课件：液质联用仪基本介绍及其应用技术.pptx

质谱仪基本介绍及其应用技术,一. 概述,二.质谱分析原理,三.仪器结构,四.液质联用技术,五.质谱仪基本操作,六.仪器维护及注意事项,一. 概述,质谱法（mass spectrometry，MS） 利用离子化技术，将物质分子转化为离子(分子离子和碎片离子)，按其质荷比（m/z）的差异分离、排列成谱图，从而进行物质成分和结构分析的方法。 质谱仪 是一种测量带电粒子质合比的装置，利用带电粒子在电场和磁场中运动（偏转、漂移、震荡）行为进行分离与测量。在离子源中样品分子被电离和解离，得到分子离子和碎片离子，将分子离子和碎片离子引入到一个强的电场中，使之加速，加速电位通常用到6-8kV,此时所有带单位正电荷的离子获得的动能都一样，即 eV = mv2/2 但是，不同质荷比的离子具有不同的速度，利用离子的不同质荷比及其速度差异，质量分析器可将其分离，然后由检测器测量其强度。记录后获得一张以质荷比（m/z）为横坐标，以相对强度为纵坐标的质谱图。,1.什么是质谱？,2.质谱分析过程,质谱分析过程可以分为四个基本环节： 1.通过合适的进样装置将样品引入并进行气化; 2.气化后的样品引入到离子源进行电离，即离子化过程; 3.电离后的离子经过适当的加速后进入质量分析器，按不同的质荷比进行分离; 4.经检测、记录，获得一张谱图.,3、质谱法的特点和用途,1. 测定非常准确的分子量，确定分子式。 2.分析速度快，灵敏度高(5pg)，所需的样品少。 3.分析范围广（气体、液体、固体）。 4.根据质谱裂解规律对质谱图中的碎片离子进行解析，可鉴定或验证有机化合物。 5.应用GC-MS、HPLC-MS等技术，可定性、定量地对有机混合样品进行分析。,样品导入系统,离子源,质量分析器,真空泵,离子检测器,放大记录器,按m/z大小不同 进行分离,质谱图,二.质谱分析原理,质谱仪原理图,进样系统,离子源,质量分析器,检测器,1.气体扩散 2.直接进样 3.气相色谱 4.液相色谱,1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.激光,1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间4.四极杆 5.离子阱 6.串列式多级,三.仪器结构,质谱仪一般由进样系统、离子源、分析器、检测器组成。还包括真空系统、电气系统和数据处理系统等辅助设备。,1.真空系统,质谱仪的离子源、质量分析器和检测器必须在高真空状态下工作，以减少本底的干扰，避免发生不必要的离子-分子反应,所以质谱反应属于单分子分解反应。 利用这个特点，我们用液质联用的软电离方式可以得到化合物的准分子离子，从而得到分子量。 由机械真空泵(前极低真空泵)，扩散泵或分子泵(高真空泵)组成真空机组，抽取离子源和分析器部分的真空。只有在足够高的真空下，离子才能从离子源到达接收器，真空度不够则灵敏度低。,2.离子源,电离室原理与结构图,根据离子化方式的不同分类： EI: 电子轰击电离硬电离。 CI: 化学电离核心是质子转移。 FD: 场解吸目前基本被FAB取代。 FAB: 快原子轰击适合难挥发、极性大的样品。 ESI: 电喷雾电离属最软的电离方式，通常只产生分子离 子峰。适宜热不稳定的极性分子，能分析小分子及大 分子(如蛋白质分子多肽等)。 APCI:大气压化学电离适宜做弱极性小分子。 APPI:大气压光喷雾电离适宜做非极性分子。 MALDI:基体辅助激光解吸电离。通常用于飞行时间质谱和 FT-MS，特别适合蛋白质，多肽等大分子。 其中ESI，APCI，APPI统称大气压电离(API),3.