LCMS液质联用仪原理及基础知识介绍

LC/MSLC/MS原理及基础知识介绍原理及基础知识介绍沃特斯中国有限公司应用部WatersChinaLtd.MSMS的历史的历史1910年世界上第一台现代意义质谱仪在英国剑桥Cavendish实验室出现1917年电喷雾(Electrospray)物理现象被发现(并非为了MS)1918年世界上第一台实际意义质谱仪在美国芝加哥大学实验室出现(扇型磁场MS)1943年世界上第一台商业质谱仪1953年四极杆质量分析器质谱仪1955年飞行时间质量分析器质谱仪1960’s开发GC/MS60’s-70’s大气压电离(APcI)源被发现(但并未被广泛应用)70’s-80’s开始广泛研究LC/MS1979年传送带式LC/MS接口成为商业产品1982年离子束LC/MS接口出现1984年第一台电喷雾MS仪宣告诞生1988年电喷雾离子源MS首次应用于蛋白质的分析…...WatersChinaLtd.LC/MSLC/MS中的液相色谱中的液相色谱HHighighPPerformanceerformanceLLiquidiquidCChromatographyhromatography--高效液相色谱高效液相色谱液质联用的前提和基础=进样+分离根据化合物的化学特性分离样品(比如极性化合物，非极性化合物，酸性化合物，碱性化合物等等)•分离技术•分离效率高•流动相参与分离•连续流出，峰宽有限•有时需要使用缓冲盐提高分离度•高压环境工作(1000psi)WatersChinaLtd.LC/MSLC/MS中的质谱中的质谱MMassassSSpectrometrypectrometry--质谱质谱质量是物质固有特征之一，不同的物质有不同的质量谱分析物被转化为气相离子而被分析这些离子按其质荷比(m/z)被分离而被检测质谱图即是相关的离子流对m/z的图•灵敏度高•定性/定量本领高•脉冲扫描采集数据•高真空环境工作•溶剂参与反应WatersChinaLtd.LC/MSLC/MS数据形式数据形式HOHOOOHOHGamabufotalin(III)m/z1001502002503003509110712314517519132379201341402384366M-18M+M-36M-79M-162241TICTIC色谱保留时间WatersChinaLtd.质谱的种类及相关联用技术质谱的种类及相关联用技术GCLCCEFlowInjProbePB/EIESIAPCITSPFABMALDIQuadrupoleMagneticSectorTimeofFlightIonTrapFT-MSElectronMultiplierPhotomultiplierMicrochannelPlateTurboMechanical•离子分离模式•质量分析器•离子检测•数据的采集及处理•样品的引入模式•溶剂的去除或抽真空方式•质子化模式WatersChinaLtd.液质联用系统的常见部件液质联用系统的常见部件HPLC离子源分析器检测器数据处理离子化质子过滤器离子检测器质谱图接口色谱分离样品引入数据采集及控制质量过滤器WatersChinaLtd.从从LCLC到到MSMS的转变的转变物态转变:液态液态--气态气态带电状态:“中性中性”-离子离子真空变化:760760torrtorr-1010--55to10to10--88torrtorrWatersChinaLtd.LC/MSLC/MS系统构成系统构成液质联用接口至真空离子源质量分析器检测器高真空部分离子源液质联用接口至真空质量分析器检测器高真空部分EI电离源样品引入API电离源样品引入WatersChinaLtd.传统的样品电离方式：传统的样品电离方式：EIEI源源EI源：电子轰击电离源可得经典的质谱谱图可查询质谱库，质谱结果可用工业标准谱库检索，是绝对的化合物鉴定相对易得，耐受性好谱图可解析，阐明结构信息但是，电离效率较差，测定的分子量范围、流速范围有限；可测的化合物类型有限M样品进入灯丝集电极离子聚焦透镜离子去·分析器--挡板+WatersChinaLtd.EIEI源源LC/MSLC/MS系统：系统：WatersIntegrityWatersIntegrity系统系统WatersChinaLtd.Integrity®质谱检测器电子轰击电离源(EI)离子检测器FROMHPLC++++++++++++++++++++涡轮分子泵前级泵前级泵第二级0.1Torr---灯丝70eV四极杆质量分析器离子源225C第一级5Torr热束®接口(动量分离器)EIEI的宝贵的宝贵遗产遗产HOHOOOHOHGamabufotalin(III)M-18+M+M-36+3414023843669110712314517519179201135M-162+2419110712314517519179201341384366M-18+M+M-36+M-162+241402HighResMassSpec,Brown,Kamano,Pettit,Org.MassSpec.,1972WatersIntegrityLC/MSSystem,Pfizer,1996WatersChinaLtd.大气压电离技术大气压电离技术™电喷雾电离(ElectrosprayIonization-ESI)™大气压化学电离(AtmosphericPressureChemicalIonization-APCI)相转化过程WatersChinaLtd.什么是电喷雾电离什么是电喷雾电离((ESI)ESI)？？毛细管+4kV3)离子从液滴表面蒸发出来--+++-+++++-1)含各种离子的液滴--++++-----+++--++++-----+++-2)随着液滴的挥发,电荷密度增大,离子集中到液滴表面++-+-+++-++-+-+++-WatersChinaLtd.什么是什么是APCIAPCI？？