质谱基本原理

质谱基本原理,美国瓦里安技术中国有限公司上海代表处,2,主要内容,基本原理技术指标质谱仪器结构离子源质量分析器检测器串联质谱扫描模式质谱评分标准离子阱&四极杆,3,1、基本原理,4,质谱：称量离子质量的工具,12 units,0 units,基本原理,5,12 units,质谱：称量离子质量的工具,12 units,基本原理,6,8 9 10 11 12 13 14 15 16,质谱：称量离子质量的工具,12 units,12 units,基本原理,7,8 9 10 11 12 13 14 15 16,质谱：称量离子质量的工具,12 units,14 units,基本原理,8,12 units,8 9 10 11 12 13 14 15 16,mass,Number of counts,质谱：称量离子质量的工具,基本原理,9,质谱分析法主要是通过对样品离子质荷比的分析而实现对样品进行定性和定量的一种方法电离装置把样品电离为离子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,基本原理,10,四极杆作为质量过滤器,m,mabove,mbelow,X+,X-,基本原理（以四极杆质谱为例）,11,2、技术指标,12,质量范围,质量范围是质谱仪所能测定的离子质荷比的范围质荷比：m/z质量单位：amu或u，Da或D,13,不同仪器：四极杆：4000Da离子阱质谱：4000Da磁质谱：10000Da傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-MS） 50000 Da 飞行时间质谱：无上限不同要求：气相色谱：800Da 液相质谱：2000Da 生物分子：10000Da或更大,质量范围,14,分辨率：分开两个邻近质量峰的能力。 何为分开：若两个相邻峰的峰谷低于峰高的10%(或5%，50%)，则认为 是分开的。,分辨率,15,数学定义：,(1) m1和m2代表两个相邻峰的质量数 (2) m代表某一峰的质量，m代表半峰宽,分辨率,16,质量数为28的三种分子组成的精确质量,若仪器分辨力很低，如RP=200，则对以上三个分子不能分开，混为一峰若要分开以下混合物，则必需有如下分辨力CO-C2H4: (RP)2 = 27.994914/(28.031299-27.994914) = 770N2-C2H4 : (RP)3 = 28.006158/(28.031299-28.006158) = 1100CO-N2 : (RP)1 = 27.994914/(28.006158-27.994914) = 2490当仪器分辨力达到770时， 只能够只分开 CO-C2H4 。当仪器分辨力达到1100时，能够分开CO-C2H4 和N2-C2H4 当仪器分辨力超过2500时，三者全部分开。一般低分辨仪器在2000左右。10000以上时称高分辨。FT-MS分辨力可达2百万。,17,不同仪器：磁质谱，飞行时间质谱仪，傅立叶变换离子回旋共振质谱仪：分辨率、线性和稳定性好，属高分辨质谱仪离子阱质谱仪：分辨率高，线性低，准高分辨质谱仪，用于判断质谱峰带的电荷数四极杆质谱仪：分辨力低，线性好，不属于高分辨质谱仪,分辨率,18,扫描时间,色谱峰的数据点数目和峰宽以及扫描时间有关较短的扫描时间，可以获得良好的峰型，但是不利于信号采集较长的扫描时间，有助于信号采集，但是峰型不好峰型和信号，二者需折衷考虑,19,高斯分布的色谱峰,理想的高斯峰应有35个数据点,20,同一个色谱峰，但数据点减半,高斯分布的色谱峰,21,7个数据点,22,5个数据点,23,数据点错误结果,Illustrative data only,24,Dwell time：离子被监测的时间在多残留分析中，缩短dwell time，可增加同步MRM的通道数10s的色谱峰，dwell time6ms， MSMS通道时间6ms，50通道，峰的数据点10*1000/(12*50)16,三重四极杆,Dwell time,通道时间,25,离子阱,离子阱质谱的分析模式,Cycle time 的组成,1、AGC 预扫Pre-scan2、ion filling (离子充满)3、分离母离子和对母离子激发碰撞4、质量分析 将离子抛出阱外检测(只有这一步与扫描速度有关）,26,3、质谱仪器结构,27,真空系统,样品入口,检测器,数据系统,质量分析器,离子化方法,大气,质谱仪器结构,28,真空对质谱有何重要性？