xcalibur中怎么合并两个质谱仪中激光的作用
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时间：2016-09-03 06:18
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&&请问thermo xcalibur 质谱仪软件如何另存谱图？
请问thermo xcalibur 质谱仪软件如何另存谱图？
求助各位大神：
1、用thermo xcalibur质谱仪软件手动积分后的谱图可否另存为活动谱图？而不是图片？
因为我的谱图峰数比较多，每次手动积分好久，一关闭，就什么都没了:rol:
请问是不是有方法把已经积分过的谱图另存为 .raw文件,下次打开后仍然是可编辑的活动谱图？
2、积分时如何选取积分基线？是以竖坐标零点为底呢？还是以峰的两边根部为底呢？
小弟先在这里拜谢各位大神！:hand:
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ROHS2.0分析仪器
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公司名称：深圳市瑞盛科技有限公司
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最新的ROHS2.0法规的新增加的4种邻苯化合物我们为您推荐进口GC/MS法来检测
产品详细信息
ThermoFisher （ 赛默飞世尔科技有限 公司 ）Trace
气相色谱 联用 ISQ 质谱 仪技术性能介绍赛默飞世尔科技公司（Thermo Fisher Scientific） 旗下拥有两大品牌Thermo Scientific和Fisher Scientific，近39,000名员工, 年销售额超过130亿美元。服务领域包括制药、生物科学、医院和临床诊断实验室、大学、科研院所、政府机关以及环境和工业过程控制等行业的350,000名客户。Thermo Scientific 品牌下色谱与质谱部（CMD），前身为著名的质谱先驱－美国菲尼根（Finnigan）质谱仪制造商。从1967年成立至今的近50来，Finnigan 质谱一直以无与伦比的研究成果保持着质谱技术的世界领先地位。 大家耳熟能详的产品包括气质联用仪 （四极杆型、离子阱型）、液质联用仪（离子阱型、三重四极杆型）、LTQ-FT线性离子阱回旋共振组合型质谱仪、 大型高分辨率磁式有机质谱仪 （可与液相色谱和气相色谱联用） 、 气体 （固体）同位素质谱仪、高分辨等离子质谱仪、元素分析仪等。Thermo Scientific 色谱与质谱产品进入中国三十年来， 与改革开放中的中国一起成长壮大。在北京、上海、广州、成都、西安、沈阳等设有分支机构，发展并建立了以客户需要为中心的组织架构，业务内容覆盖中国大陆及香港地区，并拥有广大用户的积极认可与支持。在中国，CMD部门愿为农业、环保、医药卫生、检验检疫、石油化工、制药、公安及生命科学等研究领域中的广大分析、研究工作者提供最完善的解决方案，成为您最可信赖的合作伙伴。ThermoFisher Scientific MS 发展年代表1967 Finnigan成立于美国加利福尼亚的Palo Alto1968 世界上第一台四极杆型GC/MS (Model 1015)用于斯坦福大学1970 推出化学电离源1971 世界上第一台智能GC/MS/DS用于美国环境保护局(EPA)1976 历史上最成功的质谱仪，推出4000系列GC/MS和INCOSTMMS数据系统1977 推出世界上第一台商品化LC/MS1978 发展了具有专利权的脉冲正负离子化学电离源； 推出世界上第一台配备冷柱头进样器的定量毛细管GC1979 OWA&re****中有机物)GC/MS分析仪1980 推出世界上第一台三级四极杆MS/MS (TSQ&)质谱仪1981 MAT公司是世界上著名的有机磁质谱仪和气体同位素质谱仪的生产厂商， Finnigan与之合并并重新命名为Finnigan MAT公司。生产高灵敏度、高准确度和高精密度的气体同位素比质谱仪(Model 251/261)1982 推出低价位、结构紧凑的Delta系列同位素比MS1983 推出获得专利权的离子阱DetectorTM(ITDTM)和热喷雾LC/MS接口1986 推出全数字化三级四极杆质谱仪(TSQ&70)和磁式质谱仪(MAT 90)1989 推出世界上第一台达到UV灵敏度的二极管阵列检测器(PDA)。 LDC/Milton Roy被Thermo Electron收购。ESI源作为LC/MS的接口用于TSQ&70质谱仪1990 Finnigan MAT被Thermo Electron收购1991 推出世界上第一台MALDI/TOF(LASERMATTM)1993 Spectra-Physics Analytical被Thermo Electron收购1995 Finnigan推出GCQTM和LCQTM台式离子阱质谱仪；并推出ELEMENT，高分辨的磁式ICP/MS1996 CE Instruments(原名Carlo Erba)和MassLab加入，光导管技术推动PDA灵敏度提高超过400%1997 推出TraceTM GC和GC/MS多进样器/多检测器毛细管系统；AQATM台式四极杆LC/MS。并推出全面兼容MS数据系统的XcaliburTM质谱控制及数据处理软件n1999 推出LCQTM DUO和LCQTM DECA 离子阱质谱仪；TRITON TI同位素比MS2000 推出TEMPUSTM超快速GC/TOF-MS；NEPTUNE多接收器高分辨ICP-MS； 用于LC/MSn的SurveyorTM HPLC；PolarisQTM EI/&CI GC/MS/MS2001 推出世界上第一台高分辨、超小型的台式三级四极杆质谱仪TSQ Quantum2001 推出第三代离子阱质谱仪LCQTM Advantage和LCQTM DECA XP2002 推出世界上最小的液质联用仪Surveyor-MSQ、更高灵敏度的LCQTM DECA XP plus、最领先的第五代气质联用仪Trace DSQTM、超快速气相色谱FastGC、Focus GC、和高通量蛋白质组学研究平台ProteomeX2003 推出线形离子阱-高分辨傅立叶回旋共振质谱LTQ FTTM MS，可精测质量的高分辨三级四极杆质谱TSQQuantum UltraAM，和线性离子阱质谱LTQTM。2004 推出单通道气质联用仪FocusDSQ，第二代ProteomeX LTQ，和vMALDI源、TSQ Quantum Discovery MAX。推出MSQ Plus单级四极杆质谱系统。推出LCQTM Advantage MAX和LCQTM DECA XP MAX2005 推出结合了精确质量数测定和多级质谱功能的新一代仪器LTQ Orbitrap，适合于超高要求的蛋白质组学和药物研究；推出LXQ线性离子阱，推出Focus PolarisQ和新型高分辨磁质谱DFS。2006 推出灵敏度更高的TraceDSQTMⅡ和更高信价比的TSQ Quantum Access2007 推出LCQ Fleet, 结合ETD电子转移解离裂解源这一创新技术的LTQ XLTM2008 推出结合电子转移解离(ETD)和基质辅助激光解析电离(MALDI)能力的LTQ OrbitrapTM系列高分辨组合质谱2008 推出Exactive台式静电场轨道肼高分辨质谱仪2010 推出全新ISQ单四极杆气相色谱质谱联用仪2011 推出Q Exactive 质谱仪2012 推出全新TSQ 800三重四极杆气相色谱质谱联用仪Trace
气相色谱技术性能介绍对于当今使用自动化分析仪器的用户来讲， 降低使用成本的同时提高生产效率是大家面临的最大挑战。在QA/QC 及常规化验室，应对这种挑战就意味着简化分析流程、选择优秀技术及减少资源浪费。ThermoFisher 从 1956 年第一台商业化气相色谱问世以来至今一直致力于技术的创新，如：第一台分流不分流/毛细管柱气相色谱、第一台多功能程序升温进样口气相色谱、第一台大体积进样气相色谱和世界上第一台超快速色谱等。而Thermo Scientific最新推出的TRACE 1300系列气相色谱仪实现重大技术突破，在常规 QA/QC 实验室推陈出新，根据用户需求实现创新，包括增强组件坚固性、缩小进样口和检测器体积、客户化人机界面、插拔式进样口和检测器，以及优化设计的电器元件。TRACE 1300 系列气相色谱仪集超快速、易操作、便携式特点于一身，为用户提供不可思议的实验室超高效率，同时成本大大降低！赛默飞世尔气相色谱产品在在设计上更多的注重于细节， 保证气相色谱日常分析的同时，大大提升用户的色谱体验和工作效率。设计特点简单归结如下：1、模块化：模块化专利技术，检测器及进样系统即插即用，且 Trace1300 **性的模块化设计将这些隐患消除在出厂前， 所有的模块均经过严苛的校准， 每个模块里都存储了校正信息， 所以不管是专业工程师还是普通工人都可以轻松完成各模块的更换工作，并且能保证更换前后数据的重复性、精确度。2、小型化、标准化：小型化得益于现代电子技术以及加工工艺的进步，使电子元器件小型化变为可能。因为模块化，进而带来的气相工作的标准化，传统设计的检测器、进样口主要部件分为三大块：主机、气路控制、电路控制板，由于三者之间会存在很多的链接（包括气路接头、电路接口等），会带来安全和使用上的隐患（漏气、漏电、虚接&&）3、降低培训要求&&安装简单易上手。进样口、检测器安装以及管路连接不再费力！触摸屏或变色龙工作站可以指导用户完成整个安装。4、智能维护：无需任何工具便可以完成进样口和检测器的安装和拆卸、维护，操作简单，优化的进样口加热曲线保护维护时操作人员的安全。5、配置灵活：两分钟可以实现模块的切换工作，用户可根据不同的分析要求，灵活快捷的切换检测器； 同一单位的不同实验室之间可以相互借用模块， 大大节省公司采购成本。6、节省空间：传统 GC 通常将所有的电路控制板安装在仪器的右侧面，模块化后，这部分空间被节省了出来，整机尺寸缩小了近1／3，原本只能放两台气相的空间现在可以放三台新气相！ 同时， 因为右侧电路板的消失， 其他外围设备 （包括 MS）可灵活的选择安装位置，不会再像以前那样，只能死板的安装在仪器的左侧。7、 柱温箱更快的升温、 降温速率： Trace 1300 系列的柱温箱称之为 &Low ThermalMass GC oven& （专利技术-实用新型），是指在柱温箱金属板上开上千个小孔，并使用了多层不同的绝缘隔热材料， 从而改善了柱温箱升温降温的速率， 市面上其他公司气相色谱产品在实现更快的升降温速率的同时， 增大了工作噪音或其他负面影响。8、功耗低：数据表明，Trace 1300 的功耗要远远低于同类产品，可称之为&绿色 GC&便于升级： 以后可以随时升级为气质联用仪， 其他有些公司需要将仪器拉到工厂来进行升级。9、强大的进样口功能选项，减少污染与消耗：可选择的大体积进样，可以节省样品浓缩时间并减少浓缩过程中可能带来的误差；反吹进样口，采用柱前反吹，大大降低色谱柱和检测器被污染的风险。10、强大的变色龙色谱管理软件除了能够控制 Thermofisher 公司气相色谱，离子色谱、液相色谱外，还能控制世界上 30 多个色谱厂商进 300 多种色谱模块，大大提高了数据处理的便利性。综上所述，赛默飞世尔气相色谱产品极易操作、价格适中且体积精巧，在将维护成本最小化的情况下实现了气相色谱系统的不间断运转。