(波普解析)质谱(MS)

2. 质谱的基本原理
质谱仪器的核心是质量分析器。
2. 质谱的基本原理 了解
单聚焦质量分析器
在离子源中各种离子被加速电压加速，获得动能：
zeV=1/2mv2 （1）
V：加速电压 v：被加速后的速度 m：离子质量 ze：离子所带电荷（e为电子所带电荷，z为正 整数）
2 . 质谱的基本原理 被加速后的离子进入磁场 ，离子运动方向和磁力 线方向垂直。在磁场中，离子受磁场的作用力作 圆周运动。
2.化学电离法（CI, chemical ionization）
CI法亦是一种样品的汽化与离子化分别发生的电 离法典型。
不适合对热易分解的化合物，但是，因为要利用 离子分子反应来实现离子化，因此是‘软电离’ 法。
可以说是其它‘软电离’法，FAB、MALDI、 APCI等的基础。
2.化学电离法（CI, chemical ionization）
量在基质中诱发冲击波，从而释放出完整的大分子的气相分
子离子。
4.基质辅助激光解吸电离
特点: （1）可以使难电离的样品电离，且无明显碎裂，得到完整 的被分析物的分子的电离产物。特别适合多肽及蛋白质等大 分子的分析。
（2）特别适合于与飞行时间质谱计相配，使MALDITOFMS成为常见术语。
5 . 大气压电离（Atmospheric Pressure Ionization ， API）
较小的液滴继续蒸发，电场增强，离子向表面移动，表面的 离子密度越来越大，最终导致离子从表面蒸发，产生单电荷或 多电荷离子。
电喷雾电离
特点： 它是很软的电离技术，通常只产生分子离
子峰。 可形成多电荷离子，用于分析生物大分子，
如蛋白质等。
大气压化学电离
•样品溶液由具有雾化气套管的毛细管端流出，被氮 气流雾化，通过加热管时被汽化。
• 大气压电离主要应用于高效液相和质谱计联机时 的电离方法。
•试样的离子化在处于大气压下的离子化室中进行。
电喷雾电离（Electrospray Ionization， ESI） 大气压化学电离（Atmospheric Pressure Chemical Ionization ，APCI）
电喷雾电离
5. 有机质谱中的各种离子 重点
（1）分子离子（molecular ion）
由样品分子电离而产生，标为M+. 。
（2）准分子离子（quasi- molecular ion ）
[M+H]+ 、[M-H]+ 称为准分子离子。[M+X]+ 称为加 和离子，也可称为准分子离子。
（3）碎片离子（fragment ion）
•在加热管端进行电晕尖端放电，溶剂分子被电离， 以后是前述的CI的过程，得到样品分子的准分子离 子。
•由于要求样品分子气化，因而用于弱极性的小分子 化合物。
不同电离方式的特点
重点
百度文库
电离方法
适宜的化合物类型
主要特点
EI-MS CI-MS
小分子、低级性、易挥发
硬电离，重现性高， 结构信息多
小分子、中低级性、易挥发 软电离，提供[M+H]+
1.四极质量分析器（quadrupole mass analyzer）
四极质量分析器的优点： （1）结构简单，体积小，重量轻，价格便宜，清洗方便，
操作容易。 （2）仅用电场而不用磁场，无磁滞现象，扫描速度快。
这使它适合于色谱联机，特别如气相毛细管色谱。 （3）操作时的真空度较低，因此特别适合同液相色谱联
电子轰击电离法是最经典常规的方法，是一种‘硬’ 电离方法, 是一种将样品的汽化与离子化分别发生的典 型方法 。
M + e M+. + 2e
1. 电子轰击电离 （Electron Impact Io+nization EI）
M + e M .+ 2e
分子离子
•产生的离子被离子源中的排斥电极推出离子源，然后被加速电 压送出离子源进入质量分析器。 •由于电子动能的一部分转移到分子内部，使分子内部能量过剩， 产生碎片离子。
（6）亚稳离子（metastable ion）
从离子源出口到达检测器之间产生的离子 。
（7）奇电子离子（odd-electron ion）和偶电子离子 （even-electron ion ）
