,单击此处编辑母版标题样式,.精品课件.,*,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,.精品课件.,*,质谱法,(MS),相对分子质量精确测定与化合物结构分析的重要工具；,第一台质谱仪：1912年；,早期应用：相对原子质量、同位素等的测量；,现代：有机化合物结构鉴定的重要工具；,特殊性：联用技术，相对分子质量测定。,M,+,(,M,R,2,),+,(,M,R,3,),+,(,M,R,1,),+,.精品课件.,1,质谱法(MS)相对分子质量精确测定与化合物结构,发展过程：,20,世纪,40,年代,：高分辨率质谱仪出现，有机化合物结构分析；,20,世纪60年代末,：色谱-质谱联用仪出现，有机混合物分离分析；促进天然有机化合物结构分析的发展；,20,世纪90年代,：基质辅助激光解吸电离源、电喷雾电离源、大气压化学电离源，开创了质谱技术研究生物大分子的新领域。,2002年,由于“发明了用于生物大分子的电喷雾离子化和基质辅助激光解吸离子化质谱分析法”，美国科学家约翰芬恩与日本科学家田中耕一共享该年度诺贝尔化学奖。,.精品课件.,2,发展过程：20世纪40年代：高分辨率质谱,第一节 质谱仪,分析方法原理,第二节 质谱仪,基本结构及主要类型,第三节 质谱仪,重要实验技术,第十章,质谱分析技术（,MS）,.精品课件.,3,第一节 质谱仪分析方法原理第十章 质谱分析技术（MS）.精,一、方法原理：将样品,转化为运动的气态离子,，通过对离子的,质荷比（,m/z）,分析,来实现有机物和无机物的定性和定量分析、复杂化合物的结构分析、各种同位素比的测定,通过,分子离子,、,碎片离子,、,重排离子,等信息，进行,化合物结构分析及分子量的确定,由分子离子峰可以确定化合物的分子量；由碎片离子峰可以得到化合物的结构；,二、定性分析基础：,一定样品，在,一定电离条件下,得到的质谱图是相同的；,三、根据质量分析器，可将质谱仪分为：,静态仪器,稳定的电磁场，按空间位置将,m/z,不同的离子分开；,动态仪器,采用变化的电磁场，按时间不同来区分,m/z,不同的离子；,质谱仪分析方法原理,.精品课件.,4,一、方法原理：将样品转化为运动的气态离子，通过对离子的质荷比,横坐标：,质荷比,，纵坐标：,离子的强度,；,离子的,绝对强度,：取决于样品量和仪器的灵敏度；,离子的,相对强度,：和样品的分子结构化学键有关；,.精品课件.,5,横坐标：质荷比，纵坐标：离子的强度；.精品课件.5,1,、利用,电磁学原理,，使带电的样品离子按质荷比进行分离的装置：,2,、分析样品以直接进样或通过色谱仪进样方式进入质谱仪,样品气化；,3,、气化后的样品引入离子源进行电离，得到带有样品信息的离子,（分子离子和碎片离子等）；,4,、电离后离子经过适当的加速后,进入质量分析器，离子按质荷比,M/Z,分离，并排列分开；,5,、经,电子倍增器检测,，即可得到化合物的质谱图；,质谱仪基本工作原理,.精品课件.,6,1、利用电磁学原理，使带电的样品离子按质荷比进行分离的装置：,质谱仪与质谱分析原理,进样系统,离子源,质量分析器,检测器,1.气体扩散,2.直接进样,3.气相色谱,1.电子轰击,2.化学电离,3.场致电离,4.激光,1.单聚焦,2.双聚焦,3.飞行时间,4.四极杆,质谱仪需要在高真空下工作：离子源（10,-3,10,-5,Pa,）,质量分析器（10,-6,Pa,）,(1)大量氧会烧坏离子源的灯丝；,(2)用作加速离子的几千伏高压会引起放电；,(3)引起额外的离子分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。,.精品课件.,7,质谱仪与质谱分析原理进样系统离子源质量分析器检测器1.气体扩,原理与结构,仪器原理图,进样系统,离子源,质量分析器,检测器,真空系统,.