2025年质谱分析试题及答案

2025年质谱分析试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.以下哪种离子源最适合分析热不稳定、大分子量的生物大分子？A.电子轰击电离（EI）B.化学电离（CI）C.电喷雾电离（ESI）D.快原子轰击（FAB）2.某质谱仪的分辨率（R）为10000，可区分的最小质荷比差（Δm）为0.01时，对应的质荷比（m/z）约为？A.100B.500C.1000D.100003.在基质辅助激光解吸电离（MALDI）中，基质的主要作用是？A.提供电荷载体B.吸收激光能量并传递给analyteC.抑制analyte碎片化D.增强离子传输效率4.四极杆质量分析器的扫描方式中，全扫描（FullScan）主要用于？A.精确质量测定B.定量分析C.未知物筛查D.碎片离子结构解析5.同位素峰簇中，若某化合物的分子式为C₁₀H₁₂O₂，其M+1峰的相对强度约为？（已知¹³C天然丰度1.1%，²H0.015%，¹⁷O0.04%）A.11%B.12%C.13%D.14%6.串联质谱（MS/MS）中，碰撞诱导解离（CID）的主要作用是？A.提高离子传输效率B.产生特征碎片离子C.降低背景噪声D.增强母离子信号7.以下哪种质量分析器理论上具有无限分辨率？A.飞行时间（TOF）B.离子阱（IT）C.傅里叶变换离子回旋共振（FT-ICR）D.扇形磁场（MagneticSector）8.在液相色谱-质谱联用（LC-MS）中，流动相添加甲酸的主要目的是？A.调节pH以改善色谱分离B.增强正离子模式下的离子化效率C.抑制负离子模式下的干扰D.降低流动相表面张力9.某化合物的质谱图中出现m/z169（基峰）、m/z184（分子离子峰），推测其可能含有？A.氯原子（³⁵Cl:³⁷Cl=3:1）B.溴原子（⁷⁹Br:⁸¹Br=1:1）C.硫原子（³²S:³⁴S=95:4.2）D.氮原子（¹⁴N:¹⁵N=99.6:0.4）10.高分辨质谱（HRMS）的主要优势是？A.快速扫描速度B.高灵敏度C.精确质量测定以推断分子式D.适合小分子化合物分析二、填空题（每空1分，共15分）1.质谱仪的核心组成包括离子源、________、质量分析器、检测器和数据系统。2.电子轰击电离（EI）通常产生________（填“分子离子峰”或“碎片离子峰”）较强的质谱图，适用于________（填“挥发性”或“非挥发性”）化合物。3.分辨率的计算公式为R=________，其中m为质荷比，Δm为可分辨的最小质荷比差。4.飞行时间质量分析器（TOF）的分辨率与离子飞行距离成________（填“正”或“负”）比，与离子初始动能分散程度成________（填“正”或“负”）比。5.在ESI源中，正离子模式下，化合物易失去________（填“质子”或“结合质子”）形成[M+H]⁺离子；负离子模式下，易________（填“失去”或“结合”）质子形成[M-H]⁻离子。6.串联质谱的扫描模式中，________扫描用于定量分析（如MRM），________扫描用于获取母离子的碎片信息（如ProductIonScan）。7.同位素丰度法推断分子式时，若M+2峰相对强度约为M峰的32.5%，则化合物可能含有________个氯原子；若M+2峰约为M峰的98%，则可能含有________个溴原子。8.傅里叶变换离子回旋共振质谱（FT-ICRMS）的分辨率由________决定，其质量精度可达________（填数量级）。三、简答题（每题8分，共32分）1.简述电喷雾电离（ESI）与基质辅助激光解吸电离（MALDI）的主要区别及适用场景。2.比较四极杆（Q）、飞行时间（TOF）和离子阱（IT）质量分析器的优缺点，说明各自的典型应用。3.如何利用质谱数据推断有机化合物的分子式？需结合哪些关键信息？4.串联质谱（MS/MS）在蛋白质组学研究中有何作用？举例说明其工作流程。四、综合分析题（共33分）（一）（15分）某未知化合物的高分辨质谱数据如下：分子离子峰m/z180.0837（实测值），理论精确质量C₁₀H₁₂O₃为180.0786，C₉H₈O₄为180.0423，C₈H₁₂O₄为180.0736，C₁₁H₁₆O₂为180.1150。1.计算各候选分子式的质量误差（ppm），确定最可能的分子式（已知：质量误差=（实测值-理论值）/理论值×10⁶）。（5分）2.该化合物的EI质谱图中出现m/z163（[M-OH]⁺）、m/z135（[M-COOH]⁺）、m/z107（[M-COOH-CH₂O]⁺）碎片峰，推测其可能的官能团及结构（需说明碎片离子的断裂逻辑）。