质谱分析_华东理工大学.pdf

华东理工大学分析测试中心 质谱分析 有机质谱有机质谱 同位素质谱同位素质谱 无机质谱无机质谱 质谱的分类 质谱仪器按用途可分为质谱仪器按用途可分为 同位素质谱仪同位素质谱仪测定同位素丰度测定同位素丰度 无机质谱仪无机质谱仪测定无机化合物测定无机化合物 有机质谱仪有机质谱仪测定有机化合物的分子结构测定有机化合物的分子结构 质谱仪器的分类 19501950s s 成为有机物结构分析的重要手段成为有机物结构分析的重要手段 19601960s s 色谱色谱-质谱联用技术出现质谱联用技术出现 （有机混合物的分析）（有机混合物的分析）19801980s s 生物化学中的应用（快原子轰击电离）生物化学中的应用（快原子轰击电离）19901990s s 生物质谱学的形成生物质谱学的形成 （电喷雾电离、大气压化学电离和基质辅助（电喷雾电离、大气压化学电离和基质辅助激光解吸的应用）激光解吸的应用）有机质谱的发展 有机质谱的应用 测定有机化合物的分子量，还能提供碎片结测定有机化合物的分子量，还能提供碎片结构信息构信息 灵敏度高，分析速度快，分析范围广灵敏度高，分析速度快，分析范围广 既可用于定性分析，又可用于定量分析既可用于定性分析，又可用于定量分析 能应用于复杂有机混合物的分离和分析能应用于复杂有机混合物的分离和分析 质谱法质谱法 在离子源中使样品分子以某种方式电离、碎在离子源中使样品分子以某种方式电离、碎裂，形成各种裂，形成各种质荷比质荷比（m/zm/z）的离子，然后按其质的离子，然后按其质荷比荷比(m/z)(m/z)大小分离，记录其相对强度并排列成谱大小分离，记录其相对强度并排列成谱的分析方法叫做质谱法，简称为质谱（的分析方法叫做质谱法，简称为质谱（Mass Spectrometry,MS）。得到的谱图为质谱图。）。得到的谱图为质谱图。*离子的离子的质荷比（质荷比（m/z）是离子的质量是离子的质量(m)与其所带的电荷与其所带的电荷(z)之比。之比。有机质谱简介 不同质荷比的离子经质量分析器分开不同质荷比的离子经质量分析器分开,被被检测器检测、记录下的图谱称为质谱图，简检测器检测、记录下的图谱称为质谱图，简称质谱。质谱图的形式：棒图和连续谱。称质谱。质谱图的形式：棒图和连续谱。基峰基峰 分子离子峰分子离子峰 碎片离子峰碎片离子峰 质谱图 质谱图 质量质量 在质谱学中在质谱学中,质量是以质量是以1212C C的的1/121/12为一个单位为一个单位,计作计作amuamu或或u u。在在1212C C的的1/121/12定义中，定义中，1 1H=1.007 824 6H=1.007 824 6，1212C=12.000 000 0C=12.000 000 0，1313C=13.003 355 4C=13.003 355 4，1414N=14.003 073 8N=14.003 073 8，1515N=15.000 108 8N=15.000 108 8，1616O=15.994 914 1O=15.994 914 1，1818O=17.999 161 6O=17.999 161 6，1919F=18.998 408 2F=18.998 408 2，3232S=31.972 072 7S=31.972 072 7，3535Cl=34.988 853 1Cl=34.988 853 1，3737Cl=36.965 903 4Cl=36.965 903 4。质谱学中一些名词解释 质量数质量数 构成一个质量峰（离子峰）的各元素中质子和中子构成一个质量峰（离子峰）的各元素中质子和中子数的总和为质量数，或者以相对原子质量单位计算数的总和为质量数，或者以相对原子质量单位计算的接近整数的数。的接近整数的数。如：如：1 1H=1.007 824 6H=1.007 824 6，则记为则记为 1 1H=1H=1 1616O=15.994 914 1O=15.994 914 1，则记为则记为 1616O=16O=16 1818O=17.999 161 6O=17.999 161 6，则记为则记为 1818O=18O=18 3535Cl=34.988 853 1Cl=34.988 853 1，则记为，则记为 3535Cl=35Cl=35 3737Cl=36.965 903 4Cl=36.965 903 4，则记为，则记为 3737Cl=37Cl=37 质谱学中一些名词解释 正离子正离子 有机化合物分子失去一个电子或数个电子形成正离有机化合物分子失去一个电子或数个电子形成正离子。