精品课件.,8,原理与结构仪器原理图进样系统离子源质量分析器检测器真空系统.,质量测定范围,：表示质谱仪所能够进行分析的样品的,相对原子量,（或相对分子质量）范围；气体质谱,2100,；有机质谱一般,可达几千,；生物医学质谱可以研究相对分子质量可达,几十万,；,分辨本领,：标志质谱仪,分开相邻质量数的能力,（任选一单峰，测其峰高5%处的峰宽,W,0.05,作为,m）,两峰质量数越大，要求仪器越高；质谱仪的,分辨本领决定了仪器的价格,：分辨率,500,左右一般有机分析要求（四极滤质器、离子阱）；分辨率大于,10 000,进行准确的同位素质量及有机分子质量的准确测定（双聚焦磁式质量分析器）；,灵敏度,：绝对灵敏度,可以检测到的最小样品量；相对灵敏度,可以同时检测的大组分与小组分含量之比；,质谱仪主要性能指标,.精品课件.,9,质量测定范围：表示质谱仪所能够进行分析的样品的相对原子量（或,质谱仪的类型,1.,无机质谱仪,火花源双聚焦质谱仪（,SSMS,），电感应耦合等离子体质谱仪（,ICP-MS,）和二次离子质谱仪（,SIMS,）等。,2.,同位素质谱仪,小型低分辨同位素质谱仪：轻元素,(H,，,C,，,S,等,),大型高分辨的同位素质谱仪：重元素,(U,，,Pu,，,Pb,等,),3.,有机质谱仪,用途最广的质谱仪,4.,生物质谱仪,电喷雾电离质谱仪（,ESI-MS,），基质辅助激光解吸电离质谱仪（,MALDI-MS,），快原子轰击质谱仪（,FAB-MS,），离子喷雾电离质谱仪（,ISI-MS,），大气压电离质谱仪（,API-MS,）等。,.精品课件.,10,质谱仪的类型1.无机质谱仪.精品课件.10,有机质谱仪,1.,按进样方式分类,直接进样质谱，气相色谱,-,质谱联用仪（,GC-MS,），液相色谱,-,质谱联用仪（,LC-MS,）。,2.,按离子化方式分类,电子轰击质谱（,EI-MS,），化学电离质谱（,CI-MS,），快原子轰击质谱仪（,FAB-MS,），电喷雾电离质谱仪（,ESI-MS,）等。,3.,按质量分析器分类,单聚焦质谱仪，双聚焦质谱仪，四极杆质谱仪，飞行时间质谱仪，离子阱质谱仪，傅里叶变换质谱仪等。,.精品课件.,11,有机质谱仪1.按进样方式分类.精品课件.11,一、进样装置：,间歇式进样系统-气体、液体、中等蒸气压的固体；,直接进样,系统-较难气化的固体、热敏性固体及非挥发性液 体；通过色谱仪进样,混合组分；,二、,电离装置,：离子化所需要的能量差异硬电离、软电离；电子电离源,EI；,化学电离源,CI,；快原子轰击源,FAB；,大气电离源；,三、,质量分析装置,：静态分析器,单聚焦,/,双聚焦分析器；,动态分析器,四极杆分析器；飞行时间分析器；,四、检测器装置：离子流计数高离子电流采用法拉第杯；低离子电流采用电子倍增管；,隧道电子倍增器-多通道检测,；,五、真空系统：采用,RP,DP（,分子泵）联用系统（离子源10,-4,10,-5,Pa；,质量分析器10,-6,）；,质谱仪器结构及关键部件,.精品课件.,12,一、进样装置：质谱仪器结构及关键部件.精品课件.12,进样装置,气体扩散；,插入式直接进样杆：适用于有一定挥发性的固体或高沸点液体试样；,色谱作为进样装置。,.精品课件.,13,进样装置气体扩散；.精品课件.13,GCMS-QP2010,用直接試料導入装置,.精品课件.,14,GCMS-QP2010用直接試料導入装置.精品课件.14,1,、,电子轰击电离源（,EI）：,气体和易挥发的固体试样；,2,、,化学电离源（,CI）：,测定化合物的分子量，不利于结构解析；,3,、激光解吸电离源,：,属于软电离技术，用于分析生物大分子，如肽、蛋白质、核酸等。,4,、,快原子轰击电离源（,FAB）：,分析,热不稳定、难挥发和强极性,的化合物,5,、,电喷雾电离源（,ESI）：,“软电离”质谱技术，能快速、,准确地测定从小分子到生物大分子或不稳定有机分子的分子量；,6,、大气压化学电离源（,APCI）：,分析中等极性以上的化合物；,质谱分析技术基本电离方式,.