质谱
质谱基础知识汇总
质谱基础知识汇总(精华版)质谱，即质量的谱图，物质的分子在高真空下，经物理作用或化学反应等途径形成带电粒子,某些带电粒子可进一步断裂，形成离子，质谱的离子可以质谱的核心内容，今天就和大家聊一聊质谱使用者都应该知道的离子。
质谱，物质的分子在高真空下，经物理作用或化学反应等途径形成带电粒子, 某些带电粒子可进一步断裂，形成离子，每一离子的质量与所带电荷的比称为质荷比(m/z,曾用m/e)，不同质荷比的离子经质量分离器一一分离后，由检测器测定每一离子的质荷比及相对强度，由此得出的谱图称为质谱。
不同离子的概念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。
在质谱图中与分子离子相对应的峰为分子离子峰。
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。
2、同位素离子含有同位素的离子称为同位素离子。
在质谱图上,与同位素离子相对应的峰称为同位素离子峰。
3、碎片离子分子离子在电离室中进一步发生键断裂生成的离子称为碎片离子。
4、重排离子经重排裂解产生的离子称为重排离子。
其结构并非原来分子的结构单元。
在重排反应中，化学键的断裂和生成同时发生, 并丢失中性分子或碎片。
5、奇电子离子与偶电子离子具有未配对电子的离子为奇电子离子。
这样的离子同时也是自由基，具有较高的反应活性。
无未配对电子的离子为偶电子离子。
6、多电荷离子分子中带有不止一个电荷的离子称为多电荷离子。
当离子带有多电荷离子时，其质核比下降，因此可以利用常规的四极质量分析器来检测大分子量化合物。
7、亚稳离子从离子源出口到检测器之间产生的离子。
即在飞行过程中发生裂解的母离子。
由于母离子中途已经裂解生成某种离子和中性碎片，记录器中只能记录这种离子，也称这种离子为亚稳离子，由它形成的质谱峰为亚稳峰。
8、准分子离子比分子量多或少 1 质量单位的离子称为准分子离子，如：(M+H)+，(M-H)+。
什么是质谱
什么是质谱
质谱是一种与光谱并列的谱学方法，通常意义上是指广泛应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。
它是一种测量离子质荷比（质量-电荷比）的分析方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。
在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。
质谱
可得到[M+17]+和[M+29]+的正离子，而碎片离子峰的种类较少，
所以质谱图大为简化，容易解析。
3．快速原子轰击源(FAB)
快速原子轰击源是最早用来研究生物分子的一种方 法。一束高能粒子，如氩、氙原子，射向存在于液态基质 中的样品分子而得到样品离子，这样可以得到提供相对分 子质量信息的准分子离子峰和提供化合物结构信息的碎片 峰。FAB只能产生单电荷离子，因此不适用于分析相对分子
质谱的主要用途：
（1）测分子量 （2）化合物的实验式和混合物的含量 （3）配合其它手段测结构 （4）同位素分范围广。质谱仪种类很多，按用途分为同位素 质谱仪，无机质谱仪和有机质谱仪三种。样品可以 是无机物，也可以是有机化合物。被分析的样品既 可以是气体和液体，也可以是固体。
1．单聚焦质量分析器
它由加速电场、磁铁、质量分离器管、出射狭缝 及真空系统组成。在单聚焦分析器中，离子源产生的离 子在进入加速电场前，其初始能量并不为零，而且由于 最初样品分子动能的自然分布以及离子源内电场不均匀
等原因，造成其初始能量各不相同，即使是m/z相同的
离子，其初始能量也有差别，导致m/z相同的离子，最 后不能全部聚焦在一起，所以单聚焦质量分析器的分辨 率不高。
质量超过分析器质量范围的分子。
4．电喷雾电离源(ESI)
电喷雾电离源利用位于一根毛细管和质谱仪进口间
的电势差来生成离子，在电场作用下产生以喷雾形式存在
的带电液滴。当使用干燥加热时，溶剂蒸发，液体体积缩 小，最终生成去溶剂化离子。
(三)质量分析器
质量分析器也称为滤质器。其作用是将离子源产生
的离子按照质荷比的大小分开，并使符合条件的离子飞过 此分析器，而不符合条件的离子即被过滤掉。 质量分析器的种类很多，常用的有单聚焦质量分析器、 双聚焦质量分析器等。
有机化合物波谱解析第四章 质谱(MS)
电喷雾电离的基本过程 ➢ 电场下的喷雾 ➢ 壳气的作用下 ➢ 电荷的库仑作用 ➢ Rayleigh 极限
Charged Droplets
+ ++
-
+ - -++ -
