現(xiàn)代分析測試技術(shù)

質(zhì)譜法(MS)

相對分子質(zhì)量精確測定與化合物結(jié)構(gòu)分析的重要工具；第一臺質(zhì)譜儀：1912年；早期應(yīng)用：相對原子質(zhì)量、同位素等的測量；現(xiàn)代：有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)鑒定的重要工具；特殊性：聯(lián)用技術(shù)，相對分子質(zhì)量測定。M+(M–R2)+(M–R3)+(M–R1)+現(xiàn)代分析測試技術(shù)發(fā)展過程：

20世紀(jì)40年代：高分辨率質(zhì)譜儀出現(xiàn)，有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析；

20世紀(jì)60年代末：色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀出現(xiàn)，有機(jī)混合物分離分析；促進(jìn)天然有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析的發(fā)展；

20世紀(jì)90年代：基質(zhì)輔助激光解吸電離源、電噴霧電離源、大氣壓化學(xué)電離源，開創(chuàng)了質(zhì)譜技術(shù)研究生物大分子的新領(lǐng)域。

2002年由于“發(fā)明了用于生物大分子的電噴霧離子化和基質(zhì)輔助激光解吸離子化質(zhì)譜分析法”，美國科學(xué)家約翰·芬恩與日本科學(xué)家田中耕一共享該年度諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

現(xiàn)代分析測試技術(shù)第一節(jié)質(zhì)譜儀分析方法原理第二節(jié)質(zhì)譜儀基本結(jié)構(gòu)及主要類型第三節(jié)質(zhì)譜儀重要實(shí)驗(yàn)技術(shù)第十章

質(zhì)譜分析技術(shù)（MS）現(xiàn)代分析測試技術(shù)一、方法原理：將樣品轉(zhuǎn)化為運(yùn)動(dòng)的氣態(tài)離子，通過對離子的質(zhì)荷比（m/z）分析來實(shí)現(xiàn)有機(jī)物和無機(jī)物的定性和定量分析、復(fù)雜化合物的結(jié)構(gòu)分析、各種同位素比的測定—通過分子離子、碎片離子、重排離子等信息，進(jìn)行化合物結(jié)構(gòu)分析及分子量的確定—由分子離子峰可以確定化合物的分子量；由碎片離子峰可以得到化合物的結(jié)構(gòu)；二、定性分析基礎(chǔ)：一定樣品，在一定電離條件下得到的質(zhì)譜圖是相同的；三、根據(jù)質(zhì)量分析器，可將質(zhì)譜儀分為：

靜態(tài)儀器→穩(wěn)定的電磁場，按空間位置將m/z不同的離子分開；

動(dòng)態(tài)儀器→采用變化的電磁場，按時(shí)間不同來區(qū)分m/z不同的離子；質(zhì)譜儀分析方法原理現(xiàn)代分析測試技術(shù)橫坐標(biāo)：質(zhì)荷比，縱坐標(biāo)：離子的強(qiáng)度；離子的絕對強(qiáng)度：取決于樣品量和儀器的靈敏度；離子的相對強(qiáng)度：和樣品的分子結(jié)構(gòu)—化學(xué)鍵有關(guān)；現(xiàn)代分析測試技術(shù)1、利用電磁學(xué)原理，使帶電的樣品離子按質(zhì)荷比進(jìn)行分離的裝置：2、分析樣品以直接進(jìn)樣或通過色譜儀進(jìn)樣方式進(jìn)入質(zhì)譜儀—樣品氣化；3、氣化后的樣品引入離子源進(jìn)行電離，得到帶有樣品信息的離子（分子離子和碎片離子等）；4、電離后離子經(jīng)過適當(dāng)?shù)募铀俸筮M(jìn)入質(zhì)量分析器，離子按質(zhì)荷比M/Z分離，并排列分開；5、經(jīng)電子倍增器檢測，即可得到化合物的質(zhì)譜圖；質(zhì)譜儀基本工作原理現(xiàn)代分析測試技術(shù)質(zhì)譜儀與質(zhì)譜分析原理進(jìn)樣系統(tǒng)離子源質(zhì)量分析器檢測器1.氣體擴(kuò)散2.直接進(jìn)樣3.氣相色譜1.電子轟擊2.化學(xué)電離3.場致電離4.激光

