质谱离子化技术及发展

,*,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,质谱离子化技术及其发展,绪言,常规方法：,电子轰击法(EI）,软离子化技术：化学电离(CI)法,优点,：稳定性好、易于操作；提供丰富的指纹信息和标准的常规有机质谱图,缺点,：只适合于极性小、沸点低和热稳定的化合物,丰度高的分子离子峰或准分子离子峰,场解吸电离(FD）,二次离子质谱(SIMS）,快原子轰击(FAB）,热喷雾(TS),电喷雾(ESI),离子喷雾(IS),大气压化学电离(APCI),基质辅助激光解吸质谱法(MALDI-MS)已在生物化学领域得到广泛的应用,解决用质谱法来分析高极性、难挥发、热不稳定的大分子有机化合物,同时可作为液相色谱-质谱联用接口,场解吸电离(Field Desorption,FD),原理,场解吸发射体钨丝炭微针上涂敷有机化合样品溶液 溶剂挥发，样品分子吸附于发射体 钨丝上通以毫安级电流 样品解吸，分子立即扩散到高场强的发射区进行离子化 分子离子,特点：,解吸能比气化能小得多,场解吸电离(Field Desorption,FD),应用,有机酸、甾体、氨基酸、肽、核苷酸、生物碱、抗生素和它们的代谢物等方面,缺陷,发射体上炭微针不能保持较长时间的稳定，以及发射体电流速率发生变化等,高活泼性、不稳定的分子；对阳极有特别强的化学吸附能力的分子,要求精细地制备样品和复杂熟练的实验技术,等离子体解吸(Plasm Desorption,PD),原理,用溶剂溶解固体样品 沉积于Ni箔上,252,Cf等离子源自发衰变 离子碎片 碎片飞出并穿透Ni箔 能量积聚在样品和Ni箔的一个极小区域内 脉冲式局部加热 离子、少数碎片、中性产物。,等离子体解吸(Plasm Desorption,PD,应用,252,Cf核衰变能量高、频率低、任意时间分布,适于解吸非挥发性大分子生物化合物、高活泼性以及对阳极有特别强化学吸附力的分子,二次离子质谱(Secondary Ion MassSpectrometry,SIMS),原理,离子源（液体金属或气体）,高压电场,初级离子,聚焦,离子束 轰击试样 二次离子 样品元素、同位素、化合物组分和分子结构以及一定的晶体结构信息,特点,对于样品分子的解吸和离解无需加热,二次离子质谱(Secondary Ion MassSpectrometry,SIMS),应用,有机高分子样品和生物有机化合物的分子量和结构鉴定,弱点,技术上要求一次离子的能量至少高于二离子的加速电压,由于有机样品的导电性差,离子轰击会产生电荷效应,直接影响离子流的寿命和稳定性,快原子轰击电离(Fast AtomBombardment,FAB),原理,惰性气体快离子流 高,已被电离并加速 发生电荷交换,能快原子作为初级中性原子束 轰击为涂有,试样的金属靶 样品发生蒸发和电离,惰性中性原子,氙或氩气体室,快原子轰击电离(Fast AtomBombardment,FAB),优点,没有电荷效应,-,使用了中性原子代替,离子轰击样品,（显出,SIMS,更大的优越性）,FAB,为小于,40C,的冷源,（,FAB,既不需要象,EI,、,CI,那样加热样品,也不需要,FD,的用电流加热解吸样品）,3,、,FAB,技术操作简便,快原子轰击电离(Fast AtomBombardment,FAB),不足之处,在较低质量范围内基质本底影响较大,非极性化合物灵敏度显著下降,有一定质量范围的限制。,应用,特别适用于高极性、难挥发、分子量大、热不稳定的化合物,而且测试后不影响样品的生物活性,很快就成为分析极性化合物的首选方法。,热喷雾电离(Thermospray,TS),原理,洗脱 通过电热的不锈钢毛细管 进入处于真空的气化室时 溶剂挥发后由真空泵抽去,产生的离子受推斥电极作用进入检测系统后被记录成谱。,应用,适合混合物的分析,热喷雾电离(Thermospray,TS),不足之处,对温度很敏感,重现性较差,检测限较高,尤其是对于极性低的化合物,响应低或没有响应,对,HPLC,流动相溶剂、流速的选择有一定限制,无法采用,HPLC,梯度,电喷雾电离(ElectrosprayIonization,ESI),作用机制,样品溶液,高电场,微小的带电液滴 溶剂分子蒸发 带电液滴的半径缩小 液滴表面电 场逐渐增大 分裂成更小的液滴 极小液滴时 分析物离子自液滴表面发射,特点 全新方法,巨大贡献：,既可作为溶液样品进样,又可方便的用于强极性、难挥发性化合物的离子化,电喷雾电离(ElectrosprayIonization,ESI),2、重大突破,m/z 大分子化合物分子量测定,具有极高的灵敏度和可靠的准确性，测定的分子量越大,信号越特征,在低质量范围区干扰峰较小,3、非常软的电离方法,对小分子极性化合物不仅能得到单分子的准分子离子,还能得到化合物的多聚体以及它们的碱金属离子,样品用量极少,不易污染离子源,谱图干净,灵敏度高,它的检测限可达10,-15,10,-12,g,电喷雾电离(ElectrosprayIonization,ESI),4、ESI应用范围广,无论是一般的天然有机极性小分子或者生物大分子都能进行分子量测定,5、ESI作为LC-MS接口,灵敏度受流动相组分和流速的影响较大,流速增加,洗脱液中水在甲醇或乙腈中比例升高,灵敏度显著降低。