生物质谱分析 ppt课件
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生物质谱分析技术胡水旺ppt文档
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
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
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）
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
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
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）
《生物质谱》PPT课件
m/z
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8
质谱法的特点
1、不受被分析试样形态限制 2、灵敏度高，试样用量少，检测限可达到10-11
克。 3、分析速度快，完成一次仅需1到几秒，最快可
达10-3秒。 4、信息直观，质谱图上的质荷比与离子的质量
直接相关，质谱图的解释方便易行。 5、易于实现与色谱联用。 6、应用范围广泛，适用于无机有机物质- mass spectrometry，Bio-MS
重庆医科大学药学院 母昭德
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1
本讲介绍以下内容：
Ⅰ、质谱分析法，质谱仪，质谱图 Ⅱ、生物质谱 Ⅲ、基质辅助激光解吸电离/飞行时间质谱 Ⅳ、电喷雾电离质谱
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2
Ⅰ、质谱分析法，质谱仪， 质谱图
肽质量指纹图（
peptide mass fingerprinting, PMF） 。以PMF的数据再通过 互联网进行数据库搜索 。
串联质谱（Tandem MS ）图（MS/MS质谱图或 MSn质谱图）。以 Tandem MS的数据再通 过互联网进行数据库搜 索。
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13
以MALDI-TOF获得的准确相对分子质量的质谱图
软电离技术的发展不但使质谱技术发生了突破性的 革新，而且使质谱技术在生命科学中的应用得到了 前所未有的扩展。
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12
生物质谱法可以得到三类质谱图
测定生物大分子准确相 对分子质量的质谱图
§以MALDI-TOF获得的准 确相对分子质量的质谱 图
§以ESI-MS获得的准确相 对分子质量的质谱图
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3
质谱分析法 （mass spectrometry，MS）
是将化合物形成离子和碎片离子，按质荷比（m/z）的不 同进行分离，来进行成分和结构分析的方法。
《lcms质谱》课件
基础概念
质谱仪的工作原理
质谱仪通过将化合物离子化并进 行分离、加速和聚焦，最终将其 离子流传递给检测器进行检测。
电离方式
常用的电离方式包括电喷雾电离 （ESI）和飞行时间电离（TOF）。
质量分析器的分类及原理
不同结构的质量分析器包括四极 杆、离子阱、飞行时间和轨道阱。
样品制备
1
样品的前处理
样品处理过程中除去无关物质，保留有
质谱分析条件的设置
针对不同的样品类型和分析目的，设置质谱分 析条件（如离子源温度、碎片电压等）。
数据分析
质谱数据的处理
质谱图的解释
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
结果的评估和验证
对原始数据进行降噪、基线校正、 质量准确校正等处理，获得可解 释的质谱图。
对质谱图中的峰进行归属和解释， 结合库检索等手段进行物质的鉴 定和定量分析。
根据质谱分析结果进行评估和验 证，确认结果的可靠性。
研究案例
1
生物分子领域的应用
利用LCMS技术对蛋白质、核酸、糖等生物分子进行分析，有助于揭示生物过程 及其疾病机制。
2
药物研发领域的应用
在药物代谢、药物筛选等方面发挥了重要作用，有助于加快新药研发进程。
展望
未来LCMS质谱技术的发展方向
主要包括提高分辨率、提高灵敏度、降低成本 等方面的努力。
该技术可能的应用扩展领域
《lcms质谱》PPT课件
LCMS质谱技术是一种高灵敏度的分析技术，被广泛用于生物分子和药物研发 领域。本PPT课件将介绍其工作原理、样品制备、操作步骤、数据分析以及未 来发展方向。
技术简介
什么是LCMS质谱技术？
它是一种将液相色谱和质谱相结合的技术，可用于高灵敏度分析复杂混合物。
《生物样品分析测定》课件
总结词
数据分析与解读是生物样品分析测定中的重 要环节，但也是最具挑战性的环节之一。
详细描述
数据分析与解读需要专业的知识和技能，需 要对实验设计、数据采集、数据处理和结果 解读等方面有深入的了解。同时，随着数据 量的不断增加，如何有效地处理和解读这些 数据也变得越来越重要。因此，需要不断改 进数据处理和分析的方法，以提高结果的准 确性和可靠性。
色谱分析方法
气相色谱法
适用于分析低分子量、易 挥发的有机化合物，如脂 肪酸、醇类等。
液相色谱法
适用于分析高分子量、不 易挥发的有机化合物，如 蛋白质、核酸等。
薄层色谱法
适用于分析少量样品，常 用于分离和鉴定有机化合 物。
色谱在生物样品分析中的应用
药物代谢研究
通过色谱法分析药物在体内的代 谢产物和排泄物，了解药物的作
