MS(质谱图).ppt

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,*,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,*,一、质谱分析原理,二、仪器与结构,三、联用仪器,质谱法,基本原理与质谱仪,2,灵敏度高，选择性强,GC,分离高效,;,灵敏度高,定量为,主,;,定性仅凭,RT;,二维谱图,(,上,);,MS,结构鉴定能力强,;,灵敏度高,;,求样品纯度高,难以区分异构体,;,SIM/MRM,可准确定量,；,鉴定要,二维谱图,(,中,),；,GC-MS,三维图谱,(,下,),提供,TIC,MS,MC,和,RT,擅长,混合物定性定量,GC-MS,联用前后的变化,考古药物残留物,桦木醇（源于桦皮焦油）,乳香酸（源于乳香）,4,质谱法特点,5,仪器内部结构,三、联用仪器,9,10,11,12,GCMS,载气,分子量小,易被真空泵抽掉,具备,富集样品的特性；,电 离能,(24.6 eV),远高于一 般有机化合物,(10eV,左右,),电离效率相对低于一,般有机化合物,带来的本 底较低,对总离子流的干扰较小,;,分子离子为,m/z 4,低于通常质谱扫 描起始质量,不干扰谱图,电离能为,15.4 eV,，,和一般,有机物电离能接近，相对于氦气，电离效率较高，对总离子流有干扰；,分子量小，通常质谱扫描起始质量不会从,m/zl,开始，在一些应用中，可与氩气交换使用。,1,、,化学惰性；,3,、不干扰质谱图；,2,、,不干扰总离子流检测；,4,、有富集样品的特性。,GC/MS,对载气的要求：,氮气,N,2,氦气,HE,氢气,H2,电离能为,15.6 eV,接近一般有机物电离能，电，离效率较高，对总离子流有干扰。,分子离子,m/z 28,离子较强，与系统残留空气 的氮峰叠加，且,m/z 28,、,29,、,14,和某些化合物的特征 离子重叠，接近通常质谱扫描起始质量，产生高的本底不仅干扰低质量范围质谱图，对离子的相对丰度也会有影 响。,载气的选择,纯度,99.999%,质谱仪结构图,15,电离室结构图,在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行；,离心力,=,向心力；,m,2,/R=H,0,e V,曲率半径：,R,=,（,m,）,/,e H,0,质谱方程式：,m,/,e,=(,H,0,2,R,2,)/2,V,离子在磁场中的轨道半径,R,取决于：,m,/,e,、,H,0,、,V,改变加速电压,V,可以使不同,m,/,e,的离子进入检测器。,质谱分辨率,=,M,/,M,（分辨率与选定分子质量有关,）,加速后离子的动能,:,(1/2),m,2,=,e V,=(2,V,)/(,m,/,e,),1/2,质量分析器原理,Magnetic-Sector Mass Spectrometry,质量分离器,Schematic of a magnetic-sector mass spectrometer,20,色谱,色谱 色谱,-,-,-,四极,质谱仪,（,Agilent,、,QP,、,PE,、,Thermo,）,离子阱,质谱仪,飞行时间,质谱,(Varian,、,Thermo),(Waters,GC-TOF),Agilent,5975,Trace,DSQ,QP 2010,Premier,GCT,Varian,4000,Clarus 600,GC-MS,联用主要台式商品仪器类型,21,质谱仪种类很多，一般以质量分析器分类。根据质量范,围大小和分辨率高低可分为高、中、低档仪器，其结构,特点、适用范围不同，体积、价格也有很大的差异。,MS,种类,四极杆质量分离器,23,+,+,+,+,Ions scanned by varying the DC/RF voltages across the quadrupole rods,Quadruple Mass Analyzer,二、仪器与结构,联用仪器（,THE GC/MS PROCESS,）,Sample,Sample,5890,1.0,DEG/MIN,HEWLETT,PACKARD,HEWLETT,PACKARD,5972A,Mass,Selective,Detector,D,C,B,A,A,B,C,D,Gas Chromatograph(GC),Mass Spectrometer(MS),Separation,Identification,B,A,C,D,26,总离子流图,Total Ion Current,GCMS,中,TIC,图相当于色谱图,EI,源的,TIC,图,GC,的,FID,检测器所得色谱图,每张,MS,图中所有离子的强度,质 谱 图,28,29,质谱术语,30,、分子离子,、同位素离子,、碎片离子,、重排离子,、亚稳离子,、多电荷离子,、负离子,、准分子离子 如,MH+,、,M Na+,、,(M-H)-,、母离子与子离子,、,奇电子离子和偶电子离子,有机质谱中的各种离子,一、分子离子峰,二、同位素离子峰,三、,碎片离子峰,四、奇电子离子峰,五、偶电子离子峰,第二节 离子峰的主要类型,一、分子离子峰,分子电离一个电子形成的离子所产生的峰。