子。负离子负离子 有机化合物分子获得一个电子或数个电子形成负离有机化合物分子获得一个电子或数个电子形成负离子。子。在质谱分析过程中，产生正离子的机会多于负离子，在质谱分析过程中，产生正离子的机会多于负离子，因此一般情况下，取正离子进行分析，特殊情况下因此一般情况下，取正离子进行分析，特殊情况下也作负离子分析。也作负离子分析。质谱学中一些名词解释 单电荷离子单电荷离子 有机化合物分子失去或获得一个电子形成正离有机化合物分子失去或获得一个电子形成正离子或负离子叫单电荷离子。子或负离子叫单电荷离子。多电荷离子多电荷离子 有机化合物分子失去或获得数个电子形成正离有机化合物分子失去或获得数个电子形成正离子或负离子叫多电荷离子。子或负离子叫多电荷离子。质谱学中一些名词解释 分子离子分子离子 有机化合物分子失去一个电子所形成的正离子称为分子离子，有机化合物分子失去一个电子所形成的正离子称为分子离子，它的质荷比值代表了试样分子所对应的相对分子质量数值。以它的质荷比值代表了试样分子所对应的相对分子质量数值。以M M表示，表示，“”表示分子离子带有一个单位的正电荷，表示分子离子带有一个单位的正电荷，“”表示它表示它有一个不成对电子，是一个奇电子离子，也是一个游离基离子。有一个不成对电子，是一个奇电子离子，也是一个游离基离子。准分子离子准分子离子 有机化合物分子得到一个质子所形成的正离子称为准分子离有机化合物分子得到一个质子所形成的正离子称为准分子离子子。碎片离子碎片离子 分子离子进一步碎裂产生的离子称为碎片离子分子离子进一步碎裂产生的离子称为碎片离子。和分子离子和分子离子的结构密切相关的结构密切相关，提供分子结构的信息提供分子结构的信息。质谱学中一些名词解释 重排离子重排离子 伴有原子或原子团转移的碎裂过程所产生的离伴有原子或原子团转移的碎裂过程所产生的离子称为重排离子。子称为重排离子。同位素离子同位素离子 低丰度同位素（如低丰度同位素（如1313C C、2 2H H、1818O O、1515N N、3737ClCl等）等）参与组成的分子离子称为同位素离子。参与组成的分子离子称为同位素离子。质谱学中一些名词解释 亚稳离子亚稳离子 在电离在电离、裂解或重排过程中所产生的一部分处于裂解或重排过程中所产生的一部分处于亚稳态的离子称为亚稳离子亚稳态的离子称为亚稳离子。在从离子源到达检测器的过程中会发生进一步的在从离子源到达检测器的过程中会发生进一步的碎裂碎裂，一般检测不到一般检测不到，需用特殊的技术才能检测需用特殊的技术才能检测。亚稳离子峰钝而小亚稳离子峰钝而小，一般要跨一般要跨2 25 5个质量单位个质量单位，其其质荷比通常不是整数质荷比通常不是整数，可利用这些特征加以区别可利用这些特征加以区别。亚稳离子是研究质谱碎裂机理的重要手段亚稳离子是研究质谱碎裂机理的重要手段。质谱学中一些名词解释 奇电子离子和偶电子离子奇电子离子和偶电子离子 具有未配对电子的离子称为奇电子离子，这样的离具有未配对电子的离子称为奇电子离子，这样的离子同时又是自由基，具有较高的反应活性，在质谱解子同时又是自由基，具有较高的反应活性，在质谱解析中较为重要。析中较为重要。不具有未配对电子的离子称为偶电子离子。偶电子不具有未配对电子的离子称为偶电子离子。偶电子离子相对奇电子离子较稳定。离子相对奇电子离子较稳定。母离子与子离子母离子与子离子 任何离子进一步碎裂产生了某离子，前者称为母离任何离子进一步碎裂产生了某离子，前者称为母离子，后者称为子离子。子，后者称为子离子。质谱学中一些名词解释 质量分析器质量分析器 离子离子 检测系统检测系统 真空系统真空系统 离子离子 按按m/zm/z分离分离 离子检测、离子检测、记录记录 进样系统进样系统 离子源离子源 分子电离碎裂分子电离碎裂 离子的生成离子的生成 计算机控制与数据处理系统计算机控制与数据处理系统 质谱计的基本结构 离子源的真空度：离子源的真空度：10103 310105 5 PaPa 质量分析器的真空度：质量分析器的真空度：10106 6 PaPa 要求高真空的原因：要求高真空的原因：有利于样品的挥发；有利于样品的挥发；防止离子源中的灯丝烧断；防止离子源中的灯丝烧断；避免离子与其他粒子碰撞而改变运动轨道或避免离子与其他粒子碰撞而改变运动轨道或能量及动量；能量及动量；避免发生离子分子反应。避免发生离子分子反应。