质谱法推算结构-非常有用.ppt
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1、质谱分析法质谱分析法1)根据质谱峰的质荷比测定化合物的分子量。根据质谱峰的质荷比测定化合物的分子量。2)依据质荷比及不同质荷比峰的相对强弱推测依据质荷比及不同质荷比峰的相对强弱推测分子结构分子结构3)根据特征峰强度进行定量分析根据特征峰强度进行定量分析 7-1 概述概述将样品转化为将样品转化为运动运动的的气态离子气态离子并按并按荷质荷质 比比(m/z)大小进行大小进行分离分离记录的方法。记录的方法。历史历史特点特点应用应用7-2 质谱仪质谱仪一一 质谱仪的结构及工作原理质谱仪的结构及工作原理(一一)进样系统进样系统作用:作用:在不降低真空度的条件下,将样品在不降低真空度的条件下,将样品分子引入
2、到离子源中分子引入到离子源中(高真空下操作)(高真空下操作)间歇式进样系统间歇式进样系统 直接探针进样直接探针进样 色谱进样系统色谱进样系统间歇式进样系统间歇式进样系统(二二)离子源离子源作用:作用:使气态样品分子电离,转化为带使气态样品分子电离,转化为带有样品信息的离子有样品信息的离子1 电子轰击源电子轰击源(EI)灯丝灯丝电子束电子束EI源:可变的离子化能量源:可变的离子化能量(1070 eV)电子能量电子能量 电子能量电子能量 分子离子增加分子离子增加碎片离子增加碎片离子增加标准质谱图基本都是采用标准质谱图基本都是采用EI源源(70eV)获得的获得的2 化学电离源化学电离源(CI)甲烷电
3、离甲烷电离甲烷离子与分子反应生成加合离子甲烷离子与分子反应生成加合离子气体分子气体分子试样分子试样分子准分子离子准分子离子电子电子加合离子与样品分子反应加合离子与样品分子反应准分子离子准分子离子:(M 1)+(M+1)+(M-1)+气体分子气体分子试样分子试样分子准分子离子准分子离子电子电子(M+17)+,(M+29)+采用采用CI源源,易测得分子量易测得分子量M=390COOC8H17COOC8H17场电离源(FI)电极要求:电极要求:电极尖锐,使用微碳针(电极尖锐,使用微碳针(W丝上的苯基腈裂解丝上的苯基腈裂解生成,生成,1 m)构成多尖陈列电极可提高电离效率。)构成多尖陈列电极可提高电离
4、效率。特点: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)+峰峰阳极阳极阴极阴极阴极阴极样品样品气流气流量子隧道效应量子隧道效应107 108 V/cm的强电场的强电场0.2-2 mm聚焦单元聚焦单元入射狭缝入射狭缝分子中电子被分子中电子被为微电极为微电极“萃萃出出”,同时分,同时分子离子被排斥子离子被排斥进入质量分析进入质量分析器器场解析源(FD)类似于场电离源,它也有一个表面长满类似于场电离源,它也有一个表面长满“胡须胡须”(长(长)的阳极发射器。的阳极发射器。过程:过程:样品溶液涂于发射器表面样品溶液涂于发射器表面蒸发除溶剂蒸发除溶剂强电强电
5、场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。特点:特点:解吸需要的能量远低于气化所需要的能量,因解吸需要的能量远低于气化所需要的能量,因此试样不需气化可以直接得到分子离子,特别适于非此试样不需气化可以直接得到分子离子,特别适于非挥发性且分子量高达挥发性且分子量高达100000的分子。样品只产生分子的分子。样品只产生分子离子峰和准分子离子峰,谱图最为简单离子峰和准分子离子峰,谱图最为简单快原子轰击源(FAB)金属金属探针探针样品涂层样品涂层原子枪原子枪样品离子束样品离子束分析器分析器聚焦狭缝聚焦狭缝电离过程中不必加热气化,电离过程中不必加热气化,适合分析大分子量、难气化、适合分析大分
6、子量、难气化、热稳定性差的样品。如肽类、热稳定性差的样品。如肽类、低聚糖、天然抗生素、有机低聚糖、天然抗生素、有机金属络合物等。金属络合物等。FAB源得到源得到的质谱不仅有较强的准分子的质谱不仅有较强的准分子离子峰,而且有较丰富的结离子峰,而且有较丰富的结构信息。构信息。激光解吸源(LD)利用一定波长的利用一定波长的脉冲式激光脉冲式激光照射样品使样品电离。被照射样品使样品电离。被分析的样品置于涂有基质(分析的样品置于涂有基质(2,5二羟基苯甲酸、芥子二羟基苯甲酸、芥子酸、烟酸、酸、烟酸、-氰基氰基-4-羟基肉桂酸等)的样品靶上,激羟基肉桂酸等)的样品靶上,激光照射到样品靶上,基质分子吸收激光能
7、量,与样品光照射到样品靶上,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。分子一起蒸发到气相并使样品分子电离。合适的基质才获得到较好的离子产率,因此也常称为合适的基质才获得到较好的离子产率,因此也常称为基质辅助激光解吸电离基质辅助激光解吸电离(MALDI)。)。特别适合于飞特别适合于飞行时间质谱仪(行时间质谱仪(TOF),),属于软电离技术,比较适合属于软电离技术,比较适合分析生物大分子,如肽、蛋白质、核酸等。得到的质分析生物大分子,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、碎片离子和多电荷谱主要是分子离子,准分子离子、碎片离子和多电荷离子较少。离子较少。无
