《质谱的历史》ppt课件

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1、质谱的历史及AB SCIEX质谱的发展进程,赵贵平,质谱的功能,质谱图,质谱发展的开始,世界上第一台真正意义上的质谱分析器磁式质谱,质谱年签,19世纪末，E.Goldstein在低压放电实验中观察到正电荷粒子，随后W.Wein发现正电荷粒子束在磁场中发生偏转，这些观察结果为质谱的诞生提供了准备。 1912年，英国物理学家Joseph John Thomson研制出世界上第一台质谱仪（1906年诺贝尔物理学奖获得者、英国剑桥大学教授）。 1917年，电喷雾物理现象被发现（并非为了质谱）。 1918年，Dempster 180磁扇面方向聚焦质谱仪； 1935年，马陶赫(Marttauch)和赫佐格

2、(R. Herzog)根据他们的双聚焦理论，研制出双聚焦质谱仪。 1940年，尼尔(Nier)设计出单聚焦磁质谱仪，又于1960年设计并制成了一台小型的双聚焦质谱仪。 1942年，第一台商品质谱仪。 1953年，由鲍尔(Paul)和斯坦威德尔(Steinwedel)提出四极滤质器；同年，由威雷(Wiley)和麦克劳伦斯(Mclarens)设计出飞行时间质谱仪原型。,质谱年签,1954年，英格拉姆(Inghram)和海登(Hayden)报道的Tandem系统，即串联的质谱系统(MS/MS)。 1955年，Wiley & Mclarens 飞行时间质谱仪。 1960年，开发GC/MS。 1974年

3、，回旋共振质谱仪。 1979年，传送带式LC/MS接口成为商业产品。 1982年，离子束LC/MS接口出现。 1984年，第一台电喷雾质谱仪宣告诞生。 1988年，电喷雾质谱仪首次应用于蛋白质分析。 1989年，Hens G. Dohmelt和 W. Paul,因离子阱（Ion trap)的应用获诺贝尔物理奖。 2002年，J. B. Fenn 和田中耕一因电喷雾电离（electron spray ionization, ESI）质谱和基质辅助激光解吸电离(matrix-assisted laser desorption ionization, MALDI)质谱获诺贝尔化学奖。,质谱发展史上具

4、有里程碑式的人物,质谱发展史上具有里程碑式的人物,John Dalton (1766-1844),英国化学家/物理学家,电喷雾现象 1917首次发现,历史上的质谱图-甲烷分子的精确质荷比,质谱的分类-有机质谱,气相色谱-质谱联用仪（GC-MS） 气相色谱-四极杆质谱仪 气相色谱-飞行时间质谱仪 气相色谱-离子阱质谱仪 气相色谱-双聚焦磁式质谱仪 液相色谱-质谱联用仪（LC-MS） 液相色谱-四极杆质谱仪 液相色谱-离子阱质谱仪 液相色谱-飞行时间质谱仪 其他有机质谱仪，主要有： 基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪（MALDI-TOFMS） 富立叶变换质谱仪（FT-MS）,质谱的分类-无机质谱,火花

5、源双聚焦质谱仪。 感应耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）。 二次离子质谱仪（SIMS） 辉光放电同位素质谱仪 离子探针质谱仪 激光探针质谱仪,质谱的分类-其它质谱,稳定同位素稀释质谱仪 呼气质谱仪 氦质谱检漏仪,质谱电离方式-电子轰击电离EI,样品分子被打掉一个电子形成分子离子。 分子离子进一步发生化学键断裂形成碎片离子。 分子离子发生结构重排形成重排离子。 通过分子离子反应生成加合离子,质谱电离方式-化学电离源-CI,在电子轰击下，甲烷首先被电离:,质谱电离方式-快原子轰击源FAB,氩气在电离室依靠放电产生氩离子，高能氩离子经电荷交换得到高能氩原子流，氩原子打在样品上产生样品离子,质谱电离方