真空系统 真空系统包括真空系统包括 低真空前级泵（机械泵）低真空前级泵（机械泵）高真空泵（扩散泵和涡轮分子泵）高真空泵（扩散泵和涡轮分子泵）真空测量仪表真空测量仪表 真空阀件真空阀件 管路等管路等 真空系统 进样系统 直接进样直接进样 色谱进样色谱进样 气相色谱气相色谱 液相色谱液相色谱 进样系统 直接进样 直接进样主要用于直接进样主要用于“纯纯”化合物的分析化合物的分析 直接进样探头直接进样探头 ：热稳定性较好、气化温：热稳定性较好、气化温度不是很高的样品度不是很高的样品 直接进样 蠕动泵进样：蠕动泵进样：热稳定性差、难气化的样品热稳定性差、难气化的样品 样品混合于基质材料样品混合于基质材料 色谱进样 色谱进样主要用于复杂混合物的分析色谱进样主要用于复杂混合物的分析 毛细管气相色谱毛细管气相色谱 ：低沸点的混合物：低沸点的混合物 液相色谱液相色谱 ：高沸点的混合物：高沸点的混合物 离子源是使中性分子电离成离离子源是使中性分子电离成离子的装置。有机化合物分子在此被子的装置。有机化合物分子在此被电离，转化为离子。电离，转化为离子。电离方式离子源 电子轰击（电子轰击（EIEI）-硬电离硬电离 化学电离（化学电离（CICI）场致电离（场致电离（FIFI）场解析（场解析（FDFD）快原子轰击（快原子轰击（FABFAB）二次离子质谱法二次离子质谱法(SIMS)(SIMS)基质辅助激光解吸电离法基质辅助激光解吸电离法(MALDI)(MALDI)软电离软电离 大气压化学电离法大气压化学电离法(APCI)(APCI)电喷雾电离电喷雾电离(ESI(ESI)电离方式 一.电子轰击电离（EI）利用一定能量的电子与气相中的样品利用一定能量的电子与气相中的样品分子相互作用（分子相互作用（“轰击轰击”），使分子失去），使分子失去价电子电离成分子离子，当分子离子具有价电子电离成分子离子，当分子离子具有的剩余能量大于其某些化学键的键能时，的剩余能量大于其某些化学键的键能时，分子离子便发生碎裂，生成碎片离子分子离子便发生碎裂，生成碎片离子。吡啶的电离效率曲线吡啶的电离效率曲线 大部分有机物的电离大部分有机物的电离电压为电压为 7 71515eVeV 电子轰击质谱常用的电子轰击质谱常用的电离电压为电离电压为70eV 70eV 所以分子离子有较所以分子离子有较多剩余能量，能产生多剩余能量，能产生丰富的碎片离子。丰富的碎片离子。轰击电子的能量 ABCD e (气态分子气态分子)(70eV)A A+B+B ABCDABCD+(分子离子分子离子)2e2e ABCABC+D+D ABAB+C+C ABC ABC +D+D+ABAB+CD+CD ADAD+BC+BC 有机分子电离、碎裂示意图 离子源的结构简单离子源的结构简单，操作方便操作方便，方法成熟方法成熟，是经典是经典、常常规的有机物电离方法规的有机物电离方法。碎片离子提供丰富的结构信息碎片离子提供丰富的结构信息。EIEI通常得到正离子通常得到正离子，质谱图具有很好的重现性质谱图具有很好的重现性,已积累已积累了十几万张标准谱图了十几万张标准谱图（7070eVeV）,便于比对便于比对。7070eVeV的轰击电子能量使部分化合物的分子离子太弱或的轰击电子能量使部分化合物的分子离子太弱或不出现；不出现；要求样品先气化然后才能电离要求样品先气化然后才能电离，限制了应用范围限制了应用范围。EI的特点：化学电离（化学电离（Chemical IonizationChemical Ionization，CI）在离子源中引入大量的反应气体，样品直接导入离子源并气化，在大量反应气体的气氛中，灯丝发射的电子不是直接轰击样品分子而首先与反应气体分子发生作用产生反应离子，这些离子再与样品分子发生离子-分子反应实现电离。通常使用的反应气体有:甲烷、异丁烷、氨等。化学电离特点化学电离特点 反应气体离子与样品分子发生的离子反应气体离子与样品分子发生的离子-分子反应主要是质子转移，分子反应主要是质子转移，产生产生M+HM+H+离子离子,也可能发生亲电加成反应产生也可能发生亲电加成反应产生M+15M+15+,M+29,M+29+,M+43M+43+，M+18M+18+(与与NHNH4 4+)离子，少数情况下发生电荷转移，产生离子，少数情况下发生电荷转移，产生MM+离子，有时由于其他反应产生离子，有时由于其他反应产生MM-HH+。