++
+ +
Evaporation
Rayleigh Limit
Reached
+ +++
+-+--+-- +++
带电雾滴 溶剂的蒸发 带电雾滴的解体 表面张力和库仑斥力的平衡点
• 氩气(Ar)在电离室依靠放电产生氩离子， 高能氩离子经电荷交换得到高能氩原子 流，氩原子打在样品上产生样品离子。 样品置于涂有底物（如甘油）的靶上。 靶材为铜，原子氩打在样品上使其电离 后进入真空，并在电场作用下进入分析 器。
• FAB的优点：
• 电离过程中不必加热气化，因此适合于 分析大分子量、难气化、热稳定性差的 样品。
B + M+
• 加成反应
• BH+ + M
[BHM]+ 或 [BMH]+
ON O N
O
(M.W. 224)
甲糖宁的EI-MS与CI-MS谱比较
化学电离源 分子离子峰
麻黄碱 电子轰击源
• 2.3 场致电离源（ Field ionization, FI） • 应用强电场(电压梯度107-108V/cm)诱导样
• 特点：高的灵敏度和专属性
•
可以测定分子量，确定化合物的
分子式。
•
用于推断化合物结构。
第一节 有机质谱仪的工作原理
质谱ppt课件
正癸烷
29 15
71 85 99 113 142
最新版整理ppt
m/z
17
3. 同位素离子
组成有机化合物的多数元素都具有天然同位素，如 C、H、O、N、S、Cl、Br等，因此，在质谱中除 了最轻同位素所形成的Ｍ峰以外，还会现一个或多 个重同位素形成的Ｍ＋１、Ｍ＋２、Ｍ＋３等，这 些峰成为同位素离子峰
最新版整理ppt
2
特点：
◆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
◆质谱是分子离子及碎片离子的质量与其相对 强度的谱, 谱图与分子结构有关
◆质谱法进样量少, 灵敏度高, 分析速度快
◆质谱是唯一可以给出分子量, 确定分子式的方
法, 而分子式的确定对化合物的结构鉴定是至关
重要。
峰外）
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14
有机化合物分子离子峰的稳定性顺序：
芳香化合物＞共轭链烯＞烯烃＞脂环化合物＞直链烷烃＞酮＞胺＞
酯＞醚＞酸＞支链烷烃＞醇．
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15
2. 碎片离子
一般有机化合物的电离能为７－13电子伏特，质谱中常 用的电离电压为70电子伏特，使分子离子的化学键进一 步断裂，产生质量数较低的各种“碎片”离子，在质谱
最常见的是麦氏重排可以发生麦氏重排的化合物， 有醛、酮、酸、酯等含C=Z的化合物（Z为O、S、N、 C等），及烯烃类和苯类化合物等。
R4 CH
H
Z
R4 C H
ZH
CH
C
R3
CH
R1
R2
CH R3
C
HC
R1
R2
化合物必须具有的结构特征最新是版整分理p子pt 中不仅有一个双
(完整版)质谱总结,推荐文档
第 5 章质谱质谱法（Mass Spectrometry, MS）是将被测物质离子化，按离子的质荷比分离，测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。
质量是物质的固有特征之一，不同的物质有不同的质量谱——质谱，利用这一性质，可以进行定性分析（包括分子质量和相关结构信息）；谱峰强度也与它代表的化合物含量有关，可以用于定量分析。
5.1质谱的基本知识5.1.1质谱仪1.质谱仪一般由四部分组成：进样系统——按电离方式的需要，将样品送入离子源的适当部位；离子源——用来使样品分子电离生成离子，并使生成的离子会聚成有一定能量和几何形状的离子束；质量分析器——利用电磁场（包括磁场、磁场和电场的组合、高频电场、和高频脉冲电场等）的作用将来自离子源的离子束中不同质荷比的离子按空间位置，时间先后或运动轨道稳定与否等形式进行分离；检测器——用来接受、检测和记录被分离后的离子信号。
一般情况下，进样系统将待测物在不破坏系统真空的情况下导入离子源（10-6～10-8mmHg），离子化后由质量分析器分离再检测；计算机系统对仪器进行控制、采集和处理数据，并可将质谱图与数据库中的谱图进行比较。
2.离子源离子源的性能决定了离子化效率，很大程度上决定了质谱仪的灵敏度。
常见的离子化方式有两种：一种是样品在离子源中以气体的形式被离子化，另一种为从固体表面或溶液中溅射出带电离子。
在很多情况下进样和离子化同时进行。
（1）电子轰击电离（EI）气化后的样品分子进入离子化室后，受到由钨或铼灯丝发射并加速的电子流的轰击产生正离子。
