(儀器分析）18.4色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀

1、2021-10-1218.4.1 概述概述質(zhì)譜：純物質(zhì)的結(jié)構(gòu)分析色譜：化合物別離色譜-質(zhì)譜聯(lián)用：共同優(yōu)點(diǎn)類型：GC-MS；GC-IR； LC-MS；CZE-MS 毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜困難點(diǎn)：載氣(或流動(dòng)液)的別離；出峰時(shí)間監(jiān)測(cè)；儀器小型化；關(guān)鍵點(diǎn)：接口技術(shù)。m/z152943578599113142712021-10-1218.4.2 GC-MS聯(lián)用儀器聯(lián)用儀器SampleSample 58901.0 DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMass Selective DetectorDCBA ABCDGas Chromatograph (GC)Mass

2、SpectrometerSeparationIdentificationBACDADBCMS2021-10-12GC-MS中的分子別離器中的分子別離器 填充柱色譜需要分子別離器別離載氣,濃縮試樣分子。毛細(xì)管色譜柱可直接與質(zhì)譜聯(lián)結(jié)。 分子別離器類型： 微孔玻璃式、半透膜式和噴射式三種。噴射式分子別離器： 由一對(duì)同軸收縮型噴嘴構(gòu)成，噴嘴被封在一真空室中。可做成多級(jí)。2021-10-12儀器結(jié)構(gòu)儀器結(jié)構(gòu)色譜-四極桿質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)示意圖2021-10-12儀器與結(jié)構(gòu)儀器與結(jié)構(gòu)2021-10-12色譜色譜-飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀2021-10-1218.4.3 LC-MS聯(lián)用儀器聯(lián)用儀器開展比

3、GC-MS晚，80年代中期實(shí)用化。主要問題：溶劑去除。LC流速：數(shù) mL。 真空泵抽氣速度100L。 熱不穩(wěn)定，揮發(fā)度低，生物分子電離。關(guān)鍵：特殊接口與電離源技術(shù)提出有27種。實(shí)際應(yīng)用：熱噴霧，80年代較多應(yīng)用，后被APCI取代。 快原子轟擊。 大氣壓化學(xué)電離： APCI。 電噴霧電離：ESI。2021-10-121.電噴霧電離電噴霧電離接口接口RayleighLimitReached+-+-+-+-Evaporation+Charged Droplets試樣離子準(zhǔn)分子離子Analyte Ions Solvent Ion ClustersSalts/Ion pairsNeutrals+-其他離

4、子 電噴霧電離：毛細(xì)管加電壓3kV，液滴外表電荷密度增加到臨界點(diǎn)，靜電場(chǎng)的排斥力大于外表張力，液滴越來越小。2021-10-12Electrospray， ESI 電噴霧電離電噴霧電離 流出液在高電場(chǎng)下形成帶電噴霧，在電場(chǎng)力作用下穿過氣簾。氣簾的作用：霧化；蒸發(fā)溶劑；阻止中性溶劑分子。2021-10-12大氣壓化學(xué)電離大氣壓化學(xué)電離 APCI 熱噴霧(100120C)+化學(xué)電離；適用于熱穩(wěn)定化合物分析。2021-10-12大氣壓化學(xué)電離大氣壓化學(xué)電離 APCI Dielectric capillaryHigh wattage heaterHPLC inletCorona discharge n

5、eedleVaporizerNebulizer gas+2021-10-122 2. .離子阱質(zhì)量分析器離子阱質(zhì)量分析器 特定m/z離子在阱內(nèi)一定軌道上穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)，改變端電極電壓，不同m/z離子飛出阱到達(dá)檢測(cè)器。2021-10-123. LC-MS (離子阱離子阱)聯(lián)用儀器結(jié)構(gòu)示意圖聯(lián)用儀器結(jié)構(gòu)示意圖2021-10-12LC-MS (四極桿四極桿)聯(lián)用儀器結(jié)構(gòu)示意圖聯(lián)用儀器結(jié)構(gòu)示意圖2021-10-1218.4.4 毛細(xì)管電泳毛細(xì)管電泳-質(zhì)譜聯(lián)用儀器質(zhì)譜聯(lián)用儀器與液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的原理根本相同。三個(gè)問題： kV的電壓，緩沖溶液，平安；1L/min，直接連接，破壞層流； 3.進(jìn)樣量很小f mo

