质谱基础知识-飞行时间质谱仪原理及应用 PPT
合集下载
质谱基础知识飞行时间质谱仪原理及应用
营养成分和功能成分分析
飞行时间质谱仪能够检测食品中的营养成分和功能成分，为食品的 营养评价和功能研究提供依据。
04
质谱技术的发展趋势
高灵敏度质谱技术的发展
灵敏度提升
随着技术的不断进步，质谱仪的 灵敏度不断提高，能够检测到更 低浓度的物质，为痕量物质的分 析提供了可能。
选择性增强
高灵敏度质谱技术通过改进离子 化方法和分离技术，提高了对复 杂样品的选择性，降低了干扰物 质的影响。
质谱的应用领域
01
02
03
04
生物医药
用于蛋白质、核酸等生物大分 子的检测和鉴定。
环境监测
检测空气、水体中的有害物质 和污染物。
食品安全
检测食品中的添加剂、农药残 留等。
化学分析
对有机化合物进行定性和定量 分析，用于化学反应机理研究
等。
02
飞行时间质谱仪原理
飞行时间质谱仪的结构
电离源
用于将样品分子转化为带电离 子，常见电离源有电子轰击、 化学电离、电喷雾等。
飞行管
离子在其中进行无散射的飞行 ，通常由真空密封的管子组成 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
进样系统
用于将样品引入质谱仪中，通 常采用气相色谱或直接进样方 式。
加速电场
用于加速离子，使其获得足够 的能量进入飞行管。
检测器
用于检测到达终端的离子，通 常采用电子倍增器或微通道板 。
飞行时间质谱仪的工作原理
01
02
03
04
进样系统将样品引入电离源， 电离源将样品分子转化为带电
在化学领域的应用
在化学领域，质谱技术用于研究化合物的结构、组成、反应机理等，可以用于合成路线的确定、反应条件的优化等。
飞行时间质谱仪能够检测食品中的营养成分和功能成分，为食品的 营养评价和功能研究提供依据。
04
质谱技术的发展趋势
高灵敏度质谱技术的发展
灵敏度提升
随着技术的不断进步，质谱仪的 灵敏度不断提高，能够检测到更 低浓度的物质，为痕量物质的分 析提供了可能。
选择性增强
高灵敏度质谱技术通过改进离子 化方法和分离技术，提高了对复 杂样品的选择性，降低了干扰物 质的影响。
质谱的应用领域
01
02
03
04
生物医药
用于蛋白质、核酸等生物大分 子的检测和鉴定。
环境监测
检测空气、水体中的有害物质 和污染物。
食品安全
检测食品中的添加剂、农药残 留等。
化学分析
对有机化合物进行定性和定量 分析，用于化学反应机理研究
等。
02
飞行时间质谱仪原理
飞行时间质谱仪的结构
电离源
用于将样品分子转化为带电离 子，常见电离源有电子轰击、 化学电离、电喷雾等。
飞行管
离子在其中进行无散射的飞行 ，通常由真空密封的管子组成 。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
进样系统
用于将样品引入质谱仪中，通 常采用气相色谱或直接进样方 式。
加速电场
用于加速离子，使其获得足够 的能量进入飞行管。
检测器
用于检测到达终端的离子，通 常采用电子倍增器或微通道板 。
飞行时间质谱仪的工作原理
01
02
03
04
进样系统将样品引入电离源， 电离源将样品分子转化为带电
在化学领域的应用
在化学领域，质谱技术用于研究化合物的结构、组成、反应机理等，可以用于合成路线的确定、反应条件的优化等。
飞行时间质谱仪
JILIN UNIVERSITY RESEARCH CENTER FOR DRUG METABOLISM
Q-TOF
JILIN UNIVERSITY RESEARCH CENTER FOR DRUG METABOLISM
飞行时间质谱仪工作原理
1 2 v t L v 2 qV / m L 2 qV / m 2t V L m /z 2t V eL
2 2 2 2
ห้องสมุดไป่ตู้
mv
2
qV
m / q m / ze
质荷比与时间的平方成正比，只要测定出飞行时间，就 可换算成质荷比。在检测时，显然是质荷比小的先到达检 测器，质荷比大的后到达。在通常情况下，离子的飞行时 间为微秒数量级。
JILIN UNIVERSITY RESEARCH CENTER FOR DRUG METABOLISM
CENTER FOR DRUG METABOLISM
前体离子扫描
飞行时间质谱仪的性能指标
分辨率
RP = M / M （M:为测定的质量， M:半峰高的峰宽）
线性模式，分辨串较低；反射模式，分辨率可高达15000 “延迟引出”（DE）技术或称“脉冲离子引出”（PIE）
质量范围
目前的商品仪器．—般可测到几十万原子质量单位（u）
飞行时间质谱仪在药物分析中应用举例
MALDI-TOF反射模式：
JILIN UNIVERSITY RESEARCH CENTER FOR DRUG METABOLISM
Q-TOF 分析中应用举例
JILIN UNIVERSITY RESEARCH CENTER FOR DRUG METABOLISM
JILIN UNIVERSITY RESEARCH CENTER FOR DRUG METABOLISM