化学电离质谱属于软电离技术，由于产生的准分子离子化学电离质谱属于软电离技术，由于产生的准分子离子M+HM+H+过过剩的能量小，又是偶电子离子，比较稳定，较少进行碎裂反应，剩的能量小，又是偶电子离子，比较稳定，较少进行碎裂反应，因此准分子离子的强度较高，便于推算分子量，对分子结构不太因此准分子离子的强度较高，便于推算分子量，对分子结构不太稳定的化合物，化学电离质谱与电子轰击质谱形成较好的互补关稳定的化合物，化学电离质谱与电子轰击质谱形成较好的互补关系系 CI质谱图不能用于峰的匹配性比较 化学电离时样品必须先气化，所以未能解决难气化和热不稳定化化学电离时样品必须先气化，所以未能解决难气化和热不稳定化合物的分析问题合物的分析问题 电喷雾质谱（电喷雾质谱（Electrospary Mass Electrospary Mass SpectrometrySpectrometry，ESI）电喷雾质谱特点电喷雾质谱特点 电喷雾质谱是一种电喷雾质谱是一种“软电离软电离”技术，主要用于技术，主要用于难挥发、热稳定性较差的极性化合物分析。难挥发、热稳定性较差的极性化合物分析。电喷雾通常要选择合适的溶剂。极性溶剂如电喷雾通常要选择合适的溶剂。极性溶剂如甲甲醇和已腈醇和已腈都有助于样品分子电离，十分适合于电都有助于样品分子电离，十分适合于电喷雾电离；其他适用的溶剂还包括：二氯甲烷、喷雾电离；其他适用的溶剂还包括：二氯甲烷、三氯甲烷甲醇混合物、二甲基亚砜（三氯甲烷甲醇混合物、二甲基亚砜（DMSODMSO）、）、四氢呋喃（四氢呋喃（THFTHF）、丙酮及二甲基甲酰胺。不适）、丙酮及二甲基甲酰胺。不适合合ESIESI的溶剂有：烃类（如正己烷）、芳香族化的溶剂有：烃类（如正己烷）、芳香族化合物及其他非极性溶剂合物及其他非极性溶剂 电喷雾质谱特点电喷雾质谱特点 小分子化合物的电喷雾质谱（小分子化合物的电喷雾质谱（ESIESI）容易得到）容易得到M+HM+H+、M+NaM+Na+、M+KM+K+、2M+H2M+H+、2M+Na2M+Na+、2M+K2M+K+、M+NHM+NH4 4+或或MM-HH-等单电荷离子，选择等单电荷离子，选择相应的正离子或负离子检测，就可得到物质的分相应的正离子或负离子检测，就可得到物质的分子量子量 生物大分子如蛋白质、肽类、氨基酸和核酸则容生物大分子如蛋白质、肽类、氨基酸和核酸则容易得到多电荷离子，如易得到多电荷离子，如M+nHM+nHn+n+、M+nNaM+nNan+n+、MM-nHnHn n-,并且所带电荷数随分子量的增大而增并且所带电荷数随分子量的增大而增加。通过数据处理系统或通过公式计算能够得到加。通过数据处理系统或通过公式计算能够得到样品的分子量样品的分子量 大气压化学电离（大气压化学电离（Atomspheric Presure Atomspheric Presure Chemical IonizationChemical Ionization，APCIAPCI）和电喷雾类似，样品溶液由蠕动泵输送，和电喷雾类似，样品溶液由蠕动泵输送，由具有雾化气套管的不锈钢毛细管流出，被大由具有雾化气套管的不锈钢毛细管流出，被大流量的氮气流雾化，加热管加以较高温度使样流量的氮气流雾化，加热管加以较高温度使样品溶液通过加热管时被气化。在加热管端口进品溶液通过加热管时被气化。在加热管端口进行电晕尖端放电，溶剂分子首先被电离，与化行电晕尖端放电，溶剂分子首先被电离，与化学电离类似形成反应气等离子体，样品分子在学电离类似形成反应气等离子体，样品分子在穿过等离子体时通过质子转移被电离形成穿过等离子体时通过质子转移被电离形成M+HM+H+或或MM-HH-离子，并进入质量分析器。离子，并进入质量分析器。大气压化学电离特点大气压化学电离特点 大气压化学电离也是一种大气压化学电离也是一种“软电离软电离”技术，技术，较易得到样品分子量信息较易得到样品分子量信息 适用于分析非极性或中等极性的有机化合物适用于分析非极性或中等极性的有机化合物 快原子轰击电离快原子轰击电离 （Fast Atom Bombardment Ionizationg FAB）二次离子质谱二次离子质谱 （Secondary Ionization Mass Spectrometery SIMS）原子枪样品质量分析器Ar(6-10KV)Ar+样品被混合在粘稠液体基质中涂样品被混合在粘稠液体基质中涂于靶上于靶上 高能量的高能量的ArAr+进入充满氩气的原进入充满氩气的原子枪子枪，在原子枪内在原子枪内ArAr+与与ArAr发生电发生电荷交换荷交换，产生高能量的中性产生高能量的中性ArAr原子原子束对样品靶进行轰击使样品分子离束对样品靶进行轰击使样品分子离子化子化 二次离子质谱使用的是离子束二次离子质谱使用的是离子束。