当流速为10l/min时,灵敏度达最佳值。,离子喷雾技术(Ionspray Ionization,ISI),作用机制,样品是经气动雾化形成液滴。,气动喷雾器装置-离子源的出口处有一氮气帘,溶剂化的分子通过气帘和大气压与真空之间的小孔时被脱去溶剂,它可挡住溶剂、缓冲液进入分析区域,有利于样品离子脱溶剂化、去簇化和维持真空系统,保持分析器的洁净,离子喷雾技术(Ionspray Ionization,ISI),与ESI的比较,1、流速,ESI在低流速和流动相中,水的百分比较低时,才能有良好的灵敏度和稳定性；,ISI采用气动喷雾装置允许洗脱液有较大的流速和高的水百分比。流速可达0.2 ml/min。但实验证明流速在40l/min时灵敏度最佳,2、产生多电荷离子,可分析分子量高达几十万道尔顿的蛋白质。,大气压化学电离(AtmosphericPressure Chemical Ionization,APCI),原理,LC流出液喷雾 36 kV电压的尖针在雾中放电 溶剂分子电离,形成反应气等离子体 样品分子穿过等离子体时 被电离形成离子,大气压化学电离(AtmosphericPressure Chemical Ionization,APCI),特点,最软的电离方式之一,，只产生单电荷峰,适合于分析分子量略小或极性较小的化合物,电离效率高。,采用气动雾化,可快速适合高低含量水溶液的流动相,适合于做,梯度洗脱,可满足,0.2,到,2.0 ml/min,的流速,能直接与常规柱连接。,对溶剂选择、流速和添加物的,依赖性较小,当样品为非酸碱性物质,且易被蒸发,或溶剂、流速、添加物不适合于,ES,或样品有较差的,ES,响应时,应选用,APCI,方法,大气压电离(Atmospheric PressureIonization,API),包括电喷雾(ESI)、离子喷雾(ISI)和大气压化学电离(APCI)三种模式,共同点是样品的离子化在处于大气压下的离子化室完成,离子化效率高,大大增强了分析的灵敏度、稳定性,它们是目前最软的离子化技术,API的发展解决了LC-MS联用技术中LC流速与MS仪在真空下工作的匹配问题，API技术解决了液体样品及LC-MS联用技术离子化问题,具有其它分析手段无可比拟的优点,大气压电离(Atmospheric PressureIonization,API),APIMS是当前LC-MS联用技术中最成功的配置,已加入了常规应用的领域：,新药研究中药物品质的鉴定与定量分析;分析药物中的杂质、副产物、降解产物等;药物代谢的研究,包括未知代谢物的结构测定、代谢物在体内的分布及定量;医学应用;天然药物成分分析;生物分子结构确定等方面。尤其是微型HPLC的发展,将会大大推动LC-MS的应用,基质辅助激光解吸电离(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization,MALDI),原理,这种技术主要是通过将被分析的物质的分子从一个适当的固体基质(小分子有机物)分离的方法,释放出完整的大分子量的气体分子离子,Hillenkamp把离子产生过程归结为四种作用类型,离子直接从固体热蒸发,中性分子直接从固体热蒸发并随后在气相状态中电离,基质辅助激光解吸电离(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization,MALDI),3、激光解吸过程,即有机分子进行共振吸收时分子生色团在固体样品中共振吸收能量,并把绝大部分能量传递到有机物的晶体的晶格中,使晶格受到瞬时强烈扰动而解吸离子或中性分子,4、激光形成等离子体过程中生成离子。,基质的作用,帮助解吸,基质的主要功能是增强激光能量的吸收,和样品分子的解吸,抑制分析物的降解和复合物的形成,基质辅助激光解吸电离(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization,MALDI),应用,特别适合于对生物大分子,如蛋白质、核酸、多糖以及磷脂等的质量分析,thank you,