6、l，需要高靈敏度。接口：電噴霧 ESI。2021-10-12CE-ES-MS聯(lián)用儀器接口示意圖聯(lián)用儀器接口示意圖2021-10-12CE-ES-MS聯(lián)用儀器結(jié)構(gòu)示意圖聯(lián)用儀器結(jié)構(gòu)示意圖2021-10-1218.4.5 ICP-MS聯(lián)用儀器無機(jī)質(zhì)譜聯(lián)用儀器無機(jī)質(zhì)譜I ICPCP具有很高的原子化效率，可分析眾多元素。具有很高的原子化效率，可分析眾多元素。2021-10-12ICP-MS聯(lián)用儀接口示意圖聯(lián)用儀接口示意圖2021-10-12ICP-MS 聯(lián)用儀器特點(diǎn)聯(lián)用儀器特點(diǎn)1.樣品在大氣壓下送入系統(tǒng)；2.樣品在高溫下進(jìn)行完全氣化和分解；3.樣品原子化、離子化比例高；4.大多數(shù)元素產(chǎn)生的是單電荷離子

7、；5.離子能量分散很?。?.ICP不需要真空的離子源；7.離子源處于低電位，可配置簡(jiǎn)單的質(zhì)量分析器；缺點(diǎn)：高溫，需特殊材料；離子源氣壓高。2021-10-1218.4.6 MS-MS聯(lián)用儀器多級(jí)質(zhì)譜聯(lián)用儀器多級(jí)質(zhì)譜1. MS-MS1. MS-MS聯(lián)用的作用聯(lián)用的作用 得到更多的分子離子和碎片離子的結(jié)構(gòu)得到更多的分子離子和碎片離子的結(jié)構(gòu)信息。信息。 早期：主要將亞穩(wěn)離子作為一種研究對(duì)早期：主要將亞穩(wěn)離子作為一種研究對(duì)象。象。 亞穩(wěn)離子：指離子源出來的離子，不穩(wěn)亞穩(wěn)離子：指離子源出來的離子，不穩(wěn)定，前進(jìn)過程中發(fā)生了分解，丟掉一個(gè)中性定，前進(jìn)過程中發(fā)生了分解，丟掉一個(gè)中性碎片后生成的新離子。碎片后生

8、成的新離子。 母子關(guān)系母子關(guān)系結(jié)構(gòu)研究結(jié)構(gòu)研究 20 20世紀(jì)世紀(jì)8080年代：軟電離技術(shù)年代：軟電離技術(shù)ESIESI、APCIAPCI、FABFAB、MALDIMALDI等，根本上都只有準(zhǔn)分等，根本上都只有準(zhǔn)分子離子，沒有結(jié)構(gòu)信息，更需要串聯(lián)質(zhì)譜法子離子，沒有結(jié)構(gòu)信息，更需要串聯(lián)質(zhì)譜法得到結(jié)構(gòu)信息。得到結(jié)構(gòu)信息。2021-10-12 MS-MS 與與 GC-MS 比較比較2021-10-12MS與與MS-MS聯(lián)用儀聯(lián)用儀分析結(jié)分析結(jié)果比照果比照2021-10-122.2.MS-MS聯(lián)用的主要串聯(lián)方式聯(lián)用的主要串聯(lián)方式1 1空間串聯(lián)空間串聯(lián) 碰撞活化室將前級(jí)質(zhì)譜儀選定的離子打碎，由后一級(jí)質(zhì)譜儀

9、分析。扇形磁場(chǎng)(B)電場(chǎng)(E)串聯(lián)方式：BEB；EBE；BEBE四極桿串聯(lián)方式：三級(jí) Q-Q-Q混合型串聯(lián)方式：BE-Q；Q-TOF；EBE-TOF (飛行時(shí)間)MS活化MS選擇選擇分析分析2021-10-12MS-MS 聯(lián)用方式示意圖聯(lián)用方式示意圖BE型BEB型Q-Q-Q型型三級(jí)四極三級(jí)四極質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀2021-10-12混合型混合型MS-MS 聯(lián)聯(lián)用方式示意圖用方式示意圖BEQQ組合組合QEB組合組合2021-10-122 2時(shí)間串聯(lián)時(shí)間串聯(lián)MS活化MS 前一時(shí)刻選定-離子，在分析器內(nèi)打碎后，后一時(shí)刻再進(jìn)行分析。 兩類：離子阱質(zhì)譜儀；盤旋共振質(zhì)譜儀 時(shí)間上進(jìn)行選擇。 無論是哪種方式的串聯(lián)，

