三重四级杆质谱仪原理整合完整版 ppt课件
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• 对所得的碎片离子进行质量分析。 • 碎片离子被用于对原来的分子离子的结构判断。 • 多质谱分析可用于缩氨酸顺序，碳水化合物的结构特性，
低聚核苷酸以及酯类药物类的分子等的测定。
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15
什么是碰撞诱导解离（CID）？
这是一个通过中性分子的碰撞把能量传递给离子的过程。 这种能量传递足以使分子键断裂和所选择的离子重排。
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35
为什么使用HPLC/MS/MS?
• 不需进行衍生化。 • 在单个分析中实现确认定量。 • 在复杂很脏的基体中的低检测限
• 提高实验室效率/产出率（使用固相萃取技术） • 更可靠和可值得信赖的测试结果。
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36
无基体效应(土壤)
在380微升每个土壤萃取物中注射进20微升混标
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或 空间串联的质谱/质谱
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17
时间串联多级质谱分析：通过离子阱质量分析器实现
时间串联多级质量分析是通过同一个分析器实现的，分
离出所需的离子，使之断裂，并分析碎片离子。
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18
时间串联的多级质谱: 离子阱（质谱n）
• 离子在离子阱中静电捕获（无线电频率场见下图） • 通过改变阱里的电场，从而选择特定的离子留在阱里，把
• 质谱/质谱试验能快速进行。
• 离子阱允许对碎片离子和碎片片段进 行多重质谱/质谱(aka MSn)实验，以 获得更多的结构信息。
• 另外一个优点就是它们能够富集离 子，以提供更好的离子信号。
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20
时间串联的多级质谱：缺点
• 缺乏三重四极杆（QQQ）类型的母离子扫描和和中性丢失 扫描的高灵敏度。
三重四级杆质谱仪原理
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1
内容
• 质量分析
– 基础知识 – 质量分析器的性能特点
• 分辨率 • 准确率 • 质量范围
• 多级质量分析
– 什么是多级质谱？ – 多级质谱如何工作？ – 碰撞诱导解离(CID) – 采集方式
• SRM
• MRM • QQQ的优点（选择性、灵敏度和速度
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2
质量分析: 基本基础知识
37
• Q1选择了某一特定质量的母离子，Q2碰撞池产生碎片离 子，然后在Q3中分析。此过程产生典型的质谱质谱碎片 谱图。
第一个四极杆在选择性离子监测模式，第二个在全扫描监测模式
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25
QQQ多级质谱：母离子扫描
• 在母离子扫描中，Q1测定母离子，Q3测定某个特定的 碎片离子，因此可在非常复杂的混合物中监测某种特 定的分子。
• 必须通过连续放置多个分析器来实 现空间串联的多级质谱分析。
• 对于QQQ，每个分析器有以下单独的作用： – 第一个四极杆(Q1)根据设定的质荷比范围扫描和选择所需的离 子。 – 第二个四极杆(Q2) ，也称碰撞池，用于聚集和传送离子。在所 选择离子的飞行途中，引入碰撞气体，例如氮气等。 – 第三个四极杆(Q3)用于分析在碰撞池中产生的碎片离子。
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29
采集类型：QQQ质谱仪
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30
三重四极杆: SRM 或MRM
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31
多反应监测（MRM）
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32
QQQ 应用
• 采用QQQ,分析者可以采用最少的样品制备步骤。 • 经常用于少量化合物的高通量定量分析，而 不用
于大量化合物同时高通量分析。。
• 一些例子：
•的药物 • 生物基体中的药物
• 因为空间电荷效应的影响，离子阱的 动态范围有限。因 为如果过多的离子积累在阱里，它们的电荷相斥会对仪器 的分辨率和定量分析造成有害的影响。
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21
空间串联的多级质谱：通过QQQ质量分析器完成
• 空间串联的多级质谱分析通过连续的质量分析器 实现，例如QQQ。
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22
空间串联多级质谱：QQQ
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6
一个单四极杆质谱仪
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7
四极杆质量过滤器
合成电压在两个对杆上数量是相同的，极性 是相反的。
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8
四极杆质量过滤器如何工作的？
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9
四极杆质量过滤器稳定性图表
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马修稳定图
10
选择性离子监测与全扫描对比
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11