Q-TOF
JILIN UNIVERSITY RESEARCH CENTER FOR DRUG METABOLISM
飞行时间质谱仪工作原理
1 2 v t L v 2 qV / m L 2 qV / m 2t V L m /z 2t V eL
2 2 2 2
ห้องสมุดไป่ตู้
mv
2
qV
m / q m / ze
质荷比与时间的平方成正比，只要测定出飞行时间，就 可换算成质荷比。在检测时，显然是质荷比小的先到达检 测器，质荷比大的后到达。在通常情况下，离子的飞行时 间为微秒数量级。
JILIN UNIVERSITY RESEARCH CENTER FOR DRUG METABOLISM
CENTER FOR DRUG METABOLISM
前体离子扫描
飞行时间质谱仪的性能指标
分辨率
RP = M / M （M:为测定的质量， M:半峰高的峰宽）
线性模式，分辨串较低；反射模式，分辨率可高达15000 “延迟引出”（DE）技术或称“脉冲离子引出”（PIE）
质量范围
目前的商品仪器．—般可测到几十万原子质量单位（u）
飞行时间质谱仪在药物分析中应用举例
MALDI-TOF反射模式：
JILIN UNIVERSITY RESEARCH CENTER FOR DRUG METABOLISM
Q-TOF 分析中应用举例
JILIN UNIVERSITY RESEARCH CENTER FOR DRUG METABOLISM
JILIN UNIVERSITY RESEARCH CENTER FOR DRUG METABOLISM
质谱仪工作原理PPT课件
• 目前，通过采取激光脉冲电离方式，离子延迟引出技 术和离子反射技术，可以在很大程度上克服上述三个 原因造成的分辨率下降。
• 现在，飞行时间质谱仪的分辨率可达20000以上。最 高可检质量超过300,000Da，并且具有很高的灵敏度。
2021
39
（4）离子阱质量分析器（ion trap）
通过扫描射频电 压值，使阱中离子 的轨道依次变得不 稳定，因此可从将
质
谱
图
质谱表
元素图表
2021
42
四、质谱仪的性能指标
1、质量范围
指所能检测的m/z范围
四极杆质谱 m/z小于或等于2000
磁式质谱
m/z可达到几千
飞行时间质谱 m/z可达到几十万
2021
43
2、分辨率R
R M M
质谱仪把相邻两质量 组分分开的能力
例如：CO+ 27.9949 ， N2+ ，
28.R0061M
EI 源的特点：
电离效率高；应用广泛；操作方便
EI源：可变的离子化能量 (10～240eV,常用70eV )
电子能量 分子离子增加
电子能量 碎片离子增加
对于易电离的物质降低电子能量，而对于难 电离的物质则加大电子能量（常用70eV ）。
2021
15
(2) 化学电离源(chemical ionization CI)
•电喷雾源ESI,
•大气压化学电离源APCI， LC-MS
•激光解吸源LD
2021
12
(1)电子轰击源
(electron impact ionization, EI)
++
: R1
: R2
+
• 现在，飞行时间质谱仪的分辨率可达20000以上。最 高可检质量超过300,000Da，并且具有很高的灵敏度。
2021
39
（4）离子阱质量分析器（ion trap）
通过扫描射频电 压值，使阱中离子 的轨道依次变得不 稳定，因此可从将
质
谱
图
质谱表
元素图表
2021
42
四、质谱仪的性能指标
1、质量范围
指所能检测的m/z范围
四极杆质谱 m/z小于或等于2000
磁式质谱
m/z可达到几千
飞行时间质谱 m/z可达到几十万
2021
43
2、分辨率R
R M M
质谱仪把相邻两质量 组分分开的能力
例如：CO+ 27.9949 ， N2+ ，
28.R0061M
EI 源的特点：
电离效率高；应用广泛；操作方便
EI源：可变的离子化能量 (10～240eV,常用70eV )
电子能量 分子离子增加
电子能量 碎片离子增加
对于易电离的物质降低电子能量，而对于难 电离的物质则加大电子能量（常用70eV ）。
2021
15
(2) 化学电离源(chemical ionization CI)
•电喷雾源ESI,
•大气压化学电离源APCI， LC-MS
•激光解吸源LD
2021
12
(1)电子轰击源
(electron impact ionization, EI)
++
: R1
: R2
+
质谱原理及使用课堂PPT
35
在灯丝和阳极之间加入约70V 电压，获得轰击能量为70eV的电 子束（一般分子中共价键电离电位 约10eV），它与进样系统引入气 体束发生碰撞而产生正离子。
36
正离子在第一加速电极和反射极间 的微小电位差作用下通过第一加速电极 狭缝，至质量分析器电极狭缝，而第一 加速极与第二加速极之间的高电位使正 离子获得其最后速度，经过狭缝进一步 准直后进入质量分析器。
47
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。
48
