质谱分析技术简介
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、质谱分析技术简介
Introduction of Mass Spectrometry
主要内容
1、概述 2、质谱仪的基本结构 ① 进样系统 ②离子化及离子源 ③质量分析器 ④离子检测
1、概述
根据用途
质谱
根据质量 分析器的 工作原理
静态质谱 动态质谱
采用稳定磁场，按 空间位置区分不同 m/z的离子。
基质辅助激光解吸(matrix-assisted laser desorption ionization)
FAB ESI MALDI
……
……
离子化试剂 高能电子
最初应 用年份
1920
试剂离子
1965
高电势场
1970
高电势场
1969
快原子或离子束 1981
荷电微粒能量 1984
激光束
1988
……
电子轰击电离源（EI）
M
采用高速(高能)电子束冲击样品， 从而产生电子和分子离子M+：
M + e → M+ + 2e
e
高能电子束产生的分子离子M+将
加速
进一步裂解，释放出部分能量，
聚焦
并产生质量较小的碎片离子和中
加速
性自由基：
M1+ + N1·
M+
M2+ + N2 ·
特点：使用最广泛，谱库最完整；电离效率高；结构简单，操作 方便；但分子离子峰强度较弱或不出现(因电离能量最高)。
常见于电子轰击源(EI)
捕捉电子 同上 （负离子）
荷电分子直接转 适用于多种离子源。 化为气相（正或
负离子）
缺点
某些化合物如糖类等的质 子结合物不够稳定或不易 接受质子 受化合物物种的限制
不适用于串联质谱；不产 生片段离子
产生过多的碎片离子；难 以确定最高质量的离子是 不是分子离子。 同上
只适用带电的化合物
直接插入离子源，热或激光解吸使之挥发和离子化。
•直接喷入(direct infusion)：采用毛细管或毛细管柱将气体或液
体样品喷入质谱仪中进行分析检测（如EI, ESI)，可以通过注射 泵连续泵入或GC/MS、LC/MS接口）
(EI, ESI)
(MALDI)
（2）离子化方法和离子源
使中性分子离子化的方法包括：
光源 棱镜
不同波长的光 经棱镜分开
2、质谱仪的基本结构
质谱仪的工作原理：样品挥发进入离子化室，并会聚成离子
束。 狭缝处正、负离子分开、并进入分离管。 高 真空度的分离管中，不同质荷比的离子实现时空分离。 检测器中检测和记录。 计算机采集、处理数据，并检索 分析结果。
质谱仪主要由进样系统、离子源、质量分析器和检 测器等4个部件组成 。
Inlet System 进样系统
Ion Source
离子源
Mass Analyzer 质量分析器
Ion Detector 离子检测器
真空系统
10-2-10-6Pa
m/z
Mass Spectrum 数据处理系统
（1）进样系统
最常见的试样引入方式有： •直接插入(direct insertion):样品置于探针或样品板(如MALDI)
各种离子化方法的优缺点
离子化方法
质子化 （正离子）
脱质子化 （负离子） 阳离子加合物 （正离子）
排斥电子 （正离子）
优点
很多化合物可以接受质子； 适用于多种离子源，如ESI, APCI, FAB, MALDI。
适用于酸性物质； 适用于多种离子源。
很多化合物形象K+、Na+和 NH4+的加合物； 适用于多种离子源。
离子源
常见离子源
简称
电子轰击离子化(electron bomb EI ionization)
化学电离(chemical ionization)
CI
场电离(field ionization)
FI
场解吸(field desorption)
FDwk.baidu.com
快原子轰击(fast atom bombandment)
电喷雾离子化(electrospray ionization)
• 质子化(protonation): M+H+→MH+
蛋白质、多肽等多种生物分子中含碱性基团如氨基，易结合 质子形成稳定的正离子。每加一个H+，带正一价离子。 如多肽 H2N-RGASRR-OH+H+→+H3N-RGASRR-OH (MH+)
Relative Int.(%)
MH+ 702.4
MH22+ 351.7
50
750
m/z
• 脱质子化(deprotonation): M→[M-H]-
酚、羧酸、磺酸等酸性物质，易失去质子形成稳定的负离子。 如唾液酸(Sialic acid): 是9-碳单糖的衍生物。
Relative Int.(%)
[M-H]308.1
10
330
m/z
• 阳离子加合物(Cationization): M+Na+→MNa+ (或K+, NH4+)
• 排斥电子(electron ejection): M-e-→M+
低分子量的非极性化合物，如蒽C14H10。常见于EI源。
• 捕捉电子(electron capture): M+e-→M-.
