质谱基础知识.pdf

MS_LCMSMS(mass spectrometry)基本原理：质谱分析是将样品转化为运动的带电气 态离子碎片，于磁场中按质荷比仰学大小 分离并记录的分析方法。称量离子质量的工具。其整个过程类似于：基本原理质谱：称量离子质量的工具基本原理质谱：称量离子质量的工具基本原理质谱：称量离子质量的工具基本原理质谱：称量离子质量的工具基本原理质谱：称量离子质量的12 unitss w n o。Mo-0)qEnNmass基本原理 电离装置把样品电离为离子 质量分析装置把不同质荷比的离子分开 经检测器检测之后可以得到样品的质谱图Mm/z 29 m/z 27/m/z 43：m/z 57f tm/z 15li_li Jt29 43 58sample vapor mol.weight=58ionization and absorption of excess energyuni-molecular decomposition of M*a.Mass analysis of all ions.b.Data recording,Mass sPectrumc.Plot of bar graph.基本原理以下为某一化合物的MS谱图RIiiw 5.050 DataFile E gSEOSOl O80O9ED03O2OS，Llcd 100265.0551.2287.05 61*7.09427.1373.0530.3 600.3 657.0 698.3 749.2 811.5 901.1 949.2A:U-IJ!而.：匚U Junt 7离子源硬电离源：很多离子碎片峰，提供丰富的结构信息。主要为电子轰击源。软电离源：无碎片峰或者少量碎片峰，主要为分子离子峰，通常是M+1或M1或加合峰，如M+23,M+溶剂硬电离源电子轰击源(Electro-Impact source,El)Electron Impact Ionization Source100-59VdtS102 daltonPlatePositive IonsAnalyzer50-5787iiLi 350m/z=87ER ,之口 一 V 八-I70 90 110 130 1500m/z=57-O=+CH 3m/z=874+H O=m/z=59飞Y0软电离源1)2)3)大气压电离源(Atmospheric Pressure ionization)化学电离源(Chemical Ionization)基质辅助激光解析电离(matrixassisted laser desorption-ionization,MALDI)4)快原子轰击(Fast atom bombardment,FAB)化学电离源1）用日source轰击反应气，得到反应气离子2）反应气离子与样品分子作用，使样品分子电离3）较日能量低，碎片峰较日少，更容易获得分子离子峰以甲烷为反应气示例：在电子轰击下，甲烷首先被电离：CH4+e-C2H5+,CH5+,C3H7+,CH3+反应气离子与样品分子反应：CH5+M7M+1+CH4C2H5+M-M1+C2H6大气压电离源大气压电离源Atmospheric Pressure ionization,API1.电喷雾电离源Electrosprayionization,ESI2.大气压化学电离源Atmosphere Pressure Chemical Ionization,APCI3.大气压光致电离源Atmosphere Pressure Photo Ionization,APPI电喷雾电离源1.样品溶液通过一根加有数千伏电压（高电场）的 木镀里由维管中喷出形成静电喷雾，形成非常细 小的带电雾滴2.当带电雾滴通过一个逆向的热氮气帘时，雾滴中的溶剂逐渐挥发，雾滴体积变小，表面电荷密度.场使极性分子离子化，最终离3.离子源的电压大小取决与溶剂通常电压是土 2500-4500 V（加正电压产生 正离子，加负电压产生负离子）溶剂表面张力越大，所需电压也越大电喷雾电离源Cone(countereledrode)charged 加阳kHis observedE Y，,，0Taylor ccnegas and/or heat cause droplets to decrease电喷雾电离源流出液在高电场下形成带电喷雾，在电 场力作用下穿过气帘，进入质量分析器.气帘 的作用：雾化；蒸发溶剂；阻止中性溶剂4 _.大气压化学电离源（APCI）Curtain Gas1.Ionisation of sovent moleculesNebulizer Gas,XH,Solvent molecules2.Reaction with analyte molecules;Formation of clusters3.DeclusterinXSampleCurtain GasCorona Discharge Needle电晕针高压放电，使喷雾气电离，产生初级离子。喷雾气为空气或氮气 初级离子立即与溶剂分子作用，形成溶剂离子（如H3O+,CH3OH2+）溶剂离子与样品分子通过质子转移，形成M+H+（正离子模式）或M-H-（负离子模式）APPI的原理与此相似，以激光束代替电晕针质量分析器 单聚焦磁偏转质量分析器(single focusing)双聚焦磁偏转质量分析器(double focusing)四极杆质量分析器(Quadrupole mass analyzer)飞行时间质量分析器(time of flight)单聚焦磁偏转质量分析器 m/z=H2R2/2U是磁分析器质谱方程，是设计质谱仪的主要依据。