（l）磁分析器 最常用的分析器类型之一就是扇
5
1 u1 12 (6.01 2.2 0 2 1 0 12 0 0 g 4 1 3 1C 0 2 C 2原 /0 m/1 m 子 o C 2l1 o C 2） l
=1.66054×10-24g/12C原子 =1.66054×10-27kg/12C原子
6
而在非精确测量物质的场合，常 采用原子核中所含质子和中子的总数 即质量数来表示质量的大小，其数值 等于其相对质量数的整数。
37
（2）化学电离源 在质谱中可以获得样品的重要
电子轰击产生的M+峰，往往不存在 或其强度很低。必须采用比较温和 的电离方法，其中之一就是化学电 离法。
38
化学电离法是通过离子——分 子反应来进行，而不是用强电子束 进行电离。离子（为区别于其它离 子，称为试剂离子）与试样分子按 下列方式进行反应，转移一个质子 给 试 样 或 由 试 样 移 去 一 个 H+ 或 电 子，试样则变成带+l电荷的离子。
在灯丝和阳极之间加入约70V 电压，获得轰击能量为70eV的电 子束（一般分子中共价键电离电位 约10eV），它与进样系统引入气 体束发生碰撞而产生正离子。
36
正离子在第一加速电极和反射极间 的微小电位差作用下通过第一加速电极 狭缝，至质量分析器电极狭缝，而第一 加速极与第二加速极之间的高电位使正 离子获得其最后速度，经过狭缝进一步 准直后进入质量分析器。
47
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。
48
（l）磁分析器 最常用的分析器类型之一就是扇
5
1 u1 12 (6.01 2.2 0 2 1 0 12 0 0 g 4 1 3 1C 0 2 C 2原 /0 m/1 m 子 o C 2l1 o C 2） l
=1.66054×10-24g/12C原子 =1.66054×10-27kg/12C原子
6
而在非精确测量物质的场合，常 采用原子核中所含质子和中子的总数 即质量数来表示质量的大小，其数值 等于其相对质量数的整数。
37
（2）化学电离源 在质谱中可以获得样品的重要
电子轰击产生的M+峰，往往不存在 或其强度很低。必须采用比较温和 的电离方法，其中之一就是化学电 离法。
38
化学电离法是通过离子——分 子反应来进行，而不是用强电子束 进行电离。离子（为区别于其它离 子，称为试剂离子）与试样分子按 下列方式进行反应，转移一个质子 给 试 样 或 由 试 样 移 去 一 个 H+ 或 电 子，试样则变成带+l电荷的离子。
质子转移反应飞行时间质谱仪原理
质子转移反应飞行时间质谱仪原理
质子转移反应飞行时间质谱仪（PTR-TOF-MS）是一种高灵敏度
的质谱仪，用于气相和气溶胶中挥发性有机化合物（VOCs）的分析。
它的工作原理基于质子转移反应（PTR）和飞行时间（TOF）技术。
首先，让我们来看看质子转移反应（PTR）的原理。
在PTR-
TOF-MS中，样品气体通常与H3O+（氢氧根离子）接触，形成离子化
的分子。
这些离子化的分子具有不同的质荷比，它们通过电场加速
器进入飞行时间部分。
接下来是飞行时间（TOF）部分的原理。
一旦分子离子化并加速，它们进入飞行管道，其中它们在电场的作用下以不同的速度飞行。
根据飞行时间和离子质荷比的关系，可以确定分子的质量。
通过测
量到达检测器的时间，可以计算出分子的飞行时间，从而确定其质量。
PTR-TOF-MS的工作原理可以帮助科学家快速、准确地分析复杂
的气味和气味混合物，例如大气中的挥发性有机化合物、生物质燃
烧产物和环境挥发性有机化合物等。
这种技术在环境监测、生物地
球化学、大气化学等领域具有重要的应用价值。
总的来说，PTR-TOF-MS利用质子转移反应和飞行时间技术，能够快速、高灵敏地分析气相和气溶胶中的挥发性有机化合物，为环境科学和相关领域的研究提供了重要的分析工具。
飞行时间质谱仪原理与应用
SF
(
X SF 2 X 3X SF
A2
)3/ 2
X
A2 )
U A2
U
2( X A2 X SF ) 3X SF
空间/能量聚焦条件下旳离子飞行时间
t m ( 2X A1 2X A2 X SF ) 2q U U A2 U U U A2 U
小结
为取得较高旳质量辨别：
A.飞行时间质谱旳几何尺寸和工作电压 都需调整。 B.几何尺寸和工作电压间有有关性。 C.可取得较“空间聚焦”条件下更高旳 质量辨别能力。
XSF
U UA2
双电极情况下旳空间聚焦条件
X SF
2
X
A1
U ( U A2
)3
/
2
(1X A2 X A1 NhomakorabeaU ( U A2
U )1) U A2
XA1 XA2
XSF
U
UA2
结论：
能够经过调整电极间距离和不同电 极上旳电压来变化离子焦点旳位置。
在设计飞行时间质谱时。能够先拟 定飞行管旳长度L，然后经过变化各个电 极间旳距离和工作电压旳设置来取得最 佳旳质量辨别成果。
则： 离子初始动能分布：ΔU=7.5 eV, XSF=20 cm, t1= 5 µs, t2=40 µs. 所以，Δt=0.3 ns
又假定：离子到达探测器表面旳时间 差为0.1ns