ThermoFisher ISQ GCMS 性能 介绍Thermo Scientific& ISQ&系列气相色谱－质谱联用仪是久经时间考验的单四极杆质谱，代表了质谱仪在创新方面近 50 年的积累。该系列气相色谱 - 质谱联用仪经济耐用且功能强大， 将为您提供简单智能的操作、 久经考验的可靠性和永不停歇的生产力。赛默飞世尔公司的气质产品线覆盖了从低端到高端的所有GC/MS，如单四极杆、离子阱、三重四极杆、高分辨磁质谱。1989 年 Dr. Wolfgang Paul 由于对离子阱质谱的全新设计而获得了诺贝尔奖。2010 年赛默飞世尔公司最新推出的ISQ气相色谱质谱仪有如下特点：1、 真空锁定装置。ISQ 配置的真空锁定装置可以在不放真空的情况下更换离子源，包括离子源的清洗维护和EI/CI 源切换。通常离子源的更换和清洗需要将近一天时间以后才能继续分析样品，而通过真空锁定装置更换离子源仅仅需要3 分钟 分钟即可完成 EI源或者EI 与 CI 源之间的切换，极大地缩短了仪器的维护时间，提高了仪器的分析效率。2、 无线离子源设计。离子源设计没有任何的电源线连接， 这在离子源维护或更换时十分方便， 同时也避免发生很多离子源电源线容易出错的问题。3、 可加热的& 可加热的&S&形离子通道 &形离子通道组装式惰性离子源真空锁定装置从离子源到四极杆质量分析器除了带电的碎片离子外还会产生大量激发态的中性粒子，这些中性粒子产生的化学噪音是主要的噪音来源,会干扰痕量物质的检测。 ISQ GC/MS 专利设计的 &S& 形离子通道可以有效地消除了中性粒子的噪音，同时实现离子聚焦，提高了信噪比和灵敏度。同时带预杆保护鞘的&S&形离子通道可以加热防止污染，实现预四极杆和主四极杆免清洗维护。4、 带透镜保护的同向双灯丝设计。专利的灯丝透镜首先保证了灯丝具有更长的使用寿命。 双灯丝设计可以在一根灯丝出现故障时，随时切换到另外一根灯丝，保证样品分析的完整性。双灯丝设计在同一方向上， 两根灯丝发射的电子有相同的运动轨迹， 确保两根灯丝的离子化效率方面具有很好的重现性，而且无论是EI 源还是 CI 源都可以采用双灯丝。双灯丝设计5、 全金属钼经典冷四极杆。四极杆质谱仪中四极杆是仪器的核心部件，ISQ 采用的材质是全金属钼，可以清洗和打磨，而且四极杆无需加热确保四极杆形成的电场符合经典的四极杆电场，确保离子比例的稳定性和同位素比值的准确性。&S& 型预四极杆全金属钼经典冷四极杆6、 质量数范围 质量数范围 1.2~1100 amu。 。ISQ 提供的宽质量数范围可以在更多的领域应用，而且在整个质量数范围内仅用FC-43 调谐标样进行校正，无需额外对高端质量数进行校正。7 、最高性能分子涡轮泵：300 L/Sec (He) ， ，可有效延长离子源的灯丝寿命，增加离子传输效率（灵敏度） ，减少离子碰撞后产生分散（提高质谱分辨率）和额外的分子－离子反应 。8 、同时控制双 CI 反应气。 反应气。在做CI 分析时，CI 反应气的选择是关键，不同化合物对不同的 CI 反应气灵敏度会存在很大的差别，ISQ 的双 CI 反应气设计可以在分析样品时随时切换 CI 反应气，保证不同的目标化合物的灵敏度。专利的 PPINICI 功能，可实现正负 CI 的切换，完成更广泛的分析任务。双反应气同时控制CI 反应气AB9、灵活的组合扫描功能 、灵活的组合扫描功能不同扫描技术的组合可以同时兼顾定性和定量分析， 而且无论是全扫描还是 SIM，一次进样分析可以随意的设置分段，没有数目限制。1 FS FS FS FS & 不同质量数段(PBDE）&100组2 SIM SIM SIM SIM & 痕量分析 &100组3 FS/SIM 定性，定量分析1 组4 FS SIM FS SIM & 痕量多残留分析&100组5 FS/SIM FS/SIM FS/SIM FS/SIM & 痕量分析 （农残）&100组6 Pos. Nag. Pos. Nag. & 多成份，不同性质&100组7 Positive/Negative ion 多成份，不同性质1 组8 CI 反 应气 ACI 反 应气 BCI 反 应气 ACI 反 应气 B& 多成份，不同性质&100组9 MS 参数 MS 参数 MS 参数 MS 参数 & 农残分析加保 &100条件 条件 条件 条件 护剂& 组10 、 达 线性动态范围高达 10业界最高，减少了对样品前处理的要求，提高实验室分析效率9静电计11 、 不卸真空更换色谱柱模块面对多应用需求， 不同项目可能需要采用不同的色谱柱。 采用不卸真空更换色谱柱模块，保证在更换色谱柱时，质谱无需停机、无需卸真空，结合 Thermo 不卸真空清洗维护或更换离子源，使得 ISQ 真正达到永不停歇。而且该模块同样在1300 系列气相色谱上面也是即时连接，秉承了 1300GC 模块化理念。12 、 氦气节省模块常规气质联用系统，载气均采用氦气。虽然Thermo 等厂家也可以采用氢气作为载气，但目前氢气作载气的技术还没有完全成熟。而氦气作为稀缺资源，存储量日渐减少，其价格近几年也相对较为昂贵，且未来有继续上涨的可能。因此Thermo 推出氦气节省模块，将大大节省氦气的使用量，该模块是在仪器正常分析样品时使用的，一瓶氦气最长可使用 14 年。即使气质系统每周 7 天，每天 24小时不间断运行，采用氦气节省模块时，一瓶氦气也可以使用 3.5 年。而且该模块同样在 1300 系列气相色谱上面也是即时连接，秉承了 1300GC 模块化理念。13 、 功能强大的软件。 功能强大的软件。Timed-SIM （定时- 选择离?? 子扫描）在单杆 GC/MS 中首次采用 中首次采用业界多年经验证明Xcalibur 软件在处理质谱数据时功能十分强大， 是业界唯一拿过仪器大奖的质谱软件。同时随机的 TraceFinder 软件在常规检测实验室的数据采集和数据处理符合实验室的工作流程， 十分方便数据的查看和方便的格式输出。在目前的实验室中，这两个软件的结合使用可以有效保证工作效率。Xcalibur TraceFinder总之，赛默飞世尔公司推出的最新型号 ISQ 气质联用仪继承了公司从 1968年以来在质谱技术上的积累， 在质谱仪高性能和多功能的基础上又对其使用方便性方面做了很多的技术革新， 使台式 GCMS 更符合从常规检测用户到科学研究用户对仪器使用方便性和仪器高性能发展要求。
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质谱原理及应用
有机质谱原理及应用浙江大学理学院无机与材料化学研究所刘子阳教授，博士生导师 课 程 安 排第一部分：理论基础 第一章：导论 第二章：有机质谱仪 第三章：质谱/质谱 第四章：质谱法测定分子结构（一），小分子 第五章：质谱法测定分子结构（二），大分子 第六章：LC/MS，LC/MS/MS应
用举例 第二部分： LCQ离子阱质谱仪原理及应用 第一章：Thermo Finnigan LCQ离子阱质谱仪介绍 第二章：Xcalibur软件应用技巧 第三章：Mass Frontier 软件辅助解析 第三部分：上机实验 时间安排大致如下：第一部分，6-8次课。 第二部分，1-2次课。 第三部分，1次课或第一和第二部分课后进行或单独安排时间。 §1.1 质谱的基本概念一、质谱是什么？Mass Spectromety 特殊的天平：称量离子的质量。 质谱学：是一门研究气相离子结构、 性质及反应行为的科学。二、质谱能做什么？定性：化合物的结构 定量：混合物的组成 领域： 化学、生物学、医学、药学、 环境、物理、材料、能源等% 194.2 0 100 200 300 400 500 600 334.3 399.7 m/z 254.2 100 507.3三、质谱的独到之处是什么？4S特性： Sensitivity 灵敏 Speed 快速 Specificity 特异 Stoichiometry 化学计量 §1.2 质谱分类质 谱同位素质谱无机质谱有机质谱生物质谱结构鉴定、定量分析、气相离子化学生命、医学、 农业科学环境、地球化学、化工药学、毒物 学、刑侦 §1.3 质谱学的发展历史一、质谱学领域的诺贝尔（Nobel）奖 1906年：物理奖J. I. Thomson 贡献：正电荷离子束在磁场中的偏转 ? 磁质谱仪的基 础同位素分析1989年：物理奖W. Paul 贡献：离子阱技术的发明。2002年 ：化学奖J. B. Fenn Virginia Commonwealth University, USA 贡献：电喷雾(ESI)电离方法 生物大分子分析Electrospray Ionization for Mass Spectrometry of Large Biomolecules,& J. B. Fenn, M. Mann, C. K. Meng, S. F. Wong and C. M. Whitehouse, Science 246, 64 (1989)Koichi Tanaka (田中耕一) Shimadzu Corporation,Japan 贡献：激光辅助解吸电离质谱(MALDI)电离方法 生物大分子分析Rapid Communications in Mass Spectrometry 2, 151 - 153 (1988), Koichi Tanaka, Hiroaki Waki, Yutaka Ido, Satoshi Akita, Yoshikazu 二、质谱学的历史事件1886年，Goldstein 发现正电荷离子 1898年，Wien 利用电场和磁场使正电荷离子偏转 1912年，Thomson 研制第世界上一台质谱仪，氖同位素的发现 1918年，Dempster 电子轰击电离(Electron ionization)及磁聚焦 1919年，Aston 精密仪器，测定50多种同位素，第一张同位素表 1934年，Stephens 均匀扇形磁场，球差和质量色散公式 Herzog 和 Hintenberger 电磁场组合，离子光学系统 1940年，Nier 扇形磁场偏转质谱计，双聚集系统 商品仪器的雏形235U，电磁制备方法，第二次世界大战期间在石油、化工等领域的应用 1946年，Stephens 飞行时间质谱(Time-of flight mass analysis) 1952年，Martin 气相色谱方法 1953年，Paul等 四极杆分析器(Quadrupole analyzers) 1956年，Gohlke and McLafferty 气相色谱-质谱联用(GC/MS) Beynon 高分辨质谱仪 (High-resolution MS) 1965年，Hipple等 离子回旋共振(Ion Cyclotron Resonance) 1966年，Munson and Field 化学电离(Chemical ionization) 1967年，McLafferty and Jennings 串联质谱(Tandem mass spectrometry) 1973年，McLafferty 液相色谱-质谱联用 (LC/MS)，热喷雾方法 1974年，Comisarow和Marshall 傅立叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS) 1981年，Barber等 快原子轰击电离质谱(FAB MS)， 生物中，小分子，2000以内 1989年，J. B. Fenn 电喷雾电离 Koichi Tanaka 基质辅助激光解吸电离 1990年，Katta and Chait 电喷雾电离质谱观察蛋白质构象改变 1993年，商品电喷雾质谱仪 1995年，付立叶变换离子回旋共振质谱仪（与ESI和MALDI联用） 1998年，高分辨飞行时间质谱仪（Delay Extract, Reflectron技术） 三、我国质谱发展概况20世纪 50年代，同位素质谱研究，配合核研究，技术来自于前苏联 70年代，引进质谱仪， 磁质谱：VG-ZAB-2F, 3F（7台，北大，南京、南开、兰州、 中科大、武汉、中山） VG-7070E（20多个单位） Finnigan MAT系列 80年代，中国科学院科学仪器厂，仿制7070E型质谱仪 KYKY系列 1980年，中国质谱学会，杭州成立，依托于科学仪器厂 《质谱学报》创刊 中国质谱学会机构：无机专业委员会、同位素专业委员会、 有机质谱专业委员会、生物医学专业委员会、 仪器与教育专业委员会 §1.3 常用概念一、质荷比(m/z)质谱图中的横坐标，质量与电荷之比。 