationDetectorOutput離子源和質(zhì)量分析器的壓力在10–4~10–5Pa和10–5~10–6Pa

大量氧會燒壞離子源的燈絲；用作加速離子的幾千伏高壓會引起放電；引起額外的離子－分子反應(yīng)，改變裂解模型，譜圖復(fù)雜化。2.4質(zhì)譜儀構(gòu)造:真空系統(tǒng)進(jìn)樣方式：1氣體可通過儲氣器進(jìn)入離子源。2易揮發(fā)的液體，在進(jìn)樣系統(tǒng)內(nèi)汽化后進(jìn)入離子源。3難揮發(fā)的液體或固體樣品，通過探針直接插入離子源。進(jìn)樣系統(tǒng)分子失去電子，生成帶正電荷的分子離子

分子離子可進(jìn)一步裂解，生成質(zhì)量更小的碎片離子

M+eM+.+2eM-.小于1%M+.A+.++B+CD++.中性分子或碎片R.50-70eV離子源◆質(zhì)量分析器是質(zhì)譜計的核心◆不同類型的質(zhì)量分析器構(gòu)成不同類型的質(zhì)譜計

◆不同類型的質(zhì)譜計其功能，應(yīng)用范圍，原理，

實驗方法均有所不同。

質(zhì)量分析器

檢測記錄系統(tǒng)

質(zhì)量分析器分離并加以聚焦的離子束，按m/z的大小依次通過狹縫，到達(dá)收集器,經(jīng)接收放大后被記錄。電子轟擊電離ElectronImpactIonization,EI化學(xué)離子化ChemicalIonization,CI場電離，場解吸FieldIonizationFD,FieldDesorptionFD快原子轟擊FastAtomBombardment,FAB基質(zhì)輔助激光解析電離Matrix-AssistedLaserDesorptionIonization,MALDI電噴霧電離ElectrosprayIonization,ESI大氣壓化學(xué)電離AtmosphericPressureChemicalIonization,APCI離子化的方法++++:R1:R2:R3:R4:e+M+(M-R2)+(M-R3)+MassSpectrometer(M-R1)+電子轟擊電離

ElectronImpact（EI）電子轟擊電離又稱為電子轟擊，或電子電離。是應(yīng)用最普遍，發(fā)展最成熟的電離方法。轟擊電壓50-70eV,有機(jī)分子的電離電位一般為7-15eV?？商峁┴S富的結(jié)構(gòu)信息。有些化合物的分子離子不出現(xiàn)或很弱。

電子轟擊電離EI

離子室內(nèi)的反應(yīng)氣（甲烷等；壓力10~100Pa，分子數(shù)目是樣品的103~105倍），經(jīng)過電子（電子能量100~240eV）轟擊，產(chǎn)生離子，再與試樣相互碰撞，產(chǎn)生準(zhǔn)分子離子。特點：最強峰為準(zhǔn)分子離子；譜圖簡單；不適用難揮發(fā)試樣；化學(xué)電離

（ChemicalIonization，CI）場致電離FieldIonization

FieldDesorption（FI，F(xiàn)D）電壓：7-10kV；d<1mm；強電場將分子中拉出一個電子；分子離子峰強；碎片離子峰少；不適合化合物結(jié)構(gòu)鑒定；

當(dāng)樣品蒸汽接近或接觸帶高正電位的金屬針時，在強電場的作用下發(fā)生電離。要求樣品分子處于氣態(tài)，靈敏度不高，應(yīng)用逐漸減少。場電離FI

樣品不需汽化,預(yù)先附在處理好的場離子發(fā)射體上,送入離子源,然后通以微弱電流,使樣品分子從發(fā)射體上解吸下來,并擴(kuò)散至高場強的場發(fā)射區(qū),進(jìn)行離子化。