8、机样品离子源火花火花ICP特点:特点:元素分析灵敏度高,可分析复杂样品元素分析灵敏度高,可分析复杂样品(60种元素)、谱图简单、线性范围宽,广泛种元素)、谱图简单、线性范围宽,广泛应用于水分析,血液中微量元素分析,食品分应用于水分析,血液中微量元素分析,食品分析及同位素比测定等。析及同位素比测定等。3 电喷雾电离源电喷雾电离源(ESI)多电荷离子多电荷离子测定的样品分子量大测定的样品分子量大(三三)质量分析器质量分析器1 单聚焦单聚焦方向聚焦方向聚焦2 双聚焦双聚焦离子源离子源收集器收集器磁场磁场电场电场S1S2+-方向聚焦:方向聚焦:相同质荷比,入相同质荷比,入射方向不同的离子会射方向不同的
9、离子会聚。聚。能量聚焦:能量聚焦:相同质荷比,速相同质荷比,速度度(能量能量)不同的离子不同的离子会聚。会聚。质量相同,能量不同的离子通过电场和磁场时,均产生质量相同,能量不同的离子通过电场和磁场时,均产生能量色散;两种作用大小相等,方向相反时互补实现双聚焦。能量色散;两种作用大小相等,方向相反时互补实现双聚焦。飞行时间分析器TOE(2)质量范围宽,扫描速度快,无需电场和需磁场。但是质量范围宽,扫描速度快,无需电场和需磁场。但是离子进入漂移管前产生时间的先后,产生空间的前后离子进入漂移管前产生时间的先后,产生空间的前后和初始动能的大小不同,达到检测器的时间就不相同,和初始动能的大小不同,达到检
10、测器的时间就不相同,因而降低了分辨率。目前,通过采取激光脉冲电离方因而降低了分辨率。目前,通过采取激光脉冲电离方式,离子延迟引出技术和离子反射技术,可使分辨率式,离子延迟引出技术和离子反射技术,可使分辨率可达可达20000以上,最高可检质量超过以上,最高可检质量超过300000 Da,并且并且具有很高的灵敏度。广泛应用于气相色谱具有很高的灵敏度。广泛应用于气相色谱-质谱联用质谱联用仪,液相色谱仪,液相色谱-质谱联用仪和基质辅助激光解吸飞行质谱联用仪和基质辅助激光解吸飞行时间质谱仪中。时间质谱仪中。3 四级杆分析器四级杆分析器离子阱检测器(ITA)离子源离子源环形电极环形电极端罩电极端罩电极放大
11、器和射频放大器和射频发生器(基本发生器(基本射频电压)射频电压)放大器和射频放大器和射频发生器(附加发生器(附加射频电压)射频电压)计算机计算机电子倍增管电子倍增管上下端罩(上下端罩(End cap)与左右环电极(与左右环电极(Ring electrode)构成可变电)构成可变电场(前者接地,后者施场(前者接地,后者施以射频电压)以射频电压)电离子电离子在一定轨道上旋转在一定轨道上旋转改改变电压变电压可使相同可使相同m/z离子依次离开进入电子离子依次离开进入电子倍增管而分离。倍增管而分离。特点:特点:结构简单、易于操作、结构简单、易于操作、GC-MS联用,可用于联用,可用于m/z 200-20
12、00的分子分析。的分子分析。傅立叶离子回旋共振分析器(FTICR)分辨率极高(分辨率极高(106),),并且不影响灵敏度,并且不影响灵敏度,高精密度,有多级高精密度,有多级质谱功能,适于任质谱功能,适于任何离子源。何离子源。相电流相电流记录记录FI质谱图质谱图线性调频脉冲线性调频脉冲共振(吸收能量)共振(吸收能量)样品样品真空泵真空泵底片底片灯丝灯丝正极正极(四四)检测器检测器(四四)检测器检测器电子倍增器示意图电子倍增器示意图(五五)真空系统真空系统作用:作用:1)避免避免大量氧烧坏离子源的灯丝;大量氧烧坏离子源的灯丝;2)消减离子的不必要碰撞,避免离子损失;消减离子的不必要碰撞,避免离子损
13、失;3)避免避免离子分子反应改变裂解模式,使质谱离子分子反应改变裂解模式,使质谱复杂化;复杂化;4)减小本底。减小本底。离子源离子源质量分析器质量分析器真空度要求:真空度要求:10-4 Pa机械泵机械泵扩散泵扩散泵真空泵真空泵 二二 质谱仪的主要性能指标质谱仪的主要性能指标1 质量范围质量范围质谱仪所能测定的离子质荷比范围质谱仪所能测定的离子质荷比范围 单电荷离子:质量范围即分子量范围单电荷离子:质量范围即分子量范围 多电荷离子:分子量测定范围比质量范围大。多电荷离子:分子量测定范围比质量范围大。2 分辨率分辨率定义:定义:实际测量:实际测量:7-3 质谱解析基础知识质谱解析基础知识1 分子离
14、子分子离子 分子离子的质量与化合物的分子量相等分子离子的质量与化合物的分子量相等一一 几种主要的离子几种主要的离子(EI源源)分子离子分子离子同位素离子:同位素离子:2 同位素离子同位素离子由重同位素组成的分子形成的离子由重同位素组成的分子形成的离子例如:例如:CH413C+1H4=17 4=17 M+112C+2H+1H3=17 M+113C+2H+1H3=18 M+212C+1H4=164=16 MC、H、O、N的的稳定同位素相对丰度稳定同位素相对丰度化合物分子式:化合物分子式:CwHxNyOz同位素离子峰与分子离子峰相对强度同位素离子峰与分子离子峰相对强度的计算公式:的计算公式:根据质谱
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