无机质谱法
适用于测定金属、非金属 及各种无机化合物的元素 组成和含量。
同位素质谱法
通过测定同位素组成来研 究物质的来源、形成过程 及演化历史。
质谱在生物样品分析中的应用
蛋白质组学研究
药物研发与代谢研究
利用质谱技术对蛋白质进行鉴定、定 量和修饰分析，研究蛋白质的表达、 功能和相互作用。
利用质谱技术对药物在生物体内的代 谢过程、药效和毒性等进行研究，为 新药研发提供依据。
03
生物样品的质谱分析
质谱原理与仪器
质谱原理
质谱仪通过电场和磁场将带电粒子束按质荷比分离，再通过 检测器检测这些粒子的强度，从而得到粒子的质荷比和相应 的粒子流强度。
质谱仪器
常见的质谱仪器包括电子轰击质谱仪、场发射离子化质谱仪 、快原子轰击质谱仪等。
质谱分析方法
01
02
《生物质谱分析技术》课件
生物质谱分析技术的应用
生物质谱分析技术在生物学、医学和农业等领域有广泛的 应用，如蛋白质组学、代谢组学、药物筛选和食品安全检 测等。
生物质谱分析技术的原理
生物质谱分析技术的原理是基于质谱原理，通过离子化样 品中的分子，测量其质量/电荷比值，从而确定分子的质 量和结构。
THANKS
感谢观看
临床应用
随着质谱分析技术的发展，其在临床 诊断、药物发现和个性化医疗等领域 的应用将得到进一步拓展。
人工智能与机器学习
人工智能和机器学习技术将进一步优 化和提高质谱数据的解析能力，使生 物质谱分析更加高效和准确。
06
参考文献
参考文献
生物质谱分析技术概述
生物质谱分析技术是一种基于质谱原理的生物分子分析方 法，通过测量生物分子质量，可以用于鉴定、定量和分离 生物分子。
蛋白质组学研究是生物质谱分析技术的重要应用领域之一。通过质谱分析，可以 鉴定蛋白质的成分、结构和功能，进而研究蛋白质之间的相互作用和蛋白质的表 达调控。
质谱分析在蛋白质组学研究中常用于蛋白质鉴定、差异表达分析、蛋白质修饰和 相互作用研究等方面。例如，在研究癌症等疾病过程中，质谱分析可以帮助科学 家发现与疾病相关的差异表达蛋白和蛋白质修饰，为疾病的诊断和治疗提供新的 靶点。
生物质谱分析技术逐渐成熟， 开始广泛应用于蛋白质组学研
究。
21世纪初
随着各种新型质谱仪器的出现 ，生物质谱分析技术的应用领
域不断拓展。
目前
生物质谱分析技术已经成为生 命科学领域的重要研究手段， 不断推动着生命科学的发展。
02
质谱仪的基本原理与构成
质谱仪的工作原理
1 2
离子化
通过电离方式将生物分子转化为带电离子。
生物质谱分析技术在生物学、医学和农业等领域有广泛的 应用，如蛋白质组学、代谢组学、药物筛选和食品安全检 测等。
生物质谱分析技术的原理
生物质谱分析技术的原理是基于质谱原理，通过离子化样 品中的分子，测量其质量/电荷比值，从而确定分子的质 量和结构。
THANKS
感谢观看
临床应用
随着质谱分析技术的发展，其在临床 诊断、药物发现和个性化医疗等领域 的应用将得到进一步拓展。
人工智能与机器学习
人工智能和机器学习技术将进一步优 化和提高质谱数据的解析能力，使生 物质谱分析更加高效和准确。
06
参考文献
参考文献
生物质谱分析技术概述
生物质谱分析技术是一种基于质谱原理的生物分子分析方 法，通过测量生物分子质量，可以用于鉴定、定量和分离 生物分子。
蛋白质组学研究是生物质谱分析技术的重要应用领域之一。通过质谱分析，可以 鉴定蛋白质的成分、结构和功能，进而研究蛋白质之间的相互作用和蛋白质的表 达调控。
质谱分析在蛋白质组学研究中常用于蛋白质鉴定、差异表达分析、蛋白质修饰和 相互作用研究等方面。例如，在研究癌症等疾病过程中，质谱分析可以帮助科学 家发现与疾病相关的差异表达蛋白和蛋白质修饰，为疾病的诊断和治疗提供新的 靶点。
生物质谱分析技术逐渐成熟， 开始广泛应用于蛋白质组学研
究。
21世纪初
随着各种新型质谱仪器的出现 ，生物质谱分析技术的应用领
域不断拓展。
目前
生物质谱分析技术已经成为生 命科学领域的重要研究手段， 不断推动着生命科学的发展。
02
质谱仪的基本原理与构成
质谱仪的工作原理
1 2
离子化
通过电离方式将生物分子转化为带电离子。
质谱的原理和图谱的分析ppt课件
■ 含重同位素（如 Cl, Br）的样品
35Cl : 37Cl = 100 : 32.5 ≈3 : 1; 79Br : 81Br = 100 : 98≈1 : 1
◎分子中含1 Cl， ◎分子中含2 Cl， ◎分子中含1 Br，
(a+b)1, M : M+2≈3 : 1 (a+b)2, M : M+2 : M+4≈9 : 6 :1 (a+b)1, M : M+2≈1 : 1
（2） 化学电离（chemical ionization, CI）
高能电子束与小分子反应气(如甲烷、丙烷等）作 用，使其电离生成初级离子，初级离子再与样品分 子反应得到准分子离子。
以CH4为例: CH4 + e → CH4+. + 2e CH4+. + CH4 → CH5+ + CH3+ + CH5 . + CH3. R+. + R → RH+ + (R-H) . + RH . + (R-H)+
丁 酮 的 质 谱 图
6、质谱术语
基峰：
• 离子强度最大的峰，规定其相对强度（RI）或相对丰 度（RA）为100。
精确质量：
• 精确质量的计算基于天然丰度最大的同位素的精确原
子量。
如：
1H 1.007825
12C 12.000000
14N 14.003074 16O 15.994915
CO、N2、C2H4 的精确质量依次为： 27.9949、28.0062、28.0313
于表观质量m*（跨2～3质量单位）处记录下来，其m/z 一般不为整数。 m*=m22/m1 在质谱中，m*可提供前体离子和子离子之间的关系。
质谱 ppt课件
12
Electron Impact (EI) Ionization
Reflector
e-
M+.
