第六章-質(zhì)譜分析法(MS)課件

第六章質(zhì)譜分析法(MS)6.1概述6.2質(zhì)譜儀器8.2.1

質(zhì)譜儀器構(gòu)成8.2.2離子源8.2.3質(zhì)量分析器8.2.4檢測(cè)器8.2.5傅立葉變換質(zhì)譜儀8.2.6質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)6.3質(zhì)譜解析8.3.1質(zhì)譜中的離子8.3.2常見有機(jī)化合物的質(zhì)譜8.3.3質(zhì)譜解析例1第六章質(zhì)譜分析法(MS)6.1概述16.1概述第六章質(zhì)譜分析法(MS)

質(zhì)譜分析法是通過測(cè)定待測(cè)樣品離子的質(zhì)荷比（mass-to-charge-ratio）來進(jìn)行分析的方法。OverviewofMassSpectrometryMass

SpectrumMassAnalyzerIonizationM+/FragmentationSampleMolecule(M)26.1概述第六章質(zhì)譜分析法(MS) 質(zhì)譜分析法是6.2質(zhì)譜儀器6.2.1質(zhì)譜儀器構(gòu)成Inletsystem

IonSourceAnalyzerIonDetectorComputerMassSpectrumm/z離子源進(jìn)樣系統(tǒng)質(zhì)量分析器檢測(cè)器真空系統(tǒng)10-2-10-6Pa36.2質(zhì)譜儀器6.2.1質(zhì)譜儀器構(gòu)成Inlets探頭經(jīng)封閉的真空系統(tǒng)直接插入距離子源數(shù)mm位置直接探頭進(jìn)樣Thedirectprobeinlet:固體或非揮發(fā)性液體色譜進(jìn)樣：GC,LC玻璃或氧化鋁毛細(xì)管細(xì)線或小杯質(zhì)譜常見進(jìn)樣方法4探頭經(jīng)封閉的真空系統(tǒng)直接插入距離子源數(shù)mm位置直接探頭進(jìn)樣玻6.2.2離子源Gasphasesources:EI,CI,FIDesorptionsources:FD,FAB,APCI,ESI,TSP,LD,

MALDI…Hardsources:EISoftsources:CI,FI,FD,FAB,APCI,ESI,TSP,LD,MALDI…6.2質(zhì)譜儀器56.2.2離子源Gasphasesources:EI1電子電離源(electronionizationEI)電子束NS附加磁場(chǎng)使離子螺旋前進(jìn)增加碰撞機(jī)會(huì)61電子電離源(electronionization電子電離源中分子離子及碎片離子的形成形成分子離子裂解成碎片離子裂解重排裂解碰撞6.2.2離子源6.2質(zhì)譜儀器7電子電離源中分子離子及碎片離子的形成形成分子離子裂解成電子電離源的特點(diǎn)：1電離電壓：70eV2加一小磁場(chǎng)增加電離幾率。3EI源碎片離子多，結(jié)構(gòu)信息豐富，有標(biāo)準(zhǔn)化合物質(zhì)譜庫(kù)。4樣品在氣態(tài)下電離，不能汽化的樣品不能分析，主要用于氣-質(zhì)聯(lián)用儀。5有些樣品得不到分子離子。6適用于分子量低于1000的樣品。6.2.2離子源6.2質(zhì)譜儀器8電子電離源的特點(diǎn)：6.2.2離子源6.2質(zhì)譜儀2化學(xué)電離源(chemicalionizationCI)反應(yīng)氣與樣品分子碰撞使之電離，結(jié)構(gòu)同EI，一般儀器EI和CI可以互相切換……反應(yīng)氣的反應(yīng)甲烷為反應(yīng)氣時(shí)主要存在形式加氫反應(yīng)，樣品對(duì)質(zhì)子親和力強(qiáng)烷烴脫氫反應(yīng)，對(duì)質(zhì)子親和力弱電荷交換形成加和離子形成負(fù)自由基離子由反應(yīng)氣產(chǎn)生反應(yīng)氣和樣品共同決定產(chǎn)物的形式92化學(xué)電離源(chemicalionization3電噴霧電離源(electrosprayionizationESI)結(jié)構(gòu)：噴嘴（金屬毛細(xì)管），霧化氣，干燥氣(curtaingas)原理：噴霧蒸發(fā)電壓106V/m離子在電壓差和壓力差的驅(qū)使下向下游移動(dòng)103電噴霧電離源(electrosprayionizat電噴霧源(ESI)的特點(diǎn)：1電噴霧源屬軟電離技術(shù)，只產(chǎn)生分子離子，不產(chǎn)生碎片離子。2產(chǎn)生的離子常常帶有多電荷，尤其是生物大分子。3適用于強(qiáng)極性，大分子量的樣品分析。如肽，蛋白質(zhì)，糖等。4主要用于液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀。6.2.2離子源11電噴霧源(ESI)的特點(diǎn)：6.2.2離子源11ESI使蛋白質(zhì)產(chǎn)生多個(gè)帶多電荷離子數(shù)個(gè)帶多電荷離子經(jīng)數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換，得到分子離子12ESI使蛋白質(zhì)產(chǎn)生多個(gè)帶多電荷離子數(shù)個(gè)帶多電荷離子經(jīng)數(shù)學(xué)轉(zhuǎn)換4介質(zhì)輔助激光解吸電離源(MatrixAssistedLaserDesorptionIonization

