色谱-质谱-学生.ppt

色谱 质谱联用技术及其应用 福州大学测试中心 一色谱的原理 色谱的原理 色谱分离机制 二质谱的原理2 1质谱的发展 2 2质谱特点 2 3质谱仪框图 Ionseparation Detector Output 离子源和质量分析器的压力在10 4 10 5Pa和10 5 10 6Pa大量氧会烧坏离子源的灯丝 用作加速离子的几千伏高压会引起放电 引起额外的离子 分子反应 改变裂解模型 谱图复杂化 2 4质谱仪构造 真空系统 进样方式 1气体可通过储气器进入离子源 2易挥发的液体 在进样系统内汽化后进入离子源 3难挥发的液体或固体样品 通过探针直接插入离子源 进样系统 分子失去电子 生成带正电荷的分子离子 分子离子可进一步裂解 生成质量更小的碎片离子 离子源 质量分析器是质谱计的核心 不同类型的质量分析器构成不同类型的质谱计 不同类型的质谱计其功能 应用范围 原理 实验方法均有所不同 质量分析器 检测记录系统 质量分析器分离并加以聚焦的离子束 按m z的大小依次通过狭缝 到达收集器 经接收放大后被记录 电子轰击电离ElectronImpactIonization EI化学离子化ChemicalIonization CI场电离 场解吸FieldIonizationFD FieldDesorptionFD快原子轰击FastAtomBombardment FAB基质辅助激光解析电离Matrix AssistedLaserDesorptionIonization MALDI电喷雾电离ElectrosprayIonization ESI大气压化学电离AtmosphericPressureChemicalIonization APCI 离子化的方法 电子轰击电离又称为电子轰击 或电子电离 是应用最普遍 发展最成熟的电离方法 轰击电压50 70eV 有机分子的电离电位一般为7 15eV 可提供丰富的结构信息 有些化合物的分子离子不出现或很弱 电子轰击电离EI 离子室内的反应气 甲烷等 压力10 100Pa 分子数目是样品的103 105倍 经过电子 电子能量100 240eV 轰击 产生离子 再与试样相互碰撞 产生准分子离子 特点 最强峰为准分子离子 谱图简单 不适用难挥发试样 化学电离 ChemicalIonization CI 场致电离FieldIonizationFieldDesorption FI FD 电压 7 10kV d 1mm 强电场将分子中拉出一个电子 分子离子峰强 碎片离子峰少 不适合化合物结构鉴定 当样品蒸汽接近或接触带高正电位的金属针时 在强电场的作用下发生电离 要求样品分子处于气态 灵敏度不高 应用逐渐减少 场电离FI 样品不需汽化 预先附在处理好的场离子发射体上 送入离子源 然后通以微弱电流 使样品分子从发射体上解吸下来 并扩散至高场强的场发射区 进行离子化 适用于难汽化 热不稳定的样品 如 糖类 肽类 金属有机化合物 聚合物等 场解吸FD 惰性气体Ar或Xe的原子首先被电离并被加速 使之具有高的动能 在原子枪 atomgun 内进行电荷交换反应 Ar 高动能的 Ar 热运动的 Ar 高动能的 Ar 热运动的 高动能的Ar或Xe原子束再轰击样品分子使其离子化 快原子轰击FastAtomBombardment FAB MALDI可使热敏感或不挥发的化合物由固相直接得到离子 待测物质的溶液与基质的溶液混合后蒸发 使分析物与基质成为晶体或半晶体 用一定波长的脉冲式激光进行照射时 基质分子能有效的吸收激光的能量 使基质分子和样品分子进入气相并得到电离 MALDI适用于生物大分子 如肽类 核酸类化合物 可得到分子离子峰 无明显碎片峰 此电离方式特别适合于飞行时间质谱计 基质辅助激光解析电离Matrix AssistedLaserDesorptionIonization MALDI 电喷雾电离 ESI 大气压化学电离源 APCI 它的结构与电喷雾源大致相同 不同之处在于APCI喷咀的下游放置一个针状放电电极 通过放电电极的高压放电 使空气中某些中性分子电离 产生H3O N2 O2 和O 等离子 溶剂分子也会被电离 这些离子与分析物分子进行离子 分子反应 使分析物分子离子化 这些反应过程包括由质子转移和电荷交换产生正离子 质子脱离和电子捕获产生负离子等 质量分析器 磁分析器 静电分析器磁分析器 单聚焦质谱计 只有一扇形磁场的质量分析器又称为磁分析器 加速后离子具有一定的动能 该动能是由离子在加速电场获得的电势能 zV 转化的 单聚焦磁场分析器 方向聚焦 相同质荷比 入射方向不同的离子会聚 分辨率不高 双聚焦分析器 方向聚焦 相同质荷比 入射方向不同的离子会聚 能量聚焦 相同质荷比 速度 能量 不同的离子会聚 质量相同 能量不同的离子通过电场和磁场时 均产生能量色散 两种作用大小相等 方向相反时互补实现双聚焦 四极质量分析器 四极质谱计 四极质谱结构简单 价廉 体积小 易操作 无磁滞现象 扫描速度快 适合于GC MS LC MS 分辨率不高 离子漂移管 飞行时间质谱计 TimeofFlighMS TOF MS TOF MS的核心部分是一个无场的离子漂移管 加速后的离子具有相同的动能 