質譜離子化技術及發(fā)展

關于質譜離子化技術及發(fā)展緒言

常規(guī)方法：電子轟擊法(EI）

軟離子化技術：化學電離(CI)法優(yōu)點：穩(wěn)定性好、易于操作；提供豐富的指紋信息和標準的常規(guī)有機質譜圖缺點：只適合于極性小、沸點低和熱穩(wěn)定的化合物豐度高的分子離子峰或準分子離子峰,第2頁,共27頁，星期六，2024年，5月場解吸電離(FD）二次離子質譜(SIMS）快原子轟擊(FAB）熱噴霧(TS)電噴霧(ESI)離子噴霧(IS)大氣壓化學電離(APCI)基質輔助激光解吸質譜法(MALDI-MS)已在生物化學領域得到廣泛的應用解決用質譜法來分析高極性、難揮發(fā)、熱不穩(wěn)定的大分子有機化合物同時可作為液相色譜-質譜聯(lián)用接口第3頁,共27頁，星期六，2024年，5月場解吸電離(FieldDesorption,FD)

原理

場解吸發(fā)射體鎢絲炭微針上涂敷有機化合樣品溶液溶劑揮發(fā)，樣品分子吸附于發(fā)射體鎢絲上通以毫安級電流樣品解吸，分子立即擴散到高場強的發(fā)射區(qū)進行離子化分子離子特點：解吸能比氣化能小得多

第4頁,共27頁，星期六，2024年，5月場解吸電離(FieldDesorption,FD)應用有機酸、甾體、氨基酸、肽、核苷酸、生物堿、抗生素和它們的代謝物等方面缺陷發(fā)射體上炭微針不能保持較長時間的穩(wěn)定，以及發(fā)射體電流速率發(fā)生變化等高活潑性、不穩(wěn)定的分子；對陽極有特別強的化學吸附能力的分子要求精細地制備樣品和復雜熟練的實驗技術第5頁,共27頁，星期六，2024年，5月等離子體解吸(PlasmDesorption,PD)

原理用溶劑溶解固體樣品沉積于Ni箔上252Cf等離子源自發(fā)衰變離子碎片碎片飛出并穿透Ni箔能量積聚在樣品和Ni箔的一個極小區(qū)域內脈沖式局部加熱離子、少數(shù)碎片、中性產物。

第6頁,共27頁，星期六，2024年，5月等離子體解吸(PlasmDesorption,PD應用

252Cf核衰變能量高、頻率低、任意時間分布,適于解吸非揮發(fā)性大分子生物化合物、高活潑性以及對陽極有特別強化學吸附力的分子第7頁,共27頁，星期六，2024年，5月二次離子質譜(SecondaryIonMass

Spectrometry,SIMS)

原理離子源（液體金屬或氣體）高壓電場初級離子聚焦離子束轟擊試樣二次離子樣品元素、同位素、化合物組分和分子結構以及一定的晶體結構信息特點對于樣品分子的解吸和離解無需加熱第8頁,共27頁，星期六，2024年，5月二次離子質譜(SecondaryIonMass

Spectrometry,SIMS)應用有機高分子樣品和生物有機化合物的分子量和結構鑒定弱點技術上要求一次離子的能量至少高于二離子的加速電壓由于有機樣品的導電性差,離子轟擊會產生電荷效應,直接影響離子流的壽命和穩(wěn)定性第9頁,共27頁，星期六，2024年，5月快原子轟擊電離(FastAtom

Bombardment,FAB)

原理惰性氣體快離子流高已被電離并加速發(fā)生電荷交換能快原子作為初級中性原子束轟擊為涂有試樣的金屬靶樣品發(fā)生蒸發(fā)和電離惰性中性原子氙或氬氣體室第10頁,共27頁，星期六，2024年，5月快原子轟擊電離(FastAtom

Bombardment,FAB)

優(yōu)點沒有電荷效應-使用了中性原子代替離子轟擊樣品（顯出SIMS更大的優(yōu)越性）FAB為小于40°C的冷源（FAB既不需要象EI、CI那樣加熱樣品,也不需要FD的用電流加熱解吸樣品）3、FAB技術操作簡便第11頁,共27頁，星期六，2024年，5月快原子轟擊電離(FastAtom

Bombardment,FAB)

不足之處在較低質量范圍內基質本底影響較大非極性化合物靈敏度顯著下降有一定質量范圍的限制。應用特別適用于高極性、難揮發(fā)、分子量大、熱不穩(wěn)定的化合物,而且測試后不影響樣品的生物活性,很快就成為分析極性化合物的首選方法。第12頁,共27頁，星期六，2024年，5月熱噴霧電離(Thermospray,TS)

原理洗脫通過電熱的不銹鋼毛細管進入處于真空的氣化室時溶劑揮發(fā)后由真空泵抽去,產生的離子受推斥電極作用進入檢測系統(tǒng)后被記錄成譜。應用適合混合物的分析第13頁,共27頁，星期六，2024年，5月熱噴霧電離(Thermospray,TS)

不足之處對溫度很敏感,重現(xiàn)性較差檢測限較高尤其是對于極性低的化合物,響應低或沒有響應對HPLC流動相溶劑、流速的選擇有一定限制,無法采用HPLC梯度第14頁,共27頁，星期六，2024年，5月電噴霧電離(Electrospray

Ionization,ESI)

