第六节课-质谱分析法-解谱步骤.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2019/12/20,#,质谱法,的谱图解析,1,质谱仪组成,2,质量分析器,单聚焦分析器（,Single focusing mass analyzer,）,双,聚焦分析器（,Double,focusing mass,analyzer,）,四级,杆分析器（,Quadrupole analyzer,）,离子,阱,分析器（,Ion trap,）,飞行,时间分析器（,Time of flight,）,傅里叶变换离子回旋共振（,Fourier tranform ion cyclotron resonance,）,轨道离子阱（,Obitrap,）,质量分析的作用是将离子源中形成的离子按质荷比值的大小不同分开,3,质量分析器,单聚焦分析器（,Single focusing mass analyzer,）,扇形磁场（可以是,180,、,90,、,60,等）,进行质量分析,4,质量分析器,电荷离子被加速电压加速，产生一定的速度,v,，与质量,m,、电荷,z,及加速电压,U,有关：,zU=0.5 mv,2,单聚焦分析器（,Single focusing mass analyzer,）,加速离子进入一个强度为,H,的磁场，发生偏转，半径为：,r,=,(mv)/(zH),合并,m/z=(H,2,r,2,)/(2U),质荷比,离子的,m/z,越大，偏转半径也越大，通过磁场可以把不同离子分开,5,质量分析器,双聚焦分析器（,Double focusing mass analyzer,）,为什么要双聚焦,：,进入离子源的离子初始能量不为零，且能量各不相同，加速后的离子能量也不相同，运动半径差异，难以完全聚焦。因此加一个静电场，实现能量分散。,对于动能不同的离子，通过调节电场能，达到聚焦的目的,双,聚焦分析器的特点：分辨率高,6,质量分析器,双聚焦分析器（,Double focusing mass analyzer,）,1,2,双聚焦质量分析器 在单聚焦质量分析器中，离子源产生的离子由于在被加速初始能量不同，即速度不同，即使质荷比相同的离子，最后不能全部聚焦在检测器上，致使仪器分辨率不高。为了提高分辨率，通常采用双聚焦质量分析器，即在磁分析器之前加一个静电分析器,7,质量分析器,双聚焦分析器（,Double focusing mass analyzer,）,高分辨率质谱,8,质量分析器,四级杆分析器（,Quadrupole analyzer,）,在,1953,年，西德物理科学家,Wolfgang Paul,和,Helmut Steinwedel,描述了四级杆质谱仪。在,4,根平行杆之间,，叠加的,射频,(,RF,),和,恒定的,直流,(,DC,),电势,能够作为质,谱的质量分析器。,9,质量分析器,三重四,级,杆,串联质谱，,MS/MS,，,QQQ,10,LC-MS/MS,分析蛋白,/,氨基酸序列,金黄色,葡萄球菌感染小鼠肾组织中的异二聚体钙保护素,三重四,级,杆,应用案例,质量分析器,感染中心的组织蛋白分析,11,质量分析器,四,级,杆,离子阱,一般认为四级杆为二维的，离子阱为三维,离子阱灵敏度比四级杆高,10-1000,倍,多级,碎片信息：四,级,杆为,MS/MS,；离子阱为,MS,n,12,质量分析器,离子阱分析器,（,Ion trap,）,离子阱分析器它是由环行电极和上、下两个端盖电极构成的,三维四极场,。,原理,：将离子储存在阱里，然后改变电场按不同质荷比将离子推出阱外进行检测。,13,质量分析器,离子阱分析器,（,Ion trap,）,石竹酸的离子阱碎片分析图,14,质量分析器,使用一个脉冲电场加速后进入无场漂移管，并以恒定速度飞向离子接收器。离子质量越大，到达接收器所用时间越长；离子质量越小，到达接收器所用时间越短，根据这一原理，可以把不同质量的离子按,m/z,值大小进行分离。