(浙江大学研究生质谱)质谱-第四讲概要PPT课件

1 1 3离子阱分析器 Iontrap 2 WolfgangPaul1989NobelPrizeforPhysicsUniversityofBonnBonn FederalRepublicofGermanyb 1913d 1993 forthedevelopmentoftheiontraptechnique 3 是由一对环形电极 RingElectrode 和两个呈双曲面形的端盖电极组成 Endcapclectrode Quistor QuadrupoleIonStoreEsquire externalsoursequistorwithresonanceejection 4 一般离子阱内部充以10 3torr的氦气 使离子在阱中的运动受到阻力 较集中于中心 提高了灵敏度 检出限很低 与分辨率 优点 1 单一的离子阱可实现了多级串联质谱 MS n 传统的串联质谱 空间上的串联 由几个质量分析器串联而成 价格昂贵离子阱是 时间上 的串联质谱 价格低廉结构简单 性能价格比高灵敏度高 较四极杆高10 1000倍质量范围大单电荷已达6000 5 缺点 质谱与标准图谱有一定差别 重复性较差 为什么 由于在离子阱中的离子有较长的停留时间 较易发生离子 分子反应 6 1 4时间飞行质谱Time of Flight TOF MassAnalyzer 在离子源中产生的离子经过电压V加速后获得的速度为 1 zeV 1 2m 2 飞行时间质量分析器的核心部分是一个离子漂移管 Drifttube 进行质量分析的原理是 用一个脉冲将离子源的离子引出 经加速电压加速 它们具有相同的动能进入漂移管 质荷比最小的离子具有最快的速度首先到达检测器 质荷比最大离子最后到达检测器 7 上式中 ze是离子的电荷 m是其质量 经过长度为L的漂移管到达检测器 离子飞行所需的时间 2 8 由上式可以看出 质量越大的离子飞行速度越小 到达检测器所需的时间越长 两个质量分别为m1与m2的离子飞行的时间之差为 仪器的质量分辨率可近似地由时间表示 m m t t 由上式可见 提高加速电压 使离子的飞行时间缩短 仪器的分辨下降 而增加漂移管的长度后 使离子的飞行时间增加 9 仪器的分辨率提高 采用离子反射技术ReflectronorIonmirror 即加上一个与离子电位相同的电位 如正离子加正电位 在此电位的作用下 飞行的离子会逐渐停止并加速到相反方向 以一个小的角度反向飞行 速度大的离子 经离子镜的时间稍长一些 因此出离子镜时 与速度稍慢的离子就接近多了 从而使分辨率大大提高 牺牲了灵敏度 10 飞行时间质谱的优点 从原理讲 飞行时间质谱检测离子的质荷比是没有上限的 特别适用于生物大分子的测定 人免疫球蛋白 monoclonalhumanimmunoglobulin 982000 2000u TOF测定 该质谱要求离子尽可能 同时 飞行 也将特别适用于与脉冲产生离子的电离过程相匹配 MALDI TOF天然联用 扫描速度快结构简单 易于维护 缺点 分辨率随质荷比的增加而降低 11 1 5傅立叶变换离子回旋共振FouriertransformionCyclotronResonance FT ICR 傅立叶变换离子回旋共振 FT ICR 的分析室是一个置于均匀 超导 磁场中的立方空腔 离子沿平行于磁场的方向进入分析室加在垂直磁场的捕集电极的低直流电压形成一个静电场将离子拘禁于室中 在磁场的作用下 离子在垂直于磁场的圆形轨道上作回旋运动 1 537x107xzB m 12 FT ICR的优点十分突出 分辨率极高 远超过其他质谱 M 1000m R 106 意义 可完成多级 时间上的 串联 由于提供的是高分辨的数据 富含结构信息 3 一般采用外电离源 可采用多种离子原 便于联用 4 灵敏度高 质量范围较宽 质量精度好 速度快 性能可靠 13 FT ICRMSWithESIAndMALDI傅立叶离子回旋共振高分辨质谱仪 14 423 091792 FTICR MSinCombinatorialChemistry Figure8 