生物质谱分析技术胡水旺文稿演示
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质谱分析课件
质谱分析课件质谱分析课件质谱分析是一种基于质谱仪的分析技术，广泛应用于化学、生物、环境等领域。
它通过测量样品中离子的质量和相对丰度，获得样品的化学组成和结构信息。
本文将介绍质谱分析的基本原理、仪器构成以及应用领域。
一、基本原理质谱分析的基本原理是将样品中的分子或原子离子化，然后通过质谱仪对离子进行分析。
离子化的方法有多种，常见的有电子轰击离子源和化学离子源。
电子轰击离子源是利用高能电子轰击样品分子，使其电离形成离子；化学离子源是利用化学反应将样品分子转化为离子。
离子化后，离子被加速器加速，然后通过质量分析器进行分离和检测。
二、仪器构成质谱仪由离子源、质量分析器和检测器组成。
离子源负责将样品中的分子或原子离子化，常见的离子源有电子轰击离子源和化学离子源。
质量分析器负责对离子进行分离，常见的质量分析器有磁扇形质量分析器、四极质量分析器和飞行时间质量分析器等。
检测器负责检测离子的信号，并将信号转化为电信号输出。
三、应用领域质谱分析在化学、生物、环境等领域有着广泛的应用。
1. 化学领域质谱分析在化学领域中被广泛应用于物质的结构分析和组成分析。
通过质谱分析，可以确定有机物的分子结构和分子量，从而帮助化学家进行合成和鉴定。
此外，质谱分析还可以用于分析无机物和金属离子，有助于研究其性质和反应机理。
2. 生物领域质谱分析在生物领域中的应用非常广泛。
它可以用于蛋白质组学研究，通过质谱分析可以鉴定蛋白质的氨基酸序列和修饰，从而揭示蛋白质的功能和调控机制。
此外，质谱分析还可以用于代谢组学研究，通过分析代谢产物的质谱图谱，可以了解生物体内代谢途径的变化和代谢产物的积累情况。
3. 环境领域质谱分析在环境领域中被广泛应用于环境污染物的监测和分析。
通过质谱分析，可以对大气、水体和土壤中的有机污染物和无机污染物进行定性和定量分析，从而评估环境的污染程度和污染源。
此外，质谱分析还可以用于环境样品的溯源和污染物的迁移转化研究。
四、总结质谱分析是一种重要的分析技术，具有高灵敏度、高分辨率和高特异性等优点。
质谱原理及使用PPT课件
形磁分析器。离子束经加速后飞入磁 极间的弯曲区，由于磁场作用，飞行 轨道发生弯曲，见图21．7。
此时离子受到磁场施加的向心力 Bzeυ作用，且离子的离心力mυ2·r-1也 同时存在，r为离子圆周运动的半径。 只有在上述两力平衡时，离子才能飞 出弯曲区，即
Bzeυ=mυ2/r
其中B为磁感应强度，ze为电荷， υ为运动速度，m为质量，r为曲率半 径。调整后，可得
质谱分析器的电磁场中，根据所选择 的分离方式，最终实现各种离子按m ／z进行分离。
（二）质谱仪的主要性能指标
1．质量测定范围 质谱仪的质量测定范围表示质谱仪 所能够进行分析样品的相对原子质量（ 或相对分子质量）范围，通常采用原子 质量单位（unified atomic mass unit， 符号u）进行度量。原子质量单位是由 12C来定义的，即一个处于基态的12C中 性原子的质量的1/12，即
（4）火花源
对于金属合金或离子型残渣之类的 非挥发性无机试样，必须使用不同于上 述离子化源的火花源。火花源类似于发 射光谱中的激发源。向一对电极施加约 30 kV脉冲射频电压，电极在高压火花 作用下产生局部高热，使试样仅靠蒸发 作用产生原子或简单的离子，经适当加 速后进行质量分析。火花源具有一些优 点：
4．质量分析器
