质谱技术与质谱仪研究生课程.ppt

气相色谱气相色谱/质谱联用仪质谱联用仪 1 1、概述、概述2 2、质谱仪性能指标、质谱仪性能指标3 3、质谱仪仪器组成、质谱仪仪器组成4 4、质谱图中离子主要类型、质谱图中离子主要类型5 5、高分辨气相色谱、高分辨气相色谱/ /质谱联用仪质谱联用仪概概 述述v气相色谱法和质谱法具有的共同点：v1、气相色谱分离和质谱分析过程都是在气态下进行的；v2、气相色谱分析的化合物沸点范围适于质谱分析；v3、两种方法灵敏度相当；v4、两种方法对样品预处理要求有相同之处；v5、两种方法都是分析混合物的理想工具。v因此，可以把气相色谱和质谱仪组合起来成为联用系统。v关键点：在于气相色谱和质谱仪之间的接口，使得从色谱柱流出的组分进入到质谱的离子源时，载气和组分产生的压强不破坏质谱正常运行的真空。概概 述述 质谱法是质谱法是利用带电粒子在磁场或电场中的运动规律，利用带电粒子在磁场或电场中的运动规律，然后按照质量或质荷比（然后按照质量或质荷比（m/zm/z）实现分离分析，测定离）实现分离分析，测定离子质量及其强度分布。子质量及其强度分布。这种按质量或质荷比大小顺序排列而成的图谱就是这种按质量或质荷比大小顺序排列而成的图谱就是质谱图质谱图。质谱分析法主要是通过对样品离子质荷比的分析而实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经检测器检测之后可以得到样品的质谱图质谱仪基本原理质谱仪基本原理概概 述述1.1.质谱法是唯一可以确定分子质量的方法；质谱法是唯一可以确定分子质量的方法；2.2.灵敏度高；灵敏度高；3.3.样品用量少，通常只需微克级样品，检出限样品用量少，通常只需微克级样品，检出限 可达可达1010- -1414 g g；4.4.质谱仪种类很多，应用范围广，可进行同位素分析，质谱仪种类很多，应用范围广，可进行同位素分析，也可进行化学分析，可进行无机成分、有机结构分也可进行化学分析，可进行无机成分、有机结构分析，生物样品分析；析，生物样品分析； 被分析对象：气体、液体、固体。被分析对象：气体、液体、固体。概概 述述概概 述述v气相色谱/质谱联用技术的特点v1、气相色谱作为进样系统，将待测样品进行分离后直接导入质谱进行检测，既满足了质谱分析对样品单一性的要求，还省去了样品制备等过程，提高了对混合物的分离、定性和定量分析效率。v2、质谱作为检测器，检测的是离子质量，获得化合物的质谱图，解决了气相色谱定性的局限性。质谱可以有选择地只检测所需要的目标化合物的特征离子，可以排除基质和杂质峰的干扰，提高灵敏度。v3、可以获得更多信息。化合物的质谱特征加上气相色谱保留时间双重定性信息。质谱仪性能指标质谱仪性能指标v1. 质量测量范围质量测量范围v它是指质谱仪能够进行分析的样品的相对原子它是指质谱仪能够进行分析的样品的相对原子质量范围，以原子质量单位来进行计量。质量范围，以原子质量单位来进行计量。v 一个原子质量单位（一个原子质量单位（1u）就是处于基态）就是处于基态12C中性原子的质量的中性原子的质量的1/12。 v在非精确测量中，常直接以原子或分子量大小在非精确测量中，常直接以原子或分子量大小来表示。来表示。v质量单位：amu或u，Da或D，1D=0.99734ukgggu2724231066054. 11066054. 11002214. 6000.121211质谱仪性能指标质谱仪性能指标不同仪器：四极杆：4000Dav离子阱质谱：4000Dav磁质谱：10000Dav傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-MS） 50000 Da v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或更大质谱仪性能指标质谱仪性能指标2. 分辨本领分辨本领 指质谱仪分辨相邻质量数离子的能力。