6、式-电喷雾源ESI,形成带电小液滴 溶剂蒸发 形成带电气相离子,质谱电离方式-大气压化学电离源APCI,形成气溶胶 电离小分子 电荷传递，样品电离,质谱电离方式-基质辅助激光解吸电离MALDI,被分析的样品置于涂有基质的样品靶上,激光照射到样品靶上,基质分子吸收激光能量，与样品分子一起蒸发到气相并使样品分子电离 它比较适合于分析生物大分子，如肽、蛋白质、核酸等。得到的质谱主要是分子离子，准分子离子,质量分析器-聚焦磁式质量分析器,单聚焦分析器的主体是处在磁场中的扁形真空腔体。离子进入分析器后，由于磁场的作用，其运动轨道发生偏转改作圆周运动 m/z=2.1*10-4R2B2/V,质量分析器-四极

7、杆质量分析器,四极杆分析器由四根棒状电极组成。电极材料是镀金陶瓷或钼合金。相对两根电极间加有电压（Vdc+Vrf），另外两根电极间加有-（Vdc+Vrf）。其中Vdc为直流电压，Vrf为射频电压。四个棒状电极形成一个四极电场,四极杆质量分析器原理,四极杆马修（(Mathieu）微分方程及马修稳定区曲线,质量分析器-飞行时间质量分析器,1/2 mv2=eV 或 v=(2eV/m)1/2 m：离子的质量 e：离子的电荷量 V：离子加速电压 T=L(m/2eV)1/2,质量分析器-3D离子阱质量分析器,离子阱的主体是一个环电极和上下两端盖电极，环电极和上下两端盖电极都是绕Z轴旋转的双曲面，并满足r2

8、0=2Z20（ r0 为环形电极的最小半径，Z0为两个端盖电极间的最短距离）。直流电压U和射频电压Vrf加在环电极和端盖电极之间，两端盖电极都处于地电位。,离子在离子阱内的运动遵守所谓马蒂厄微分方程，也有类似四极杆分析器的稳定图。在稳定区内的离子，轨道振幅保持一定大小，可以长时间留在阱内，不稳定区的离子振幅很快增长，撞击到电极而消失。对于一定质量的离子，在一定的U和Vrf下，可以处在稳定区。改变U或Vrf的值，离子可能处于非稳定区。如果在引出电极上加负电压，可以将离子从阱内引出，,质量分析器-线性离子阱质量分析器,Exit Lens with Grid,同步梯度电场 EXB,质量分析器-傅立叶

9、变换离子回旋共振分析器,质荷比m/e的离子进入磁感应强度为B的磁场中，受磁场力的作用，离子作圆周运动，如果没有能量的损失和增加，圆周运动的离心力和磁场力相平衡，即： mv2/R=Bev v2/R=Be/m =Be/m 为离子运动的回旋频率（单位为弧度/秒）。 离子的回旋频率与离子的质荷比成线性关系，当磁场强度固定后，只需精确测得离子的共振频率，就能准确的得到离子的质量。测定离子共振频率的办法是外加一个射频辐射，如果外加射频频率等于离子共振频率，离子就会吸收外加辐射能量而改变圆周运动的轨道，沿着阿基米德螺线加速，离子收集器放在适当的位置就能收到共振离子,质量分析器-静电离子轨道阱质量分析器,质量

10、分析器工作时，两个电极之间形成静电场。当高速运动带电离子进入Orbitrap内，在静电作用下围绕中心电极做圆周轨道运动，不同的离子在z方向形成不同频率z与（m/z）1/2 成正比。检测器检测离子运动形成的电势，经过信号放大和快速傅立叶变换后形成频谱，经过处理最后形成质谱。Orbitrap质量分析器形状如同纺椎，纺椎内有一个内心电极，两个半纺锥体构成外套电极,液质联用仪的接口故事,1972年，连续流动快原子轰击接口-液体直接导入接口 液相色谱的流动相没着进样杆流动，通过一直径为3.5微米的针孔，使液体射入CI离子源（真空），进行电离。 接口简单，价格低，能用于非挥发性和热不稳定物的分析 需要大量

11、分流流动相，CI源的维护问题-灯丝/清洗等 1977年，传送带式接口 流动相连续由传送带送入，通过两个不同的泵和真空阀在减压条件下加热除去流动相，样品闪蒸解离进入离子源-EI/CI/FAB（真空），进行电离。 承受流量大，非挥发性缓冲液可以从传送带上除去，对样品的收集率和富率较高。 传送带有记忆效应，不易消除，检测信号的背景高，只能分析热稳化合物,液质联用仪的接口故事,1982年，离子束接口 液相色谱的流动相在常压下借助雾化产生气溶胶，气溶胶扩展进入加热的去溶剂室，此时待测分子通过一个动量分析器与溶剂分离，然后经一根加热的传送管进入质谱的离子源（真空）进行电离。 分析范围比热喷雾接口更宽，将电