若离子所带电荷为z = 1，则质荷比等于该离子的质量数。 离子是以12C原子的1/12定义为一个质量单位，用u表示。 1u=1.kg 其它常用符号，Da, 道尔顿 1Da=1u二、离子的强度（丰度）I两种表示方法 百分强度：所有峰的强度之各为100，每个离子所占的份额即为其百 分强度，百分强度= (Ii/ΣIi) × 100% Ii，第i 个离子的强度。 基峰强度：质谱图中离子强度最大的峰称为基峰，定义它的强度为 100，即IB=100， 其它离子强与之相比的百分强度称为该离子的强度。 三、同位素化学上，氖的原子量为20.2, 质谱上：氖不在m/z20.2处出峰，而是在m/z20和m/z22处各出一个 峰， 该峰的相对强度为10:1。为什么？质谱测定的是微观离子，表1 常见元素的天然同位素丰度元素 质量 H C N O F Si P S Cl Br I 1 12 14 16 19 28 31 32 35 79 127 A % 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 33 0.80 34 37 81 4.40 32.5 98.0 29 5.10 30 3.40 质量 2 13 15 17 A+1 % 0.015 1.1 0.37 0.04 18 0.20 质量不是宏观上的平均的概念。A+2 %元素类型 A A+1 A A+2 A A+1,A+2 A A+2 A+2 A+2 A元素 分类情况： A: H, F, P, I A+1: C, N A+2: O, Si, Cl, Br 同位素分布的二项式规则： n(n ? 1) 2 n(n ? 1)(n ? 2) 3 (1 + b) n = 1 + nb + b + b + LL 对A+1和A+2元素 2! 3! b: A+1或A+2同位素的天然丰度 n: 质谱峰中A+1或A+2元素的个数 A+1元素峰位置 A+2元素峰位置 质谱峰强度100M M 1M+1 M+2 nbM+2 M+4 n(n-1)b2/2!M+3 M+6 n(n-1)(n-2)b3/3! M m/z72…… …… ……12C H + 5 12 12C 13C H + 4 1 12 12C 13C H + 3 2 12 12C 13C H + 2 3 12m/z80M+1 m/z73 M+2 m/z74 M+3 m/z75 M+4 m/z7660RA40 20012C 13C H + 1 4 12 例：79Br100%,81Br98%≈100% M+2 M+4 M+6 1 2 3 1 3 1M M+2 Br M M+2 M+4 Br2 100 100 M M+2 M+4 M+6 Br3 100 98 100 100 100M Br, n=1: Br2, n=2: Br3, n=3: 1 1 15050 33.3 33.3例：35Cl Cl, n=1: Cl2, n=2: Cl3, n=3:100%, M 1 1 137Cl32.5% M+4 M+610097.5M+2 0.32565.0 32.5 10.6 M M+2 Cl M M+2 M+4 Cl2 M 31.7 3.4 M+2 M+4 M+6 Cl30.650 0.106 0.975 0.317 0.034 例：12C100%,13C1.1%C60, n=60, b=1.1% M12C 60M+113C12C 59M+213C 12C 2 58M+313C 12C 3 57720 1 100721 nb 66722 21100 66723 4.6n(n-1)b2/2! n(n-1)(n-2)b3/3!21 4.6 720 721 722 723C60的质谱图 元素组成的判断： 用同位素丰度的分布可帮助判断峰的元素组成。 方法： 1、获取最高质量峰，分子离子峰。 分子离子峰受氢迁移的影响最小。 2、最大丰度 信号强有利于判断。 3、A峰的选择 一个峰组中的A峰应是仅含最大丰度同位素(如12C、16O、35Cl)的最高 质量峰。 优先考虑A+2型元素存在的可能性，因A+2峰受A+1元素的影响较 小，A+2元素同位素的自然丰度也较高，容易判断，尤其是氯和溴。 然后再判断A+1元素，可根据其与A峰的强度比，大致判断A+1元素 的种类和所含个数。 4、确定元素组成的一致性 从分子离子峰M+?得到元素组成信息，需要与较小的碎片离子的组成吻合。 三、仪器技术指标质量范围(Mass Range) 质谱仪所能检测的最小到最大的质量范围。 不同仪器： 四极杆 1~600Da，1~4000Da， 磁质谱：1~10000Da 飞行时间质谱：无上限 离子阱质谱：1~2000Da，1~4000Da 不同要求：气体分析， 1~300Da 气相色谱质谱， 1~600Da，800Da 有机质谱， 1~2000Da 生物分子， 1~10000Da或更大 分辨力(Resolution Power, RP) 分辨力：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。m1m2A: 未分开 分辨差B:部分分开 分辨较差C:全分开 分辨达到要求 数学定义：m1 m1 = RP = Δm m 2 ? m1 m RP = Δm……(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 分辨率的另外一种定义： 分辨率=M/ΔM ΔM为半峰高处峰宽 intensity 分开的定义 10% valley [M+H]+m/ΔMm/z 质量数为28的三种分子组成的精确质量组成 CO N2 C2H4 整数质量 28 28 28 精确质量 27...031299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) = 770 N2-C2H4 : (RP)3 = 28...006158) = 1100 CO-N2 : (RP)1 = 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-ICR-MS分辨力可达2百万。 高分辨质谱进行元素组成分析： 任何一种同位素的质量并不是正好的整数。12C的准确质量为12.H= 1.，14N = 14.O = 15.，末位有效数字。每一个同位素都具有唯一的、特征的“质量亏损”，离子的质量包含了同位素的 总的质量亏损，也是特征的，以此来鉴定离子的同位素和元素组成。 例 m=43.0184Da的离子必定是C2H3O+，不可能是C3H7+(m=43.0058)或 C2H5N+(m=42.9984)，或CH3N2+(m=43.0296)。 为了区分这四个离子，测量的质量的准确度需达到130ppm。即小数点后第四 位是准确的。 元素组成信息随着质量的增加而呈指数地上升，对质谱质量的测定准确度要 求更高。 例 分子量为310的质谱峰，已知它们的元素组成限于碳、氢、氮和氧，且最多不 超过3个氮原子和4个氧原子。如果将其各种组合出来的质量能够区分开来，要求 的质量准确度达到2ppm，这是目前最高质量分辨力的FT-ICR-MS勉强能够达到的 水平。 注意事项 质谱学上的高分辨包含两层含义： 高的分辨本领 保证两个靠得很近的峰能够分开来，从而知道是两个峰而不是一个峰。 良好的线性行为 用已知精确质量的离子去得到待测定离子的质量数，不容许二者峰的 质量是一样的(重叠在一起)，二者之间必有一定的质量差异，质谱仪的线性 不好，用已知精确离子的质量来得到待测定离子的质量，就会因此而产生 偏差，从而造成误差，两者距离越远，这种误差越大。 良好的稳定性 磁质谱，飞行时间质谱仪，离子回旋共振质谱仪： 分辨力、线性和稳定性好，属高分辨质谱仪。 离子阱质谱仪：分辨力高，线性低，准高分辨质谱仪，用于判断质谱峰带 的电荷数。 四极杆质谱仪：分辨力低，线性好，不属于高分辨质谱仪。 §1.4 质谱学的专著、期刊和国内国际会议专 著： 1. Interpretation of Mass Spectra, F.W.Maclafferty 2. Mass Spectrometry for Biotechnology, Gary Siuzdak 3. Mass Spectrometry in the Biological Sciences, A.L.Burlingame 4. 有机质谱基础，陈耀祖，科学出版社 5. 质谱解析，F. W. McLafferty著，王光辉等译，化学工业出版社， 期 刊： 1. Rapid Communication in Mass Spectrometry 2. Journal of American Society of Mass Spectrometry 3. Journal of Mass Spectrometry 4. Mass Spectrometry Review 5. European Journal of Mass Spectrometry 6. International Journal of Mass Spectrometry 7. 质谱学报 IP(影响因子）2.4 IP IP IP IP IP 国内核心刊物 3.0 2.8 6.8 1.0 2.1 国内会议： 1. 中国质谱学会学术交流会（每两年一次）已到第八届， 中国质谱学会主办 2. 中国质谱学会各专业委员会学术交流会（每两年一次） 中国质谱学会各专业委员会主办 3. 各地方组织的质谱专业交流会 4. 各质谱公司举办的用户会或专题交流会 国际会议： 1. International Conference of Mass Spectrometry 每三年一次 主要在欧洲 主要在美国 2. Annual American Mass Spectrometry Conference 每年一次3. Beijing Conference and Exhibition on Instrumental Analysis (BCEIA) 每二年一次 中国科协主办，设有Mass Spectrometry Division，主要在北京 有机质谱原理及应用第二章：有机质谱仪器浙江大学理学院无机与材料化学研究所刘子阳教授，博士生导师 电话：8（办公室） （手机） 第二章：有机质谱仪器Components of any Mass SpectrometerVacuum System Sample Inlet Ionisation Method Mass Analyser Detector Data SystemAtmosphere §2.1 进样系统GasSample Inlete.g. from a gas chromatograph (GC/MS) e.g. from a liquid chromatograph (LC/MS) solid probes (DIP, DCI)Liquid Solid 一、储罐进样包括：储气室 加热器 真空连接系统 分子漏孔 用途：特殊样品的引入，校正仪器的样品，特殊的气体样品，用 于研究的样品(如气相离子化学、反应质谱等)。