离子化室压力保持在10-4～10-6mmHg。
轰击电子的能量大于样品分子的电离能，使样品分子电离或碎裂。
电子轰击质谱能提供有机化合物最丰富的结构信息，有较好的重现性，其裂解规律的研究也最为完善，已经建立了数万种有机化合物的标准谱图库可供检索。
其缺点在于不适用于难挥发和热稳定性差的样品。
（2）化学电离（CI）引入一定压力的反应气进入离子化室，反应气在具有一定能量的电子流的作用下电离或者裂解。
质谱简介
质谱中离子的主要类型:
(1)分子离子 分子离子是分子失去一个电子所得到的离子，所以 其数值等于化合物的相对分子量，是所有离子峰中m/z 最大的（除了同位素离子峰外），分子离子用M 表示， 用于测定分子量。 (2)碎片离子 分子离子产生后可能具有较高的能量，将会通过进一 步碎裂或重排而释放能量，碎裂后产生的离子形成的峰 称为碎片离子峰，用于测定分子结构。
5.电喷雾电离（ESI）
ESI电离是很软的电离方法，通常没有碎片离子峰， 只有整体分子的峰。是最常用的液相离子源，适用于 极性较强的大分子有机化合物，可用于热不稳定化合 物的分析。
6.基质辅助激光解吸电离（MALDI）
通过激光束与固体样品分子的作用使其产生分 子离子和具有结构信息的碎片。 能使一些难于电离的样品电离，且无明显的碎 裂，得到完整的被分析物分子的电离产物，特别适 合生物大分子：肽类化合物、核酸等，主要与TOF 联用。 常用基质：2, 5-二羟基苯甲酸、芥子酸、烟酸等。
1 2 （1） zV mv 2
（质量m，电荷z，加速电压V）
5、当被加速的离子进入质量分析器时，磁场再对离 子进行作用（与其飞行方向垂直），使每个离子做弧 形运动。其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(Bzv)相等： (2) m 2 Bz R 将（1)、(2)合并得：
电极上加直流电压U和 射频交变电压V。当U/V一 定及场半径r固定时，对于 某一种射频频率，只有一 种m/z的离子可以顺利通过 电场区到达检测器，这种 离子称为共振离子，其它 非共振离子在运动中撞击 在圆筒电极上被过滤掉。
是一种无磁分析器，体积小，重量轻， 操作方便，扫描速度快，分辨率较高， 运用于色谱—质谱联用仪器。
质谱
一、质谱的基本原理
质谱的原理=质谱仪器的原理，不同的仪器，原理略有 差异。质谱仪一般分一下几个部分：
进样系统
离子源
质量分析器
高真空系统
检测器
数据处理显示
8
进样系统
在不破坏真空条件下，将样品引入离子源
离子源
是样品电离，形成各种离子。离子源是各类质谱仪的 重要区别部件之一。常见的离子源有：电子轰击电离源 (electron impact ionization, EI) ， 化 学 电 离 源 (chemical ionization, CI)，场电离源(field ionization)，快原子轰击电 离源(fast atom bombardment ionization)，基质辅助激光 解吸电离源(matrix assisted laser desorption ionization)， 电喷雾电离源(electrospray ionization)等
质谱分析法
（Mass Spectroscopy，MS）
1
第一节 质谱的基本原理
质谱是一种质量分析方法，类似于天平称量分析方法。但 不是直接称量，而是先将分子在一定的条件下电离形成气 态的离子，（例如分子失去1个电子后，形成分子离子； 还有可能分子被粉碎形成许多带电荷的碎片离子）。一般 情况下，这些离子都带1个正电荷，但质量却不相同，也 就是说，各种离子的质量/电荷比（简称质荷比m/z）不同。 可利用仪器（质谱分析器）将质荷比不同的离子分开，然 后利用离子检测器逐一检测。最后，通过计算机处理，给 出各种质荷比不同的离子的相对强度。
2
Sample
+ _
Ionizer
Mass Analyzer
Detector
质 谱
称为质谱方程式， 式 (8-3) 称为质谱方程式 ， 是设计质谱仪器的主 要依据。 要依据。
MS
由此式可见，离子在磁场内运动半径R与 m/z、 有关。因此只有在V m/z、H、V有关。因此只有在V及H一定的条件 下 ， 某些具有一定质荷比的正离子才能以运动 的轨道到达检测器。 半径为 R 的轨道到达检测器。
MS
设离子作圆周运动的轨道半径( 设离子作圆周运动的轨道半径( 近似为磁场曲 率半径) 则运动离心力必然和磁场力相等， 率半径)为 R ，则运动离心力必然和磁场力相等， 故
mv Hzv = R （ 8 - 2）