m z小的离子 漂移运动的速度快 最先通过漂移管 到达检测器 m z大的离子 漂移运动的速度慢 最后通过漂移管 到达检测器 检测通过漂移管的时间 t 及其相应的信号强度 可得到质谱图 t为 或s数量级 适合于生物大分子 灵敏度高 扫描速度快 结构简单 分辨率随m z的增大而降低 傅立叶变换质谱计 FourierTransform MassSpectrometer FT MS 傅立叶变换质谱计应该是傅立叶变换离子回旋共振质谱计 是受FT NMR的启迪 利用不同m z的离子 在磁场B的作用下 各自产生不同的回旋频率 若施加一射频场 使其频率等于某一m z离子的回旋频率 则离子就会吸收能量而激发 离子从射频场吸收能量 称之离子的回旋共振 激发的离子运动速度 v 增大 运动轨道半径 r 增大 称之离子的回旋运动的激发 离子阱质量分析器 特定m z离子在阱内一定轨道上稳定旋转 改变端电极电压 不同m z离子飞出阱到达检测器 质谱术语 基峰 RI100 质荷比 m z z 1 z 2 m的计算 组成离子的各元素同位素的质子和中子之和 精确质量 精确质量的计算基于天然丰度最大的同位素的精确原子量 如 1H1 007825 12C12 000000 14N14 003074 16O15 994915 精确度与质谱计的分辨率有关 A 2同位素 三气相色谱 质谱联用技术 众所周知 气相色谱法是一种分离挥发性有机混合物很好的方法 但它的定性是利用各组分的保留时间来确定 这样定结构的能力较差 特别是遇到分析完全未知的欲定性组分 就更困难了 而随着定性及定结构分析仪器的技术发展 如质谱 红外等 和计算机突飞猛进的强大功能 分析家设计出一种小型台式气相色谱与质谱联用的仪器 它集气相色谱以及质谱的各自所长 分离 定性一气快速呵成 目前从事检验 有机物分析的实验室几乎都把GC MS作为主要的定性确认手段之一 在很多情况下亦用GC MS进行定量分析 气 质联用仪系统一般由下图所示的各部分组成 气 质联用法除了具有毛细管柱气相色谱法的功能外 与其它气相色谱法比较 有以下一些性能和操作上的区别 1 GC MS方法定性参数增加 定性可靠 因GC MS方法不仅与GC方法一样能提供保留时间 而且还能提供EI质谱图 由质谱图所显示的分子离子峰的准确质量 碎片离子峰强度比 同位素离子峰同标准谱库比对 检索出相应的化合物 给出结构式 2 GC MS方法是一种通用的色谱检测方法 但灵敏度却远高于GC方法中通用检测器 FID TCD等 中任何一种 因测定化合物的质谱 只需少量样品 常用量约1毫克 最少用量只需几微克 3 采用GC MS方法中提取离子色谱 选择离子检测等技术可降低化学噪声的影响 分离出总离子图上尚未分离的色谱峰 4 在GC MS方法中选择衍生化试剂时 要求衍生化物在一般的离子化条件下能产生稳定的 合适的质量碎片 5 电子轰击离子源 EI 要求被测有机样品必须能汽化 不能汽化或汽化时发生分解的有机化合物不能使用电子轰击源电离 正因如此 气相色谱所分析的有机化合物也必须是能汽化的 换言之 进入气相色谱炉的样品必须要在色谱柱能承受的温度下汽化 气 质联用是解决复杂样品全组分定性定量分析的有力工具 在分析检测和研究的领域中起着越来越重要的作用 特别是在有机化合物常规检测工作中几乎成为一种必备的手段 如石化 化工 食品 香味 营养成分 添加剂 农残等 环保 药物研究 生产 质控以及进出口许多领域的众多环节中都要用到GC MS 法庭医学中各类案件的现场采集物分析 呕吐液 血液等 毒药 毒品检验与鉴定 甚至体育竞技运动中 国际公认用GC MS对运动员进行兴奋剂检测数据可靠 四液相色谱离子阱质谱联用仪 安捷伦液相色谱 离子阱质谱系统 在线真空脱气机 二元或四元梯度液相泵 自动进样器 柱温箱 二极管阵列检测器 多环芳烃的液质分析结果 安捷伦1100液质联用仪接口 增强灵敏度 锥孔设计 Cone 离子截取区小 sweetspot 平面设计具有较大离子截取区 sweetspot 用于离子的捕获 另外带有可控温的氮气流防止不带电荷的中性物质进入毛细管 离子截取区 加热氮气 安捷伦设计 传统设计 Agilent1100LC MSTRAP应用范围 在蛋白质及多肽分析中的应用在天然产物分析中的应用在农药合成及农药残留分析中的应用在染料 如偶氮染料 分析中的应用 表面活性剂分析中的应用 在高分子添加剂分析中应用在双酚A 壬基酚及表面活性剂分析中的应用在食品中兽药残留和毒素分析中的应用在食品及饮用水中农药残留检测中的应用天然产物分析或中草药的品质控制化妆品中违禁激素的测定保健食品中违禁药物的检测 练习题 1画一个C6H5Cl和C6H5Br准分子离子的同位素分布 m z m z 2鉴别分子量 确定以下谱图是否有任何A 2元素 并标出氮数目 奇 偶数 m z m z 301 303 A B C D 200 222 182 184 201 401 202 m z 150 200 250 300 5000 10000 15000 20000 25000 208 135 177 m z 150 200 250 300 2000 4000 6000 8000 10000