質(zhì)譜離子化技術(shù)及發(fā)展

關(guān)于質(zhì)譜離子化技術(shù)及發(fā)展緒言

常規(guī)方法：電子轟擊法(EI）

軟離子化技術(shù)：化學(xué)電離(CI)法優(yōu)點(diǎn)：穩(wěn)定性好、易于操作；提供豐富的指紋信息和標(biāo)準(zhǔn)的常規(guī)有機(jī)質(zhì)譜圖缺點(diǎn)：只適合于極性小、沸點(diǎn)低和熱穩(wěn)定的化合物豐度高的分子離子峰或準(zhǔn)分子離子峰,第2頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天場(chǎng)解吸電離(FD）二次離子質(zhì)譜(SIMS）快原子轟擊(FAB）熱噴霧(TS)電噴霧(ESI)離子噴霧(IS)大氣壓化學(xué)電離(APCI)基質(zhì)輔助激光解吸質(zhì)譜法(MALDI-MS)已在生物化學(xué)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用解決用質(zhì)譜法來(lái)分析高極性、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定的大分子有機(jī)化合物同時(shí)可作為液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用接口第3頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天場(chǎng)解吸電離(FieldDesorption,FD)

原理

場(chǎng)解吸發(fā)射體鎢絲炭微針上涂敷有機(jī)化合樣品溶液溶劑揮發(fā)，樣品分子吸附于發(fā)射體鎢絲上通以毫安級(jí)電流樣品解吸，分子立即擴(kuò)散到高場(chǎng)強(qiáng)的發(fā)射區(qū)進(jìn)行離子化分子離子特點(diǎn)：解吸能比氣化能小得多

第4頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天場(chǎng)解吸電離(FieldDesorption,FD)應(yīng)用有機(jī)酸、甾體、氨基酸、肽、核苷酸、生物堿、抗生素和它們的代謝物等方面缺陷發(fā)射體上炭微針不能保持較長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定，以及發(fā)射體電流速率發(fā)生變化等高活潑性、不穩(wěn)定的分子；對(duì)陽(yáng)極有特別強(qiáng)的化學(xué)吸附能力的分子要求精細(xì)地制備樣品和復(fù)雜熟練的實(shí)驗(yàn)技術(shù)第5頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天等離子體解吸(PlasmDesorption,PD)

原理用溶劑溶解固體樣品沉積于Ni箔上252Cf等離子源自發(fā)衰變離子碎片碎片飛出并穿透Ni箔能量積聚在樣品和Ni箔的一個(gè)極小區(qū)域內(nèi)脈沖式局部加熱離子、少數(shù)碎片、中性產(chǎn)物。

第6頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天等離子體解吸(PlasmDesorption,PD應(yīng)用

252Cf核衰變能量高、頻率低、任意時(shí)間分布,適于解吸非揮發(fā)性大分子生物化合物、高活潑性以及對(duì)陽(yáng)極有特別強(qiáng)化學(xué)吸附力的分子第7頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天二次離子質(zhì)譜(SecondaryIonMass

Spectrometry,SIMS)

原理離子源（液體金屬或氣體）高壓電場(chǎng)初級(jí)離子聚焦離子束轟擊試樣二次離子樣品元素、同位素、化合物組分和分子結(jié)構(gòu)以及一定的晶體結(jié)構(gòu)信息特點(diǎn)對(duì)于樣品分子的解吸和離解無(wú)需加熱第8頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天二次離子質(zhì)譜(SecondaryIonMass

Spectrometry,SIMS)應(yīng)用有機(jī)高分子樣品和生物有機(jī)化合物的分子量和結(jié)構(gòu)鑒定弱點(diǎn)技術(shù)上要求一次離子的能量至少高于二離子的加速電壓由于有機(jī)樣品的導(dǎo)電性差,離子轟擊會(huì)產(chǎn)生電荷效應(yīng),直接影響離子流的壽命和穩(wěn)定性第9頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天快原子轟擊電離(FastAtom

Bombardment,FAB)

原理惰性氣體快離子流高已被電離并加速發(fā)生電荷交換能快原子作為初級(jí)中性原子束轟擊為涂有試樣的金屬靶樣品發(fā)生蒸發(fā)和電離惰性中性原子氙或氬氣體室第10頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天快原子轟擊電離(FastAtom