质量分析器,质量分析器的分类： 1.单聚焦质量分析器 特点：具有质量色散作用 2.双聚焦扇形磁场-电场串联仪器(sector). 3.四极杆质谱仪(Q). 特点：扫描速率快，结构简单，价格较低。 4.飞行时间质谱仪(TOF). 5.离子阱质谱仪（TRAP） 6.傅里叶变换-离子回旋共振质谱仪(FT-ICRMS). 7.串列式多级质谱仪 (MS/MS) ： 四极+TOF（Q-TOF）、三重四极杆（QqQ）、TOF+TOF,是质谱仪中将离子按质荷比分开的部分,离子通过分析器后,按不同质荷比(M/Z)分开,将相同的M/Z离子聚焦在一起,组成质谱。,四极杆质量分析器的示意 图,四级杆质量分析器 四极杆分析器由四根棒状电极组成，它们距离相等而且互相平行，这四个棒状电极形成一个四极电场。四极杆处于对角位置的两根杆被连接在一起，其中一对杆之间施加电压 ，同时在另外一对杆上施加大小相同、极性相反的直流电压和相位相反、振幅/频率相同的射频电压 。 Vdc为直流电压，Vrf为射频电压。直流电压与射频电压叠加在一起，且两对电极的极性不停进行快速切换，使得带电离子震荡通过四极杆。,4.检测接收器,接收离子束流的装置有： 电子倍增器、光电倍增器、微通道板,将接收来的电信号放大、处理并给出分析结果及控制质谱仪个部分工作。 从几伏低压到几千伏高压。,5.数据及供电系统,质谱仪的主要性能指标,1.分辨率resolution power 即表示仪器分开两个相邻质量离子的能力，通常用R 表示，实验室内的TSQ Quantum 分别率为0.7。 2.质量范围mass range 四极质谱： 4000以内 离子阱质谱： 6000 飞行时间质谱： 无上限 3.质量测量精度 离子质量测定的精度，一般对质量几百的离子， 测量误差应0.003 质量单位。,四、液质联用技术,高效液相液质联用(HPLC/MS)是指高效液相液相色谱与质谱串联的技术。HPLC-MS主要由HPLC仪、接口离子源(HPLC与MS之间的连接装置)、质量分析器、真空系统和计算机数据处理系统组成。 混合样品通过液相色谱系统进样，由色谱柱分离，从色谱仪流出的被分离组分依次通过接口进入MS仪的离子源处并被离子化,然后离子被聚焦于质量分析器中，根据质荷比而分离，分离后的离子信号被转变为电信号，传送至计算机数据处理系统，根据MS峰的强度和位置对样品的成分和结构进行分析。 目前常用的HPLC-MS联用仪具有两大分类系统，一种是从MS的离子源角度来划分,包括电喷雾离子(ESI)、 大气压化学电离(APCI)和基质辅助激光解吸离子化(MALDI)等；另一种是从MS的质量分析器角度来划分，包括四级杆质谱仪(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)。,2019/8/25,17,可编辑,质谱分析仪(MS) 需要高真空条件 质量分析系统 最好使用挥发性缓冲液,液相(HPLC) 高效分离混合物 流动相挥发后产生大量气体 出口压力为大气压 无质量限制 可以使用缓冲盐溶液,大气压电离源 (API),目前最常用的接口类型：,1.电喷雾(ESI),2.大气压化学电离(APCI),3.大气压光喷雾电离源（APPI）,电喷雾(ESI)的电离过程：,库仑爆炸 （Coulomb Explosions）,Rayleigh Limit Reached,+,带电液滴,分析物离子,溶剂离子束,分析物离子 溶剂离子束 盐/离子对 中性化和物,1.