1.單聚焦2.雙聚焦3.飛行時(shí)間4.四極桿

質(zhì)譜儀需要在高真空下工作：離子源（10-310-5Pa

）

質(zhì)量分析器（10-6Pa

）(1)大量氧會燒壞離子源的燈絲；(2)用作加速離子的幾千伏高壓會引起放電；(3)引起額外的離子－分子反應(yīng)，改變裂解模型，譜圖復(fù)雜化?，F(xiàn)代分析測試技術(shù)原理與結(jié)構(gòu)儀器原理圖進(jìn)樣系統(tǒng)離子源質(zhì)量分析器檢測器真空系統(tǒng)現(xiàn)代分析測試技術(shù)質(zhì)量測定范圍：表示質(zhì)譜儀所能夠進(jìn)行分析的樣品的相對原子量（或相對分子質(zhì)量）范圍；氣體質(zhì)譜2～100；有機(jī)質(zhì)譜一般可達(dá)幾千；生物醫(yī)學(xué)質(zhì)譜可以研究相對分子質(zhì)量可達(dá)幾十萬；分辨本領(lǐng)：標(biāo)志質(zhì)譜儀分開相鄰質(zhì)量數(shù)的能力（任選一單峰，測其峰高5%處的峰寬W0.05作為△m）—兩峰質(zhì)量數(shù)越大，要求儀器越高；質(zhì)譜儀的分辨本領(lǐng)決定了儀器的價(jià)格：分辨率500左右～一般有機(jī)分析要求（四極濾質(zhì)器、離子阱）；分辨率大于10000～進(jìn)行準(zhǔn)確的同位素質(zhì)量及有機(jī)分子質(zhì)量的準(zhǔn)確測定（雙聚焦磁式質(zhì)量分析器）；靈敏度：絕對靈敏度—可以檢測到的最小樣品量；相對靈敏度—可以同時(shí)檢測的大組分與小組分含量之比；質(zhì)譜儀主要性能指標(biāo)現(xiàn)代分析測試技術(shù)質(zhì)譜儀的類型1.無機(jī)質(zhì)譜儀火花源雙聚焦質(zhì)譜儀（SSMS），電感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）和二次離子質(zhì)譜儀（SIMS）等。

2.同位素質(zhì)譜儀

小型低分辨同位素質(zhì)譜儀：輕元素(H，C，S等)大型高分辨的同位素質(zhì)譜儀：重元素(U，Pu，Pb等)3.有機(jī)質(zhì)譜儀

——用途最廣的質(zhì)譜儀4.生物質(zhì)譜儀

電噴霧電離質(zhì)譜儀（ESI-MS），基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜儀（MALDI-MS），快原子轟擊質(zhì)譜儀（FAB-MS），離子噴霧電離質(zhì)譜儀（ISI-MS），大氣壓電離質(zhì)譜儀（API-MS）等。

現(xiàn)代分析測試技術(shù)有機(jī)質(zhì)譜儀1.按進(jìn)樣方式分類

直接進(jìn)樣質(zhì)譜，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS），液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS）。

2.按離子化方式分類

電子轟擊質(zhì)譜（EI-MS），化學(xué)電離質(zhì)譜（CI-MS），快原子轟擊質(zhì)譜儀（FAB-MS），電噴霧電離質(zhì)譜儀（ESI-MS）等。

3.按質(zhì)量分析器分類

單聚焦質(zhì)譜儀，雙聚焦質(zhì)譜儀，四極桿質(zhì)譜儀，飛行時(shí)間質(zhì)譜儀，離子阱質(zhì)譜儀，傅里葉變換質(zhì)譜儀等。現(xiàn)代分析測試技術(shù)

一、進(jìn)樣裝置：間歇式進(jìn)樣系統(tǒng)-氣體、液體、中等蒸氣壓的固體；

直接進(jìn)樣系統(tǒng)-較難氣化的固體、熱敏性固體及非揮發(fā)性液體；通過色譜儀進(jìn)樣—混合組分；二、電離裝置：離子化所需要的能量差異→硬電離、軟電離；電子電離源EI；化學(xué)電離源CI；快原子轟擊源FAB；大氣電離源；三、質(zhì)量分析裝置：靜態(tài)分析器—單聚焦/雙聚焦分析器；動(dòng)態(tài)分析器—四極桿分析器；飛行時(shí)間分析器；四、檢測器裝置：離子流計(jì)數(shù)→高離子電流采用法拉第杯；低離子電流采用電子倍增管；隧道電子倍增器-多通道檢測；五、真空系統(tǒng)：采用RP—DP（分子泵）聯(lián)用系統(tǒng)（離子源10-4—10-5

