現(xiàn)代分析測試技術

質譜法(MS)

相對分子質量精確測定與化合物結構分析的重要工具；第一臺質譜儀：1912年；早期應用：相對原子質量、同位素等的測量；現(xiàn)代：有機化合物結構鑒定的重要工具；特殊性：聯(lián)用技術，相對分子質量測定。M+(M–R2)+(M–R3)+(M–R1)+現(xiàn)代分析測試技術發(fā)展過程：

20世紀40年代：高分辨率質譜儀出現(xiàn)，有機化合物結構分析；

20世紀60年代末：色譜-質譜聯(lián)用儀出現(xiàn)，有機混合物分離分析；促進天然有機化合物結構分析的發(fā)展；

20世紀90年代：基質輔助激光解吸電離源、電噴霧電離源、大氣壓化學電離源，開創(chuàng)了質譜技術研究生物大分子的新領域。

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輔助激光解吸離子化質譜分析法”，美國科學家約翰·芬恩與日本科學家田中耕一共享該年度諾貝爾化學獎。

現(xiàn)代分析測試技術第一節(jié)質譜儀分析方法原理第二節(jié)質譜儀基本結構及主要類型第三節(jié)質譜儀重要實驗技術第十章

質譜分析技術（MS）現(xiàn)代分析測試技術一、方法原理：將樣品轉化為運動的氣態(tài)離子，通過對離子的質荷比（m/z）分析來實現(xiàn)有機物和無機物的定性和定量分析、復雜化合物的結構分析、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，進行化合物結構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構；二、定性分析基礎：一定樣品，在一定電離條件下得到的質譜圖是相同的；三、根據(jù)質量分析器，可將質譜儀分為：

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；

動態(tài)儀器→采用變化的電磁場，按時間不同來區(qū)分m/z不同的離子；質譜儀分析方法原理現(xiàn)代分析測試技術橫坐標：質荷比，縱坐標：離子的強度；離子的絕對強度：取決于樣品量和儀器的靈敏度；離子的相對強度：和樣品的分子結構—化學鍵有關；現(xiàn)代分析測試技術1、利用電磁學原理，使帶電的樣品離子按質荷比進行分離的裝置：2、分析樣品以直接進樣或通過色譜儀進樣方式進入質譜儀—樣品氣化；3、氣化后的樣品引入離子源進行電離，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?shù)募铀俸筮M入質量分析器，離子按質荷比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譜圖；質譜儀基本工作原理現(xiàn)代分析測試技術質譜儀與質譜分析原理進樣系統(tǒng)離子源質量分析器檢測器1.氣體擴散2.直接進樣3.氣相色譜1.電子轟擊2.化學電離3.場致電離4.激光

1.單聚焦2.雙聚焦3.飛行時間4.四極桿

質譜儀需要在高真空下工作：離子源（10-310-5Pa

）

質量分析器（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，改變裂解模型，譜圖復雜化?，F(xiàn)代分析測試技術原理與結構儀器原理圖進樣系統(tǒng)離子源質量分析器檢測器真空系統(tǒng)現(xiàn)代分析測試技術質量測定范圍：表示質譜儀所能夠進行分析的樣品的相對原子量（或相對分子質量）范圍；氣體質譜2～100；有機質譜一般可達幾千；生物醫(yī)學質譜可以研究相對分子質量可達幾十萬；分辨本領：標志質譜儀分開相鄰質量數(shù)的能力（任選一單峰，測其峰高5%處的峰寬W0.05作為△m）—兩峰質量數(shù)越大，要求儀器越高；質譜儀的分辨本領決定了儀器的價格：分辨率500左右～一般有機分析要求（四極濾質器、離子阱）；分辨率大于10000～進行準確的同位素質量及有機分子質量的準確測定（雙聚焦磁式質量分析器）；靈敏度：絕對靈敏度—可以檢測到的最小樣品量；相對靈敏度—可以同時檢測的大組分與小組分含量之比；質譜儀主要性能指標現(xiàn)代分析測試技術質譜儀的類型1.無機質譜儀火花源雙聚焦質譜儀（SSMS），電感應耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）和二次離子質譜儀（SIMS）等。

2.同位素質譜儀

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

——用途最廣的質譜儀4.生物質譜儀

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

現(xiàn)代分析測試技術有機質譜儀1.按進樣方式分類

直接進樣質譜，氣相色譜-質譜聯(lián)用儀（GC-MS），液相色譜-質譜聯(lián)用儀（LC-MS）。

2.按離子化方式分類

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

3.按質量分析器分類

單聚焦質譜儀，雙聚焦質譜儀，四極桿質譜儀，飛行時間質譜儀，離子阱質譜儀，傅里葉變換質譜儀等?，F(xiàn)代分析測試技術

一、進樣裝置：間歇式進樣系統(tǒng)-氣體、液體、中等蒸氣壓的固體；

直接進樣系統(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；化學電離源CI；快原子轟擊源FAB；大氣電離源；三、質量分析裝置：靜態(tài)分析器—單聚焦/雙聚焦分析器；動態(tài)分析器—四極桿分析器；飛行時間分析器；四、檢測器裝置：離子流計數(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；質量分析器10-6）；質譜儀器結構及關鍵部件現(xiàn)代分析測試技術進樣裝置氣體擴散；插入式直接進樣桿：適用于有一定揮發(fā)性的固體或高沸點液體試樣；色譜作為進樣裝置?，F(xiàn)代分析測試技術GCMS-QP2010用直接試料導入裝置現(xiàn)代分析測試技術1、電子轟擊電離源（EI）：氣體和易揮發(fā)的固體試樣；2、化學電離源（CI）：測定化合物的分子量，不利于結構解析；3、激光解吸電離源：屬于軟電離技術，用于分析生物大分子，如肽、蛋白質、核酸等。

