质谱基础知识ppt

1、MS_LCMSMS(mass spectrometry)基本原理：基本原理：质谱分析是将样品转化为运动的带电气态离子碎片，于磁场中按质荷比(m/z)大小分离并记录的分析方法。称量离子质量的工具。其整个过程类似于： 质谱：称量离子质量的工具12 units0 units基本原理12 units 质谱：称量离子质量的工具12 units基本原理8 9 10 11 12 13 14 15 16 质谱：称量离子质量的工具12 units12 units基本原理8 9 10 11 12 13 14 15 16 质谱：称量离子质量的工具12 units14 units基本原理12 units8 9 10

2、11 12 13 14 15 16massNumber of counts 质谱：称量离子质量的工具基本原理电离装置把样品电离为离子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经检测器检测之后可以得到样品的质谱图基本原理基本原理基本原理以下为某一化合物的以下为某一化合物的MS谱图谱图离子源离子源 硬电离源：硬电离源：很多离子碎片峰，提供丰富的结构信息。很多离子碎片峰，提供丰富的结构信息。主要为电子轰击源。主要为电子轰击源。 软电离源：软电离源：无碎片峰或者少量碎片峰，主要为分子无碎片峰或者少量碎片峰，主要为分子

3、离子峰，通常是离子峰，通常是M+1或或M-1或加合峰，如或加合峰，如M+23，M+溶剂溶剂硬电离源硬电离源电子轰击源(Electro-Impact source, EI)软电离源软电离源1）大气压电离源）大气压电离源(Atmospheric Pressure ionization)2）化学电离源）化学电离源(Chemical Ionization,CI)3）基质辅助激光解析电离）基质辅助激光解析电离(matrixassisted laser desorption-ionization,MALDI)4）快原子轰击）快原子轰击(Fast atom bombardment, FAB）化学电离源化学电

4、离源1）用）用 EI source 轰击反应气，得到反应气离子轰击反应气，得到反应气离子2）反应气离子与样品分子作用，使样品分子电离）反应气离子与样品分子作用，使样品分子电离3）较）较EI能量低，碎片峰较能量低，碎片峰较EI少，更容易获得分子离少，更容易获得分子离 子峰子峰以甲烷为反应气示例：以甲烷为反应气示例：在电子轰击下，甲烷首先被电离：在电子轰击下，甲烷首先被电离：CH4 + e C2H5+, CH5+, C3H7+, CH3+反应气离子与样品分子反应：反应气离子与样品分子反应：CH5+ MM+1+CH4C2H5+ MM-1+C2H6大气压电离源大气压电离源大气压电离源大气压电离源Atm

5、ospheric Pressure ionization, API1. 电喷雾电离源电喷雾电离源ElectrosprayIonization, ESI2. 大气压化学电离源大气压化学电离源Atmosphere Pressure Chemical Ionization, APCI 3. 大气压光致电离源大气压光致电离源Atmosphere Pressure Photo Ionization, APPI电喷雾电离源电喷雾电离源1. 样品溶液通过一根加有数千伏电压（高电场）的样品溶液通过一根加有数千伏电压（高电场）的不锈钢毛细管中喷出形成静电喷雾，形成非常细不锈钢毛细管中喷出形成静电喷雾，形成非常细

6、小的带电雾滴小的带电雾滴2. 当带电雾滴通过一个逆向的热氮气帘时，雾滴中当带电雾滴通过一个逆向的热氮气帘时，雾滴中的溶剂逐渐挥发，雾滴体积变小，表面电荷密度的溶剂逐渐挥发，雾滴体积变小，表面电荷密度增加，形成强静电场使极性分子离子化，最终离增加，形成强静电场使极性分子离子化，最终离子从雾滴表面溅射出来子从雾滴表面溅射出来3. 离子源的电压大小取决与溶剂离子源的电压大小取决与溶剂通常电压是通常电压是2500 4500 V （加正电压产生（加正电压产生正离子，加负电压产生负离子）正离子，加负电压产生负离子）溶剂表面张力越大，所需电压也越大溶剂表面张力越大，所需电压也越大电喷雾电离源电喷雾电离源电喷