適用于難汽化,熱不穩(wěn)定的樣品.如:糖類，肽類，金屬有機(jī)化合物，聚合物等。場解吸FD

惰性氣體Ar或Xe的原子首先被電離并被加速，使之具有高的動能，在原子槍(atomgun)內(nèi)進(jìn)行電荷交換反應(yīng)：

Ar+（高動能的）+Ar（熱運動的）→Ar（高動能的）+Ar+（熱運動的）高動能的Ar或Xe原子束再轟擊樣品分子使其離子化

快原子轟擊

FastAtomBombardment（FAB）

FAB是目前廣泛使用的軟電離技術(shù)，適用于難汽化,極性強的大分子。樣品用基質(zhì)調(diào)節(jié)后黏附在靶物上。

常用的基質(zhì)有甘油，硫代甘油，3-硝基芐醇，三乙醇胺等。

注意：FAB質(zhì)譜圖中會出現(xiàn)基質(zhì)分子產(chǎn)生的相應(yīng)的峰及基質(zhì)分子與樣品分子的結(jié)合峰。

例如：3-硝基芐醇作為基質(zhì)時，會出現(xiàn)m/z154(MH),136（MH–H2O）,289(MMH–H2O)的峰。

MALDI可使熱敏感或不揮發(fā)的化合物由固相直接得到離子。

待測物質(zhì)的溶液與基質(zhì)的溶液混合后蒸發(fā)，使分析物與基質(zhì)成為晶體或半晶體，用一定波長的脈沖式激光進(jìn)行照射時，基質(zhì)分子能有效的吸收激光的能量，使基質(zhì)分子和樣品分子進(jìn)入氣相并得到電離。

MALDI適用于生物大分子，如肽類，核酸類化合物?？傻玫椒肿与x子峰，無明顯碎片峰。此電離方式特別適合于飛行時間質(zhì)譜計。

基質(zhì)輔助激光解析電離

Matrix-AssistedLaserDesorptionIonization

(MALDI)流出液在高電場下形成帶電噴霧，在電場力作用下穿過氣簾；氣簾的作用：霧化；蒸發(fā)溶劑；阻止中性溶劑分子電噴霧電離（ESI）RayleighLimitReached++++++++++-----++++++++++-----++++++--++++++--Evaporation++ChargedDroplets試樣離子準(zhǔn)分子離子AnalyteIonsSolventIonClustersSalts/IonpairsNeutrals++++++++--其他離子電噴霧電離（ESI）大氣壓化學(xué)電離源(APCI)

它的結(jié)構(gòu)與電噴霧源大致相同，不同之處在于APCI噴咀的下游放置一個針狀放電電極，通過放電電極的高壓放電，使空氣中某些中性分子電離，產(chǎn)生H3O+，N2+，O2+和O+等離子，溶劑分子也會被電離，這些離子與分析物分子進(jìn)行離子-分子反應(yīng)，使分析物分子離子化，這些反應(yīng)過程包括由質(zhì)子轉(zhuǎn)移和電荷交換產(chǎn)生正離子，質(zhì)子脫離和電子捕獲產(chǎn)生負(fù)離子等。質(zhì)量分析器

磁分析器,靜電分析器磁分析器-單聚焦質(zhì)譜計只有一扇形磁場的質(zhì)量分析器又稱為磁分析器。加速后離子具有一定的動能:（），該動能是由離子在加速電場獲得的電勢能（zV）轉(zhuǎn)化的。單聚焦磁場分析器收集器離子源BS1S2磁場R方向聚焦；相同質(zhì)荷比，入射方向不同的離子會聚；分辨率不高雙聚焦分析器離子源收集器磁場電場S1S2+-方向聚焦：

相同質(zhì)荷比，入射方向不同的離子會聚；能量聚焦：

相同質(zhì)荷比，速度(能量)不同的離子會聚；

質(zhì)量相同，能量不同的離子通過電場和磁場時，均產(chǎn)生能量色散；兩種作用大小相等，方向相反時互補實現(xiàn)雙聚焦；③其他類型質(zhì)量分析器雙聚焦質(zhì)譜儀體積大；色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀器的發(fā)展及儀器小型化（臺式）需要；體積小的質(zhì)量分析器：四極桿質(zhì)量分析器飛行時間質(zhì)量分析器離子阱質(zhì)量分析器體積小，操作簡單；分辨率中等；四極質(zhì)量分析器–四極質(zhì)譜計