（10分）（二）（18分）某实验室采用LC-MS/MS分析血清中的药物代谢物，实验参数如下：色谱柱C18（2.1×100mm，1.8μm），流动相A（0.1%甲酸水），流动相B（0.1%甲酸乙腈），梯度洗脱（0-2min，5%B；2-10min，5%-95%B；10-12min，95%B；12-12.1min，95%-5%B；12.1-15min，5%B）；质谱采用电喷雾正离子模式，多反应监测（MRM）扫描，监测离子对为母离子m/z325.2→子离子m/z150.1（定量离子对）和m/z325.2→子离子m/z105.3（定性离子对）。1.说明LC-MS联用中色谱分离的作用及梯度洗脱的优势。（6分）2.MRM扫描模式的原理是什么？为何选择两个离子对（定量+定性）？（6分）3.若实验中发现目标代谢物的响应值偏低，可能的原因有哪些？提出3种优化策略。（6分）答案一、单项选择题1.C（ESI适合大分子、热不稳定样品）2.C（R=m/Δm→m=R×Δm=10000×0.01=1000）3.B（MALDI基质吸收激光能量，辅助analyte解吸电离）4.C（全扫描用于未知物筛查，获取全质量范围信息）5.A（M+1峰强度≈10×1.1%+12×0.015%+2×0.04%≈11%）6.B（CID通过碰撞诱导母离子碎裂，产生碎片离子用于结构解析）7.C（FT-ICR理论分辨率无限，实际受限于离子回旋频率检测精度）8.B（甲酸提供质子，增强正离子模式下的离子化效率）9.B（m/z184-169=15，可能为甲基丢失；M与M+2峰强度比约1:1，符合溴原子特征）10.C（高分辨质谱通过精确质量推断分子式）二、填空题1.离子传输系统（或“接口”）2.碎片离子峰；挥发性3.m/Δm4.正；负5.结合质子；失去6.多反应监测（MRM）；子离子扫描（ProductIonScan）7.1（³⁵Cl:³⁷Cl=3:1，M+2≈32.5%为1个Cl）；1（⁷⁹Br:⁸¹Br=1:1，M+2≈98%为1个Br）8.离子回旋频率的检测精度；0.1ppm（或“亚ppm级”）三、简答题1.主要区别：①电离机制：ESI是溶液中带电液滴蒸发形成离子（软电离）；MALDI是激光激发基质解吸analyte形成离子（软电离）。②样品状态：ESI需液态（与LC联用）；MALDI需固态（与TOF联用）。③适用范围：ESI适合极性大分子（如蛋白质、多肽）；MALDI适合难溶、大分子（如蛋白质结晶、组织成像）。2.四极杆（Q）：优点是扫描速度快、成本低；缺点是分辨率低（单位质量分辨）。应用：常规定量（如MRM）。TOF：优点是质量范围宽、分辨率高（现代TOF可达50000以上）；缺点是需要高真空、成本较高。应用：大分子质量测定（如蛋白质）、成像质谱。离子阱（IT）：优点是可多级质谱（MSⁿ）、体积小；缺点是质量范围较窄、分辨率中等。应用：结构解析（如多肽测序）。3.关键信息：①精确质量（高分辨质谱提供，误差＜5ppm可推断分子式）；②同位素丰度（M、M+1、M+2峰强度比，判断C、H、O、S、Cl、Br等原子数）；③不饱和度（根据分子式计算，辅助判断双键、环数）。例如，精确质量匹配C₆H₁₂O₆（葡萄糖），M+1峰强度≈6×1.1%=6.6%，与实测值一致，结合不饱和度0（无环或双键），可确认分子式。4.作用：通过MS/MS对肽段进行测序（如蛋白质酶解后的肽质量指纹图谱），鉴定蛋白质种类；定量分析（如MRM监测特定肽段）。工作流程：蛋白质酶解为肽段→LC分离→ESI电离→一级质谱（MS1）选择母离子→CID碎裂→二级质谱（MS2）获取碎片离子（b/y离子系列）→数据库搜索匹配肽序列→推断蛋白质。四、综合分析题（一）1.质量误差计算：-C₁₀H₁₂O₃：(180.0837-180.0786)/180.0786×10⁶≈28.3ppm-C₉H₈O₄：(180.0837-180.0423)/180.0423×10⁶≈230ppm-C₈H₁₂O₄：(180.0837-180.0736)/180.0736×10⁶≈56.1ppm-C₁₁H₁₆O₂：(180.0837-180.1150)/180.1150×10⁶≈-173.8ppm最可能分子式为C₁₀H₁₂O₃（误差最小）。2.碎片分析：-m/z163（M-17）：失去OH（-17），提示含羟基（-OH）；-m/z135（M-45）：失去COOH（-45），提示含羧基（-COOH）；-m/z107（M-73）：失去COOH+CH₂O（-45-28=-73），可能为羧基与甲氧基（-OCH₃）相邻。推测结构：苯环上连接羧基（-COOH）和甲氧基（-OCH₃），且邻位有羟基（-OH），如邻羟基苯甲酸甲酯（C₈H₈O₃，但需调整碳数至C₁₀H₁₂O₃，可能含乙基取代基，如2-羟基-3-乙基苯甲酸甲酯）。（二）1.色谱分离作用：降低复杂基质（血清）中干扰物对质谱的影响，提高检测特异性。梯度洗脱优势：通过改变流动相极性（增加乙腈比例），缩短强保留组分的洗脱时间，改善峰形，提高分离效率。2.MRM原理：一级质谱选择特定母离子（如m/z325.2），二级质谱选择其特征子离子（如m/z150.1），通过“母离子→子离子”的离子对进行定量，降低背景干扰。选择两个离子对：定量离子对（响应高）用于准确