,分子离子的质量与化合物的分子量相等。,M+e-M,+2e,位于质谱图的右端，因为,m/e,最大,相对强度取决于分子离子相对于裂解产物的稳定性。,有机化合物分子离子峰的稳定性顺序：,芳香化合物共轭链烯烯烃脂环化合物直链烷烃酮胺酯醚酸支链烷烃醇,分子离子峰的特点,：,一般质谱图上质荷比最大的峰为分子离子峰；有例外。,形成分子离子需要的能量最低，一般约电子伏特。,质谱图上质荷比最大的峰,一定,为分子离子峰吗？,如何确定分子离子峰？,34,35,36,分子离子峰的判别,同位素离子峰,碎片离子峰,在高能量电子源轰击情况下，分子离子处于激发状态，原子间的一些键进一步断裂，产生质量数较低的碎片，获取分子结构的相关信息。,（四）亚稳离子峰,离子离开电离室,到达收集器之前,的过程中，发生分解而形成低质量的离子所产生的峰。（子离子与中性碎片）,40,41,42,43,44,许多元素具有天然同位素，如氯元素有,35,Cl,37,Cl,在分子离子峰、碎片离子峰的右边会产生同位素峰,45,Next Week,46,47,同位素丰度,50,质谱法特点,例如：,CH,4,M=16,12,C+,1,H,4=16,M,13,C+,1,H,4=17 M+1,12,C+,2,H+,1,H,3=17 M+1,13,C+,2,H+,1,H,3=18 M+2,同位素峰,分子离子峰,二、同位素离子峰（,M+1,峰）,由于同位素的存在，可以看到比分子离子峰大一个质量单位的峰；有时还可以观察到,M,+2，,M,+3。；,甲烷的碎片离子峰,有机化合物中常见元素及其天然同位素丰度,54,分子式的确定,1,55,分子式的确定,2,56,分子式的确定,3,57,S,和,C,的同位素峰簇,化合物中含有,Cl,或,Br,时，可以利用,M,与,M+2,比例来确定分子离子峰。,对卤素有机物，,F,、,I,单一同位素,35,Cl,37,Cl 3:1,79,Br,81,Br 1:1,对于多个,Cl,、,Br,化合物，有非常强的,M+2,，,M+4,，,M+6,同位素,离子峰，使用（,a+b,）,n,.a:,轻质同位素丰度,b,：重质同位素丰度,n:,同种卤原子的个数,n=3,（,a+b,）,3,=a,3,+3a,2,b+3ab,2,+b,3,a=3 b=1,=3,3,+3 3,2,1,+3 3,1,2,+1,=27+27+9+1,M,:,M+2,:,M+4,:M+6,27,:,27,:,9,:1,59,Cl,和,Br,的同位素簇,60,61,62,63,同位素离子峰,分子式,化合物中含有,Cl,或,Br,时，可以利用,M,与,M+2,比例来确定分子离子峰。,对卤素有机物，,F,、,I,单一同位素,35,Cl,37,Cl 3:1,79,Br,81,Br 1:1,对于多个,Cl,、,Br,化合物，有非常强的,M+2,，,M+4,，,M+6,同位素,离子峰，使用（,a+b,）,n,.a:,轻质同位素丰度,b,：重质同位素丰度,n:,同种卤原子的个数,n=3,（,a+b,）,3,=a,3,+3a,2,b+3ab,2,+b,3,a=3 b=1,=3,3,+3 3,2,1,+3 3,1,2,+1,=27+27+9+1,M,:,M+2,:,M+4,:M+6,27,:,27,:,9,:1,65,66,N,规则,律,由，组成的有机化合物，,一定是偶数。,由，组成的有机化合物，,奇数，,奇数。,由，组成的有机化合物，,偶数，,偶数。,分子离子峰与相邻峰的质量差必须合理。,The Nitrogen Rule,A molecule with an odd number of nitrogens has an odd molecular weight.,A molecule that contains only C,H,and O or even number of nitrogens has an even molecular weight.,N,H,2,93,138,N,H,2,O,2,N,183,N,H,2,O,2,N,N,O,2,三,、,碎片离子峰,一般有机化合物的电离能为713电子伏特，质谱中常用的电离电压为70电子伏特，使结构裂解，产生各种“碎片”离子。