RFTOFMS质量辨别率：~105
t 1 ( 7.5 )2 5 3 ( 7.5 )3 40 45 4 1000 45 16 1000 45 t 6 *105
当飞行距离：L，和工作电压：V，一定时，离子 飞行时间：T，和离子质荷比一一相应。
飞行时间质谱仪旳质量辨别
全部质荷比(m/z)相同旳离子尽量同步到达离子探测 器,即具有尽量相同旳飞行时间。
质谱的原理和仪器构造ppt课件
质谱分类
目前质谱在药检领域的应用迅速 增加，原因是许多保健品、中药 制剂、食品等非法添加化学成分， 需要做出鉴定，虽是中国国情使 然，却也为仪器供应链创造了商 机。
一、有机质谱的基本原理：
质谱仪原理的示意图：
进样系统 离子源 (电离和加速，形成各 种离子) 质量分析器 (把不同质荷比的 离子分开) 检测器 (检测各种质荷比的 离子) 数据处理系统。
6.真空系统
为了保证离子源中灯丝的正常工作，保 证离子在离子源和分析器正常运行，消 减不必要的离子碰撞，散射效应，复合 反应和离子-分子反应，减小本底与记忆 效应, 质谱仪的离子源和分析器一般真空 度都要求在 10-5-10-8 Torr 才能工作。
真空系统由机械真空泵和扩散泵或涡轮 分子泵组成。通常用机械泵预抽真空， 然后用扩散泵或涡轮分子泵连续地抽气。
声的比值，就是信/噪比值，用 S/N 表
示。噪声指基线的强度。
4. 质量精度
利用质谱仪定性分析时，质量精度是一 个很重要的性能指标。在低分辨质谱仪 中，仪器的质量指示标尺精度不应低于 ±0.4质量数。高分辨率质谱仪给出离子 的精确质量，相对精度一般在1-10ppm。
四、质量分析器：
介绍五种不同的分析器
5.计算机、数据处理系统
在计算机未问世前，用反射式电流计，即 被检测的每个 m/e 值的离子电流作用于电流 计上，电流计的发射镜就把光束反射到光敏纸 上，从而实行记录。
计算机系统的功能是对质谱仪进行控制， 包括对质谱数据的采集、处理和打印。现有电 子轰击源 (EI) 的质谱仪的均有 NIST 标准谱 库，谱库中有十几万张标准谱图及用于环保、 农药、兴奋剂, 代谢产物等专用谱库。可进行 谱库检索。高分辨质谱仪其数据系统的软件则 更丰富，还能给出分子离子和其他碎片离子的 元素组成及理论计算值、偏差值 (百万分之 一), 饱和度等其他有关信息。
飞行时间质谱仪检测蛋白质的原理
飞行时间质谱仪检测蛋白质的原理
飞行时间质谱仪（Time-of-flight mass spectrometer，TOF-MS）是一种常用于蛋白质分析的质谱仪。
其工作原理如下：
1. 样品制备：蛋白质样品首先需要经过消化酶或其他方法进行降解，生成一系列的肽段。
2. 离子化：样品中的肽段转化为离子态，常见的离子化技术包括电喷雾离子化（Electrospray Ionization，ESI）和基质辅助激
光解吸飞行时间质谱（Matrix-Assisted Laser
Desorption/Ionization-Time-of-Flight Mass Spectrometry，
MALDI-TOF-MS）。
3. 加速：离子化的肽段经过加速电场加速，使得不同质量的离子获得相同的能量。
4. 飞行：加速后的离子在真空中以高速飞行，时间与其质量-
电荷比（m/z）成反比关系。
5. 检测：离子到达飞行时间质谱仪的检测器，并将其时间信号转换为质量分析信号。
飞行时间质谱仪中常用的检测器有微通道板（Microchannel Plate，MCP）、多道面板（Multi-Anode Plate，MAP）和二极管（Diode）。
6. 数据分析：通过测量到的飞行时间和相关的质量数据，可以确定离子的质量-电荷比，从而推断其对应的肽段。
7. 蛋白质鉴定：通过比对实验测得的肽段质谱与数据库中的已知蛋白质进行匹配，可以确认样品中的蛋白质成分。
总的来说，飞行时间质谱仪通过测量离子在电场中飞行的时间，以及离子的质量-电荷比，可以实现对蛋白质的分析和鉴定。
质谱基础知识-飞行时间质谱仪原理及应用
•
8、业余生活要有意义，不要越轨。20 20年12 月13日 星期日 10时46 分33秒 10:46:3 313 December 2020
•
9、一个人即使已登上顶峰，也仍要自 强不息 。上午 10时46 分33秒 上午10 时46分 10:46:3 320.12. 13
• 10、你要做多大的事情，就该承受多大的压力。12/13/
基本原理
V L
2V
基本原理——公式推导
T L* m L* ( 1 )( m )
2neV
2V ne
T L * ( 1 )(m)..............(n 1) 2V e
当飞行距离L和工作电压V一定时，离子飞行时间T和离子 质荷比一一对应。
飞行时间质谱仪性能指标
质量分辨（Mass resolution, m/△m）：质谱仪器分 辨不同成分物质的能力；~10000
飞行时间质谱仪
12210300012
质谱仪简介
质谱仪是按离照子离源子的质荷质比量(m过/z滤)不/分同析,器来分离不同分子量的分 子.测定分子量进行成分和结构分析.