由铯灯丝产生由铯灯丝产生CsCs+离子束离子束，经加速经加速后打在涂有样品的靶上后打在涂有样品的靶上，使之产生使之产生二次离子二次离子 快原子轰击（快原子轰击（FABFAB）是一种软电离技术。特别适合于高极性、难）是一种软电离技术。特别适合于高极性、难气化、大分子量以及热稳定性差的样品分析，适用于药物、金属气化、大分子量以及热稳定性差的样品分析，适用于药物、金属有机化合物和多肽和蛋白质中氨基酸序列的测定。有机化合物和多肽和蛋白质中氨基酸序列的测定。产生准分子离子峰产生准分子离子峰M+HM+H+(质子转移质子转移)、M+NaM+Na+（若有金属盐存（若有金属盐存在），还可能与基质加合产生加合离子在），还可能与基质加合产生加合离子M+G+HM+G+H+（G G为基质分为基质分子）。还会产生一定的碎片离子，提供结构信息。子）。还会产生一定的碎片离子，提供结构信息。由于样品需溶解或分散在高沸点的基质材料中（甘油、三乙醇胺、由于样品需溶解或分散在高沸点的基质材料中（甘油、三乙醇胺、聚乙二醇），基质会产生相应的峰，谱图中总是存在大量的基质聚乙二醇），基质会产生相应的峰，谱图中总是存在大量的基质离子峰，特别在低质荷比端有离子峰，特别在低质荷比端有 GGHH 、2G2GHH、GGNaNa 等等基质形成的干扰离子，使得到的谱图比较复杂，背景干扰较基质形成的干扰离子，使得到的谱图比较复杂，背景干扰较大大 。快原子轰击法和二次离子质谱快原子轰击法和二次离子质谱法特点法特点 基质辅助激光解析电离基质辅助激光解析电离 (Matrix(Matrix assisted assisted Laser DesorptionLaser Desorption IonizationIonization，MALDI)MALDI)将样品分散于基质中形成共结晶薄膜将样品分散于基质中形成共结晶薄膜,用一定波长的脉冲式激光用一定波长的脉冲式激光照射样品与基质照射样品与基质，基质分子从激光中吸收能量传递给样品分子基质分子从激光中吸收能量传递给样品分子，使样品分子瞬间进入气相并电离使样品分子瞬间进入气相并电离。最常用的基质是烟酸和芥子最常用的基质是烟酸和芥子酸酸 。MALDIMALDI主要通过质子转移得到单电荷离子主要通过质子转移得到单电荷离子M M+和和M+HM+H+，也会与基也会与基质产生加合离子质产生加合离子，有时也会得到多电荷离子有时也会得到多电荷离子。由于这些离子的过由于这些离子的过剩能量很少剩能量很少，因此较少产生碎片离子因此较少产生碎片离子。(MALDI)(MALDI)能使一些难电离的化合物电离能使一些难电离的化合物电离，特别是生物大分子化合特别是生物大分子化合物：蛋白质物：蛋白质、核酸和肽类化合物的分析获得成功核酸和肽类化合物的分析获得成功，现已测得分子现已测得分子量高达量高达30304040万的蛋白质万的蛋白质。由于应用脉冲式激光由于应用脉冲式激光，MALDIMALDI特别适合与飞行时间质谱特别适合与飞行时间质谱（TOFTOF）相相配配，也可以与傅立叶变换质谱联用也可以与傅立叶变换质谱联用 。MALDIMALDI的缺点是由于使用基质的缺点是由于使用基质，会产生背景干扰会产生背景干扰 。场解吸电离（场解吸电离（Field DesorptionField Desorption，FDFD）将样品涂布在表面经活化有微探针的发射丝上，在将样品涂布在表面经活化有微探针的发射丝上，在离子源内，发射丝通弱电流，样品分子从发射体上获离子源内，发射丝通弱电流，样品分子从发射体上获得能量并解吸，扩散到高场强的发射区进行离子化。得能量并解吸，扩散到高场强的发射区进行离子化。FDFD通常得到分子离子峰通常得到分子离子峰M M+，而而M+HM+H+丰度较低丰度较低，只只有一些极性较强的化合物会出现较强的有一些极性较强的化合物会出现较强的M+HM+H+峰；峰；由于多余的能量很少由于多余的能量很少，所以碎片离子峰非常少所以碎片离子峰非常少。不需要样品气化，因此，特别适合于难气化和热稳不需要样品气化，因此，特别适合于难气化和热稳定性差的固体样品的分析，在天然产物的研究上有广定性差的固体样品的分析，在天然产物的研究上有广泛应用；也可用于混合物直接分析泛应用；也可用于混合物直接分析 。