二、探头进样用途：固体样品或高沸点液体。三个条件： 样品在离子源中电离前必须气化 在气化过程中样品不发生或少发生热分解 样品能在离子源中维持一定的蒸气压 热分解： 带有离子型官能团，如季铵盐 有易形成氢键尤其是与探头表面形成氢键并引发分解的非离子型 官能团。 大分子量分子。 解决办法：快速升温 三种方式 束内技术(in beam) 探头内装加长毛细管，其前端伸至电子束位置，对不稳定样品获 得更强的分子离子信号。 解吸电子轰击电离(Desorption Electron Impact, DEI) 解吸化学电离(Desorption Chemical Ionization, DEI) 三、气相色谱进样1、填充色谱进样系统 色谱柱较粗，直径4~6mm 载气流速大，几十ml/min 单极喷射式玻璃分子分离器 原理：扩散能力不同 载气一般为氦气，分子小，扩散系数大。 样品分子较大，扩散系数较小。 喷射过程中，样品分子得到富集。2、毛细管气相色谱柱进样系统 载气流速小、柱子细， 直接插入电离盒中。 四、液体泵或液相色谱进样目前主要与电喷雾和大气压化学电离质谱联用。 1、液体泵 进样注射器 毛细管 输送样品到电喷雾尖端 流速可控制在0.5~500μl/min 适用于纯样品的分析或进行质谱研究等。2、液相色谱仪进样系统 将液相色谱流出物直接通过进样毛细管送到电喷雾电离源内， 与液体束相似。 液相色谱流速问题。 洗脱剂中的缓冲盐等问题。 §2.2 电离方式和离子源种类繁多，介绍主要的几种。APICI IonisationEISoft No FragmentsHard FragmentsSoft ionisation gives low fragmentation Molecular weight determination Produces “theoretical” spectra High sensitivity (low pg levels) 一、电子轰击电离 (Electron Impact, EI)1、组成部分 灯丝：钨、铼或铼钨丝，发射电子，电离样品 收集极：接收灯丝发射的电子 推斥极：推出产生的样品离子 永久磁铁：使电子做螺旋运动，增加电离几率2、电离效率曲线 灯丝产生的电子被加速到70eV,保 证电离的重现性。为什么？ 电离效率随电子能量的升高而升 高，当达50eV时，基本达到最大 值，实验上设定电子能量为70eV。 电离效率曲线 此时，产生的谱图有稳定的指纹 特征。 电子能量对质谱图的影响1221001221009 eVRelative Abundance20 eV105Relative Abundance8080606077404020200 20 40 60 80 100 120 1400 20 40 60 80 100 120 140m/zm/z10012270 eV105Relative Abundance80607740512039不同能量下获得的苯甲酸的质谱图60 80 100 120 1400 20 40m/z 二、化学电离 (Chemical Ionization, CI)利用反应气体的离子与样品分子相互反 应，而使样品分子离子化，本质是化学过程， 故称化学电离。 离子出品的缝隙减小，使高子室内的压力 保持在0.5-1.0Torr。 电子轰击化学电离气体，不直接作用于样 品分子。 推斥电极电压：0V，增加源内停留时间， 有利于离子-分子反应。 化学电离试剂：甲烷、异丁烷、氨气，氢 气，水、甲醇、胺等。 以甲烷为例，化学电离源内的有关离子-分子反应， CH4 + e CH4+ + CH3+ + CH2+ + CH+ + C+ + H2+ + H+ CH4+ + CH4 CH3+ + CH4 CH5+ + XH C2H5+ + XH C2H5+ + XH CH5+ + CH3 C2H5+ + H2 XH2+ + CH4 XH2+ + C2H4 X+ + C2H6化学电离离子-分子反应常见类型 质子转移反应 氢负离子转移反应 电荷交换反应 加成反应 BH+ + M MH+ + B [M-H]+ + BH2 B + M+ [BHM]+ 或 [BMH]+BH+ + M B+ + MBH+ + M 三、二次离子质谱(Second Ion Mass Spectrometry,SIMS)快原子轰击(Fast Atom Bombardment, FAB), Ar原子 快离子轰击(Fast Ion Bombardment, FIB) Cs离子FAB： Ar 与被加速到~20kV的Ar+进行弹性碰撞，使Ar获得相应的动 能，射向样品靶，产生轰击作用。 FIB： Cs+由CsI加热后放出来，然后通过电场加速到~20kV，射向样品 靶，产生轰击作用。适用于极性分子的分析，生物分子，质量在2000以内。 基质的作用： 一般为强极性分子，对快原子或快离子有较强的吸收能力，可使进样 品溶液溶解，溶剂挥发后，基质结晶，样品均匀分布于该结晶体中，轰击 时一起蒸发。 FAB/FIB常用基质基质 甘油 硫甘油 间硝基苄醇 二乙醇胺 三乙醇胺 硫代二甘醇 二硫苏糖醇 二硫赤糖醇(5:1) 四亚甲基砜 聚乙二醇 分子量 92 108 153 105 149 94 120 120 62+n(44) 沸点?C 182/20mm 118/5mm 175/3mm 217/150mm 190/5mm 285 背景离子 MH+, [MH+nM]+ [M-H2O]+, [MH+nM]+ MH+, [MH+nM]+ MH+, [MH+nM]+ MH+, [MH+nM]+ [M-H2O]+, [MH+nM]+ [M-H2S-H2]+,[MH+nM]+ MH+, [2M+H]+ (CH2CH2O)H+, MH+ 应用 普通基质 肽、抗生素 肽、蛋白质 多糖 多糖 金属有机物 金属有机物,肽 肽 多糖 四、等离子体解析质谱(Plama Desorption, PDMS)放射性同位素(252Cf)的核裂变碎片作为被级粒子轰击样品使其电离。 样品涂布于0.5~1μm厚的铝或镍箔上，252Cf的裂变碎片从背面穿过 金属箔，把能量传递给样品分子。Ba18+和Tc22+，动能分别为79MeV和104MeV， 高于FAB和FIB的能量。在10-12秒内产生碰撞，使样品不发生分解。252Cf的主裂变产物是基质：基本同FAB和FIB，还有硝化纤维素。适用于极性分子的分析，生物分子，多肽或蛋白质所测 定的质量高达14000Da。 五、基质辅助激光解吸电离(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization, MALDI)试样溶解或悬浮于基质中，激光 束辐射到基质和试样分子上。 基质吸收激光束能量后汽化，部 分试样分子伴随基质的汽化而解 吸。 基质吸收大部分激光能量，减少 了试样分子被激光能量破坏及过 度电离成碎片离子。 激光：固体氮激光，紫外光 波长： 337nm 功率：106~108W/cm2 脉冲时间：10-6~10-9秒 关于基质： 极性化合物 芳环 易结晶溶解样品 吸收激光 均匀分散样品分子 MALDI常用基质基质 烟酸 2,5-二羟基苯甲酸 芥子酸 α-氰基-4-羟基肉桂酸 3-羟基吡啶甲酸 2-(4-羟基苯偶氮)苯甲酸 琥珀酸 间硝基苄醇 甘油 邻硝苯基辛基醚性状 固体 固体 固体 固体 固体 固体 固体 液体 液体 液体适用波长 266nm, 2.94μm,10.6μm 266nm, 2.94μm,10.6μm 266nm, 337nm,355nm, 2.94μm 337nm,355nm 337nm,355nm 266nm, 337nm 2.94μm,10.6μm 266nm 2.94μm,10.6μm 266nm, 337nm, 355nm应用 蛋白质 蛋白质 蛋白质 蛋白质 核酸、配糖体 蛋白质、配糖体 蛋白质、核酸 蛋白质 蛋白质 合成高分子 MALDI的特点：优点： 质量范围可达50万Da。 高灵敏度，可测至10-12~10-15摩尔。 软电离，没有或很少有碎片离子，可用于分析混合物。 可容纳毫摩尔级的盐。 缺点： 基质背景易干扰质量数1000Da以内的物质分析。 激光解析电离可能导致被分析物分解。蛋白质组分析。 六、电喷雾电离(Electro-Spray Ionization, ESI)毛细管 直径0.1~0.2mm。 喷雾电压：毛细管尖端与离子引入口之间，3~8kV。 壳气(Sheath gas), 从毛细管端与喷雾反向加热后流出。 离子通过取样锥(Skimmer)和毛细管(Capillary)传送至光学聚焦系统。 电喷雾电离的基本过程 电场下的喷雾 壳气的作用下 电荷的库仑作用 Rayleigh 极限带电雾滴 溶剂的蒸发 带电雾滴的解体 表面张力和库仑斥力的平衡点Reproduced from Kebarle, P. J. Mass Spectrom. 4-817. 电喷雾电离产生多电荷离子：可以用质谱仪的小的质量范围测定大的生物分子， 相当于将质谱仪的质量范围放大的n倍。 多电荷离子的有关计算 对于蛋白质，产生的多电荷离子为：[M+nH]n+，系列离子 假设某一质谱峰(m/z)1对应的离子为[M+nH]n+, 另一相邻质谱峰(m/z)2 对应的离子为[M+(n+1)H](n+1)+, 且两个峰均为同一蛋白质产生，则可通过 建设联立方程组来得到M和n的具体数值:? (m/z)1 = (M + n)/n ? ? (m/z) 2 = (M + (n + 1))/(n + 1)解方程组得到M和n。 可以编制程序将所有相关的峰进行计算并取平均值，则可得到较精确 的分子量信息。这一过程称作解卷积(Deconvolution)。 例 肌红蛋白电喷雾质谱图 带10~30个电荷的系列分子离子 七、大气压化学电离(Atmosphere Pressure Chemical Ionization, APCI)毛细管样品送入加热管中，该管可以达到300?C以上。 在加热管中溶剂挥发。 加热管出口处放置电晕(Corona )放电装置, 使挥发出来的溶剂分子 电离，形成等离子体。 等离子体与样品分子反应，生成[M＋H]+或[M－H]C准分子离子。 APCI特点 软的电离方式，样品直接从液从中拉出来的，不是蒸发，基本 不产生分解，电离过程属于离子-分子反应，与CI原理相似。 快速地适合高低含量水溶液的流动相，可作梯度分析。 单电荷峰，实现源内CID。Which Ionisation Mode?100,000 Molecular WeightElectrospray 1000 EI/CI APCINon-PolarPolar §2.3 质量分析器种类繁多，磁场、电场、射频场对电荷离子的控制作用。一、扇形磁场和静电场 (Sector Analyzer)1、离子在扇形磁场中的运动离子在扇形磁场中的运动仪器的加速电压V：使离子具有高的动能，快速通过磁场、电场和无场区。 某一离子：质量为m，电荷价态为z，从加速电场获取的电能为zeV。 该离子的动能为1/2mv2 v为离子的运动速度，两个能量是相等的。 