岛津三重四极杆液质联用仪教材-V1 [兼容模式]
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9/11/2013
岛津三重四极杆液质联用仪基础知识
岛津企业管理（中国）有限公司 分析仪器事业部 分析中心
主要内容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 质谱基础知识简介 LC/MS离子化接口 质量分析器 三重四极杆质谱工作模式 LCMS-8030硬件基础 LC/MS液相部分结构特点 LC分析条件至LC/MS分析条件的转化 如何提高LC/MS分析的灵敏度
质谱常用概念－分子离子
四、分子离子
分子离子
EI质谱图
Cyclohexane C6H12 Exact Mass: 84.0939 Nominal Mass: 84
m/z
准分子离子
ESI质谱图
(H3C来自百度文库3C N
O N N H NH2
O
Diketometribuzin C7H12N4O2 Exact Mass: 184.0960 Nominal Mass: 184
A+2 %
元素类型 A A+1 A+1
元素 分类情况： A: H, F, P, I A+1: C, N A+2: O, S,Si, Cl, Br
0.20 3.40 4.40 32.5 98.0
A+2 A A+1,A+2 A A+2 A+2 A+2 A
质谱常用概念－同位素
• 同位素 – 具有相同质子数，不同中子数（或不同质量数）同一元 素的不同核素互为同位素。 • 单同位素峰 – 单同位素质量：最轻的稳定同位素的质量（也有说自然 界中丰度最大的同位素的质量）。 – 单同位素峰：质谱图上单同位素质量所对应的峰。 • 同位素峰 – 质谱图中的一个峰，其元素组成中含有一个或多个非最 高天然丰度的同位素。
1
9/11/2013
1. 质谱基础知识简介
1.质谱基础知识简介
质谱定义和用途 质谱分类 有机质谱适用领域 质谱学领域的诺贝尔奖 质谱常用概念 软件中用到的术语解释
2
9/11/2013
质谱定义和用途
• 质谱是什么？
特殊的天平：称量离子的质量。 Mass Spectrometry (质谱学) ：是一门研究气相离 子结构、 性质及反应行为的科学。 Mass Spectrography (质谱法)：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。 Mass Spectrograph (质谱仪)：将离子按照质荷比 差异进行分离和检测的仪器
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9/11/2013
质谱常用概念
质荷比(m/z) 质谱图 离子的强度（丰度） 分子离子 同位素 仪器技术指标
质谱常用概念－质荷比
一、质荷比(m/z) 离子的质量数与电荷数之比。 若离子所带电荷为z = 1，则质荷比等于该离子的质量数。 质量数的定义： 以12C原子的1/12定义为一个质量单位，用u表示。 1 u=1.66054x10-27 kg 其它常用符号，Da, 道尔顿，1 Da=1 u；amu，atom mass unit，原子质量数单位，1 amu=1 u。
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质谱常用概念－同位素
同位素分布的二项式规则： (1 b) n 1 nb n(n 1) b 2 n(n 1)(n 2) b 3 2! 3! 对A+1和A+2元素 b: A+1或A+2同位素的天然丰度
n: 质谱峰中A+1或A+2元素的个数
A+1元素峰位置 A+2元素峰位置 质谱峰强度
分子式 C3H6O C2H2O2 C4H10
名义质量 36+6+16 = 58 24+2+32 = 58 48+10 = 58
平均质量 58.1791 58.0361 58.1222
准确质量 58.0417 58.0054 58.0780
相关术语解释
色谱图： TIC：Total Ion Chromatogram 总离子流色谱图 EIC：Extracted Ion Chromatogram 提取离子流色谱图 MC： Mass Chromatogram 质量色谱图(同EIC) MIC：Mixed Ion Chromatogram 混合离子流色谱图 采集模式： SIM：Selected Ion Monitoring 选择性离子监测模式 Scan：扫描模式 SRM: Selective Reaction Monitor 选择反应监测 MRM: Multiple Reaction Monitoring 多反应监测 子离子扫描 ( Product Ion Scan)；母离子扫描 (Precursor Ion Scan)； 中性丢失扫描 (Neutral Loss Scan)
