第六节课-质谱分析法-解谱步骤

质谱法的谱图解析1质谱仪组成√√2质量分析器单聚焦分析器（Singlefocusingmassanalyzer）双聚焦分析器（Doublefocusingmassanalyzer）四级杆分析器（Quadrupoleanalyzer）离子阱分析器（Iontrap）飞行时间分析器（Timeofflight）傅里叶变换离子回旋共振（Fouriertranformioncyclotronresonance）轨道离子阱（Obitrap）质量分析的作用是将离子源中形成的离子按质荷比值的大小不同分开3质量分析器单聚焦分析器（Singlefocusingmassanalyzer）扇形磁场（可以是180°、90°、60°等）进行质量分析4质量分析器电荷离子被加速电压加速，产生一定的速度v，与质量m、电荷z及加速电压U有关：zU=0.5mv2

单聚焦分析器（Singlefocusingmassanalyzer）加速离子进入一个强度为H的磁场，发生偏转，半径为：

r=(mv)/(zH)合并

m/z=(H2r2)/(2U)质荷比离子的m/z越大，偏转半径也越大，通过磁场可以把不同离子分开5质量分析器双聚焦分析器（Doublefocusingmassanalyzer）为什么要双聚焦：进入离子源的离子初始能量不为零，且能量各不相同，加速后的离子能量也不相同，运动半径差异，难以完全聚焦。因此加一个静电场，实现能量分散。对于动能不同的离子，通过调节电场能，达到聚焦的目的双聚焦分析器的特点：分辨率高6质量分析器双聚焦分析器（Doublefocusingmassanalyzer）12双聚焦质量分析器在单聚焦质量分析器中，离子源产生的离子由于在被加速初始能量不同，即速度不同，即使质荷比相同的离子，最后不能全部聚焦在检测器上，致使仪器分辨率不高。为了提高分辨率，通常采用双聚焦质量分析器，即在磁分析器之前加一个静电分析器7质量分析器双聚焦分析器（Doublefocusingmassanalyzer）高分辨率质谱8质量分析器四级杆分析器（Quadrupoleanalyzer）在1953年，西德物理科学家WolfgangPaul和HelmutSteinwedel描述了四级杆质谱仪。在4根平行杆之间，叠加的射频(RF)和恒定的直流(DC)电势能够作为质谱的质量分析器。9质量分析器三重四级杆串联质谱，MS/MS，QQQ10LC-MS/MS分析蛋白/氨基酸序列金黄色葡萄球菌感染小鼠肾组织中的异二聚体钙保护素三重四级杆应用案例质量分析器感染中心的组织蛋白分析11质量分析器四级杆–离子阱一般认为四级杆为二维的，离子阱为三维离子阱灵敏度比四级杆高10-1000倍多级碎片信息：四级杆为MS/MS；离子阱为MSn12质量分析器离子阱分析器（Iontrap）离子阱分析器它是由环行电极和上、下两个端盖电极构成的三维四极场。原理：将离子储存在阱里，然后改变电场按不同质荷比将离子推出阱外进行检测。13质量分析器离子阱分析器（Iontrap）石竹酸的离子阱碎片分析图14质量分析器使用一个脉冲电场加速后进入无场漂移管，并以恒定速度飞向离子接收器。离子质量越大，到达接收器所用时间越长；离子质量越小，到达接收器所用时间越短，根据这一原理，可以把不同质量的离子按m/z值大小进行分离。飞行时间分析器（Timeofflight）15质量分析器仪器结构简单，不需要磁场、电场等扫描速度快，可在10-5s内观察到整段图谱无聚焦狭缝，灵敏度很高可用于大分子的分析（10万分子量单位），在生命科学中用途广飞行时间分析器（Timeofflight）MALDI-TOF16质量分析器傅里叶变换离子回旋共振FTICR在发射极上施加一个很快的扫频电压，当射频频率和某离子的回旋频率一致时共振条件得到满足。离子吸收射频能量，轨道半径逐渐增大，变成螺旋运动，经过一段时间的相互作用以后，所有离子都做相干运动，产生可被检出的信号17质量分析器轨道离子阱ObitrapOrbitrap的发明人AlexanderMakarov18质量分析器THEIDEALMASSANALYZER:FACTORFICTION?

1987CURTBRUNNkE19质量分析器工作原理类似于电子围绕原子核旋转。由于静电力作用，离子受到来自中心纺锤形电极吸引力。由于离子进入离子阱之前的初速度以及角度，离子会围绕中心电极做圆周运动。离子的运动可以分为两部分：围绕中心电极的运动（径向）和沿中心电极的运动（轴向）。因为离子质量不同，不同离子的轴向往复速度是不同的。20真空系统离子源的真空度需达到103-105Pa质量分析器的真空度需达到106Pa真空装置：机械真空泵、扩散泵、分析涡轮泵21检测系统电子倍增器22性能指标质量范围：指所能检测得m/z范围四级杆质谱m/z小于或等于1000磁质谱m/z可达到几千飞行时间质谱m/z可到几十万扫描速度：指扫描一定质量范围所需时间GC-MS:m/z1-1000所需时间小于1s23性能指标分辨率：相邻两个质量组分分离的情况例如：CO=27.9949N2=28.0061R=M/ΔM=27.9949/