三重四极杆与其他液相/质谱联用技术的比较
– 在质谱应用领域里三重四极杆是最灵敏和定量重现性最好 的仪器。
– 在质谱应用领域里三重四极杆在执行中性丢失扫描和母子扫描模 式具有最好的灵敏性和准确性。
三重四极杆不是最好的获取质谱图的仪器，平行测量的质谱系统 会更好些：
• 三重四极杆质谱/质谱不如离子阱质谱仪（ TRAPS ）灵敏（定性） • 三重四极杆质谱不如飞行时间质谱仪（TOF）所获取的质谱图那么 有说服力（定性）
• 在质量分析器里所产生的离子是根据他们的质荷 比(m/z).进行分离的
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3
质荷比
与小分子不同，一个更大分子的同位素质量簇中丰度最大的离子可能不 是最低同位素质量。注意这个变化是同位素分布，它将影响你分析的结果。
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4
质量分析器的性能特点
• 分辨率= M/ΔM 分辨率为200时，准确率是～2000ppm 分辨率为2500时，准确率是～100ppm
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27
QQQ多级质谱：单个反应监测(SRM)
选择某一质量的母离子，Q2碰撞单元产生碎片离子。Q3 只分析一个碎片离子。此过程产生一个简单的单个离子 碎片谱图
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28
QQQ多级质谱：多反应监测
Q1选择某一质量的母离子，碰撞单元产生碎片离子。Q3 用于搜寻多个选择反应监测，这就是多重反应监测 （MRM）。
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5
准确率（ppm级误差的例子）
一个质量为1000 道尔顿的化合物
1000 ± 2.0 Da (or ± 2000 ppm) 1000 ± 0.5 Da (or ± 500 ppm) 1000 ± 0.1 Da (or ± 100 ppm) 1000 ± 0.01 Da (or ± 10 ppm) 1000 ± 0.002 Da (or ± 2 ppm)
• 在下面的例子中，睾丸激素在母碎片（m/z 367）中碎 片m/z 97得到选择性监测，具有极高的灵敏度和精确的 定量分析。
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26
QQQ多级质谱：中性丢失扫描
在QQQ中进行中性丢失扫描，Q1和Q3分析器的结合使 灵敏度 和选择性得到最大化。Q1/Q3中性丢失扫描可监 测母离子特定的中性丢失，例如缩氨酸磷酸盐中一个磷 酸根的丢失。在这个例子中，Q1和Q3的扫描得到母离子 的谱图，这张谱图是母离子为了磷酸化，丢失了碎片98 而得到的
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12
质量分析器的性能特点
• 质量范围 – 不同类型质量分析器质荷比的范围。四极杆分析器典型 的扫描范围高达3000 m/z。
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13
多级质量分析
质谱/质谱方式的介绍
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14
多级质量分析
• 通常通过由惰性气体分子，例如氮气，氩气或氦气，碰撞 所选择的分子离子来实现的。这个过程就是所谓的碰撞诱 导解离（CID)。
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33
酸性氯代除草剂的基本知识
• 常用于除去草地和谷类农作物中阔叶杂草 • 潜在的地下水污染物 • 公众的误用 • 需要对痕量级别定量
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34
传统方法
• 液－液萃取 • 重氮甲烷衍生化 • 气相色谱方法和选择性检测器（例如电子捕获检测器） • 仪器二次运行确认 • 存在问题 • 溶剂的过量使用 • 问题数据的解释 • 甲基化试剂的安全关注
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23
空间串联多级质谱：QQQ
• QQQ质谱仪对于液相色谱－质谱/质谱应用来说是权 威的分析工具，特别是需要精确定量时。
• 可以通过三重四极杆质谱仪可以进行如下几类试验： – 子离子扫描 – 母离子扫描 – 中性丢失扫描 – 单个反应监测 – 多重反应监测
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24
QQQ多级质谱：子离子扫描
其他的排除出离子阱。 • 在与惰性气体原子（氦，氩或者氮）碰撞后，所选择的离
子被激活，所产生的更大动能使它们变成碎片。 • 所得的碎片离子通过分析后，得到碎片离子谱图。
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19
时间串联的多级质谱：优点
• 离子阱的一个优点就是它们能够分离 出某种离子，把其他的离子排除出离 子阱。
• 被分离的离子能够通过CID的方式变 成碎片然后被测定。
❖ 为什么它那么重要？
在70年代初期McLafferty (JACS, 95, 3886, 1973) 论证了从离 子观测得的键断裂和重排，表明了CID是中性分子的分子 结构的典型代表。 ❖ 结构阐述 用主要的分裂机理方式解释CID谱图。
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16
多级质谱分析
两种型号的质谱/质谱 时间串联的质谱/质谱
低聚核苷酸以及酯类药物类的分子等的测定。
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什么是碰撞诱导解离（CID）？
这是一个通过中性分子的碰撞把能量传递给离子的过程。 这种能量传递足以使分子键断裂和所选择的离子重排。
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35
为什么使用HPLC/MS/MS?
