液相色谱-质谱联用仪的原理及应用.ppt

1、1、液相色谱质谱仪的原理和应用，福州大学测试中心冯蕾，2、色谱质谱仪、色谱分离能力、质谱定性功能，实现对复杂混合物的更准确的定量和定性分析。 此外，还简化了样品的预处理过程，便于样品分析。 3、色谱质量分析并用的接口，接口：色谱和质量分析订正直接连接的装置。 作用：将用色谱仪分离的各种成分一个一个地送入质谱修正中进行分析。 接口必须协调前后两个机器的输出和输入之间的矛盾。 两种仪器的分析方法结合起来协同作用，取长补缺，获得单独使用时不具备的功能。 因此，接口是色谱质谱联用技术中的重要装置。 4、色谱质谱联用分类、气相色谱质谱联用：开发最早的色谱联用仪器，对小分子、易挥发、热稳定、可气化的化合物

2、进行适当分析。 液相色谱质谱键：解决了液相色谱质谱键的接口问题，近年来发展迅速。 适当分析大分子(包括蛋白质、多肽多聚物等)、不挥发、热不稳定、极性化合物。 毛细管电泳质谱联用：近年来发展迅速，尤其有利于生物大分子的分类分析。 5、质谱修订包括真空系统、样品注入系统、离子源、质谱修订、检测器和数据处理系统。 真空系统Vacuum System，样品系统Sample Inlet，检测器检测器，数据处理系统Data System，质谱仪Mass Analyser， 如果离子源Ionization Source真空度过低，会引起离子源的灯丝破损、背景变高、映射复杂化、妨碍离子源的调节、加速极放电等问

3、题。 一般质量分析修正是用机械真空泵(前段低真空泵)抽真空，用高效油扩散泵或分子涡轮泵(高真空泵)连续运转保持真空。 只有在足够高的真空下，离子才会从离子源到达检测器，如果真空度不足，灵敏度就会低。 真空系统、7、试样注入系统是将分析试样导入离子源的装置。 采样方式： 1直接采样2仪器并用的采样(GC、LC、CE )、采样系统、8、色谱质谱仪接口和色谱构成了质谱的采样系统。 接口应该满足：1.接口的存在不破坏离子源的高真空，也不影响柱的分离柱效应2 .接口在色谱分离后的各成分尽可能多地进入质谱修正的离子源的同时，色谱流动相进入质谱分析的I 仪器并用的样品，9、离子源电离要分析的样品的原子或分子

4、，得到带电离子，离子加速进入质谱仪。 根据离子化方式，可以使用：离子源、电子冲击电离源electron impact ionization source、EI化学离子化源chemical ionization source， CI高速原子冲击电离源fastatombombardmeee常用的FAB电喷雾离子化源electrospray ionization source、ESI大气压化学离子化源atmosphericpressurechemicalioniza APCI基质辅助激光分析电离源matrixassistedlaserdesorptionization，MALDI，10，EI源应用最

5、广泛，尤其是气相色谱质谱仪中应用最广泛的离子源主要是挥发性样品的电离原理：从样品注入系统进入的气体样品到达离子源，与灯丝发出的电子碰撞，使样品分子电离。 电子冲击电离源EI，电子冲击电离源示意图，11，特征：光谱简单，最强峰为分子离子峰和准分子离子峰，碎片离子峰少。 可用于负离子质谱，许多有机化合物的负离子CI质谱灵敏度比其正离子的CI质谱高23位数。 不适用难挥发试样。 化学电离源CI、CI源的原理：利用反应气体的离子和试样分子发生分子-离子反应，生成试样分子离子。化学离子化源模式图，12，高速原子冲击电离源FAB，FAB源原理：氩气通过电子冲击电离，生成的氩离子通过电子透镜聚焦，加速动能可

6、控离子束，通过中和器中和离子束带有的电荷，成为高速取向运动的中性原子束，该原子束特点：适用于大分子量、难气化、热稳定性差的样品分析。 高速原子碰撞电离源的示意图，13，特征：1.是一种适合分析极性强的有机化合物的软电离方式。 2 .容易变成多电荷离子，可以测定大分子量的蛋白质。 3 .主要应用于液相色谱质谱仪。 电喷雾电离源ESI、ESI源的原理：流出液在高电场下形成带电喷雾，利用电场力进行雾化、溶剂蒸发、阻止中性溶剂分子进入后端的检测。 电喷雾电离源示意图，14，大气压化学电离源APCI，APCI源原理：在喷嘴下游放置针状放电电极，进行高压放电，使空气中的中性分子电离，产生H3O、N2、O2