10、都必須有碰撞活化室，從第一級(jí)MS別離出來的特定離子，經(jīng)碰撞活化后，再經(jīng)第二級(jí)MS進(jìn)行質(zhì)量分析，取得更多的信息。 2021-10-12 軟電離：準(zhǔn)分子離子峰，碎片很少，缺結(jié)構(gòu)信息。 準(zhǔn)分子離子“打碎 碎片離子 質(zhì)譜分析 串聯(lián)質(zhì)譜：碰撞活化、碰撞誘導(dǎo)分解(Collision activated dissociation, CAD；Collision Induced dissociation, CID)技術(shù)把離子“打碎。磁式質(zhì)譜儀：離子加速電壓超過1000V，高能CAD方式四極桿，離子阱：不超過100V，低能CID。 Ar 碰撞室碰撞室離子離子能量能量EMS1MS22021-10-124.4.MS-

11、MSMS-MS串聯(lián)質(zhì)譜工作方式和主要信息串聯(lián)質(zhì)譜工作方式和主要信息1三級(jí)四極三級(jí)四極(Q-Q-Q)的工作方式和信息的工作方式和信息Q1：四級(jí)桿用于質(zhì)量別離Q2：四極桿用于碰撞活化(CID)Q3：四極桿用于質(zhì)量別離主要工作方式有四種2021-10-12主要工作方式：主要工作方式：a a 子離子掃描：子離子掃描：MS1MS1選定選定- -質(zhì)量，質(zhì)量，CIDCID碎裂，碎裂，MS2MS2掃描得子離掃描得子離子譜。子譜。b b 母離子掃描：母離子掃描：MS2MS2選定一子離子，選定一子離子，MS1MS1掃描，得到的是能掃描，得到的是能產(chǎn)生選定子離子的那些離子，即母離子譜。產(chǎn)生選定子離子的那些離子，即母

12、離子譜。c c 中性喪失譜掃描：中性喪失譜掃描：MS1MS1和和MS2MS2同時(shí)掃描。保持固定的質(zhì)量同時(shí)掃描。保持固定的質(zhì)量差，只有滿足相差差，只有滿足相差- -固定質(zhì)量的離子才得到檢測(cè)。固定質(zhì)量的離子才得到檢測(cè)。d d 多離子反響監(jiān)測(cè)：多離子反響監(jiān)測(cè)：MS1MS1選擇一或幾個(gè)特定離子，碰撞碎選擇一或幾個(gè)特定離子，碰撞碎裂裂, ,由其子離子中選出一特定離子，只有同時(shí)滿足由其子離子中選出一特定離子，只有同時(shí)滿足MS1MS1和和MS2MS2選定的一對(duì)離子時(shí)選定的一對(duì)離子時(shí), ,才有信號(hào)產(chǎn)生。才有信號(hào)產(chǎn)生。 2021-10-12(2)(2)離子阱質(zhì)譜儀離子阱質(zhì)譜儀MS-MS工作方式和信息工作方式和信

13、息 A A階段：翻開電子門，根底電壓置于低質(zhì)量的截階段：翻開電子門，根底電壓置于低質(zhì)量的截止值，使所有的離子被阱集止值，使所有的離子被阱集, ,利用輔助射頻電壓利用輔助射頻電壓拋射掉所有高于被分析母離子的離子。拋射掉所有高于被分析母離子的離子。B B階段：增加基頻電壓，拋掉低于被分析母階段：增加基頻電壓，拋掉低于被分析母離子的離子。收集即將碰撞活化的離子。離子的離子。收集即將碰撞活化的離子。C C階段：利用加在端電極上的輔助射頻電壓階段：利用加在端電極上的輔助射頻電壓激發(fā)母離子，使其與阱內(nèi)本底氣體碰撞，激發(fā)母離子，使其與阱內(nèi)本底氣體碰撞，D D階段：掃描基頻電壓階段：掃描基頻電壓, ,拋射并接

14、收所有拋射并接收所有CIDCID過程形成的子離子，獲得子離子譜。過程形成的子離子，獲得子離子譜。 多級(jí)子離子譜，還可以提供母離子譜多級(jí)子離子譜，還可以提供母離子譜, ,中中性喪失譜和多反響監(jiān)測(cè)性喪失譜和多反響監(jiān)測(cè)MRMMRM。 2021-10-12(3)(3)FTFT質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀MS-MS工作方式和信息工作方式和信息 FTMS的掃描方式：快速掃頻脈沖對(duì)所有離子“同時(shí)激發(fā)。 MS-MS功能的FTMS： 其快速掃頻脈沖可以選擇性的留下頻率“缺口，用頻率“缺口選擇性的留下欲分析的母離子，其它離子被激發(fā)并拋射到接收極。 使母離子受激，使其運(yùn)動(dòng)半徑增大又控制其軌道不要與接收極相撞。此時(shí)母離子在室內(nèi)與本底

