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单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,1,*,第二章:有机质谱仪器,Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,第二章有机质谱仪器,第二章有机质谱仪器,1,优选第二章有机质谱仪器,优选第二章有机质谱仪器,2,Sample Inlet,Gas,e.g.from a gas chromatograph(GC/MS),Liquid,e.g.from a liquid chromatograph(LC/MS),Solid,solid probes(DIP,DCI),2.1,进样系统,Sample InletGas e.g.fr,3,一、储罐进样,包括:储气室,加热器,真空连接系统,分子漏孔,用途:特殊样品的引入,校正仪器的样品,特殊的气体样品,用于研究的样品,(,如气相离子化学、反应质谱等,),。,二、探头进样,用途:固体样品或高沸点液体。,三个条件:样品在离子源中电离前必须气化,在气化过程中样品不发生或少发生热分解,样品能在离子源中维持一定的蒸气压,一、储罐进样二、探头进样三个条件:样品在离子源中电离前必须,4,热分解:带有离子型官能团,如季铵盐,有易形成氢键尤其是与探头表面形成氢键并引发分解的非离子型官能团。,大分子量分子。,解决办法:快速升温,三种方式,束内技术,(in beam),探头内装加长毛细管,其前端伸至电子束位置,对不稳定样品获,得更强的分子离子信号。,解吸电子轰击电离,(Desorption Electron Impact,DEI),解吸化学电离,(Desorption Chemical Ionization,DEI),热分解:带有离子型官能团,如季铵盐,5,三、气相色谱进样,1,、填充色谱进样系统,色谱柱较粗,直径,46mm,载气流速大,几十,ml/min,单极喷射式玻璃分子分离器,原理:扩散能力不同,载气一般为氦气,分子小,扩散系数大。,样品分子较大,扩散系数较小。,喷射过程中,样品分子得到富集。,2,、毛细管气相色谱柱进样系统,载气流速小、柱子细,,直接插入电离盒中。,三、气相色谱进样 2、毛细管气相色谱柱进样系统,6,四、液体泵或液相色谱进样,目前主要与电喷雾和大气压化学电离质谱联用。,1,、液体泵,进样注射器,毛细管,输送样品到电喷雾尖端,流速可控制在,0.5500,l/min,适用于纯样品的分析或进行质谱研究等。,2,、液相色谱仪进样系统,将液相色谱流出物直接通过进样毛细管送到电喷雾电离源内,,与液体束相似。,液相色谱流速问题。,洗脱剂中的缓冲盐等问题。,四、液体泵或液相色谱进样 2、液相色谱仪进样系统,7,Gas e.,Mathieu方程解,复杂,与边界条件密切相关。,FIB:Cs+由CsI加热后放出来,然后通过电场加速到20kV,射向样品靶,产生轰击作用。,Molecular weight determination,MH+,MH+nM+,功率:106108W/cm2,二、四极杆质量分析器(Quadrupole Mass Analyser),该离子的动能为1/2mv2 v为离子的运动速度,两个能量是相等的。,半径为re圆弧上,电场强度为:,真空连接系统,CH3+CH4 C2H5+H2,加热管出口处放置电晕(Corona)放电装置,使挥发出来的溶剂分子,改变u/V 的比值,扫描线斜率变化,增加,AA长度减小,即能够稳定的离子减小,分辨率增加。,在10-12秒内产生碰撞,使样品不发生分解。,可以用质谱仪的小的质量范围测定大的生物分子,,FAB/FIB常用基质,扫描时(Scanning),给定U,V 和,使扫描线按 qz=0 的由左到右进行,离子从小质荷比到大的质荷比依次排出到检测器。,C2H5+XH X+C2H6,Mass Spectrom.,2.2,电离方式和离子源,种类繁多,介绍主要的几种。