7、和o等离子体，溶剂分子也电离，这些离子与样品分子离子仅产生单电荷离子，主要为准分子离子，碎片离子少。 主要应用于液相色谱质谱仪。 大气压化学电离源的示意图，15，MALDI适用于肽类、核酸类化合物等生物高分子。 底物辅助激光分析电离源MALDI、MALDI源的原理：将被测物质的溶液与底物溶液混合蒸发，使分析物与底物结晶或半结晶，通过一定波长的脉冲激光照射，底物分子可以有效地吸收激光的能量， 将基质分子和样品分子放入气相中得到的基质辅助激光解析电离源的示意图，16、质谱仪是质谱仪的核心，质谱仪的作用是将离子源产生的离子按m/z的顺序分离并排列。 常用的质谱仪是磁性质谱仪四极棒质谱仪飞行时间质谱仪

8、(TOF )离子阱质谱仪。 是质量分析改正中最开始使用的质量分析改正。 分为单聚焦磁质谱仪和双聚焦磁质谱仪。磁质谱仪、单焦磁质谱仪模式图、双焦磁质谱仪模式图、特征：单焦磁质谱仪分辨率低，双焦磁质谱仪分辨率高。 18、传统的四极棒质谱仪由4根笔直的棒状电极与轴线平行等距离悬挂构成，棒的理想表面为双曲面。 通过固定的DC/VC，只有m/z满足固定要求的离子通过四极棒到达检测器，其它的离子被去除。 四极棒质谱仪、四极棒质谱仪具有轻量、小型、廉价等优点。 四极棒质谱仪示意图，19、用一个脉冲瞬时引出离子源中的离子，用加速电压加速，它们具有相同的动能进入漂移管，由于质量负荷比小的离子具有最快的速度，所以

9、最先到达检测器，质量负荷比大的离子最后检测、配离子反射镜的飞行时间质谱示意图、飞行时间质谱仪、特征：1)检测离子的质量负荷比范围非常宽；2 )灵敏度高，适用于串联质谱二级；3 )适用于研究扫描速度快、非常快的过程。20、离子阱与四极质谱仪的原理相似，当高频电压振幅和高频电压频率固定为某一值时，使某质量负荷比的离子在阱内的某一轨道上稳定旋转，改变端电极电压，不同的m/z离子从阱中出来到达检测器。离子阱质谱仪，特点：单个离子阱能够实现多极“时间”串联质谱的结构简单，价格便宜，性价比高，灵敏度高，质量范围广。21、检测器、质谱校正中常用的检测器有直接电检测器、电子倍增器、闪烁检测器、微通道板等。 电

10、子倍增器使用质量分析器发出的离子撞击电子倍增管的阴极表面，放出二次电子，用二次电子依次撞击一系列电极，使二次电子不断倍增，最后从阳极接收电子流，放大离子束信号。 电子倍增器的形象、22、数据处理系统、质量分析修正具备完善的计算机系统，不仅可以快速准确地收集数据和处理数据，而且还可以监视质量分析修正的各单元的动作状态，实现质量分析修正的全自动操作，代替人工进行化合物的定性和定量分析、23、质谱、质谱：以检测器检测出的离子信号强度为纵轴，以离子质量负荷比为横轴的图表是质谱。 质量负荷比：离子质量(相对原子量单位)和它所具有的电荷(电子电量单位)的比，写作m/z。 峰：质谱中的离子信号通常称为离子峰

11、或简称为峰。 离子丰度：检测器检测出的离子信号强度。 基峰：在质谱中，质量负荷比范围内强度最大的离子峰称为基峰。 24，质谱，25，分子离子：样品分子失去电子形成的单电荷离子，表示样品的分子量。 准分子离子：指与分子有简单关系的离子，也可以由此决定分子量。 液质中最常见的准分子峰为M H、M H、M Na等。 碎片离子：分子离子或准分子离子分解生成碎片离子，碎片离子可能分解成质量更小的碎片离子，碎片离子是解析质量分析图，推定分子结构的重要信息。质谱中的离子、26、质谱中的离子、母离子和子离子：任何一种离子进一步分解成质量负荷较小的离子，前者是后者的母离子或前体离子，后者是前者的子离子。 同位素