作用機制樣品溶液高電場微小的帶電液滴溶劑分子蒸發(fā)帶電液滴的半徑縮小液滴表面電場逐漸增大分裂成更小的液滴極小液滴時分析物離子自液滴表面發(fā)射特點全新方法巨大貢獻：

既可作為溶液樣品進樣,又可方便的用于強極性、難揮發(fā)性化合物的離子化第15頁,共27頁，星期六，2024年，5月電噴霧電離(Electrospray

Ionization,ESI)

2、重大突破m/z大分子化合物分子量測定

具有極高的靈敏度和可靠的準確性，測定的分子量越大,信號越特征,在低質量范圍區(qū)干擾峰較小3、非常軟的電離方法對小分子極性化合物不僅能得到單分子的準分子離子,還能得到化合物的多聚體以及它們的堿金屬離子,樣品用量極少,不易污染離子源,譜圖干凈,靈敏度高,它的檢測限可達10-15~10-12g第16頁,共27頁，星期六，2024年，5月電噴霧電離(Electrospray

Ionization,ESI)

4、ESI應用范圍廣無論是一般的天然有機極性小分子或者生物大分子都能進行分子量測定5、ESI作為LC-MS接口靈敏度受流動相組分和流速的影響較大,流速增加,洗脫液中水在甲醇或乙腈中比例升高,靈敏度顯著降低。當流速為10μl/min時,靈敏度達最佳值。第17頁,共27頁，星期六，2024年，5月離子噴霧技術(IonsprayIonization,ISI)

作用機制樣品是經氣動霧化形成液滴。氣動噴霧器裝置-----離子源的出口處有一氮氣簾,溶劑化的分子通過氣簾和大氣壓與真空之間的小孔時被脫去溶劑,它可擋住溶劑、緩沖液進入分析區(qū)域,有利于樣品離子脫溶劑化、去簇化和維持真空系統(tǒng),保持分析器的潔凈第18頁,共27頁，星期六，2024年，5月離子噴霧技術(IonsprayIonization,ISI)

與ESI的比較1、流速

ESI在低流速和流動相中,水的百分比較低時,才能有良好的靈敏度和穩(wěn)定性；

ISI采用氣動噴霧裝置允許洗脫液有較大的流速和高的水百分比。流速可達0.2ml/min。但實驗證明流速在40μl/min時靈敏度最佳2、產生多電荷離子,可分析分子量高達幾十萬道爾頓的蛋白質。

第19頁,共27頁，星期六，2024年，5月大氣壓化學電離(Atmospheric

PressureChemicalIonization,APCI)

原理

LC流出液噴霧3~6kV電壓的尖針在霧中放電溶劑分子電離,形成反應氣等離子體樣品分子穿過等離子體時被電離形成離子

第20頁,共27頁，星期六，2024年，5月大氣壓化學電離(Atmospheric

PressureChemicalIonization,APCI)特點最軟的電離方式之一，只產生單電荷峰,適合于分析分子量略小或極性較小的化合物,電離效率高。采用氣動霧化,可快速適合高低含量水溶液的流動相,適合于做梯度洗脫,可滿足0.2到2.0ml/min的流速,能直接與常規(guī)柱連接。對溶劑選擇、流速和添加物的依賴性較小

當樣品為非酸堿性物質,且易被蒸發(fā),或溶劑、流速、添加物不適合于ES,或樣品有較差的ES響應時,應選用APCI方法第21頁,共27頁，星期六，2024年，5月大氣壓電離(AtmosphericPressure

Ionization,API)

包括電噴霧(ESI)、離子噴霧(ISI)和大氣壓化學電離(APCI)三種模式共同點是樣品的離子化在處于大氣壓下的離子化室完成,離子化效率高,大大增強了分析的靈敏度、穩(wěn)定性,它們是目前最軟的離子化技術API的發(fā)展解決了LC-MS聯(lián)用技術中LC流速與MS儀在真空下工作的匹配問題，API技術解決了液體樣品及LC-MS聯(lián)用技術離子化問題,具有其它分析手段無可比擬的優(yōu)點第22頁,共27頁，星期六，2024年，5月大氣壓電離(AtmosphericPressure

Ionization,API)

APIMS是當前LC-MS聯(lián)用技術中最成功的配置,已加入了常規(guī)應用的領域：新藥研究中藥物品質的鑒定與定量分析;分析藥物中的雜質、副產物、降解產物等;藥物代謝的研究,包括未知代謝物的結構測定、代謝物在體內的分布及定量;醫(yī)學應用;天然藥物成分分析;生物分子結構確定等方面。尤其是微型HPLC的發(fā)展,將會大大推動LC-MS的應用第23頁,共27頁，星期六，2024年，5月基質輔助激光解吸電離(MatrixAssistedLaserDesorptionIonization,MALDI)

原理這種技術主要是通過將被分析的物質的分子從一個適當?shù)墓腆w基質(小分子有機物)分離的方法,釋放出完整的大分子量的氣體分子離子★Hillenkamp把離子產生過程歸結為四種作用類型離子直接從固體熱蒸發(fā)中性分子直接從固體熱蒸發(fā)并隨后在氣相狀態(tài)中電離第24頁,共27頁，星期六，2024年，5月基質輔助激光解吸電離(MatrixAssistedLaserDesorptionIonization,MALDI)3、激光解吸過程,即有機分子進行共振吸收時分子生色團在固體樣品中共振吸收能量,并把絕大部分能量傳遞到有機物的晶體的晶格中,使晶格受到瞬時強烈擾動而解吸離子或中性分子4、激光形成等離子