質(zhì)譜基本原理

1、質(zhì)譜基本原理,美國瓦里安技術中國有限公司上海代表處,2,主要內(nèi)容,基本原理技術指標質(zhì)譜儀器結構離子源質(zhì)量分析器檢測器串聯(lián)質(zhì)譜掃描模式質(zhì)譜評分標準離子阱&四極桿,3,1、基本原理,4,質(zhì)譜：稱量離子質(zhì)量的工具,,,,,,,,,,,,,12 units,0 units,基本原理,5,,,,,,,,,,,,,12 units,質(zhì)譜：稱量離子質(zhì)量的工具,12 units,,基本原理,6,,,,,,,,,,,,,,8

2、 9 10 11 12 13 14 15 16,,,,,,,,,,,,,,,,,,,質(zhì)譜：稱量離子質(zhì)量的工具,12 units,12 units,,基本原理,7,,,,,,,,,,,,,8 9 10 11 12 13 14 15 16,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,質(zhì)譜：稱量離子質(zhì)量的工具,12 units,14 units,,基本原理,8,,,,12 uni

3、ts,,,8 9 10 11 12 13 14 15 16,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,mass,Number of counts,質(zhì)譜：稱量離子質(zhì)量的工具,基本原理,9,質(zhì)譜分析法主要是通過對樣品離子質(zhì)荷比的分析而實現(xiàn)對樣品進行定性和定量的一種方法電離裝置把樣品電離為離子質(zhì)量分析裝置把不同質(zhì)荷比的離子分開經(jīng)檢測器檢測之后可以得到樣品的質(zhì)譜圖,基本原理,10,,四極桿作為質(zhì)量過濾

4、器,m,mabove,mbelow,X+,X-,基本原理（以四極桿質(zhì)譜為例）,11,2、技術指標,12,質(zhì)量范圍,質(zhì)量范圍是質(zhì)譜儀所能測定的離子質(zhì)荷比的范圍質(zhì)荷比：m/z質(zhì)量單位：amu或u，Da或D,13,不同儀器：四極桿：4000Da離子阱質(zhì)譜：4000Da磁質(zhì)譜：10000Da傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀（FT-MS） 50000 Da 飛行時間質(zhì)譜：無上限不同要求：

5、氣相色譜：800Da 液相質(zhì)譜：2000Da 生物分子：10000Da或更大,質(zhì)量范圍,14,分辨率：分開兩個鄰近質(zhì)量峰的能力。 何為分開：若兩個相鄰峰的峰谷低于峰高的10%(或5%，50%)，則認為 是分開的。,分辨率,15,數(shù)學定義：,……(1) m1和m2代表兩個相鄰峰

6、的質(zhì)量數(shù) ……(2) m代表某一峰的質(zhì)量，△m代表半峰寬,分辨率,16,質(zhì)量數(shù)為28的三種分子組成的精確質(zhì)量,若儀器分辨力很低，如RP=200，則對以上三個分子不能分開，混為一峰若要分開以下混合物，則必需有如下分辨力CO-C2H4: (RP)2 = 27.994914/(28.031299-27.994914) = 770N2-C2H4 : (RP)3 = 28.006158/(28.031299-28.006

7、158) = 1100CO-N2 : (RP)1 = 27.994914/(28.006158-27.994914) = 2490當儀器分辨力達到770時， 只能夠只分開 CO-C2H4 。當儀器分辨力達到1100時，能夠分開CO-C2H4 和N2-C2H4 當儀器分辨力超過2500時，三者全部分開。一般低分辨儀器在2000左右。10000以上時稱高分辨。FT-MS分辨力可達2百萬。,17,不同儀器：磁質(zhì)譜，飛