进样部 分离子的生成方式有失去或捕获电荷(如:电子发射,质子化或去质
样品板 子化) +
++ LC或GC
+++ + + + + +++
广泛用于化学、生物学、环 境科学等领域。
中药分析 蛋白质组学
Thanks!
Thanks!
•
1、有时候读书是一种巧妙地避开思考 的方法 。20.1 2.1320. 12.13Sunday, De杰出的 人谈话 。10:4 6:3310: 46:3310 :4612/ 13/2020 10:46:33 AM
飞行时间质谱仪 ppt课件
缺点:
a). 金属离子干扰, Na, K； b). 离子源结构复杂,； c). 没有LC/MALDI 接口； d). 实现MS/MS 困难 e). 需要基质
质量范围: 分子量小于500,000 Da
ppt课件
48
6). 表面增强激光解吸电离(Surface-enhanced laser desorption/ionization, SELDI)技术
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
ppt课件
蛋白质
34
质谱工作流程
进样系统
离子源
质量分析器
离子检测器
1.加热进样 2.直接进样
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
ppt课件
35
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。
1911年: 世界第一台质谱装置 （J.J. Thomson）
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
ppt课件
30
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
ppt课件
43
电喷雾离子化的特点是产生高电荷离子而不是 碎片离子，使质量电荷比（m/z）降低到多数 质量分析仪器都可以检测的范围，因而大大扩 展了分子量的分析范围，离子的真实分子质量 也可以根据质荷比及电荷数算出
可以方便地与多种分离技术联合使用，如液质 联用（LC－MS）是将液相色谱与质谱联合而 达到检测大分子物质的目的。
质谱分析技术原理与应用PPT模板课件
第3 章质量分析器
3.2傅里叶变换离子回旋共振质量分析器
3.2.1 质量分析器 3.2.2 离子回旋运动 3.2.3 离子阱内实际的离子运动 3.2.4 离子激发与检测 3.2.5 离子检测的模式 3.2.6 操作模式 3.2.7 质量分辨能力 3.2.8 捕获电压影响下的质量检测极限
A
C
E
3.2 傅里叶变换离子
3.4 四极杆与四极
3.6 质量分析器的
回旋共振质量分析 器
离子阱质量分析器
选择与应用
B
D
F
17
第3章质量分析器
参考文献
18
第3 章质量分析器
3.1扇形磁场质量分析器
3.1.1磁场单聚焦质量分析器 3.1.2磁场双聚焦质量分析器 3.1.3双聚焦质谱仪的串联质谱分析
19
40
第7 章质谱数据解析
7.3软电离法谱图解析
7.3.1带多电荷谱图分析 7.3.2软电离电喷雾电离的串联质谱分析谱图
41
第8章定量 分析
8.1定量专一性
8.2灵敏度、检测限与校准曲线
3. 使用质谱进行定量分析的方法 1. 外标法
2. 标准加入法 3. 同位素内标法 4. 同位素标定定量法 8.4分离与质谱技术的结合对定量分析的重要性及注意事 项 参考文献
38
第7 章质谱数据解析
7.1质谱数据介绍
7.1.1整数质量、精确质量、单一同位素质量 7.1.2同位素含量与分布、平均质量 7.1.3质量分辨率对谱图／质量准确度的影响
39
第7 章质谱数据解析
7.2电子轰击电离谱图解析
7.2.1电子轰击电离谱图简介 7.2.2氮规则与不饱和键数量规则 7.2.3谱图解读的简易指导原则
飞行时间质谱仪课件
电离源
电离源
电子轰击电离源
化学电离源
电离源是飞行时间质谱仪的关键部件 之一，它的作用是将待测样品离子化。 电离源通常采用电子轰击、化学电离、 场致电离等技术，以产生正负离子。 电离源的性能直接影响质谱仪的灵敏 度和分辨率。
电子轰击电离源是飞行时间质谱仪中 最常用的电离源之一。它的工作原理 是利用高能电子与样品分子碰撞，使 样品分子失去电子成为正离子。电子 轰击电离源具有高灵敏度、高分辨率 等特点，适用于大多数有机化合物和 部分无机化合物的分析。