Ions get kinetic energy
1mv2 2
zVET
V kV
Electron trap
13
EI 源的特点：
电离效率高，灵敏度高； 应用最广，标准质谱图基本都是采用EI源得到的； 稳定、操作方便，电子流强度10~240 eV可精密控制； 结构简单，控温方便。
8
II. 质 谱 仪
一、质谱的结构和工作原理 二、质谱联用技术 三、质谱性能指标
9
一、质谱的结构和工作原理
质谱分析法主要是通过对样品的离子的质荷比的分析而 实现对样品进行定性和定量的一种方法。因此，质谱仪必须 有电离装置把样品电离为离子，有质量分析装置把不同质荷 比的离子分开，经检测器检测之后可以得到样品的质谱图， 不管是哪种类型的质谱仪，其基本组成是相同，包括离子源、 质量分析器、检测器和真空系统。
10
1、离子源
离子源的作用是将欲分析样品电离，得到带有样品信息的离子。质 谱仪的离子源种类很多，主要有：
A. 电子轰击电离源(Electron Impact, EI) B. 化学电离源(Chemical Ionization, CI) C. 快原子轰击源(Fast Atomic bombardment, FAB) D. 场电离源(Field ionization Sources, FI) E. 电喷雾源(Electron spray Ionization, ESI) F. 大气压化学电离源(Atmospheric pressure chemical Ionization, APCI) G. 基 质 辅 助 激 光 解 吸 电 离 源 (Matrix Assisted Laser Description Ionization, MALDI)
Electron Impact (EI) Ionization
Reflector
e-
M+.
Ions get kinetic energy
1mv2 2
zVET
V kV
Electron trap
13
EI 源的特点：
电离效率高，灵敏度高； 应用最广，标准质谱图基本都是采用EI源得到的； 稳定、操作方便，电子流强度10~240 eV可精密控制； 结构简单，控温方便。
8
II. 质 谱 仪
一、质谱的结构和工作原理 二、质谱联用技术 三、质谱性能指标
9
一、质谱的结构和工作原理
质谱分析法主要是通过对样品的离子的质荷比的分析而 实现对样品进行定性和定量的一种方法。因此，质谱仪必须 有电离装置把样品电离为离子，有质量分析装置把不同质荷 比的离子分开，经检测器检测之后可以得到样品的质谱图， 不管是哪种类型的质谱仪，其基本组成是相同，包括离子源、 质量分析器、检测器和真空系统。
10
1、离子源
离子源的作用是将欲分析样品电离，得到带有样品信息的离子。质 谱仪的离子源种类很多，主要有：
A. 电子轰击电离源(Electron Impact, EI) B. 化学电离源(Chemical Ionization, CI) C. 快原子轰击源(Fast Atomic bombardment, FAB) D. 场电离源(Field ionization Sources, FI) E. 电喷雾源(Electron spray Ionization, ESI) F. 大气压化学电离源(Atmospheric pressure chemical Ionization, APCI) G. 基 质 辅 助 激 光 解 吸 电 离 源 (Matrix Assisted Laser Description Ionization, MALDI)
第九章质谱分析法(共156张PPT)
MW: 165
[M-58]
[M-17]
3 快原子轰击(fast atom bombardment FAB)
原理：快原子(Ar或Xe）轰击样品产生离子 特点：
1. 适用于极性强，难汽化，分子量大的化合物分析
2. 得准分子离子，如（M+H)+ （M+Na)+ 碎片离子很少
3. FAB一般用作磁式质谱的离子源
结构:
四根棒状电极，形成四极场 1，3棒： (Vdc +Vrf) 2，4棒：- (Vdc+ Vrf ) 原理：在一定的Vdc Vrf 下 ， 只有一定质量的离子可通过四极场， 到达检测器，其他质量的离子碰到四极杆被吸收，在另外的 Vdc Vrf 下可接收到另外质量的离子。在一定的Vdc/Vrf)下，连续改 变Vrf或Vdc可实现质量扫描. 特点：扫描速度快，灵敏度高.