四極質(zhì)譜結(jié)構(gòu)簡單，價廉，體積小，易操作，無磁滯現(xiàn)象，掃描速度快，適合于GC-MS,LC-MS。分辨率不高。+ElectronBeamABCSampleinIonBeam離子漂移管-飛行時間質(zhì)譜計

（TimeofFlighMS,TOF-MS）

TOF-MS的核心部分是一個無場的離子漂移管

加速后的離子具有相同的動能

m/z小的離子，漂移運動的速度快，最先通過漂移管，到達(dá)檢測器。

m/z大的離子，漂移運動的速度慢，最后通過漂移管，到達(dá)檢測器。

檢測通過漂移管的時間(t)及其相應(yīng)的信號強度，可得到質(zhì)譜圖，t為或s數(shù)量級。

適合于生物大分子，靈敏度高，掃描速度快，結(jié)構(gòu)簡單，分辨率隨m/z的增大而降低。傅立葉變換質(zhì)譜計

FourierTransform–MassSpectrometer,FT-MS傅立葉變換質(zhì)譜計應(yīng)該是傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜計，是受FT-NMR的啟迪。利用不同m/z的離子，在磁場B的作用下，各自產(chǎn)生不同的回旋頻率。若施加一射頻場，使其頻率等于某一m/z離子的回旋頻率，則離子就會吸收能量而激發(fā)。離子從射頻場吸收能量，稱之離子的回旋共振。激發(fā)的離子運動速度(v)增大，運動軌道半徑(r)增大，稱之離子的回旋運動的激發(fā)。

如果磁場強度（B）一定，改變射頻場的頻率（）即可激發(fā)不同m/z的離子而得到質(zhì)譜。

FT-MS的核心為分析室，分析室由三對平行的極板構(gòu)成。磁力線沿z軸方向，離子的回旋運動垂直于z軸，在與x軸方向垂直的兩極板上施加激發(fā)射頻，在與y軸方向垂直的兩極板上檢測信號。

FT-MS分辨率極高，目前可得到精確度最高的精確質(zhì)量。

FT-MS靈敏度高，質(zhì)量范圍寬，速度快，性能可靠。

離子阱質(zhì)量分析器特定m/z離子在阱內(nèi)一定軌道上穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，改變端電極電壓，不同m/z離子飛出阱到達(dá)檢測器；三氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)眾所周知，氣相色譜法是一種分離揮發(fā)性有機(jī)混合物很好的方法，但它的定性是利用各組分的保留時間來確定。這樣定結(jié)構(gòu)的能力較差，特別是遇到分析完全未知的欲定性組分，就更困難了。而隨著定性及定結(jié)構(gòu)分析儀器的技術(shù)發(fā)展（如質(zhì)譜、紅外等）和計算機(jī)突飛猛進(jìn)的強大功能，分析家設(shè)計出一種小型臺式氣相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用的儀器。它集氣相色譜以及質(zhì)譜的各自所長，分離、定性一氣快速呵成。目前從事檢驗、有機(jī)物分析的實驗室?guī)缀醵及袵C/MS作為主要的定性確認(rèn)手段之一，在很多情況下亦用GC/MS進(jìn)行定量分析。

氣-質(zhì)聯(lián)用儀系統(tǒng)一般由下圖所示的各部分組成。

氣/質(zhì)聯(lián)用法除了具有毛細(xì)管柱氣相色譜法的功能外，與其它氣相色譜法比較，有以下一些性能和操作上的區(qū)別：1．GC/MS方法定性參數(shù)增加，定性可靠。因GC/MS方法不僅與GC方法一樣能提供保留時間，而且還能提供EI質(zhì)譜圖，由質(zhì)譜圖所顯示的分子離子峰的準(zhǔn)確質(zhì)量、碎片離子峰強度比、同位素離子峰同標(biāo)準(zhǔn)譜庫比對，檢索出相應(yīng)的化合物，給出結(jié)構(gòu)式。2．GC/MS方法是一種通用的色譜檢測方法，但靈敏度卻遠(yuǎn)高于GC方法中通用檢測器（FID、TCD等）中任何一種。因測定化合物的質(zhì)譜，只需少量樣品。常用量約1毫克，最少用量只需幾微克。3．采用GC/MS方法中提取離子色譜、選擇離子檢測等技術(shù)可降低化學(xué)噪聲的影響，分離出總離子圖上尚未分離的色譜峰。4．在GC/MS方法中選擇衍生化試劑時，要求衍生化物在一般的離子化條件下能產(chǎn)生穩(wěn)定的、合適的質(zhì)量碎片。5．電子轟擊離子源（EI）要求被測有機(jī)樣品必須能汽化。不能汽化或汽化時發(fā)生分解的有機(jī)化合物不能使用電子轟擊源電離。正因如此，氣相色譜所分析的有機(jī)化合物也必須是能汽化的，換言之，進(jìn)入氣相色譜爐的樣品必須要在色譜柱能承受的溫度下汽化。