飞行时间质谱仪的应用领域
01
02
03
04
生物医学研究
用于蛋白质组学、代谢组学、 药物发现等领域，可检测生物
分子和细胞成分。
环境监测
用于检测空气、水体和土壤中 的污染物，如挥发性有机化合
物、重金属等。
食品安全
用于检测食品中的农药残留、 添加剂等有害物质。
化学分析
用于分析化学物质的结构和组 成，如有机化合物、无机物等。
通过与其他分析技术的联用，如色谱、光 谱等，实现更全面和深入的分析，提高鉴 定的可靠性和准确性。
05
的用例
在生物大分子研究中的应用
蛋白质组学研究
飞行时间质谱仪能够检测蛋白质的序 列和修饰，帮助科学家了解蛋白质的 结构和功能，为疾病诊断和治疗提供 重要信息。
生物标志物发现
通过飞行时间质谱仪对生物样本进行 分析，可以发现与疾病相关的生物标 志物，有助于疾病的早期诊断和预后 评估。
飞行时间质谱仪价格较高，使得一些 小型实验室或研究机构难以承受。
需要专业操作和维护
飞行时间质谱仪需要专业人员进行操 作和维护，以确保其正常运行和使用 效果。
对样品要求较高
飞行时间质谱仪原理
飞行时间质谱仪原理
飞行时间质谱仪是一种基于质荷比对粒子进行分析的仪器。
它利用粒子在电场和磁场中运动的速度差异，实现对质荷比进行测量。
其工作原理可以概括为以下几个步骤：
1. 粒子源：飞行时间质谱仪中用于产生待测粒子的粒子源。
常见的粒子源包括离子源、中性原子源等。
这些粒子在经过适当的加速器或激发器后会成为高速运动的粒子束。
2. 加速器：粒子源后面通常有一个加速器，用于给待测粒子束加速，使其达到一定的能量和速度，以便在后续的分析过程中有足够的速度差异。
3. 飞行管：待测粒子束进入飞行管，它是一个长而具有高真空的管道。
在管道中，待测粒子束受到恒定的电场和磁场的作用，电场使其加速，磁场使其偏转。
由于不同质荷比的粒子受到电场和磁场的影响不同，它们在飞行管中的轨迹也会有所不同。
4. 探测器：飞行时间质谱仪的探测器位于飞行管的末端。
它可以用于记录粒子束到达的时间，并且可以区分不同的粒子。
当待测粒子到达探测器时，探测器会输出一个电信号，记录下到达时间。
5. 数据处理：通过测量到达时间、使用粒子的速度、飞行距离等信息，可以计算出粒子的飞行时间。
将飞行时间与待测粒子
的质量和电荷进行相关联，就可以得到粒子的质荷比。
总之，飞行时间质谱仪利用粒子在电场和磁场中的运动差异，测量粒子的飞行时间，并通过计算得到粒子的质荷比，从而实现对粒子的分析和鉴定。
飞行时间质谱仪课件
数据采集异常
数据采集异常可能是由于硬件故障或 软件问题引起的。检查数据采集卡的 连接和驱动程序是否正常，同时确保 软件参数设置正确。
真空系统泄漏
真空系统泄漏可能导致仪器性能下降 。检查真空泵的工作状态和密封圈是 否完好，及时维修或更换损坏部件。
质谱图异常
质谱图异常可能是由于样品处理不当 或仪器性能问题引起的。检查样品处 理步骤是否正确，同时对仪器进行校 准和维修。
应用领域
生物医学研究
用于蛋白质组学、代谢 组学等研究，帮助科学 家了解生物体内分子组
成和功能。
环境监测
用于检测空气、水体等 环境中的有害物质和污 染物，为环境保护提供
数据支持。
食品安全
用于检测食品中的农药 残留、添加剂等有害物
质，保障食品安全。
制药行业
用于药物研发、质量控 制等方面，提高制药行 业的生产效率和产品质
量。
CHAPTER 02
飞行时间质谱仪的组成与结 构
进样系统
01
02
03
进样方式
包括直接进样、间接进样 和在线进样三种方式。
进样量控制
通常采用微量注射器、流 量控制器等设备来控制进 样量。
进样速度与频率
根据不同的分析需求，可 以选择不同的进样速度和 频率。
电离源
电离方式
包括电子轰击、化学电离 、场致电离和光致电离等 。
对真空度的依赖
飞行时间质谱仪需要在高真空 环境下工作，这增加了设备的 维护成本和操作难度。
不适合小分子分析
对于质量较小的分子，由于其 质量分辨率较低，飞行时间质 谱仪的分析效果可能会受到影
响。
CHAPTER 04
飞行时间质谱仪的操作与维 护
数据采集异常可能是由于硬件故障或 软件问题引起的。检查数据采集卡的 连接和驱动程序是否正常，同时确保 软件参数设置正确。
真空系统泄漏