MALDI)常用于Time-of-flightmassspectrometry特點(diǎn)：用于生物大分子，尤其是蛋白質(zhì)的質(zhì)量測(cè)定主要產(chǎn)生和加和離子6.2.2離子源6.2質(zhì)譜儀器134介質(zhì)輔助激光解吸電離源常用于6.2.2離子源6.2Theprincipleofmatrixassistance14Theprincipleofmatrixassist作用：將離子源產(chǎn)生的離子按質(zhì)荷比m/z的大小分開ionseparation1單聚焦分析器(singlefocusingmassanalyzer)2雙聚焦分析器(doublefocusingmassanalyzer)3四極桿分析器(quadrupoleanalyzer)4離子阱分析器(Iontrapanalyzer)5飛行時(shí)間分析器(time-of-flightanalyzer)6富立葉變換離子回旋共振(Fouriertransformioncyclotronresonance)6.2.3質(zhì)量分析器6.2質(zhì)譜儀器15作用：將離子源產(chǎn)生的離子按質(zhì)荷比m/z的大小分開1單聚焦分不同質(zhì)量的離子可通過改變磁場(chǎng)強(qiáng)度或A,B間的加速電壓使之依次通過出口狹縫可以是1809060等1單聚焦分析器(singlefocusingmassanalyzer)磁扇形分析器，sectorfield6.2.3質(zhì)量分析器16不同質(zhì)量的離子可通過改變磁場(chǎng)強(qiáng)度或A,B間的加速電壓使之依離子動(dòng)能由加速電壓引起離子所受磁力與圓周運(yùn)動(dòng)的離心力平衡離子所帶電荷扇形磁鐵的曲率半徑結(jié)論：1離子的m/z與R,B,V有關(guān)。通過改變磁場(chǎng)可以把不同離子分開2在一定磁感應(yīng)強(qiáng)度B下，改變加速電壓V可以使不同離子先后通過檢測(cè)器，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量掃描，得到質(zhì)譜。特點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操作方便只有方向聚焦，無能量聚焦，分辨率低。1單聚焦分析器17離子動(dòng)能由加速電壓引起離子所受磁力與圓周運(yùn)動(dòng)的離心力平衡離子結(jié)構(gòu)：磁場(chǎng)、電場(chǎng)任意順序組合原理：?jiǎn)尉劢狗治銎鞣直媛实偷闹饕蛟谟谒荒苓M(jìn)行能量聚焦。雙聚焦分析器具有能量聚焦和方向聚焦的特點(diǎn)特點(diǎn)：分辨率高(>150,000)可分辨公稱質(zhì)量(nominalmass)相同，元素組成不同的離子2雙聚焦分析器(doublefocusingmassanalyzer)雙聚焦磁扇形分析器，doublefocusingmagneticsector(方向焦面)(能量焦面)動(dòng)能大，投射到+極動(dòng)能小，在-極放電一定能量的離子到達(dá)出口同能量的離子匯聚18結(jié)構(gòu)：磁場(chǎng)、電場(chǎng)任意順序組合2雙聚焦分析器(doubl3四極桿分析器(quadrupolemassanalyzer)四極濾質(zhì)器，quadrupolemass

