离子化方法.ppt

1、离子化方法,思考题： 样品分子为什么首先要离子化才能进行质谱分析？ 样品分子电离是质谱测定的必要条件。 只有带电的离子才能在质量分析器中被分离。 离子化方法的研究一直是质谱分析的热点和难点。,第一节、电子轰击离子化,是通用的电离法，是使用高能电子束从试样分子中撞出一个电子而产生正离子，即 M + e M+。+2e 式中M为待测分子，M+。为分子离子或母体离子。,Atom or molecule is hit by high-energy electron,Principles of Electron-Impact Mass Spectrometry,e,Atom or molecule is

2、hit by high-energy electron,electron is deflected but transfers much of its energy to the molecule,e,Principles of Electron-Impact Mass Spectrometry,Atom or molecule is hit by high-energy electron,electron is deflected but transfers much of its energy to the molecule,e,Principles of Electron-Impact

3、Mass Spectrometry,This energy-rich species ejects an electron.,Principles of Electron-Impact Mass Spectrometry,This energy-rich species ejects an electron.,Principles of Electron-Impact Mass Spectrometry,forming a positively charged, odd-electron species called the molecular ion,e,+,The molecular io

4、n dissociates to a cationand a radical.,Principles of Electron-Impact Mass Spectrometry,+,20406080100 120,m/z,m/z = 78,Relative intensity,Some molecules undergo very little fragmentation,Benzene is an example. The major peak corresponds to the molecular ion.,思考题： 1.EI的应用范围 2.EI的特点 使用最广泛，谱库最完整； 电离效率高

5、； 结构简单，操作方便； 分子离子峰强度较弱或不出现(因电离能量最高)。 3.EI中通常的能量为多少？轰击电子能量改变对质谱的影响有哪些？ 4.为什么四极质谱、FTMS、离子阱质谱会出现MH+，而磁质谱很难出现MH+。 5.EI适用于何种质量分析器？,第二节、化学电离离子化,一、化学电离离子 二、自身化学电离离子化,一、化学电离离子化（Chemical Ionization, CI）,化学电离源一般在1.31021.3103Pa 。 通过 离子 - 分子反应 来进行。试剂气通常为甲烷CH4。首先用高能电子，使CH4电离产生CH5+和C2H5+，即： CH4+e CH4+2e CH4+ CH3+

6、 H CH4+和CH3+很快与大量存在的CH4分子起反应，即： CH4+ CH4 CH5+ CH3 CH3+ CH4 C2H5+H2 小量样品（试样与甲烷之比为11000）导入离子源，试样分子（SH）发生下列反应： CH5+ SH SH2+ +CH4 C2H5+SH S+ C2H6 SH2+ 和S+然后可能碎裂，产生质谱。,PCI 甲烷反应机理,e-,HCH3,CH5+,230eV,PCI,NCI,Spectra,思考题： 1.什么情况下需要采用CI？ 2.CI离子源的压力为1torr，EI为10-5-10-6 torr，为什么？ 3.CI的用途 4.比较CI和EI的灵敏度 5.CI实现准确质

7、量测定是否容易？ 6.CI的局限性,二、自身化学电离离子化（Self-chemical ionization,SCI),FTMS和离子阱的内离子源中出现的特殊方法。 样品分子本身在电子轰击时产生CH5+、 C2H5+ 、 C3H7+ 等可提供质子的碎片离子，通过增加离子在阱中的运动时间，提高它们和分子的碰撞几率，提高MH+的强度，以实现CI。,红霉素EI和SCI质谱图,乙醚SCI反应所得到质谱的NIST98库检索结果,烯丙醇FTMS分子离子反应质谱图,思考题： 1.FTMS中SCI的特点？和CI相比有哪些优势？ 2.离子源内真空度高对分析什么样品有利？ 3.MH+的强度和哪些因素有关？ 4.应

8、用范围,间二甲苯、对二甲苯和邻二甲苯以丙酮为反应气得到化学电离的质谱图,二甲苯三个异构体 M+H+和 M+CH3CO+的相对强度,第三节、快原子轰击离子化（Fast atom bombardment, FAB）,属于粒子诱导离子化（particle induced ionization),采用高能中型粒子（Ar）轰击样品 常用底物： G 甘油 NBA 间硝基苄醇,思考题： 1.FAB和CI相比有何特点？ 2.添加金属离子（如：NaCl、KCl、AgNO3)的目的？ 3.与活泼氢可以可以发生反应的样品是否可以进行FAB测定？ 4.为什么在送FAB测试样品时需要溶解性的信息？ 5.FAB适用于什么

9、类型样品？,第四节、激光解吸离子化（Laser Desorption ionization, LD）,一、激光解吸离子化 （Laser Desorption ionization, LD） 二、基质辅助激光解吸离子化 （Matrix assisted laser desorption ionization, MALDI） 三、大气压激光解吸离子化 （Atmospheric pressure MALDI, AP-MALDI）,一、激光解吸离子化（Laser Desorption ionization, LD）,属于粒子诱导离子化（particle induced ionization),采用光子

10、轰击样品 常用激光： I R(CO2激光器)： 适用于高分子聚合物、DNA等 UV(N2激光器、Nd-YAG）：适用于多肽等,qV = 1/2(m1v12) = 1/2(m2v22) 若m1 m2, 则 v1 v2,无基质为 LD 不能分析大分子(碎裂),延迟(脉冲)引出技术 Delay (Pulsed) Extraction,20kV,0V,调谐延迟时间和引出电压, 达到最佳分辨率 线性分辨率优于 4000 (insulin B chain) DE + Reflectron, 分辨率优于20000,New SCOUT 100 MALDI source (from REFLEX),MALDI