真空系统泄漏可能导致仪器性能下降 。检查真空泵的工作状态和密封圈是 否完好，及时维修或更换损坏部件。
质谱图异常
质谱图异常可能是由于样品处理不当 或仪器性能问题引起的。检查样品处 理步骤是否正确，同时对仪器进行校 准和维修。
应用领域
生物医学研究
用于蛋白质组学、代谢 组学等研究，帮助科学 家了解生物体内分子组
成和功能。
环境监测
用于检测空气、水体等 环境中的有害物质和污 染物，为环境保护提供
数据支持。
食品安全
用于检测食品中的农药 残留、添加剂等有害物
质，保障食品安全。
制药行业
用于药物研发、质量控 制等方面，提高制药行 业的生产效率和产品质
量。
CHAPTER 02
飞行时间质谱仪的组成与结 构
进样系统
01
02
03
进样方式
包括直接进样、间接进样 和在线进样三种方式。
进样量控制
通常采用微量注射器、流 量控制器等设备来控制进 样量。
进样速度与频率
根据不同的分析需求，可 以选择不同的进样速度和 频率。
电离源
电离方式
包括电子轰击、化学电离 、场致电离和光致电离等 。
对真空度的依赖
飞行时间质谱仪需要在高真空 环境下工作，这增加了设备的 维护成本和操作难度。
不适合小分子分析
对于质量较小的分子，由于其 质量分辨率较低，飞行时间质 谱仪的分析效果可能会受到影
响。
CHAPTER 04
飞行时间质谱仪的操作与维 护
《质谱原理及应用》PPT课件
特征：（裂解方式与醇相似）
a、脂肪醚的M很弱，芳香醚的M较强；增大样品用量或增大操作压力，可
醚 使M及M+1峰增强；
b、脂肪醚主要有三种裂解方式（Cα-Cβ键裂解、O-Cα键裂解、重排α裂 解）；
c、芳香醚只发生O-Cα键裂解；
d、缩醛是一类特殊的醚，中心碳原子的四个键都可裂解，概率相差无几；
e、环醚裂解脱去中性碎片醛。
1.09
根据“氮规则”、M=181，化合物分子式为(2)。
+
CH3CH2CH2CH2CH2CH3
CH3CH2CH2CH2CH2+ + CH3 m/e 71
CH3CH2CH2CH2+ + CH2CH3 m/e 57
CH3CH2CH2+ + CH2CH2CH3 m/e 43
CH3CH2+ + CH2CH2CH2CH3 m/e 29
CH3 m/e 137 (M +)
CH3CH2CH2COOHm/e88(M +)
NO2
试判断下列化合物的分子离子峰的质荷比是偶数还是奇数？
(i)C H 3 I(ii)C H 3 C N (iii)C 2 H 5 N H 2(iv )H 2 N C H 2 C H 2 N H 2(v ) N H
同位素离子
e、环状酮可能发生较为复杂的裂解（但仍以酮基α 裂解开始）。
羧基
特征：
a、脂肪羧酸的M峰一般可察出，最特征的峰为m/z=60峰，由McLafferty 重排裂解产生；
b、芳香族羧酸的M峰相当强，M-17，M-45峰也较明显。
羧酸酯
特征： a、直链一元羧酸酯的M峰通常可观察到，且随相对分子质量的增高（C6）
质谱仪的简述及应用PPT课件
样孔进入分析器
.
ESI是很软的电离方法，即便是分子量大，稳定性差的化 合物，也不会在电离过程中发生分解。
特点： ❖ 适合于适用于强极性，大分子量的样品（生物大分
子）分析，如蛋白质、肽、糖等。 ❖ 最大特点是容易形成多电荷离子。一个分子量为
10000Da的分子若带有10个电荷，则其质荷比只有 1000Da，进入了一般质谱仪可以分析的范围之内。 因此目前采用电喷雾电离，可以测量分子量在 300000Da以上的蛋白质。 ❖ 主要用于液相色谱-质谱联用仪
.
（1） 电子电离源(electron ionization EI)
动画
图4-6电子电离源原理图
.
EI是质谱中最常用的离子源，电子能量一般为70eV，大 多数有机化合物的电离电位7~15eV，多数分子离子进一 步裂解产生碎片离子。
样品分子形成离子的四种途径： • 样品分子被打掉一个电子形成分子离子（同位素离子）。 • 分子离子进一步发生化学键断裂形成碎片离子。 • 分子离子发生结构重排形成重排离子。 • 通过分子离子反应生成加合离子。 特点： ❖ 碎片离子多，结构信息丰富，有标准化合物质谱库； ❖ 主要用于挥发性样品的电离，不能汽化的样品不能分析； ❖ 稳定性不高的样品得不到分子离子；
第四章 质谱分析法 Mass Spectrometry，MS 第一节 概述
分子
.