m/z
2,6-Dichlorophenol C6H4Cl2O Exact Mass: 161.9639 Nominal Mass: 162
m/z
质谱常用概念－仪器技术指标
分辨率(Resolution) 分辨率=M/M M为半峰高处峰宽 何为分开：若两个相邻峰的 峰谷低于峰高的10%，则认为 是分开的。
Koichi Tanaka (田中耕一) Shimadzu Corporation,Japan 贡献：基质辅助激光解吸电离质谱(MALDI)电离方法 生物大分子分析
Rapid Communications in Mass Spectrometry 2, 151 - 153 (1988), Koichi Tanaka, Hiroaki Waki, Yutaka Ido, Satoshi Akita, Yoshikazu
基峰强度：质谱图中离子强度最大的峰称为基峰，定义它的强度为100， 即IB=100，其它离子强度与之相比的百分强度称为该离子的强度。
6
9/11/2013
质谱常用概念－分子离子
四、分子离子
分子离子
分子离子是样品分子失去或得到一个电子而形成的。分子离子代表完整的样品分子，是 其所有碎片离子的终极前体。由分子离子的m/z值可得到该化合物的相对分子量。分子离 子如为阳离子则以M＋·表示，“+”代表该离子具有一个正电荷，“·”代表游离基，故此离 子为游离基阳离子。如为阴离子则以M－·表示，为游离基阴离子。M＋·及M－·均含未成对电 子，又称奇电子（odd electron）离子。分子离子提供了最有价值的质谱信息，包括相对 分子量、元素组成与碎片离子相关的结构信息。
intensity [M+H]+
m/M
一般低分辨仪器在2000左右 10000以上时称高分辨
m/z
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单同位素质量、名义（整数）质量、平均质量、准确质量
12C 1H 14N 16O
12.0000 1.0078 14.0031 15.9949
甲醇 氧 差异
CH3OH O2
32.0261 u 31.9898 u 0.0363 u
O
200e3
150e3
100e3 197 207 0e3 57 66 50 82 105 100 128 142 155 167 150 200 227 243 257 268 280 295 250 300 317 341 350
50e3
Diketometribuzin (DK) C7H12N4O2 Exact Mass: 184.10 Mol. Wt.: 184.20
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MS中的各种图谱
2. LC/MS离子化接口
12
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LC/MS离子化接口
A 质量 1 12 14 16 19 28 31 32 35 79 127 % 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 33 29 质量 2 13 15 17
A+1 % 0.015 1.1 0.37 0.04 5.10 0.80 18 30 34 37 81 质量
7
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质谱常用概念－同位素
五、同位素
化学上：氯的原子量是35.5。 质谱上：对于含有一个氯原子的离子，在A和A+2处各出一个峰，且相对强度为3:1。这是 因为Cl35:Cl37≈3:1，质谱测定的是微观离子，不是宏观上的平均的概念。
表1 常见元素的天然同位素丰度
元素 H C N O F Si P S Cl Br I
取决于化合物的离子化效率； 化合物分子自身的极性，结构及其所含的功能基团等因素均会 影响离子化情况； 多数具有一定极性的有机化合物可以通过ESI或APCI的方式离 子化，如: 药物及其代谢产物 天然产物 (生物碱, 苷, 毒素, 糖类, 脂类, 维生素等) 蛋白质，多肽 杀虫剂，除草剂 表面活性剂和染料
369 391 404 400 425 453 450 469 482 497 m/z
LC/MS质谱图
质谱常用概念－离子的强度
三、离子的强度（丰度，I ）
离子强度表示每种离子的量的大小，分为绝对强度和相对强 度： 绝对强度：以检测器最终测得的值来计数 相对强度：两种表示方法
百分强度：所有峰的强度之和为100，每个离子所占的份额即为其百分强 度，百分强度= (Ii/Ii) × 100% Ii，第i个离子的强度。
M M 1
M+1 M+2 nb
M+2 M+4 n(n-1)b2/2!
M+3 M+6 n(n-1)(n-2)b3/3!