定义为：两指质谱仪分辨相邻质量数离子的能力。定义为：两个相等强度的相邻峰个相等强度的相邻峰(质量分别为质量分别为m1和和m2)，当两峰间，当两峰间的峰谷不大于峰高的的峰谷不大于峰高的10%时，则可认为两已分开，时，则可认为两已分开，那么那么分辨率分辨率R=m1/(m2-m1)=m1/ mvR与离子通道半径与离子通道半径r、加速器和收集器狭缝宽度、离子源的性质和、加速器和收集器狭缝宽度、离子源的性质和质量等因素有关。质量等因素有关。组成整数质量精确质量CO2827.994914N22828.006158C2H42828.031299若仪器分辨力很低，如若仪器分辨力很低，如RP=200RP=200，则对以上三个分子不能分开，混为一峰，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若要分开以下混合物，则必需有如下分辨力CO-CCO-C2 2H H4 4: (RP): (RP)2 2 = 27.994914/(28.031299-27.994914) = 770 = 27.994914/(28.031299-27.994914) = 770N N2 2-C-C2 2H H4 4 : (RP): (RP)3 3 = 28.006158/(28.031299-28.006158) = 1100 = 28.006158/(28.031299-28.006158) = 1100CO-NCO-N2 2 : (RP) : (RP)1 1 = 27.994914/(28.006158-27.994914) = 2490 = 27.994914/(28.006158-27.994914) = 2490当仪器分辨力达到当仪器分辨力达到770770时，时， 只能够只分开只能够只分开 CO-CCO-C2 2H H4 4 。当仪器分辨力达到当仪器分辨力达到11001100时，能够分开时，能够分开CO-CCO-C2 2H H4 4 和和N N2 2-C-C2 2H H4 4 当仪器分辨力超过当仪器分辨力超过25002500时，三者全部分开。时，三者全部分开。一般低分辨仪器在一般低分辨仪器在20002000左右。左右。1000010000以上时称高分辨。以上时称高分辨。FT-MSFT-MS分辨力可达分辨力可达2 2百万。百万。质谱仪性能指标质谱仪性能指标v3、扫描时间、扫描时间质谱仪性能指标质谱仪性能指标v色谱峰的数据点数目和峰宽以及扫描时间有关v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v较长的扫描时间，有助于信号采集，但是峰型不好v峰型和信号，二者需折衷考虑高斯分布的色谱峰理想的高斯峰应有35个数据点0.0020.0040.0060.0080.00100.003.904.004.104.204.304.404.50质谱仪性能指标质谱仪性能指标同一个色谱峰，但数据点减半0.0020.0040.0060.0080.00100.003.904.004.104.204.304.404.50高斯分布的色谱峰质谱仪性能指标质谱仪性能指标7个数据点0.0020.0040.0060.0080.00100.003.904.004.104.204.304.404.50质谱仪性能指标质谱仪性能指标4 4 灵敏度灵敏度 质谱仪的灵敏度有绝对灵敏度、相对灵敏度和分析质谱仪的灵敏度有绝对灵敏度、相对灵敏度和分析灵敏度。灵敏度。绝对灵敏度：仪器可以检测到的最小样品量；绝对灵敏度：仪器可以检测到的最小样品量；相对灵敏度：仪器可同时检测的大组分与小组分的含相对灵敏度：仪器可同时检测的大组分与小组分的含 量比值；量比值；分析灵敏度：输入仪器的样品量与仪器输出的信号的分析灵敏度：输入仪器的样品量与仪器输出的信号的 比值。比值。 质谱仪仪器组成质谱仪仪器组成v按质量分析器按质量分析器(或者磁场种类或者磁场种类)可分为静态仪器和动可分为静态仪器和动态仪器，即稳定磁场（单聚焦及双聚焦质谱仪）和态仪器，即稳定磁场（单聚焦及双聚焦质谱仪）和变化磁场（飞行时间和四极杆质谱仪）。