7、雾电离源电喷雾电离源流出液在高电场下形成带电喷雾，在电流出液在高电场下形成带电喷雾，在电场力作用下穿过气帘场力作用下穿过气帘,进入质量分析器进入质量分析器.气帘气帘的作用：雾化；蒸发溶剂；阻止中性溶剂的作用：雾化；蒸发溶剂；阻止中性溶剂分子分子大气压化学电离源（大气压化学电离源（APCI ）电晕针高压放电，使喷雾气电离，产生初级离子。喷雾气为空气或氮气电晕针高压放电，使喷雾气电离，产生初级离子。喷雾气为空气或氮气初级离子立即与溶剂分子作用，形成溶剂离子初级离子立即与溶剂分子作用，形成溶剂离子(如如H3O+, CH3OH2+ )溶剂离子与样品分子通过质子转移，形成溶剂离子与样品分子通过质子转移，

8、形成M+H+ (正离子模式正离子模式)或或 M-H-(负离子模式负离子模式)APPI的原理与此相似，以激光束代替电晕针的原理与此相似，以激光束代替电晕针质量分析器质量分析器 单聚焦磁偏转质量分析器单聚焦磁偏转质量分析器(single focusing) 双聚焦磁偏转质量分析器双聚焦磁偏转质量分析器(double focusing) 四极杆质量分析器四极杆质量分析器 (Quadrupole mass analyzer) 飞行时间质量分析器飞行时间质量分析器(time of flight)单聚焦磁偏转质量分析器单聚焦磁偏转质量分析器 m/z = H2R2/2U是磁分析器质谱方程，是设是磁分析器质谱

9、方程，是设计质谱仪的主要依据。计质谱仪的主要依据。R为一定值（因仪器条件限制），如再固定加速电位为一定值（因仪器条件限制），如再固定加速电位U，则则m/z仅与外加磁场强度仅与外加磁场强度H有关。扇形磁场的作用：有关。扇形磁场的作用：使相同质荷比，入射方向不同的离子会聚使相同质荷比，入射方向不同的离子会聚在讨论单聚焦分析器质量分离原理时，曾假定离子的初始能量为在讨论单聚焦分析器质量分离原理时，曾假定离子的初始能量为零，离子的动能只决定加速电压。实际上，由离子源产生的离子，零，离子的动能只决定加速电压。实际上，由离子源产生的离子，其初始能量并不为零，而且其能量各不相同，经加速后的离子其能其初始能量

10、并不为零，而且其能量各不相同，经加速后的离子其能量也就不同。因此即使是质量相同的离子，由于能量（或速度）的量也就不同。因此即使是质量相同的离子，由于能量（或速度）的不同。在磁场中的运动半径也不同，因而不能完全会聚在一起，这不同。在磁场中的运动半径也不同，因而不能完全会聚在一起，这就大大降低了仪器的分辨率，使相邻两种质量的离子就大大降低了仪器的分辨率，使相邻两种质量的离子m1和和m2很难很难分离。分离。单聚焦磁偏转质量分析器单聚焦磁偏转质量分析器双聚焦磁偏转质量分析器双聚焦磁偏转质量分析器Re=2U/E=mu2/Ez如果电场强度如果电场强度E一定，离子轨道半径仅取决于离子的一定，离子轨道半径仅取

11、决于离子的动能，而与离子质量无关，所以扇型电场是一个能量动能，而与离子质量无关，所以扇型电场是一个能量分析器，不起质量分离的作用；对于质量相同的离子，分析器，不起质量分离的作用；对于质量相同的离子，它是一个速度分离器。在双聚焦质谱仪中它是一个速度分离器。在双聚焦质谱仪中,同时采用电同时采用电场和磁场组成的质量分析器，因而不仅可以实现方向场和磁场组成的质量分析器，因而不仅可以实现方向聚焦聚焦,即将质荷比相同而入射方向不同的离子聚焦，而即将质荷比相同而入射方向不同的离子聚焦，而且可以实现速度聚焦，即将质荷比相同，而速度且可以实现速度聚焦，即将质荷比相同，而速度(能量能量)不同的离子聚焦。所以双聚焦

