《MS1原理和仪器》PPT课件.ppt

第四章第四章质谱质谱mass spectrometry，MS1精选课件ppt 基本原理与质谱仪基本原理与质谱仪 离子峰的主要类型离子峰的主要类型 有机分子裂解类型有机分子裂解类型 质谱图与结构解析质谱图与结构解析2精选课件ppt第一节第一节 基本原理与质谱仪基本原理与质谱仪 basic principle and Mass spectrometer 概述概述 质谱仪与质谱分析质谱仪与质谱分析3精选课件ppt质谱是分子质量精确测定和分子式的确定及化合物结构分析的重要工具；第一台质谱仪：1912年；早期应用：原子质量、同位素相对丰度等质谱是化合物电离后按照离子质量与所带电荷数之比被仪器分离并以质荷比与其相对强度记录下来的谱图质谱不属波谱范围，质谱图与电磁波的波长和分子内某种物理量的改变无关一、质谱学基本知识一、质谱学基本知识4精选课件ppt一、质谱学基本知识一、质谱学基本知识 在高真空系统中使样品在高真空系统中使样品分子电离分子电离，测定样，测定样品的品的分子离子分子离子及及碎片离子碎片离子的质量，所有的的质量，所有的离子在电场和磁场的综合作用下按质荷比离子在电场和磁场的综合作用下按质荷比（m/z）大小依次排列而得到谱图。大小依次排列而得到谱图。对象：同位素、无机物、有机化合物、生对象：同位素、无机物、有机化合物、生物大分子及聚合物。物大分子及聚合物。作用：确定样品作用：确定样品分子量分子量、分子式分子式的确定及的确定及推断推断分子结构分子结构。5精选课件ppt分子量及分子式的确定分子量分子量-分子离子峰分子离子峰分子式分子式-高分辨质谱仪测定高分辨质谱仪测定 1212C=12.000000 C=12.000000 为基准为基准 1 1H=1.007823H=1.007823 1616O=15.994914O=15.994914J.H.BeynonJ.H.Beynon将将C C、H H、N N、OO各种组合构成的各种组合构成的分子式的精确质量数列成表：质谱用质量与分子式的精确质量数列成表：质谱用质量与丰度表丰度表6精选课件ppt例用高分辨质谱仪测得分子量为150.1045，仪器的误差是0.006，查表有 C3H12N5O2 150.099093 C5H14N2O3 150.100435 C8H12N3 150.103117 C10H14O 150.1044597精选课件ppt1.1.从质谱裂解产生的碎片离子可以推测分子中所含的官能团或各类化合物的特征结构片断2.2.从丢失的中性碎片也可以推断分子中含有某种官能团3.3.根据亚稳离子推断母离子与子离子4.4.m*=m22/m1推断分子结构8精选课件ppt 质谱图由横坐标、纵坐标和棒线组成。质谱图由横坐标、纵坐标和棒线组成。横坐标标明离子质荷比（横坐标标明离子质荷比（m/z）的数值，纵坐标标明各峰的数值，纵坐标标明各峰的相对丰度，棒线代表质荷比的离子。图谱中最强的一的相对丰度，棒线代表质荷比的离子。图谱中最强的一个峰称为基峰，将它的强度定为个峰称为基峰，将它的强度定为100。丁酮的质谱图质谱图的组成质谱图的组成9精选课件ppt二、二、质谱仪与质谱分析质谱仪与质谱分析mass spectrometer and mass spectrometry计算机数据计算机数据处理系统处理系统真空系统真空系统 加速区加速区进样系统进样系统离子源离子源质量分析器质量分析器检测器检测器 电离部分电离部分离子分离离子分离检测部分检测部分10精选课件ppt5.1.2 离子化的方法离子化的方法 1.电子轰击（电子轰击（EI）2.化学电离（化学电离（CI）3.场致离（场致离（FI）和场解吸）和场解吸（FD）4.快原子轰击（快原子轰击（FAB）5.