• 不需进行衍生化。 • 在单个分析中实现确认定量。 • 在复杂很脏的基体中的低检测限
• 提高实验室效率/产出率（使用固相萃取技术） • 更可靠和可值得信赖的测试结果。
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无基体效应(土壤)
在380微升每个土壤萃取物中注射进20微升混标
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或 空间串联的质谱/质谱
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时间串联多级质谱分析：通过离子阱质量分析器实现
时间串联多级质量分析是通过同一个分析器实现的，分
离出所需的离子，使之断裂，并分析碎片离子。
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18
时间串联的多级质谱: 离子阱（质谱n）
• 离子在离子阱中静电捕获（无线电频率场见下图） • 通过改变阱里的电场，从而选择特定的离子留在阱里，把
• 质谱/质谱试验能快速进行。
• 离子阱允许对碎片离子和碎片片段进 行多重质谱/质谱(aka MSn)实验，以 获得更多的结构信息。
• 另外一个优点就是它们能够富集离 子，以提供更好的离子信号。
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20
时间串联的多级质谱：缺点
• 缺乏三重四极杆（QQQ）类型的母离子扫描和和中性丢失 扫描的高灵敏度。
三重四级杆质谱仪原理
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1
内容
• 质量分析
– 基础知识 – 质量分析器的性能特点
• 分辨率 • 准确率 • 质量范围
• 多级质量分析
– 什么是多级质谱？ – 多级质谱如何工作？ – 碰撞诱导解离(CID) – 采集方式
• SRM
• MRM • QQQ的优点（选择性、灵敏度和速度
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2
质量分析: 基本基础知识
37
• Q1选择了某一特定质量的母离子，Q2碰撞池产生碎片离 子，然后在Q3中分析。此过程产生典型的质谱质谱碎片 谱图。
第一个四极杆在选择性离子监测模式，第二个在全扫描监测模式
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25
QQQ多级质谱：母离子扫描
• 在母离子扫描中，Q1测定母离子，Q3测定某个特定的 碎片离子，因此可在非常复杂的混合物中监测某种特 定的分子。
• 必须通过连续放置多个分析器来实 现空间串联的多级质谱分析。
• 对于QQQ，每个分析器有以下单独的作用： – 第一个四极杆(Q1)根据设定的质荷比范围扫描和选择所需的离 子。 – 第二个四极杆(Q2) ，也称碰撞池，用于聚集和传送离子。在所 选择离子的飞行途中，引入碰撞气体，例如氮气等。 – 第三个四极杆(Q3)用于分析在碰撞池中产生的碎片离子。
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29
采集类型：QQQ质谱仪
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30
三重四极杆: SRM 或MRM
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31
多反应监测（MRM）
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32
QQQ 应用
• 采用QQQ,分析者可以采用最少的样品制备步骤。 • 经常用于少量化合物的高通量定量分析，而 不用
于大量化合物同时高通量分析。。
• 一些例子：
•的药物 • 生物基体中的药物
• 因为空间电荷效应的影响，离子阱的 动态范围有限。因 为如果过多的离子积累在阱里，它们的电荷相斥会对仪器 的分辨率和定量分析造成有害的影响。
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21
空间串联的多级质谱：通过QQQ质量分析器完成
• 空间串联的多级质谱分析通过连续的质量分析器 实现，例如QQQ。
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22
空间串联多级质谱：QQQ
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一个单四极杆质谱仪
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7
四极杆质量过滤器
合成电压在两个对杆上数量是相同的，极性 是相反的。
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四极杆质量过滤器如何工作的？
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9
四极杆质量过滤器稳定性图表
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马修稳定图
10
选择性离子监测与全扫描对比
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11
三重四极杆与其他液相/质谱联用技术的比较
– 在质谱应用领域里三重四极杆是最灵敏和定量重现性最好 的仪器。