为磁场强度。 式中 H 为磁场强度。
2
MS
合并式( 合并式(8-1)及（8-2），可得
MS
5. 离子回旋共振傅里叶质谱仪
由于傅里叶技术的发展， 由于傅里叶技术的发展 ， 新型的 ICR-FTMS出现 与此同期发展的FT 出现， FTICR-FTMS出现，与此同期发展的FT-IR 和超导FT NMR， FT和超导 FT-NMR ， 开辟了现代有机结构 傅里叶谱学分析的新时代。 ICR傅里叶谱学分析的新时代 。 ICR-FTMS 是一种具有超高分辨率和能测定大分 子量的质谱仪器。 子量的质谱仪器。
MS
四极质谱仪的突出优点是仪器结构简 体积小，价格较便宜， 单 ， 体积小 ， 价格较便宜 ， 操作与维护容 因无磁铁作分析器，所以无磁滞效应， 易 ， 因无磁铁作分析器 ， 所以无磁滞效应 ， 扫描响应速度快， 扫描响应速度快 ， 特别适合于与气相色谱 GC的联用分析 的联用分析， GC 的联用分析 ， 适合工厂质量控制等分 析应用。 析应用。 缺点是分辨率比较低， 缺点是分辨率比较低 ， 所检测的质量一 般只在1000以内。 1000以内 般只在1000以内。
质谱-ppt
200 pg 六氯苯 71
107 142 179 214 249
60 ng 六氯苯 107 100 142 177 150 214 200 249 250
在TRACE MS EI/70获得的结果
CI谱图
Scan EI+
100
% 51 0 100 % 0
105 77 76 78 182 苯甲酮, EI
99 113
142 m/z
正癸烷
EI的优缺点
• 优点 • 1.高的灵敏度 • 2.有达10万个化合物的 数据库可快速检索 • 3.可根据碎片方式鉴定 未知物 • 4.从碎片离子判定结构 • 缺点 • 1.质量范围小 • 2.有可能汽化前发生解 离 • 3.碎片过多有时看不到 分子离子
（2）化学电离源
2 质谱仪的发展史
1912年:
40年代:
世界第一台质谱装置
质谱仪用于同位素测定
50年代： 分析石油 60年代： 研究GC-MS联用技术 70年代： 计算机引入
90年代：由于生物分析的需要，一些新的离子 化方法得到快速发展，如快原子轰击离子源， 基质辅助激光解吸电离源，电喷雾电离源，大 气压化学电离源等。 目前：出现了比较成熟的液相色谱-质谱联用 仪，感应耦合等离子体质谱仪，富立叶变换质 谱仪等。质谱分析法已广泛地应用于化学、化 工、材料、环境、地质、能源、药物、刑侦、 生命科学、运动医学等各个领域。
特点：
得到一系列准分子离子（M+1）+,（M-1）+， （M+29）+等等； CI源的的碎片离子峰少，图谱简单，易于解释； 不适于难挥发成分的分析。
甲烷 异丁烷 氨
I35 / I18 = 0.05 I57 / I43 = 1 I35 / I18 = 0.05
质谱的主要指标和定义
质谱的主要指标和定义一、质谱技术简介质谱技术是一种高灵敏度、高特异性的生物分子检测技术，通过测量样品分子在电场和磁场中的质量-电荷比，实现对样品中分子的定性和定量分析。
质谱技术广泛应用于生命科学、医学、药物研发、环境监测等领域，是现代分析化学的重要工具之一。
二、质谱的主要指标质谱的主要指标包括分辨率、灵敏度、定量范围、重现性和动态范围等。
这些指标用于描述质谱仪的性能特点，评估其在实际应用中的优劣。
1.分辨率：分辨率是指质谱仪区分相近质量数的能力。
高分辨率质谱仪能够更精确地区分相近质量数的分子，有助于区分同位素峰和其他杂峰，提高检测的准确性。
2.灵敏度：灵敏度是指质谱仪检测特定分子的能力。
高灵敏度质谱仪能够检测到更低浓度的样品分子，有助于发现低丰度表达的生物标志物，提高检测的灵敏度和可靠性。
3.定量范围：定量范围是指质谱仪能够测定的样品浓度范围。
宽的定量范围使得质谱仪能够适应不同浓度的样品，实现不同样本间的可比性分析。
4.重现性和动态范围：重现性是指质谱数据在不同时间或不同实验条件下的一致性。
高重现性能够确保实验结果的可靠性。
动态范围是指质谱仪检测不同浓度样品的能力。
宽的动态范围使得质谱仪能够适应不同浓度的样品，提高检测的准确性。
三、质谱定义质谱是一种分离和检测气相或液相样本中元素的电子或离子的方法，并通过测量这些元素的特征能量来提供有关样本组成的信息。
在质谱分析中，样本首先被离子化，然后利用离子在电场和磁场中的行为来分离和检测不同质量的离子。
通过这种方式，可以获得关于样本中存在的元素和其相对丰度的信息。
四、质谱的应用质谱技术在许多领域中都有着广泛的应用，例如：1.在环境监测领域中，质谱可以用于测量大气、水体和土壤中的污染物，如重金属、有机物和农药等。