电喷雾电离（电喷雾电离（ESI）11精选课件ppt电子轰击源电子轰击源electron ionization,EI+:R1:R2:R3:R4:e+M+(M-R2)+(M-R3)+Mass Spectrum(M-R1)+12精选课件pptEI 源的特点：源的特点：适用于挥发性、热稳定的化合物，气体和金属蒸气适用于挥发性、热稳定的化合物，气体和金属蒸气电离效率高电离效率高,灵敏度高灵敏度高 应用最广，标准质谱图基本都是采用应用最广，标准质谱图基本都是采用EI源得到的源得到的 结构简单，控温方便结构简单，控温方便EI源：源：可变的离子化能量可变的离子化能量(10240eV)对于易电离的物质降低电子能量，而对于难电离的物质对于易电离的物质降低电子能量，而对于难电离的物质则加大电子能量（则加大电子能量（常用常用70eV）。）。电子能量电子能量 电子能量电子能量 分子离子增加分子离子增加碎片离子增加碎片离子增加13精选课件ppt中性原子轰击样品，如中性原子轰击样品，如ArAr+高能高能Ar+高能高能中性原子流中性原子流试样分子试样分子适用于极性大，相对分子量大，难挥发和适用于极性大，相对分子量大，难挥发和热稳定热稳定性差性差的样品的样品缺点：缺点：400以下有基质干扰峰，对非极性化合物以下有基质干扰峰，对非极性化合物不灵敏不灵敏FAB电离源电离源-19811981年英国的年英国的M.BarberM.Barber等人发明等人发明 FABFAB 14精选课件ppt 离子室内的反应气（甲烷等；离子室内的反应气（甲烷等；10100Pa，样品的，样品的103105倍），电子（倍），电子（100240eV）轰击，产生离子，）轰击，产生离子，再与试样分子碰撞，产生准分子离子。再与试样分子碰撞，产生准分子离子。化学电离源化学电离源（Chemical Ionization，CI）:最强峰为准分子离子；最强峰为准分子离子；谱图简单；谱图简单；不适用难挥发试样；不适用难挥发试样；+气体分子气体分子试样分子试样分子+准分子离子准分子离子电子电子(M+1)+;(M+17)+;(M+29)+;15精选课件pptEI 和和 CI 谱图例子谱图例子EICI16精选课件ppt MALDIMALDI可使热敏感或不挥发的化合物由固相直接可使热敏感或不挥发的化合物由固相直接得到离子。得到离子。待测物溶液与基质溶液混合后蒸发，使分析物与待测物溶液与基质溶液混合后蒸发，使分析物与基质共生成为晶体或半晶体，用一定波长的脉冲式激基质共生成为晶体或半晶体，用一定波长的脉冲式激光进行照射时，基质分子能有效的吸收激光的能量，光进行照射时，基质分子能有效的吸收激光的能量，使基质分子和样品分子进入气相并得到电离。使基质分子和样品分子进入气相并得到电离。MALDIMALDI适用于大分子，如多适用于大分子，如多肽类、核酸类生物大分子肽类、核酸类生物大分子和合成高分子。可得到单和合成高分子。可得到单电荷分子离子峰，无明显电荷分子离子峰，无明显碎片峰。此电离方式特别碎片峰。此电离方式特别适合于飞行时间质谱计。适合于飞行时间质谱计。基质辅助激光解吸附电离基质辅助激光解吸附电离(MALDI)脉冲式激光脉冲式激光17精选课件ppt日本科学家日本科学家Koichi Tanaka （2002 2002年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖-质谱部分）质谱部分）首首先先利利用用MALDIMALDI技技术术（波波长长337nm337nm的的氮氮激激光光作作为为激激光光光光源源），测测得得由由鸡鸡蛋蛋蛋蛋白白中中得得到到的的溶溶菌菌酶酶（lysozymelysozyme）的的分分子子量量为为14306 14306 DaDa。并并且且2M2M至至7M7M的的信信息息在在图图谱谱中中也也观观测测到到，测测定定的的质质量量数数达达100872 100872 Da Da。