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1、质谱基本原理 美国瓦里安技术中国有限公司上海代表处 2 主要内容 基本原理技术指标质谱仪器结构离子源质量分析器检测器串联质谱扫描模式质谱评分标准离子阱 四极杆 3 1 基本原理 4 质谱 称量离子质量的工具 12units 0units 基本原理 5 12units 质谱 称量离子质量的工具 12units 基本原理 6 8910111213141516 质谱 称量离子质量的工具 12units 12units 基本原理 7 8910111213141516 质谱 称量离子质量的工具 12units 14units 基本原理 8 12units 8910111213141516 mass Nu
2、mberofcounts 质谱 称量离子质量的工具 基本原理 9 质谱分析法主要是通过对样品离子质荷比的分析而实现对样品进行定性和定量的一种方法电离装置把样品电离为离子质量分析装置把不同质荷比的离子分开经检测器检测之后可以得到样品的质谱图 基本原理 10 四极杆作为质量过滤器 m mabove mbelow X X 基本原理 以四极杆质谱为例 11 2 技术指标 12 质量范围 质量范围是质谱仪所能测定的离子质荷比的范围质荷比 m z质量单位 amu或u Da或D 13 不同仪器 四极杆 4000Da离子阱质谱 4000Da磁质谱 10000Da傅立叶变换离子回旋共振质谱仪 FT MS 500
3、00Da飞行时间质谱 无上限不同要求 气相色谱 800Da液相质谱 2000Da生物分子 10000Da或更大 质量范围 14 分辨率 分开两个邻近质量峰的能力 何为分开 若两个相邻峰的峰谷低于峰高的10 或5 50 则认为是分开的 分辨率 15 数学定义 1 m1和m2代表两个相邻峰的质量数 2 m代表某一峰的质量 m代表半峰宽 分辨率 16 质量数为28的三种分子组成的精确质量 若仪器分辨力很低 如RP 200 则对以上三个分子不能分开 混为一峰若要分开以下混合物 则必需有如下分辨力CO C2H4 RP 2 27 994914 28 031299 27 994914 770N2 C2H4
4、RP 3 28 006158 28 031299 28 006158 1100CO N2 RP 1 27 994914 28 006158 27 994914 2490当仪器分辨力达到770时 只能够只分开CO C2H4 当仪器分辨力达到1100时 能够分开CO C2H4和N2 C2H4当仪器分辨力超过2500时 三者全部分开 一般低分辨仪器在2000左右 10000以上时称高分辨 FT MS分辨力可达2百万 17 不同仪器 磁质谱 飞行时间质谱仪 傅立叶变换离子回旋共振质谱仪 分辨率 线性和稳定性好 属高分辨质谱仪离子阱质谱仪 分辨率高 线性低 准高分辨质谱仪 用于判断质谱峰带的电荷数四极杆
5、质谱仪 分辨力低 线性好 不属于高分辨质谱仪 分辨率 18 扫描时间 色谱峰的数据点数目和峰宽以及扫描时间有关较短的扫描时间 可以获得良好的峰型 但是不利于信号采集较长的扫描时间 有助于信号采集 但是峰型不好峰型和信号 二者需折衷考虑 19 高斯分布的色谱峰 理想的高斯峰应有35个数据点 20 同一个色谱峰 但数据点减半 高斯分布的色谱峰 21 7个数据点 22 5个数据点 23 数据点 错误结果 Illustrativedataonly 24 Dwelltime 离子被监测的时间在多残留分析中 缩短dwelltime 可增加同步MRM的通道数10s的色谱峰 dwelltime 6ms MSM
6、S通道时间6ms 50通道 峰的数据点10 1000 12 50 16 三重四极杆 Dwelltime 通道时间 25 离子阱 离子阱质谱的分析模式 Cycletime的组成 1 AGC预扫Pre scan2 ionfilling 离子充满 3 分离母离子和对母离子激发碰撞4 质量分析 将离子抛出阱外检测 只有这一步与扫描速度有关 26 3 质谱仪器结构 27 真空系统 样品入口 检测器 数据系统 质量分析器 离子化方法 大气 质谱仪器结构 28 真空对质谱有何重要性 低真空 高真空 带电离子 检测器 检测器 气体分子 29 GC或LC 接口 有机质谱示意图 质量分析器 检测器 离子源 PC