通过分析这些污染物的种类和浓度，可以为环境保护和治理提供重要的数据支持。
2.在生命科学领域中，质谱可以用于蛋白质组学、代谢组学和糖组学的研究。
通过对生物样本进行质谱分析，可以了解生物体内各种分子的组成和变化，揭示生命活动的奥秘和疾病发生发展的机制。
质谱知识总结
第四章：质谱法第一节经验1）在正离子模式下，样品主要以[M+H]+、[M+Na]+、[M+K]+准分子离子被检测；在负离子模式下，样品则大多以[M－H]－、[M+Cl]－准分子离子被检测。
2）正离子模式下，样品还会出现M-1(M-H), M-15(M-CH3), M-18(M-H2O), M-20(M-HF), M-31(M-OCH3)等的峰。
分子离子峰应具有合理的质量丢失.也即在比分子离子质量差在4-13，21-26，37-，50-53，65，66 是不可能的也是不合理的，否则，所判断的质量数最大的峰就不是分子离子峰，.因为一个有机化合物分子不可能失去4～13个氢而不断键.如果断键,失去的最小碎片应为CH3,它的质量是15个质量单位.3）分子离子峰应为奇电子离子，它的质量数应符合氮规则：在有机化合物中，凡含有偶数氮原子或不含氮原子的，相对分子质量一定为偶数，反之，凡今吸奇数氮原子的，相对分子质量一定是奇数，这就是氮规则。
运用氮规则将有利于分子离子峰的判断和分子式的推定，经元素分析确定某化合物的元素组成后，若最高质量的离子的质量与氮规则不符，则该离子一定不是分子离子。
如果某离子峰完全符合上述3项判断原则，那么这个离子峰可能是分子离子峰;如果3项原则中有一项不符合，这个离子峰就肯定不是分子离子峰.应该特别注意的是,有些化合物容易出现M-1峰或M+1峰。
基峰研究高质量端离子峰, 确定化合物中的取代基M－15(CH3); M－16(O, NH2M－17(OH, NH3); M－18(H2O);M－19(F); M－26(C2H2);M－27(HCN, C2H3); M－28(CO, C2HM－29(CHO, C2H5); M－30(NO);M－31(CH2OH, OCH3); M－32(S, CHM－35(Cl); M－42(CH2CO, CHM－43(CH3CO, C3H7); M－44(CO2, CSM-15(.CH3)M-27第二节: 基本原理2.1基本原理质谱是唯一可以确定分子式的方法。
质谱(MS)
• 〈3〉.根据断裂方式来判断分子离子峰：
• 例如：醇的分子离子峰往往看不到，但经 常可以看到最高质量的两个峰相差三个质 量单位，这是由M-CH3和M-H2O产生的，假定 这两个峰的m/e分别为M1和M2，则相对分子 量就是M1 + 15 或M2 +18
2021/3/12
• 〈4〉.注意M + 1峰和M – 1峰： • 醚、酯、胺、酰胺、腈、芳基酸
2021/3/12
• 2. 利用经验规律：
• 〈1〉.氮原子规则：
• 凡不含氮或含偶数氮原子的分子其分子量
必为偶数，而含奇数氮原子的分子其分子量必 然为奇数。
• 例如：
•
CH3NH2
•N
奇
CH3N=NCH3 偶
•M
31
58
• 如果不符合该规律就必然不是分子离子。
2021/3/12
〈2〉.判断最高质量峰与其他碎片离子峰之 间的质量差是否合理： 以下质量差不可能出现：4-13，19-25 （含F例外） 、 37、38、50-53、65、66， 如果出现这些质量差，最高质量峰的离子就 不是分子离子。 如果质量差为14（CH2或N），不可能失 去CH2或N，此种情况说明可能有同系物存在 。
. R +
2021/3/12
〈二〉、分子离子峰的识别：
用质谱研究过的化合物中，～75%的 化合物可以产生足够稳定的分子离子。
有时识别分子离子峰时会遇到困难 ，原因是： （1）分子离子不稳定； （2）分子离子与其他离子或分子碰撞而产 生质量数不同的离子； （3）由于杂质产生高质量的离子峰。
2021/3/12
•
• √氯 35Cl 34.9688 75.56
质谱基本原理
• 一、质谱仪
• 化合物旳质谱是由质谱仪测得旳。一般质谱仪由下列几种部分构 成：
进样系统 离子源 质量分析器 离子接收器 信号放大记录系统
高真空系统
• 最简朴旳质谱仪为单聚焦(磁偏转)质谱仪。它旳构造如下图。
f
真空泵
b
d
c
q
a
图12-26 单聚焦质谱仪示意图
i
样品
• 整个系统是高真空旳，气体样品从进样口a进入离解室，样品分
对 强
60
度 40
20
M 甲烷质谱图
M+1 12 13 14 15 16
m/z
• 12.8 相对分子质量和分子式确实定