具有未配对电子的离子称为奇电子离子。 不具有未配对电子的离子称为偶电子离子。
5. 有机质谱中的各种离子
（8）多电荷离子（multiply-charged ion）
不同质量的离子依次检测记录. 按离子m/z的大小顺序排列，以线形峰的形式记录，横坐标
为m/z，纵坐标为离子强度（相对丰度）。
3. 质谱仪器主要指标
（1）质量范围（mass range） 质谱仪所检测的离子的质核比范围。 （2）分辨率（resolution） 质谱仪分开相邻两离子质量的能力。如两种相邻离 子正好被分离，则该仪器的分辨率定义为：
（3）与EI法同样，样品需要汽化，对难挥发性 的化合物不太适合。
举例说明
ON O N
O
(M.W. 224)
甲糖宁的EI-MS与CI-MS谱比较
1. 224？ 167？ 225？ 2. 两幅图的区别？为什么？
3. 快原子轰击(FAB, Fast Atom Bombardment)
• 快原子轰击电离法是一种广泛应用的软电离技术。
进样系统 离子源 质量分析器 检测接收器
控制及数据处理系统
1.四极质量分析器（quadrupole mass analyzer）
由四根平行的棒状电极组成。相对的一对电极是等电位的， 两对电极之间的电位则是相反的。电极上加直流电U和射频
交变电压Vcosωt。
y
x
-(U+Vcosωt)
+(U+Vcosωt)
失掉两个以上电子的离子是多电荷离子。
（9）同位素离子（isotopic ion）
当元素具有非单一同位素组成时，电离过程产生同位素离 子。
第二节. 质谱的电离过程
1. 电子轰击电离 2. 化学电离法 3. 快原子轰击法 4. 基质辅助激光解吸电离 5. 大气压电离
1. 电子轰击电离 （Elecron Impact Ionization EI）
R=M /ΔM
（3）灵敏度（sensitivity） 仪器出峰的强度与所用样品量之间的关系。
4. 质谱图
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）。 纵坐标标明离子流的强度，常用相对丰度表示。 棒线代表不同质荷比的离子。 图谱中最强的一个峰称为基峰，将它的强度定为100。
丁 酮 的 质 谱 图
•用原子枪射出的高动能的中性原子束（Ar, Xe 等）对溶解 在基质中的样品进行轰击，导致样品分子蒸发和解离.
•产生脱质子 [M-H]+ 和加质子[M+H]+的准分子离子，还可能 得到加合基质分子及金属离子[M+Na]+，也可产生负离子并 随后进行检测。
3. 快原子轰击(FAB, Fast Atom Bombardment)
原理： 当 样品溶电液喷由雾泵输送从库毛仑细爆管炸端流出离的子瞬蒸间发，在雾化气
（N2）、 强电场（2～5kV）和一定温度的作用下，溶剂在毛细管端口发 生喷雾，产生高电荷的液体微粒，所以称之为‘电喷雾’。
•随着液滴中溶剂的挥发，液滴逐渐缩小，当电荷间的斥力克服 了液滴的内聚力时，发生“库仑爆炸”（Coulomic explosion）。
3. 傅立叶变换质谱法
优点：
(1) 分辨率极高，远远超过其它质谱计。 (2) 可得到精度最高的质量数，这对于得到离子的元素组成是 很重要的。 (3) 可完成多级（时间上）串联质谱的操作。 (4) 傅立叶变换质谱计一般采用外电离源，并可以采用各种电 离方式，如FAB、ESI和MALDI等，因此对试样的要求较低， 也便于与色谱仪器联机。 (4)其他优点：灵敏度高、质量范围宽、速度快、性能可靠等。
特点： 软电离技术，适合于高极性、难 气化的有机化合物的电离方法。
4.基质辅助激光解吸电离（MALDI, Matrix Assisted
Laser Desorption Ionization）
MALDI技术是将大分子样品溶于适宜的溶剂中，与大量的 基质相混合。
基质（小分子有机物）强烈吸收入射激光的辐射，吸收的能
在CI离子源中，用电子轰击导入的反应气体，使其离子化。 以甲烷反应气为例，部分反应为：
CH4 + e
CH4+. +
→ CH4+. + 2e
CH4 → CH5+
+
CH3.
