第三章离子化方法

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。Atomormoleculeishitbyhigh-energyelectronPrinciplesofElectron-ImpactMassSpectrometrye–Atomormoleculeishitbyhigh-energyelectronelectronisdeflectedbuttransfersmuchofitsenergytothemoleculee–PrinciplesofElectron-ImpactMassSpectrometryAtomormoleculeishitbyhigh-energyelectronelectronisdeflectedbuttransfersmuchofitsenergytothemoleculee–PrinciplesofElectron-ImpactMassSpectrometryThisenergy-richspeciesejectsanelectron.PrinciplesofElectron-ImpactMassSpectrometryThisenergy-richspeciesejectsanelectron.PrinciplesofElectron-ImpactMassSpectrometryformingapositivelycharged,odd-electronspeciescalledthemolecularione–+•Themoleculariondissociatestoacationandaradical.PrinciplesofElectron-ImpactMassSpectrometry+•20406080100120m/zm/z=78100806040200RelativeintensitySomemoleculesundergoverylittlefragmentationBenzeneisanexample.Themajorpeakcorrespondstothemolecularion.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；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（ChemicalIonization,CI）化学电离源一般在1.3102～1.3103Pa。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+·+2eCH4+·CH3++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11000）导入离子源，试样分子（SH）发生下列反应：CH5++SHSH2++CH4C2H5++SHS++C2H6SH2+和S+然后可能碎裂，产生质谱。PCI甲烷反应机理CH4e-HCH3CH4CH4+•CH3+MMM-H+CH5+CH3•CH4M+H+230eVPCINCISpectra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10-5-10-6torr，为什么？3.CI的用途4.比较CI和EI的灵敏度5.CI实现准确质量测定是否容易？6.CI的局限性二、自身化学电离离子化（Self-chemicalionization,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OH+++++m/z58m/z41m/z27m/z31orOO++orm/z57OH+++or-H2O+orm/z67OH2H+CH2OH+-H2Oor++m/z81-H2OOH+m/z97OOor++m/z97O+-H2OOHOHOOH+++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RR=CH3CO-orH-R++RRR=CH3CO-orH-R++RRRR=CH3CO-orH-二甲苯三个异构体[M+H]+和[M+CH3CO]+的相对强度[M+H]+/CH3COH+CH3[M+CH3CO]+/[CH3CO+]间二甲苯11.361.54对二甲苯1.930.425邻二甲苯0.348第三节、快原子轰击离子化（Fastatombombardment,FAB）属于粒子诱导离子化（particleinducedionization),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适用于什么类型样品？第四节、激光解吸离子化（LaserDesorptionionization,LD）一、激光解吸离子化（LaserDesorptionionization,LD）二、基质辅助激光解吸离子化（Matrixassistedlaserdesorptionionization,MALDI）三、大气压激光解吸离子化（AtmosphericpressureMALDI,AP-MALDI）一、激光解吸离子化（LaserDesorptionionization,LD）属于粒子诱导离子化（particleinducedionization),采用光子轰击样品常用激光：IR(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MALDI-TOFMS工作原理qV=1/2(m1v12)=1/2(m2v22)若m1m2,则v1v2t(m/z)分辩率~400飞行管激光样品靶15-25kV检测器无基质为LD不能分析大分子(碎裂)延迟(脉冲)引出技术Delay(Pulsed)Extraction++++++20kVVe20kV10kV0V20kV10kV1517.512.5++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++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(insulinBchain)DE+Reflectron,分辨率优于20000++++++NewSCOUT100MALDIsource(fromREFLEX)MALDISourceSCOUT100MALDISourcewithMultipoleIonGuideMultipoleionguideTargetplateLaserbeamIonplumeExtractionplateFTMSiontransferopticsToICRcellSCOUT100MALDIAccessoryFeatures:Switch-ablesourceto/fromESIX-Ypositioningstage+cameraUpto100samples/plateFastloadlockforeasytargetchangeoverElevatedPressureAdvantages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（Matrixassistedlaserdesorptionionization,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。MALDIMechanism++LaserLaserMatrixMatrix((基质基质))++AnalyteAnalyte((分析物分析物))SampleSamplesupportsupportma++++++++aaaaammmmmmmmmmmma诺贝尔奖－田中耕一发现使用基质可分析生物大分子-蛋白质基质的作用：1.把极性分子隔离开2.提供卷流，抛出样品分子3.提供反应离子寡聚葡萄糖酸MALDI-TOF,DHB[M+Na]+HighMOWSEScoreof159!Masserrorsbelow4mDa!MALDIspectrumofonly1fmoleBSAtrypticdigestusingAnchorChipTMtargets.Withanassumedmax.deviationof5ppm,MASCOTgaveascoreof159forBSA.BSAMALDIanalysisoftrypticdigestsMALDIAccessory-benchmarkdata34863491349635013506m/zMALDIofInsulinBChainRP=1.1Million!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MALDIMS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+2Na-H]+DHBdimer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（AtmosphericpressureMALDI,AP-MALDI）第五节、大气压离子化（AtmosphericPressureIonization,API)一、电喷雾离子化（Electrospray，ESI）二、大气压化学电离（atmosphericpressurechemicalionization，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（3-5Kv)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(electrosprayionization)•Solventsprayedacrosspotentialfieldandionized•Dropletsevaporates•Solventchargetransferredtoanalytes•PolarcompoundsESI牛膝多糖ESI质谱图和（加入