,低真空,高真空,带电离子,检测器,检测器,气体分子,29,GC 或 LC,接口,有机质谱示意图,质量分析器,检测器,离子源,PC,30,极性、分子量、挥发性,31,HPLC 与 GC 的应用差异,32,4、离子源,33,固体样品,液体样品,气体样品,EI,CI,APCI,MALDI,ESI,APPI,转化成溶液,转化成固体,转化成气体,根据待分析物的化学性质,根据待分析物的化学性质,离子源将待分析样品电离，得到带有样品信息的离子,34,GCEI：电子电离源，最常用的气相离子源，有标准谱库CI：化学电离源，可获得准分子离子。PCI，NCILCESI：电喷雾源，最常用的液相离子源，适用于极性较强的化合物，可用于热不稳定化和物的分析APCI：大气压化学电离源，适用于中等极性或弱极性的小分子量化合物，尤其是含杂原子的化合物，不适合热不稳定或在溶液中容易电离的化合物APPI：大气压光电离源，适用于弱极性的化合物，如多环芳烃等MALDI ：基质辅助激光解吸电离，适合于分析生物大分子 ，主要与TOF联用,离子源,35,EI：电子离子源,36,ESI：电喷雾源,37,毛细管,四极预杆,干燥气,ESI ：电喷雾源,38,APCI：大气压化学电离源,39,APPI：大气压光电离源,40,5、质量分析器,41,质量分析器将离子源产生的离子按m/z顺序分开并排列成谱,空间分离质谱：四极杆质量分析器双聚焦分析器：分辨率高，但扫描速度慢，操作、调整比较困难，价格高时间分离质谱离子阱质量分析器（IT）飞行时间质量分析器（TOF）：质量范围宽，扫描速度快，灵敏度高 傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-MS） ：分辨率极高，分析灵敏度高,四极杆和离子阱均属于四极电场原理,42,四极杆质量分析器,43,四极杆作为质量过滤器,m,mabove,mbelow,X+,X-,44,双聚焦质量分析器,45,离子阱质量分析器,46,飞行时间质量分析器,47,6、检测器,48,高能转换打拿极检测器,49,一体化的检测器,50,7、串联质谱仪,51,穿越式四极杆，MS/MS 是空间串联需要三个四极杆 ( 三级四极杆)离子阱， MS/MS是时间串联,仅 195通过,仅RF电压所有离子通过Ar碰撞解离,扫描100-195 子离子,Q1,Q2,Q3,串联质谱仪,52,串联质谱仪,53,GC/MS EI全扫描（利血平）,54,LC/MS/MS,一级MS，ESI,二级MS，ESI子离子扫描,55,TQ vs. SQ,来自基质较强的背景干扰,2,4-MCPA,MECOPROP,2,4-D,DICHLORPROP,2,4-MCPA,MECOPROP,2,4-D,DICHLORPROP,Analysis in SIM modeAnalysis in MRM mode,SQ: Low specificity and poor S/N TQ: High specificity & reliable quantitation,TRACE QUANTITATION TOOL (LC/MS application note 15; 5ppb onion sample),56,为什么需要MS/MS？,更多的结构信息，适合未知化合物的结构解析（LC/MS/MS）共流出物，相同分子量的化合物提高信噪比降低检测限提高子离子的选择性复杂基质样品分析，提高定量结果的准确性,57,8、扫描模式,58,扫描模式 Full Scan（全扫描）,可获得丰富的谱图信息适合未知化合物的结构鉴定,59,扫描模式 SIM（选择离子监控）,当全扫描无法满足灵敏度的要求时适合于基质不是很复杂的样品的定量分析,60,扫描模式 SRM（选择反应监控）,61,扫描模式 MRM（多级反应监控）,SRM & MRM适合于较脏、基质复杂的样品，提高灵敏度适合于化合物结构解析,62,MRM 扫描方式的特点,多组分同时分析共流出物的分析母离子-子离子关系明确， 定性能力强复杂样品、脏样品的分析同位素内标的使用可区分同分异构体,63,64,扫描模式 母离子扫描,适合于含有相同局部结构的不同化合物的鉴定,65,扫描模式 子离子扫描,适合于化合物官能团分析以及化合物的结构解析,66,扫描 中性丢失,适合于含某一官能团的化合物鉴定（如含-OH，-NH2）,67,几种扫描模式,所有扫描模式可通过时间编程应用在同一个运行方法中,Full Scan,SIM,SRM,MRM,Precursor Scan,Neutral Loss,68,9、质谱评分标准,69,欧盟2002/657/EC指令中规定在农药