（19871987年年第第二二界界中中日日质质谱谱研研讨讨会会上上最最早早公公布布，当时他当时他2727岁，只是工程师）岁，只是工程师）Tanaka K,Waki H,Ido Y,et al.Rapid Commun Mass Spectrom.,1988,2:151-15318精选课件ppt电喷雾电离（电喷雾电离（ESI）ESI 是一种使用强静电场的电离技术，通过毛细管流出的样品溶液，在电场的作用下形成带高度电荷的雾状小液滴，溶剂的挥发和液滴的裂分最后致使分析物以单电荷或多电荷离子的形式进入气相。ESI是最软的电离技术，通常只产生分子离子峰，因此可直接测定混合物，并可测定热不稳定的极性化合物；其易形成多电荷离子的特性可分析蛋白质和DNA等生物大分子；通过调节离子源电压控制离子的碎裂（源内CID）测定化合物结构。19精选课件ppt美国耶鲁大学美国耶鲁大学John B.FennJohn B.Fenn教授教授（20022002年诺贝尔化学奖年诺贝尔化学奖-质谱部分）质谱部分）最早将电喷雾与质谱成功联接（最早将电喷雾与质谱成功联接（19841984年）年）,他不仅发明了他不仅发明了ESIESI并用于生物大分子分析并用于生物大分子分析,而且揭而且揭示了多电荷的存在并从理论上加以阐述。示了多电荷的存在并从理论上加以阐述。1988 1988年在旧金山召开的美国质谱年会上年在旧金山召开的美国质谱年会上 ，展示了第一批蛋白质分子的质谱图，使所有到会展示了第一批蛋白质分子的质谱图，使所有到会的人震惊。的人震惊。m/z 1-2000 m/z 1-2000，测定的分子量却达，测定的分子量却达473424734220精选课件ppt2.2.质量分析器质量分析器 将离子源中形成的离子按将离子源中形成的离子按m/z值的大小分开。值的大小分开。可分扇形磁场分析器，四极分析器，离子阱，飞行可分扇形磁场分析器，四极分析器，离子阱，飞行时间质谱仪，傅立叶变换离子回旋共振分析器等。时间质谱仪，傅立叶变换离子回旋共振分析器等。21精选课件ppt单聚焦磁场分析器单聚焦磁场分析器收集器收集器离子源离子源BS1S2磁场磁场R方向聚焦方向聚焦；相同质荷比，相同质荷比，入射方向不同入射方向不同的离子会聚；的离子会聚；分辨率不高分辨率不高22精选课件ppt双聚焦分析器双聚焦分析器离子源离子源收集器收集器磁场磁场电场电场S1S2+-方向聚焦：方向聚焦：能量聚焦：能量聚焦：相同质荷比，速度相同质荷比，速度(能量能量)不同的离子会聚；不同的离子会聚；质量相同，能量不同的离子通过电场和磁场时，均质量相同，能量不同的离子通过电场和磁场时，均产生能量色散；两种作用大小相等，方向相反时互补产生能量色散；两种作用大小相等，方向相反时互补实现双聚焦。实现双聚焦。23精选课件ppt 其他类型质量分析器其他类型质量分析器双聚焦质谱仪体积大；双聚焦质谱仪体积大；色谱色谱-质谱联用仪器的发展及仪器小型化（台式）需要；质谱联用仪器的发展及仪器小型化（台式）需要；体积小的质量分析器：体积小的质量分析器：四极杆质量分析器四极杆质量分析器飞行时间质量分析器飞行时间质量分析器离子阱质量分析器离子阱质量分析器体积小，操作简单体积小，操作简单分辨率中等分辨率中等24精选课件ppt四极杆质量分析器四极杆质量分析器（Quadrupole Mass Filter）+Electron BeamABCSample inIon Beam根据根据不同质荷比的离子不同质荷比的离子在四极场产生稳定震荡在四极场产生稳定震荡所需射频电压不同所需射频电压不同25精选课件ppt色谱色谱-四极杆质谱仪结构示意图四极杆质谱仪结构示意图26精选课件ppt飞行时间质量分析器飞行时间质量分析器相同动能不同质荷比的离子漂移时间不同相同动能不同质荷比的离子漂移时间不同27精选课件ppt3.3.检测器检测器（1）电子倍增管）电子倍增管 1518级；可测出级；可测出10-17A微弱电流；微弱电流；（2）渠道式电子倍增器阵列）渠道式电子倍增器阵列28精选课件ppt