8、行時間質(zhì)譜儀，傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀：分辨率、線性和穩(wěn)定性好，屬高分辨質(zhì)譜儀離子阱質(zhì)譜儀：分辨率高，線性低，準高分辨質(zhì)譜儀，用于判斷質(zhì)譜峰帶的電荷數(shù)四極桿質(zhì)譜儀：分辨力低，線性好，不屬于高分辨質(zhì)譜儀,分辨率,18,掃描時間,色譜峰的數(shù)據(jù)點數(shù)目和峰寬以及掃描時間有關較短的掃描時間，可以獲得良好的峰型，但是不利于信號采集較長的掃描時間，有助于信號采集，但是峰型不好峰型和信號，二者需折衷考慮,19,高斯分布的色譜峰,理想的

9、高斯峰應有35個數(shù)據(jù)點,20,同一個色譜峰，但數(shù)據(jù)點減半,高斯分布的色譜峰,21,7個數(shù)據(jù)點,22,5個數(shù)據(jù)點,23,數(shù)據(jù)點－錯誤結果,Illustrative data only,,24,Dwell time：離子被監(jiān)測的時間在多殘留分析中，縮短dwell time，可增加同步MRM的通道數(shù)10s的色譜峰，dwell time＝6ms， MSMS通道時間6ms，50通道，峰的數(shù)據(jù)點10*1000/(12*50)>16,三重四

10、極桿,,Dwell time,通道時間,,25,離子阱,離子阱質(zhì)譜的分析模式,Cycle time 的組成,1、AGC 預掃Pre-scan2、ion filling (離子充滿)3、分離母離子和對母離子激發(fā)碰撞4、質(zhì)量分析— 將離子拋出阱外檢測(只有這一步與掃描速度有關）,26,3、質(zhì)譜儀器結構,27,,真空系統(tǒng),,樣品入口,,檢測器,,數(shù)據(jù)系統(tǒng),,質(zhì)量分析器,,離子化方法,大氣,,,,,,質(zhì)譜儀器結構,28,真空對質(zhì)譜有何重

11、要性？,低真空,高真空,,,,,,,,帶電離子,,,,檢測器,檢測器,氣體分子,,29,,GC 或 LC,,接口,,,,,,,,,有機質(zhì)譜示意圖,質(zhì)量分析器,檢測器,,離子源,,PC,,,,30,極性、分子量、揮發(fā)性,31,HPLC 與 GC 的應用差異,32,4、離子源,33,固體樣品,液體樣品,氣體樣品,EI,CI,APCI,MALDI,ESI,APPI,轉化成溶液,轉化成固體,轉化成氣體,,,,,,,,,,,根據(jù)待分析物的化學性質(zhì)

12、,,,,根據(jù)待分析物的化學性質(zhì),,,,,離子源——將待分析樣品電離，得到帶有樣品信息的離子,,34,GCEI：電子電離源，最常用的氣相離子源，有標準譜庫CI：化學電離源，可獲得準分子離子。PCI，NCILCESI：電噴霧源，最常用的液相離子源，適用于極性較強的化合物，可用于熱不穩(wěn)定化和物的分析APCI：大氣壓化學電離源，適用于中等極性或弱極性的小分子量化合物，尤其是含雜原子的化合物，不適合熱不穩(wěn)定或在溶液中容易電離的化合物

13、APPI：大氣壓光電離源，適用于弱極性的化合物，如多環(huán)芳烴等MALDI ：基質(zhì)輔助激光解吸電離，適合于分析生物大分子 ，主要與TOF聯(lián)用,離子源,35,EI：電子離子源,36,ESI：電噴霧源,37,,毛細管,,,四極預桿,,干燥氣,ESI ：電噴霧源,38,APCI：大氣壓化學電離源,39,APPI：大氣壓光電離源,40,5、質(zhì)量分析器,41,質(zhì)量分析器——將離子源產(chǎn)生的離子按m/z順序分開并排列成譜,空間分離質(zhì)譜：四極桿質(zhì)量分

