质谱分析技术简介资料下载.pdf

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如多肽如多肽H2N-RGASRR-OH+H+H3N-RGASRR-OH（MH+）

（2）离子化方法和离子源）离子化方法和离子源MH+702.4MH22+351.7RelativeInt.（%）50750m/z脱质子化脱质子化（deprotonation）:

MM-H-酚、羧酸、磺酸等酸性物质，易失去质子形成稳定的负离子。

酚、羧酸、磺酸等酸性物质，易失去质子形成稳定的负离子。

如如唾液酸唾液酸（Sialicacid）:

是是9-碳单糖的衍生物。

碳单糖的衍生物。

M-H-308.1RelativeInt.（%）10330m/z阳离子加合物阳离子加合物（Cationization）:

M+Na+MNa+（或或K+,NH4+）排斥电子排斥电子（electronejection）:

M-e-M+低分子量的非极性化合物，如蒽低分子量的非极性化合物，如蒽C14H10。

常见于。

常见于EI源。

源。

捕捉电子捕捉电子（electroncapture）:

M+e-M-.具有强电子亲合力的化合物，如卤化物等。

具有强电子亲合力的化合物，如卤化物等。

荷电分子直接转化为气相荷电分子直接转化为气相（transferofachargedmoleculetothegasphase）:

离子化方法离子化方法优点优点缺点缺点质子化质子化（正离子）（正离子）很多化合物可以接受质子；

很多化合物可以接受质子；

适用于多种离子源，如适用于多种离子源，如ESI,APCI,FAB,MALDI。

某些化合物如糖类等的质某些化合物如糖类等的质子结合物不够稳定或不易子结合物不够稳定或不易接受质子接受质子脱质子化脱质子化（负离子）（负离子）适用于酸性物质；

适用于酸性物质；

适用于多种离子源。

受化合物物种的限制受化合物物种的限制阳离子加合物阳离子加合物（正离子）（正离子）很多化合物形象很多化合物形象K+、Na+和和NH4+的加合物；

的加合物；

不适用于串联质谱；

不产不适用于串联质谱；

不产生片段离子生片段离子排斥电子排斥电子（正离子）（正离子）常见于电子轰击源常见于电子轰击源（EI）产生过多的碎片离子；

难产生过多的碎片离子；

难以确定最高质量的离子是以确定最高质量的离子是不是分子离子。

不是分子离子。

捕捉电子捕捉电子（负离子）（负离子）同上同上同上同上荷电分子直接转荷电分子直接转化为气相（正或化为气相（正或负离子）负离子）适用于多种离子源。

只适用带电的化合物只适用带电的化合物各种离子化方法的优缺点各种离子化方法的优缺点离子源离子源作用：

作用：

将被分析的样品将被分析的样品分子分子电离成带电的电离成带电的离子离子，并使这并使这些离子在会聚成有一定几何形状和能量的离子束些离子在会聚成有一定几何形状和能量的离子束。

种类：

硬源：

如如EI。

离子化能量高，伴有化学键的断裂，谱图复杂，。

离子化能量高，伴有化学键的断裂，谱图复杂，可得到分子官能团的信息，可得到分子官能团的信息，软源：

软源：

如如CI,FI,FD,FAB,APCI,ESI,TSP,LD,MALDI离子化能量低，产生的碎片少，谱图简单，可得到分子离子离子化能量低，产生的碎片少，谱图简单，可得到分子离子峰，即得到分子量信息，峰，即得到分子量信息，气相源：

气相源：

如如EI,CI,FI解吸源：

解吸源：

如如FD,FAB,APCI,ESI,TSP,LD,MALDI常见离子源常见离子源离离子子源源简简称称离离子子化化试试剂剂最初应最初应用年份用年份电子轰击离子化电子轰击离子化（electronbombionization）EI高能电子高能电子1920化学电离化学电离（chemicalionization）CI试剂离子试剂离子1965场电离场电离（fieldionization）FI高电势场高电势场1970场解吸场解吸（fielddesorption）FD高电势场高电势场1969快原子轰击快原子轰击（fastatombombandment）FAB快原子或离子束快原子或离子束1981电喷雾离子化电喷雾离子化（electrosprayionization）ESI荷电微粒能量荷电微粒能量1984基质辅助激光解吸基质辅助激光解吸（matrix-assistedlaserdesorptionionization）MALDI激光束激光束1988电子轰击电离源电子轰击电离源（EI）采用高速采用高速（高能高能）电子束冲击样品电子束冲击样品，从而产生从而产生电子和分子离子电子和分子离子M+：

