质谱培训教材

TheworldleaderinservingscienceThermoScientificChina-DemoCenter-LTQ液质联用仪培训教材Theworldleaderinservingscience质谱基本常识第一章3“ThebasisinMS(massspectrometry)istheproductionofions,thataresubsequentlyseparatedorfilteredaccordingtotheirmass-to-charge(m/z)ratioanddetected.Theresultingmassspectrumisaplotofthe(relative)abundanceoftheproducedionsasafunctionofthem/zratio.”（质谱的基础是产生离子，这些离子随后按质荷比大小被分离过滤并被检测。得到的质谱图是产生离子质荷比的相对丰度图谱。）Niessen,W.M.A.;VanderGreef,J.,LiquidChromatography–MassSpectrometry:PrinciplesandApplications,1992,MarcelDekker,Inc.,NewYork,p.29.什么是质谱？4怎样理解质谱5LC-MS&LC-MSnTime时间Response响应Chromatogram离子流图m/zm/zMSMS-MS6总离子流图7MassSpectrometry“Simplified”(GMSD)GenerateIonProductionIonOpticsLinearIonTrapElectronMultiplierMoveSelectDetect8GenerateIons（产生离子）MoveIons（离子传输）SelectIons（选择离子）DetectIons（检测离子）SampleIn(样品引入)DataOut（数据输出）IonOpticsSystem离子透镜系统质谱简化流程9AtmosphericPressureIonization－大气压下离子化离子源类型:1.ElectrosprayIonization(ESI)电喷雾电离–大多数情况下是液态过程2.APCI(AtmosphericPressureChemicalIonization)大气压下化学电离–气相过程3.APPI(AtmosphericPressurePhoto-Ionization)大气压下光离子化-气相过程离子源作用:1.Desolvatesampleflowforintroductionintomassspectrometer.去溶剂2.BafflethefirstvacuumregionoftheMSfromatmosphericpressureinthesource.真空过渡3.Ionizetheanalyteortransportioninsolutiontothegasphase.离子化4.Pumpawayneutralsandoppositechargedionswhichwouldotherwiseinterferewiththeanalysisofthedesiredpolarity.去除干扰离子产生(API)10ChemistryConsiderations化学考虑ESI:•离子在液相产生•有益于热不稳定化合物的分析•有益于中等到高极性化合物分析•有益于大分子（蛋白/多肽）APCI/APPI:•离子在气态产生•不利于热不稳定化合物的分析•有益于低极性到中等极性化合物分析•适合小分子(steroids-类固醇，甾体化合物)•适合含有发色基团的化合物(APPI)11Electrospray-BasicLayoutIonTransferTube金属毛细管ESINeedle+/-5kVTaylorCone泰勒锥SolventevaporationandIondesolvation溶剂蒸发和去溶剂电喷雾电离过程12AuxiliaryGas－辅助气SheathGas－鞘气喷雾束±5kVESI喷嘴横截面喷嘴喷针13碱性分子[M+H]+(-NH2)酸性分子[M-H]-(-COOH,-OH)正负离子扫描选择练习：请为这两个化合物选择合适的扫描方式14AtmosphericPressureChemicalIonization(APCI)大气压下化学电离通过电晕放电达到气相电离电离过程分以下三步1.高压电晕针作用于载气(N2)和挥发的HPLC溶剂，产生初级离子。O2+e-→O2+.+2e-N2+e-→N2+.+2e-2.通过一系列复杂反应，初级离子和溶剂分子产生溶剂离子，如H3O+，OH-。3.溶剂离子和分析物反应产生正离子模式下的(M+H)+或负离子模式下的(M-H)-。H3O++Analyte→(Analyte+H)++H2OOH-+Analyte→(Analyte–H)-+H2O15AtmosphericPressureChemicalIonization(APCI)大气压下化学电离©2004Dr.PaulGates,UniversityofBristol16AtmosphericPressurePhoto-Ionization(APPI)大气压下光离子化电离利用APCI探针去溶剂通过UV光源离子化电离过程有以下两步1.分析物分子与UV光源作用（氪灯产生10和10.6ev光子）。如果分析物的电离势能低于光子能量hv，分析物分子M被电离成分子离子M+。M+hv→M++e-2.分析物离子有可能从质子溶剂（如果存在）那得到质子形成离子[M+H]+。M++S→[M+H]++[S-H]17灵敏度图谱质量速度“3D”“3D”vs.