,飞行时间分析器（,Time of flight,）,15,质量分析器,仪器结构简单，不需要磁场、电场等,扫描速度快，可在,10,-5,s,内观察到整段图谱,无聚焦狭缝，灵敏度很高,可用于大分子的分析（,10,万分子量单位），在生命科学中用途广,飞行时间分析器（,Time of flight,）,MALDI-TOF,16,质量分析器,傅里叶变换离子回旋,共振,FT ICR,在发射极上施加一个很快的扫频电压，当射频频率和某离子的回旋频率一致时共振条件得到满足。离子吸收射频能量，轨道半径逐渐增大，变成螺旋运动，经过一段时间的相互作用以后，所有离子都做相干运动，产生可被检出的信号,17,质量分析器,轨道离子阱,Obitrap,Orbitrap,的发明人,Alexander Makarov,18,质量分析器,THE IDEAL MASS ANALYZER:FACT OR FICTION,?,1987 CURT,BRUNNkE,19,质量分析器,工作,原理类似于电子围绕原子核旋转。由于静电力作用，离子受到来自中心纺锤形电极吸引力。由于离子进入离子阱之前的初速度以及角度，离子会围绕中心电极做圆周运动。离子的运动可以分为两部分：围绕中心电极的运动（径向）和沿中心电极的运动（轴向）。因为离子质量不同,，不同,离子的轴向往复速度是不同的,。,20,真空系统,离子源的真空度需达到,10,3,-10,5,Pa,质量分析器的真空度需达到,10,6,Pa,真空装置：机械真空泵、扩散泵、分析涡轮泵,21,检测系统,电子倍增器,22,性能指标,质量范围,：指所能检测得,m/z,范围,四级杆质谱,m/z,小于或等于,1000,磁质谱,m/z,可达到几千,飞行时,间质谱,m/z,可到几十万,扫描速度,：指扫描一定质量范围所需时间,GC-MS:m/z 1-1000,所需时间小于,1 s,23,性能指标,分辨率,：相邻两个质量组分分离的情况,例如：,CO=27.9949,N,2,=28.0061,R=M/,M=27.9949,/,(28.0061-27.9949)=2500,四级杆质谱可以分开,24,性能指标,ArCl+,：,74.9312,As+,：,74.9216,R=M/,M=74.9312,/,(74.9312-74.9216)=7800,The hypothetical m+H Ion cluster for angiotensin 1283,25,性能指标,超高分辨率质谱,high resolution MS,可达到小数点后五位,蛤蚌毒素,灵敏度,信噪比大于,3,的样品量,R=M/,M,=40000,26,化合物的质谱,1)-,断裂,分子中,键在电子轰击下，失去一个电子，随后分子开裂生成碎片离子和游离基。多发生于烷烃,。,2,)-,断裂,(,游离基中心诱导的键断裂,),游离基对分子断裂的引发是由于电子的强烈成对倾向造成的。由游离基提供一个奇电子与相邻原子形成一个新键，与此同时，这个原子的另一个键断裂。,醛、酮、酯、,C-X,、,C=X(X=O,、,S,、,N,、卤素、,OH),都可以发生,27,化合物的质谱,3)-,断裂,含有双键化合物的奇电子离子容易发生,断裂，其与官能团相连的,键容易,断裂，如,烯烃、苯环,4)i-,断裂,(,诱导断裂,)-,电荷中心诱导的断裂,i-,断裂反应的推动力是由于电荷中心吸引一对电子，造成单键的断裂，随着一对电子的转移，电荷中心一移到新的位置。电负性很大的杂原子可将双原子转移到杂原子上，正电荷留在烷基上,。,28,化合物的质谱,3),重排裂解,麦氏重排,的特点和条件是：,只有奇电子离子（,OB+,）发生麦氏重排，它是由独电子引发的；,化合物中必须有双键,C=O,、,C=N,、,C=S,、,C=C,及苯环,与双键相连的碳链上必须有,C,和,H,通过六元过渡态,H,转移到杂原或双键碳原子上，同时发生,键的断裂，形成一个中性分子（烯烃）和一个偶质量数的奇电子离子（,OB+,）,29,化合物的质谱,烷烃：,主要发生,C-C,键的,断裂。