M+eM+2e高能电子束产生的分子离子高能电子束产生的分子离子M+将将进一步裂解进一步裂解，释放出部分能量释放出部分能量，并产生质量较小的并产生质量较小的碎片离子和中碎片离子和中性自由基性自由基：

M+M1+N1M2+N2加速加速加速加速聚焦聚焦eM特点：

特点：

使用最广泛使用最广泛，谱库最完整；

电离效率高；

结构简单谱库最完整；

结构简单，操作操作方便；

但分子离子峰强度较弱或不出现方便；

但分子离子峰强度较弱或不出现（因电离能量最高因电离能量最高）。

化学电离源化学电离源（CI）离子化过程：

离子化过程：

甲烷甲烷首先在电子轰击下首先在电子轰击下被电离被电离：

CH4+CH4+CH3+CH2+CH+C+H+甲烷离子与分子进行反应甲烷离子与分子进行反应，生成生成加合离子加合离子：

CH4+CH4CH5+CH3CH3+CH4C2H5+H2离子化机理：

离子化机理：

样品分子在承受电子轰击前，被一种反应气样品分子在承受电子轰击前，被一种反应气（通通常是常是CH4）稀释，稀释比例约为稀释，稀释比例约为104:

1，因此样品分子与电子的，因此样品分子与电子的碰撞几率极小，所生成的样品分子离子主要经过碰撞几率极小，所生成的样品分子离子主要经过离子离子-分子分子反应反应组成。

组成。

加合离子与样品分子反应：

CH5+MMH+CH4C2H5+MMH+C2H4CH5+M（M-H）-CH4+H2C2H5+M（M-H）-C2H6复合反应：

复合反应：

CH5+M（M+CH5）+（M+17）+C2H5+M（M+C2H5）+C2H4（M+29）+（M+1）+（M-1）-一系列准一系列准分子离子分子离子EICI准分子准分子离子离子（M+1）+分子离分子离子子M+CI和和EI所获得到质谱图比较所获得到质谱图比较CICI的特点：

的特点：

电离能小电离能小，质谱峰数质谱峰数少少，图谱简单；

图谱简单；

准分子离子准分子离子（M+1）+峰峰大大，可提供分子量这可提供分子量这一种要信息；

一种要信息；

不适用于难挥发不适用于难挥发，热热不稳定或极性较大的不稳定或极性较大的有机物分析有机物分析。

场致电离源场致电离源（FI）离子化机理：

应用强电场诱应用强电场诱导样品电离：

导样品电离：

（电压：

电压：

710kV，d1mm）离子化过程：

样品蒸汽邻近样品蒸汽邻近或接触带高的正电位的阳极或接触带高的正电位的阳极尖端时尖端时,由于高曲率半径的尖由于高曲率半径的尖端处产生很强的电位梯度端处产生很强的电位梯度,使使样品分子电离样品分子电离。

FI与与EI所产生的质谱图对比所产生的质谱图对比FI特点：

电离温和，碎片少，主要产生分子离子电离温和，碎片少，主要产生分子离子M+和和（M+1）+峰。

峰。

EIFI场解吸电离源场解吸电离源（FD）过过程：

程：

样品溶液涂于发射样品溶液涂于发射器表面器表面强电场强电场分子电离分子电离奔向阴极奔向阴极引入磁场引入磁场特特点：

点：

特别适于非挥发性且分子量特别适于非挥发性且分子量高达高达10,0000的分子的分子;

样品只产生分子离子峰和准样品只产生分子离子峰和准分子离子峰分子离子峰，谱图最为简单谱图最为简单。

EIFIFD快原子轰击电离源快原子轰击电离源（FAB）过程：

过程：

稀有气体稀有气体（如氙或氩电离如氙或氩电离）通过电场加速获得高通过电场加速获得高动能动能快原子快原子快原子撞击涂在金属板上的样品快原子撞击涂在金属板上的样品样品分样品分子电离子电离二次离子二次离子电场作用下电场作用下，离子被加速后离子被加速后通过狭通过狭缝进入质量分析器缝进入质量分析器。