filter結(jié)構(gòu):四根棒狀電極，相對(duì)的兩個(gè)電極相連，形成四極場(chǎng)1，3棒：+(Vdc+Vrf)2，4棒：-(Vdc+Vrf)特點(diǎn)：掃描速度快，靈敏度高。適用于GC-MS。6.2.3質(zhì)量分析器193四極桿分析器(quadrupolemassana四根棒狀電極加速電壓5-15V3四極桿分析器20四根棒狀電極加速電壓5-15V3四極桿分析器20質(zhì)量過濾原理：az平面，只有rf電壓時(shí)+半周，離子向中心點(diǎn)匯聚(A)-半周，向電極移動(dòng)(B)，有可能撞電極不進(jìn)入檢測(cè)器由沿z軸的移動(dòng)速度，m/z及rf的頻率和振幅決定再加dc電壓時(shí)動(dòng)能動(dòng)量重離子對(duì)電壓變化不敏感，只受dc影響輕離子撞電極一對(duì)正電極使重離子透過！3四極桿分析器21質(zhì)量過濾原理：az平面，只有rf電壓時(shí)再加dc電壓時(shí)動(dòng)能動(dòng)量重撞電極輕離子沿y軸通過一對(duì)負(fù)電極時(shí)一對(duì)負(fù)電極使輕離子透過！bc四極濾質(zhì)器使一定質(zhì)量的離子既不被一對(duì)正電極又不被一對(duì)負(fù)電極吸收，從而到達(dá)檢測(cè)器在另外的VdcVrf下可接收到另外質(zhì)量的離子。在一定的Vdc/Vrf下，連續(xù)改變Vrf或Vdc可實(shí)現(xiàn)質(zhì)量掃描。3四極桿分析器22重撞電極一對(duì)負(fù)電極時(shí)一對(duì)負(fù)電極使輕離子透過！bc四極濾質(zhì)器使4離子阱分析器(Iontrap)doughnut-shapedringelectrodeelectrode四極桿的三維形式優(yōu)點(diǎn)：聚焦場(chǎng)可以快速改變；比四極桿更緊湊、體積小，靈敏度很高。234離子阱分析器(Iontrap)doughnut-s4離子阱分析器244離子阱分析器244離子阱分析器254離子阱分析器255飛行時(shí)間分析器(time-of-flightanalyzer,TOF）正離子在電場(chǎng)作用下被加速所有離子同時(shí)飛越長(zhǎng)度為L(zhǎng)的無場(chǎng)空間，先后到達(dá)檢測(cè)器V,L不變時(shí)，t由m/e決定一般，1-30s265飛行時(shí)間分析器(time-of-flightanaly5飛行時(shí)間分析器275飛行時(shí)間分析器27特點(diǎn)：簡(jiǎn)單、耐用，無質(zhì)量范圍限制。取樣速度快，適用于快速GC/MS；分析適用于脈沖離子化方式（如MALDI）的大分子量的多肽、蛋白質(zhì)。早期分辨率低的問題通過延遲萃取技術(shù)等已經(jīng)得到解決。5飛行時(shí)間分析器28特點(diǎn)：5飛行時(shí)間分析器2829296.2.4檢測(cè)器(detector)1電子倍增器electronphotonmultiplier2光子倍增器photonmultiplier3法拉第杯Faradaycup4陣列檢測(cè)器arraydetectors6.2質(zhì)譜儀器306.2.4檢測(cè)器(detector)1電子倍增器el6.2.5傅立葉變換質(zhì)譜儀(FT-MS)特點(diǎn)：掃描速度快，靈敏度高，分辨率好，很容易進(jìn)行MSn實(shí)驗(yàn)。價(jià)高。核心：離子可以在限定軌道內(nèi)做周期性圓周運(yùn)動(dòng)的離子室離子室根據(jù)離子回旋共振現(xiàn)象設(shè)計(jì)與MALDI，尤其是ESI新的離子化方式結(jié)合，F(xiàn)T-MS技術(shù)得以復(fù)興。ESI-FT-MS在低質(zhì)量段具有很高的分辨率，用于蛋白質(zhì)的MS,MS/MS測(cè)定。6.2質(zhì)譜儀器316.2.5傅立葉變換質(zhì)譜儀(FT-MS)特點(diǎn)：掃描速度快，6.2.6質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)1氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(gaschromatography-massspectrometer,GC-MS)關(guān)鍵：接口。要求除去載氣而使樣品無損失地進(jìn)入質(zhì)譜儀GC:常壓；MS:真空毛細(xì)管柱直接導(dǎo)入電離源濃縮型接口（填充柱）：噴射式分子分離器GC：填充柱毛細(xì)管柱均可MS：常用四極桿質(zhì)譜儀近來還有離子阱和飛行時(shí)間質(zhì)譜儀326.2.6質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)1氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀關(guān)鍵：(GC/MS)的分析條件GC:不同組分在兩相中的分配系數(shù)不同，先后從色譜柱中流出，實(shí)現(xiàn)分離MS:連續(xù)對(duì)分離后的某一組分進(jìn)行質(zhì)量數(shù)掃描，得離子流強(qiáng)度隨質(zhì)量數(shù)變化的質(zhì)譜GC條件：同普通GC(柱類型、固定液種類、汽化溫度、載氣流量、進(jìn)樣量、柱溫及升溫程序等)MS條件：掃描方式，掃描范圍（質(zhì)量），掃描速度,燈絲電流、倍增器電壓（電離）1氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)33(GC/MS)的分析條件GC:不同組分在兩相中的分配系數(shù)不GC-MS的主要信息：總離子色譜圖或重建離子流色譜圖（全掃描監(jiān)測(cè)方式）：組分化合物電離產(chǎn)生的所有質(zhì)量數(shù)離子流（總離子流）隨時(shí)間變化的色譜圖?？梢詫?shí)時(shí)顯示總離子流色譜圖和某組分的質(zhì)譜圖。適用于未知物定性。質(zhì)量色譜圖或提取離子色譜圖（選擇離子監(jiān)測(cè)方式）：任一質(zhì)量的離子，其強(qiáng)度隨時(shí)間變化的色譜圖。選擇離子色譜圖：表征某一化合物的數(shù)個(gè)特征離子流（分子離子流、功能團(tuán)離子流或強(qiáng)碎片離子流等）隨時(shí)間變化的色譜圖。適用于目標(biāo)化合物或目標(biāo)類化合物的檢測(cè)（定量）。p315圖9.16;圖9.18p316圖9.171氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)34GC-MS的主要信息：p315圖9.16;圖9.18p3163535GC-MS定性定量分析總離子色譜圖某一組分的質(zhì)譜圖庫(kù)檢索選擇離子色譜圖數(shù)個(gè)特征質(zhì)量離子條件下色譜圖上是否同時(shí)出峰定量分析：同色譜法定量利用質(zhì)量色譜圖使重疊峰分開1氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(GC-MS)36GC-MS定性定量分析總離子色譜圖某一組分的質(zhì)譜圖庫(kù)檢索選擇2液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(liquidchromatography-massspectrometer,LC-MS)

