有机质谱原理及应用ppt课件.ppt

有机质谱原理及应用 1 课程安排第一部分 理论基础第一章 导论第二章 有机质谱仪第三章 质谱 质谱第四章 质谱法测定分子结构 一 小分子第五章 质谱法测定分子结构 二 大分子第六章 LC MS LC MS MS应用举例第二部分 LCQ离子阱质谱仪原理及应用第一章 ThermoFinniganLCQ离子阱质谱仪介绍第二章 Xcalibur软件应用技巧第三章 MassFrontier软件辅助解析第三部分 上机实验时间安排大致如下 第一部分 6 8次课 第二部分 1 2次课 第三部分 1次课或第一和第二部分课后进行或单独安排时间 2 1 1质谱的基本概念一 质谱是什么 MassSpectromety特殊的天平 称量离子的质量 质谱学 是一门研究气相离子结构 性质及反应行为的科学 二 质谱能做什么 定性 化合物的结构定量 混合物的组成领域 化学 生物学 医学 药学 环境 物理 材料 能源等三 质谱的独到之处是什么 4S特性 Sensitivity灵敏Speed快速Specificity特异Stoichiometry化学计量 3 1 2质谱分类 质谱 同位素质谱 生物质谱 结构鉴定 定量分析 气相离子化学 化学 化工 环境 地球 药学 毒物学 刑侦 生命 医学 农业科学 有机质谱 无机质谱 4 1 3质谱学的发展历史一 质谱学领域的诺贝尔 Nobel 奖1906年 物理奖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 物理奖W Paul贡献 离子阱技术的发明 2002年 化学奖J B FennVirginiaCommonwealthUniversity USA贡献 电喷雾 ESI 电离方法生物大分子分析ElectrosprayIonizationforMassSpectrometryofLargeBiomolecules J B Fenn M Mann C K Meng S F WongandC M Whitehouse Science246 64 1989 KoichiTanaka 田中耕一 ShimadzuCorporation Japan贡献 激光辅助解吸电离质谱 MALDI 电离方法生物大分子分析RapidCommunicationsinMassSpectrometry2 151 153 1988 KoichiTanaka HiroakiWaki YutakaIdo SatoshiAkita Yoshikazu 5 二 质谱学的历史事件 1886年 Goldstein发现正电荷离子1898年 Wien利用电场和磁场使正电荷离子偏转1912年 Thomson研制第世界上一台质谱仪 氖同位素的发现1918年 Dempster电子轰击电离 Electronionization 及磁聚焦1919年 Aston精密仪器 测定50多种同位素 第一张同位素表1934年 Stephens均匀扇形磁场 球差和质量色散公式Herzog和Hintenberger电磁场组合 离子光学系统1940年 Nier扇形磁场偏转质谱计 双聚集系统商品仪器的雏形235U 电磁制备方法 第二次世界大战期间在石油 化工等领域的应用1946年 Stephens飞行时间质谱 Time offlightmassanalysis 6 1952年 Martin气相色谱方法1953年 Paul等四极杆分析器 Quadrupoleanalyzers 1956年 GohlkeandMcLafferty气相色谱 质谱联用 GC MS Beynon高分辨质谱仪 High resolutionMS 1965年 Hipple等离子回旋共振 IonCyclotronResonance 1966年 MunsonandField化学电离 Chemicalionization 1967年 McLaffertyandJennings串联质谱 Tandemmassspectrometry 1973年 McLafferty液相色谱 质谱联用 LC MS 热喷雾方法1974年 Comisarow和Marshall傅立叶变换离子回旋共振质谱 FT ICR MS 1981年 Barber等快原子轰击电离质谱 FABMS 生物中 小分子 2000以内 7 1989年 J B Fenn电喷雾电离KoichiTanaka基质辅助激光解吸电离1990年 KattaandChait电喷雾电离质谱观察蛋白质构象改变1993年 商品电喷雾质谱仪1995年 付立叶变换离子回旋共振质谱仪 与ESI和MALDI联用 1998年 高分辨飞行时间质谱仪 DelayExtract Reflectron技术 8 三 我国质谱发展概况 20世纪50年代 同位素质谱研究 配合核研究 技术来自于前苏联70年代 引进质谱仪 磁质谱 VG ZAB 2F 3F 7台 北大 南京 南开 兰州 中科大 武汉 中山 VG 7070E 20多个单位 FinniganMAT系列80年代 中国科学院科学仪器厂 仿制7070E型质谱仪KYKY系列1980年 中国质谱学会 杭州成立 依托于科学仪器厂 质谱学报 创刊中国质谱学会机构 无机专业委员会 同位素专业委员会 有机质谱专业委员会 生物医学专业委员会 仪器与教育专业委员会 9 1 3常用概念 一 质荷比 m z 质谱图中的横坐标 质量与电荷之比 若离子所带电荷为z 1 则质荷比等于该离子的质量数 离子是以12C原子的1 12定义为一个质量单位 用u表示 1u 1 66054x10 27kg其它常用符号 Da 道尔顿1Da 1u二 离子的强度 丰度 I两种表示方法百分强度 所有峰的强度之各为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 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 其它离子强与之相比的百分强度称为该离子的强度 10 三 同位素化学上 氖的原子量为20 2 质谱上 氖不在m z20 2处出峰 而是在m