(28.0061-27.9949)=2500四级杆质谱可以分开24性能指标ArCl+：74.9312As+：74.9216R=M/ΔM=74.9312/

(74.9312-74.9216)=7800Thehypotheticalm+HIonclusterforangiotensin128325性能指标超高分辨率质谱highresolutionMS可达到小数点后五位蛤蚌毒素灵敏度信噪比大于3的样品量R=M/ΔM=4000026化合物的质谱1)σ-断裂分子中σ键在电子轰击下，失去一个电子，随后分子开裂生成碎片离子和游离基。多发生于烷烃。2)α-断裂(游离基中心诱导的键断裂)游离基对分子断裂的引发是由于电子的强烈成对倾向造成的。由游离基提供一个奇电子与相邻原子形成一个新键，与此同时，这个原子的另一个键断裂。醛、酮、酯、C-X、C=X(X=O、S、N、卤素、OH)都可以发生27化合物的质谱3)β-断裂含有双键化合物的奇电子离子容易发生β断裂，其与官能团相连的β键容易断裂，如

烯烃、苯环4)i-断裂(诱导断裂)-电荷中心诱导的断裂i-断裂反应的推动力是由于电荷中心吸引一对电子，造成单键的断裂，随着一对电子的转移，电荷中心一移到新的位置。电负性很大的杂原子可将双原子转移到杂原子上，正电荷留在烷基上。28化合物的质谱3)重排裂解麦氏重排的特点和条件是：只有奇电子离子（OB+·）发生麦氏重排，它是由独电子引发的；化合物中必须有双键C=O、C=N、C=S、C=C及苯环与双键相连的碳链上必须有Cγ和Hγ通过六元过渡态Hγ转移到杂原或双键碳原子上，同时发生β键的断裂，形成一个中性分子（烯烃）和一个偶质量数的奇电子离子（OB+·）29化合物的质谱烷烃：主要发生C-C键的σ断裂。直链烷烃各C-C键断裂机会相同葵烷30化合物的质谱烷烃质量相差14（CH2）碎片离子C3以上强度递减，因为碎片可继续分裂，但C3重排位CH3-CH+-CH3而稳定异构烷烃、支链烷烃的分支处容易断裂31化合物的质谱烯烃：具有烷烃的特征容易发生烯丙断裂，生成很强的烯丙离子十二碳烯32化合物的质谱芳烃：分子离子峰的丰度很大碎片离子少，低质量短的碎片离子丰度小正己苯甲苯33化合物的质谱芳烃：正己苯34化合物的质谱醇和芳香醇：高级醇发生消除反应生成的奇电子离子碎片具有类似烯烃的结构容易发生α

断裂，生成特征的氧鎓离子丙醇35化合物的质谱醇和芳香醇：36化合物的质谱醇和芳香醇：37化合物的质谱酚：分子离子峰较强容易失去C=O和CHO，生成[M-28]+和[M-29]+邻位有适当取代基团的酚，因邻位效应产生失水峰18。有苯环的特征38化合物的质谱麦氏重排(Mclafferty)在辛酮-4的质谱中，除43、57、71、85和128的质谱峰外，还有一个很高的峰，质量58；以及另外两个峰，质量86和100。这是由于发生了重排。39化合物的质谱在这里断裂的可能性麦氏重排

40化合物的质谱麦氏重排双键及γ位置上有氢原子双键范围有酮、醛、酸、酯、C=N、以及烯烃、苯环化合物等41化合物的质谱氮律分子离子峰质量数的规律1、由C、H、O组成的有机化合物，分子离子峰的质量数一定是偶数2、由C、H、O、N组成的化合物 a）含奇数个N，分子离子峰的质量是奇数 b）含偶数个N，分子离子峰的质量是偶数化合物的化学式式量应是图谱中的分子量图谱中分子离子峰应是最高质荷比的离子峰42化合物的质谱分子式的确定可用Beynon同位素丰度表确定，因为同一元素的不同同位素丰度不同。同位素丰度表4344有机混合物的分析GC-MSLC-MSCE-MSMS-MS操作程序总离子流图选择性离子扫描质量解析45200320162003462DSDS4748同位素标记49正常上调下调50回顾曼哈顿计划促进了仪器分析的整体发展核素提取–分离科学与富集技术的发展核素分析–放射分析和痕量技术的发展基因与蛋白组学的发展促进了仪器分析发展生物质技术的发展高分辨核磁技术的发展毛细管电泳技术的发展生物芯片（阵列-微流控芯片）技术的发展51展望美国以往的生命科学研究计划，如1970年代的“攻克癌症计划”和1990年代“人类基因组计划”都是先给出一个具体的生物学问题，然后再寻找或建立适合这一具体问题的方法我国的十三五计划之前的研究也基本遵循这一模式，如“重大疾病研究的分析化学问题”；“食品安全检测计划”；“病毒的快速检测技术”等52展望但是，“病来了才抱佛脚“的研究计划方式不能满足科学技术发展的需要，更不能及时预警重大的生命与健康问题。所以，美国最近制定的“通向生命科学未来的路线图”计划的战略目标是，构造适应生命科学和临床研究发展的创新体系，组建从事未来生物医学的新型研究队伍，发展适用于复杂生命系统研究和定量化分析的新技术和新方法53展望显然，路线图制定者的意图，是系统地提升21世纪全球的生命科学和临床研究能力，而不是解决一个具体的生物学问题。从这个意义上来说：分析化学与仪器分析已成为引领科学发展未来的