組成：LC：普通LCMS：常用四極桿質(zhì)譜儀，離子阱質(zhì)譜儀，飛行時(shí)間質(zhì)譜儀，串聯(lián)質(zhì)譜儀接口：ESI,APCI……數(shù)據(jù)系統(tǒng)：計(jì)算機(jī)蛋白質(zhì)庫(kù)……主要信息：準(zhǔn)分子離子（單多級(jí)質(zhì)譜）；子離子；母離子；中性丟失譜（多級(jí)質(zhì)譜）軟電離，得到準(zhǔn)分子離子。結(jié)構(gòu)解析需MS-MS。一般不適用于非極性化合物。372液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀組成：373串聯(lián)質(zhì)譜(tandemmassspectrometry，MS/MS,MSn)massseparation-massspectracharacterization串聯(lián)方式：Q-Q-Q(triplequadrupolemassspectrometer)Q-TOF(quadrupole-time-of-flighttandeminstruments)MSn選擇反應(yīng)監(jiān)測(cè)SRM,selectedreactionmonitoring多反應(yīng)監(jiān)測(cè)MRM,multiplereactionmonitoringtheuserselectsonlyonepairofions(aparentandadaughterion),whichwillbeanalysed-SRMsomepairsofionswillbeanalysed-MRMp318383串聯(lián)質(zhì)譜massseparation-masssp39393Dmassspectrum―themostimportantpeaksappearinthefrontanddaughterpeaksbehindthem.403Dmassspectrum―themostimp名詞解釋母離子掃描parentionscan串聯(lián)質(zhì)譜法中的一種掃描方式。用這樣的方式可以檢測(cè)生成指定碎片離子的所有先驅(qū)離子（母離子），從而追朔碎片離子的來源，能對(duì)產(chǎn)生某種特征碎片離子的一類化合物進(jìn)行快速篩選。