质谱仪的质量分析器位于离子源和检 测器之间，依据不同方式将样品离子按质 荷比m／z分开。质量分析器的主要类型 有：磁分析器、飞行时间分析器、四极滤 质器、离子捕获分析器和离子回旋共振分 析器等。随着微电子技术的发展，也可以 采用这些分析器的变型。
（l）磁分析器 最常用的分析器类型之一就是扇
1 u1 1(2 6.012.0 22 1 012 0 0 g 1 4 3 1C 2 C 0 2原 /m 0/1 m 子 o C 2 1 lo C 2） l
此时离子受到磁场施加的向心力 Bzeυ作用，且离子的离心力mυ2·r-1也 同时存在，r为离子圆周运动的半径。 只有在上述两力平衡时，离子才能飞 出弯曲区，即
Bzeυ=mυ2/r
其中B为磁感应强度，ze为电荷， υ为运动速度，m为质量，r为曲率半 径。调整后，可得
质谱分析器的电磁场中，根据所选择 的分离方式，最终实现各种离子按m ／z进行分离。
（二）质谱仪的主要性能指标
1．质量测定范围 质谱仪的质量测定范围表示质谱仪 所能够进行分析样品的相对原子质量（ 或相对分子质量）范围，通常采用原子 质量单位（unified atomic mass unit， 符号u）进行度量。原子质量单位是由 12C来定义的，即一个处于基态的12C中 性原子的质量的1/12，即
（4）火花源
对于金属合金或离子型残渣之类的 非挥发性无机试样，必须使用不同于上 述离子化源的火花源。火花源类似于发 射光谱中的激发源。向一对电极施加约 30 kV脉冲射频电压，电极在高压火花 作用下产生局部高热，使试样仅靠蒸发 作用产生原子或简单的离子，经适当加 速后进行质量分析。火花源具有一些优 点：
4．质量分析器
质谱仪的质量分析器位于离子源和检 测器之间，依据不同方式将样品离子按质 荷比m／z分开。质量分析器的主要类型 有：磁分析器、飞行时间分析器、四极滤 质器、离子捕获分析器和离子回旋共振分 析器等。随着微电子技术的发展，也可以 采用这些分析器的变型。
（l）磁分析器 最常用的分析器类型之一就是扇
1 u1 1(2 6.012.0 22 1 012 0 0 g 1 4 3 1C 2 C 0 2原 /m 0/1 m 子 o C 2 1 lo C 2） l
最新质谱分析图谱解析PPT课件
某些含硫化合物
羰基化合物(醛, 酮, 酸, 酯, 酰氯, 酰胺) 分子离子峰通常可见
脂肪族醇类, 胺类, 硝基化合物，多支链化合物等 分子离子峰通常弱或不出现
分子离子峰不出现怎么办?
改用其它离解方式, 如: CI, FAB, ESI 等
3.1.3 分子式的推导 利用低分辨质谱数据，推导分子式
i
RYR '
R ++Y R '
O+
R' C R
R' + R
C
+ O
i
+ R
+
CO
3.3.3 有机化合物的一般裂解规律
偶电子规律
OE+ ·→ OE+ ·, OE+ ·→ EE+
EE+ → EE+ , EE+ → OE+ · ?
如何识别质谱图中的的OE+·?
不含氮的化合物, m/z 为偶数的离子是奇电子离子 在质谱图中, 奇电子离子并不多见, 但重要.
O H m /z=59
N H 2
γ-H重排常见离子
OH +.
OH +.
H2C C H
H2C C CH3
m/z 44
m/z 58
OH +. H2C C
OH m/z 60
※ 查表法 Beynon and Lederbey 制作了高分辨质谱法数据表， 可查出对应于某精确质量的分子式。
※ 计算机处理
3.3 有机质谱中的反应及其机理
M+ e
50-70 eV
+. M
+
2e
-. M
羰基化合物(醛, 酮, 酸, 酯, 酰氯, 酰胺) 分子离子峰通常可见
脂肪族醇类, 胺类, 硝基化合物，多支链化合物等 分子离子峰通常弱或不出现
分子离子峰不出现怎么办?