电喷雾离子源技术,Neutral Molecules Analyte Ions Clusters Salts,毛细管,液相的入口,雾化器,加热 N2,雾化气入口,碎片碰撞电压 (CID),锥孔,八极杆,四极杆,高能打拿极/电子倍增器,+,+,+,+,+,透镜,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,+,液质联用的电喷雾(ESI)接口,蒸汽,通过电晕针放电形成带电荷的反应剂离子,溶剂在蒸发器中蒸发,+,含有气溶胶的分析物,分析物离子,电荷转移至 分析物分子,+,+,+,+,流动相,分析物,溶剂-溶剂+H+ 溶剂+H+M-溶剂+M+,大气压化学电离源(APCI)的电离过程：,2.大气压化学电离离子源技术,碎片碰撞电压（CID）,锥孔,透镜,四极杆,+,+,+,+,热氮气,液质联用的大气压化学电离源(APCI)接口,高能打拿极/电子倍增器,离子化方式不同 ESI 在溶液中进行离子化 APcI在气相中进行离子化 分析样品类型不同 ESI 极性化合物和生物大分子 APcI弱极性化合物、小分子化合物(相对于ESI方式而言) ，并有一定的挥发性 要求的流动相流速不同 ESI -0.001 to 0.3 mL/min APcI-0.2 to 2 mL/min,ESI和APCI的区别,其他事项,1.扫描模式的选择 2.流动相的选择 3.流量和色谱柱的选择 4.辅助气体流量和温度的选择,1.扫描模式的选择,（1）正负离子模式: 正离子模式：适合于碱性样品，可用乙酸或甲酸对样品加以酸化。 负离子模式：适合于酸性样品，可用氨水或三乙胺对样品进行碱化。 （2） 全扫描方式（Q1 扫描） 可以得到准分子离子，从而判断出其分子量，用于鉴别是否有未知物，并确认一些判断不清的化合物。 （3）母离子扫描 母离子分析可用来鉴定和确认类型已知的化合物，尽管它们的母 离子的质量可以不同，但在分裂过程中会生成共同的子离子。 （4）选择离子扫描（SRM 模式）（又叫子离子扫描） 用于结构判断(得到二级谱图即碎片离子)和选择离子对作多种反应监测（SRM）。该 模式对目标物质最为灵敏，干扰最低，一般用于定量分析。,2.流动相的选择 常用的流动相为甲醇、乙腈、水和它们不同比例的混合物以及一些易挥发盐的缓冲液，如甲酸铵、乙酸铵等，还可以加入易挥发酸碱如甲酸、乙酸和氨水等调节pH 值。,3.流量和色谱柱的选择 不加热ESI的最佳流速是150ulmin，目前多用l2.1mm微柱； TIS源最高允许lmlmin，建议使用200400ulmin； APCI的最佳流速lmlmin，常规的直径4.6mm柱最合适。 为了提高分析效率，常采用 100 mm 的短柱。,4.辅助气体流量和温度的选择 操作中温度一般选择高于分析物的沸点 20 左右即可。对热不稳定性化合物，要选用更低的温度以避免显著的分解。,五、质谱仪基本操作,开机步骤,以安捷伦6400系列质谱仪为例：,关机步骤,数据采集软件功能区、状态区介绍：,方法建立,打开MassHunter采集软件界面 点击Method Editor，如下图。或通过菜单FileNewMethod创建一个新的方法。,定性分析,打开定性分析软件 ，主要功能区常用快捷键介绍如下：,六、仪器维护及注意事项,1.每天实验完成之后，使用1:1异丙醇-水溶液清洗或擦洗离子源，注意勿将溶液喷入毛细管入口。 2.每周开启前级泵上的气振阀两次，每次半小时。开启时可以将气振阀开到最大后，向回转半圈。 3.每天清洗雾化器组件，在清洗前应留出足够的时间让它冷却下来，防止烫伤。 4. 氮气发生器过滤装置必须定期更换，应每半年到一年更换干燥气的气体净化管。,MS维护周期表,注意事项,1.因为任何原因造成的断电，请关闭仪器面板左下角的开关，等待供电恢复10分钟以上再开启电源，否