Bombardment,FAB)

優(yōu)點(diǎn)沒(méi)有電荷效應(yīng)-使用了中性原子代替離子轟擊樣品（顯出SIMS更大的優(yōu)越性）FAB為小于40°C的冷源（FAB既不需要象EI、CI那樣加熱樣品,也不需要FD的用電流加熱解吸樣品）3、FAB技術(shù)操作簡(jiǎn)便第11頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天快原子轟擊電離(FastAtom

Bombardment,FAB)

不足之處在較低質(zhì)量范圍內(nèi)基質(zhì)本底影響較大非極性化合物靈敏度顯著下降有一定質(zhì)量范圍的限制。應(yīng)用特別適用于高極性、難揮發(fā)、分子量大、熱不穩(wěn)定的化合物,而且測(cè)試后不影響樣品的生物活性,很快就成為分析極性化合物的首選方法。第12頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱噴霧電離(Thermospray,TS)

原理洗脫通過(guò)電熱的不銹鋼毛細(xì)管進(jìn)入處于真空的氣化室時(shí)溶劑揮發(fā)后由真空泵抽去,產(chǎn)生的離子受推斥電極作用進(jìn)入檢測(cè)系統(tǒng)后被記錄成譜。應(yīng)用適合混合物的分析第13頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天熱噴霧電離(Thermospray,TS)

不足之處對(duì)溫度很敏感,重現(xiàn)性較差檢測(cè)限較高尤其是對(duì)于極性低的化合物,響應(yīng)低或沒(méi)有響應(yīng)對(duì)HPLC流動(dòng)相溶劑、流速的選擇有一定限制,無(wú)法采用HPLC梯度第14頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天電噴霧電離(Electrospray

Ionization,ESI)

作用機(jī)制樣品溶液高電場(chǎng)微小的帶電液滴溶劑分子蒸發(fā)帶電液滴的半徑縮小液滴表面電場(chǎng)逐漸增大分裂成更小的液滴極小液滴時(shí)分析物離子自液滴表面發(fā)射特點(diǎn)全新方法巨大貢獻(xiàn)：

既可作為溶液樣品進(jìn)樣,又可方便的用于強(qiáng)極性、難揮發(fā)性化合物的離子化第15頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天電噴霧電離(Electrospray

Ionization,ESI)

2、重大突破m/z大分子化合物分子量測(cè)定

具有極高的靈敏度和可靠的準(zhǔn)確性，測(cè)定的分子量越大,信號(hào)越特征,在低質(zhì)量范圍區(qū)干擾峰較小3、非常軟的電離方法對(duì)小分子極性化合物不僅能得到單分子的準(zhǔn)分子離子,還能得到化合物的多聚體以及它們的堿金屬離子,樣品用量極少,不易污染離子源,譜圖干凈,靈敏度高,它的檢測(cè)限可達(dá)10-15~10-12g第16頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天電噴霧電離(Electrospray

Ionization,ESI)

4、ESI應(yīng)用范圍廣無(wú)論是一般的天然有機(jī)極性小分子或者生物大分子都能進(jìn)行分子量測(cè)定5、ESI作為L(zhǎng)C-MS接口靈敏度受流動(dòng)相組分和流速的影響較大,流速增加,洗脫液中水在甲醇或乙腈中比例升高,靈敏度顯著降低。當(dāng)流速為10μl/min時(shí),靈敏度達(dá)最佳值。第17頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天離子噴霧技術(shù)(IonsprayIonization,ISI)

作用機(jī)制樣品是經(jīng)氣動(dòng)霧化形成液滴。氣動(dòng)噴霧器裝置-----離子源的出口處有一氮?dú)夂?溶劑化的分子通過(guò)氣簾和大氣壓與真空之間的小孔時(shí)被脫去溶劑,它可擋住溶劑、緩沖液進(jìn)入分析區(qū)域,有利于樣品離子脫溶劑化、去簇化和維持真空系統(tǒng),保持分析器的潔凈第18頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天離子噴霧技術(shù)(IonsprayIonization,ISI)