改用其它离解方式, 如: CI, FAB, ESI 等
3.1.3 分子式的推导 利用低分辨质谱数据，推导分子式
i
RYR '
R ++Y R '
O+
R' C R
R' + R
C
+ O
i
+ R
+
CO
3.3.3 有机化合物的一般裂解规律
偶电子规律
OE+ ·→ OE+ ·, OE+ ·→ EE+
EE+ → EE+ , EE+ → OE+ · ?
如何识别质谱图中的的OE+·?
不含氮的化合物, m/z 为偶数的离子是奇电子离子 在质谱图中, 奇电子离子并不多见, 但重要.
O H m /z=59
N H 2
γ-H重排常见离子
OH +.
OH +.
H2C C H
H2C C CH3
m/z 44
m/z 58
OH +. H2C C
OH m/z 60
※ 查表法 Beynon and Lederbey 制作了高分辨质谱法数据表， 可查出对应于某精确质量的分子式。
※ 计算机处理
3.3 有机质谱中的反应及其机理
M+ e
50-70 eV
+. M
+
2e
-. M
生物质谱技术与方法全解50页PPT
42、只有在人群中间，才能认识自 己。——德国
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
ห้องสมุดไป่ตู้
生物质谱技术与方法全解
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
43、重复别人所说的话，只需要教育； 而要挑战别人所说的话，则需要头脑。—— 玛丽·佩蒂博恩·普尔
44、卓越的人一大优点是：在不利与艰 难的遭遇里百折不饶。——贝多芬
45、自己的饭量自己知道。——苏联
ห้องสมุดไป่ตู้
生物质谱技术与方法全解
21、静念园林好，人间良可辞。 22、步步寻往迹，有处特依依。 23、望云惭高鸟，临木愧游鱼。 24、结庐在人境，而无车马喧；问君 何能尔 ？心远 地自偏 。 25、人生归有道，衣食固其端。
41、学问是异常珍贵的东西，从任何源泉吸 收都不可耻。——阿卜·日·法拉兹
第五章质谱法-PPT精品
④ 电喷雾电离源(ESI)
多电荷离子 测定的样品分子量大
2020/8/2
3 质量分析器
加速后离子的动能 :
(1/2)m 2= e V = [(2V)/(m/e)]1/2
在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行；
离心力 =向心力；m 2 / R= H0 e V 曲率半径： R= （m ）/ e H0
43
29 15
57
71 85 99 113 142
m/z
40年代：高分辨率质谱仪出现，有机化合物结构分析； 60年代末：色谱-质谱联用仪出现，有机混合物分离分析； 促进天然有机化合物结构分析的发展； 同位素质谱仪；无机质谱仪；有机质谱仪；
2020/8/2
二、 质谱仪与质谱分析原理
mass spectrometer and mass spectrometry
molecular ion peak
分子电离一个电子形成的离子所产生的峰。 分子离子的质量与化合物的分子量相等。 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．
2020/8/2
1. 分子离子峰的特点
一般质谱图上 质荷比最大的峰为 分子离子峰；有例 外,由稳定性判断。
2020/8/2
③ 其他类型质量分析器
双聚焦质谱仪体积大； 色谱-质谱联用仪器的发展及仪器小型化（台式）需要； 体积小的质量分析器：
四极杆质量分析器 飞行时间质量分析器 离子阱质量分析器
体积小，操作简单； 分辨率中等；
2020/8/2
四级杆分析器
2020/8/2
4 检测器
（1）电子倍增管 15～18级；可测出10-17A微弱电流；
质谱法 PPT课件
目前有机质谱仪的绝对灵敏度可达50pg（pg为 10−12g），无机质谱仪绝对灵敏度可达10−14 。用微克 级样品即可得到满意的分析结果。 （3）分析速度快，并可实现多组分同时测定。 （4）与其它仪器相比，仪器结构复杂，价格昂贵，使 用及维修比较困难。对样品有破坏性。
