质谱基础知识-飞行时间质谱仪原理及应用
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飞行时间质谱仪
庞钧文 12210300012
a
1
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
+ ++
+++ + + + + +++
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
a
6
飞行时间质谱仪TOF-MS的构成
离子源：
+ +
++ + ++
+
+++ +++
+++ +++
+
+
+
+
检 测 器
EI源
Quadruopole
电子倍增器
FAB源
Ion trap
闪烁计数器
MALDI源
Time-of-flight
a
2
ESI源
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
a
8
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
a
能量大的离子由于初
L
V1 V2
XA1 XA2
a
12
电喷雾电离源（ESI）
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。
a
3
基本原理
V L
a
4
2V
基本原理——公式推导
ห้องสมุดไป่ตู้
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。
a
5
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
XD1 XD2
XSF
U
9 空间聚焦
XRef
XS
US
反射式飞行时间质谱仪
a
10
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
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
a
11
Thanks!
a
7
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。
庞钧文 12210300012
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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
+ ++
+++ + + + + +++
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
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飞行时间质谱仪TOF-MS的构成
离子源：
+ +
++ + ++
+
+++ +++
+++ +++
+
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检 测 器
EI源
Quadruopole
电子倍增器
FAB源
Ion trap
闪烁计数器
MALDI源
Time-of-flight
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ESI源
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
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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
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能量大的离子由于初
L
V1 V2
XA1 XA2
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电喷雾电离源（ESI）
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。
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基本原理
V L
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2V
基本原理——公式推导
ห้องสมุดไป่ตู้
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。
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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
XD1 XD2
XSF
U
9 空间聚焦
XRef
XS
US
反射式飞行时间质谱仪
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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
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
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Thanks!
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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。