精品课件.,15,1、电子轰击电离源（EI）：气体和易挥发的固体试样；质谱分析,1,、分子离子,：样品分子,被打掉一个电子,，形成分子离子；,2,、碎片离子,：分子离子,进一步发生化学键断裂,，形成碎片离子；,3,、重排离子,：分子离子,发生结构重排,，形成重排离子；,4,、加合离子：通过分子离子反应，生成加合离子；,5,、同位素离子,电子轰击电离源（,EI）-,离子类型,+,+,+,+,:,R1,:,R2,:,R3,:,R4,:,e,+,M,+,(,M,R,2,),+,(,M,R,3,),+,Mass Spectrum,(,M,R,1,),+,.精品课件.,16,1、分子离子：样品分子被打掉一个电子，形成分子离子；电子轰击,.精品课件.,17,.精品课件.17,二、化学电离源,（,Chemical,Ionization,，CI）,离子室内的反应气（甲烷等；10100,Pa，,试样的10,3,10,5,倍），电子（100240,eV,）轰击，产生离子，再与试样分,子,碰撞，产生准分子离子。,特点：,最强峰为准分子离子；,谱图简单；,不适用难挥发试样；,得到的是非标准谱图。,+,+,气体分子,试样分子,+,准分子离子,电子,(,M,+1),+,;(,M,+17),+,;(,M,+29),+,;,.精品课件.,18,二、化学电离源（Chemical Ionization，C,快原子电离源,（,FAB）,a.,氩气,离子，加速、碰撞，电荷和能量转移,高能原子束。,b.,高能粒子打在置于涂有非挥发性底物靶上的试样分子使其电离。,不加热汽化，特别适合于相对分子质量大，难挥发或热稳定性差的试样分析，例如肽类、低聚糖、天然抗生素。,有较强的准分子离子峰和较丰富的碎片离子信息。,.精品课件.,19,快原子电离源（FAB）a.氩气离子，加速、碰撞，电荷和能,快原子电离源,（,FAB）,质谱图,.精品课件.,20,快原子电离源（FAB）质谱图.精品课件.20,电喷雾喷嘴多层套管,LC,外层：喷射气,特点：使喷出的液体分散成微滴,微滴蒸发；产生,多电荷离子,准分子离子；,很少碎片离子,MS/MS,联用；,适合多肽、蛋白质、氨基酸分子量的测试；,大气压电离,电喷雾电离,ESI,法,.精品课件.,21,电喷雾喷嘴多层套管LC外层：喷射气 特点：使喷出的液体分,六、,激光解吸电离源,（,LD）,得到的主要是分子离子，准分子离子。碎片离子和多电荷离子较少。常用的基质：2,5,二羟基苯甲酸、芥子酸、烟酸、,-,氰基-4-羟基肉桂酸等。,分析试样置于涂有基质的试样靶上；,基质分子吸收激光能，与试样分子一起蒸发并使试样分子电离。,属于软电离技术，用于分析生物大分子，如肽、蛋白质、核酸等。,.精品课件.,22,六、激光解吸电离源（LD）得到的主要是分子离子，准分,一、单聚焦磁场分析器,方向聚焦,：,相同质荷比，入射方向不同的离子会聚；,分辨率不高,缺少能量聚焦。,.精品课件.,23,一、单聚焦磁场分析器方向聚焦：.精品课件.23,二、双聚焦分析器,方向聚焦：,相同质荷比，入射方向不同的离子会聚；,能量聚焦：,相同质荷比，速度(能量)不同的离子会聚。,质量相同，能量不同的离子通过电场和磁场时，均产生能量色散；两种作用大小相等，方向相反时互补实现双聚焦。,.精品课件.,24,二、双聚焦分析器方向聚焦：质量相同，能量不同的离,静电分析器（扇形电场）,能量分析器,离子源 狭缝,质量相同，能量不同的离子束,磁分析器,（扇形磁场）,质量分析器,接收器狭缝,聚焦离子束,静电场能量色散作用与磁场能量色散作用大小相等，方向相反,双聚焦质量分析器,单聚焦质量分析器,.精品课件.,25,静电分析器（扇形电场）离子源 狭缝质量相同，能量不,双聚焦分析器,.精品课件.,26,双聚焦分析器.精品课件.26,三、四极杆质量分析器,特点：分辨率较高，分析速度极快（适合联用仪器）；,缺点：准确度和精密度低于双聚焦型。,1,、由,四根棒状电