由于不用基质由于不用基质，几乎没有背景干扰几乎没有背景干扰。操作复杂操作复杂，难度大难度大。m/z371m/z371是是MMNaNa+峰，与它相隔峰，与它相隔1414个质量个质量数的其余离子峰分别碳链长度为数的其余离子峰分别碳链长度为C C7 7C C1616烷基烷基苯磺酸钠。苯磺酸钠。十二烷基苯磺酸钠的FDMS 质量分析器质量分析器 质量分析器是质谱仪的核心部分，它的作用质量分析器是质谱仪的核心部分，它的作用是将离子源内得到的离子按质荷比分离并送是将离子源内得到的离子按质荷比分离并送入检测器检测入检测器检测 质谱仪的类型就是按质量分析器来划分的质谱仪的类型就是按质量分析器来划分的 单聚焦质谱仪单聚焦质谱仪 双聚焦质谱仪双聚焦质谱仪 离子阱质谱仪离子阱质谱仪 飞行时间质谱仪飞行时间质谱仪 四极杆质谱仪四极杆质谱仪 磁场质量分析器磁场质量分析器 离子阱质量分析器离子阱质量分析器 飞行时间质量分析器飞行时间质量分析器 四极质量分析器四极质量分析器 质量分析器类型质量分析器类型 质谱仪类型质谱仪类型 扇形磁场质量分析器扇形磁场质量分析器 离子源检测器扇形电场狭缝扇形磁场扇形磁场质量分析器分单聚焦和双聚焦两种，扇形磁场质量分析器分单聚焦和双聚焦两种，它们的不同之处是：单聚焦质量分析器是由扇它们的不同之处是：单聚焦质量分析器是由扇形磁场组成，双聚焦质量分析器由扇形磁场和形磁场组成，双聚焦质量分析器由扇形磁场和扇形电场组成扇形电场组成 双聚焦质量分析器双聚焦质量分析器具有能达到具有能达到1000010000以上的高分辨率以上的高分辨率 四极质量器四极质量器(Quadrupole Mass Analyzer)r0离子束检测器(U+Vcost)-(U+Vcost)四极质量分析器又称四极滤质器四极质量分析器又称四极滤质器 四极质量分析器的体积小、结构简四极质量分析器的体积小、结构简单单,是应用最广的质谱计；是应用最广的质谱计；扫描速度快，特别适合与色谱联用扫描速度快，特别适合与色谱联用 四极质量分析器可以自身串联构成四极质量分析器可以自身串联构成串联质谱仪，还可以与其他质量分串联质谱仪，还可以与其他质量分析器串联构成串联质谱仪析器串联构成串联质谱仪 不需要使用狭缝分离，具有较高的不需要使用狭缝分离，具有较高的灵敏度灵敏度 分辨率不够高，检测的分辨率不够高，检测的m/z5000um/z5000u 飞行时间质量分析器飞行时间质量分析器(Time of Flight，TOF)飞行时间质量分析器的核心是漂移管，它的原理是：离子源中产生的离飞行时间质量分析器的核心是漂移管，它的原理是：离子源中产生的离子经一脉冲电压同时引出离子源，由加速电压子经一脉冲电压同时引出离子源，由加速电压V V加速后具有相同的动能加速后具有相同的动能到达漂移管到达漂移管,质荷比不同的离子因飞行速度不同，经过同一距离后到达质荷比不同的离子因飞行速度不同，经过同一距离后到达检测器所需时间也不同，从而把不同质荷比的离子分离检测器所需时间也不同，从而把不同质荷比的离子分离 。采用二级加速或离子反射技术能使分辨率大大采用二级加速或离子反射技术能使分辨率大大提高提高 TOF的特点 分辨率高，可做高分辨测定；分辨率高，可做高分辨测定；飞行时间质谱计对检测离子的质量是没有飞行时间质谱计对检测离子的质量是没有上限的，特别适用于生物大分子的测定；上限的，特别适用于生物大分子的测定；由于采用没有狭缝，因而灵敏度高，而且由于采用没有狭缝，因而灵敏度高，而且不同质荷比的离子同时检测，适合作串联质不同质荷比的离子同时检测，适合作串联质谱的第二级；谱的第二级；扫描速度快，适合于研究极快的过程，也扫描速度快，适合于研究极快的过程，也适合与色谱联用；适合与色谱联用；分辨率随质荷比的增加而降低分辨率随质荷比的增加而降低。离子阱质量分析器（离子阱质量分析器（Ion Ttap）环形电极盖端电极离子阱自身可作串联质谱，只是它是离子阱自身可作串联质谱，只是它是“时间时间”上的串联上的串联 灵敏度高，检测的质量范围大，可达灵敏度高，检测的质量范围大，可达6000u 6000u 若采用外部离子源，所得谱图便于与若采用外部离子源，所得谱图便于与标准谱比较，但若采用阱内直接电离标准谱比较，但若采用阱内直接电离方式，得到的质谱图与标准谱有一定方式，得到的质谱图与标准谱有一定差别，难于比较。差别，难于比较。