11、Source,SCOUT 100 MALDI Accessory,Features: Switch-able source to / from ESI X-Y positioning stage + camera Up to 100 samples / plate Fast load lock for easy target changeover Elevated Pressure Advantages,思考题： 1.LD适用于哪些质量分析器？ 2.为什么有时加入金属离子？ 3.应用范围,二、基质辅助激光解吸离子化（Matrix assisted laser desorption ioniza

12、tion, MALDI）,常用基质： 2,5-二羟基苯甲酸（DHB) 丁二酸（SA) 基质的作用： 1.稀释样品，使簇合的大分子解离； 2.保护样品，基质吸收激光能量后转移给样品，避免激光直接照射样品分子而引起样品分解； 3.通过质子转移等使样品分子离子化。,寡聚葡萄糖酸,MALDI-TOF, DHB,M+Na+,High MOWSE Score of 159 !,Mass errors below 4 mDa !,MALDI spectrum of only 1 fmole BSA tryptic digest using AnchorChipTM targets. With an assu

13、med max. deviation of 5 ppm, MASCOT gave a score of 159 for BSA.,BSA,MALDI analysis of tryptic digests,MALDI Accessory - benchmark data,MALDI of Insulin B Chain,RP = 1.1 Million !,思考题： 1. 基质的作用 2. 溶解溶剂的选择,3以碳纳米管为基质的MALDI-MS分析,用经典的基质进行氨基酸的MALDI MS分析受到很大制约 低质量区会有基质信号的背景干扰,基质: DHB,基质: 碳纳米管,DHB+Na+,DHB+

14、2Na-H+,DHB dimer,亮氨酸,亮氨酸,Leu+2Na-H+,含芳香环或杂环的氨基酸有紫外吸收，所以能量不仅可以通过碳纳米管传递，也可以直接吸收能量进行解析，比如苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸。,苯丙氨酸,可能由于纳米管中的碳原子能和氨基酸的脂肪链有某种相互作用，所以脂肪链越长，信号越好，比如缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸。,颉氨酸,七种氨基酸混合溶液的MALDI-FTMS 谱,碳纳米管作为基质的一些特性,高的比表面积 表面原子数量多，表面活性高，碳纳米管可以很好的分散样品分子，来防止它们之间的簇合或减弱分子间的相互作用。 强的紫外吸收 电子只要很小的能量就能被激发，而且可以快速释放能量弛豫到费

15、米能级，所以碳纳米管很容易吸收和传递能量使样品分子从表面解析。,三、大气压激光解吸离子化（Atmospheric pressure MALDI, AP-MALDI）,第五节、大气压离子化 （Atmospheric Pressure Ionization,API),一、电喷雾离子化（Electrospray，ESI） 二、大气压化学电离（atmospheric pressure chemical ionization，APCI） 三、大气压光化学电离,一、电喷雾离子化（Electrospray，ESI）,离子化过程： 1.荷电液滴的产生 当样品溶液流出毛细管的瞬间，在加热温度、雾化气和强电场（3

16、-5Kv)的作用下，溶液迅速雾化并产生高电荷液滴。 2.荷电液滴中气相离子的产生 带电液滴随着溶剂蒸发不断缩小，液滴表面电荷密度不断增大，发生崩散，形成更小的液滴，小的继续蒸发，以类似的方式崩散，产生单电荷和多电荷离子。,ESI (electrospray ionization) Solvent sprayed across potential field and ionized Droplets evaporates Solvent charge transferred to analytes Polar compounds,ESI,牛膝多糖ESI质谱图和（加入适量Cs+）ESI质谱图,ES

17、I Ion Source: Resolution,Conditions:,Ubiquitin, 1 pmol/uL injected at 1 uL/minute 49% water, 49% methanol, 2% acetic acid Broadband detection from m/z 400 to 2500, acquire 1 scan,Specification:,Resolution 100,000 FWHM at m/z 779,Resolution = 198,000,+11 Isotope Cluster 6 fmol Consumed,细胞色素b5和突变体,思考题

18、： 1.为什么ESI需要溶解性信息？ 2.离子源类型，和哪些质量分析器匹配？ 3.应用范围 4.为什么ESI比较适合和LC、CE联用？ 5.为什么ESI可以测定非共价复合物？ 6.形成多电荷离子对质谱分析产生什么影响？,Schematic of the nanoelectrospray source apparatus 1#-skimmer 1, 2#-heater, 3#-nozzle, 4#-shutter, 5#-interface, 6#-nanoelectrospray tip, 7#-steeless tube, 8#-screw, 9#-high voltage connector, 10#-X,Z modulator 余翀天、郭寅龙* 化学学报 2002;60(11):2029,（一）nanospray,细胞色素c的纳喷雾图谱（单张图谱） 从上至下的浓度分别为（A）0.2mg/mL，(B)0.01mg/mL，(C)0.0005mg/mL,（二）脉冲喷雾和间歇喷雾,1.Yu Lu, Feng Zhou, Wenqing Shui, Liping Bian, Yinlong Guo and Pengyuan Yang* Anal Chem 2001;73(19):4748-4753 2.刘晗青、郭寅龙*、余翀天、杨芃