– 在质谱应用领域里三重四极杆在执行中性丢失扫描和母子扫描模 式具有最好的灵敏性和准确性。
三重四极杆不是最好的获取质谱图的仪器，平行测量的质谱系统 会更好些：
• 三重四极杆质谱/质谱不如离子阱质谱仪（ TRAPS ）灵敏（定性） • 三重四极杆质谱不如飞行时间质谱仪（TOF）所获取的质谱图那么 有说服力（定性）
• 在质量分析器里所产生的离子是根据他们的质荷 比(m/z).进行分离的
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质荷比
与小分子不同，一个更大分子的同位素质量簇中丰度最大的离子可能不 是最低同位素质量。注意这个变化是同位素分布，它将影响你分析的结果。
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质量分析器的性能特点
• 分辨率= M/ΔM 分辨率为200时，准确率是～2000ppm 分辨率为2500时，准确率是～100ppm
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QQQ多级质谱：单个反应监测(SRM)
选择某一质量的母离子，Q2碰撞单元产生碎片离子。Q3 只分析一个碎片离子。此过程产生一个简单的单个离子 碎片谱图
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QQQ多级质谱：多反应监测
Q1选择某一质量的母离子，碰撞单元产生碎片离子。Q3 用于搜寻多个选择反应监测，这就是多重反应监测 （MRM）。
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准确率（ppm级误差的例子）
一个质量为1000 道尔顿的化合物
1000 ± 2.0 Da (or ± 2000 ppm) 1000 ± 0.5 Da (or ± 500 ppm) 1000 ± 0.1 Da (or ± 100 ppm) 1000 ± 0.01 Da (or ± 10 ppm) 1000 ± 0.002 Da (or ± 2 ppm)
• 在下面的例子中，睾丸激素在母碎片（m/z 367）中碎 片m/z 97得到选择性监测，具有极高的灵敏度和精确的 定量分析。
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QQQ多级质谱：中性丢失扫描
在QQQ中进行中性丢失扫描，Q1和Q3分析器的结合使 灵敏度 和选择性得到最大化。Q1/Q3中性丢失扫描可监 测母离子特定的中性丢失，例如缩氨酸磷酸盐中一个磷 酸根的丢失。在这个例子中，Q1和Q3的扫描得到母离子 的谱图，这张谱图是母离子为了磷酸化，丢失了碎片98 而得到的
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质量分析器的性能特点
• 质量范围 – 不同类型质量分析器质荷比的范围。四极杆分析器典型 的扫描范围高达3000 m/z。
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多级质量分析
质谱/质谱方式的介绍
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14
多级质量分析
• 通常通过由惰性气体分子，例如氮气，氩气或氦气，碰撞 所选择的分子离子来实现的。这个过程就是所谓的碰撞诱 导解离（CID)。
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33
酸性氯代除草剂的基本知识
• 常用于除去草地和谷类农作物中阔叶杂草 • 潜在的地下水污染物 • 公众的误用 • 需要对痕量级别定量
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34
传统方法
• 液－液萃取 • 重氮甲烷衍生化 • 气相色谱方法和选择性检测器（例如电子捕获检测器） • 仪器二次运行确认 • 存在问题 • 溶剂的过量使用 • 问题数据的解释 • 甲基化试剂的安全关注
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23
空间串联多级质谱：QQQ
• QQQ质谱仪对于液相色谱－质谱/质谱应用来说是权 威的分析工具，特别是需要精确定量时。
• 可以通过三重四极杆质谱仪可以进行如下几类试验： – 子离子扫描 – 母离子扫描 – 中性丢失扫描 – 单个反应监测 – 多重反应监测
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24
QQQ多级质谱：子离子扫描
其他的排除出离子阱。 • 在与惰性气体原子（氦，氩或者氮）碰撞后，所选择的离
子被激活，所产生的更大动能使它们变成碎片。 • 所得的碎片离子通过分析后，得到碎片离子谱图。
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时间串联的多级质谱：优点
• 离子阱的一个优点就是它们能够分离 出某种离子，把其他的离子排除出离 子阱。
• 被分离的离子能够通过CID的方式变 成碎片然后被测定。
❖ 为什么它那么重要？
在70年代初期McLafferty (JACS, 95, 3886, 1973) 论证了从离 子观测得的键断裂和重排，表明了CID是中性分子的分子 结构的典型代表。 ❖ 结构阐述 用主要的分裂机理方式解释CID谱图。
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16
多级质谱分析
两种型号的质谱/质谱 时间串联的质谱/质谱