可与色谱联机可与色谱联机 傅里叶变换离子回旋共振质量分傅里叶变换离子回旋共振质量分析器（析器（FTFT-ICRICR）傅立叶变换离子回旋共振具有很高的分辨率，傅立叶变换离子回旋共振具有很高的分辨率，在在m=1000um=1000u时，仪器的分辨率可达时，仪器的分辨率可达1 1 10106 6，远远超，远远超过其他质谱计，在一定的频率范围内，只要有足过其他质谱计，在一定的频率范围内，只要有足够长的时间采样，就能获得高分辨结果；够长的时间采样，就能获得高分辨结果；傅立叶变换质谱计一般采用外电离源，可采用傅立叶变换质谱计一般采用外电离源，可采用各种电离方式，也便于与色谱联用。各种电离方式，也便于与色谱联用。傅立叶变换质谱计的质量范围与磁场强度成正傅立叶变换质谱计的质量范围与磁场强度成正比，可分析分子量非常大的化合物。比，可分析分子量非常大的化合物。串联质谱串联质谱 串联质谱是将多个质量分析器依次相连，理论上可以实现串联质谱是将多个质量分析器依次相连，理论上可以实现n=2n=29 9级的串联，实际应用中多为级的串联，实际应用中多为2 23 3级的串联，尤以二级串级的串联，尤以二级串联质谱（联质谱（MS/MSMS/MS）为最多。）为最多。常见的几种系统：（常见的几种系统：（1 1）串联四极杆质谱；（）串联四极杆质谱；（2 2）磁质谱与四）磁质谱与四极杆质谱串联；（极杆质谱串联；（3 3）双聚焦扇形磁质谱；（）双聚焦扇形磁质谱；（4 4）四极杆质谱）四极杆质谱与飞行时间质谱串联，这些被称为空间序列质谱与飞行时间质谱串联，这些被称为空间序列质谱/质谱仪；离质谱仪；离子阱和傅立叶离子回旋共振质谱可以先选择储存某一子阱和傅立叶离子回旋共振质谱可以先选择储存某一m/zm/z的离的离子，再观察其反应，而不需要与其他质量分析器串联，自身子，再观察其反应，而不需要与其他质量分析器串联，自身就可实现质谱就可实现质谱/质谱的串联，这二种被称为时间序列质谱质谱的串联，这二种被称为时间序列质谱/质质谱仪。谱仪。Q-TOF(MS/MS)电子倍增器的工作原理电子倍增器的工作原理 由离子收集器、放大器及记录器构成。由离子收集器、放大器及记录器构成。常用的离子收集器有常用的离子收集器有Faraday筒接收器筒接收器、电子电子倍增管、倍增管、光电倍增管以及微通道管。光电倍增管以及微通道管。离子检测系统 由接口、计算机、软件构成由接口、计算机、软件构成 不仅用作数据采集、存储、处理、检索和仪器的不仅用作数据采集、存储、处理、检索和仪器的自动控制，而且还拓展了质谱仪的功能。自动控制，而且还拓展了质谱仪的功能。计算机控制与数据处理系统 分子量测定分子量测定 分子式（元素组成式）确定分子式（元素组成式）确定 分子结构式的验证分子结构式的验证 质谱应用及解析 正戊烷的电子轰击质谱图正戊烷的电子轰击质谱图 基峰基峰 分子离子峰 碎片离子 质谱表示方式（图或表）离子质荷比离子质荷比（m/z）相对强度相对强度(%)离子质荷比离子质荷比(m/z)相对强度相对强度(%)15 3.2 41 50 26 2.8 42 68 27 35 43 100 28 4.3 44 3.5 29 30 57 15 30 1.7 58 1.1 39 12 72 9 40 1.3 73 0.5 正戊烷的电子轰击质谱表 在在EIEI谱中大多数为单电荷离子谱中大多数为单电荷离子,其离子的质荷其离子的质荷比在数值上等于离子的质量。因此从比在数值上等于离子的质量。因此从EIEI谱中找到谱中找到分子离子峰，也就确定分子量。分子离子峰，也就确定分子量。由于分子离子是分子电离而尚未碎裂的离子，由于分子离子是分子电离而尚未碎裂的离子，因此应为因此应为EIEI谱中质量数最大的峰（不考虑同位素谱中质量数最大的峰（不考虑同位素离子），一般出现在谱的最右端。离子），一般出现在谱的最右端。由由EIEI谱确定分子量谱确定分子量 分子量和分子式的确定分子量和分子式的确定 最重要的一种离子，其质荷比为分子量；最重要的一种离子，其质荷比为分子量；是奇电子离子；是奇电子离子；并非所有的有机物的分子离子都能出现。并非所有的有机物的分子离子都能出现。分子离子（M+）必须是谱图中最高质量的离子必须是谱图中最高质量的离子(不考虑不考虑同位素离子同位素离子)必须是一个必须是一个奇电子离子奇电子离子；质荷比的奇偶性必须符合质荷比的奇偶性必须符合氮规则氮规则；有合理的中性丢失；有合理的中性丢失；其丰度与化合物类型匹配。其丰度与化合物类型匹配。