即： 12mv 2 = zeV 进入磁场后，离子在磁场的作用下作圆周运动，则：mv 2 Bzev = rB为磁场强度，r为离子的运动半径，即磁场的半径。 合并以上两式得：1 ? 2mV ? r= ? ? B ? ze ?1/ 2具有不同质量的离子具有不同的轨道半径，质量越大，半径越大， 表明磁场具有质量色散能力，可单独作质量分析器。 若 r 固定(当仪器的磁场确定后，r实际上就固定下来)，上式改写为：m er 2 B 2 B2 = =k z 2V Vk为常数er 2 k= 2离子的质荷比与磁场强度的平方成正 比，与加速电压反比。 固定加速电压，扫描磁场可使离子依 次通过磁场，从而达到离子按质量分析。 磁场为质量分析器。 2、离子在扇形电场中的运动mv zeEr = re2Er 为离子运动轨道上的电场强度 re 为离子在电场中作圆周运动的半径，即 电场的半径。 将离子动能 mv2/2=zeV 代入上式，则得：离子在扇形电场中的运动2V re = Er若Er固定，则离子运动半径随加速电压的 改变而改变，因此静电场是能量分析器。半径为re圆弧上，电场强度为： 其中E为静电场的电压。1 2E Er = re ln r1 / r2代入 re = 2V/Er中得：E = V lnr1/r2, r1和r2是固定的。 所以，在双聚焦质谱仪中，静电场电压与加速电压维持着一定的比例关系。 2、双聚焦质谱仪基本原理 扇形磁场质量色散，分析离子原因，实际上是动量分析器。 方向聚焦，相同质量和相同速度的离子，从同一点以不同角度入 射到磁场中，在磁场中所走轨迹不同，但在磁场后可 集中于某一点，与方向无关。 静电分析器 能量分析器 方向聚集，同磁场。 离子源中引出的离子： 运动方向不平行。 存在能量色散，初始的 温度分布和电子轰击时所 产生的附加动能。反置式双聚焦高分辨质谱仪离子光学双聚集 方向聚焦：磁场和电场，大小相同，方向相反，互补作用，使不同方向的离子 聚焦于检测狭缝处， 能量(速度)聚焦：磁场和电场，大小相同，方向相反，使不同能量的离子聚焦 于β狭缝处。 β狭缝：能量不同的离子聚焦于β狭缝处，调节该缝的宽度可以使通过的离子 的能量范围不同。实现高分辨。 二、四极杆质量分析器(Quadrupole Mass Analyser)+ +两组四极杆分别加上 +(u+Vconωt) 和 C(u+Vconωt)，++其中u直流电压部分，Vconωt为射频电压部分 ω = 2πf, f为频率。 理想的四极场为双曲线型，但加工的困难，用四根杆代替。 在四极场中任一点的电场为：x2 ? y2 φ ( xyt ) = (u + Vconωt ) r02在场的中心和两条对角线 上的任何一点电位为零。 离子在射入四极场后，其运动方程ma = eE a为离子加速度，E电场强度电场强度为电位的导数。则上式在直角坐标系展开为：在四极场中任一点 的电场为：d x ?φ m 2 = ?e dt ?x d2y ?φ m 2 = ?e dt ?y2d 2 x ? 2e(u + V cos ωt) m 2 = ?x 2 dt r0 d 2 y 2e(u + V cos ωt) = ?y 代入上式得： m 2 2 dt r0 d 2z m 2 =0 dtd 2z ?φ m 2 = ?e dt ?z 令：8eu a= mr02ω 2 4eV q= mr02ω 2ε=ωt2d 2x m 2 + (a + 2 q cos 2 ε) ? x = 0 合并上 dε 几式得： d 2x m 2 ? (a + 2 q cos 2 ε) ? y = 0 dεMathieu 方程Mathieu方程解，复杂，与边界条件密切相关。 以a, q为坐标，方程的解作图，三个区：稳定区，x不稳定区，y不 稳定区。 a, q都是交直流电压幅值、频率和时间的函数，可由仪器设定和调 节，r0 是仪器中心到四极杆的径向距离，其值是确定的。 稳定区:离子产生稳定的振 荡，沿z方向通过四极 杆。不稳定区: 离子振幅不断增大， 最后飞出四极场或与z 和y电极碰撞中和。 扫描线：与稳定区相截并且 通过原点的直线。在这条直线上， 各处的a/q比值都为常数，即 u/V = a/q 亦为常数。 同质荷比的离子对应有不同的a, q值，对于具有使 u/V = a/q为常数的 离子来说，其a和q值均在扫描线上。如果其值恰好处于扫描线和稳定区的 两个边界交点(A，A′)之间，则该离子落在稳定区之内。 改变u/V 的比值，扫描线斜率变化，增加，AA′长度减小，即能够稳 定的离子减小，分辨率增加。AA′长度仅与u/V比值有关。 固定u/V比值(即保持AA′长度不变，也就是分辨率不变)，改变V的幅 值，可使不同质荷比的离子先后进入稳定区，顺序通过四极杆之后被接 收，得到一组不同质荷比的质谱。
三、离子阱质量分析器(Ion Trap Mass Analyser, IT)离子阱质谱由四极杆质谱仪发展而来。 四极杆变为环极，四极杆两端加端帽。 端帽和环极上均加有直流电压U，射频电压 (振幅为V，角频率Ω) 。 离子的运动仍由Mathieu方程描述。 较理想的离子阱质量分析器：r02 = 2z02 离子阱中引入~10-3 Torr 氦 气，使离子运动受到阻尼，提 高离子轨迹的稳定性，进而提 高仪器的分辨率和灵敏度。Mathieu方程的解：蓝色区为稳定区，其它为不稳定区，空间分布， 这里仅是一个截面。 捕集时(Trapping)，设定U, V 和Ω ，使各种离子在蓝色区域的最式边。 扫描时(Scanning)，给定U, V 和Ω ，使扫描线按 qz=0 的由左到右进行， 离子从小质荷比到大的质荷比依次排出到检测器。 离子阱的多级质谱分析Trapping1Elimination 2Capture 3Collision 4二级质谱： 捕集(Trapping)， 排除(Elimination) 捕获(Capture)， 碰撞(Collision)Scaning 5扫描(Scanning)检测(Detection)多级质谱：上述步骤的重复过程。 四、飞行时间质量分析器(Time Of Flight Mass Analyser, TOF)离子源中的离子经加速电压获得的速度为： 其中 ze为电荷，V为加速电压，m为质量。 飞行管长度L，到达检测器的时间为： 质量越大，飞行时间越长，实现分离。 m1和m2两个离子：2 zeV v= mL m t= =L v 2 zeV用已知样品进行校 正，得到未知离子 的质量。Δt =L( m1 ? m2 ) 2 zeV 仪器的分辨率近似为：m t ≈ Δm 2Δt提高加速电压，增长飞行管长度，都可提高分辨率。 但导致分辨率较低的主要原因是离子源得到离子的能量色散作用，即分 子的热运动的影响，使得离子的被始速度不一致。 解决离子热运动，提高分辨率的方法： 两级加速法：先用一级加速，离栅极较远的离子获得更多的动能，提高 速度，追赶上离栅极近者，然后再经栅极加速后，一起进入飞行管。 Delay Extract技术：在激光脉冲开启的瞬间，没有加速电压存在，离子 处于一种无场运动，不同速度的离子向栅极运动的距离不同，一定时间 过后(很短的时间)，加上加速度电压把离子引向栅极，此时，前面具有 不同速度的离子处在不同的位置，速度快者，离栅极近，速度慢者，离 栅极远。加上电压后，处于不同位置的离子获得电场能，离栅极近者， 获得的电场能小，离栅极远者获得电场能大，前者本身速度快，被始动 能大，后者速度慢，初始动能小。动能小者从栅极电压获得相对多的电 场能，动能大者从栅极电压获得相对少的动能，从而使两者加速后，动 能的差异减小，即减小能量色散。从而提高分辨率。 飞行时间质谱仪 反射式或折射式：靠电场将飞行的离子反射回来，在反射端接有检测器。 好处： 提高分辨力和灵敏度。 对灵敏度的提高：中性分子也会在电离过程中产生，并飞向检测器，但中性分子不能被 反射，不能到达反射检测器所在位置，减小本底噪音，提高灵敏度。 对分辨率的提高：速度快的离子动能相对较大，克服电场阻力的能力大，打入到反射电 场的深度大，反之，速度慢的离子打入反射电场的深度小，前者因打 入电场深度大，多运动一段距离，后者因小运动的了段距离。快者多 走路程，慢者少走路程，最终两者几乎同时到达检测器，提高了分辨 力。 折射式原理同反射式，只是多反射了几次，提高分辨力，但可能减小灵敏度。
五、傅立叶变换离子回旋共振质量分析器 (Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance，FT-ICR)离子沿平行于磁场方向进入ICR-Cell，加在垂直于磁场的捕集电极上的低直流电压形 成一个静电场将离子拘禁于室中。在磁场作用下，离子在垂直于磁场的圆形轨道上作 回旋运动，其回旋频率ω 仅于磁场强度 B 和离子的质荷比m/z有关： zB ω = 1.537 ×10 × m7式中ω 为赫兹(Hz), B为特斯拉(T), m为原子质量单位(u) 一组不同空间位置上m/z值相同而速度不同的离子将以同一频率运动，离子 的速度只影响其轨道半径。 zB ω = 1.537 ×10 × m7式中ω 为赫兹(Hz), B为特斯拉(T), m为原子质量单位(u) 一组不同空间位置上m/z值相同而速度不同的离子将以同一频率运动，离子 的速度只影响其轨道半径。 通过发射电极向离子加一个射频电场；若射频电压的频率正好与离子回旋的 频率相同，离子将共振吸收能量，使其运动轨道半径和运动速度逐渐稳步增大， 但频率仍然不变。当一组离子达到同步回旋之后，在接收电极上产生镜像电流。 根据镜像电流的频率可以计算出离子的质量。 在实际测量中，多种离子同时产生，在回旋池中加一个频率范围覆盖了所有 感兴趣离子的脉冲射频。脉冲结束后，所有受激离子诱导的镜像电流在接收电路 上形成各自的阈衰减信号；这个复合的时阈误减信号经傅里叶变换为与质量相关 的频阈谱图。 对镜像电流取样的时间越长，质量分辨率越高。但碰撞阻尼破坏离子的同步 回刻运动，从而使镜像电流衰减加快。 高真空有利于提高分辨率，同时还可改善信噪比。 §2.4 几种常见商用质谱仪一、磁质谱仪Finnigan MAT-900XPHigh resolution, double focusing mass spectrometer.Acceleration voltage Full acceleration voltage for all ionization modes Mass range Resolution Mass accuracy 5,000 Da at full acceleration potential better than 60,000 better than 2 ppm 二、四极杆质谱仪Finnigan TSQ QuantumMass Range: 3000 Daltons. 三、离子阱质谱仪Finnigan LCQ Advantage 四、飞行时间质谱仪Applied Biosystems Super VoygerSuper Voyager- DE -STR展现了MALDI －TOF强劲的应用前景。长距离的飞行 路径（3米）使分辩率达到了最好的程 度，高性能探测器配合信号的快速转化 和传送可获得非常高的灵敏度。可分析 较为复杂的混合物，在样品含量低于 10-12摩尔时，分子量的测定仍有相当高 的灵敏度和分辩率。 VOYAGER－DE STR可进行PSD和CID MS/MS实验。可通过测量准确的分子量 来进行数据库查寻。 