…… …… ……
质谱常用概念－同位素
例1：79Br 100%, M Br, n=1: Br2, n=2: Br3, n=3: 1 1 1
81Br
98%≈100% M+4 1 3 1 M+6
100
98
100
100
100
M+2 1 2 3
50
50 33.3 33.3
M
M+2 Br
M
M+2 M+4 Br2
M
M+2 M+4 M+6 Br 3
例2：35Cl 100%, 37Cl 32.5% M Cl, n=1: Cl2, n=2: Cl3, n=3: 1 1 1 M+2 0.325 0.650 0.106 0.975 0.317 0.034 M+4 M+6
质谱学领域的诺贝尔奖
1906年：物理学奖
J. I. Thomson 贡献：正电荷离子束在磁场中的偏转 磁质谱仪的基 础同位素分析
1989年：物理学奖
W. Paul 贡献：离子阱技术的发明。
2002年：化学奖
J. B. Fenn Virginia Commonwealth University, USA 贡献：电喷雾(ESI)电离方法 生物大分子分析
准分子离子
取决于化合物的性质和质谱离子化方法及条件，可生成质子化或去质子的分子，即 [M+H]+ 、 [M-H] － 及 加 合 物 离 子 ， 如 [M+Na]+ 、 [M+Cl] － 等 ， 这 些 均 为 偶 电 子 （ even electron）离子。
目前国际上有将两种离子统称分子离子的趋势。
100
100
100
97.5
65.0 32.5 10.6 M M+2 Cl M M+2 M+4 Cl2 M 31.7 3.4 M+2 M+4 M+6 Cl3
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质谱常用概念－同位素
含氯化合物的典型质谱图
正离子模式
p-Chlorophenol C6H5ClO Exact Mass: 128.0029 Nominal Mass: 128
Electrospray Ionization for Mass Spectrometry of Large Biomolecules," J. B. Fenn, M. Mann, C. K. Meng, S. F. Wong and C. M. Whitehouse, Science 246, 64 (1989)
•质谱能做什么？
定性：化合物的分子量和结构 定量：混合物中目标组分的含量 领域： 化学、生物学、医学、药学、 环境、物理、材料、能源等
质谱分类
质 谱
同位素质谱
无机质谱
有机质谱
生物质谱
结构鉴定、定量分析、气相离子化学
生命、医学、 农业科学
环境、地球
化学、化工
药学、毒物 学、刑侦
3
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有机质谱适用领域
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质谱常用概念－质谱图
二、质谱图(Mass Spectrum) 质谱仪产生的信息是离子的质量及其强度，这些数据可以列 成表。最常用的是以质荷比(m/z)为横座标，强度为纵座标制成的质 谱图。
Int. 350e3
正离子模式
185
O (H3C)3C N N N H NH2
300e3
250e3
岛津三重四极杆液质联用仪基础知识
岛津企业管理（中国）有限公司 分析仪器事业部 分析中心
主要内容
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 质谱基础知识简介 LC/MS离子化接口 质量分析器 三重四极杆质谱工作模式 LCMS-8030硬件基础 LC/MS液相部分结构特点 LC分析条件至LC/MS分析条件的转化 如何提高LC/MS分析的灵敏度
质谱常用概念－分子离子
四、分子离子
分子离子
EI质谱图
Cyclohexane C6H12 Exact Mass: 84.0939 Nominal Mass: 84
m/z
准分子离子
ESI质谱图
(H3C来自百度文库3C N
O N N H NH2
O
Diketometribuzin C7H12N4O2 Exact Mass: 184.0960 Nominal Mass: 184
A+2 %
元素类型 A A+1 A+1
元素 分类情况： A: H, F, P, I A+1: C, N A+2: O, S,Si, Cl, Br
0.20 3.40 4.40 32.5 98.0
A+2 A A+1,A+2 A A+2 A+2 A+2 A
质谱常用概念－同位素
• 同位素 – 具有相同质子数，不同中子数（或不同质量数）同一元 素的不同核素互为同位素。 • 单同位素峰 – 单同位素质量：最轻的稳定同位素的质量（也有说自然 界中丰度最大的同位素的质量）。 – 单同位素峰：质谱图上单同位素质量所对应的峰。 • 同位素峰 – 质谱图中的一个峰，其元素组成中含有一个或多个非最 高天然丰度的同位素。
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1. 质谱基础知识简介
1.质谱基础知识简介
质谱定义和用途 质谱分类 有机质谱适用领域 质谱学领域的诺贝尔奖 质谱常用概念 软件中用到的术语解释
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质谱定义和用途
• 质谱是什么？
