第二章：有机质谱仪器.ppt

1、有机质谱原理，浙江大学理工学院无机材料化学研究所刘子阳教授，博士指导电话：(办公室)(手机)，第二章：有机质谱仪器， componentsofanymassspecial gase.g.fromagaschromatograph (GC/ms ) liquide.g.fromaliquidchromatograph (LC/ms )固态固态一体机，塔储气室加热器真空连接系统的分子漏孔用途：包括特殊样品的引入、校准仪器的样品、特殊气体样品、用于研究的样品(如气相离子化学、反应质谱等)。 二、探针样品用途：固体样品或高沸点液体。 三个条件：样

2、品在用离子源电离之前必须气化的气化过程中样品不产生或较少的热分解样品可以用离子源维持一定的蒸气压。 热分解：离子性官能团，例如季铵盐容易形成氢键，特别是与探针表面发生氢键分解的大分子量分子。 解决方案：快速升温三束内技术(in beam )探针内置长毛细管，其顶端延伸至电子束位置，对不稳定样品获得更强的分子离子信号。 解吸电子冲击电离(Desorption Electron Impact，DEI )解吸化学电离(Desorption Chemical Ionization，DEI )，三，气相色谱样品1，填充色谱样品系统柱粗糙喷射中样品分子变得丰富。 2、毛细管气相色谱柱样品系统载气流速小，柱

3、细，直接插入电离箱。 四、液泵或液相色谱样品目前主要结合电喷雾和大气压化学电离质谱。 1 .液泵样品注射器毛细管到电喷雾器前端的流速可控制在0.5500l/min，适用于纯样品的分析和质量分析等。 2、液相色谱仪样品系统将液相色谱流出物直接通过样品毛细管输送到电喷雾电离源内，与液体束相似。 液相色谱法流速问题。 洗脱剂中的缓冲盐等问题。 2.2电离方式和离子源种类繁多，主要介绍几种。 Ionisation，硬件，软件，无断裂，断裂，API，EI，CI， softionisationgiveslowfragmentationmolecularweightdeterminationproduces

4、theoreticalspectrahighsensitivity (lowpgleecularwei 一、电子冲击电离(Electron Impact，EI )，1、构成部分灯丝：钨、铼或铼钨线、电子发射、电离样品采集极：接收灯丝发射的电子排斥极：挤出产生的样品离子永久磁铁：使电子螺旋运动电离效率随电子能量的上升而上升，达到50eV时几乎达到最大值，实验上电子能量为70eV。 此时，所生成的光谱具有稳定的指纹特征。 电离效率曲线、电子能量对质谱的影响、由不同能量得到的苯甲酸的质谱、二、化学电离(CI )利用反应气体的电离与样品分子相互反应，使样品分子电离离子产品的间隙变小，高子室内的压力保持

5、在0.5-1.0Torr。 电子与化学电离气体碰撞，不直接作用于试样分子。 电极电压：排斥0V，增加源内滞留时间，有利于离子分子反应。 化学电离试剂：甲烷、异丁烷、氨气、氢气、水、甲醇、胺等。以甲烷为例，对于化学电离源内的离子分子反应，可以举出ch4ech4ch4c h3c h2chch2HCH4ch4ch5ch3c h4ch2c2h5ch2ch2h5xhx c2h 6， 化学电离离子分子反应中常见的类型的质子转移反应BH M MH B氢负离子转移反应BH m-h BH 2电荷交换反应B M B M加成反应BH M BHM或BMH、 三、次级离子质谱，SIMS快速原子碰撞，ar原子快速离子碰撞

6、fib:cs被CsI加热适用于极性分子的分析，生物分子，质量在2000以内。 基质的作用：一般是强极性分子，对快原子或快离子具有较强的吸收能力，可溶解样品溶液，溶剂挥发后，基质结晶，样品均匀分布在该晶体中，碰撞时一起蒸发。 FAB/FIB常用基质，四、等离子体解析质谱(Plama Desorption，PDMS )放射性同位素(252Cf )裂变碎片作为受级粒子碰撞样品电离。 样品涂抹在厚度为0.51m的铝或镍箔上，252Cf的裂变碎片从背面通过金属箔，将能量传递给样品分子。 252Cf的主裂变产物为Ba18和Tc22，动能分别为79MeV和104MeV，高于FAB和FIB的能量。 10-12

7、秒内会发生冲突，样品不会分解。 基质：几乎FAB和FIB，还有硝基纤维素。 适用于极性分子的分析，生物分子、多肽或蛋白质测定的质量高达14000Da。 五、基质辅助激光脱离电离(matrixassistedlaserdesorptionization，MALDI )，样品溶解或悬浮于基质中，激光束照射基质和样品分子。 基质吸收激光束的能量而气化，一部分试样分子随着基质的气化而解吸。 基质吸收了大部分激光能量，减少了试料分子被激光能量破坏，过度电离成碎片离子。 激光：固体氮激光，紫外光波长： 337nm功率： 106108W/cm2脉冲时间： 10-610-9秒，基体：极性化合物溶解样品关于芳香

8、环吸收激光晶体容易均匀分散的样品分子MALDI常用基体，蛋白质组分析。 MALDI的特点：优点：质量范围可达50万Da。 灵敏度高，可测量到10-1210-15摩尔。 软电离，无或少碎片离子，可用于混合物分析。 可以容纳毫摩尔级的盐。 缺陷点：基质背景容易妨碍质量数1000Da以内的物质分析。 激光分析电离可能会导致被分析物的分解。 六、电喷雾电离(ESI )、毛细管直径0.10.2mm毫米。 喷雾电压：毛细管芯片与离子导入口之间，38kV。 壳气体(Sheath gas )从毛细管端与喷雾反向加热而流出。 离子通过取样锥和毛细管传送到光学聚焦系统。 电喷雾离子化的基本过程电场中的喷雾带电雾壳