检测器（detecter）
真空系统（Vacuum system）
9.2.1 有机质谱仪的构成
GC LC 直接进样探头
进样系统
四极质量分析器 Quadrupole 四极离子阱 IT 扇形场质谱量分析器 Sector 飞行时间质谱仪 TOF-MS 离子回旋共振质谱仪 ICR-MS
离子源
质量分析器
离子检测器
某化合物的组成式为C8H8O2，其质谱图如图，确定化合物结构式。
m* 亚稳离子
它们的存在从质谱图中很容易判别。
酯可以发生α-裂解丢失 或OR自由基产生m/z59＋n×14和29＋n×14的离子.
根据精密质量就可以将这些物质区别开来
1960年代：研究GC-MS联用技术
分子离子一般指由天然丰度最高的同位素组合的离子，相应的有相同元素的其他同位素组成的离子称为同位素离子，在质谱中称为同位素峰.
[M-58]
[M-17]
3 快原子轰击(fast atom bombardment FAB)
原理：快原子(Ar或Xe）轰击样品产生离子 特点：
1. 适用于极性强，难汽化，分子量大的化合物分析
2. 得准分子离子，如（M+H)+ （M+Na)+ 碎片离子很少
3. FAB一般用作磁式质谱的离子源
结构:
四根棒状电极，形成四极场 1，3棒： (Vdc +Vrf) 2，4棒：- (Vdc+ Vrf ) 原理：在一定的Vdc Vrf 下 ， 只有一定质量的离子可通过四极场， 到达检测器，其他质量的离子碰到四极杆被吸收，在另外的 Vdc Vrf 下可接收到另外质量的离子。在一定的Vdc/Vrf)下，连续改 变Vrf或Vdc可实现质量扫描. 特点：扫描速度快，灵敏度高.
检测器（detecter）
真空系统（Vacuum system）
9.2.1 有机质谱仪的构成
GC LC 直接进样探头
进样系统
四极质量分析器 Quadrupole 四极离子阱 IT 扇形场质谱量分析器 Sector 飞行时间质谱仪 TOF-MS 离子回旋共振质谱仪 ICR-MS
离子源
质量分析器
离子检测器
某化合物的组成式为C8H8O2，其质谱图如图，确定化合物结构式。
m* 亚稳离子
它们的存在从质谱图中很容易判别。
酯可以发生α-裂解丢失 或OR自由基产生m/z59＋n×14和29＋n×14的离子.
根据精密质量就可以将这些物质区别开来
1960年代：研究GC-MS联用技术
分子离子一般指由天然丰度最高的同位素组合的离子，相应的有相同元素的其他同位素组成的离子称为同位素离子，在质谱中称为同位素峰.
第六章质谱分析法MSppt课件
正离子在电场作用下被加速 所有离子同时飞越长度为L的无场空间，先后到达检测器
eV 1 m v2 1 m( L )2
2
2t
m/e
2V L2
t2
V,L不变时， t由m/e决定 一般，1-30s
25
5 飞行时间分析器
26
5 飞行时间分析器
特点： ➢简单、耐用，无质量范围限制。 ➢取样速度快，适用于快速GC/MS；分析适用于脉冲离子化
3 四极杆分析器 (quadrupole mass analyzer) 四极滤质器， quadrupole mass filter 结构: 四根棒状电极，相对的两个电极相连，形成四极场 1，3棒：+(Vdc + Vrf) 2，4棒：- (Vdc+ Vrf )
特点：扫描速度快，灵敏度高。 适用于GC-MS。
数据系统：计算机 蛋白质库……
主要信息：准分子离子（单多级质谱）；子离子；母离子； 中性丢失谱（多级质谱）
软电离，得到准分子离子。结构解析需MS-MS。一般不适用于非 极性化合物。
36
3 串联质谱 (tandem mass spectrometry，MS/MS, MSn)
mass separation-mass spectra characterization 串联方式： p318 Q-Q-Q(triple quadrupole mass spectrometer) Q-TOF(quadrupole-time-of-flight tandem instruments) MSn
ESI使蛋白质产生多个带多电荷离子
11
6.2 质谱仪器
6.2.2 离子源
4 介质辅助激光解吸电离源 (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization MALDI) 常用于 •Time-of-flight mass spectrometry 特点： 用于生物大分子，尤其是蛋白质的质量测定 主要产生 [M+ H]+ [M - H]+和加和离子
eV 1 m v2 1 m( L )2
2
2t
m/e
2V L2
t2
V,L不变时， t由m/e决定 一般，1-30s
25
5 飞行时间分析器
26
5 飞行时间分析器
特点： ➢简单、耐用，无质量范围限制。 ➢取样速度快，适用于快速GC/MS；分析适用于脉冲离子化
3 四极杆分析器 (quadrupole mass analyzer) 四极滤质器， quadrupole mass filter 结构: 四根棒状电极，相对的两个电极相连，形成四极场 1，3棒：+(Vdc + Vrf) 2，4棒：- (Vdc+ Vrf )
特点：扫描速度快，灵敏度高。 适用于GC-MS。
数据系统：计算机 蛋白质库……
主要信息：准分子离子（单多级质谱）；子离子；母离子； 中性丢失谱（多级质谱）
软电离，得到准分子离子。结构解析需MS-MS。一般不适用于非 极性化合物。
36
3 串联质谱 (tandem mass spectrometry，MS/MS, MSn)