• 一、分子离子和相对分子质量 • 分子失去一种电子生成旳自由基分子正离子叫做分子离子。因它
只带一种正电荷，质荷比(m/z)在数值上与分子旳质量相同，所以， 在质谱中，找到分子离子峰就可拟定相对分子质量。这是质谱旳 主要应用之一。它比用其他措施，如冰点降低、沸点升高法测定 相对分子质量简朴得多。 • 分子离子峰一般是质谱图中质荷比最大旳峰。但多数情况下其右 侧还伴随有弱旳同位素峰和反应离子峰。有些化合物旳分子离子 比较稳定，峰旳强度较大，在质谱图谱上轻易找到；但有些化合 物旳分子离子不够稳定，轻易生成碎片，此时，这些分子离子峰 很弱或几乎找不到(如带支链旳烷烃、醇类等)。这时，可采用降 低质谱仪撞击电子流旳能量旳措施，或以其他经验措施来拟定分 子离子峰。
• 含偶数电子旳离子裂分不能产生自由基，只能生成偶数电子旳中 性分子和正离子。
• 偶数电子规律：
M 奇数电子离子
M
A +B C + D (偶数电子分子)
偶数电子离子 A
E + F (偶数电子分子)
打质谱的步骤
打质谱的步骤
打质谱的步骤如下：
1.蛋白质样本制备。
蛋白质样本包括简单和混合复杂蛋白质样本，简单样本包括双相电泳斑点或者纯化蛋白质等。
混合蛋白质样本包括混合蛋白质溶液，或者SDS-PAGE条带等。
2.蛋白酶水解。
由于蛋白质质量较大不利于鉴定，需要在质谱鉴定之前使用蛋白酶将蛋白质消化为小片段肽段，通常情况下，将蛋白质酶解为6~20个氨基酸的多肽段用于蛋白质谱鉴定最为合适。
3.质谱分析。
通常可遵循简单蛋白质样本用串联质谱（MS/MS）检测，混合蛋白质样本用液相色谱串联质谱（LC-MS/MS）检测。
4.蛋白质数据库检索与蛋白质鉴定。
利用数据库检索软件选择相应的蛋白质数据库对实际检测出的质谱数据进行分析鉴定，同时以打分的形式评判鉴定结果，当打分大于某个阈值时，即判定质谱鉴定成功，反之则鉴定失败。
质谱
2
CH 3
M-15-28=59
-CH 2CH 2(四元环重排) + CH 3CH=OH
M-29-28=45
42
第二节
质谱图及其应用
醇、醚和胺的分子离子峰都很弱。 尤其是长链脂肪醇，容易发生1，3或1，4脱水，形成 （M-18）峰。此峰容易被误认为醇、醚等的分子离子峰。 有时可见M-1,M-2,M-3峰 P297, Fig. 6.8-6.10
＋
此外，卤化物可发生开裂，形成卤正离子：
+ +
46
第二节
P298, Fig. 6.13
质谱图及其应用
47
第二节
质谱图及其应用
4. 具杂原子的脂环化合物
P300 Fig. 6.14
48
第二节
质谱图及其应用
5. 含不饱和杂原子的脂肪族化合物 醛. 酮. 酸. 酯. 酰胺等
49
第二节
质谱图及其应用
质 谱 法
质谱法是通过将样品转化为运动的气态离子并按 质 荷比（m/z）大小 在磁场中进行分离记录的分析方法。 所获得结果即为质谱图（亦称质谱）
运动
气态离子
分离
1
第二节
二、离子峰
质谱图及其应用
分子在离子源中可以产生各种电离，即同一种分子可以 产生多种离子峰，主要的有分子离子峰、碎片离子峰、亚稳 离子峰和同位素离子峰等。
-CH 2=CHCH 2CH 3(四元环重排) CH 3 CH 3 CH (m/z 58) NH +
CH(CH3)2- - N(CH3)- -CH2(CH2)2CH3
M-43=86 M-57=72
39
P297 Fig. 6.9-6.10
质谱技术的特点
质谱技术的特点
1. 高灵敏度：质谱可以检测到极小的量的分子，通常为纳摩尔至皮摩尔级别。
2. 高分辨率：质谱能够分离和检测分子的不同离子种类，并可用于制备或鉴定不同的同分异构体。
3. 快速分析：质谱技术可以快速地进行分析，同时能够进行自动化操作，提高了分析效率和准确性。
4. 非破坏性测量：质谱技术不需要破坏样品，因此可以对非可再生性的样品进行分析，如古代文物、化石等。
5. 适用范围广：质谱技术可用于分析无机和有机物质，可以检测分子的结构、分子量、含量和空间分布等信息。
6. 多维度分析：质谱技术可以与其他分析技术结合使用，如液相色谱、气相色谱、凝胶电泳等，进行多维度的分析和鉴定。
7. 应用领域广泛：质谱技术已经广泛应用于化学、生物医学、环境科学、食品科学等领域，如药物研发、毒物检测、环境污染物分析、食品安全检测等。
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Turbo pumps Diffusion pumps Rough pumps Rotary pumps
Inlet
Ion Source
MALDI ESI IonSpray FAB LSIMS EI/CI