與ESI的比較1、流速

ESI在低流速和流動(dòng)相中,水的百分比較低時(shí),才能有良好的靈敏度和穩(wěn)定性；

ISI采用氣動(dòng)噴霧裝置允許洗脫液有較大的流速和高的水百分比。流速可達(dá)0.2ml/min。但實(shí)驗(yàn)證明流速在40μl/min時(shí)靈敏度最佳2、產(chǎn)生多電荷離子,可分析分子量高達(dá)幾十萬(wàn)道爾頓的蛋白質(zhì)。

第19頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天大氣壓化學(xué)電離(Atmospheric

PressureChemicalIonization,APCI)

原理

LC流出液噴霧3~6kV電壓的尖針在霧中放電溶劑分子電離,形成反應(yīng)氣等離子體樣品分子穿過(guò)等離子體時(shí)被電離形成離子

第20頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天大氣壓化學(xué)電離(Atmospheric

PressureChemicalIonization,APCI)特點(diǎn)最軟的電離方式之一，只產(chǎn)生單電荷峰,適合于分析分子量略小或極性較小的化合物,電離效率高。采用氣動(dòng)霧化,可快速適合高低含量水溶液的流動(dòng)相,適合于做梯度洗脫,可滿足0.2到2.0ml/min的流速,能直接與常規(guī)柱連接。對(duì)溶劑選擇、流速和添加物的依賴性較小

當(dāng)樣品為非酸堿性物質(zhì),且易被蒸發(fā),或溶劑、流速、添加物不適合于ES,或樣品有較差的ES響應(yīng)時(shí),應(yīng)選用APCI方法第21頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天大氣壓電離(AtmosphericPressure

Ionization,API)

包括電噴霧(ESI)、離子噴霧(ISI)和大氣壓化學(xué)電離(APCI)三種模式共同點(diǎn)是樣品的離子化在處于大氣壓下的離子化室完成,離子化效率高,大大增強(qiáng)了分析的靈敏度、穩(wěn)定性,它們是目前最軟的離子化技術(shù)API的發(fā)展解決了LC-MS聯(lián)用技術(shù)中LC流速與MS儀在真空下工作的匹配問(wèn)題，API技術(shù)解決了液體樣品及LC-MS聯(lián)用技術(shù)離子化問(wèn)題,具有其它分析手段無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)第22頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天大氣壓電離(AtmosphericPressure

Ionization,API)

APIMS是當(dāng)前LC-MS聯(lián)用技術(shù)中最成功的配置,已加入了常規(guī)應(yīng)用的領(lǐng)域：新藥研究中藥物品質(zhì)的鑒定與定量分析;分析藥物中的雜質(zhì)、副產(chǎn)物、降解產(chǎn)物等;藥物代謝的研究,包括未知代謝物的結(jié)構(gòu)測(cè)定、代謝物在體內(nèi)的分布及定量;醫(yī)學(xué)應(yīng)用;天然藥物成分分析;生物分子結(jié)構(gòu)確定等方面。尤其是微型HPLC的發(fā)展,將會(huì)大大推動(dòng)LC-MS的應(yīng)用第23頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天基質(zhì)輔助激光解吸電離(MatrixAssistedLaserDesorptionIonization,MALDI)

原理這種技術(shù)主要是通過(guò)將被分析的物質(zhì)的分子從一個(gè)適當(dāng)?shù)墓腆w基質(zhì)(小分子有機(jī)物)分離的方法,釋放出完整的大分子量的氣體分子離子★Hillenkamp把離子產(chǎn)生過(guò)程歸結(jié)為四種作用類型離子直接從固體熱蒸發(fā)中性分子直接從固體熱蒸發(fā)并隨后在氣相狀態(tài)中電離第24頁(yè),共27頁(yè)，2024年2月25日，星期天基質(zhì)輔助激光解吸電離(MatrixAssistedLaserDesorptionIonization,MALDI)3、激光解吸過(guò)程,即有機(jī)分子進(jìn)行共振吸收時(shí)分子生色團(tuán)在固體樣品中共振吸收能量,并把絕大部分能量傳遞到有機(jī)物的晶體的晶格中,使晶格受到瞬時(shí)強(qiáng)烈擾動(dòng)而解吸離子或中性分子4、激光形成等離子體過(guò)程中生成離