分子离子和准分子离分子离子和准分子离子峰强；

子峰强；

碎片离子峰也很丰富；

适合热不稳定适合热不稳定、难挥难挥发样品分析；

发样品分析；

样品涂在金属板上的样品涂在金属板上的溶剂也被电离溶剂也被电离，谱图谱图复杂化复杂化。

结构：

喷嘴喷嘴（金属或镀金属的毛细管金属或镀金属的毛细管），雾化气，干燥气，雾化气，干燥气原理：

原理：

喷雾喷雾蒸发蒸发电压电压电喷雾电离电喷雾电离（ESI）（ESI）离子在电压差和压力差的驱使下向下游移动离子在电压差和压力差的驱使下向下游移动ESI过程：

形成带电的液滴形成带电的液滴溶剂蒸发和液滴破碎溶剂蒸发和液滴破碎形成气态离子形成气态离子带电离子形成带电离子形成Taylor锥锥形成液滴形成液滴液滴破碎液滴破碎ESI的特点：

电喷雾源属软电离技术，只产生分子离子，不产电喷雾源属软电离技术，只产生分子离子，不产生碎片离子。

生碎片离子。

产生的离子常常带有多电荷，尤其是生物大分子。

适用于强极性，大分子量的样品分析，如肽，蛋适用于强极性，大分子量的样品分析，如肽，蛋白质，糖等。

白质，糖等。

主要用于液相色谱主要用于液相色谱-质谱联用仪。

质谱联用仪。

ESI使蛋白质产生多个带多电荷离子使蛋白质产生多个带多电荷离子数个带多电荷离子经数学数个带多电荷离子经数学转换，得到分子离子转换，得到分子离子NanoESIESI:

100L/minNanoESI:

100nL/min雾化效率更高雾化效率更高试剂试剂/试样消耗量更少。

试样消耗量更少。

HeQHetal.FabricationofaPSmicrofluidicchipcoupledtoESIMSforproteinanalysis,J.Chromatogr.B,2015,990:

96-103一体化一体化PS微流控芯片（集成电喷雾金薄膜电极、酶）微流控芯片（集成电喷雾金薄膜电极、酶）PS通道选择性修饰、固定胰蛋白酶通道选择性修饰、固定胰蛋白酶细胞色素细胞色素C在线酶解在线酶解-ESI-MS分析分析离子化原理：

离子化原理：

用小分子有机物作为基质用小分子有机物作为基质,样品与基质样品与基质混合混合1:

（102-105）干燥干燥、送入离子源内送入离子源内真空下真空下，激光辐照激光辐照基质吸收激光能量基质吸收激光能量,并转变成基质离子并转变成基质离子样品与基质样品与基质离子离子碰撞碰撞过程中过程中,并并离子化离子化。

基质辅助激光解吸电离基质辅助激光解吸电离（Matrix-AssistedLaserDesorptionIonization,MALDI）特点：

用于生物大分子，主要产生特点：

用于生物大分子，主要产生M+H+和和M-H-加和离子。

加和离子。

MALDI中的基质通常是有机小分子中的基质通常是有机小分子，能有效地吸收能有效地吸收激光照射的能量激光照射的能量。

基质应具有的功能：

吸收能量；

使被分析物（如生物大分子）彼此分离。

生物大分使被分析物（如生物大分子）彼此分离。

生物大分子与极大数量的基质混合，从而使原本比较强的分子子与极大数量的基质混合，从而使原本比较强的分子间作用力得到消弱；

间作用力得到消弱；

帮助分析物离子化。

常见的常见的MALDI基质基质MALDI法的优点：

法的优点：

属于软电离，通常形成单电荷离子，可以提供完整分子属于软电离，通常形成单电荷离子，可以提供完整分子离子峰，提供完整的分子量信息，对蛋白质的鉴定非常有离子峰，提供完整的分子量信息，对蛋白质的鉴定非常有用。

