临床色谱质谱检验技术：质谱技术概论、原理等（一）.pdf

主要内容临床色谱质谱检验技术一、课程安排及第一章教学要求二、质谱技术发展简史三、质谱的原理 四、小结与思考临床色谱质谱检验技术小金鼠检聆King Med Diagnostics一章教学要求临床色谱质谱检验技术课程安排O第一部分：理论基础（27学时）c第一章质谱技术概论为第二章色谱分析概论O第三章生物样品前处理技术及色谱柱技术C第四章气相色谱质谱联用技术O第五章液相色谱质谱联用技术5第六章色谱质谱技术的其他常见应用O第七章临床色谱质谱技术应用展望C第二部分实验课程（12学时）0金放检睑KingMed Diagnostics4 M/神第一章教学要求的C学习质谱分析原理、质谱离子源和质量分析器的分类，熟悉质谱的检测器和真空系统；C为后续色谱质谱联用技术章节的学习打下理论基础。金呱检睑KingMed Diagnostics第一章教学要求0目标，掌握:，质谱分析原理O质谱离子源的种类及区别 0质谱质量分析器种类及区别，熟悉:O质谱的检测器 0质谱的真空系统，了解：O质谱的发展史金圆检睑KingMed Diagnostics第一章教学要求O教学形式及学时O教学形式：理论教学O学时：4金限检睑/KingMed Diagnostics八临床色谱质谱检验技术金融检监King Med Diagnostics简史O质谱是什么?O质谱能做什么?O质谱有何独到之处?质谱是什么?为质谱(Mass Spectrometry):是通过形成气相离子来研究物质的一种方法，根据 质量、电荷、结构和(或)理化性质的差异，运用质谱仪对离子进行表征；O特殊的天平，分类称量离子的质量。人8(DOUBPUnqw Asuea2dime penny nickel quarter half$Value(m/z)http:/w w w.asms.org/about/about-mass-spectrometry质谱能做什么?C定性，化合物的结构C定量，混合物的组成C应用领域：化学.生物学.医学药学.环境.物理.材料.能源等4 E留神，卡质谱有何独到之处？O 4SO 灵敏，Sensitivity快速,SpeedO 特异，SpecificityO 化学计量，Stoichiometry质谱的分类qtrap.w mv金呱检睑Joseph John Thomsonn期岫nwp名的海士trin recognition of the great merits of hi theoretical and experimentalI i nvestimations on the conduction of electricity by gases1Francis WUHani AstonH9Z2Nc-xd?til2&E ffcr CBaidlstry fybrhis dscovery,by means of his mass 型 ctrogmph,of isotopes,in a large num her of non-radioactive dements,and for his enunciation of the whole-number ruleWolfgang PaulHSPS9N岫&Mtee for Physics%rMe fioMelnn rrm rrf 一-w r av i.,r iw ofthe ion trap technique*1John Bennet Fenn2通应Rr场w端 CtoJErrJhstTy forth Mlnnmpnt r,-r-w -w r-丁WW_ ofsoft desorption ionisation methods(ESI)Vfor mass spe ct ro metric analyses of biological macromoleculKoichi Tanaka 却2W碰已 Mzsfcr CaiftjrJtetry Jbr the developmentdesorption ionisation methods 弊4工。血 mass spectrometric analyses of biologioal macromolecul质谱学的发展历史C 1886 E.Goldstein在低压放电实验中观察到正电荷离子；O 1898 W.Wien发现正电荷粒子束在磁场中发生偏转；O 1912 J.J.Thompson制成了一种利用电磁场使Ne阴极射线发生偏转的抛物 线摄谱仪，这被认为是最早的质谱仪；C 1919 F.W.Aston首次制成了具有较高聚焦性能的质谱仪，并用其成功发现了 多种同位素，Aston由此荣获1922年的诺贝尔化学奖;O 20世纪40年代前，质谱主要用于气体分析与同位素测定；如今，质谱既能测定 无机物，又能测定有机物，既可用于测定小分子，也可用于测定生物大分子和 高分子聚合物。