12、质谱仪比单聚焦质谱仪不同的离子聚焦。所以双聚焦质谱仪比单聚焦质谱仪(只能实现方向聚焦只能实现方向聚焦)具有更高的分辨率。具有更高的分辨率。双聚焦磁偏转质量分析器双聚焦磁偏转质量分析器这种静电分析器和磁分析器配合使用，同这种静电分析器和磁分析器配合使用，同时实现方向和能量聚焦的分析器，称为双时实现方向和能量聚焦的分析器，称为双聚焦分析器。聚焦分析器。四极杆质量分析器四极杆质量分析器由两组对角筒形构成由两组对角筒形构成,分别施加直流电压和射频交分别施加直流电压和射频交流电压流电压,在一定的直流电压和交流电压比在一定的直流电压和交流电压比(u/v)以及以及场半径场半径r固定的条件下，对于某一种射频频

13、率，只固定的条件下，对于某一种射频频率，只有一种质荷比的离子可以顺利通过电场到达质量有一种质荷比的离子可以顺利通过电场到达质量分析器，这些离子成为共振离子，其它离子在运分析器，这些离子成为共振离子，其它离子在运动过程中撞击在圆筒电极上而被过滤掉。动过程中撞击在圆筒电极上而被过滤掉。飞行时间质量分析器飞行时间质量分析器牵引极牵引极加速极加速极检测器检测器常见加合离子峰常见加合离子峰M+Na+ = M+23+ 加钠离子；M+K+ = M+39+加钾离子；M+NH4+ = M+18+加铵离子；M +H +H2O+ = M+19+加水；M+X+ 这里X是指溶剂缓冲液中的阳离子；M+H+Solvent+

14、溶剂加合峰，M+H+CH3CN+ = M+42 +是CH3CN加合离子，M+H+CH3OH+ = M+33 + 是CH3OH加合离子；常见碎片峰常见碎片峰二聚及多聚峰二聚及多聚峰二聚及多聚峰是化合物在质谱内形成的，样品浓度提二聚及多聚峰是化合物在质谱内形成的，样品浓度提高会增加产生多聚离子的概率，如二聚峰表现在高会增加产生多聚离子的概率，如二聚峰表现在MS 谱图中经常出现谱图中经常出现2M+H+、2M+Na+峰等。峰等。双电荷及多电荷离子峰双电荷及多电荷离子峰有的分子结构中含杂原子（如有的分子结构中含杂原子（如N，O ，S原子等）较原子等）较多时，有时会带两个或多个电荷，这时可以检测到多时，有

15、时会带两个或多个电荷，这时可以检测到双电荷或多电荷离子峰双电荷或多电荷离子峰同位素峰同位素峰在组成有机化合物的常见元素中，大多数元素都在组成有机化合物的常见元素中，大多数元素都是由具有一定自然丰度的同位素组成是由具有一定自然丰度的同位素组成含含Cl含含Br注意事项注意事项1. 精确分子量和摩尔分子量的区别精确分子量和摩尔分子量的区别2. MS信号的强弱取决于样品的电离程度信号的强弱取决于样品的电离程度 MS仅为辅助检测手段，只可进行粗略判断反应液中是仅为辅助检测手段，只可进行粗略判断反应液中是 否有该化合物，不能从否有该化合物，不能从MS出峰强度来判断反应液中样出峰强度来判断反应液中样 品的含量。品的含量。3. 溶剂的选择溶剂的选择 选择极性溶剂选择极性溶剂(推荐：甲醇、乙腈、水推荐：甲醇、乙腈、水)，避免非极性溶，避免非极性溶 剂，禁止使用氘代试剂。剂，禁止使用氘代试剂。实例实例例例1：Exact Mass =482.3例例2： Exact Mass =389.2LCMSLiquid Chromatography-Mass Spectrum工作原理工作原理1）接口装置：同时也是离子源，去除溶剂，使样