CH5+ + M → CH4 + MH+
反应离子（大量充满离子源）与样品分子在离子化能量作用下进 行电荷交换反应，在质子（氢）亲和力作用下，进行离子—分子 反应。
1. 电子轰击电离 （Electron Impact Ionization, EI）
优点
（1）质谱图重现性好，便于计算机检索及 相互对比。
（2）含有较多的碎片离子信息，这对于推 测未知结构是非常必要的。
缺点
当样品分子稳定性不高时，分子离子峰的强 度低，甚至没有分子离子峰。当样品分子不 能气化或遇热分解时，则更没有分子离子峰。
（3）灵敏度高，较四极质量分析器高达10～1000倍。
（4）质量范围大，商品仪器已达70000。
3. 傅立叶变换质谱法（Fourier transform mass spectrometry, FTMS）
傅立叶变换质谱法是离子回旋共振波谱法(ion cyclotron resonance spectrometry) 与现代计算机技 术相结合的产物，又称傅立叶变换离子回旋共振 质谱法(FTICR-MS)。
2.化学电离法（CI, chemical ionization）
特点
（1）通过发生“离子—分子”反应来实现离子 化，因此它是一种“软电离”技术。在EI法中不 易产生分子离子的化合物，在CI中易形成较高丰 度的[M+H]+或[M-H]+等准分子离子。
（2）偶电子离子一般具有较低的内能，因此， 得到碎片少，谱图简单，但结构信息少一些。
ESI-MS 蛋白质、多肽、非挥发性 软电离，多电荷离子
FAB-MS
碳水化合物、有机金属化合 软电离 物、蛋白质、非挥发性
MALDI-MS 蛋白质、多肽、核酸
软电离，适应高分子 化合物
第三节 质量分析器
了解
1.四极质量分析器 2.离子阱 3.傅立叶变换质谱法 4.飞行时间质谱计
真空系统
质谱仪的核心
质谱（MS）
一、黄酮苷在ESI-MS谱中的裂解规律
例1：化合物： 7-甲氧基-8、4’-二甲基-黄酮醇-3-O-β-D-葡萄糖基（ 2 → 1 ）-α-L-鼠李糖苷
一级谱 ＋ESI-MS谱(m/z)： 一级谱：［M++H］＝ 677
二级谱：
531＝677 – 146，
［M++H］－rham ，
146
机。
2. 离子阱（ion trap )
离子阱与四极质量分析器类似，因此也称四极离子 阱，它是由两个端盖电极和一个环电极组成。
常见加压方式
环电极—加直流电和射 频交变电压 端盖极—接地
2. 离子阱（ion trap )
离子阱的优点： （1）单一的离子阱可实现多级串联质谱（MSn）。 （2）结构简单，价格低，性能价格比高。
zevB = mv2/rm （2）
B：磁感应强度 rm ：离子在磁分析器中运动的曲率半径
2. 质谱的基本原理
zeV=1/2mv2 （1） zevB = mv2/rm （2）
m/z = rm2 B2e/(2V)
2. 质谱的基本原理
m/z = rm2 B2e/(2V)
检测器装置于固定位置，即rm 为常数。 通过改变磁场强度B或加速电压（一般固定电压）进行扫描，
说明末端糖为rham。
三级谱：
369＝531－162， M++H］－rham－glc， 162
说明内侧糖为glc
四级谱：
313＝369－56 脱2C0
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有机化合物波谱分析——质谱
质谱
Mass Spectrum
UV IR NMR MS
质谱的突出优点： ◆灵敏度远远超过其他方法，样品的用量不断的下降。 ◆唯一可以确定分子式的方法，分子式对推测结构至关 重要。为推测结构，若无分子式，一般至少也需知道未 知物的分子量 。
1. 仪器简介
真空系统
了解
进样系统 离子源 质量分析器 检测接收器
控制及数据处理系统
检测接收器：检测各种质核比的离子并将电信号放大的装置。
控制及数据处理系统:：处理并给出分析结果, 现代计算机还 可以控制 质谱仪进行各项工作。
真空系统：利用机械泵, 扩散泵或分子泵等, 抽取离子源和 分析器的空气并达到高真空。
广义的碎片离子包含由分子离子碎裂而产生的一切离 子。狭义的碎片离子指由简单的断裂产生的离子。
（4）重排离子（rearragement ion）
经重排反应产生的离子，其结构并非原来分子的结构 单元。
5. 有机质谱中的各种离子
（5）母离子（parent ion）与子离子（daughter ion）
任何一离子进一步产生了某离子，前者称为母离子，后者 称为子离子。