特殊的天平：称量离子的质量。 Mass Spectrometry (质谱学) ：是一门研究气相离 子结构、 性质及反应行为的科学。 Mass Spectrography (质谱法)：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。 Mass Spectrograph (质谱仪)：将离子按照质荷比 差异进行分离和检测的仪器
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质谱常用概念
质荷比(m/z) 质谱图 离子的强度（丰度） 分子离子 同位素 仪器技术指标
质谱常用概念－质荷比
一、质荷比(m/z) 离子的质量数与电荷数之比。 若离子所带电荷为z = 1，则质荷比等于该离子的质量数。 质量数的定义： 以12C原子的1/12定义为一个质量单位，用u表示。 1 u=1.66054x10-27 kg 其它常用符号，Da, 道尔顿，1 Da=1 u；amu，atom mass unit，原子质量数单位，1 amu=1 u。
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质谱常用概念－同位素
同位素分布的二项式规则： (1 b) n 1 nb n(n 1) b 2 n(n 1)(n 2) b 3 2! 3! 对A+1和A+2元素 b: A+1或A+2同位素的天然丰度
n: 质谱峰中A+1或A+2元素的个数
A+1元素峰位置 A+2元素峰位置 质谱峰强度
分子式 C3H6O C2H2O2 C4H10
名义质量 36+6+16 = 58 24+2+32 = 58 48+10 = 58
平均质量 58.1791 58.0361 58.1222
准确质量 58.0417 58.0054 58.0780
相关术语解释
色谱图： TIC：Total Ion Chromatogram 总离子流色谱图 EIC：Extracted Ion Chromatogram 提取离子流色谱图 MC： Mass Chromatogram 质量色谱图(同EIC) MIC：Mixed Ion Chromatogram 混合离子流色谱图 采集模式： SIM：Selected Ion Monitoring 选择性离子监测模式 Scan：扫描模式 SRM: Selective Reaction Monitor 选择反应监测 MRM: Multiple Reaction Monitoring 多反应监测 子离子扫描 ( Product Ion Scan)；母离子扫描 (Precursor Ion Scan)； 中性丢失扫描 (Neutral Loss Scan)
m/z
2,6-Dichlorophenol C6H4Cl2O Exact Mass: 161.9639 Nominal Mass: 162
m/z
质谱常用概念－仪器技术指标
分辨率(Resolution) 分辨率=M/M M为半峰高处峰宽 何为分开：若两个相邻峰的 峰谷低于峰高的10%，则认为 是分开的。
Koichi Tanaka (田中耕一) Shimadzu Corporation,Japan 贡献：基质辅助激光解吸电离质谱(MALDI)电离方法 生物大分子分析
Rapid Communications in Mass Spectrometry 2, 151 - 153 (1988), Koichi Tanaka, Hiroaki Waki, Yutaka Ido, Satoshi Akita, Yoshikazu
基峰强度：质谱图中离子强度最大的峰称为基峰，定义它的强度为100， 即IB=100，其它离子强度与之相比的百分强度称为该离子的强度。
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质谱常用概念－分子离子
四、分子离子
分子离子
分子离子是样品分子失去或得到一个电子而形成的。分子离子代表完整的样品分子，是 其所有碎片离子的终极前体。由分子离子的m/z值可得到该化合物的相对分子量。分子离 子如为阳离子则以M＋·表示，“+”代表该离子具有一个正电荷，“·”代表游离基，故此离 子为游离基阳离子。如为阴离子则以M－·表示，为游离基阴离子。M＋·及M－·均含未成对电 子，又称奇电子（odd electron）离子。分子离子提供了最有价值的质谱信息，包括相对 分子量、元素组成与碎片离子相关的结构信息。
intensity [M+H]+
m/M
一般低分辨仪器在2000左右 10000以上时称高分辨
m/z
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单同位素质量、名义（整数）质量、平均质量、准确质量
12C 1H 14N 16O
12.0000 1.0078 14.0031 15.9949
甲醇 氧 差异
CH3OH O2
32.0261 u 31.9898 u 0.0363 u
O
200e3
150e3
100e3 197 207 0e3 57 66 50 82 105 100 128 142 155 167 150 200 227 243 257 268 280 295 250 300 317 341 350
50e3
Diketometribuzin (DK) C7H12N4O2 Exact Mass: 184.10 Mol. Wt.: 184.20
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MS中的各种图谱
2. LC/MS离子化接口