2019/11/3
二. 质谱分析的基本原理 产生离子的方法：电子轰击(EI)、化学电离(CI)、快原子 轰击(FAB)、电喷雾电离(ESI)等。 电子轰击离子化法是有机化合物电离的常规方法。
2019/11/3
概述
质谱分析法（Mass Spectrometry, MS）是在高真 空系统中测定样品的分子离子及碎片离子质量，以 确定样品相对分子质量及分子结构的方法。
化合物分子受到电子流冲击后，形成的带正电荷 分子离子及碎片离子，按照其质量m和电荷z的比值 m/z（质荷比）大小依次排列而被记录下来的图谱， 称为质谱。
2019/11/3
HP 5890 GC/5972 MS (Agilent, USA)
质谱计：四级杆 质量范围：1.6-800u 灵敏度：电子轰击离子化，全扫
描1pg八氟萘的信噪比10:1； 选择离子检测(m/z 272)20fg八氟
萘的信噪比10:1。 真空系统：扩散泵 质量轴稳定性：±0.15u(12h) 质谱库：NIST Chemical
体积小，操作简单； 分辨率中等；
原理在第五节色谱-质谱联用仪器介绍；
2019/11/3
3. 检测器
（1）电子倍增管 15～18级；可测出10-17A微弱电流；
（2）渠道式电子倍增器阵列
2019/11/3
HP6890 GC (Agilent 4 USA)/Micromass
Autospec-Ultima NT (Micromass UK)
2019/11/3
二. 质谱分析的基本原理 产生离子的方法：电子轰击(EI)、化学电离(CI)、快原子 轰击(FAB)、电喷雾电离(ESI)等。 电子轰击离子化法是有机化合物电离的常规方法。
2019/11/3
概述
质谱分析法（Mass Spectrometry, MS）是在高真 空系统中测定样品的分子离子及碎片离子质量，以 确定样品相对分子质量及分子结构的方法。
化合物分子受到电子流冲击后，形成的带正电荷 分子离子及碎片离子，按照其质量m和电荷z的比值 m/z（质荷比）大小依次排列而被记录下来的图谱， 称为质谱。
2019/11/3
HP 5890 GC/5972 MS (Agilent, USA)
质谱计：四级杆 质量范围：1.6-800u 灵敏度：电子轰击离子化，全扫
描1pg八氟萘的信噪比10:1； 选择离子检测(m/z 272)20fg八氟
萘的信噪比10:1。 真空系统：扩散泵 质量轴稳定性：±0.15u(12h) 质谱库：NIST Chemical
体积小，操作简单； 分辨率中等；
原理在第五节色谱-质谱联用仪器介绍；
2019/11/3
3. 检测器
（1）电子倍增管 15～18级；可测出10-17A微弱电流；
（2）渠道式电子倍增器阵列
2019/11/3
HP6890 GC (Agilent 4 USA)/Micromass
Autospec-Ultima NT (Micromass UK)
生物质谱技术和方法课件
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
离子源(ion source)
质谱仪中将分子转化为离子的装置称为离子 源(ion source)。由于离子化所需要的能量 随分子不同差异很大，因此，对于不同的分 子应选择不同的离解方法。 通常将能给样品较大能量、生成较多碎片离 子的电离方法称为硬电离方法（如电子轰击 离子化，EI），而给样品较小能量、碎片离 子较少或不生成碎片离子的电离方法称为软 电离方法。
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
生物质谱中有代表性的离子源
1．电喷雾电离(Electrospray Ionization，ESI) 2．离子喷雾电离（Ion spray Ionization，ISI ）
3．大气压化学电离(Atmospheric Pressure
根据峰位(棒位)可进行定
性鉴别;根据相对丰度可 进行定量测定.