“2D”线性离子阱18LTQ二维线性离子阱60m3/hr300L/sec400L/sec15L/sec三端口的分子涡轮泵Probe离子透镜线性离子阱Detector1Detector219可互换的离子源探针(图中所示是ESI探针)离子源探针位置调节器APPI探针入口IonMax源20IonMax离子源离子传输毛细管－离子传输毛细管入口－电喷雾喷针－ESI喷嘴－ESI探针电喷雾针离子传输毛细管ESI喷嘴ESI探针21IonMax源设计:ESI探针ESI探针特征：•固定的喷射角度（60度）•增加鞘液接口（精确质量测定和柱后修饰应用）•X,Y,Z方向调节更加便于优化液相入口鞘液入口ESI喷针22样品管外壁聚酰亚胺涂层会吸收某些溶剂而变长样品管截面要平齐以保证好的喷雾状态样品管缩进ESI喷针里1mm处得到最好喷雾效果鞘气ESINeedleESINeedle样品聚酰亚胺聚酰亚胺石英管石英管ESI喷针ESINeedleESINeedle样品聚酰亚胺聚酰亚胺石英管石英管ESI喷针ESI喷针鞘气鞘气鞘气ESI喷针样品管延长23石英毛细管吸收溶剂溶胀图例24ESI探头切面图喷嘴ESI喷针熔融石英毛细管喷嘴ESI喷针金属针~1mm~1mm25MetalNeedleKitStainlessSteelNeedleSizeTypeSolventFlowRate(mL/min)PartNo34-Gauge(30mMID)Lowflow0.5-1070111-6208032-Gauge(50mMID)Highflow5-40070111-6201326ESI探头切面图喷嘴ESI喷针熔融石英毛细管喷嘴ESI喷针金属针~1mm~1mm27SprayVoltage:4–5kVLCFlow(mL/min)ColumnSize(mmID)IonTransferTubeTemp(°C)SheathGas(PSI)AuxGas(Arb.)≤10Capillary200-2505-30Off50-1001.0250-30010-305-10200-4002.1-4.6300-35020-4010-20≥4004.635030-6015-40“IonMax”ESI源操作条件28APCI探针29IonMax离子源设计:APCI探针离子传输毛细管APCI探针电晕针离子传输毛细管离子源接口30IonMax离子源设计:APCI探头APCI探头特征:•可移动喷雾器•新陶瓷加热器•自我清洁功能内表面温度超过1000ºC•外置热电偶•源室没有塑料材料•喷嘴组件易于更换•X,Y,Z三维可调液相入口陶瓷气化器气化器电源接头31“IonMax”APCI源–操作条件液体流速(mL/min)离子传输管温度.(ºC)*鞘气压力(arb)辅助气压力(arb)蒸发室温度(ºC)电晕针放电电流(mA)200250255350+4(-10**)1000250455450+4(-10**)•当你改变离子传输毛细管（或金属毛细管）的温度时一定要优化透镜电压**负离子模式32APCI操作注意事项确保APCI探针的蒸发温度足够大，喷雾区域没有液滴沉降蒸发温度：400-450C（针对流速为400-1000uL/min)可以适当降低金属毛细管的温度仔细检查鞘气流速辅助气流量可以先设到0进高浓度的样品可能会导致污染和记忆效应定期加热离子源（自动清洗）33APCISummary-小结分析物性质:*低到中等极性*高质子亲和力*高气相酸度*1200da典型流速:0.2-2.0ml/min比ESI更能容忍缓冲盐仅产生单电荷离子！！！软电离技术典型应用：药物，农药，类固醇及含氮染料34ComparisonofESIandAPCI二者比较35ComparisonofESIandAPCI二者比较36PAHsAPPI质谱图37金属毛细管正常位置取出金属毛细管真空锁定小球真空锁定38IonMax离子源室设计改进排出口设计，便于大气压电离废气排出电晕放电鞘–陶瓷和不锈钢;垂直置于壁上－气化溶剂冷却后不被凝结所改进的不锈钢的废液排出部件探针垂直安装－液滴直接进入废液排出口，即使氮气用完，也不会在腔室内累积溶剂。非塑料外壳便于观看的两个视角39钛制成的新型Skimmers:•直径较大，提高灵敏度•钛材料更有利于保持skimmer的热平衡，不锈钢材料会逐渐冷却所以可作为加热器IonMax源:Skimmer40离子吹扫口离子传输管无需工具装配/拆卸TubeLens-管路透镜钛制skimmerL0Q00SweepGas－吹扫气接口Q0APIStack装配示意图TheworldleaderinservingscienceLC-MS条件优化第二章42Sampleconcentration样品浓度Choiceofcolumnandsolvents柱子型号和溶剂Flowratesandtheireffects流速及影响LC/MS条件优化43样品信息你需要得到尽可能多的样品信息！目标分析物的信息包括以下–分子式,结构(官能团)–分子量–溶解性,pKa–稳定性,储存–是否有标准品–浓度水平和范围基质信息:–类型,状态(液体,固体)–溶解性–不同成份44样品预处理–提高灵敏度去除基质干扰–离子抑制建立去除基质干扰的方法(SPE,萃取,过滤等)进样浓度–与进样量和柱内径有关45ESI:1µL/min-1mL/min最佳使用流速:200µL/min一般来说,高流速需要高的毛细管温度和气体流速。APCI:200mL/min-2mL/minOptimalFlowRate:500µL/min一般来说，高流速需要更高的鞘气和辅助气流量，但不需要提高毛细管温度LC建议流速46液相柱(标准装柱填料直径5.0mm)最适合的流速(线性速度)流速柱子直径1.0mL/min4.6mm0.5mL/min3.0mm0.2mL/min2.1mm50mL/min1.0mm10mL/min毛细管47柱内径mm1.010005002005015202.03.04.62.0流速mL/min分离效果使用窄内径的柱子可以提高分离效果48LC添加剂酸不要使用无机酸(可能会导致腐蚀)推荐使用醋酸和甲酸碱不要使用碱金属碱(可能会导致腐蚀)