,正己烷,碎片离子峰,正癸烷,74,75,76,77,78,79,常见的特征离子,1,80,常见的特征离子,2,81,82,83,20406080100 120,m/z,m/z,=78,100,80,60,40,20,0,Relative intensity,Some molecules undergo very little fragmentation,Benzene is an example.The major peak corresponds to the molecular ion.,Propylbenzene fragments mostlyat the benzylic position,20406080100 120,m/z,Relative intensity,120,91,CH,2,CH,2,CH,3,100,80,60,40,20,0,EI,有机化合物裂解的一般规律,影响裂解主要因素,影响离子丰度的因素,1,影响离子丰度的因素,2,甲烷的碎片离子峰,奇,/,偶电子离子,91,92,similarity search,谱图检索,EI,70eV,NIST,ID,：化合物在库中的顺序号,CAS,：化学文摘登记号,化合物名称、分子式、分子量,93,94,95,96,97,98,SCAN,和,SIM,扫描方式,SIM,：,selected ion monitoring,MIC,质量色谱图,扫描,SCAN,中峰度最高的几个峰,其余离子不检测,可以检测纯度,纯物质的特征离子色谱峰只有一个保留时间,混合物略有差别,SCAN,TIC,：,total ion current,受背景噪声影响较大,检测所有离子,灵敏度：SIM SCAN,100,不同进样方式有,不同型号隔垫,(SPME,特殊,),；,使用,耐高温、低流失,隔垫以减少污染,(,隔垫流失,TIC,及,MS,如下图,),；,保持,隔垫吹扫,(3ml/min),，以去除进样口残留（进针掉渣）；,隔垫需,经常更换,，以防止进样口漏气。,73,100,281,S,S,S,S,Si,SiSi,50,399,45,0,30,70,110,150,190,230,270,310,350,390,430,470,510,(m a in lib)C y c lohep ta silo xa ne,te tra d e c a m e th y l-,147,OO,O,OOOO,327,415,503,85,221,341,隔垫,101,色谱固定相和隔垫材料都是,硅氧烷聚合物，由于聚合不完全,及在高温下热解产生小分子化合物，伴随载气、样品进入离 子源离子化，形成质谱的背景，干扰分析结果,。,硅氧烷结构,固定相类型,e),色谱柱流失、隔垫流失,102,隔垫流失,MS,图检索,103,SE-30,73,147,167,207,221,267,281,327,355,415,429,503,柱型碎片离子质量,DB-5,73,147,156,191,207,253,281,327,331,405,443,SE-54 73 147 156 2 07 221 253281 327 355 405 429,OV-101,73,147,163,191,207,221,281,325,355,415,429,503,OV-1 73 147 191 207 221 253281 341 355 415 429 503,OV-225,73,135,156,197,253,269,313,327,343,403,405,417,OV-17 73 147 197 221 253281 327 355,FFAP 57 69 97 123 173 191 207 219 240 264289 305 382,PEG,131,133,147,161,163,191,195,205,207,221,281,355,根据特征离子可判断污染源和污染程度，采取及时的维护,(,除清洗衬管、更换隔 垫等外，最主要的是,老化色谱柱,),常用毛细管柱流失特征离子,104,衬管的作用是加速样品汽化、保护色谱柱。,需定期清洗以防止污染。,如何选择合适的衬管：,1,、,衬管形状、容积,2,、,内表面去活处理,3,、是否装玻璃毛，位置,玻璃毛放置的位置有两种选择：,1,、放在衬管的,中间偏上,的位置，可以擦去注射器上蘸着的样品，同时,可以减少样品反冲造成的损失。