APCI电离方式产生离子xxxxxxHH++MM1)1)电离产生起决定作用的溶剂离子电离产生起决定作用的溶剂离子xxxxxxHH++MM2)2)样品分子与反应离子发生反应，样品分子与反应离子发生反应，形成离子簇形成离子簇放电针放电针xxxxMM样品样品MMMHMH++xxxxxxxxXHXH++xxxxHH++MHMH++3)3)离子去簇后被传输离子去簇后被传输到质谱的质量分析器到质谱的质量分析器毛细管毛细管X=X=溶剂分子，比如溶剂分子，比如H2O,NHH2O,NH33等等等等ŠŠ一般适合分析挥发性化合物，也常分析从中性到极性的化合物一般适合分析挥发性化合物，也常分析从中性到极性的化合物ŠŠ纯气相离子化过程，只产生极少的添加离子纯气相离子化过程，只产生极少的添加离子ŠŠ谱图简单谱图简单ŠŠ流速范围大，从流速范围大，从0.20.2到到2.02.0mLmL/min/min，，而不用分流而不用分流WatersChinaLtd.APIAPI电离源电离源((ESI+)ESI+)电离模式电离模式：：软电离产生软电离产生[[M+H]M+H]++准分子离子峰准分子离子峰1201401601802002202402602800100%163185[M+H]+[M+Na]+[M+K]+CH3SCH3NOCH3O灭多虫MW162WatersChinaLtd.AllianceZQLC/MS系统WatersChinaLtd.WatersZQ...WatersChinaLtd.同一样品的质谱图可能并不一样！同一样品的质谱图可能并不一样！SampleDescription80859095100105110115120125130135140145150m/z0100%SALICYLAMIDE1(0.067)Cn(Cen,2,80.00,Ar)ScanES+1.19e8138.0137.0121.2100.290.188.185.293.995.8114.0110.2102.0133.0123.9138.9143.0149.32-HydroxybenzamideMW:137Form:C7H7NO2CASRegNo:65-45-2255075100125150175200225250162839658092120137CONH2OHFigure1.WileyLibraryReferenceSpectrumofSalicylamideWatersChinaLtd.CIDCID产生的过程产生的过程AnalysisofAnalysisofSulfamethazineSulfamethazinebybyElectrosprayElectrospray萃取锥孔萃取锥孔10004,0006,0008,000IntensityNHNNCH3CH3NH2SOOSulfamethazine六极杆－离子桥六极杆－离子桥[M+H]+2772782792802812822,0004,0006,0008,00010,000000ParentIonRegionMW278m/zPositiveionmode,ESI,2ul/min,50%MeOH:49%H2O:1%HOAc12,00012,10,000取样锥孔取样锥孔3030VV2,000150200250300m/zWatersChinaLtd.优异的优异的CIDCID技术技术（可编程）（可编程）AnalysisofAnalysisofSulfamethazineSulfamethazinebybyElectrosprayElectrospray碰撞诱导解离使碰撞诱导解离使碎片离子在进入碎片离子在进入质谱前就已经产生质谱前就已经产生NHNNCH3CH3NH2SOOSulfamethazine10002,0004,0006,0008,00010,000Intensity六极杆离子桥六极杆离子桥[M+H]+1831841851861871882,0004,0006,0008,00010,000FragmentIonRegionMW186m/zC6H8N3O2S92156186萃取锥孔萃取锥孔取样锥孔取样锥孔7070VV150200250300m/zWatersChinaLtd.多种多种CIDCID方式：方式：一次进样得到全部质谱信息一次进样得到全部质谱信息C4H9-WatersChinaLtd.四极杆质量分析器四极杆质量分析器SourceDetectorNonresonantIonResonantIondcandRfvoltagesWatersChinaLtd.LC/MSLC/MS联用中的转变过程联用中的转变过程液相色谱的现实情况液相色谱的现实情况::从高效液相色谱流出的化合物存在于大气压条件下的溶液之中质谱的现实情况质谱的现实情况::在高真空工作条件下的质谱仅接受气相的离子因此液质联用的接口必须完成:去除溶剂保留样品电离化合物WatersChinaLtd.LC/MSLC/MS面临的挑战面临的挑战进样方式比较对真空泵的要求*(liters/sec)毛细管GC,1mL/min(气体)~400微柱LC,10µL/min~5,000填充柱LC,1mL/min~50,000*为了保持3x10-6torr(4x10-6mbar)的真空LC/MS接口必须使流动的液流达到MS可接受的压力(10-5-10-6torr)同时以极小的谱带展宽尽可能多地输送样品到MSWatersChinaLtd.接口接口™EI电离源的液质联用接口-热束接口(TB)™雾化,去溶剂然后电离™ESI和APCI接口-ZSpray™雾化，去溶剂和电离同时完成WatersChinaLtd.热束接口原理：喷雾作用和动量分离热束接口原理：喷雾作用和动量分离雾化室动量分离器(第1&2级)Stage1,压力为5Torr并且90%的溶剂和载气(He)被去除Stage2,压力为1.5Torr并且剩余的10%溶剂和氦气被去除。脱离溶剂的样品离子被加速到达质谱离子源(高真空部分)WatersChinaLtd.API接口：Z-Spray接口取样锥孔取样锥孔萃取锥孔萃取锥孔RFR