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

“軟電離”質譜技術，能快速、準確地測定從小分子到生物大分子或不穩(wěn)定有機分子的分子量；6、大氣壓化學電離源（APCI）：分析中等極性以上的化合物；質譜分析技術基本電離方式現(xiàn)代分析測試技術1、分子離子：樣品分子被打掉一個電子，形成分子離子；2、碎片離子：分子離子進一步發(fā)生化學鍵斷裂，形成碎片離子；3、重排離子：分子離子發(fā)生結構重排，形成重排離子；4、加合離子：通過分子離子反應，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)代分析測試技術現(xiàn)代分析測試技術二、化學電離源（ChemicalIonization，CI）離子室內的反應氣（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)生準分子離子。特點：最強峰為準分子離子；譜圖簡單；不適用難揮發(fā)試樣；得到的是非標準譜圖。++氣體分子試樣分子+準分子離子電子(M+1)+;(M+17)+;(M+29)+;現(xiàn)代分析測試技術快原子電離源（FAB）a.氬氣離子，加速、碰撞，電荷和能量轉移高能原子束。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。有較強的準分子離子峰和較豐富的碎片離子信息。

現(xiàn)代分析測試技術快原子電離源（FAB）質譜圖現(xiàn)代分析測試技術電噴霧噴嘴—多層套管LC外層：噴射氣特點：使噴出的液體分散成微滴—微滴蒸發(fā)；產(chǎn)生多電荷離子—準分子離子；很少碎片離子—MS/MS聯(lián)用；適合多肽、蛋白質、氨基酸分子量的測試；大氣壓電離—電噴霧電離—ESI法現(xiàn)代分析測試技術六、激光解吸電離源（LD）得到的主要是分子離子，準分子離子。碎片離子和多電荷離子較少。常用的基質：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的試樣靶上；基質分子吸收激光能，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，用于分析生物大分子，如肽、蛋白質、核酸等。

現(xiàn)代分析測試技術一、單聚焦磁場分析器方向聚焦：相同質荷比，入射方向不同的離子會聚；分辨率不高缺少能量聚焦?，F(xiàn)代分析測試技術二、雙聚焦分析器方向聚焦：

相同質荷比，入射方向不同的離子會聚；能量聚焦：

相同質荷比，速度(能量)不同的離子會聚。

質量相同，能量不同的離子通過電場和磁場時，均產(chǎn)生能量色散；兩種作用大小相等，方向相反時互補實現(xiàn)雙聚焦。現(xiàn)代分析測試技術靜電分析器（扇形電場）—能量分析器離子源狹縫質量相同，能量不同的離子束磁分析器（扇形磁場）—質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，方向相反雙聚焦質量分析器單聚焦質量分析器現(xiàn)代分析測試技術雙聚焦分析器現(xiàn)代分析測試技術三、四極桿質量分析器特點：分辨率較高，分析速度極快（適合聯(lián)用儀器）；缺點：準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、離子進入四極場—產(chǎn)生振動—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—質量掃描；現(xiàn)代分析測試技術四極桿質量分析器現(xiàn)代分析測試技術五、飛行時間質量分析器離子以速度v進入自由空間（漂移區(qū)），假定離子在漂移區(qū)飛行的時間為t，漂移區(qū)長度為L，則特點：質量范圍寬，掃描速率快，不需電場和磁場。分辨率低：原因在于離子進入漂移管前的時間分散、空間分散和能量分散。能量相同，質量越大，達到接收器的時間越長。t=L(m/2zV)1/2

現(xiàn)代分析測試技術飛行時間質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間與離子質量的平方根成正比—E相同，M越大，t越長；2、影響分辨率原因：時間分散；空間分散；能量分散；3、改進技術：激光脈沖電離方式—離子延遲引出技術—離子反射技術；現(xiàn)代分析測試技術一、標準條件獲得譜圖：通過電子轟擊電離方式，獲得質譜圖（快原子、電噴霧等沒有標準譜圖）；二、可能性分析：通過計算機檢索，對未知化合物進行定性—檢索結果可以給出幾個可能的化合物，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、結構式；三、化合物的初步認定：匹配度大于900（—1000），可以認定（不能選擇相對好）；幾個匹配度都很好—結構接近，必須利用其他輔助鑒定方法；四、最終認定：根據(jù)結果找標準樣品進行校對；質譜定性分析技術現(xiàn)代分析測試技術一、氣相色譜—質譜聯(lián)用：混合物分析—化學、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