（可检测到的质量范围达用。

（可检测到的质量范围达300,000）抗基质干扰能力强，适用于较复杂样品的分析。

抗基质干扰能力强，适用于较复杂样品的分析。

高灵敏度，可达高灵敏度，可达pmol，甚至，甚至amol的水平检测。

的水平检测。

MALDI法的缺点：

法的缺点：

准确度不够高，只能精确值小数点后两位；

不适于低分子量检测。

原因：

基质盐分干扰（基质峰主要出现原因：

基质盐分干扰（基质峰主要出现m/z7001000）；

）；

仪器本身的精度。

质量分析器位于离子源和检测器之间，依据不同的质量分析器位于离子源和检测器之间，依据不同的方式将样品离子按照质荷比方式将样品离子按照质荷比m/z分开。

分开。

主要类型：

（3）质量分析器）质量分析器磁分析器（磁分析器（MagneticSector）（包括单聚焦和双聚焦）（包括单聚焦和双聚焦）离子肼分析器离子肼分析器（IonTrap）飞行时间分析器飞行时间分析器（Time-of-Flight,TOF）四极滤质分析器四极滤质分析器（Quadrupole）傅立叶转化离子回旋共振分析器（傅立叶转化离子回旋共振分析器（FourierTransformIonCyclotronResonance,FT-ICR）以上分析器的变型和组合，如以上分析器的变型和组合，如Quad-TOF，TOF-TOF单聚焦磁质量分析器单聚焦磁质量分析器依据离子在磁场的运动行为依据离子在磁场的运动行为，将不同质量的离子分开将不同质量的离子分开进入分析器前进入分析器前，加速离子的动能为：

加速离子的动能为：

mv2=2zV进入分析器后进入分析器后，在磁场在磁场H作用下作用下，改作圆周运动改作圆周运动，只有离心只有离心力与向心力相等时力与向心力相等时，离子才能飞出弯曲区离子才能飞出弯曲区，即按曲线轨迹即按曲线轨迹飞行飞行。

HzvRmv=2VrHzm222=f离离f向向质谱方程式：

质谱方程式：

方向聚焦：

相同方向聚焦：

相同质荷比质荷比，入射方入射方向不同的离子会向不同的离子会聚；

聚；

分辨率不高分辨率不高，适适合于能量分散较合于能量分散较小的离子源小的离子源。

双聚焦磁质量分析器双聚焦磁质量分析器为了消除离子能量分散对分辨率的影响为了消除离子能量分散对分辨率的影响，通常在扇型磁通常在扇型磁场前附加一个扇型电场场前附加一个扇型电场（静电分析器静电分析器），进入电场的离进入电场的离子受到一个静电力的作用子受到一个静电力的作用，改做圆周运动：

改做圆周运动：

e2RmEz=EzmRe2=方向聚焦：

相同质荷比方向聚焦：

相同质荷比，入射方向不同的离子会聚入射方向不同的离子会聚。

能量聚焦：

相同质荷比能量聚焦：

相同质荷比，速度速度（能量能量）不同的离子会聚不同的离子会聚。

静电分析器将具有相同速度静电分析器将具有相同速度（或能量或能量）的离子分成一类；

的离子分成一类；

进入磁分析器后进入磁分析器后，再将具有相同质荷比而能量不同的离子再将具有相同质荷比而能量不同的离子进行分离进行分离。

分辨率高分辨率高，但体积大但体积大。

四极杆质量分析器四极杆质量分析器特点：

结构简单结构简单、体积小体积小，分析速度快分析速度快，适合与色谱联用适合与色谱联用分辨率较高分辨率较高（比磁分析器略低比磁分析器略低）准确度和精密度低于磁偏转分析器准确度和精密度低于磁偏转分析器，对质量较高的离子有对质量较高的离子有质量歧视反应质量歧视反应。

离子阱质量分析器离子阱质量分析器双曲线表面的中心环形电极和两个端盖电极形成一个势双曲线表面的中心环形电极和两个端盖电极形成一个势阱阱构成可变电场构成可变电场（与四极质量分析仪相似与四极质量分析仪相似）带电离带电离子在一定轨道上旋转子在一定轨道上旋转改变电压改变电压可使相同可使相同m/z离子离子依次离开进入电子倍增器而分离依次离开进入电子倍增器而分离。

飞行时间质量分析器飞行时间质量分析器利用从离子源飞出的离子其动能基本相等利用从离子源飞出的离子其动能基本相等，但在加速电但在加速电压作用下压作用下，不同不同m/z的离子飞行速率不一样：

的离子飞行速率不一样：

mzVv2=zVmLt2=质荷比小的离子飞行速度快质荷比小的离子飞行速度快，通过不同通过不同m/z的离子到达检的离子到达检测器的时间不同而被检测测器的时间不同而被检测。

