质谱学chap-2

第二章：质谱仪器
热分解： 带有离子型官能团，如季铵盐
有易形成氢键尤其是与探头表面形成氢键并引发分解的非离子型 官能团。 大分子量分子。 解决办法：快速升温 三种方式 束内技术(in beam) 探头内装加长毛细管，其前端伸至电子束位臵，对不稳定样品获 得更强的分子离子信号。 解吸电子轰击电离(Desorption Electron Impact, DEI) 解吸化学电离(Desorption Chemical Ionization, DEI)
基质 烟酸
性状 固体
适用波长 266nm, 2.94m,10.6m
应用 蛋白质
2,5-二羟基苯甲酸
芥子酸 -氰基-4-羟基肉桂酸 3-羟基吡啶甲酸 2-(4-羟基苯偶氮)苯甲酸 琥珀酸 间硝基苄醇 甘油 邻硝苯基辛基醚
固体
固体 固体 固体 固体 固体 液体 液体 液体
266nm, 2.94m,10.6m
对应的离子为[M+(n+1)H](n+1)+, 且两个峰均为同一蛋白质产生，则可通过
建设联立方程组来得到M和n的具体数值:
(m/z)1 (M n)/n (m/z)2 (M (n 1))/(n 1)
解方程组得到M和n。
可以编制程序将所有相关的峰进行计算并取平均值，则可得到较精确
XH2+ + CH4 XH2+ + C2H4 X+ + C2H6
化学电离离子-分子反应常见类型 质子转移反应 氢负离子转移反应 电荷交换反应 加成反应 BH+ + M BH+ + M B+ + M BH+ + M MH+ + B [M-H]+ + BH2 B + M+ [BHM]+ 或 [BMH]+
第二章：质谱仪器
三、二次离子质谱(Second Ion Mass Spectrometry,SIMS)
快原子轰击(Fast Atom Bombardment, FAB), Ar原子
快离子轰击(Fast Ion Bombardment, FIB)
Cs离子
FAB： Ar 与被加速到~20kV的Ar+进行弹性碰撞，使Ar获得相应的动能， 射向样品靶，产生轰击作用。 FIB： Cs+由CsI加热后放出来，然后通过电场加速到~20kV，射向样品 靶，产生轰击作用。
第二章：质谱仪器
一、电子轰击电离 (Electron Impact, EI)
1、组成部分 灯丝：钨、铼或铼钨丝，发射电子，电离样品 收集极：接收灯丝发射的电子 推斥极：推出产生的样品离子 永久磁铁：使电子做螺旋运动，增加电离几率
2、电离效率曲线 灯丝产生的电子被加速到70eV,保 证电离的重现性。为什么？ 电离效率随电子能量的升高而升 高，当达50eV时，基本达到最大 值，实验上设定电子能量为70eV。 此时，产生的谱图有稳定的指纹 特征。
m/z
m/z
100
70 eV
105
122
Relative Abundance
80
60
77
40
51
20
39
不同能量下获得的苯甲酸的质谱图
60 80 100 120 140
0 20 40
m/z
二、化学电离 (Chemical Ionization, CI)
第二章：质谱仪器
利用反应气体的离子与样品分子相互反应， 而使样品分子离子化，本质是化学过程，故称 化学电离。 离子出品的缝隙减小，使高子室内的压力 保持在0.5-1.0Torr。 电子轰击化学电离气体，不直接作用于样 品分子。 推斥电极电压：0V，增加源内停留时间， 有利于离子-分子反应。 化学电离试剂：甲烷、异丁烷、氨气，氢 气，水、甲醇、胺等。
第二章：质谱仪器
三、气相色谱进样
1、填充色谱进样系统 色谱柱较粗，直径4~6mm 载气流速大，几十ml/min 单极喷射式玻璃分子分离器 原理：扩散能力不同 载气一般为氦气，分子小，扩散系数大。 样品分子较大，扩散系数较小。 喷射过程中，样品分子得到富集。
2、毛细管气相色谱柱进样系统 载气流速小、柱子细， 直接插入电离盒中。
第二章：质谱仪器
APCI特点 软的电离方式，样品直接从液从中拉出来的，不是蒸发，基本 不产生分解，电离过程属于离子-分子反应，与CI原理相似。 快速地适合高低含量水溶液的流动相，可作梯度分析。 单电荷峰，实现源内CID。
第二章：质谱仪器
MALDI的特点：
优点：