五、FT-ICR-MSBruker Daltonics APEX IV? Routine mass accuracy & 1-2 ppm, mass resolution up to several 100.000. ? Fast MS/MS fragmentation using IRMPD (Infrared Multiphoton Dissociation). ? Low-noise pre-amplifier and new flexible Infinity Cell Controller for higher sensitivity Various, easily exchangeable sources: Improved APOLLO ESI/APCI source, SCOUT-100 MALDI source with patented AnchorChip? technology, High Throughput MALDI/ESI CombiSource?, NanoElectrospray, FAB, SIMS, EI/CI 第三章：质谱/质谱§3.1 质谱/质谱基础 §3.2 质谱/质谱仪器 §3.3 质谱/质谱应用 §3.1 质谱/质谱基础根据不同的需要，将各种类型的质量分析器以不同的方式 联结起来，提供更为强大的质谱分析功能，解决气相离子的各 种问题。一、基本概念1、质谱/质谱与色谱/质谱串联技术的比较串联的概念是一致的。M1,M2,M3 进 样 口 M1,M2,M3GCM3M2M1离子源M1x+, M1y+…MS分离 M2 M1,M2,M3 离 子 源 M 1, M 2 , M 3+ + + +鉴定MS1M1+碰撞室+M1x+, M1y+…MS2M3色谱/质谱：中性混合物的分离分析。 质谱/质谱：对纯物质，分别研究分子离子和碎片离子，结构结构信息。 对混合物，分别研究各个不同的分子离子，具有部分分离能力， 各个物质的结构信息。 2、质量分析器串联方式空间上的串联(tandem in space)将同类型种或不同类型的质量分析器依次联结在一起。 a) 同种类型的质量分析器串联 扇形磁场、扇形静电场串联质谱。 四极杆串联质谱。 飞行时间串联质谱。 b) 混合型串联质谱(hybrid mass spectrometry) 扇形磁场、扇形电场和四极杆串联。 扇形磁场、扇形电场和飞行时间质谱串联。 四极杆和飞行时间质谱串联。 离子阱和飞行时间质谱串联。时间上的串联(tandem in time)在同一质量分析器上，在不同时间里，依次实现离子的选取、离子的碰撞诱 导解离(或碰撞活化解离)、离子的分析，时间上的串联。 离子阱质谱仪。 离子回旋共振质谱仪。 3、质谱仪内离子分解的方式亚稳分解(Metastable Decomposition, MD) 碰撞诱导解离(Collisional Induced Dissociation, CID)或碰撞活化解离 (Collisional Activation Dissociation, CAD) 表面诱导解离(Surface Induced Dissociation, SID) 黑体红外辐射解离 (Blackbody Infra-Red Dissociation, BIRD) 光解离(Photo-Dissociation, PD)a) 红外多光子解离(Infra-Red Multi-Photon Dissociation, IRMPD) b) 紫外光解离(Ulta-Violet Photon Dissociation, UVPD)电子捕获解离(Electron Capture Dissociation, ECD) 二、质谱/质谱中离子的能量分布质谱中的三种类型离子，对于电磁质谱来说，离子源内产生的离子： 稳定离子 离子寿命大于10μs, 分解速率小于105，正常离子峰。 不稳定离子，离子寿命小于 1μs， 分解速率大于106，检测不到。 亚稳离子， 离子寿命介于1-10μs, 分解速率在105到106之间，亚稳峰。1、亚稳离子分解过程中不专与任何其它粒子(包括 中性分子、离子、电子或光子)进行能量交 换，分解的驱动主要是沉积在离子上的略高 于分解反应临界能的内能，分解速率在 105~106之间。 主要出现在扇形电磁质谱和飞行时间质 谱中。 电磁质谱中亚稳离子的内能和寿命的关 系见右图和下图： 10-6& τ & 10-5s [A+]≠内 能Ea B+亚稳离子分解能量示意图A+反应坐标电磁质谱中的亚稳分解一般发生在无场区中进行，BE或EB型质谱仪中，有第 一无场区(IFFR)、第二无场区(2FFR)和第三无场区(3FFR)，可采用联动扫描方式分 析。 飞 行 时 间 质 谱 亚 稳 分 解 发生在 飞行管 无场区 中，通 过源后 分解技 术(Post Source Delay, PSD) 测定。 2、内能分布及离子结构对离子分解的影响基本原理设有两个离子A+和B+，它们分解的临界能分别为Ea和Eb，它们之间相互转化的 临界能为Ei，当离子内能分别处于I，II和III区时，离子会以不同的形式存在，在质 谱仪也将检测到不同的离子。 I：稳定的A+离子。 II：A+可以异构化为B+，但在质谱上III II Eb Ea I Ei B+ A+表观测到的是“同一离子” (质荷 比相同)，实际上是A+和B+的混 合离子。 III：过剩内能不太大，发生亚稳分 解反应。 IV：A+和B+离子的混合物的分解， 产生各自的碎片。 详细分析(a)：Ei高于Ea和Eb 界能EA)，稳定的A+离子。 A1~A2: A+的亚稳分解。 A2~A3： A+分解，产生其碎片离子。 A3以上： A+可以异构化为B+，但B+离子在该内 能处，离子的态密度很小，反应速率很 小，两种异构体是可以区分的。 (b)：Ei低于Ea和Eb B1以下：稳定离子，A+或A+和B+的混合离子。 B1~B2: B2~B4: A+异构化为B+，B+亚稳分解。 B+分解，产生其碎片离子。 离子，各离子的份额与其内能值有关。 亚稳分解谱上，B+占优势；CID谱上， A+的比例增加，在质谱分解的时间范 围内，A+和B+不能建立快速的平衡， 因此MI和CID谱上，有一定的区别。A+为初始离子，B+为A+的异构体： A1以下：内能较低时(不高于亚稳离子分解的临B4以上： A+和B+混合离子分解，产生混合碎片 (c)：Ei远低于Ea和Eb B1以下：A+和B+混合物的稳定离子，因两者间 B1~B4: 非常容易转化。 A+和B+混合物的分解。 A+和B+无法区分。(d)：Ea高于Ei高于EbC2 1小于Ei时：稳定的A+离子。 C1~C2: C2以上: A+以亚稳的速度转化为B+后分解， 得到B+离子的碎片。 A+转化为B+后再分解，得到B+离子 的碎片离子。 3、碰撞诱导解离过程中的能量转换对于内能较小的稳定离子，进行MS/MS实验时，需要为该离子提供能量，使其 内能超过该离子分解的临界能。 具有一定动能的前体离子与中性气体碰撞，在发生的非弹性碰撞中，离子的部 分动能转化为内能。转化而来的内能与离子的动能以及碰撞气体的反应截面有关。碰撞能量表示方式高能：千eV数量级。磁质谱、飞行时间串联质谱等。 中能：百eV数量级。四极杆质谱等。 低能：十eV数量级。离子阱质谱等。 此处指实验室坐标下的能量，用离子运动的动能Elab表示。 实际上，决定碰撞能量转换的是质心坐标能量Ecm，二者的关系：Ecm = Elab mg mg + mpmg: 碰撞气体质量 mp：离子质量 Ecm = Elabmg mg + mpmg: 碰撞气体质量 mp：离子质量合适的内能分布产生有价值的MS/MS谱图，需选择合适的Ecm： Elab大者，选取小的mg，如He, Ne等。 Elab小者，选取大的mg，如N2、Ar 或Xe等。 例：在磁质谱中，m/z200的离子经6keV的电压加速后与He碰撞时，计算E 在四极杆质谱仪中，m/z200离子的动能为100eV，与Ar碰撞，计算Ecm。 磁质谱 四极杆Ecm = Elab × Ecm = Elab × mg 2 = 6000 × = 59eV mg + mp 2 + 200 mg 40 = 100 × = 16eV mg + mp 40 + 200电子轰击： Ecm≈Elab 因为电子质量非常小，mp相对于mg可以忽略不计。 碰撞能量向内能的转化碰撞过程遵守能量和动量守衡原理。 离子运动的动能Ecm，碰撞过程中转化为内能Q，但Ecm不是全部转化为 Q，而是部分转化。单次碰撞的转化效率与离子的碰撞截面、气体的碰撞截 面有关。动位移E≠E0rQ内 能 E0 EM1+ → M2+ + M3 反应坐标 例：正丁基苯分子离子断裂反应碰撞能转化为内能的效率H +.α+m/z91 H.+H rH H + m/z92.内能左：化学电离正丁基苯方法产生正丁基苯分子离子，采用不同电荷交换能力的化学电 离试剂，生成的M+?具有相对确定的内能值。 内能越高，I91/92越大，越易生成m/z91。m/z91离子的生成是键断裂反应，“疏松 型”过渡态，高内能时有利于该反应。 m/z92离子的生成是六元环重排反应，“紧密型”过渡态，低内能时有利。 右：正丁基苯分子离子在不同Elab和Ecm条件下CID谱图。与左图相似。 当I91/92=1.4时，右图 即 Ecm = 3.7eV Ecm = 3.7eV， 内能 = 3.2eV。 左图 内能 = 3.2eV。 此时，Ecm转化为内能的效率为 3.2/3.7=86%。 同理： 当I91/92=2.7时，右图 即 Ecm = 9eVEcm = 9eV， 内能 = 4.6eV。左图 内能 = 4.6eV。 此时，Ecm转化为内能的效率为 4.6/9 = 50%。在高的碰撞能Ecm下，离子从碰撞中转化而来的内能较高，碰撞能转化 为内能的效率下降。 能量转化的影响因素CID实验时，需要得到较合适前体离子的内能分布，从而获得信息丰富的谱图。 影响因素： Ecm越大，转化的内能越高。 碰撞气体压力，提高压力，有利于前体离子内能的积累。 原因：当提高碰撞气压力时，碰撞机率增加。 前体离子多次碰撞，每一次均获得一定量内能，积累出分解所需的内能。 前体离子分解的离子进一步与碰撞气碰撞，子离子获得分解所需的内 继续分解。 Mp+ +能，N NMp+*+N NMp+**+产物 碰撞气压力下，碎片离子的产率与靶气密度、碰撞截面和碰撞室的长度对入射离 子强度和出口离子强度的关系式：If = Ipe ? nDσLIf : 产物离子强度 Ip：进入碰撞室前体离子强度，即在没有碰撞气时主束离子的强度 nD: 碰撞气的数密度 σ ：碰撞截面 L ：碰撞室长度。 由此公式可以计算碰撞截面σ ，与结构密切相关的一个参数。 CID谱反映的是稳定离子的结构，碰撞过程中，离子从碰撞能中获得能量， 使其激发到较高的振动能级上，达到其导异构化或分解所需要的能量，两者是一 个竞争的反应。但只要异构化临界能不是太小，则前体离子直接分解的速度一般 大于异构化的速率，因此前体离子会主要以直接分解的反应途径分解，同时可能 伴有异构化离子的分解。所以，在大多数情况下，对于不同的离子A+和B+，具有 不同的CID谱，这为利用MS/MS研究离子结构奠定了基础。 值得指出的是，具有相同的CID谱的离子不一定具有相同的结构，如在异构 化临界能很低时，初始的前体离子与其异构化离子在CID谱上是不能区分的，这 种情况虽然不是很普遍，但应给予注意。相反，具有相同结构的离子，一定有相 同的CID谱。 与亚稳分解相比，CID谱中离子的反应通道更多，分子离子的CID谱与其常 规的EI谱很相似，主要是由于碰撞可以获得更多的内能，使前体离子分解。 亚稳谱研究的离子，其内能分布在一个很窄的范围，只有少量的反应通道， 分解的产物离子种类少。 