Mass Filter
TOF Quadrupole Ion Trap Mag. Sector FTMS
Monoisotopic Mass Glycine Alanine Serine Proline Valine Threonine Cysteine Isoleucine Leucine Asparagine
Lecture 2.1
57.02147 71.03712 87.03203 97.05277 99.06842 101.04768 103.00919 113.08407 113.08407 114.04293
• EI shatters chemical bonds • Any given protein contains 20 different amino acids • EI would shatter the protein into not only into amino acids but also amino acid subfragments and even peptides of 2,3,4… amino acids • Result is 10,000’s of different signals from a single protein -- too complex to analyze
• For small organic molecules the MW can be determined to within 5 ppm or 0.000005% which is sufficiently accurate to confirm the molecular formula from mass alone • For large biomolecules the MW can be determined within an accuracy of 0.01% (i.e. within 5 Da for a 50 kD protein) • Recall 1 dalton = 1 atomic mass unit (1 amu)
Lecture 2.1
2
MS Principles
• Different compounds can be uniquely identified by their mass
Butorphanol
N -CH2OH HO
L-dopa
COOH -CH2CH-NH2
Ethanol
CH3CH2OH
HO
HO
Amino acid
Residue
Glycine Amino Acid Mass 5xH + 2xC + 2xO + 1xN = 75.032015 amu Glycine Residue Mass 3xH + 2xC + 1xO + 1xN =57.021455 amu
7
Amino Acid Residue Masses
Lecture 2.1
14
Typical Mass Spectrum
• Characterized by sharp, narrow peaks • X-axis position indicates the m/z ratio of a given ion (for singly charged ions this corresponds to the mass of the ion • Height of peak indicates the relative abundance of a given ion (not reliable for quantitation) • Peak intensity indicates the ion’s ability to desorb or “fly” (some fly better than others)
Lecture 2.1 15
Resolution & Resolving Power
• Width of peak indicates the resolution of the MS instrument
• The better the resolution or resolving power, the better the instrument and the better the mass accuracy DM • Resolving power is defined as: • M is the mass number of the observed mass (DM) is the difference between two masses that can be separated
