质谱基本原理

质谱基本原理美国瓦里安技术中国有限公司上海代表处2主要内容1.基本原理2.技术指标3.质谱仪器结构4.离子源5.质量分析器6.检测器7.串联质谱8.扫描模式9.质谱评分标准10.离子阱&四极杆31、基本原理4质谱：称量离子质量的工具12units0units基本原理512units质谱：称量离子质量的工具12units基本原理68910111213141516质谱：称量离子质量的工具12units12units基本原理78910111213141516质谱：称量离子质量的工具12units14units基本原理812units8910111213141516massNumberofcounts质谱：称量离子质量的工具基本原理9•质谱分析法主要是通过对样品离子质荷比的分析而实现对样品进行定性和定量的一种方法•电离装置把样品电离为离子•质量分析装置把不同质荷比的离子分开•经检测器检测之后可以得到样品的质谱图基本原理10质量分析器离子源四极杆作为质量过滤器mmabovembelow检测器离子源X+,X-RF/DCRF/DC基本原理（以四极杆质谱为例）112、技术指标12质量范围质量范围是质谱仪所能测定的离子质荷比的范围质荷比：m/z质量单位：amu或u，Da或D13不同仪器：四极杆：4000Da离子阱质谱：4000Da磁质谱：10000Da傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-MS）50000Da飞行时间质谱：无上限不同要求：气相色谱：800Da液相质谱：2000Da生物分子：10000Da或更大质量范围14分辨率：分开两个邻近质量峰的能力。何为分开：若两个相邻峰的峰谷低于峰高的10%(或5%，50%)，则认为是分开的。A:未分开B:部分分开C:全分开分辨差分辨较差分辨达到要求m2m1分辨率15数学定义：ΔmmRPmmmΔmmRP1211……(1)m1和m2代表两个相邻峰的质量数……(2)m代表某一峰的质量，△m代表半峰宽分辨率16组成整数质量精确质量CO2827.994914N22828.006158C2H42828.031299质量数为28的三种分子组成的精确质量若仪器分辨力很低，如RP=200，则对以上三个分子不能分开，混为一峰若要分开以下混合物，则必需有如下分辨力CO-C2H4:(RP)2=27.994914/(28.031299-27.994914)=770N2-C2H4:(RP)3=28.006158/(28.031299-28.006158)=1100CO-N2:(RP)1=27.994914/(28.006158-27.994914)=2490当仪器分辨力达到770时，只能够只分开CO-C2H4。当仪器分辨力达到1100时，能够分开CO-C2H4和N2-C2H4当仪器分辨力超过2500时，三者全部分开。一般低分辨仪器在2000左右。10000以上时称高分辨。FT-MS分辨力可达2百万。17不同仪器：•磁质谱，飞行时间质谱仪，傅立叶变换离子回旋共振质谱仪：分辨率、线性和稳定性好，属高分辨质谱仪•离子阱质谱仪：分辨率高，线性低，准高分辨质谱仪，用于判断质谱峰带的电荷数•四极杆质谱仪：分辨力低，线性好，不属于高分辨质谱仪分辨率18扫描时间•色谱峰的数据点数目和峰宽以及扫描时间有关•较短的扫描时间，可以获得良好的峰型，但是不利于信号采集•较长的扫描时间，有助于信号采集，但是峰型不好•峰型和信号，二者需折衷考虑19高斯分布的色谱峰理想的高斯峰应有35个数据点0.0020.0040.0060.0080.00100.003.904.004.104.204.304.404.5020同一个色谱峰，但数据点减半0.0020.0040.0060.0080.00100.003.904.004.104.204.304.404.50高斯分布的色谱峰217个数据点0.0020.0040.0060.0080.00100.003.904.004.104.204.304.404.50225个数据点0.0020.0040.0060.0080.00100.003.904.004.104.204.304.404.5023数据点－错误结果0510152025303502468101214161820samplesaccrosspeakerrorIllustrativedataonly24•Dwelltime：离子被监测的时间•在多残留分析中，缩短dwelltime，可增加同步MRM的通道数–10s的色谱峰，dwelltime＝6ms，MSMS通道时间6ms，50通道，峰的数据点10*1000/(12*50)16三重四极杆Dwelltime通道时间25离子阱离子阱质谱的分析模式Cycletime的组成1、AGC预扫Pre-scan2、ionfilling(离子充满)3、分离母离子和对母离子激发碰撞4、质量分析—将离子抛出阱外检测(只有这一步与扫描速度有关）263、质谱仪器结构27真空系统样品入口检测器数据系统质量分析器离子化方法大气质谱仪器结构28真空对质谱有何重要性？低真空高真空带电离子检测器检测器气体分子29GC或LC接口有机质谱示意图质量分析器检测器离子源PC30极性、分子量、挥发性31HPLC与GC的应用差异HPLCGC几乎可分析各种物质只能分析20%的挥发性物质在室温下分析，可分析热不稳定化和物通常在高温下分析，要求样品必须具有热稳定性色谱柱不能很长、柱效相对较低使用毛细管柱可以获得很高的柱效固定相与流动相均参与分配作用流动相只用来带动样品，不参与分离作用分析样品无分子量限制分析样品分子量一般小于500amu324、离子源33固体样品液体样品气体样品EICIAPCIMALDIESIAPPI转化成溶液转化成固体转化成气体根据待分析物的化学性质根据待分析物的化学性质离子源——将待分析样品电离，得到带有样品信息的离子34•GC•EI：电子电离源，最常用的气相离子源，有标准谱库•CI：化学电离源，可获得准分子离子。