若两个离子结构相同，则其MI和CID谱均应相同，若两个离子结构不同， 其CID谱很可能不同，但其MI谱不一定不同。因为MI谱中研究的是内能相对较高 的离子，在分解之前，很可能会发生异构化，其谱图是一个包含异构化离子在内 的离子分解的混合谱图。CID相对于MI而言，选取的是内能低的离子，大部分保 持其初始结构，有很好的可区别性。 4、光解离中的能量转换紫外光解离使用紫外光如193nm解离，能量较高，可以 将处于电子基态的离子跃迁到各激发态上。然后 进行解离，这是一种高内能的解离过程。其结果 与高能碰撞有相似之处。 激发后的离子分解经历以下主要过程： AB+ AB+ AB+hν hν hνAB+* AB+* AB+*AB+ + hν A+ + B AB+**荧光发射 直接解离 A+ + B 预解离光解离： 无须碰撞气。 解离效率相对较高。 相对高能量，丰富的碎片离子。 产生多次裂解，不利。 红外多光子解离用红外光(如10.6μm)照射离子，离子吸 收多个红外光子的能量，使内能提高。由于 所用的红外光子的能量在振动能级的水平， 吸收的光子的能量主要使离子的振动能级激 发，达到或超过离子分解的临界能，从而产 生碎片离子。这是一种低能的过程。其结果 与某些低能碰撞有相似之处。多光子吸收过程激发后的离子分解经历以下主要过程： AB+nhνAB+*A+ + B直接解离光解离： 无须碰撞气。 解离效率相对较高。 专一裂解性。 产生多次裂解，不利。 §3.2 质谱/质谱仪器一、BE或EB型电磁场双聚焦质谱仪正几何型反几何型三个无场区I，II，III(1FFR, 2FFR, 3FFR)。 β狭缝，主狭缝。 亚稳分解发生在三个无场区。 1、亚稳离子分析常归扫描质谱的亚稳离子峰在常规的质谱分析谱图上，有时会在非整数质量数处出现峰较宽，强度 不大的峰，这些峰为亚稳峰，其来源为某些分解速度为105~106 的离子，在 离开离子源于无场区内分解所产生，其质量数不出现“真实”的m/z位置，而 在质谱图上出现“表观”m/z位置。 在常规的质谱图能够观察到亚稳峰的仪器： 单聚焦质谱仪：亚稳分解发生在磁场前面的无场区 正置双聚焦EB质谱仪：亚稳分解发生磁场前面的无场区，即第二无场区。 三种不同类型的离子: 稳定离子(M+?)、不稳定离子(M+?)和亚稳离子(M+?*)： 稳定离子 M+? 不分解， M1+ 检测到M+?。不稳定离子 M+? 亚稳离子 M+?*+ M2? 离子源内分解，产生M1+，检测到M1+。M1+ + M2? 无场区内分解，产生M1+*，检测到“表观质量”。稳定离子M+?和稳定的碎片离子(离子源中产生的)M1+遵守的基本方程：1 2 mv LL (1) 2 mv 2 LLL (2) Bzev = r 消去以上两式中的 v, 并整理后得 : zeV = B2 m =k V z er 2 其中k = 2其中： m : M+? 的质量 V : 加速电压 v : 离子运动速度 B : 磁场强度 r : 离子动行半径该方程对于稳定的M1+离子也适用，只需将m换成m1即可，公式如下。m1 B2 =k , z V er 2 其中k = 2 亚稳离子M+?*在场区飞行时发生分解，产生M1+*和M2。M1+*和M2具有与M+?相同 的运动速度，但M1+*的动能仅为m1v2/2。 M+?* 经加速电压加速后所得能量zeV, 亚稳分解的M1+* 离子的加速电场能为 m1/mzeV。 m1+ m2= m, 由M1+*和M2来分配M+*的能量，即 m1/mzeV+ m2/meV= zeV。m1 1 zeV = m1v12 2 亚稳M1+*： m 1 m12 2 m1v1 = (2 zeV ) LL (1) m正常M1m +： 1B2 =k z V若要M1+*通过磁场，其在磁场中也需做半径为r的圆周运动，此时M1+*也应 符合电磁场质谱的基本方程：m12 er 2 B 2 = 或 mz 2V m* B2 =k z V m12 er 2 m* = , k= m m 2此式表明，在磁场前无场区M+?* 分解所产生的M1+* ，将 在质量数为m12/m的位置出现质谱图中，该数值为“表观质量” ，该离子的“真实质量”为m1，表观质量比真实质量小。 亚稳离子分解反应时，部分内能转换成动能，亚稳离子 的峰具有不同程度的扩散，导致峰变宽、变弱，其质心位置 不易准确判定。 例：邻硝基甲苯和对硝基甲苯准分子离子的亚稳分解+.NO2 * CH2+.+.-CH2 NO2 m/z136NO2m/z136CH2-NO * NO2+Om/z106CH2NOm/z9059 60 828359.582.6m12 90 2 m* = = = 59.5 m 136m12 106 2 m* = = = 82.6 m 136亚稳实验证实邻硝基甲苯和对硝基甲苯的准分子离子峰失去硝基和亚硝 基的机理是不一致的。 离子动能谱(Ion Kinetic Energy Spectrum, IKES)和质量分析离子动能 谱(Mass Analyzed Ion Kinetic Energy Spectrum, MIKES)前者在正置几何型EB上实现，后者在反置几何型BE上实现，均将磁场 设为回定值，扫描静电场，分别得到碎片离子找前体离子和前体离子找碎片 离子的功能。后者还可以将磁场前面加一个碰撞室，对前体离子加以碰撞， 实现所谓的CID-MIKES，对于研究离子结构非常有用。正几何型反几何型 a) IKES：正置几何质谱 对于稳定的离子M+, 其通过静电分析器的条件为： 静电场必须与加速电压保持一定的关系，eV = 1 2 mv = eEr mv , 2 re 2V re2才能使得从离子源中出来的稳定离子通过静电 场。只要保持了这种关系，所有稳定的离子所 获得的动能会使得其通过静电场，此时的静电 场只起到一个离子能量的聚焦作用，不能起到 分离子的作用。在常规的扫描中，加速电压固 定，静电场也随之固定。消去v得 : Er =不含m第一无场区亚稳分解： 对于稳定的m+, 其动能为mv2/2=eV，恰好能够通过静电场。+ M +* → M1 + M 2 + M A* → M + + M A2 A1 + M B* → M + + M B2 B1而对于M+*, 其动能亦为mv2/2=eV，但在第一无场区分解后， M1+所具有的动能为m1v2/2= m1/meV, 小于M+* 的动能, 该离子 不能够通过静电场，所以检测不到该离子。其它的亚稳离子 与该离子相同。M → M + M C2+* C+ C1 M+电场电压E，正常离子M+ 通过。 电场电压E1，降低电场强度可使M1+ 通过。E1=m1/mE。Mf+动 能C6H6+*C3H3 CH3+m2/m1= 78/39=2 m2/m1= 30/15=2m/z78m/z39C2H6+*+m/z30离子源 加速 第1无场区 电压 静电场m/z15时间E1能够使第一无场区发生的亚稳分解，碎片离子和前体离子之间满足m1/m=E1 的所有离子都能通过静电场，如果将检测器置于静电场后面，则检测到的是一组离 子。 向下扫描静电场，可使具有不同m1/m值的亚稳分解一组离子依次通过静电场， 得到IKES。 也可以将磁场设定某一固定值，只允许某组特定动量的离子通过，则在电场扫 描时，分析的离子不仅满足m1/m=E1, 而且还要满足m12/m=表观质量。这样使得分析 结果更清楚。 b) MIKES：反置几何质谱 第2无场区亚稳分解： 第2无场区碰撞诱导分解： 前面讨论的结论仍然有效：M+磁场 碰 撞 室+ M + * → M1 + M 2+ M +* → M1 + M 2NM+电场电压E，正常离子M+ 通过。 电场电压E1，降低电场强度可使M1+ 通过。 E1=m1/mE。动 能M1 +静电场双电荷离子的MIKES，略离子源加速 第1无场区 电压磁场第2无场区静电场时间令磁场只允许通过M+*, 该离子在第2无场区中发生亚稳分解，扫描静电场，使亚稳 分解产生的离子M1+, M2+, M3+等依次通过静电场，得到MIKES。 在第2无场区中安装碰撞室，可利用磁场选择各种稳定离子M+或亚稳离子M+*，碰撞 室内充入氦气或氩气，通过碰撞，可使M+分解成多种碎片离子，再结电场扫描得到CIDMIKES。最简单的MS/MS。 有关公式的推导：M+* 稳定离子M+和亚稳离子M+* 亚稳分解得到的M1+ : :M1+ + M2 ε 动能 eV eV m1/meV p 动量 (2mε)1/2 (2m1ε)1/2离子源中产生的稳定离子M1+ :为使亚稳分解的M1+通过静电场，静电场场强应下降到E1 E1 = m1/mE 基本公式 m1= mE1/E 由此公式得到碎片离子质量。n-十六碳烷M+?的MIKES 常用联动扫描质谱检测亚稳离子a) B/E联动扫描 亚稳分解发生在第一无场区，EB和BE型质谱仪均适用，得到前体离子找碎片 离子质谱。 设在第一无场区内发生如下亚稳分解反应，而且仪器的加速电压V保持不变， 则各种离子的有关物理量如下： M+* 稳定离子M+和亚稳离子M+*: 亚稳分解得到的M1+: M1+ + M2 ε 动能 eV m1/m?eV p 动量 (2mε)1/2 = (2m?eV)1/2 (2m1ε)1/2 = (2m12/m?eV)1/2若能够使稳定离子M+通过静电场所需的电场强度设为E，则为了使亚稳分解 的M1+ 能够通过静电场，静电场强度应下降到E1， 且：m1 E1 = LLL (1) m E 能够使稳定离子M+通过磁场所需的磁场强度设为B，则为了使亚稳分解的 M1+ 能够通过磁场，磁场强度应变到B1，且：2m12 ( eV ) 2 m B1 p1 = = m = 1 LLL (2) 1 m B p (2meV ) 21(1)和(2)比较得：m1 B1 E1 = = m B E 即: B B1 = LLL (3) E E1(3)式表明，磁场强度B与静电场强度E之比，对母离子和子离子均为常数。 B/E联动扫描的实现方式：在加速电压为V，静电场电压为E，扫描磁场强度B，找 到M+ 后，保持加速电压不变，并使静电场电压与加速电压脱离固定关系。锁定 B/E关系，然后将磁场和静电场均降为最小值，令B/E为常数联合向高场方向扫描 ，从而得到母离子的各种碎片离子峰。子离子的质量可从以下两式求出： m1 =B1 E 或m1 = 1 B E此方法的特点是先找到M+，称主束离子，然后利用固定的B/E的关系找到 其不同的子离子M1+，这种方式是典型的“母”(主束离子M+)找“子”(碎片离子 M1+)联合扫描方式。 正如IKES一样，联动扫描可能得到的不是纯粹的“子离子”。因为即使是 不同的亚稳分解，但如果其碎片离子M1+和前体离子M+的m1/m比值相同，则在 联动扫描过程中，不同质量数的M1+离子均能通过电场和磁场，从而得到是混 合离子峰。但一般情况下，纯化合物中，同时发生具有m1/m相同比值的亚稳分 解反应的可能性不大，因此该方法是一个可靠地进行“母”和“子”关系证明的有 效手段。C6H6+*C3H3 CH3+m2/m1= 78/39=2 m2/m1= 30/15=2m/z78m/z39C2H6+*+同时被扫描，得到相同的峰，从峰的 位置不能区分二反应，但实际上峰形 可能不同，见亚稳离子的峰形。m/z30m/z15B/E联动扫描的优点是第一无场区由前体离子找碎片离子的最佳亚稳测 定方法。扫描过程中，离子源状态下变，质量范围宽，亚稳峰形窄，分辨 本领高。 目前的仪器，厂商都备有 B/E联动扫描的操作软件，计算系统与主机联 机操作，可得到B/E联动扫措谱。 a) B2/E联动扫描 亚稳分解发生在第一无场区，EB和BE型质谱仪均适用，得到由碎片离子找前 体离子的质谱峰。 