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
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牛血清蛋白（BSP）酶解产物的质谱图
Voyager Spec #1[BP = 1480.6, 8127]
适当的加速后进入质量分析器，按不同的m／z
进行分离。然后到达检测器，产生不同的信号 而进行分析。
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
质谱仪的构成
样品导 入系统
离子源
质量分析器
真空泵
检测器
计算机控制与 数据处理
相 对 丰 度
m/z
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系本人改正。
质谱分析课件PPT
2021/3/10
40
2021/3/10
41
三、芳香烃
1、特点：分子中的苯环使分子离子稳定，所以分 子离子峰强度很大。
2、裂解方式： （1）苄基裂解
(2) 特征系列离子
m/z：39、51、65、77、91、105、…… 。
2021/3/10
42
（3）麦氏重排
2021/3/10
43
2021/3/10
62
2021/3/10
63
十二、醚
1、分子离子峰 脂肪族醚的分子离子峰不稳定， 芳香族醚的分子离子峰较强。
2、断裂方式
2021/3/10
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2021/3/10
65
2021/3/10
66
2021/3/10
67
十三、卤代烃
1、分子离子峰 脂肪族卤代烃的分子离子峰很弱， 芳香族卤代烃的分子离子峰很强。
第五章
质谱分析
2021/3/10
1
第一节 质谱法的基本原理
一、基本原理 质谱仪是利用电磁学原理，使带电的样品离子按
质荷比进行分离的装置。离子电离后经加速进入磁场 中，其动能与加速电压及电荷 z 有关，即
z e U = 1/2 m 2
其中z为电荷数，e为元电荷（e=1.60×10-19C），U为加 速电压，m为离子的质量， 为离子被加速后的运动速度。
（4）亚稳离子
有些质谱会偶然出现一些离子峰，它比通常的离子峰 的宽度稍大，相对强度较低，而且往往不是在质荷比为整 数的地方。这些离子称为亚稳离子。
2021/3/10
10
第三节 有机质谱中裂解反应机理
一、分子电离与离子裂解的基本原理
1、分子离子的电荷——自由基定域的假说
相关主题
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控制整个质谱仪
数据处理系统
离子检测器 离子转换成电信号
棒状峰
高斯状峰
蛋白质
质谱工作流程
进样系统
离子源
质量分析器
检测器
1.气体扩散 2.直接进样 3.气相色谱
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.激光 5.快原子轰击
1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间 4.四极杆
质谱的构造
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，分为加热进样和直接进样。
生物质谱分析技术胡水旺文稿演示
对生命的认识
1.生命是神造的、上帝造的等； 2.生命是活力； 3.生命是机器； 4.生命是信息。
系统生物学
系统生物学是研究一个生物系统中所有 组成成分（基因、mRNA、蛋白质等）的 构成，以及在特定条件下这些组分间的 相互关系的学科 。
系统生物学不同于以往的实验生物学—— 仅关心个别的基因和蛋白质，它要研究 所有的基因、所有的蛋白质、组分间的 所有相互关系。
蛋白质组学(Proteomics) ：是通过大规 模研究蛋白质的表达水平的变化、翻译后修饰、 蛋白质与蛋白质之间的相互作用，以获取蛋白 质水平上疾病变化、细胞进程及蛋白质网络相 互作用的整体综合信息的科学研究。
疾病蛋白质组学：蛋白质组学用于研究疾 病发病机制便发展为疾病蛋白质组学。
蛋白质组学的研究的机遇和挑战：
Reductionism vs Synthesis
传统生物学与还原论 (reductionism) 的 观点
还原论假设一个复杂的系统可以分割为许多 不会互相干扰的子系统，因此只要将子系统 研究清楚，就能了解复杂系统的行为。
系统生物学与整合(synthesis)的观点
面对子系统不独立的可能性，而希望寻找新 的方法来解决子系统间交互作用的问题。
40年代: 用于同位素测定和无机元素分 析
50年代： 开始有机物分析（分析石油） 60年代： 研究GC-MS联用技术 70年代： 计算机引入
生物质谱的发展
80年代：快原子轰击电离，基质辅助激 光解吸电离，电喷雾电离，大气压化学 电离
质谱仪的示意图
离子源
质量分析器
产生气相离子
按离子的质量与 电荷比分离离子
பைடு நூலகம்第二部分
蛋白质组学的兴起
解析疾病机制手段的改进:DNA Protein
蛋白质研究的复杂性
转录水平调控
蛋白质表达调控 翻译水平调控
翻译后水平调控 蛋白质存在复杂的翻译后修饰，作为生命功能 的行使者，它比基因更能直接地反映生理过程及其 变化。 蛋白质相互作用及空间构向等问题是生命现象 复杂性的真实体现。
质谱仪提供的是分子的质量与电荷比(m/z or m/e).