,Ionisation,Hard,Soft,No Fragments,Fragments,API,EI,CI,Soft ionisation gives low fragmentation,Molecular weight determination,Produces“theoretical”spectra,High sensitivity(low pg levels),Gas e.2.2 电离方式和离子源Ion,8,一、电子轰击电离,(Electron Impact,EI),1,、组成部分,灯丝:钨、铼或铼钨丝,发射电子,电离样品,收集极:接收灯丝发射的电子,推斥极:推出产生的样品离子,永久磁铁:使电子做螺旋运动,增加电离几率,2,、电离效率曲线,灯丝产生的电子被加速到,70eV,保证电离的重现性。为什么?,电离效率随电子能量的升高而升高,当达,50eV,时,基本达到最大值,实验上设定电子能量为,70eV,。此时,产生的谱图有稳定的指纹特征。,电离效率曲线,一、电子轰击电离(Electron Impact,EI),9,大分子量分子。,MH+,MH+nM+,脉冲结束后,所有受激离子诱导的镜像电流在接收电路上形成各自的阈衰减信号;,快速地适合高低含量水溶液的流动相,可作梯度分析。,Molecular Weight,ma=eE a为离子加速度,E电场强度,固定u/V比值(即保持AA长度不变,也就是分辨率不变),改变V的幅值,可使不同质荷比的离子先后进入稳定区,顺序通过四极杆之后被接收,得到一组不同质荷比的质谱。,化学电离试剂:甲烷、异丁烷、氨气,氢气,水、甲醇、胺等。,芳环 吸收激光,半径为re圆弧上,电场强度为:,基质:基本同FAB和FIB,还有硝化纤维素。,二、四极杆质量分析器(Quadrupole Mass Analyser),快速地适合高低含量水溶液的流动相,可作梯度分析。,进入磁场后,离子在磁场的作用下作圆周运动,则:,用途:固体样品或高沸点液体。,但导致分辨率较低的主要原因是离子源得到离子的能量色散作用,即分子的热运动的影响,使得离子的被始速度不一致。,CH3+CH4 C2H5+H2,离子在扇形磁场中的运动,B为磁场强度,r为离子的运动半径,即磁场的半径。,载气流速小、柱子细,,飞行管长度L,到达检测器的时间为:,电离效率随电子能量的升高而升高,当达50eV时,基本达到最大值,实验上设定电子能量为70eV。,MH+,MH+nM+,在气化过程中样品不发生或少发生热分解,MALDI常用基质,但导致分辨率较低的主要原因是离子源得到离子的能量色散作用,即分子的热运动的影响,使得离子的被始速度不一致。,Ionization,APCI),四、等离子体解析质谱(Plama Desorption,PDMS),加成反应 BH+M BHM+或 BMH+,但导致分辨率较低的主要原因是离子源得到离子的能量色散作用,即分子的热运动的影响,使得离子的被始速度不一致。,二、四极杆质量分析器(Quadrupole Mass Analyser),半径为re圆弧上,电场强度为:,不同能量下获得的苯甲酸的质谱图,不同能量下获得的苯甲酸的质谱图,即:,离子在扇形磁场中的运动,则上式在直角坐标系展开为:在四极场中任一点的电场为:,样品涂布于0.,电子能量对质谱图的影响,不同能量下获得的苯甲酸的质谱图,大分子量分子。B为磁场强度,r为离子的运动半径,即磁场的半径,10,二、化学电离,(Chemical Ionization,CI),利用反应气体的离子与样品分子相互反应,而使样品分子离子化,本质是化学过程,故称化学电离。,离子出品的缝隙减小,使高子室内的压力保持在,0.5-1.0Torr,。,电子轰击化学电离气体,不直接作用于样品分子。,推斥电极电压:,0V,,增加源内停留时间,有利于离子,-,分子反应。,化学电离试剂:甲烷、异丁烷、氨气,氢气,水、甲醇、胺等。