z20和m z22处各出一个峰 该峰的相对强度为10 1 为什么 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 元素分类情况 A H F P IA 1 C NA 2 O Si Cl Br 11 同位素分布的二项式规则 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 12C5H12 Mm z7212C413C1H12 M 1m z7312C313C2H12 M 2m z7412C213C3H12 M 3m z7512C113C4H12 M 4m z76 12 例 79Br100 81Br98 100 MM 2M 4M 6Br n 1 11Br2 n 2 121Br3 n 3 1331例 35Cl100 37Cl32 5 MM 2M 4M 6Cl n 1 10 325Cl2 n 2 10 6500 106Cl3 n 3 10 9750 3170 034 13 例 12C100 13C1 1 C60 n 60 b 1 1 MM 1M 2M 312C6013C12C5913C212C5813C312C577207217227231nbn n 1 b2 2 n n 1 n 2 b3 3 10066214 6 14 元素组成的判断 用同位素丰度的分布可帮助判断峰的元素组成 方法 1 获取最高质量峰 分子离子峰 分子离子峰受氢迁移的影响最小 2 最大丰度信号强有利于判断 3 A峰的选择一个峰组中的A峰应是仅含最大丰度同位素 如12C 16O 35Cl 的最高质量峰 优先考虑A 2型元素存在的可能性 因A 2峰受A 1元素的影响较小 A 2元素同位素的自然丰度也较高 容易判断 尤其是氯和溴 然后再判断A 1元素 可根据其与A峰的强度比 大致判断A 1元素的种类和所含个数 4 确定元素组成的一致性从分子离子峰M 得到元素组成信息 需要与较小的碎片离子的组成吻合 15 三 仪器技术指标质量范围 MassRange 质谱仪所能检测的最小到最大的质量范围 不同仪器 四极杆1 600Da 1 4000Da 磁质谱 1 10000Da飞行时间质谱 无上限离子阱质谱 1 2000Da 1 4000Da不同要求 气体分析 1 300Da气相色谱质谱 1 600Da 800Da有机质谱 1 2000Da生物分子 1 10000Da或更大 16 分辨力 ResolutionPower RP 分辨力 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 17 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 18 分辨率的另外一种定义 分辨率 M M M为半峰高处峰宽 分开的定义10 valley 19 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 ICR MS分辨力可达2百万 20 高分辨质谱进行元素组成分析 任何一种同位素的质量并不是正好的整数 12C的准确质量为12 00000000 1H 1 007782506 14N 14 00307407 16O 15 99491475 末位有效数字 每一个同位素都具有唯一的 特征的 质量亏损 离子的质量包含了同位素的总的质量亏损 也是特征的 以此来鉴定离子的同位素和元素组成 例m 43 0184Da的离子必定是C2H3O 不可能是C3H7 m 43 0058 或C2H5N m 42 9984 或CH3N2 m 43 0296 为了区分这四个离子 测量的质量的准确度需达到130ppm 即小数点后第四位是准确的 元素组成信息随着质量的增加而呈指数地上升 对质谱质量的测定准确度要求更高 例分子量为310的质谱峰 已知它们的元素组成限于碳 氢 氮和氧 且最多不超过3个氮原子和4个氧原子 如果将其各种组合出来的质量能够区分开来 要求的质量准确度达到2ppm 这是目前最高质量分辨力的FT ICR MS勉强能够达到的水平 21 注意事项质谱学上的高分辨包含两层含义 高的分辨本领保证两个靠得很近的峰能够分开来 从而知道是两个峰而不是一个峰 良好的线性行为用已知精确质量的离子去得到待测定离子的质量数 不容许二者峰的质量是一样的 重叠在一起 二者之间必有一定的质量差异 质谱仪的线性不好 用已知精确离子的质量来得到待测定离子的质量 就会因此而产生偏差 从而造成误差 两者距离越远 这种误差越大 良好的稳定性磁质谱 飞行时间质谱仪 离子回旋共振质谱仪 分辨力 线性和稳定性好 属高分辨质谱仪 离子阱质谱仪 分辨力高 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 22 1 4质谱学的专著 期刊和国内国际会议 专著 1 InterpretationofMassSpectra F W Maclafferty2 MassSpectrometryforBiotechnology GarySiuzdak3 MassSpectrometryintheBiologicalSciences A L Burlingame4 有机质谱基础 陈耀祖 科学出版社5 质谱解析 F W McLafferty著 王光辉等译 化学工业出版社 期刊 1 RapidCommunicationinMassSpectrometryIP 影响因子 2 42 JournalofAmericanSocietyofMassSpectrometryIP3 03 JournalofMassSpectrometryIP2 84 MassSpectrometryReviewIP6 85 EuropeanJournalofMassSpectrometryIP1 06 InternationalJournalofMassSpectrometryIP2 17 质谱学报国内核心刊物 23 国内会议 1 中国质谱学会学术交流会 每两年一次 已到第八届 中国质谱学会主办2 中国质谱学会各专业