质谱仪的革新发展趋势.质量分析器金照检睑King Med Diagnostics微型化、芯 片化简易化、小 型化接口技术离子源联用技术质谱分析与质谱仪O质谱分析：是分离和检测带电物质的质量差异的一类分析方法；O质谱仪：本质上是测量离子质荷比的分析仪器，是将被测物质离子化后，按照 离子的质荷比分离，测量各种离子峰的强度而实现分析的仪器；C在众多的分析方法中，质谱分析法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度 的普适方法；同时该方法还可以提供待测物的分子量和结构信息等；C正是基于质谱技术的这些特点，其在医学检验领域和生命科学研究领域的应用 越来越广泛。0金放检睑KingMed Diagnostics4 f，八临床色谱质谱检验技术金融检监King Med Diagnostics常用概念1.统一原子质量单位2.原子质量3.质荷比4.强度与丰度5.质谱图6.几种常见离子的概念介绍7.同位素8.准确质量测定中的名词及定义C质谱的基本原理金呱检睑KingMed Diagnostics常用概念1.统一原子质量单位(Unified Atomic Unit f u):是以基态12c原子的静止质量的1/12定义为一个质量单位,用u表示:lu=1.660538921(73)xlO kg另一个与此通用的表示符号为：道尔顿(Dalton,Da或D)lu=lDa2.原子质量(Atomic Mass f ma)指原子处于基态时的静止质量；国际单位制单位为kg,MS中更常用的是u或Da(X _金城检睑KingMed Diagnostics 4HE留神，*常用概念3.质荷比（m/z）国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）定义：离子质量与u的比值,去除以电荷数（不考虑正、负号）得到的商；为质谱图中的横坐标；若离子所带电荷为z=l,则质荷比等于该离子的质量数0金嚷检验KinMed Diagnostics4 r留神，常用概念4.强度(Intensity)与丰度(Abundance)强度：令指检测器对离子相应信号的强弱，或谱图中峰的高低可分为绝对强度和相对强度/令绝对强度可用检测器每秒计数(Counter Per Second,cps)来表示,相对强度 则以最高峰的强度为100%,其他峰的强度用占最高峰强度的百分比表示；丰度：令指离子数量的多寡，可分为绝对丰度和相对丰度；令绝对丰度指离子的绝对数量，相对丰度则以最高丰度离子的丰度为100%,其他 曷子的丰度用占最周丰度的百分比表示。_常用概念5.质谱图(Mass Spectrum)指以离子的m/z为横坐标，质量峰的(相对)强度或离子的(相对)丰度为纵坐标绘制 的图谱；质谱图中强度最大的峰称为基峰(Base peak),每一个完全分离的峰对应的是某一特 定m/z的离子的集合。若峰形对称，峰顶点的横坐标即为该离子的m/z;质谱图有连续图、棒图和质量表三种形式：0金演检睑KingMed Diagnostics【】ZSU9U-8QeJ常用概念6.几种常见离子的概念介绍离子：离子是指原子由于自身或外界的作用而失去或得到一个或几个电子使其达 到最外层电子数为8个或2个（氨原子）或没有电子（四中子）的稳定结构；前体离子：又称母离子，指能通过反应，形成特定产物离子的离子，或经历了特定中 性丢失的离子；产物离子：指某一前体离子通过特定反应生成一种或多种带电粒子；产物离子只是相 对而言，因为产物离子还可能进一步反应生成新的产物离子；分子离子：是指分子失去或获得一个或多个电子（而非其他原子或基团）形成 的正离子或者负离子。分子离子可能进一步碎裂生成碎片离子，此时二者即为前 体离子和产物离子的关系。0金呱检睑KinMed Diagnostics4 P留神，彳SAMPLEIONIZATIONMASS SEPARATIONDETECTIONRR RMM MNN f NSAMPLEIONIZATION and FRAGMENTATIONm+f a+Mf b+4 C+C常用概念6.几种常见离子的概念C2H5+M M+C2H5+M+29加合离子C3H5+M MC3H5+M+41加合离子电微粒，如质子（H+）、加合离子：在分子上加上一个具有明t钠离子（Na+）、氯离子（Ch）等形成的离子。质子化的分子（MH+）也是一种特殊的加合离子；碎片离子：指前体离子解离生成的产物离子。由于前体离子变为产物离子，可能只发生了电荷态的改变，也可能生成了加合离子因此产物离子未必是碎 片离子，但碎片离子一定是产物离子。金俱检睑。King Med Diagnostics常用概念6.几种常见离子的概念介绍c复合电荷离子：带有两个或两个以上电荷的离子，常由电喷雾电离源产生，多见于多肽、蛋白质等分子。