结构简单结构简单、扫描速率快扫描速率快、灵敏度高灵敏度高、质量范围宽质量范围宽。

用于用于ESI的典型质量分析器一般性能比较的典型质量分析器一般性能比较QuadrupoleIontrapTOFMagneticSectorFT-ICRQ-TOFAccuracy0.01%（100ppm）0.01%（100ppm）0.02to0.2%（200ppm）0.0005%（5ppm）0.0005%（300,000sssScanspeedssms10,00010,00010,000TandemMSMS2（triplequad）MSnMSMS2MSnMS2（4）离子检测器）离子检测器电子倍增器电子倍增器闪烁检测器闪烁检测器法拉第杯法拉第杯照相检测照相检测电子倍增器电子倍增器3、质谱仪、质谱仪傅立叶变换质谱仪傅立叶变换质谱仪（FT-MS）与与MALDI，尤其是，尤其是ESI新的离子化方式结合，新的离子化方式结合，FT-MS技术得技术得以复兴。

以复兴。

ESI-FT-MS在低质量段具有很高的分辨率，用于有在低质量段具有很高的分辨率，用于有机小分子或生物大分子的机小分子或生物大分子的MS以及以及MS/MS测定。

测定。

核心：

离子室根据离子回旋共振现象设计，离子可以在限离子室根据离子回旋共振现象设计，离子可以在限定轨道内做周期性圆周运动。

定轨道内做周期性圆周运动。

优点优点：

（1）扫描速度快；

（）扫描速度快；

（2）灵敏度高；

（）灵敏度高；

（3）分辨率）分辨率好；

（好；

（4）可进行多级质谱）可进行多级质谱MSn分析。

分析。

缺点缺点：

（：

（1）价格昂贵（）价格昂贵（500万）；

（万）；

（2）维护成本高（单）维护成本高（单液氦液氦20万万/年）年）MALDITOF/TOFMS适用于分子量大于适用于分子量大于2000的生物大分子如多肽、蛋白质分析。

的生物大分子如多肽、蛋白质分析。

分析速度快；

灵敏度高；

抗干扰能力强；

谱图简单分析速度快；

谱图简单（单电荷，以准分子离子峰为主）。

（单电荷，以准分子离子峰为主）。

准确度相对较低（只能准确至小数点后两位）准确度相对较低（只能准确至小数点后两位）GC-MS适用于易挥发、低分子量的有机化合物分析。

适用于易挥发、低分子量的有机化合物分析。

准确度高分析速度快；

准确度高（能准确至小数（能准确至小数点后四位）点后四位）缺点缺点：

只适用于易挥发的组分分析只适用于易挥发的组分分析LC-MS应用范围广，采用应用范围广，采用ESI离子源，可分析有机小分子，也可分离子源，可分析有机小分子，也可分析多肽、蛋白质（先裂解成多肽）等生物大分子析多肽、蛋白质（先裂解成多肽）等生物大分子二、聚合物聚合物（PEG2000）和蛋白质和蛋白质（BSA）的的MALDI质谱分析实验质谱分析实验主要内容主要内容1、MALDI-TOF/TOFMS质谱仪的简介及原理质谱仪的简介及原理2、MALDI质谱的研究对象质谱的研究对象3、样品的制备流程、样品的制备流程4、数据采集、数据采集5、MALDI谱图解吸谱图解吸6、MALDI对样品的要求对样品的要求MatrixAssistedLaserDesorptionIonization（MALDI）TimeofFlight（TOF）MassSpectrometer（MS）MALDI-TOF-MS基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪1、MALDI-TOF/TOF质谱仪的简介及原理质谱仪的简介及原理MALDI工作原理工作原理用用激光激光照射样品与基质形成的共结晶薄照射样品与基质形成的共结晶薄膜膜，基质从激光中吸收能量，基质从激光中吸收能量传递传递给样品给样品分子，而电离过程中将质子转移到样品分子，而电离过程中将质子转移到样品分子，而使样品分子分子，而使样品分子电离电离的过程。

的过程。

基质的作用基质的作用：

1）把样品分子彼此分）把样品分子彼此分开开，减，减弱样品分子之弱样品分子之间的相互作用间的相互作用（稀释稀释样品样品）；

2）基质吸收激光的能）基质吸收激光的能量，并将部分量，并将部分能量传能量传递递给样品；

给样品；

3）帮助样品离子化帮助样品离子化。

测定离子的测定离子的质荷比质荷比（M/Z）与离子的飞行时间成正比）与离子的飞行时间成正比，检测离子。

检测离子。

即即m/z越大的离子，飞行的速度越慢，到越大的离