第8章 质谱分析

1、第八章第八章 质谱分析（质谱分析（MS）8.18.1质谱分析概述质谱分析概述8.2 8.2 质谱仪的工作原理质谱仪的工作原理221mzeU 8.3质谱仪的基本结构 1. 真空系统真空系统 离子产生及经过系统必须处于高真空状态离子产生及经过系统必须处于高真空状态。真空度过低，会造成离子源灯丝损坏、本底真空度过低，会造成离子源灯丝损坏、本底增高、副反应过多，从而使图谱复杂化、干增高、副反应过多，从而使图谱复杂化、干扰离子源的调节、加速极放电等问题。扰离子源的调节、加速极放电等问题。 一般采用机械泵预抽真空后，再用高效率扩一般采用机械泵预抽真空后，再用高效率扩散泵连续地运行以保持真空。高级配置的质散

2、泵连续地运行以保持真空。高级配置的质谱仪采用分子泵可获得更高的真空度。谱仪采用分子泵可获得更高的真空度。2. 进样系统进样系统 进样系统的目的是高效重复地将样品引入进样系统的目的是高效重复地将样品引入到离子源中并且不能造成真空度的降低。到离子源中并且不能造成真空度的降低。目前常用的进样装置有三种类型：目前常用的进样装置有三种类型：间歇式间歇式进样进样、直接探针进样直接探针进样及及色谱进样色谱进样。3. 电离源电离源 电离源的功能是将进样系统引入的气态样电离源的功能是将进样系统引入的气态样品分子转化成离子。由于离子化所需要的能量随品分子转化成离子。由于离子化所需要的能量随分子不同差异很大。因此，

3、对于不同的分子应选分子不同差异很大。因此，对于不同的分子应选择不同的离解方法。通常称能给样品较大能量的择不同的离解方法。通常称能给样品较大能量的电离方法为电离方法为硬电离方法硬电离方法，而给样品较小能量的电，而给样品较小能量的电离方法为离方法为软电离方法软电离方法，后一种方法适用于易破裂，后一种方法适用于易破裂或易电离的样品。或易电离的样品。 电离源电离源( (离子源离子源) )是质谱仪的心脏，是质谱仪的心脏，可以将离子电离可以将离子电离源看作是比较高级的源看作是比较高级的反应器反应器，其中样品发生一系列，其中样品发生一系列的的特征降解反应特征降解反应，分解作用在很短时间内发生，所，分解作用在

4、很短时间内发生，所以可以快速获得质谱。以可以快速获得质谱。 许多方法可以将气态分子变成离子，它们已被应用许多方法可以将气态分子变成离子，它们已被应用到质谱法研究中，下面列出了到质谱法研究中，下面列出了主要的电离源的基本主要的电离源的基本特征特征。3. 电离源电离源 离子源离子源电离方式电离方式优点优点应用范围应用范围电子电离源电子电离源（EIEI） 阴极灯丝在高阴极灯丝在高电压下电离出电压下电离出电子，电子，电子被电子被正负两极间电正负两极间电压加速后与样压加速后与样品碰撞品碰撞，使样，使样品电离。品电离。 离子流稳定性离子流稳定性好，电离效率好，电离效率高；碎片种类高；碎片种类丰富，适宜定丰

5、富，适宜定性；很多化合性；很多化合物有标准质谱物有标准质谱图库供自动检图库供自动检索定性。索定性。 主要同气相色主要同气相色谱联用，应用谱联用，应用于于小分子化合小分子化合物分析物分析。与。与CICI、NCINCI互为补充。互为补充。 正负化学电正负化学电离源（离源（CICI、NCINCI） 阴极灯丝在高阴极灯丝在高电压下电离出电压下电离出电子，电子与电子，电子与反应气体产生反应气体产生反应气体离子，反应气体离子，反应气体离子反应气体离子与样品反应与样品反应，使样品电离。使样品电离。 为软电离，适为软电离，适合稳定性差的合稳定性差的化合物；化合物；CICI源源可获得很强的可获得很强的分子离子峰

6、；分子离子峰；NCINCI源对电负源对电负性强的化合物性强的化合物有很高的灵敏有很高的灵敏度和选择性。度和选择性。 主要同气相色主要同气相色谱联用，应用谱联用，应用于于小分子化合小分子化合物分析物分析。用于。用于电负性强的化电负性强的化合物合物（如含氯（如含氯农药）的含量农药）的含量测定。测定。 离子源离子源电离方式电离方式优点优点应用范围应用范围快原子轰击快原子轰击电离源电离源（FABFAB） 氩气在电离室氩气在电离室依靠放电产生依靠放电产生氩离子，高能氩离子，高能氩离子经电荷氩离子经电荷交换得到交换得到高能高能氩原子流氩原子流，氩，氩原子原子打在样品打在样品上产生样品离上产生样品离子子。电