15、氣體或碰撞氣體碰撞產(chǎn)生子離子。 再改變射頻頻率接收子離子。還可由子離子譜中選一個(gè)離子再做子離子譜。 離子損失很少，F(xiàn)TMS可以做到5-6級(jí)子離子譜。 2021-10-12(4)(4)飛行時(shí)間質(zhì)譜儀飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的源后裂解的源后裂解 離子在飛行過程中如果發(fā)生裂解，新產(chǎn)生的離子仍然以母離子速度飛行。因此在直線型漂移管中觀測(cè)不到新生成的離子。 采用帶有反射器的漂移管； 新生成的離子與其母離子動(dòng)能不同，可在反射器中被分開。這種操作方式稱為源后裂解Post source decomposition ，PSD。 通過PSD操作可以得到結(jié)構(gòu)信息，可以認(rèn)為反射型TOFMS也具有MS-MS功能。 TOF-TOF

16、串聯(lián)質(zhì)譜儀已經(jīng)出現(xiàn)。 2021-10-1218.4.7 質(zhì)譜儀性能指標(biāo)質(zhì)譜儀性能指標(biāo) 質(zhì)譜儀所能夠進(jìn)行分析的樣品的相對(duì)原子質(zhì)量或相對(duì)分子質(zhì)量范圍。 通常采用原子質(zhì)量單位unified atomic mass unit，符號(hào)u進(jìn)行度量。 原子質(zhì)量單位是由12C來定義的，即一個(gè)處于基態(tài)的12C中性原子的質(zhì)量的1/12，即原子Ckg/101.66054原子Cg/101.66054C/mol原子C106.02214C/mol12.00000g(121u11227-1224-12122312 ）2021-10-12質(zhì)量范圍質(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。GC-MS ：質(zhì)量范圍

17、到達(dá)：質(zhì)量范圍到達(dá)800即可；即可；LC-MS ：質(zhì)量范圍要寬。：質(zhì)量范圍要寬。 對(duì)于單電荷離子，質(zhì)量范圍實(shí)際上就是可以測(cè)定的分子量范圍； 對(duì)于電噴霧源，形成的多電荷離子，盡管質(zhì)量范圍只有幾千，但可以測(cè)定的分子量可達(dá)10萬以上。 質(zhì)量范圍的大小取決于質(zhì)量分析器。四極桿分析器的質(zhì)量范圍上限一般在1000左右，也有的可達(dá)3000，而飛行時(shí)間質(zhì)量分析器可達(dá)幾十萬。 2021-10-12 定義1：將相鄰兩個(gè)質(zhì)量分開的能力。常用R表示： 兩峰分開是指兩峰間的“峰谷是峰高的10%(每個(gè)提供5%)MMR/ 定義2：質(zhì)量為M的質(zhì)譜峰其峰高5%處的峰寬為W。那么分辨率為：WMR 2021-10-12分辨率分辨率

18、單聚焦：5 000雙聚焦：50 000離子盤旋共振：250 000N2：；：；CO：27.9949 ；C2H4：C5H4N4O：；：； C6H6N3O：；：；C7H8N2O：；：； C8H10NO：；：；C9H12O： 。2021-10-12例題例題解：要分辨N+2和CO+，質(zhì)譜儀分辨率至少為：2545995.27006.28995.27needR質(zhì)譜儀的分辨率： Rsp= 245/0.52 = 471 RspRneed， 故不能滿足要求。 2021-10-123. 3. 靈敏度靈敏度C-MS靈敏度： GC-MS靈敏度表示在一定的樣品如八氟萘或六氯苯，在一定的分辨率下，產(chǎn)生一定信噪比的分子離子峰所需的樣品量。 LC-MS的靈敏度測(cè)定常采用利血平作為測(cè)試樣品，測(cè)試方法如下： 配置一定濃度的利血平如10pg/L，通過LC進(jìn)一定量樣品，以水和甲醇各50%為流動(dòng)相參加1%醋酸，全掃描，做利血平質(zhì)子化分子離子峰m/z 609的質(zhì)量色譜圖。用進(jìn)樣量和信噪比規(guī)定靈敏度指標(biāo)。 2021-10-124. 4. 質(zhì)量穩(wěn)定性和質(zhì)量精度質(zhì)量穩(wěn)定性和質(zhì)量精度 質(zhì)量穩(wěn)定性：指儀器在工作時(shí)質(zhì)量穩(wěn)定的情況，通常用一定時(shí)間內(nèi)質(zhì)量漂移的質(zhì)量單位來表示。u/12h，意思是該儀器在12hu。 質(zhì)量精度：質(zhì)量