9、气体对溶剂的蒸发电荷的库仑作用带电雾的解体Rayleigh界限表面张力和库仑斥力的平衡点、Reproduced from Kebarle，p.j.masspectrom.2000，35 在多电荷离子的校正算法中，对于蛋白质，所生成的多电荷离子为M nHn，对应于一个质谱峰(m/z)1的系列离子为M nHn，对应于另一个相邻质谱峰(m/z)2的离子为m(n1)h(n )这个过程称为解卷积(Deconvolution )。 例肌红蛋白电喷雾质谱图将带有1030个电荷的系列分子离子、七、大气压化学电离(atmospherepressurechemicalionization，APCI )、毛细管样品

10、送至加热管，该管可达300C以上溶剂在加热管中挥发。 在加热管出口放置冠状病毒放电装置，使挥发的溶剂分子电离形成等离子体。 等离子体与样品分子反应，生成MH或MH准分子离子。 APCI的特点是柔软的电离方式，样品是直接从液体中提取的，不蒸发，几乎不发生分解，电离过程是离子分子反应，与CI原理相似。 快速适应高低含水溶液的流动相，可进行梯度分析。 实现单电荷峰值、源内CID。 为什么选择这种模式？ 机器的加速电压v :使离子具有高动能，快速通过磁场、电场、无电场区域。 某离子：质量为m，电荷价态为z，从加速电场取出的电能为zeV。 这个离子的动能1/2mv2 v是离子的运动速度，两能量相等。 即

11、2.3质量分析器种类繁多，具有磁场、电场、高频场对电荷离子的控制作用。 1、扇形磁场和静电场，离子在扇形磁场中的运动，1、离子在扇形磁场中的运动，进入磁场后，离子在磁场的作用下进行圆运动，b为磁场强度，r为离子的运动半径，即磁场半径以上两个公式相加， 具有不同质量的离子具有不同的轨道半径，质量越大，半径越大，磁场具有质量分散能力，可以单独制造质谱仪。 如果r固定(一旦设备的磁场确定，r实际上固定)，那么重写上述公式，其中k为常数，离子的质量负载比与磁场强度的平方成比例，并与加速电压成反比。 固定加速电压，通过扫描磁场使离子依次通过磁场，实现离子的质量分析。 磁场是质量分析器。 如果将离子动能m

12、v2/2=zeV代入上式，则半径为re圆弧上，电场强度为：其中e为静电场的电压。 Er固定后，离子的运动半径随着加速电压的变化而变化，因此静电场为能量分析器。 扇形电场中离子的运动、扇形电场中离子的运动，Er是离子运动轨道上的电场强度re是离子在电场中进行圆周运动的半径，即电场的半径。 另外，通过代入re=2V/Er得到： E=V lnr1/r2，r1和r2是固定的。 因此，在双聚焦质量分析修正中，静电场电压和加速电压维持一定的比例关系。 反置式双焦高分辨质谱修正离子光学，2、双焦质谱修正的基本原理、扇形磁场质谱、离子原因分析、实际运动量分析仪。 方向聚焦是相同质量和相同速度的离子从相同点以不

13、同角度入射到磁场中，虽然在磁场中行进的轨迹不同，但磁场后可以集中于与方向无关的点。 聚集在静电分析器能量分析器方向，与磁场相同。 从离子源引出的离子：运动方向不平行。 存在能量分散、初始温度分布和电子冲击时产生的附加动能。 双聚焦方向聚焦：将磁场和电场、相同大小、反方向、互补作用、不同方向的离子聚焦于检测狭缝，能量(速度)聚焦：将磁场和电场、相同大小、反方向、不同能量的离子聚焦于狭缝狭缝：能量不同的离子聚光在狭缝上，通过调节该狭缝的宽度可以使通过的离子的能量范围不同。 实现高分辨率。 两组四极杆分别将(u Vcont )和(u Vcont )相加。 其中u直流电压部分，Vcont为高频电压部分

14、=2f，f为频率。 理想的四极场是双曲线型，加工困难，替换为4根杆。 四极场中的任意点的电场是，二、四极棒质量分析器，场的中心和两条对角线上任何点的电位为零。离子入射到四极场后，其运动方程式ma=eE a成为离子加速度，e电场强度的电场强度成为电位的导数。 上式是正交坐标系，四极场任一点的电场代入：上式代入：上式合起来：Mathieu方程式，Mathieu方程式解，复杂，与边界条件密切相关。 以a、q为坐标，绘制方程式的解，是稳定区域、x不稳定区域、y不稳定区域三个区域。 a、q都是交直流电压的振幅、频率和时间的函数，可由机器设定和调节，r0是机器中心到四极杆的径向距离，其值是确定的。 扫描线：与稳定区域分离，通过原点的直线。 在该直线上，各处的a/q比也是常数，即u/V=a/q也是常数。 同质负荷比的离子对应该是不同的a、q值，在u/V=a/q为常数的离子中，其a和q值都在扫描线上。 如果该值正好处于扫描线与稳定区域的2个边界交点(a，a )之间，则该离子落入稳定区域内。 改变u/V的比率时，扫描线的倾斜度发生变化，增加，AA长度减少，即稳定的离子减少，分辨率增加。 AA长度仅与u/V比有关