7、离过程不加电离过程不加热；有较强的热；有较强的（M+HM+H）+ +等准等准分子离子峰，分子离子峰，而且还有较丰而且还有较丰富的结构信息。富的结构信息。适合于适合于难气化、难气化、热稳定性差、热稳定性差、极性强的大分极性强的大分子样品子样品的分析。的分析。电喷雾电离电喷雾电离源（源（ESIESI） 样品喷射成雾样品喷射成雾状的细小液滴状的细小液滴进入质量分析进入质量分析仪后以碰撞解仪后以碰撞解离的方式碎裂离的方式碎裂成不同电离或成不同电离或非电离片段。非电离片段。 为软电离，适为软电离，适合稳定性差的合稳定性差的化合物；具有化合物；具有高灵敏度和操高灵敏度和操作简便等优点。作简便等优点。适合于

8、适合于多肽、多肽、蛋白质的结构蛋白质的结构分析分析，能获得，能获得它们的它们的氨基酸氨基酸序列序列。 离子源离子源电离方式电离方式优点优点应用范围应用范围基质辅助激基质辅助激光解吸电离光解吸电离源（源（MALDIMALDI） 将样品与含有将样品与含有在特定波长下在特定波长下吸光的发光团吸光的发光团的化学基质混的化学基质混合。此混合物合。此混合物载玻片上进行载玻片上进行挥发使样品整挥发使样品整合于格状晶体合于格状晶体中。然后中。然后激光激光作用于样品混作用于样品混合物，使化学合物，使化学基质吸收光子基质吸收光子而被激活产生而被激活产生能量作用于固能量作用于固态样品电离态样品电离。 能耐受较高能耐

9、受较高浓度的缓冲浓度的缓冲溶液、盐和溶液、盐和去垢剂的存去垢剂的存在，同时它在，同时它还具有高通还具有高通量、高灵敏量、高灵敏度和操作简度和操作简便等优点。便等优点。 适合于适合于多肽、多肽、蛋白质的结蛋白质的结构分析构分析，能，能获得它们的获得它们的多肽指纹图多肽指纹图谱谱。4. 质量分析器质量分析器 质谱仪的质量分析器位于离子源和检质谱仪的质量分析器位于离子源和检测器之间，依据不同方式测器之间，依据不同方式将样品离子按质荷将样品离子按质荷比比m/zm/z分开分开。质量分析器的主要类型有：。质量分析器的主要类型有：磁磁分析器分析器、飞行时间分析器飞行时间分析器、四极滤质器四极滤质器、离离子阱

10、等子阱等。随着微电子技术的发展，也可以采随着微电子技术的发展，也可以采用这些分析器的变型。用这些分析器的变型。 四极滤质器分辨率和四极滤质器分辨率和m/z范围与磁分析器大体范围与磁分析器大体相同，其极限分辨率可达相同，其极限分辨率可达2000，典型的约为，典型的约为700。其主要优点是传输效率较高，入射离子。其主要优点是传输效率较高，入射离子的动能或角发散影响不大；其次是可以快速的动能或角发散影响不大；其次是可以快速地进行全扫描，而且制作工艺简单，仪器紧地进行全扫描，而且制作工艺简单，仪器紧凑，常用在需要快速扫描的凑，常用在需要快速扫描的GC-MS联用及空联用及空间卫星上进行分析。间卫星上进行

11、分析。5. 检测与记录检测与记录 质谱仪常用的检测器有法拉第杯、电子倍质谱仪常用的检测器有法拉第杯、电子倍增器及闪烁计数器、照相底片等。增器及闪烁计数器、照相底片等。 三、质谱图及其应用三、质谱图及其应用（2）离子峰的主要类型及其应用）离子峰的主要类型及其应用2 2 碎片离子峰碎片离子峰3 3 亚稳离子峰亚稳离子峰4 4 重排离子峰重排离子峰5 5 多电荷离子峰多电荷离子峰 有些元素具有天然存在的稳定同位素，所有些元素具有天然存在的稳定同位素，所以在质谱图上出现一些以在质谱图上出现一些 Ml，M2的峰，由这的峰，由这些同位素形成的离子峰称为同位素离子峰。些同位素形成的离子峰称为同位素离子峰。

12、一些常见的同位素相对丰度如表一些常见的同位素相对丰度如表21-2所示，所示，其确切质量（以其确切质量（以C为为12.000000为标准）及天然为标准）及天然丰度列于表丰度列于表21.3。 l在一般有机分子鉴定时，可以通过同位素峰在一般有机分子鉴定时，可以通过同位素峰的统计分布来确定其元素组成，分子离子的的统计分布来确定其元素组成，分子离子的同位素离子峰相对强度之比总是符合统计规同位素离子峰相对强度之比总是符合统计规律的。律的。l在其他元素存在时也有同样的规律性，如在在其他元素存在时也有同样的规律性，如在CH3Cl、C2H5Cl等分子中等分子中IM2/IM =32.5%，而在含有一个溴原子的化合物中而在含有一个溴原子的化合物中(M+2)+峰的峰的相对强度几乎与相对强度几乎与M+峰的相等。峰的相等。 而色谱法对有机化合物是一种有效的分而色谱法对有机化合物是一种有效的分离和分析方法，特别适合进行有机化合物的离和分析方法，特别适合进行有机化合物的定量分析，但定性分析则比较困难。定量分析，但定性分析则比较困难。 l用于与用于与GC联用的质谱仪有磁式、四极滤质器式、联用的质谱仪有磁式、四极滤质器式、离子阱式等质谱仪，其中四极滤质器及离子阱式离子阱式等质