Pa；質(zhì)量分析器10-6）；質(zhì)譜儀器結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部件現(xiàn)代分析測試技術(shù)進(jìn)樣裝置氣體擴(kuò)散；插入式直接進(jìn)樣桿：適用于有一定揮發(fā)性的固體或高沸點(diǎn)液體試樣；色譜作為進(jìn)樣裝置。現(xiàn)代分析測試技術(shù)GCMS-QP2010用直接試料導(dǎo)入裝置現(xiàn)代分析測試技術(shù)1、電子轟擊電離源（EI）：氣體和易揮發(fā)的固體試樣；2、化學(xué)電離源（CI）：測定化合物的分子量，不利于結(jié)構(gòu)解析；3、激光解吸電離源：屬于軟電離技術(shù)，用于分析生物大分子，如肽、蛋白質(zhì)、核酸等。

4、快原子轟擊電離源（FAB）：分析熱不穩(wěn)定、難揮發(fā)和強(qiáng)極性的化合物5、電噴霧電離源（ESI）：

“軟電離”質(zhì)譜技術(shù)，能快速、準(zhǔn)確地測定從小分子到生物大分子或不穩(wěn)定有機(jī)分子的分子量；6、大氣壓化學(xué)電離源（APCI）：分析中等極性以上的化合物；質(zhì)譜分析技術(shù)基本電離方式現(xiàn)代分析測試技術(shù)1、分子離子：樣品分子被打掉一個(gè)電子，形成分子離子；2、碎片離子：分子離子進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)鍵斷裂，形成碎片離子；3、重排離子：分子離子發(fā)生結(jié)構(gòu)重排，形成重排離子；4、加合離子：通過分子離子反應(yīng)，生成加合離子；5、同位素離子電子轟擊電離源（EI）-離子類型++++:R1:R2:R3:R4:e+M+(M–R2)+(M–R3)+MassSpectrum(M–R1)+現(xiàn)代分析測試技術(shù)現(xiàn)代分析測試技術(shù)二、化學(xué)電離源（ChemicalIonization，CI）離子室內(nèi)的反應(yīng)氣（甲烷等；10～100Pa，試樣的103～105倍），電子（100～240eV）轟擊，產(chǎn)生離子，再與試樣分子碰撞，產(chǎn)生準(zhǔn)分子離子。特點(diǎn)：最強(qiáng)峰為準(zhǔn)分子離子；譜圖簡單；不適用難揮發(fā)試樣；得到的是非標(biāo)準(zhǔn)譜圖。++氣體分子試樣分子+準(zhǔn)分子離子電子(M+1)+;(M+17)+;(M+29)+;現(xiàn)代分析測試技術(shù)快原子電離源（FAB）a.氬氣離子，加速、碰撞，電荷和能量轉(zhuǎn)移高能原子束。b.高能粒子打在置于涂有非揮發(fā)性底物靶上的試樣分子使其電離。

不加熱汽化，特別適合于相對分子質(zhì)量大，難揮發(fā)或熱穩(wěn)定性差的試樣分析，例如肽類、低聚糖、天然抗生素。有較強(qiáng)的準(zhǔn)分子離子峰和較豐富的碎片離子信息。

現(xiàn)代分析測試技術(shù)快原子電離源（FAB）質(zhì)譜圖現(xiàn)代分析測試技術(shù)電噴霧噴嘴—多層套管LC外層：噴射氣特點(diǎn)：使噴出的液體分散成微滴—微滴蒸發(fā)；產(chǎn)生多電荷離子—準(zhǔn)分子離子；很少碎片離子—MS/MS聯(lián)用；適合多肽、蛋白質(zhì)、氨基酸分子量的測試；大氣壓電離—電噴霧電離—ESI法現(xiàn)代分析測試技術(shù)六、激光解吸電離源（LD）得到的主要是分子離子，準(zhǔn)分子離子。碎片離子和多電荷離子較少。常用的基質(zhì)：2,5—二羥基苯甲酸、芥子酸、煙酸、α-氰基-4-羥基肉桂酸等。