14、析器雙聚焦分析器：分辨率高，但掃描速度慢，操作、調(diào)整比較困難，價格高時間分離質(zhì)譜離子阱質(zhì)量分析器（IT）飛行時間質(zhì)量分析器（TOF）：質(zhì)量范圍寬，掃描速度快，靈敏度高 傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀（FT-MS） ：分辨率極高，分析靈敏度高,四極桿和離子阱均屬于四極電場原理,42,四極桿質(zhì)量分析器,43,,四極桿作為質(zhì)量過濾器,m,mabove,mbelow,X+,X-,44,雙聚焦質(zhì)量分析器,45,離子阱質(zhì)量分析器,46,飛行

15、時間質(zhì)量分析器,47,6、檢測器,48,高能轉換打拿極檢測器,49,一體化的檢測器,50,7、串聯(lián)質(zhì)譜儀,51,穿越式四極桿，MS/MS 是空間串聯(lián)需要三個四極桿 ( 三級四極桿)離子阱， MS/MS是時間串聯(lián),僅 195通過,,僅RF電壓—所有離子通過——Ar碰撞解離,,掃描100-195 子離子,,Q1,Q2,Q3,串聯(lián)質(zhì)譜儀,52,串聯(lián)質(zhì)譜儀,53,GC/MS EI全掃描（利血平）,54,LC/MS/MS,一級MS，ESI,二

16、級MS，ESI子離子掃描,55,TQ vs. SQ,,,,來自基質(zhì)較強的背景干擾,2,4-MCPA,MECOPROP,2,4-D,DICHLORPROP,2,4-MCPA,MECOPROP,2,4-D,DICHLORPROP,Analysis in SIM modeAnalysis in MRM mode,SQ: Low specificity and poor S/N TQ: High specifici

17、ty & reliable quantitation,TRACE QUANTITATION TOOL (LC/MS application note 15; 5ppb onion sample),56,為什么需要MS/MS？,更多的結構信息，適合未知化合物的結構解析（LC/MS/MS）共流出物，相同分子量的化合物提高信噪比——〉降低檢測限提高子離子的選擇性復雜基質(zhì)樣品分析，提高定量結果的準確性,57,8、掃描模式,58,

18、掃描模式 – Full Scan（全掃描）,,,可獲得豐富的譜圖信息適合未知化合物的結構鑒定,59,掃描模式 – SIM（選擇離子監(jiān)控）,,,當全掃描無法滿足靈敏度的要求時適合于基質(zhì)不是很復雜的樣品的定量分析,60,掃描模式 – SRM（選擇反應監(jiān)控）,,,,,61,掃描模式 – MRM（多級反應監(jiān)控）,,,,,SRM & MRM適合于較臟、基質(zhì)復雜的樣品，提高靈敏度適合于化合物結構解析,62,MRM 掃描方式的特點,多

19、組分同時分析共流出物的分析母離子-子離子關系明確， 定性能力強復雜樣品、臟樣品的分析同位素內(nèi)標的使用可區(qū)分同分異構體,63,64,掃描模式 – 母離子掃描,,,適合于含有相同局部結構的不同化合物的鑒定,65,掃描模式 – 子離子掃描,,,適合于化合物官能團分析以及化合物的結構解析,66,掃描 – 中性丟失,,適合于含某一官能團的化合物鑒定（如含-OH，-NH2）,67,幾種掃描模式,所有掃描模式可通過時間編程應用在同一個運

20、行方法中,Full Scan,SIM,SRM,MRM,Precursor Scan,Neutral Loss,68,9、質(zhì)譜評分標準,69,歐盟2002/657/EC指令中規(guī)定在農(nóng)藥和獸藥殘留分析中以質(zhì)譜作為確認方法，必須達到4點的要求，才能滿足鑒定一級質(zhì)譜，一個離子為一點，要滿足要求，必須找足4個離子——分析樣品時，存在大量基質(zhì)干擾，完全找出基質(zhì)不存在而樣品存在的4個離子很不容易二級質(zhì)譜，一個母離子為1點，一個子離子為1.5點