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LC/MS离子化接口
A 质量 1 12 14 16 19 28 31 32 35 79 127 % 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 33 29 质量 2 13 15 17
A+1 % 0.015 1.1 0.37 0.04 5.10 0.80 18 30 34 37 81 质量
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质谱常用概念－同位素
五、同位素
化学上：氯的原子量是35.5。 质谱上：对于含有一个氯原子的离子，在A和A+2处各出一个峰，且相对强度为3:1。这是 因为Cl35:Cl37≈3:1，质谱测定的是微观离子，不是宏观上的平均的概念。
表1 常见元素的天然同位素丰度
元素 H C N O F Si P S Cl Br I
取决于化合物的离子化效率； 化合物分子自身的极性，结构及其所含的功能基团等因素均会 影响离子化情况； 多数具有一定极性的有机化合物可以通过ESI或APCI的方式离 子化，如: 药物及其代谢产物 天然产物 (生物碱, 苷, 毒素, 糖类, 脂类, 维生素等) 蛋白质，多肽 杀虫剂，除草剂 表面活性剂和染料
369 391 404 400 425 453 450 469 482 497 m/z
LC/MS质谱图
质谱常用概念－离子的强度
三、离子的强度（丰度，I ）
离子强度表示每种离子的量的大小，分为绝对强度和相对强 度： 绝对强度：以检测器最终测得的值来计数 相对强度：两种表示方法
百分强度：所有峰的强度之和为100，每个离子所占的份额即为其百分强 度，百分强度= (Ii/Ii) × 100% Ii，第i个离子的强度。
M M 1
M+1 M+2 nb
M+2 M+4 n(n-1)b2/2!
M+3 M+6 n(n-1)(n-2)b3/3!
…… …… ……
质谱常用概念－同位素
例1：79Br 100%, M Br, n=1: Br2, n=2: Br3, n=3: 1 1 1
81Br
98%≈100% M+4 1 3 1 M+6
100
98
100
100
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M+2 1 2 3
50
50 33.3 33.3
M
M+2 Br
M
M+2 M+4 Br2
M
M+2 M+4 M+6 Br 3
例2：35Cl 100%, 37Cl 32.5% M Cl, n=1: Cl2, n=2: Cl3, n=3: 1 1 1 M+2 0.325 0.650 0.106 0.975 0.317 0.034 M+4 M+6
质谱学领域的诺贝尔奖
1906年：物理学奖
J. I. Thomson 贡献：正电荷离子束在磁场中的偏转 磁质谱仪的基 础同位素分析
1989年：物理学奖
W. Paul 贡献：离子阱技术的发明。
2002年：化学奖
J. B. Fenn Virginia Commonwealth University, USA 贡献：电喷雾(ESI)电离方法 生物大分子分析
准分子离子
取决于化合物的性质和质谱离子化方法及条件，可生成质子化或去质子的分子，即 [M+H]+ 、 [M-H] － 及 加 合 物 离 子 ， 如 [M+Na]+ 、 [M+Cl] － 等 ， 这 些 均 为 偶 电 子 （ even electron）离子。
目前国际上有将两种离子统称分子离子的趋势。
100
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97.5
65.0 32.5 10.6 M M+2 Cl M M+2 M+4 Cl2 M 31.7 3.4 M+2 M+4 M+6 Cl3
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质谱常用概念－同位素
含氯化合物的典型质谱图
正离子模式
p-Chlorophenol C6H5ClO Exact Mass: 128.0029 Nominal Mass: 128
Electrospray Ionization for Mass Spectrometry of Large Biomolecules," J. B. Fenn, M. Mann, C. K. Meng, S. F. Wong and C. M. Whitehouse, Science 246, 64 (1989)
•质谱能做什么？
定性：化合物的分子量和结构 定量：混合物中目标组分的含量 领域： 化学、生物学、医学、药学、 环境、物理、材料、能源等
质谱分类
质 谱
同位素质谱
无机质谱
有机质谱
生物质谱
结构鉴定、定量分析、气相离子化学
生命、医学、 农业科学
环境、地球
化学、化工
药学、毒物 学、刑侦
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有机质谱适用领域
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质谱常用概念－质谱图
二、质谱图(Mass Spectrum) 质谱仪产生的信息是离子的质量及其强度，这些数据可以列 成表。最常用的是以质荷比(m/z)为横座标，强度为纵座标制成的质 谱图。
Int. 350e3
正离子模式
185
O (H3C)3C N N N H NH2
300e3
250e3