图910半圆形（180）磁场RP R2,R3一不同质小离子的运动轨道出率半径:Mp M2，M3一不同质送的离子；Si，S2一分别为进口和出口狭缝R为一定值（因仪器条件限制），如再固定加速电位U,则m/z仅与外加磁场强度H有关。扇形磁场的作用：使相同质荷比，入射方向不同的离子会聚单聚焦磁偏转质量分析器在讨论单聚焦分析器质量分离原理时，曾假定离子的初始能量为 零，离子的动能只决定加速电压。实际上，由离子源产生的离子，其初始能量并不为零，而且其能量各不相同，经加速后的离子其能 量也就不同。因此即使是质量相同的离子，由于能量（或速度）的 不同。在磁场中的运动半径也不同，因而不能完全会聚在一起，这 就大大降低了仪器的分辨率，使相邻两种质量的离子ml和m2很难 分离。双聚焦磁偏转质量分析器Re=2U/E=mu2/Ez如果电场强度E一定，离子轨道半径仅取决于离子的 动能，而与离子质量无关，所以扇型电场是一个能量 分析器，不起质量分离的作用；对于质量相同的离子，它是一个速度分离器。在双聚焦质谱仪中，同时采用电 场和磁场组成的质量分析器，因而不仅可以实现方向 聚焦，即将质荷比相同而入射方向不同的离子聚焦，而 且可以实现速度聚焦，即将质荷比相同，而速度（能量）不同的离子聚焦。所以双聚焦质谱仪比单聚焦质谱仪（只能实现方向聚焦）具有更高的分辨率。双聚焦磁偏转质量分析器90 90这种静电分析器和磁分析器配合使用，同 时实现方向和能量聚焦的分析器，称为双 聚焦分析器。四极杆质量分析器Detector由两组对角筒形构成，分别施加直流电压和射频交 流电压,在一定的直流电压和交流电压比（U/V）以及 场半径r固定的条件下，对于某一种射频频率，只 有一种质荷比的离子可以顺利通过电场到达质量 分析器，这些离子成为共振离子，其它离子在运 动过程中撞击在圆筒电极上而被过滤掉。飞行时间质量分析器牵引极 加速极检测器离子束 检测狭缝/电子/夕阴极二次电子二次电极电子倍增器的工作原理常见加合离子峰M+Na+=M+23+加钠离子；M+K+=M+39+加钾离子；M+NH4+=M+18+加镂离子;M+H+H20+=M+19+加水；M+X+这里X是指溶剂缓冲液中的阳离子；M+H+Solvent+溶剂力口合峰，M+H+CH3CN+=M+42+是CH3CN加合离子，M+H+CH30H+=M+33+是CH30H加合离子;常见碎片峰M+H-66+,M+H-100+OCH3CNHR M+H56;RNH2M+H-9 如 ROHRCNM+H-90*,M+H-1344M+H-42 rM+H-17*M+H-18fM 十 H-27r二聚及多聚峰二聚及多聚峰是化合物在质谱内形成的，样品浓度提高会增加产生多聚离子的概率，如二聚峰表现在MS谱图中经常出现2M+H+、2M+Na+峰等。双电荷及多电荷离子峰有的分子结构中含杂原子（如N,0,S原子等）较 多时，有时会带两个或多个电荷，这时可以检测到 双电荷或多电荷离子峰mz同位素峰在组成有机化合物的常见元素中，大多数元素都 是由具有一定自然丰度的同位素组成元素CHNopsFClBr同位素12c13c2H14N15N16。17018。31p32s33 S34s19p35cl37cl79Br81Br丰度1001.081000.0161000.381000.040.201001000.784.410010032.510098R.L1006510.6Cl3m/z R.LX 100X+2 97.5X+4 31.7X+6 3.4m/z含Brm/z注意事项1.精确分子量和摩尔分子量的区别Exact Mass:141.03Molecular Weight:141.60I Anal ysi sp Formula:15r Exact Mass:Mol Wt:I-m/z:CjKgClW141.03Decima141 SO141 03 00。UN),143 03(32 0).1 AA f7 7VIJ_I-Elem AnalPaste匚 59.38;H,5 69;CL 25 04,N.9 892.MS信号的强弱取决于样品的电离程度MS仅为辅助检测手段，只可进行粗略判断反应液中是 否有该化合物，不能从MS出峰强度来判断反应液中样 品的含量。3.溶剂的选择选择极性溶剂（推荐：甲醇、乙庸、水），避免非极性溶 齐人禁止使用笊代试剂。实例例1：Exact Mass=482.3M+110G(M+2)0 峰r M+H 56 J脱叔丁基48 53.427.2 9305.1 J52.1 l405.11h182 0 2390“7 so,7 506154 6719 720 4J67.9 814.0855.4 909 8 956 5:50-9 Io1*19 r70 8mz例2：Exact Mass=389.2M+K2M+Na峰IL%27S.9IILCMSLiquid Chromatography-Mass Spectrum工作原理关键技术1）接口装置：同时也是离子源，去除溶剂，使样品离子化。2）几乎所有LCMS都用大气压电离源作为接口装置和离子源实例1.先看MS部分,是否有所要离子峰，必要时可通过提 取离子流来进行查找。2.再看HPLC部分，含量有多少，主峰是否完全分开。3.两者结合，推测反应进行的程度和反应产生的杂质。Mol.Wt.:196.2Mol.Wt:264.3Integration Result