直链烷烃各,C-C,键断裂机会相同,葵烷,30,化合物的质谱,烷烃,质量相差,14,（,CH,2,）,碎片离子,C3,以上强度递减，因为碎片可继续分裂，但,C3,重排位,CH,3,-CH,+,-CH,3,而稳定,异构烷烃、支链烷烃的分支处容易断裂,31,化合物的质谱,烯烃：,具有烷烃的特征,容易发生烯丙断裂，生成很强的烯丙离子,十二碳烯,32,化合物的质谱,芳烃：,分子离子峰的丰度很大,碎片离子少，低质量短的碎片离子丰度小,正己苯,甲苯,33,化合物的质谱,芳烃：,正己苯,34,化合物的质谱,醇和芳香醇：,高级醇发生消除反应生成的奇电子离子碎片具有类似烯烃的结构,容易发生,断裂，生成特征的,氧鎓离子,丙醇,35,化合物的质谱,醇和芳香醇：,36,化合物的质谱,醇和芳香醇：,37,化合物的质谱,酚：,分子离子,峰较强,容易失去,C=O,和,CHO,，生成,M-28+,和,M-29+,邻位有适当取代基团的酚，因邻位效应产生失水峰,18,。,有苯环的特征,38,化合物的质谱,麦氏重排,(Mclafferty),在辛酮,-4,的质谱中，除,43,、,57,、,71,、,85,和,128,的质谱峰外，还有一个很高的峰，质量,58,；以及另外两个峰，质量,86,和,100,。这是由于发生了重排。,39,化合物的质谱,在这里断裂的可能性,麦氏重排,40,化合物的质谱,麦氏重排,双键及,位置上有氢原子,双键范围有酮、醛、酸、酯、,C=N,、以及烯烃、苯环化合物等,41,化合物的质谱,氮律,分子离子,峰质量数的规律,1,、由,C,、,H,、,O,组成,的有机化合物，分子离子峰的质量数一定是,偶数,2,、由,C,、,H,、,O,、,N,组成,的化合物,a,）含奇数个,N,，分子离子峰的质量是奇数,b,）含偶数个,N,，分子离子峰的质量是,偶数,化合物的化学式式量应是图谱中的分子量,图谱中分子离子峰应是最高质荷比的离子峰,42,化合物的质谱,分子式的确定,可,用,Beynon,同位素丰度表确定，因为同一元素的不同同位素丰度不同。,同位素丰度表,43,44,有机混合物的分析,GC-MS,LC-MS,CE-MS,MS-MS,操作程序,总离子流图,选择性离子扫描,质量解析,45,2003,2016,2003,46,2D SDS-PAGE,47,48,同位素标记,49,正常,上调,下调,50,回顾,曼哈顿计划促进了仪器分析的整体发展,核素提取,分离科学与富集技术的发展,核素分析,放,射,分析和痕量技术的,发展,基因与蛋白组学的发,展,促进了仪器分析发展,生物质技术的发展,高,分辨核磁技术的发展,毛细管电泳技术的发展,生物芯片（阵列,-,微流控芯片）技术的发展,51,展望,美国以往的生命科学研究计划，如,1970,年代的“攻克癌症计划”和,1990,年代“人类基因组计划”都是先给出一个具体的生物学问题，然后再寻找或建立适合这一具体问题的方法,我国的十三五计划之前的研究也基本遵循这一模式，如“重大疾病研究的分析化学问题”；“食品安全检测计划”；“病毒的快速检测技术”等,52,展望,但是，“病来了才抱佛脚“的研究计划方式不能满足科学技术发展的需要，更不能及时预警重大的生命与健康问题。,所以，美国最近制定的“通向生命科学未来的路线图”计划的战略目标是，构造适应生命科学和临床研究发展的创新体系，组建从事未来生物医学的新型研究队伍，发展适用于复杂生命系统研究和定量化分析的新技术和新方法,53,展望,显然，路线图制定者的意图，是系统地提升,21,世纪全球的生命科学和临床研究能力，而不是解决一个具体的生物学问题。从这个意义上来说：,分析化学与仪器分析已成为,引领科学发展未来的中心学科,54,挑战,两个挑战,一、复杂生命过程的定量化所需的新方法、新技术,蛋白质助学和代谢助学的新仪器、新方法与新技术的研究,生命体系化学小分子的筛选与定量分析系统方法学新仪器的研究,成像探针的组合合成与高通量筛选技术的研究,亚,细胞水平和瞬时定量测量的新仪器、新方法和试剂研究,生物信息学、化学信息学新方法研究,55,挑战,二、高灵敏度探测的新方法、新技术研究,单,原子、单分子、单细胞分析技术的发展,阵列传感器与生物芯片、复杂物质分析中的电子技术与仿生技术（如电子鼻、电子眼等）,实时、动态、在线分析技术的发展,56,