氣/質(zhì)聯(lián)用是解決復(fù)雜樣品全組分定性定量分析的有力工具。在分析檢測和研究的領(lǐng)域中起著越來越重要的作用，特別是在有機(jī)化合物常規(guī)檢測工作中幾乎成為一種必備的手段。如石化、化工、食品（香味、營養(yǎng)成分、添加劑、農(nóng)殘等）、環(huán)保、藥物研究、生產(chǎn)、質(zhì)控以及進(jìn)出口許多領(lǐng)域的眾多環(huán)節(jié)中都要用到GC/MS；法庭醫(yī)學(xué)中各類案件的現(xiàn)場采集物分析（嘔吐液、血液等）、毒藥、毒品檢驗與鑒定；甚至體育競技運動中，國際公認(rèn)用GC/MS對運動員進(jìn)行興奮劑檢測數(shù)據(jù)可靠。

ExcellencethroughEvolution四液相色譜離子阱質(zhì)譜聯(lián)用儀安捷倫液相色譜/離子阱質(zhì)譜系統(tǒng)在線真空脫氣機(jī)

二元或四元梯度液相泵

自動進(jìn)樣器

柱溫箱二極管陣列檢測器大氣壓光離子化源

(APPI)新的大氣壓離子化技術(shù)使用紫外光代替corona放電方法進(jìn)行氣態(tài)化合物離子化采用高輸出通量的氣體放電管輸出紫外光類似氣相中的PIDs

檢測器CapillaryHPLCinletNebulizerVaporizer(heater)hDryinggas+++++++UVLamp多環(huán)芳烴的液質(zhì)分析結(jié)果Versatilesources各種離子源選擇更多安捷倫1100液質(zhì)聯(lián)用儀接口－增強靈敏度錐孔設(shè)計(Cone)－離子截取區(qū)小“sweetspot”平面設(shè)計具有較大離子截取區(qū)“sweetspot”用于離子的捕獲，另外帶有可控溫的氮氣流防止不帶電荷的中性物質(zhì)進(jìn)入毛細(xì)管離子截取區(qū)+++++++加熱氮氣安捷倫設(shè)計++++++++++++傳統(tǒng)設(shè)計Agilent1100LC/MSTRAP應(yīng)用范圍在蛋白質(zhì)及多肽分析中的應(yīng)用在天然產(chǎn)物分析中的應(yīng)用在農(nóng)藥合成及農(nóng)藥殘留分析中的應(yīng)用在染料(如偶氮染料)分析中的應(yīng)用;表面活性劑分析中的應(yīng)用;在高分子添加劑分析中應(yīng)用在雙酚A,壬基酚及表面活性劑分析中的應(yīng)用在食品中獸藥殘留和毒素分析中的應(yīng)用在食品及飲用水中農(nóng)藥殘留檢測中的應(yīng)用天然產(chǎn)物分析或中草藥的品質(zhì)控制化妝品中違禁激素的測定保健食品中違禁藥物的檢測電噴霧正離子模式,全掃描法莫替丁(Famotidine)中的雜質(zhì)分析min1250000100000150000200000m/z=338m/z=315250300350400800315.2317.3502002503003501000020000189.2259.3[M+H]338.2+[M+Na]360.3+SNNH2NNH2SNNH2SOONH2苯二氮卓類（Benzodiazepines）的分析0.501.001.502.002.503.003.504.004.505.005.506.006.507.0040000080000012000001600000200000024000002800000Time-->Abundance