具有强电子亲合力的化合物，如卤化物等。
• 荷电分子直接转化为气相 (transfer of a charged molecule to the gas phase):
离子源
作用：将被分析的样品分子电离成带电的离子，并使这
些离子在会聚成有一定几何形状和能量的离子束。
种类：
气相源：如EI, CI, FI 解吸源：如FD, FAB, APCI, ESI, TSP, LD, MALDI…
硬源：如EI。离子化能量高，伴有化学键的断裂，谱图复杂， 可得到分子官能团的信息， 软源：如CI, FI, FD, FAB, APCI, ESI, TSP, LD, MALDI…… 离子化能量低，产生的碎片少，谱图简单，可得到分子离子 峰，即得到分子量信息，
采用变化的电磁场， 按时空来区分不同 m/z的离子。
质谱分析法——将样品分子经过离子化后，利用其不
同质荷比(m/z)的离子在静电场和磁场中受到的作用力不
同，形成不同的运动方向，导致彼此的分离，并通过收集 和检测这些离子得到质谱图，实现分析目的的一种分析方 法。
离子源
检测器 质谱分析器
不同m/z离子在 电/磁场中分离
化学电离源（CI）
离子化机理：样品分子在承受电子轰击前，被一种反应气(通 常是CH4)稀释，稀释比例约为104:1，因此样品分子与电子的
碰撞几率极小，所生成的样品分子离子主要经过离子-分子 反应组成。
Introduction of Mass Spectrometry
主要内容
1、概述 2、质谱仪的基本结构 ① 进样系统 ②离子化及离子源 ③质量分析器 ④离子检测
1、概述
根据用途
质谱
根据质量 分析器的 工作原理
静态质谱 动态质谱
采用稳定磁场，按 空间位置区分不同 m/z的离子。
基质辅助激光解吸(matrix-assisted laser desorption ionization)
FAB ESI MALDI
……
……
离子化试剂 高能电子
最初应 用年份
1920
试剂离子
1965
高电势场
1970
高电势场
1969
快原子或离子束 1981
荷电微粒能量 1984
激光束
1988
……
电子轰击电离源（EI）
M
采用高速(高能)电子束冲击样品， 从而产生电子和分子离子M+：
M + e → M+ + 2e
e
高能电子束产生的分子离子M+将
加速
进一步裂解，释放出部分能量，
聚焦
并产生质量较小的碎片离子和中
加速
性自由基：
M1+ + N1·
M+
M2+ + N2 ·
特点：使用最广泛，谱库最完整；电离效率高；结构简单，操作 方便；但分子离子峰强度较弱或不出现(因电离能量最高)。
常见于电子轰击源(EI)
捕捉电子 同上 （负离子）
荷电分子直接转 适用于多种离子源。 化为气相（正或
负离子）
缺点
某些化合物如糖类等的质 子结合物不够稳定或不易 接受质子 受化合物物种的限制
不适用于串联质谱；不产 生片段离子
产生过多的碎片离子；难 以确定最高质量的离子是 不是分子离子。 同上
只适用带电的化合物
直接插入离子源，热或激光解吸使之挥发和离子化。
•直接喷入(direct infusion)：采用毛细管或毛细管柱将气体或液
体样品喷入质谱仪中进行分析检测（如EI, ESI)，可以通过注射 泵连续泵入或GC/MS、LC/MS接口）
(EI, ESI)
(MALDI)
（2）离子化方法和离子源
使中性分子离子化的方法包括：
光源 棱镜
不同波长的光 经棱镜分开
2、质谱仪的基本结构
质谱仪的工作原理：样品挥发进入离子化室，并会聚成离子
束。 狭缝处正、负离子分开、并进入分离管。 高 真空度的分离管中，不同质荷比的离子实现时空分离。 检测器中检测和记录。 计算机采集、处理数据，并检索 分析结果。
质谱仪主要由进样系统、离子源、质量分析器和检 测器等4个部件组成 。