质谱法是一强有力的分析技术。它可用于未知化合物 的鉴定、定量分析、分子结构及化学特性的确定等方 面；
所需化合物的量非常低：10-12g, 或10-15 mole； 应用范围广: (1) 有机质谱法：生物、医药、聚合物、
法医和环境等方面；(2) 无机质谱法： 地球化学，地 质矿产和无机元素分析鉴定等方面。
研究基因终产物及生命活动直接功能执 行者蛋白质的科学-蛋白质组学（Proteomics） 应运而生。
蛋白质组最早是由澳大利亚Macquarie 大 学的Wilkins和 Williams在1994年的意大利举办 的双向电泳会议上首次提出来的。
Proteome一词由“蛋白质（PROTEin）” 与“基因组（genOME）”杂合而成，对于 “基因组学（Genomics）”,“蛋白质组学”定 义为一个基因组所表达的全套蛋白质。由 Proteome进一步派生出Proteomics。
1).电子轰击(Electron impact, EI)电离
M + e-
M+. + 2e-
Fi+ , i=1, 2, 3, ………. 电子束
气体分子
离子束
2). 化学电离(chemical ionization, CI)
正离子模式：GH+ + M 负离子模式：[G-H]- + M
[M + H]+ [M - H]-
质谱分析原理
质谱分析法是通过对被测样品离子的质荷 比的测定来进行分析的一种分析方法。被分析 的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电 场或磁场的运动行为的不同，把离子按质荷比 （m/z）分开而得到质量图谱，通过样品的质 量图谱和相关信息，可以得到样品的定性定量 结果。
质谱发展史
1911年: 世界第一台质谱装置 （J.J. Thomson）
机遇：基因组计划的快速进行，大量基 因序列和EST的确定为蛋白质的快速鉴 定提供了良好的基础。
挑战：从单一蛋白质的研究转变到细胞 和组织的整体蛋白质研究，在理论和技 术上提出了挑战。
蛋白质研究技术的革命：蛋白质组学
蛋白质组学常用的两大技术平台
第三部分
生物质谱技术的原理及应用
质谱技术特点
质谱仪是一个用来测量单个分子质量的仪器，实际上
+G +G
G: 离子化的试剂气体分子, CH4, NH3 等 M: 被分析物
离子束
电子束 试剂分子 气体分子
3). 快原子轰击(Fast atom bombardment, FAB)离子 化技术-可分析分子量达数千的多肽, 极性分子.
4). 电喷雾离子化(Electrospray ionization, ESI)技术
蛋白质研究的复杂性
细胞周期信号转导图
传统的蛋白质研究方法中存在的问题
1.生命现象的发生往往是多因素的，必然涉及到 多个蛋白质。
2.多个蛋白质的参与是交织成网络的，或平行发 生，或呈级联因果。
3.在执行生理功能时蛋白质的表现是多样的、动 态的，并不像基因组那样基本固定不变。
随着人类基因组计划重点由结构基因组 到功能基因组的转移，生命科学开始进入后 基因组时代。
离子源：用来使样品分子电离生成离子 质量分析器：利用电磁场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
进样系统
气体进样 液体进样 固体进样
离子源
电子轰击电离（EI） 化学电离（CI） 快原子轰击（FAB） 电喷雾电离（ESI） 基质辅助激光解吸电离（MALDI） 表面增强激光解吸电离(SELDI)技术