12、离子：由元素的重同位素组成的离子。 各元素的同位素基本上以自然界丰度比出现在质谱中，有利于确定化合物和碎片的元素组成。 准稳定离子：从离子源到检测器的飞行途中分解的离子。 能够指示离子的产生路径，有利于结构判断。 质谱中的离子，单电荷离子：具有一个电荷的离子，z=1。 多电荷离子： z2等具有2个以上电荷的离子。 奇数电子离子(OE ) :具有不成对电子的离子，用符号表示。 偶电子离子(EE ) :外层电子完全成对的离子，用符号表示。 28、液相色谱质谱联用、液相色谱质谱(LC-MS )联用技术的研究始于20世纪70年代，直到90年代出现了广泛接受的商品界面和设备。 液相色谱一般在常压下工作，

13、除真空匹配外，液质在线技术的发展可以说是接口技术的发展。 质谱工作要求高真空系统，LC-MS联用首先要解决的问题是真空匹配。29、液相色谱质谱联用接口的发展、20世纪70年代直接液体导入接口(DLI )移动带技术(MB) 20世纪80年代热喷雾接口(TS )粒子束接口(PB )快速原子碰撞接口(FAB) 20利缺点：大流量下不能工作的喷口容易堵塞。 直接液体导入接口DLI，该方法始终停留在实验室的使用阶段，未实际形成商品化机器。31、MB:LC柱后增加输送机，柱后流出物滴入输送机，通过红外线加热去除大部分溶剂进入真空室，输送机根据流动相的组成调整移动速度。优点：根据溶剂与样品的沸点差进行分离，

14、可用于大多数有机物的质谱分析。 缺点：不适合分析高沸点难挥发化合物的离子化效率低、灵敏度低的移动带中残留的难挥发性物质会带来记忆效果，容易妨碍分析。 移动带技术MB、32、TS :喷雾器探针代替直接样品棒，移动相在通过喷雾器销时被加热到比完全蒸发点低5-10，体积膨胀后，以超声波速度喷出探针形成雾状的混合物。 优点：能适应大流速和含水多的液相流动相。 缺点：分子量仅限于200-1000u的化合物热稳定性差的化合物有比较显着的分解作用。热喷雾接口TS、33、FB :也称为动量分离器。 流动相及样品向气溶胶传播喷雾，去除溶剂后在动量分离器内发生动量分离，经由加热的移动管进入质谱。 优点：离子化通过

15、质谱的EI或CI方式进行，得到经典的质谱。 缺点：电离手段依然是电子冲击，不是软电离方式，因此不适于热不稳定化合物分析，主要用于分析无极性或中极性的分子量小于1000u的化合物。 粒子束接口FB，34，FAB :原子轰击电离源的优点：是“冷”离子源，适于分析热不稳定不易气化的化合物，特别是肽类和蛋白质分析的有效性在电子喷涂接口出现之前可以与其他界面进行比较缺点：混合物样品中共存的物质干扰可以抑制样品分子的离子化，只能在灵敏度降低的低流量下工作，液相色谱柱的分离效果受到显着限制。 高速原子冲击FAB，35，基体辅助激光分析MALDI，MALDI :基体辅助激光分析电离源的优点：特别适合与飞行时间

16、质谱联用，可测分子量范围高达数百万u，灵敏度高。 缺点：与FAB一样，混合物样品中共存物质干扰明显，质谱信号弱或完全没有，灵敏度降低。 36、电喷雾电离ESI、ESI :电喷雾电离源的特点：应用范围广，电离效率高，对蛋白质来说可从接近100%的多种电离模式中选择： ESI ()、ESI(-)； 可以产生适合测定大分子量蛋白质的多电荷离子的“软”电离模式，可以分析热不稳定的化合物。 37、大气压化学电离APCI、APCI :大气压化学电离源的特征：可从属于软电离方式、质量数小于2000u的适于弱极性小分子化合物分析的多种电离模式中选择： APCI ()、APCI(-)； 仅产生单电荷离子，主要为准分子离子，碎片离子少。 38、实验室目前的液相色谱质谱仪类型：液相色谱质谱仪(1100 LC-MSD Trap XCT，Agilent，科学楼7层)三重四极棒质谱仪(TSQ Quantum Acces