质量范围可达50万Da。 高灵敏度，可测至10-12~10-15摩尔。


软电离，没有或很少有碎片离子，可用于分析混合物。
可容纳毫摩尔级的盐。
缺点：

基质背景易干扰质量数1000Da以内的物质分析。
激光解析电离可能导致被分析物分解。
蛋白质组分析。
电离效率曲线
第二章：质谱仪器
电子能量对质谱图的影响
122 122 105
100
9 eV
100
20 eV
Relative Abundance
80
Relative Abundance
80
60
60
77
40
40
20
20
0 20 40 60 80 100 120 120 140
的分子量信息。这一过程称作解卷积(Deconvolution)。
第二章：质谱仪器
例 肌红蛋白电喷雾质谱图 带10~30个电荷的系列分子离子
第二章：质谱仪器
七、大气压化学电离(Atmosphere Pressure Chemical Ionization, APCI)
毛细管样品送入加热管中，该管可以达到300º C以上。 在加热管中溶剂挥发。 加热管出口处放臵电晕(Corona )放电装臵, 使挥发出来的溶剂分子 电离，形成等离子体。 等离子体与样品分子反应，生成[M＋H]+或[M－H]–准分子离子。
第二章：质谱仪器
电喷雾电离的基本过程 电场下的喷雾 带电雾滴 壳气的作用下 溶剂的蒸发 电荷的库仑作用 带电雾滴的解体 Rayleigh 极限 表面张力和库仑斥力的平衡点
Reproduced from Kebarle, P. J. Mass Spectrom. 2000, 35, 804-817.
第二章：质谱仪器
电喷雾电离产生多电荷离子：
可以用质谱仪的小的质量范围测定大的生物分子，
相当于将质谱仪的质量范围放大的n倍。
第二章：质谱仪器
多电荷离子的有关计算 对于蛋白质，产生的多电荷离子为：[M+nH]n+，系列离子 假设某一质谱峰(m/z)1对应的离子为[M+nH]n+, 另一相邻质谱峰(m/z)2
第二章：质谱仪器
一、储罐进样
包括：储气室 加热器 真空连接系统 分子漏孔 用途：特殊样品的引入，校正仪器的样品，特殊的气体样品，用 于研究的样品(如气相离子化学、反应质谱等)。
二、探头进样
用途：固体样品或高沸点液体。
三个条件： 样品在离子源中电离前必须气化 在气化过程中样品不发生或少发生热分解 样品能在离子源中维持一定的蒸气压
第二章：质谱仪器
§2.2 电离方式和离子源
种类繁多，介绍主要的几种。
API
CI Ionisation
EI
Soft No Fragments
Hard Fragments
Soft ionisation gives low fragmentation
Molecular weight determination Produces “theoretical” spectra High sensitivity (low pg levels)
第二章：质谱仪器
六、电喷雾电离(Electro-Spray Ionization, ESI)
毛细管 直径0.1~0.2mm。 喷雾电压：毛细管尖端与离子引入口之间，3~8kV。 壳气(Sheath gas), 从毛细管端与喷雾反向加热后流出。 离子通过取样锥(Skimmer)和毛细管(Capillary)传送至光学聚焦系统。
质谱学原理及应用
第二章：质谱仪器
第二章：有机质谱仪器 第二章：质谱仪器
Components of any Mass Spectrometer
Vacuum System Sample Inlet Ionisation Method Mass Analyser Detector Data System
266nm, 337nm,355nm, 2.94m 337nm,355nm 337nm,355nm 266nm, 337nm 2.94m,10.6m 266nm 2.94m,10.6m 266nm, 337nm, 355nm
蛋白质
蛋白质 蛋白质 核酸、配糖体 蛋白质、配糖体 蛋白质、核酸 蛋白质 蛋白质 合成高分子
基质：基本同FAB和FIB，还有硝化纤维素。
252Cf的主裂变产物是
适用于极性分子的分析，生物分子，多肽或蛋白质所测 定的质量高达14000Da。
第二章：质谱仪器
五、基质辅助激光解吸电离(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization, MALDI)

试样溶解或悬浮于基质中，激光 束辐射到基质和试样分子上。 基质吸收激光束能量后汽化，部 分试样分子伴随基质的汽化而解 吸。
第二章：质谱仪器
四、液体泵或液相色谱进样
目前主要与电喷雾和大气压化学电离质谱联用。 1、液体泵 进样注射器 毛细管 输送样品到电喷雾尖端 流速可控制在0.5~500l/min 适用于纯样品的分析或进行质谱研究等。