分析試樣置于涂有基質(zhì)的試樣靶上；基質(zhì)分子吸收激光能，與試樣分子一起蒸發(fā)并使試樣分子電離。屬于軟電離技術(shù)，用于分析生物大分子，如肽、蛋白質(zhì)、核酸等。

現(xiàn)代分析測試技術(shù)一、單聚焦磁場分析器方向聚焦：相同質(zhì)荷比，入射方向不同的離子會聚；分辨率不高缺少能量聚焦。現(xiàn)代分析測試技術(shù)二、雙聚焦分析器方向聚焦：

相同質(zhì)荷比，入射方向不同的離子會聚；能量聚焦：

相同質(zhì)荷比，速度(能量)不同的離子會聚。

質(zhì)量相同，能量不同的離子通過電場和磁場時(shí)，均產(chǎn)生能量色散；兩種作用大小相等，方向相反時(shí)互補(bǔ)實(shí)現(xiàn)雙聚焦?，F(xiàn)代分析測試技術(shù)靜電分析器（扇形電場）—能量分析器離子源狹縫質(zhì)量相同，能量不同的離子束磁分析器（扇形磁場）—質(zhì)量分析器接收器狹縫聚焦離子束靜電場能量色散作用與磁場能量色散作用大小相等，方向相反雙聚焦質(zhì)量分析器單聚焦質(zhì)量分析器現(xiàn)代分析測試技術(shù)雙聚焦分析器現(xiàn)代分析測試技術(shù)三、四極桿質(zhì)量分析器特點(diǎn)：分辨率較高，分析速度極快（適合聯(lián)用儀器）；缺點(diǎn)：準(zhǔn)確度和精密度低于雙聚焦型。1、由四根棒狀電極組成—鍍金陶瓷或鉬合金2、相對兩根電極加高壓；其中Vdc為直流電壓；Vrf為射頻電壓——四極電場；3、離子進(jìn)入四極場—產(chǎn)生振動(dòng)—只允許一定M/z的離子通過（離子振幅增大碰到四極桿被吸收；4、改變Vrf—使其他M/z的離子順序通過四極場—質(zhì)量掃描；現(xiàn)代分析測試技術(shù)四極桿質(zhì)量分析器現(xiàn)代分析測試技術(shù)五、飛行時(shí)間質(zhì)量分析器離子以速度v進(jìn)入自由空間（漂移區(qū)），假定離子在漂移區(qū)飛行的時(shí)間為t，漂移區(qū)長度為L，則特點(diǎn)：質(zhì)量范圍寬，掃描速率快，不需電場和磁場。分辨率低：原因在于離子進(jìn)入漂移管前的時(shí)間分散、空間分散和能量分散。能量相同，質(zhì)量越大，達(dá)到接收器的時(shí)間越長。t=L(m/2zV)1/2

現(xiàn)代分析測試技術(shù)飛行時(shí)間質(zhì)量分析器離子檢測器電離室氣體柵極L真空環(huán)境電子接收器離子漂移管燈絲1、離子在漂移管中的飛行時(shí)間與離子質(zhì)量的平方根成正比—E相同，M越大，t越長；2、影響分辨率原因：時(shí)間分散；空間分散；能量分散；3、改進(jìn)技術(shù)：激光脈沖電離方式—離子延遲引出技術(shù)—離子反射技術(shù)；現(xiàn)代分析測試技術(shù)一、標(biāo)準(zhǔn)條件獲得譜圖：通過電子轟擊電離方式，獲得質(zhì)譜圖（快原子、電噴霧等沒有標(biāo)準(zhǔn)譜圖）；二、可能性分析：通過計(jì)算機(jī)檢索，對未知化合物進(jìn)行定性—檢索結(jié)果可以給出幾個(gè)可能的化合物，并以匹配度大小順序列出這些化合物的名稱、分子式、分子量、結(jié)構(gòu)式；三、化合物的初步認(rèn)定：匹配度大于900（—1000），可以認(rèn)定（不能選擇相對好）；幾個(gè)匹配度都很好—結(jié)構(gòu)接近，必須利用其他輔助鑒定方法；四、最終認(rèn)定：根據(jù)結(jié)果找標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行校對；質(zhì)譜定性分析技術(shù)現(xiàn)代分析測試技術(shù)一、氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用：混合物分析—化學(xué)、化工、環(huán)境、食品—適用于可以汽化的樣品；GC—很好的分離裝置，但不能對化合物