第五章MS-1质谱

该方法适合于大分子如蛋白质、核酸等的质谱分析。
7. 电喷雾电离（electrospray ionization，ESI）
带正电荷的液滴
注射器
进样器
加上3~5KV的正电压
泵
样品
多电荷离子
质量分析器
强静电场
溶剂
接地电极
该方法适合于分析极性强、热稳定性差的大分子如
蛋白质、多肽、1.糖溶剂类等的质2.谱带电分液 析。
挥发
滴裂分 1, 2
[M + nH]+
大气压化学电离（APCI）与ESI相似，可相互补充。
2002年诺贝尔化学奖 生物大分子进行识别和结构分析
约翰·芬恩
田中耕一
对生物大分子进行质谱分析的 “软解吸附作用电离法”
库尔特·维特里希
开发出了用来确定溶液中生物 大分子三维结构的核磁共振技术
5.1.4 质量分析器
第五章 质谱
5.1 质谱的基本知识
5.1.1 定义：
使待测的样品分子气化，用具有一定能量的 电子束（或具有一定能量的快速原子）轰击气态分 子，使气态分子失去一个电子而成为带正电的分子 离子。分子离子还可能断裂成各种碎片离子，所有 的正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。
e CH4 CH5 + +
CH4 +· CH4 CH5 + + C·H3
RH
RH2+ + CH4
(M+1)
灯丝 EI
收集电极 CI
CI法可以得到较强的分子离子（M+1）
3. 场致电离（field ionization，FI）
可得到稳定的分子离子峰
4. 场致解吸电离（field desorption，FD）
当被加速的离子进入磁分析器时，磁场再对离子进行作用，让每
一个离子按一定的弯曲轨道继续前进。其行进轨道的曲率半径决
定于各离子的质量和所带电荷的比值m/z。此时由离子动能产生的
离心力(mv2/R)与由磁场产生的向心力(Hzv)相等：
mv2 Hzv R
由此式得：
v RHz m
(2)
其中：R为曲率半径
丁 酮 的 质 谱 图
5.1.6 质谱术语
基峰：质谱图中离子强度最大的峰，规定其相对强度（RI）
或相对丰度（RA）为100。
精确质量：低分辨质谱中离子的质量为正数，高分辨质谱给
出分子离子或碎片离子的精确质量，其有效数字视 质谱计的分辨率而定。
CO、N2、C2H4 的精确质量依次为： 27.9949、28.0062、28.0313
5.1.3.2 进样系统
样品量一般在10ug以下 进样方式：
直接进样 色谱进样
GC/MS
联用仪器（ THE GC/MS PROCESS ）
1.0 DEG/MI
N
Sample
DC AB
Sample
HEWLETT PACKARD
5890
Gas Chromatograph (GC)
B
A
CD
Separation
5.1.2 基本原理
质谱仪示意图
供电系统
进样系统
离子源
质量分析器
真空系统
离子检测器 记录仪
M
电子流 -e
M +·
m1+ 、m2+ 、m3+ ···
质谱仪示意图
离子生成后，在质谱仪中被电场加速。加速后其动能和位能相等
即：
1 mv2 zV (1)
2
其中 m: 离子质量；v: 离子速度；z: 离子电荷；V: 加速电压
5.1.7 质谱中的各种离子
1. 分子离子
分子被电子束轰击失去一个电子形成的离子称为分子离子。 分子离子用 M+• 表示。分子离子是一个游离基离子。
在质谱图上，与分子离子相对应的峰为分子离子峰。
O C CH3
ห้องสมุดไป่ตู้-e
O ·+ C CH3
or
M +·
+O· C CH3
M +·
分子离子峰是否出现决定于它的稳定性，只要分子离子中的正 电荷可以被分散，则可使分子离子稳定，分散程度越大，分子 离子越稳定。
收集电极 S
磁体 离子
磁体
加速电场 质量分析器
EI法可以使很多的有机化合物产生分子离子的同时， 产生相当多的碎片离子。
2. 化学电离（chemical ionization，CI）
在离子化室中用电子流轰击反应气体甲烷，生成相应的离子， 再让离子与所测样品进行离子—分子反应，得到样品的分子离 子（M+1）。
HEWLETT 5972A PACKARD
Mass Selective
Detector
Mass Spectrometer (MS)
A B C D
Identification
HPLC/MS
5.1.3.3 离子源
1. 电子流轰击电离（electron impact, EI）
灯丝
电子流能量为70eV 离子化室温度为220C 排斥电极
1. 单个扇形磁场组成的单聚焦质量分析器
分辨率较低
2. 扇形静电场和扇形磁场组成的双聚焦质量分析器
分辨率高，适用于高分辨质谱（HRMS）的分析
3. 四极杆质量分析器
分辨率低，常用与组成 色—质联用仪和串连质谱
4. 飞行时间质谱（TOF）
灯丝
磁体
加 速电 场
V
排 斥电 极
离子
漂移管 L
收 集电 极 S
H为磁场强度
代入(1)式得：
m / z H 2R2 2V
这就是质谱的基本方程
5.1.3 质谱仪
质谱仪器主要由真空系统、 进样系统、离子源、加速 电场、质量分析器、收集 和记录装置组成。
5.1.3.1 真空系统
整个系统都为高真空， 离子源： 10-610-7 mmHg 质量分析器:10-710-8 mmHg。
e m/z 78
分子离子峰的应用： 分子离子峰的质荷比就是化合物的相对分子质量，所以，
用质谱法可测分子量。
磁体
检测器
仪器分辨率不高，质量范围宽，扫描速度快。
5. 傅利叶变换离子回旋共振质谱（FT—ICR）
仪器分辨率极高，测量精度好，质量范围宽，扫描速度快。
5.1.5 质谱图的组成
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（m/z）的数值，纵坐标标明各峰 的相对强度，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100。
样品不需要气化，可使很多难挥发及加热时发生分解的样品获 得稳定的分子离子峰。
5. 快原子轰击电离（fast atom barmbardment, FAB）
该方法使分子电离的能量很低，容易得到（M+1）峰，特别适 用于高极性、分子量大、难挥发和受热分解化合物的质谱测定。
6. 基质辅助激光解吸电离（matrix assisted laser desorption/ ionization， MALDI）