7、30 极性 分子量 挥发性 31 HPLC与GC的应用差异 32 4 离子源 33 固体样品 液体样品 气体样品 EI CI APCI MALDI ESI APPI 转化成溶液 转化成固体 转化成气体 根据待分析物的化学性质 根据待分析物的化学性质 离子源 将待分析样品电离 得到带有样品信息的离子 34 GCEI 电子电离源 最常用的气相离子源 有标准谱库CI 化学电离源 可获得准分子离子 PCI NCILCESI 电喷雾源 最常用的液相离子源 适用于极性较强的化合物 可用于热不稳定化和物的分析APCI 大气压化学电离源 适用于中等极性或弱极性的小分子量化合物 尤其是含杂原子的化合物 不适合热
8、不稳定或在溶液中容易电离的化合物APPI 大气压光电离源 适用于弱极性的化合物 如多环芳烃等MALDI 基质辅助激光解吸电离 适合于分析生物大分子 主要与TOF联用 离子源 35 EI 电子离子源 36 ESI 电喷雾源 37 毛细管 四极预杆 干燥气 ESI 电喷雾源 38 APCI 大气压化学电离源 39 APPI 大气压光电离源 40 5 质量分析器 41 质量分析器 将离子源产生的离子按m z顺序分开并排列成谱 空间分离质谱 四极杆质量分析器双聚焦分析器 分辨率高 但扫描速度慢 操作 调整比较困难 价格高时间分离质谱离子阱质量分析器 IT 飞行时间质量分析器 TOF 质量范围宽 扫描速
9、度快 灵敏度高傅立叶变换离子回旋共振质谱仪 FT MS 分辨率极高 分析灵敏度高 四极杆和离子阱均属于四极电场原理 42 四极杆质量分析器 43 四极杆作为质量过滤器 m mabove mbelow X X 44 双聚焦质量分析器 45 离子阱质量分析器 46 飞行时间质量分析器 47 6 检测器 48 高能转换打拿极检测器 49 一体化的检测器 50 7 串联质谱仪 51 穿越式四极杆 MS MS是空间串联需要三个四极杆 三级四极杆 离子阱 MS MS是时间串联 仅195通过 仅RF电压 所有离子通过 Ar碰撞解离 扫描100 195子离子 Q1 Q2 Q3 串联质谱仪 52 串联质谱仪 5
10、3 GC MSEI全扫描 利血平 54 LC MS MS 一级MS ESI 二级MS ESI子离子扫描 55 TQvs SQ 来自基质较强的背景干扰 2 4 MCPA MECOPROP 2 4 D DICHLORPROP 2 4 MCPA MECOPROP 2 4 D DICHLORPROP AnalysisinSIMmodeAnalysisinMRMmode SQ LowspecificityandpoorS NTQ Highspecificity reliablequantitation TRACEQUANTITATIONTOOL LC MSapplicationnote15 5ppbon
11、ionsample 56 为什么需要MS MS 更多的结构信息 适合未知化合物的结构解析 LC MS MS 共流出物 相同分子量的化合物提高信噪比 降低检测限提高子离子的选择性复杂基质样品分析 提高定量结果的准确性 57 8 扫描模式 58 扫描模式 FullScan 全扫描 可获得丰富的谱图信息适合未知化合物的结构鉴定 59 扫描模式 SIM 选择离子监控 当全扫描无法满足灵敏度的要求时适合于基质不是很复杂的样品的定量分析 60 扫描模式 SRM 选择反应监控 61 扫描模式 MRM 多级反应监控 SRM MRM适合于较脏 基质复杂的样品 提高灵敏度适合于化合物结构解析 62 MRM扫描方式
12、的特点 多组分同时分析共流出物的分析母离子 子离子关系明确 定性能力强复杂样品 脏样品的分析同位素内标的使用可区分同分异构体 63 64 扫描模式 母离子扫描 适合于含有相同局部结构的不同化合物的鉴定 65 扫描模式 子离子扫描 适合于化合物官能团分析以及化合物的结构解析 66 扫描 中性丢失 适合于含某一官能团的化合物鉴定 如含 OH NH2 67 几种扫描模式 所有扫描模式可通过时间编程应用在同一个运行方法中 FullScan SIM SRM MRM PrecursorScan NeutralLoss 68 9 质谱评分标准 69 欧盟2002 657 EC指令中规定在农药和兽药残留分析中以质谱作为确认方法 必须达到4点的要求 才能满足鉴定一级质谱 一个离子为一点 要满足要求 必须找足4个离子 分析样品时 存在大量基质干扰 完全找出基质不存在而样品存在的4个离子很不容易二级质谱 一个母离子为1点 一个子离子为1 5点 那么确认时只需选择1个母离子和2个子离子即可达到4点的要求 二级质谱很容易到达此要求 质谱评分标准 70 质谱离子与鉴定点 71 质谱离子与鉴定点