子離子掃描daughterionscan串聯(lián)質(zhì)譜法中的一種最常用的掃描方式。通過第一級(jí)質(zhì)譜的質(zhì)量分離，選出欲分析的母離子，經(jīng)碰撞活化，形成一系列的碎片離子（子離子）通過母離子和相關(guān)碎片可以推知該化合物的結(jié)構(gòu)信息。

中性碎片丟失掃描neutralfragmentlossscanning串聯(lián)質(zhì)譜法中的一種掃描方式。用于檢測(cè)丟失特定質(zhì)量中性碎片的離子。它可以快速尋找具有特定官能團(tuán)的一類化合物。41名詞解釋母離子掃描parentionscan子離子6.3質(zhì)譜解析6.3.1質(zhì)譜中的離子1分子離子or雙鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)、有機(jī)酸、醇等的分子離子峰強(qiáng)度大426.3質(zhì)譜解析1分子離子or雙鍵或環(huán)狀結(jié)構(gòu)、有機(jī)分子離子峰的判斷一般在質(zhì)譜的最右端有合理的質(zhì)量丟失（丟失的質(zhì)量數(shù)不應(yīng)為4-14;20-25）分子量符合氮規(guī)則N的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，分子量為奇數(shù)N的個(gè)數(shù)為0,2,4…等偶數(shù)，分子量為偶數(shù)（N為奇數(shù)價(jià)，偶數(shù)分子量）6.3.1質(zhì)譜中的離子43分子離子峰的判斷一般在質(zhì)譜的最右端N的個(gè)數(shù)為奇數(shù)，分子量為奇2碎片離子——EI(1)自由基引發(fā)的斷裂——斷裂醇的特征離子伯胺雙鍵酮烷基苯442碎片離子——EI(1)自由基引發(fā)的斷裂——(2)正電荷引發(fā)的斷裂雙電子轉(zhuǎn)移斷裂（幾率大）電荷引發(fā)（幾率小）斷裂(3)斷裂無電子和電子的烷烴分枝處易斷裂、易丟失最大烷基2碎片離子——EI45(2)正電荷引發(fā)的斷裂雙電子轉(zhuǎn)移斷裂（幾率大）電荷引發(fā)（(4)環(huán)烯的斷裂——Retro-Diels-Alder反應(yīng)2碎片離子——EI46(4)環(huán)烯的斷裂——Retro-Diels-Alder反3同位素離子一般質(zhì)量數(shù)大于分子離子同位素峰的強(qiáng)度取決于同位素的種類和豐度根據(jù)同位素峰強(qiáng)度比可以估計(jì)該元素的個(gè)數(shù)12C和13C100:1.1有1個(gè)C時(shí)，M+1峰強(qiáng)度1.1%2個(gè)C時(shí)，M+1峰強(qiáng)度2.2%35Cl和37Cl100:32.53:1505231幾率848688961118120122124272791473同位素離子一般質(zhì)量數(shù)大于分子離子12C和13C100:同位素峰強(qiáng)度符合規(guī)則輕同位素豐度重同位素豐度同位素元素的個(gè)數(shù)3同位素離子48同位素峰強(qiáng)度符合規(guī)則輕同位素4重排離子——麥?zhǔn)现嘏?Mclafferty)含有含有氫原子494重排離子——麥?zhǔn)现嘏?Mclafferty)含有496.3質(zhì)譜解析6.3.2常見有機(jī)化合物的質(zhì)譜1烴類斷裂相差14個(gè)質(zhì)量單位的離子系列3-4個(gè)，4-5個(gè)碳原子的碎片出現(xiàn)幾率大支鏈處容易斷裂，產(chǎn)生的碎片離子強(qiáng)度大5716985141p330烷烴506.3質(zhì)譜解析1烴類斷裂相差14個(gè)質(zhì)量單位的離子6.3質(zhì)譜解析6.3.2常見有機(jī)化合物的質(zhì)譜烯烴具有烷烴的特征可發(fā)生重排芳烴芐基容易斷裂生成正離子516.3質(zhì)譜解析烯烴具有烷烴的特征可發(fā)生重排芳烴芐6.3質(zhì)譜解析6.3.2常見有機(jī)化合物的質(zhì)譜2醇和酚醇斷裂脫水526.3質(zhì)譜解析2醇和酚醇斷裂脫水526.3質(zhì)譜解析6.3.2常見有機(jī)化合物的質(zhì)譜酚較強(qiáng)的分子離子苯的特征異構(gòu)化536.3質(zhì)譜解析酚較強(qiáng)的