变化磁场（飞行时间和四极杆质谱仪）。v MS仪器一般由进样系统、电离源、质量分析器、仪器一般由进样系统、电离源、质量分析器、真空系统和检测系统构成。真空系统和检测系统构成。真空系统真空系统样品入口样品入口检测器检测器数据系统数据系统质量分析器质量分析器离子化方法离子化方法大气大气 质谱仪仪器组成质谱仪仪器组成1 1、进样系统、进样系统 进样系统的作用是高效重复地将样品引入到离子进样系统的作用是高效重复地将样品引入到离子源中，并且不能造成真空度的降低。源中，并且不能造成真空度的降低。常用的进样装置有：常用的进样装置有： 间歇式进样间歇式进样 直接探针进样直接探针进样 色谱进样系统（色谱进样系统（GC-MSGC-MS、HPLC-MSHPLC-MS） 高频感藕等离子体进样系统（高频感藕等离子体进样系统（ICP-MSICP-MS）质谱仪仪器组成质谱仪仪器组成2. 电离源（室电离源（室Ionization Chamber） 将引入的样品转化成为碎片离子的装置。根据样品离子化方式和电离源能量将引入的样品转化成为碎片离子的装置。根据样品离子化方式和电离源能量高低，通常可将电离源分为：高低，通常可将电离源分为：气相源：先蒸发再激发，适于沸点低于气相源：先蒸发再激发，适于沸点低于500oC、对热稳定的样品的离子化，包、对热稳定的样品的离子化，包 括括电子轰击源电子轰击源、化学电离源、场电离源、火花源；、化学电离源、场电离源、火花源；解吸源：固态或液态样品不需要挥发而直接被转化为气相，适用于分子量高达解吸源：固态或液态样品不需要挥发而直接被转化为气相，适用于分子量高达 105的非挥发性或热不稳定性样品的离子化。包括场解吸源、快原子轰的非挥发性或热不稳定性样品的离子化。包括场解吸源、快原子轰 击源、激光解吸源、离子喷雾源和热喷雾离子源等。击源、激光解吸源、离子喷雾源和热喷雾离子源等。硬源：离子化能量高，如硬源：离子化能量高，如EI。伴有化学键的断裂，谱图复杂，可得到分子官能。伴有化学键的断裂，谱图复杂，可得到分子官能 团的信息；团的信息；软源：离子化能量低，如场解吸源。产生的碎片少，谱图简单，可得到分子量软源：离子化能量低，如场解吸源。产生的碎片少，谱图简单，可得到分子量 信息。信息。 因此，应根据分子电离所需能量的不同来选择不同电离源。因此，应根据分子电离所需能量的不同来选择不同电离源。质谱仪仪器组成质谱仪仪器组成l 常见的几种离子化方式如下表常见的几种离子化方式如下表名称名称简称简称类型类型离子化试剂离子化试剂电子轰击源电子轰击源EIEI气相气相高能电子高能电子化学电离化学电离CICI气相气相试剂离子试剂离子场电离场电离FIFI气相气相高能势电极高能势电极场解吸场解吸FDFD解吸解吸高能势电极高能势电极快原子轰击快原子轰击FABFAB解吸解吸高能电子高能电子电喷雾电离电喷雾电离ESIESI解吸解吸高场高场基质辅助激光解吸电离基质辅助激光解吸电离MALDIMALDI 解吸解吸激光辐射激光辐射电子轰击源电子轰击源(Electron Impact，EI)作用过程：作用过程： 采用高速采用高速(高能高能)电子束冲击样品，从而产生电电子束冲击样品，从而产生电子和分子离子子和分子离子M+，M+继续受到电子轰击而引起继续受到电子轰击而引起化学键的断裂或分子重排，瞬间产生多种离子。化学键的断裂或分子重排，瞬间产生多种离子。水平方向：灯丝与阳极间水平方向：灯丝与阳极间(70V电压电压)高能电子高能电子 冲击样品冲击样品正离子正离子垂直方向：垂直方向：G3-G4加速电极加速电极(低电压低电压)-较小动能较小动能-狭缝准直狭缝准直G4-G5加速电极加速电极(高电压高电压)-较高动能较高动能-狭狭缝进一步准直缝进一步准直-离子进入质量分析器。离子进入质量分析器。特特 点：点： 使用最广泛，谱库最完整；电离效率高；结使用