12、离过程与溶剂分离过程分开，主要用于分析非极性或中等极性，分子量小于1000的化合物。 灵敏度不稳定，动态范围窄，两种化合物的协同洗脱会对响应产生不可预测的效应，离子化手段仍然是电子轰击，不适于分析热不稳定的化合物。,液质联用仪的接口故事,1987年，热喷雾接口 将流动相通过电阻加热毛细管导入加热离子室，毛细管内径约0.1mm，比液体直接导入接口的取样孔大。毛细管的温度调节到溶剂部分蒸发的程度，产生蒸汽超声喷射，在含有水溶剂的情况下，喷射中有带电荷小液滴的雾状物。由于离子室是加热的，并由前级真空泵预抽真空，当液滴经过离子源时，继续蒸发变小，有效地增加了荷电液滴的电场梯度，最终使其成为自由离子而从

13、液滴表面释放出去，通过取样锥孔进入质谱。 可以减少进入质谱的溶剂量，对不挥发的分析物分子也可电离，可以接受的溶剂流量大致范围为0.5-2.5ml/min,但不允许有不挥发性缓冲溶液。 重现性较差，受溶剂成份、取样杆温度及离子源温度影响，对分析物要求有一定的极性，流动相中要有一定量的水。热不稳定的化合物易分解。,液质联用仪的接口故事,上世纪80年代未90年代初，大气压电离接口 电喷雾电离源 大气压化学电离源 大气压光致电离源 大气压电离技术的出现，使液质联用技术有了质的突破。,AB SCIEX的质谱年签,1982年,AB Sciex 公司高级科学家J.Henion，T.Covey发明APCI/M

14、S/MS 1987年,AB Sciex 公司高级科学家A.Bruins，T.Covey等发明了大气压离子化技术IonSpray 1989年,世界上第一台商业化API LC-MS/MS串联四极杆质谱仪 1990年,推出了世界上第一台MALDI-TOF MS系统 1995年,推出了世界上第一台台式串联质谱API300TM 1997年,成功地把ESI与TOF技术完美地结合在一起，推出了LC-API/TOF系统 1999年,API3000TM LC-MS/MS系统被LC-MS/MS行业设定为黄金标准 1999年,推出了液相色谱串联四极杆-飞行时间质谱QSTAR QQ-TOF质谱仪,AB SCIEX的质

15、谱年签,2001年,成功地推出了世界上唯一真正的串联飞行时间质谱4700 TOF-TOF系统 2002年,世界上首次实现四极杆技术与线性离子阱技术的组合，成功推出QTRAP 2004年,首次推出组织成像技术，实现组织切片之间质谱分析药物的分布 2005年,推出最新设计的API3200及API3200 QTRAP串联四极杆质谱系统 2006年,首次推出食品安全和环境快速检测平台Cliquid软件 2007年,推出FlashQuantTM Workstation,首次将MALDI-三重四极杆质谱应运于 高通量定量分析 2008年,推出超高灵敏度的QTRAP 5500,实现了定性及定量的完美结合 2

16、009年,推出超高灵敏度的MALDI5800,开创了蛋白质发现的新天地 2011年，推出高性能的5600高分辨串联质谱仪 2012年，推出4500/6500/4600系列质谱仪,AB SCIEX公司质谱产品线,4000 Q TRAP,3200 Q TRAP,复合系统,串联四极杆系统,软件及解决方案,API 4000+,MALDI-TOF/TOF5800,AB SCIEX 2011年和2012年年发布的新产品,Triple TOF 5600+,QTRAP 4500,Triple Quad 4500,Triple Quad 6500,QTRAP 6500,Triple TOF 4600,AB SCIEX的液相产品线,Eksigent纳升液相400,Eksigent微升液相,LC-MALDI液相点靶系统,Eksigent ekspert ultraLC 100-XL,大气压电离技术,