mass separation-mass spectra characterization 串联方式： p318 Q-Q-Q(triple quadrupole mass spectrometer) Q-TOF(quadrupole-time-of-flight tandem instruments) MSn
ESI使蛋白质产生多个带多电荷离子
11
6.2 质谱仪器
6.2.2 离子源
4 介质辅助激光解吸电离源 (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization MALDI) 常用于 •Time-of-flight mass spectrometry 特点： 用于生物大分子，尤其是蛋白质的质量测定 主要产生 [M+ H]+ [M - H]+和加和离子
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
质谱技术在微生物鉴定和生物医学中应用PPT课件
质谱技术在微生物鉴定和生物 医学中应用ppt课件
目
CONTENCT
录
• 质谱技术概述 • 质谱技术在微生物鉴定中的应用 • 质谱技术在生物医学中的应用 • 质谱技术的前景与挑战
01
质谱技术概述
质谱技术的原理
离子化
通过物理或化学方法将样品分子转化为带电离子。
质量分析
利用电场或磁场将离子按质量大小进行分离。
100%
心血管疾病标志物检测
通过质谱技术检测心血管疾病相 关标志物，如心肌肌钙蛋白、B 型钠尿肽等，有助于心血管疾病 的预警和诊断。
80%
感染性疾病标志物检测
质谱技术也可用于检测感染性疾 病相关标志物，如C反应蛋白、降 钙素原等，有助于感染性疾病的 诊断和病情监测。
药物代谢和药效研究
药物代谢研究
质谱技术可以用于研究药物的代谢过程，了解药物在体内的代谢 途径和代谢产物，有助于药物的研发和优化。
专业技术要求高
质谱技术需要专业技术人员进行操作和维护，限制了其在 一些缺乏专业人才的领域中的应用。可通过加强技术培训 和推广，提高技术人员的专业水平。
质谱技术在生物医学中的前景展望
疾病标志物发现与鉴定
利用质谱技术对生物标志物进 行检测和鉴定，有助于疾病的 早期发现和治疗方案的制定。
药物代谢和药效研究
质谱技术可以检测微生物的表面蛋白和分泌蛋白， 这些蛋白具有很高的物种特异性，因此可以用于微 生物种类的鉴定。
质谱技术还可以结合其他技术，如色谱和质谱联用 技术，对微生物的代谢产物进行分析，进一步验证 微生物的种类。
微生物的基因组分析
质谱技术可以用于分析微生物 的全基因组，通过检测基因组 中的蛋白质表达情况，可以了 解微生物的生长和代谢状态。
目
CONTENCT
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• 质谱技术概述 • 质谱技术在微生物鉴定中的应用 • 质谱技术在生物医学中的应用 • 质谱技术的前景与挑战
01
质谱技术概述
质谱技术的原理
离子化
通过物理或化学方法将样品分子转化为带电离子。
质量分析
利用电场或磁场将离子按质量大小进行分离。
100%
心血管疾病标志物检测
通过质谱技术检测心血管疾病相 关标志物，如心肌肌钙蛋白、B 型钠尿肽等，有助于心血管疾病 的预警和诊断。
80%
感染性疾病标志物检测
质谱技术也可用于检测感染性疾 病相关标志物，如C反应蛋白、降 钙素原等，有助于感染性疾病的 诊断和病情监测。
药物代谢和药效研究
药物代谢研究
质谱技术可以用于研究药物的代谢过程，了解药物在体内的代谢 途径和代谢产物，有助于药物的研发和优化。
专业技术要求高
质谱技术需要专业技术人员进行操作和维护，限制了其在 一些缺乏专业人才的领域中的应用。可通过加强技术培训 和推广，提高技术人员的专业水平。
质谱技术在生物医学中的前景展望
疾病标志物发现与鉴定
利用质谱技术对生物标志物进 行检测和鉴定，有助于疾病的 早期发现和治疗方案的制定。
药物代谢和药效研究
质谱技术可以检测微生物的表面蛋白和分泌蛋白， 这些蛋白具有很高的物种特异性，因此可以用于微 生物种类的鉴定。
质谱技术还可以结合其他技术，如色谱和质谱联用 技术，对微生物的代谢产物进行分析，进一步验证 微生物的种类。
微生物的基因组分析
质谱技术可以用于分析微生物 的全基因组，通过检测基因组 中的蛋白质表达情况，可以了 解微生物的生长和代谢状态。
生物质谱分析
质谱技术中的离子源
(6)电喷雾电离 (Electrospray Ionization，简称ESI): 是一种使用强静电场的电离技术。它主要应用 于液相色谱-质谱联用仪或毛细管电泳-质谱联 用仪，既作为色谱和质谱之间的接口装臵，同 时又是电离装臵。
电喷雾电离是在“离子蒸发”的原理基础上 发展起来的一种离子化方法。待测分子溶解在溶 剂中，以液相方式通过毛细管到达喷口，在喷口 高电压作用下形成带电荷的微滴，随着微滴中的 挥发性溶剂蒸发，微滴表面的电荷体密度随微滴 半径的减少而增加，到达某一临界点时，样品将 以离子方式从液滴表面蒸发，进入气相，即实现 了样品的离子化，由于没有直接的外界能量作用 于分子，因此，对分子结构破坏较少，是一种典 型的软电离方式。
快原子轰击技术缺点：
试样涂在金属板上，溶剂也被电离，使质谱图复 杂化。
质谱技术中的离子源
(5)大气压化学电离源 (Atmospheric Pressure Che mical Ionization，简称APCI):主要用于液相 色谱-质谱联用仪，主要用来分析中等极性、 弱极性化合物。APCI主要产生单电荷离子， 分析化合物的相对分子质量一般小于1000.