425 090563 From BiotechnologyandBioengineering CombinatorialChemistry VOL 71 NO 2 2000 2001DietmarG Schmid PhilippGrosche HolgerBandel G ntherJung 423 425 15 550 9964 From BiotechnologyandBioengineering CombinatorialChemistry VOL 71 NO 2 2000 2001DietmarG Schmid PhilippGrosche HolgerBandel G ntherJung 16 17 例 请给出下图所示的分子离子峰 分子量 31 50 69 85 87 119 135 137 39 63 79 134 例 请给出下图所示的分子式 137 52 18 第二节 一些常见的离子类型 1 分子离子 M 分子离子在质谱中提供了最有价值的信息质量数 分子量 并与元素组成密切相关 1 1分子离子的稳定性规律 分子离子的稳定性可影响到分子离子峰的形成 在 中 的稳定性顺序 芳香环 芳香杂环 脂环 硫醚 硫酮 共扼烯 直链烷烃 酰胺 酮 醛 胺 醚 羧酸 支链烃 腈 伯醇 仲醇 叔醇 缩醛 胺 醇等化合物的EI质谱中往往观测不到M 19 1 2分子离子的判断 样品化合物足够稳定 软电离方法等 分子离子对应的谱峰称为分子离子峰 与分子量相对应判断原则 须是高质量端的离子峰须符合氮规则有机化合物由C H N O F X S等组成 凡不含N原子或偶数个N原子的分子 其分子量必为偶数 以最丰同位素原子的质量计算 凡含奇数N原子的分子 其分子量必为奇数 20 3 须看丢失是否合理分子峰的质量数与其相邻的次一个峰质量数之差 m 是丢失的碎片 m 15为 M CH3 m 17 M OH m 18 M H2O m 30丢失CH2O或NO 判断 m 14 CH2同系物 m 5 13不可能丢失3 5个氢几率是很小的 注意加合离子峰 M Na M NH4 21 22 23 例 请给出下图所示的结构式 31 69 50 76 95 29 75 例 请给出下图所示的分子式 76 15 45 46 1 444462 3100303 42946 952 41 276461 169100510 35025 24 与分子量相对应的峰称之为分子离子峰 用M 表示 EI条件 软电离 ESI单电荷 条件 与分子量相对应的峰称为准分子离子峰 QuasimoecularIon 质子化离子峰 ProtonatedIon 还有加合离子与多电荷离子等 几个值得注意的概念 奇电子离子 带有未成对电子的分子离子或碎片离子称为奇电子离子 Odd elctronionsOE B 偶电子离子 外层电子完全成对电子的离子称为偶电子离子 ven elctronionsEE C 基峰 碎片峰D 亚稳离子 25 第四章碎裂机理 质谱的基本作用 1 分子量的确定 2 元素组成的分析 3 结构信息提取 特征碎片化合物类型与碳骨架 特征碎片 裂解机理 26 4 1单分子裂解 电离过程 质谱反应都是单分子的 为什么 离子源中足够低的样品压力使得双分子以及其他的碰撞反应可以忽略 电离过程足够 冷 的将形成分子离子M 分子离子也可通过各种能量相关的途径发生单分子反应 并导致各类碎片离子的形成与中性碎片的丢失 这些反应往往是连续的与竞争性的 27 ABCDABCD A BCD e A BCD BC D D ABC BC A r AD BC 质谱过程中的单分子裂解示意图 28 4 2影响离子丰度的主要因素 一般而言 质谱中最强丰度的碎片离子来自形成最稳定产物 离子与中性碎片 的反应途径 立体效应等 1 产物离子的稳定性 产物离子的稳定性是影响离子丰度的最重要因素 电子共享 包括杂原子非键轨道的参与 29 B 共振稳定 2 Stevenson s规则 1951 ABCD A BCD A BCD 具有较高电离能的碎片将能更好地保持未成对电子 具有较低电离能的碎片将能更多地形成碎片离