4.1.1 质谱仪的发展史
1911年: 世界第一台质谱装置（J.J. Thomson） 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 80年代： 新的质谱技术出现：快原子轰击电离子源，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； LC-MS联用仪，感应耦合等离子体质谱仪，富立叶变换质谱仪等
- 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)。
直线式VS反射式
直线型飞行时间质谱仪的 主要缺点：分辨率低。
离子初始能量不同，使得 具有相同质荷比的离子达 到检测器的时间有一定分 布，造成分辨能力下降。
改进的方法
在线性检测器前面的加上 一组静电场反射镜，将自 由飞行中的离子反推回去， 初始能量大的离子由于初 始速度快，进入静电场反 射镜的距离长，返回时的 路程也就长，初始能量小 的离子返回时的路程短， 这样就会在返回路程的一 定位置聚焦，从而改善了 仪器的分辨能力。
质量精度（mass accuracy）：衡量质谱仪器测量物质 成分的准确度；ppm
质量范围（mass range ）：质谱仪器测量物质成分的 质量大小范围；1~ ∞
灵敏度（sensitivity）：质谱仪器所能测量物质成分 的最低含量；单分子检测
飞行时间质谱仪TOF-MS的构成
离子源：
电喷雾电离源（ESI）
大家应该也有点累了，稍作休息
大家有疑问的，可以询问和交流
飞行时间质谱仪TOF-MS的构成
质量分析器
TOF-MS分辨率低的原因
时间分散 空间分散 能量分散
改进方法
脉冲电离 离子延迟引出 反射器技术
目前, TOF -MS大都装有反射器,使离子 经过多电极组成的反射器后沿V型或W 型路线飞行到达检测器,使得分辨率可 达20 000 以上, 最高检测质量可超过 300 000 Da,且具有很高的灵敏度。
+ +
++ + ++
+
+++ +++
+++ +++
+
+
+
+
检 测 器
EI源 FAB源 MALDI源 ESI源
Quadruopole Ion trap Time-of-flight
电子倍增器 闪烁计数器
质谱的发展历史
1906年 J.JThomson在实验中发现带电荷离子在电磁场中的运动 轨迹与 它的质荷比(m/z)有关,并于1912年制造出第一台质谱仪. 1946年 发明飞行时间质量分析器(Time-of-flight Analyzer) 1953-1958年 出现四极杆质量分析器(Quadrupole) 1956年 GC-MS开始联用 1959年 质谱首次用于peptide sequencing 1965年 离子共振质谱出现 1968年 电喷雾离子源Electrospray Ionization 1973年 LC-MS 1974年 Fourier transform ion cyclotor resonance MS 1987-1988年 Matrise_assisted laser desorption ionization 1996年 电喷雾离子源开始用于生物大分子的研究
广泛用于化学、生物学、环 境科学等领域。
中药分析 蛋白质组学
主要用于极性、难气化的成分在液相状态下的电离。
大气压化学电离源（APCI）
主要用于中等极性、易挥发的小分子化合物在气相状态下的电离
基质辅助激光解吸电离源（MALDI）
主要用于多肽、核苷酸、蛋白质和高分子聚合物等生物大分子的 电离
大气压光电离源（APPI）
主要用于芳烃、甾体等不宜用以上三种离子化的样品。
质谱基础知识-飞行时间质谱仪原理及应用
质谱仪简介
质谱仪是按照离子的质荷比(m/z)不同,来分离不同分子量的分 子.测定分子量进行成分和结构分析.
离子的生成方式有失去或捕获电荷(如:电子发射,质子化或去质
子化) 离子源
质量过滤/分析器
进样部分 样品板 LC或GC
+ ++
+++ + + + + +++
基本原理
V L
2V
基本原理——公式推导
T L* m L* ( 1 )(m)
2neV
2V ne
T L* ( 1 )(m)............(n1) 2V e
当飞行距离L和工作电压V一定时，离子飞行时间T和离子 质荷比一一对应。
飞行时间质谱仪性能指标
质量分辨（Mass resolution, m/△m）：质谱仪器分辨 不同成分物质的能力；~10000
这种带有静电场反射镜的 飞行时间质谱仪被称为反 射式飞行时间质谱仪
V1 V2
XA1 XA2
XSF
U
空间聚焦
L
XD1 XD2
XRef
XS
US
反射式飞行时间质谱仪
飞行时间质谱仪的应用
质量分析器； 可以单独使用，也可以和其
他仪器串联使用
与四级杆质谱串联 与离子阱质谱串联 与粒子淌度质谱串联