分子离子峰的判别标准 若一个化合物中不含氮或含偶数个氮原子，其若一个化合物中不含氮或含偶数个氮原子，其分子离子的质量一定是偶数；若分子中含奇数分子离子的质量一定是偶数；若分子中含奇数个氮原子，则其分子量一定是奇数。个氮原子，则其分子量一定是奇数。例如：例如：CHCH4 4 C C2 2H H5 5OH HOH H2 2NCHNCH2 2CHCH2 2NHNH2 2 分子离子质量分别为分子离子质量分别为1616、4646、6060，CHCH3 3NHNH2 2、C C5 5H H5 5N N 分子离子质量分别为分子离子质量分别为3131、7979 氮规则 分子离子与最靠近它的高质量碎片离子之间有一个合理的分子离子与最靠近它的高质量碎片离子之间有一个合理的中性碎片的丢失，是判断分子离子峰的重要依据。一般情中性碎片的丢失，是判断分子离子峰的重要依据。一般情况下况下M15(MCH3)、M17(MOH)、M18(MH2O)、M31(MOCH3)等都是合理的。等都是合理的。如质量差在如质量差在414，2125的区域内是不合理，原先假定的的区域内是不合理，原先假定的分子离子是错误的。因为有机化合物分子不含这些质量数分子离子是错误的。因为有机化合物分子不含这些质量数的基团，的基团，M14也是较少见的，一般情况下是由同系物引也是较少见的，一般情况下是由同系物引起的。起的。合理的中性丢失 当离子元素组成已知时，可用环加双键公式判别。当离子元素组成已知时，可用环加双键公式判别。对分子式对分子式CxHyNzOn的化合物的化合物，不饱和度可用公式计不饱和度可用公式计算：算：UN=UN=1 1+(+(2 2x x-y+z)/y+z)/2 2 计算值为整数计算值为整数 则该离子为则该离子为奇电子离子奇电子离子 计算值为半整数计算值为半整数 则该离子为则该离子为偶电子离子偶电子离子 奇电子离子的判别 分子离子峰的强度和分子离子的结构稳定性有关分子离子峰的强度和分子离子的结构稳定性有关 下列化合物下列化合物EIEI谱中通常有显著的分子离子峰，谱中通常有显著的分子离子峰，M稳定性次序稳定性次序大致为：芳香族化合物大致为：芳香族化合物 共轭多烯化合物共轭多烯化合物 脂环化合物脂环化合物 有机硫有机硫醚，硫酮醚，硫酮 短直链烷烃短直链烷烃 硫醇；硫醇；下列化合物通常能显示分子离子峰，按给出分子离子峰能力依下列化合物通常能显示分子离子峰，按给出分子离子峰能力依次递减的次序为：酮次递减的次序为：酮 醛醛 胺胺 酯酯 醚醚 羧酸羧酸 酰胺卤化物；酰胺卤化物；高支链化合物、腈、分子量较大的脂肪醇、胺、缩醛、亚硝酸高支链化合物、腈、分子量较大的脂肪醇、胺、缩醛、亚硝酸酯、硝基化合物的酯、硝基化合物的EI谱中分子离子峰丰度很低且有时看不到。谱中分子离子峰丰度很低且有时看不到。分子离子峰的强度和化合物结构分子离子峰的强度和化合物结构类型的关系类型的关系 降低电子轰击能量降低电子轰击能量 使用使用“软电离软电离”技术技术制备衍生物制备衍生物 采用软电离技术如采用软电离技术如CICI、FIFI、FDFD、ESIESI等，有机分等，有机分子在实现软电离后，大多数情况下谱图中仅出现分子在实现软电离后，大多数情况下谱图中仅出现分子离子峰或准分子离子峰，很少产生碎片离子峰，子离子峰或准分子离子峰，很少产生碎片离子峰，因此通过解析软电离谱，则可快速地确定分子量。因此通过解析软电离谱，则可快速地确定分子量。制备衍生物制备衍生物 （甲酯化等（甲酯化等)测定分子量的其他技术测定分子量的其他技术 在在CICI质谱中经常出现质谱中经常出现M+HM+H+峰，若以甲烷为反应气体，往峰，若以甲烷为反应气体，往往还会产生往还会产生M+CM+C2 2H H5 5+和和M+CM+C3 3H H7 7+，使用异丁烷时会产生，使用异丁烷时会产生M+CM+C4 4H H9 9+，使用氨气时会产生，使用氨气时会产生M+NHM+NH4 4+，有时会产生，有时会产生MMHH+。在在FABFAB的正离子质谱中经常出现的正离子质谱中经常出现M+HM+H+峰，金属离子与有峰，金属离子与有机化合物结合形成的加合离子有较强的强度，可帮助判断机化合物结合形成的加合离子有较强的强度，可帮助判断分子离子常用的金属离子是碱金属离子，如分子离子常用的金属离子是碱金属离子，如K K+，NaNa+，LiLi+，若在制样时同时加入若在制样时同时加入NaClNaCl和和LiClLiCl，会产生一对，会产生一对M+NaM+Na+和和M+LiM+Li+加合离子，加合离子，mm1616，通过这对准