复合电荷离子使在较低质量范围上操作的仪器 对大分子进行质量分析成为可能；o簇离子：指两个或多个同种或不同种原子或分子通过非共价力与离子结合形 成的新离子，如(NaCI)nNa+等。如在LC-ESI-MS中，目标离子、溶剂分子 等从大气压下转移至真空中，因迅速膨胀而冷却，易相互结合形成簇离子，成为重要的干扰来源。0金限检睑KinMed Diagnostics4 r留神，常用概念7.同位素同位素是同一元素的不同原子，其原子具有相同数目的质子，但中子数目却 不同。例如：氢的三种同位素-气（1H）、冗（D）、筑（T）,它们原子核 中都有1个质子，但是它们的原子核中却分别有0个中子、1个中子及2个中 子，所以它们互为同位素；同位素原子在元素周期表上占有同一个位置，化学性质几乎相同，但原子质 量或质量数不同，从而其质谱性质、放射性转变和物理性质（例如在气态下 的扩散本领）有所差异。KingMed Diagnostics常用概念7.同位素稳定同位素与放射性同位素：一个元素中不发生或极不易发生放射性衰变 的同位素是稳定同位素；放射性同位素则是不稳定的，此类同位素的原子核 会不间断地、自发地放射出射线，直至变成另一种稳定同位素，这就是核衰 变。同位素相对丰度：是指自然界中存在的某一元素的各种同位素的相对含量（以原子百分数计）。大多数元素都是由具有一定自然丰度的同位素组成，如 氧的同位素丰度为16099.76%J7O0.04%z 18O0.20%oo金放检睑KinMed Diagnostics4 r留神，常见元素的天然同位素丰度同位素相对丰度峰类型同位素相对丰度峰类型1H9 9,9 85M18。0.204M+22H0.015M+l32s9 5.00M12c9 8.89 3M33s0.76M+l13c1.107M+l34s4.22M+214N9 9,634M35cl75.77M15N0.366M+l37cl24.23M+216。9 9,759M79Br50,537M1700.037M+l81Br49.463M+2lb 4 f 4，*常用概念7.同位素化学上，窗的原子量为20.2;质谱上，窗并不在m/z20.2出峰，而 是在m/z21和m/z22两处各出一个峰，相对强度比为10:1;质谱测定的是微观离子，而不是宏观上的平均质量。金域检睑King Med DiagnosticsK越黑共哭彳 A 4 If 留常用概念8.准确质量测定中的名词及定义分辨率：分开两个邻近质量峰的能力；分开”的定义：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。RP=n i n iAm m2-n iRP=mAm(1)nh和代表两个相邻峰的质量数(2)m代表某一峰的质量，01代表半峰宽金抵检睑。KingMed Diagnostics值)%大5O4 1 1|的 0 8 6 4 lo.o G*卅度0.0 1000.01001.0 1002.0m/zo.8值咻大 5 m-坡的:6 4 o.om5100%峰谷1003.00.20.0*=1000.01001.0质谱峰分辨率定义：（a）10%峰谷（b）半峰宽 1002.0m/z(b)1003.0分辨率示意图A:未分开 无分辨B:部分分开 分辨较差C:全分开分辨达到要求O若仪器分辨率很低,如RP=200,则对以上三个分子不能分开,混为一峰；组成整数质量精确质量co2827.994914n22828.006158C2H42828.031299O若要分开以下混合物，则必需有如下分辨率：CO-C2H4：(RP)2=27.994914/(28.031299-27.994914)=770N2-C2H4:(RP)3=28.006158/(28.031299-28.006158)=1100CO-N2:(RP)i=27.994914/(28.006158-27.994914)=2490C 一般低分辨仪器在2000左右,10000以上时称高分辨。常用概念O准确度、精密度、重复性离子化 质量分析黑a 根据质荷比(m/z)分离检测检测离子Solid Liquid Vapor样品引入Method to vaporize sample金域检聆质谱图数据分析4 m 川神大，质谱的原理O质谱分析：2样品通过进样系统进入离子源，由于结构性质不同而电离为各种不同质荷比（m/z）的分子禺子和碎片禺子；O带有样品信息的离子碎片被加速进入质量分析器，不同的离子在质量分析器中被分离 并按质荷比大小依次抵达检测器；O离散的粒子流信号经过放大后，以电信号的方式用一定速度在设定的质量范围内被连 续采集下来，电信号随即被计算机转换成数字信号；0对这些离散的数据点进行实时平滑处理后就被连接成为一条连续的曲线，此为质谱的原始数据；原始数据经过计算机进一步处理，就成为可供使用的质谱图。临床色谱质谱检验技术金融检监King Med Diagnostics0 了解质谱的发展历史0熟悉质谱常用概念0掌握质谱分析的原理