样品板
EI源 FAB源 MALDI源 ESI源
Quadruopole Ion trap Time-of-flight
电子倍增器 闪烁计数器
LC或GC
化合物分子在高真空条件下，受高速电子流 “轰击”或强电场其他作用，失去电子生成离子 或发生化学键断裂成为碎片离子，离子经加速器 进入磁场，其动能与加速电压及电荷遵循： zU=(1/2)m2 m/z=2U/ 2
早期，质谱分析法仅限于小分子和中等分子 的研究，因为要将质谱应用于生物大分子需要将 其制备成气相带电分子，然后在真空中物理分解 成离子。如何使蛋白分子经受住离子化过程而又 不丧失其结构形态是个难题。20世纪70年代，解 吸技术的出现成功地将蛋白分子转化成气相离子 ，而后快原子轰击与其紧密相关的溶液基质使得 具有极性、热不稳定的蛋白分子可经受住电离过 程。但这些方法仅限于10kD以下蛋白分子的研究 。80年代电喷雾电离(ESI)和基质辅助激光解吸电 离(MAILDI) 技术的发展则使得质谱方法成功应 用于高分子量蛋白分子的研究。
质谱法(MS)PPT课件
2022/3/23
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(一)真空系统
质谱仪的离子产生及经过系统必须处于高 真空状态（离子源真空度应达l．3×10-4～ l．3×10-5Pa，质量分析器中应达l．3×10-6Pa）。 若真空度过低，则会造成离子源灯丝损坏、本底 增高、到反应过多，从而使图谱复杂化、干扰离 子源的调节、加速极放电等问题。一般质谱仪都 采用机械泵预抽真空后，再用高效率扩散泵连续 地运行以保持真空。现代质谱仪采用分子泵可获 得更高的真空度。
磁场方向 电荷运动方向
洛仑兹力方向
2022/3/23§3 质谱仪Fra bibliotek2022/3/23
一、质谱仪的基本结构
质谱仪是通过对样品电离后产生的 具有不同m／z的离子来进行分离分析的。 质谱仪须有进样系统、电离系统、质量 分析器和检测系统。为了获得离子的良 好分析，必须避免离子损失，因此凡有 样品分子及离子存在和通过的地方，必 须处于真空状态。
离子源是质谱仪的心脏，可以将离子源看作是比 较高级的反应器，其中样品发生一系列的特征降解反 应，分解作用在很短时间（～1μs）内发生，所以可 以快速获得质谱。
许多方法可以将气态分子变成离子，它们已被应 用到质谱法研究中，表1列出了各种离子源的基本特 征。
2022/3/23
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（一）电子轰击
场致解吸是通过浸渍或注射被测样品在场致电离 源的阳极表面形成一层液膜而进行的场致电离。该方 法能用于电离不挥发或热不稳定的化合物。其缺点是 所得到的总离子流比其它电离方法较低。
(5)快原子轰击(FAB)
快原子轰击是用2~10eV氩快原子轰击聚集态样品
对溅射离子作质量分析获得快质谱。其过程是用一个 离子源将输入的氩气电离成离子，然后使氩离子与中 性氩气碰撞，用所发出的谐振电荷迁移过程，获得与 氩离子的能量相近的快原子束
2022/3/23
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(一)真空系统
质谱仪的离子产生及经过系统必须处于高 真空状态（离子源真空度应达l．3×10-4～ l．3×10-5Pa，质量分析器中应达l．3×10-6Pa）。 若真空度过低，则会造成离子源灯丝损坏、本底 增高、到反应过多，从而使图谱复杂化、干扰离 子源的调节、加速极放电等问题。一般质谱仪都 采用机械泵预抽真空后，再用高效率扩散泵连续 地运行以保持真空。现代质谱仪采用分子泵可获 得更高的真空度。
磁场方向 电荷运动方向
洛仑兹力方向
2022/3/23§3 质谱仪Fra bibliotek2022/3/23
一、质谱仪的基本结构
质谱仪是通过对样品电离后产生的 具有不同m／z的离子来进行分离分析的。 质谱仪须有进样系统、电离系统、质量 分析器和检测系统。为了获得离子的良 好分析，必须避免离子损失，因此凡有 样品分子及离子存在和通过的地方，必 须处于真空状态。
离子源是质谱仪的心脏，可以将离子源看作是比 较高级的反应器，其中样品发生一系列的特征降解反 应，分解作用在很短时间（～1μs）内发生，所以可 以快速获得质谱。