Inlet System 进样系统
Ion Source
离子源
Mass Analyzer 质量分析器
Ion Detector 离子检测器
真空系统
10-2-10-6Pa
m/z
Mass Spectrum 数据处理系统
（1）进样系统
最常见的试样引入方式有： •直接插入(direct insertion):样品置于探针或样品板(如MALDI)
各种离子化方法的优缺点
离子化方法
质子化 （正离子）
脱质子化 （负离子） 阳离子加合物 （正离子）
排斥电子 （正离子）
优点
很多化合物可以接受质子； 适用于多种离子源，如ESI, APCI, FAB, MALDI。
适用于酸性物质； 适用于多种离子源。
很多化合物形象K+、Na+和 NH4+的加合物； 适用于多种离子源。
离子源
常见离子源
简称
电子轰击离子化(electron bomb EI ionization)
化学电离(chemical ionization)
CI
场电离(field ionization)
FI
场解吸(field desorption)
FDwk.baidu.com
快原子轰击(fast atom bombandment)
电喷雾离子化(electrospray ionization)
• 质子化(protonation): M+H+→MH+
蛋白质、多肽等多种生物分子中含碱性基团如氨基，易结合 质子形成稳定的正离子。每加一个H+，带正一价离子。 如多肽 H2N-RGASRR-OH+H+→+H3N-RGASRR-OH (MH+)
Relative Int.(%)
MH+ 702.4
MH22+ 351.7
50
750
m/z
• 脱质子化(deprotonation): M→[M-H]-
酚、羧酸、磺酸等酸性物质，易失去质子形成稳定的负离子。 如唾液酸(Sialic acid): 是9-碳单糖的衍生物。
Relative Int.(%)
[M-H]308.1
10
330
m/z
• 阳离子加合物(Cationization): M+Na+→MNa+ (或K+, NH4+)
• 排斥电子(electron ejection): M-e-→M+
低分子量的非极性化合物，如蒽C14H10。常见于EI源。
• 捕捉电子(electron capture): M+e-→M-.
具有强电子亲合力的化合物，如卤化物等。
• 荷电分子直接转化为气相 (transfer of a charged molecule to the gas phase):
离子源
作用：将被分析的样品分子电离成带电的离子，并使这
些离子在会聚成有一定几何形状和能量的离子束。
种类：
气相源：如EI, CI, FI 解吸源：如FD, FAB, APCI, ESI, TSP, LD, MALDI…
硬源：如EI。离子化能量高，伴有化学键的断裂，谱图复杂， 可得到分子官能团的信息， 软源：如CI, FI, FD, FAB, APCI, ESI, TSP, LD, MALDI…… 离子化能量低，产生的碎片少，谱图简单，可得到分子离子 峰，即得到分子量信息，
采用变化的电磁场， 按时空来区分不同 m/z的离子。
质谱分析法——将样品分子经过离子化后，利用其不
同质荷比(m/z)的离子在静电场和磁场中受到的作用力不
同，形成不同的运动方向，导致彼此的分离，并通过收集 和检测这些离子得到质谱图，实现分析目的的一种分析方 法。
离子源
检测器 质谱分析器
不同m/z离子在 电/磁场中分离
化学电离源（CI）
离子化机理：样品分子在承受电子轰击前，被一种反应气(通 常是CH4)稀释，稀释比例约为104:1，因此样品分子与电子的
碰撞几率极小，所生成的样品分子离子主要经过离子-分子 反应组成。