質(zhì)譜基本原理

1、質(zhì)譜基本原理,美國(guó)瓦里安技術(shù)中國(guó)有限公司上海代表處,2,主要內(nèi)容,基本原理技術(shù)指標(biāo)質(zhì)譜儀器結(jié)構(gòu)離子源質(zhì)量分析器檢測(cè)器串聯(lián)質(zhì)譜掃描模式質(zhì)譜評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)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(guò)對(duì)樣品離子質(zhì)荷比的分析而實(shí)現(xiàn)對(duì)樣品進(jìn)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(kāi)經(jīng)檢測(cè)器檢測(cè)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(guò)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(shù)指標(biāo),12,質(zhì)量范圍,質(zhì)量范圍是質(zhì)譜儀所能測(cè)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(shí)間質(zhì)譜：無(wú)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(kāi)兩個(gè)鄰近質(zhì)量峰的能力。 何為分開(kāi)：若兩個(gè)相鄰峰的峰谷低于峰高的10%(或5%，50%)，則認(rèn)為 是分開(kāi)的。,分辨率,15,數(shù)學(xué)定義：,……(1) m1和m2代表兩個(gè)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(duì)以上三個(gè)分子不能分開(kāi)，混為一峰若要分開(kāi)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(dāng)儀器分辨力達(dá)到770時(shí)， 只能夠只分開(kāi) CO-C2H4 。當(dāng)儀器分辨力達(dá)到1100時(shí)，能夠分開(kāi)CO-C2H4 和N2-C2H4 當(dāng)儀器分辨力超過(guò)2500時(shí)，三者全部分開(kāi)。一般低分辨儀器在2000左右。10000以上時(shí)稱高分辨。FT-MS分辨力可達(dá)2百萬(wàn)。,17,不同儀器：磁質(zhì)譜，飛

8、行時(shí)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(zhǔn)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(shí)間,色譜峰的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)目和峰寬以及掃描時(shí)間有關(guān)較短的掃描時(shí)間，可以獲得良好的峰型，但是不利于信號(hào)采集較長(zhǎng)的掃描時(shí)間，有助于信號(hào)采集，但是峰型不好峰型和信號(hào)，二者需折衷考慮,19,高斯分布的色譜峰,理想的

9、高斯峰應(yīng)有35個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),20,同一個(gè)色譜峰，但數(shù)據(jù)點(diǎn)減半,高斯分布的色譜峰,21,7個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),22,5個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn),23,數(shù)據(jù)點(diǎn)－錯(cuò)誤結(jié)果,Illustrative data only,,24,Dwell time：離子被監(jiān)測(cè)的時(shí)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(shí)間6ms，50通道，峰的數(shù)據(jù)點(diǎn)10*1000/(12*50)>16,三重四

10、極桿,,Dwell time,通道時(shí)間,,25,離子阱,離子阱質(zhì)譜的分析模式,Cycle time 的組成,1、AGC 預(yù)掃Pre-scan2、ion filling (離子充滿)3、分離母離子和對(duì)母離子激發(fā)碰撞4、質(zhì)量分析— 將離子拋出阱外檢測(cè)(只有這一步與掃描速度有關(guān)）,26,3、質(zhì)譜儀器結(jié)構(gòu),27,,真空系統(tǒng),,樣品入口,,檢測(cè)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(jié)構(gòu),28,真空對(duì)質(zhì)譜有何重

11、要性？,低真空,高真空,,,,,,,,帶電離子,,,,檢測(cè)器,檢測(cè)器,氣體分子,,29,,GC 或 LC,,接口,,,,,,,,,有機(jī)質(zhì)譜示意圖,質(zhì)量分析器,檢測(cè)器,,離子源,,PC,,,,30,極性、分子量、揮發(fā)性,31,HPLC 與 GC 的應(yīng)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(zhuǎn)化成溶液,轉(zhuǎn)化成固體,轉(zhuǎn)化成氣體,,,,,,,,,,,根據(jù)待分析物的化學(xué)性質(zhì)

12、,,,,根據(jù)待分析物的化學(xué)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(biāo)準(zhǔn)譜庫(kù)CI：化學(xué)電離源，可獲得準(zhǔn)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(qiáng)的化合物，可用于熱不穩(wěn)定化和物的分析APCI：大氣壓化學(xué)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(xì)管,,,四極預(yù)桿,,干燥氣,ESI ：電噴霧源,38,APCI：大氣壓化學(xué)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(kāi)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(jià)格高時(shí)間分離質(zhì)譜離子阱質(zhì)量分析器（IT）飛行時(shí)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(chǎng)原理,42,四極桿質(zhì)量分析器,43,,四極桿作為質(zhì)量過(guò)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(shí)間質(zhì)量分析器,47,6、檢測(cè)器,48,高能轉(zhuǎn)換打拿極檢測(cè)器,49,一體化的檢測(cè)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(gè)四極桿 ( 三級(jí)四極桿)離子阱， MS/MS是時(shí)間串聯(lián),僅 195通過(guò),,僅RF電壓—所有離子通過(guò)——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(jí)MS，ESI,二

16、級(jí)MS，ESI子離子掃描,55,TQ vs. SQ,,,,來(lái)自基質(zhì)較強(qiáng)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(jié)構(gòu)信息，適合未知化合物的結(jié)構(gòu)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(cè)限提高子離子的選擇性復(fù)雜基質(zhì)樣品分析，提高定量結(jié)果的準(zhǔn)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(jié)構(gòu)鑒定,59,掃描模式 – SIM（選擇離子監(jiān)控）,,,當(dāng)全掃描無(wú)法滿足靈敏度的要求時(shí)適合于基質(zhì)不是很復(fù)雜的樣品的定量分析,60,掃描模式 – SRM（選擇反應(yīng)監(jiān)控）,,,,,61,掃描模式 – MRM（多級(jí)反應(yīng)監(jiān)控）,,,,,SRM & MRM適合于較臟、基質(zhì)復(fù)雜的樣品，提高靈敏度適合于化合物結(jié)構(gòu)解析,62,MRM 掃描方式的特點(diǎn),多

19、組分同時(shí)分析共流出物的分析母離子-子離子關(guān)系明確， 定性能力強(qiáng)復(fù)雜樣品、臟樣品的分析同位素內(nèi)標(biāo)的使用可區(qū)分同分異構(gòu)體,63,64,掃描模式 – 母離子掃描,,,適合于含有相同局部結(jié)構(gòu)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(tuán)分析以及化合物的結(jié)構(gòu)解析,66,掃描 – 中性丟失,,適合于含某一官能團(tuán)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(guò)時(shí)間編程應(yīng)用在同一個(gè)運(yùn)

20、行方法中,Full Scan,SIM,SRM,MRM,Precursor Scan,Neutral Loss,68,9、質(zhì)譜評(píng)分標(biāo)準(zhǔn),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(rèn)方法，必須達(dá)到4點(diǎn)的要求，才能滿足鑒定一級(jí)質(zhì)譜，一個(gè)離子為一點(diǎn)，要滿足要求，必須找足4個(gè)離子——分析樣品時(shí)，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(gè)離子很不容易二級(jí)質(zhì)譜，一個(gè)母離子為1點(diǎn)，一個(gè)子離子為1.5點(diǎn)