,二、化学电离(Chemical Ionization,C,11,以甲烷为例,化学电离源内的有关离子,-,分子反应,,CH,4,+e CH,4,+,+CH,3,+,+CH,2,+,+CH,+,+C,+,+H,2,+,+H,+,CH,4,+,+CH,4,CH,5,+,+CH,3,CH,3,+,+CH,4,C,2,H,5,+,+H,2,CH,5,+,+XH XH,2,+,+CH,4,C,2,H,5,+,+XH XH,2,+,+C,2,H,4,C,2,H,5,+,+XH X,+,+C,2,H,6,化学电离离子,-,分子反应常见类型,质子转移反应,BH,+,+M MH,+,+B,氢负离子转移反应,BH,+,+M M-H,+,+BH,2,电荷交换反应,B,+,+M B,+M,+,加成反应,BH,+,+M BHM,+,或,BMH,+,以甲烷为例,化学电离源内的有关离子-分子反应,化学电离离子,12,在四极场中任一点的电场为:,MH+,MH+nM+,a,q都是交直流电压幅值、频率和时间的函数,可由仪器设定和调节,r0 是仪器中心到四极杆的径向距离,其值是确定的。,五、基质辅助激光解吸电离(Matrix Assisted Laser Desorption,脉冲结束后,所有受激离子诱导的镜像电流在接收电路上形成各自的阈衰减信号;,快速地适合高低含量水溶液的流动相,可作梯度分析。,如果其值恰好处于扫描线和稳定区的两个边界交点(A,A)之间,则该离子落在稳定区之内。,改变u/V 的比值,扫描线斜率变化,增加,AA长度减小,即能够稳定的离子减小,分辨率增加。,对于蛋白质,产生的多电荷离子为:M+nHn+,系列离子,相当于将质谱仪的质量范围放大的n倍。,包括:储气室,飞行管长度L,到达检测器的时间为:,用途:固体样品或高沸点液体。,266nm,337nm,355nm,2.,基质吸收激光束能量后汽化,部分试样分子伴随基质的汽化而解吸。,化学电离离子-分子反应常见类型,在磁场作用下,离子在垂直于磁场的圆形轨道上作回旋运动,其回旋频率 仅于磁场强度 B 和离子的质荷比m/z有关:,放射性同位素(252Cf)的核裂变碎片作为被级粒子轰击样品使其电离。,对于蛋白质,产生的多电荷离子为:M+nHn+,系列离子,离子阱中引入10-3 Torr 氦气,使离子运动受到阻尼,提高离子轨迹的稳定性,进而提高仪器的分辨率和灵敏度。,各处的a/q比值都为常数,即 u/V=a/q 亦为常数。,等离子体与样品分子反应,生成MH+或MH准分子离子。,离子出品的缝隙减小,使高子室内的压力保持在0.,三、二次离子质谱,(Second Ion Mass Spectrometry,SIMS),快原子轰击,(Fast Atom Bombardment,FAB),Ar,原子,快离子轰击,(Fast Ion Bombardment,FIB)Cs,离子,FAB,:,Ar,与被加速到,20kV,的,Ar,+,进行弹性碰撞,使,Ar,获得相应的动能,射向样品靶,产生轰击作用。,FIB,:,Cs,+,由,CsI,加热后放出来,然后通过电场加速到,20kV,,射向样品靶,产生轰击作用。,适用于极性分子的分析,生物分子,质量在,2000,以内。,在四极场中任一点的电场为:三、二次离子质谱(Second I,13,基质的作用:,一般为强极性分子,对快原子或快离子有较强的吸收能力,可使进样品溶液溶解,溶剂挥发后,基质结晶,样品均匀分布于该结晶体中,轰击时一起蒸发。,基质,分子量,沸点,C,背景离子,应用,甘油,92,182/20mm,MH,+,MH+nM,+,普通基质,硫甘油,108,118/5mm,M-H,2,O,+,MH+nM,+,肽、抗生素,间硝基苄醇,153,175/3mm,MH,+,MH+nM,+,肽、蛋白质,二乙醇胺,105,217/150mm,MH,+,MH+nM,+,多糖,三乙醇胺,149,190/5mm,MH,+,MH+nM,+,多糖
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