许多方法可以将气态分子变成离子，它们已被应 用到质谱法研究中，表1列出了各种离子源的基本特 征。
2022/3/23
2022/3/23
（一）电子轰击
场致解吸是通过浸渍或注射被测样品在场致电离 源的阳极表面形成一层液膜而进行的场致电离。该方 法能用于电离不挥发或热不稳定的化合物。其缺点是 所得到的总离子流比其它电离方法较低。
(5)快原子轰击(FAB)
快原子轰击是用2~10eV氩快原子轰击聚集态样品
对溅射离子作质量分析获得快质谱。其过程是用一个 离子源将输入的氩气电离成离子，然后使氩离子与中 性氩气碰撞，用所发出的谐振电荷迁移过程，获得与 氩离子的能量相近的快原子束
质谱技术在临床微生物检验中的应用.PPT
基本原理是将样品分散在基质分子中并形成晶体。
当用激光照射晶体时，基质从激光中吸收能量，
样品解吸附，基质-样品之间发生电荷转移使得
样品分子电离，电离的样品在电场作用下飞过真
空的飞行管，根据到达检测器的飞行时间不同而
被检测，即通过离子的质量电荷之比（M/Z）与
离子的飞行时间成正比来分析离子，从而测得并
绘出样品分子的质谱图。
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6/9/2020
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6/9/2020
微生物诊断技术不断发展给临床带来 了什么？
1、非培养/难培养微生物的检测能力大大 提高
2、缩短了常规微生物培养鉴定诊断药敏 时间(即TAT时间)
3、从微生物检验角度提供精准的诊断
28
6/9/2020
六、安图微生物质谱Autof ms1000 的优势
实验室要求：操作方便的，成本便宜的，性价比高的，临 床迫切需要的。
6
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7
6/9/2020
8
6/9/2020
临床微生物实验室自动化
将实验室人员从一些技术要求较低的、 能由仪器完成的工作中解脱出来，提高 标本处理效率，缩短TAT时间。
9
6/9/2020
检测器
6/9/2020
MALDI-TOF MS蛋白质指纹特征
19
6/9/2020
质谱检测流程
挑取部分菌
落点样至靶
板
20
加基质液
MALDI TOF 检测
生成图谱 搜库鉴定
6/9/2020
显示绿色并且分数 最高的为该样品的 鉴定结果。
21
鉴定结果
6/9/2020
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器
系
统
电子倍增器， 闪烁计数器，等
闪烁计数器：由闪烁体(也称荧光体)和光电倍增管构成
8
二、质谱仪的组成
（一）真空系统
覆盖区：凡是有样品分子和离子存在的区域。 作用：降低背景；减少离子间或离子与分子间碰撞所 产生的干扰，如散射、离子飞行偏离、质谱图变宽等； 延长灯丝寿命（残余空气中的氧能烧坏离子源的灯 丝）。 真空度： 1.0×10-4～1.0×10-7Pa。特别是质量分 析器要求高真空度。
真空系统
离子源
质量分析器
检测器
加速器
计算机系统
质谱仪的基本结构框图
7
二、质谱仪的组成
进样系统 eg样品板 LC或GC
离子源
++ ++
++
质量分析器
加 速 器
++ + ++++++ ++ ++ +
+++++ + + + +
真空系统
EI源 FAB源 MALDI源 ESI源，等
quadrupole Ion trap time-of-flight, etc
13
二、质谱仪的组成
（五）质量分析器
质量分析器可以将离子源产生的离子，在电磁场的作用
下，按照质荷比的大小分离聚焦。分析器类型来划分质谱仪 的分类依据。
常见的质量分析器：
1.单聚焦分析器
2.双聚焦分析器
3.四极杆分析器
4.离子阱分析器
5.飞行时间分析器
14
二、质谱仪的组成
（六）检测器
1．电子倍增器（最常用） 由质量分析器出射的离子，具有一定的能量，打到
二、质谱仪的组成
常见离子源电离方式
✓ 电子电离（EI） ✓ 化学电离（CI） ✓ 场电离（FI） ✓ 场解吸（FD） ✓ 快原子轰击（FAB） ✓ 电喷雾电离（ESI） ✓ 大气压化学电离（APCI） ✓ 基质辅助激光解吸电离（MALDI）
12
二、质谱仪的组成
（四）加速器