• Electrospray Ionization (ESI - Soft)
– peptides, proteins, up to 200,000 Daltons
• Matrix Assisted Laser Desorption (MALDI-Soft)
– peptides, proteins, DNA, up to 500 kD
Detector
Data System
PC’s UNIX Mac
Sample Plate Target HPLC GC Solids probe
Microch plate Electron Mult. Hybrid Detec.
Lecture 2.1
20
Different Ionization Methods
Lecture 2.1 16
M
Resolution in MS
Lecture 2.1
17
Resolution in MS
783.455
QTOF
784.465
785.475
783.6
Lecture 2.1
18
Inside a Mass Spectrometer
Lecture 2.1
19
Mass Spectrometer Schematic
Lecture 2.1 5
Masses in MS
• Monoisotopic mass is the mass determined using the masses of the most abundant isotopes • Average mass is the abundance weighted mass of all isotopic components
Lecture 2.1 11
Mass Spec Principles
Sample
+ _
Ionizer
Mass Analyzer
Detector
Lecture 2.1
12
Typical Mass Spectrometer
Lecture 2.1
13
Typical Mass Spectrum
aspirin
MW = 327.1
Lecture 2.1
MW = 197.2
MW = 46.1
3
Mass Spectrometry
• Analytical method to measure the molecular or atomic weight of samples
Lecture 2.1
4
Mass Spectrometry
Lecture 2.1 9
MS History
• 1948-52 - Time of Flight (TOF) mass analyzers introduced • 1955 - Quadrupole ion filters introduced by W. Paul, also invents the ion trap in 1983 (wins 1989 Nobel Prize) • 1968 - Tandem mass spectrometer appears • Mass spectrometers are now one of the MOST POWERFUL ANALYTIC TOOLS IN CHEMISTRY
Mass Spectrometry: Methods & Theory
David Wishart University of Alberta Edmonton, AB david.wishart@ualberta.ca
Lecture 2.1 1
MS Principles
• Different elements can be uniquely identified by their mass
• Electron Impact (EI - Hard method)
– small molecules, 1-1000 Daltons, structure
• Fast Atom Bombardment (FAB - Hard)
– peptides, sugars, up to 6000 Daltons
Aspartic acid Glutamine Lysine Glutamic acid Methionine Histidine Phenylalanine Arginine Tyrosine Tryptophan
115.02695 128.05858 128.09497 129.0426 131.04049 137.05891 147.06842 156.10112 163.06333 186.07932