,2,、放在衬管,中间偏下,的位置，有助于样品快速汽化和混合。,3,、玻璃毛需经常更换，注意更换或清洗衬管后玻璃毛的位置要一致。,4,、使用方法对分析结果的影响很大。污染会带来高的本底。,衬管,105,样品分解或歧视、重现性差、出现鬼峰、峰形变坏、丢失峰,丢失样品峰,衬管清洗前,出现鬼峰、峰形变坏,衬管清洗后,衬管污染,106,离子源,质量分析器,数据系统,离子检测器,真空系统,进样系统,GC,LC,直接进样探头,四极质量分析器,Quadrupole,四极离子阱,IT,扇形场质谱量分析器,Sector,飞行时间质谱仪,TOF-MS,离子回旋共振质谱仪,ICR-MS,电子电离,EI,化学电离,CI,场解吸,FD(FI),快原子轰击,FAB(LSIMS),热喷雾,TS,粒子束,PB,电喷雾,ESI,大气压化学电离,APCI,基质辅助激光电离,MALDI,EI-2,倍增器,SEM,微通道板,MCP,MS,仪的组成,有机质谱仪的构成,107,电离方式,电离媒介,样品状态,分子离子,碎片离子,EI,电子,蒸汽,M+,有,+,CI,气相离子,蒸汽,M+HM-H,很少,+-,FI/FD,*,电场,蒸汽、溶液,M+,、,M+H,M+Na,+,无或很少,功能,-,使气态分子电离,将离子聚焦,加速后进入质量分析器,质谱有多种离子化方式，可适应不同极性和不同分子量范,围化合物的分析需求。,台式,GC/MS,一般只配置,EI,、,CI,、,FI,三种离子源。,3,、离子源,M+NH4,+,108,70eV,电离电位时离,子强度最高；,有机化合物的电离,电位一般在,7-15eV,；,不同轰击能量下离 子的相对强度不同,谱库检索的条件,:70eV,(1),电子轰击源,(EI)-,硬电离,109,利用反应气体（甲烷、异丁烷、氨等）离子和样,品分子发生,分子,-,离子反应，,使样品分子得到,(,或失去,),一个质子，或发生加合反应而生成,准分子离子,反应气的量比样品气的量大得多,(,真空度低,),是一种,“软”电离,方法。,(2),化学电离源,(CI)-,软电离,110,PCI,正化学源离子化,111,反应物离子,112,准分子离子,-,加合离子,113,114,正化学源的反应气,115,EI,与,PCI,的,MS,图比较,116,安非他明：,EI/PCI,的,MS,图比较,117,50,100,150,200,250,300,350,m/z,0,100,%,0,100,%,0,100,%,200,183,201,217,Scan CI+,183,105,184,211,223,Scan CI+,105,77,51,76,78,182,106,181,152,183,Scan EI+,benzophenone,EI,benzophenone,methane CI+,benzophenone,ammonia CI+,二苯酮,EI,谱与,PCI,谱,(,以甲烷和氨气为反应气,),的比较,CI,谱图与,EI,谱图的比较？,118,负离子化学电离源（,NCI,）有以下优点：,1,）对电负性化合物有很强的分子量信息；,2,）,NCI,质谱图的灵敏度要比,PCI,(,只对电负性强,的离子,有响应,S/N,高,),；,3,）对卤代化合物 的,选择性很好；,4,）已用于分析复,质谱图高出,2-3,个数量级,杂的混合物,某电负性化合物,EI,谱与,NCI,谱的比较,NCI(Negtive CI),的特点,119,NCI,谱图特点,120,NCI,谱图,121,NCI,122,EI/NCI,比较,123,功能,：将离子源产生的离子按,m/z,大小分离,原理,：真空状态下,根据离子在电、磁场或漂移管 中的运动规律实现不同,m/z,离子的分离,(,质量色散,),GC-MS,联用仪中常用质量分析器的,类型,：,混合型质量分析器（,QQ,、,Q-TOF,、,TOF-TOF,等）,仪器类型质量分析器分离方法,四极杆质谱四极杆（二维四极电场）,m/z,过滤,离子阱质谱端盖和环形电极（维四极电场）频率,行时间质谱离子漂移管（无场）飞行时间,扇形磁质谱扇形电、磁场动量,/,电荷,回旋共振质谱静磁场、交变电场（回旋共振）频率,质量分析器,?Chromatography?,125,离子在四极场的运动轨迹由马绍,(Mathieu),方程解,确定。仅,满足方程稳定解,的离子有,稳定振荡,，能,通过四极场。其余处于不稳定区的离子振幅不断,增大，最后碰到四极杆而被抽走（质量过滤器）,;,U,离子穿过四极杆的能量只有,5-10eV,故被称为,低能,质量分析器,四极杆分析器原理,(,续,),126,