在离子源中产生的各种不同动能的正离子，在加速 器的高频电场中加速，增加能量后，因其轨迹半径不 同而初步分开。加速器包括回旋加速器、直线加速器 等
二、质谱仪的组成
（七）计算机系统
运用工作站软件控制样品测定程序，采集数据与计算结 果、分析与判断结果、显示与输出质谱图（表）、数据储存 与调用等。
17
三、 质谱仪的分类
➢ 按所使用的质量分析器类型来分类： 磁质谱仪（单聚焦质谱仪、双聚焦质谱仪） 四极杆质谱仪（Q-MS） 离子阱质谱仪（IT-MS） 飞行时间质谱仪（TOF-MS） 傅立叶变换质谱仪（FT-MS） ➢ 按应用范围分类： 同位素质谱仪 无机质谱仪 有机质谱仪（如前面最基础的五类） 质谱仪还可以按性能指标分类，如分辨率。
5
一、质谱仪的工作原理
质谱图
纵坐标为离子相对强 度：以离子强度最强峰为 100，其他的峰则以此为 标准，确定其相对强度， 又称相对丰度；或为离子 强度（离子流强度）
横坐标为质荷比
质谱图
6
二、质谱仪的组成
7个部分： 真空系统 进样系统 离子源 加速器 质量分析器 检测器 计算机系统
进样系统
2
目录
第一节 质谱仪 第二节 质谱联用技术 第三节 质谱仪在生物医学领域中的应用 本章小结
3
第一节 质谱仪
4
一、质谱仪的工作原理
质谱仪离子源中的样品，在极高的真空状态下，在电子、 电场、光、热或激发态原子等能量源作用下，将物质气化、 电离成正离子束，经电压加速和聚焦导入质量分析器中，一 般利用离子在电场、磁场中运动的性质，按离子质荷比 (m/z)的大小顺序进行收集和记录，得到质谱图。也可以按 质荷比-相对强度或离子强度列表，得到质谱表
（六）检测器
3．电荷耦合器件（charge coupled device，CCD） 利用离子在感光板上的感光来观察质量谱线的位置和 强度。CCD能检测出用一般电检测法难以检测到的极 小量的试样和寿命短的离子。
此外，离子阱、傅立叶变换器本身也就是一个检 测器。还有离子计数器、法拉第杯、低温检测器等。
16
18
四、 质谱仪的性能指标
（一） 分辨率
是指分离相邻两个质谱峰的能力
公式一
R M M
MM 1 2M 2， MM 2M 1
质谱图的分辨率示意图
19
四、 质谱仪的性能指标
（二）灵敏度
绝对灵敏度是指产生具有一定信噪比（signal to noise
ratio ， SNR ， S/N ） 的 分 子 离 子 峰 所 需 的 样 品 量 。 常
用绝对灵敏度表示质谱仪的灵敏度。其中，信噪比=检 测信号∶背景噪音，一般要求信噪比大于10:1。
第五章 生物质谱技术与仪器
1
重点提示
1.质谱仪的工作原理是什么？ 2.质谱仪有哪些主要部分？其主要作用是什么？对质谱仪的
性能有何影响？ 3.质谱仪中的质量分析器主要有几种？各自有什么特点？ 4.质谱仪中常见的离子源有哪些？它们的主要特点是什么？ 5.质谱联用技术有哪些？各有什么主要特点？ 6.质谱仪在生物医学领域中有哪些主要应用？ 7.同位素稀释-质谱法（ID-MS）的原理和主要特点是什么？ 8.什么叫MALDI-TOF-MS？它有什么主要应用？
10
二、质谱仪的组成
（三）离子源（ion source）
使气化样品中的原子、分子电离或分子碎片成正离子，又 称为电离源 。离子源与质谱仪的性能直接相关
常见的分子破碎过程示意图
M
•
“·”表示未配对的单电子，“+”表示正离子。分子失去一个 电子而电离所产生的自由基离子，称为分子离子（ ）。 分子离子进一步发生键的简单断裂，而产生质量数较低的 碎片，即失去游离基（自由基）后的正离子，称为碎片1离1
9
二、质谱仪的组成
（二）进样系统
根据是否需要接口装置，分为两种方式：
气态、高沸点液态样品：通过可调喷口装置导入 吸附在固体上或溶解在液体中的挥发性样品：通过 1.直接进样 顶空分析器富集样品上方的气体，利用吸附柱捕集， 再程序升温使之解吸附，经毛细管导入
固体样品：常用固体直接进样杆（盘）导入
2.通过接口进样：将气相色谱（GC）载气去除或将液相色 谱(LC)的溶剂去除后导入质谱。
电子倍增器的第一个阴极产生电子，电子再依次撞击电 子倍增器的倍增极，电子数目呈几何倍数放大，最后在 阳极上可以检测到放大后的电流。特点是快速、灵敏、 稳定。
2．光电倍增管 离子发射撞击荧光屏，荧光屏发射光电子由电子放
大器检测。电子放大器密封在容器中，光电子可穿透密 封玻璃，能避免表面污染。
15
二、质谱仪的组成