PCI，NCI•LC•ESI：电喷雾源，最常用的液相离子源，适用于极性较强的化合物，可用于热不稳定化和物的分析•APCI：大气压化学电离源，适用于中等极性或弱极性的小分子量化合物，尤其是含杂原子的化合物，不适合热不稳定或在溶液中容易电离的化合物•APPI：大气压光电离源，适用于弱极性的化合物，如多环芳烃等•MALDI：基质辅助激光解吸电离，适合于分析生物大分子，主要与TOF联用离子源35EI：电子离子源36ESI：电喷雾源37喷雾针装置喷雾室毛细管四极预杆干燥气ESI：电喷雾源38APCI：大气压化学电离源39APPI：大气压光电离源405、质量分析器41质量分析器——将离子源产生的离子按m/z顺序分开并排列成谱•空间分离质谱：•四极杆质量分析器•双聚焦分析器：分辨率高，但扫描速度慢，操作、调整比较困难，价格高•时间分离质谱•离子阱质量分析器（IT）•飞行时间质量分析器（TOF）：质量范围宽，扫描速度快，灵敏度高•傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-MS）：分辨率极高，分析灵敏度高四极杆和离子阱均属于四极电场原理42四极杆质量分析器43质量分析器离子源四极杆作为质量过滤器mmabovembelow检测器离子源X+,X-RF/DCRF/DC44双聚焦质量分析器45离子阱质量分析器46飞行时间质量分析器476、检测器48高能转换打拿极检测器49一体化的检测器Q3MultiplierPS+/-5kv507、串联质谱仪51穿越式四极杆，MS/MS是空间串联•需要三个四极杆(三级四极杆)离子阱，MS/MS是时间串联仅195通过仅RF电压—所有离子通过——Ar碰撞解离扫描100-195子离子Q1Q2Q3串联质谱仪52样品导入毛细管，取样锥、四极预杆–传输离子，从大气压到高真空状态喷雾室-样品雾化，离子化，去溶剂一级四极杆–过滤母离子二级四极杆–Ar碰撞诱导解离母离子三级四极杆–过滤子离子检测器–检测离子，产生质谱信号真空泵–双阶分子涡轮泵串联质谱仪53GC/MSEI全扫描（利血平）(mainlib)Reserpine409014019024029034039044049054059005010077109141195212226251265301359381395413448608OOOONHNOOOOO54LC/MS/MS一级MS，ESI二级MS，ESI子离子扫描55TQvs.SQOverlaidChromatogramPlotsFile:c:\varianws\data\11marsmatriceoi.xmsSample:SIMmatriceoignonOperator:VARIANScanRange:1-1392TimeRange:0.04-11.98min.Date:3/10/20031:27PMSampleNotes:11marsmatriceoignon2.55.07.510.0minutes51015202530MCounts51015MCounts0102030MCounts2.55.07.510.0MCountsRIC111marsmatriceoi.xms1200CENTROIDFILTEREDRIC211marsmatriceoi.xms1200CENTROIDFILTEREDRIC311marsmatriceoi.xms1200CENTROIDFILTEREDRIC411marsmatriceoi.xms1200CENTROIDFILTEREDSegment12895818701161ScansOverlaidChromatogramPlotsFile:c:\varianws\data\11marsmatriceoi001.xmsSample:MRMmatriceoignonOperator:VARIANScanRange:1-1392TimeRange:0.04-11.98min.Date:3/10/20031:41PMSampleNotes:11marsmatriceoignon2.55.07.510.0minutes0.00.51.01.52.02.5MCounts0123MCounts0.00.51.01.5MCounts0.00.51.01.52.0MCountsRIC111marsmatriceoi001.xms1200CENTROIDFILTEREDRIC211marsmatriceoi001.xms1200CENTROIDFILTEREDRIC311marsmatriceoi001.xms1200CENTROIDFILTEREDRIC411marsmatriceoi001.xms1200CENTROIDFILTEREDSegment12895818701161Scans来自基质较强的背景干扰2,4-MCPAMECOPROP2,4-DDICHLORPROP2,4-MCPAMECOPROP2,4-DDICHLORPROPAnalysisinSIMmodeAnalysisinMRMmodeSQ:LowspecificityandpoorS/NTQ:Highspecificity&reliablequantitationTRACEQUANTITATIONTOOL(LC/MSapplicationnote15;5ppbonionsample)56为什么需要MS/MS？•更多的结构信息，适合未知化合物的结构解析（LC/MS/MS）•共流出物，相同分子量的化合物•提高信噪比——〉降低检测限•提高子离子的选择性•复杂基质样品分析，提高定量结果的准确性ABm/zB´A´578、扫描模式58扫描模式–FullScan（全扫描）MSModeQ1Q2Q3Fullscan(Q1)Fullscan(Q3)=scanned;=selectedm/z;blank=completetransmission•可获得丰富的谱图信息•适合未知化合物的结构鉴定59扫描模式–SIM（选择离子监控）MSModeQ1Q2Q3Selectedio