设在第一无场区内发生如下亚稳分解反应，而且仪器的加速电压V保持不变， 则正常扫描时，各种离子的有关物理量如下： M+* 稳定离子M+和亚稳离子M+* : 离子源中产生的稳定离子M1+ ： M1+ + M2 ε 动能 eV eV p 动量 (2mε)1/2 = (2m?eV)1/2 (2m1ε)1/2 = (2m1?eV)1/2正常扫描条件下，若仪器处在M1+通过静电场各磁场状态，得到M1+的主束离子。 现假设主束离子M1+是由M+*在第一无场区经亚稳分解而产生，为了使该M+*通过 静电场和磁场，需要提高静电场的强度和磁场的强度。 对于静电场，需提高到E1：m E1 = LLL (1) m1 E 现假设主束离子M1+是由M+*在第一无场区经亚稳分解而产生，为了使该M+*通过 静电场和磁场，需要提高静电场的强度和磁场的强度。 对于静电场，需提高到E1： m Em1 =1ELLL (1)1 2对于磁场，需要提高到，B1 p1 (2mε ) m = = = ( )2 1 B p m1 (2m1ε ) 21B12 m = LLL (2) B 2 m1联立(1)和(2)得：B12 E1 m = = B 2 E m1 则: B12 B 2 = LLL (3) E1 E(3)式表明，亚稳断裂碎片离子M1+的B2/E比值和等质量的正常碎片离子的B2/E 相等。 B2/E扫描的实现方式：在加速电压最高档V，静电场电压为相应值E，调节磁场强度 为B，找到正常碎片离子M1+，然后使加速电压V固定不变，断开加速电压和静电场 电压间的常规关系，锁定B2/E的比值，将磁场强度及静电场电压下降到最低值，然后 按B2/E值从小至大扫描，得到M1+的全部可能的母离子。E B2 母离子的质量可从下页两式求出： m = m1 , 或m = 2 m1 E1 B1此方法的特点是先找到M1+，称主束离子，然后利用固定的B2/E的关系找到其不 同的母离子M+，这种方式是典型的“子”(主束离子M1+)找“母”(亚稳母离子M+)联合扫 描方式。 B2/E联合扫描是第I无场区由子找母的一种校好的方法，离子源状态不变，质量 范围较宽，但分辨本领不高，因涉及到B2的控制，电子上实现起来不易准确。 同样，厂商备有B2/E联动扫描的操作软件，将计算系统与主机联机操作，可得到 B2/E联动扫描谱图。 亚稳分解和碰撞诱导解离反应的动能释放亚稳离子的内能在分解反应临动位移E≠E≠T≠界能上一个很窄的范围内，因而 MI谱反映的是离子的终态结构， 而这个结构不一定是其初始结构， 有可能存在异构化的离子，从而使 分析的亚稳离子成为混合离子。 亚稳谱是质谱中惟一能够较好 地限定离子内能的(最低分解阈值 以上0~0.5)和寿命(1~10μs)技术。EMI 内 能E0rQTeE0 EaMf+ + Mn0Mp+反应坐标碰撞诱导解离通过碰撞为稳定 的离子提供内能，其前体的内能较 小，不易异构化，从而应具有明确 的结构。前体离子Mp+在分解过程中，会将非固定化能和逆活化能以动能的形式放出，称动 能释放。动能释放与离子结构有关，动能释 放导致质谱峰变宽。 M1+ 动能释放：T = T≠ + Te 动能释放的计算公式：T50%M2+ + M3m12 d 2 eV = 3 16m2 m3其中：m1, m2, m3 分别为产物离子前体离子M1+, 碎片离子M1+和中性碎片M3的质量， d 为亚稳峰的半高宽度，V是加速电压。m12 eV ΔE 2 = ( ) 16m2 m3 ET50%用于IKES和MIKES中计算，ΔE为从亚稳获的M1+和从离子源中生成的M1+峰半高 宽之差，单位为弗。 动能释放改变峰宽和峰形，改变程度取决于动能释放的大小。 当T很小时，峰较窄，峰形接近高斯型，简单的键断裂，逆活化能很小，主要 来自于非固定化能，一般小于0.05eV。 在质心坐标系中，亚稳离子分解导致碎片离子在各个方向有均等的速度， 该速度附加在离子的原来飞行速度之上，形成合速度。 附加速度在垂直于离子飞行方向速度分量，使离子偏离管道中心。 附加速度较小时：当在离子到达检测器之前，离子偏离中心的距离未超过 管道的半径时，各个离子均能够被检测器检测到，此时的附加速度仅仅使峰宽 加大，峰形呈高斯形。 附加速度较大时，由于部分离子偏离中心的距离超过管道半径，这部分离 子不能够被检测到，呈平顶形。 附加速度很大时，更多的离子偏加大，以致于在垂直于飞行方向的离子大 部分不能够被检测到，呈碟形。-δv M1+ M2 -δv M1+ + M2vrM+v0δv M2 M1+ M2 + M1+vr v0δv 离子管道v0离子管道检 测 器 检 测 器v0离子管道v0检 测 器离子管道v0检 测 器 例 3-甲基-4-苯基-2-丁酮的质谱 从常规的EI质谱图上，可以看到，分子离子发生了[M-15]+的断裂，但从该质谱 图上不能判断CH3的失去是发生在α碳上，还是β碳上，还是这两种方式同时发生。 通过亚稳分解方法可以很容易得到答案。不仅可以找出第一级断裂，还可以找到第 二级和第三级断裂。结果示于下图。O+.16210091+Relative AbundanceCO80 60 40CH3O+(a) 147147 162+(b)+20119 1050 40 60 80 100 120 140 160105C2H4+m/z 2、串联双聚焦磁质谱仪EBE型双聚焦串联质谱仪高分辨质谱仪 高分辨IKES。 BEB型双聚焦串联质谱仪中华人民共和 国，教育部， 武汉大学，中 国唯一的一台 ZAB-3F。高分辨IKES，高分辨MIKES 中性化再电离(NR)和碰撞诱导解离电离(CIDI)碰撞室1碰撞室2+ / 质量选择 中性化 偏转电极 再电离 质量分析NR： 碰撞室1中充入碰撞气N，进行电荷交换反应碰撞气离子和中性M，离 子经偏转电极除去，中性碎片继续前进 ，碰撞室2内充入氧化性气体R，中性 碎片与其碰撞时氧化 产生正离子。+ M1 ? + N ? M 1 + N + ? ?→M1 + R ? M1 ? + R + e ?→ +CIDI：碰撞室1中没有碰撞气，亚稳分解离子和中性碎片，离子被偏转掉， 亚稳中性碎片继续前进，碰撞室2同前面一样，来稳中性碎片碰撞时被电离。+ M1 ? ?* M + + M ?3 ?→ 2M ?3 + R ? M 3 + R + e ?→ + M1+?M1+?NEV(M1+?) = IE(M1) M1NEV(M1+?) & IE(M1) M1(a)(b)Frank Condon 碰撞电离(a) 离子和中性粒子几何结构相似，离子被中性化后能够生成稳定的中性分 子，NR实验能够观察到复原的M1+?。 (b) 离子和中性粒子几何结构相差很大，离子被还原后生成振动激发态的中 性粒子，其能量已达到中性粒子M1?的碎裂反应的临界能，NR谱中得不 到复原的 M1+?。 ZAB-4F串联双聚焦质谱仪(EBEB) 用于气相离子化学研究，比如进行中性化-再电离和碰撞诱导解离等。 二、四极杆串联质谱仪Q1和Q3：正常的四极杆质量分析器。 Q2：四、六、八极杆等，其上只加射 频电压，可防止碰撞散射。八极杆对 散射的抑制作用最强。目前，商品仪 器多用八极杆。 弯曲的八极杆：防止中性碎片进入 Q3，提高灵敏度。Q3 Q2QO QOQ1优点：碎片离子分辨高，第二级四极杆可以达到单质量分辨。 高的碰撞效率，比在双聚焦磁质谱仪中高20~100倍，有利提高 灵敏度。 消除伪峰, (相对于磁质谱而言)。 四极杆串联质谱操作功能方式 单级质谱仪 前体离子方式Q1所有m/e 通过 扫描m/eQ2无碰撞气所有离子 通过a 碰撞气b 所有离子通过 碰撞气b 所有离子通过 碰撞气b 所有离子通过 扫描m/e 选择m/eQ3谱图 常规质谱图(CI, EI, ESI等） 由碎片离子找到前 体离子谱 由前体离子找到碎 片离子谱 前体离子的中性丢 失谱碎片离子方式 中性丢失方式(联 合扫描)选择m/e① 扫描m/e或②Q1每通过 1个离子，可同时选择几 个碎片离子c 与Q1保持同样速度扫描 m/e，保持恒定质量数差M扫描m/ea 或Q1扫描，Q3使所m/e通过。 b 如无碰撞气时则得到单分子分解的亚稳谱 c 选择离子监测(SIM)单级质谱仪 前体离子方式 碎片离子方式 中性丢失方式(联合扫描) 中性获得方式(联合扫描，当在Q1Q2 碰撞室Q3碰撞室放置反性气体时 四极质谱分辨率不太高，但较容易实现单位质量分辨，在进行质谱/质谱分 析时，碎片离子也比较容易得到单位质量分辨。这比扇形磁质谱仪的MIKES或 CID-MIKES给出更高的分辨率，因磁质谱仪的静电场的分辨本领不强，所以子 离子分辨率不高。 四极质谱/质谱的碰撞电压可调性强是其另一个优点，可以做能量分辨碰撞 诱导解离谱以利于结构分析。O 2N NH H+O100Om/z181O2 N NH2 m/z181+80m/z139Ion/ Total ion /%m/z4360 40iCH3 C Om/z43+O20O2 N NH2+rHO2 N NH3+0 0 10 20 30 40 50HCollisional energy/ eV (Lab frame)m/z181m/z139 三、飞行时间质谱/质谱1、源后解离技术(Post Source Delay, PSD)基质辅助激光解吸电离(MALDI)或激光解吸电离(LDI)虽然是一促软电离方 法，但在对于某些类别的化合物，电离过程中有一定的内能沉积，使得电离的离 子离开离子源后，经过加速电压的加速进入无场飞行区后，仍会有一定程度的分 解，产生亚稳分解的子离子。 飞行时间质谱仪的加速电压一般为20~30kV，离子获得20~30keV的动能，此 值比扇形磁质谱(6~8kV)的要高，但飞行时间质谱分析的对象一般分子量较大， 所以，离子飞行速度与扇形磁质谱的离子飞行速度相当。飞行时间质量分析器的 长度约在 0.5~2m之间，也和磁质谱的尺度相当。因此，飞行时间质谱上的亚稳 离子分解与磁质谱有许多相似之处。 飞行时间质量分析器上实现亚稳分析的技术是源后分解(PSD)技术，该技术 对生物分子的结构分析价值非常高。 PSD技术是由德国科学家R. Kaufmann及其合作者首先推出并应用于分析肽序 列。 线性飞行时间质量分析器不能实现PSD功能，必须要用反射式飞行时间质量 分析器。 离子的飞行行为不同飞行时间质量分析器离子运动的方式： 直射式，检测区无电场。 直射式，检测区加静电场，电场强度较小，不足以使离子反射回来。 反射式，直射端施加电场，其电场强度可使离子按一定角度反射回来，检 测器置于反射轨道上。 亚稳离子的来源在MALDI中导致离子不稳定和源后分解的活化过程活化区域 样品活化 表面/样品 过剩能来自于电离：光子分子直接相互作用、固态 活化、温度效应 ps-ns 0 离子源内活化 加速区内/边缘 多次低能或中能碰撞 ns-μs &200 μm 源后活化 真空 高能碰撞(与残余气体) μs-ms &加速区活化过程 时间范围 离开表面距离 加速区内离子的分解--碰撞活化过程在MALDI探头表面激光脉冲1μs 后基质 和肽离子密度分布的快照。 上图：纯基质样品2,5-二羟基苯甲酸(DHB) 下图：基质DHB中加入Substance P 基质分子较小，质量经，激光照射后 产生的离子和中性分子速度快，在样品离 子前面形成气体云(denser cloud) 。当施 加加速电压后，样品离子加速，通过该气 体云，产生多次离子-分子碰撞，从而使样 品分子获得能量，形成亚稳离子，在飞行 区发生亚稳分解。 加速场梯度对离子分解的影响无场漂移区内肽的单分子分解速率与加速场强的关系 加速电场越强，样品与气体云碰撞能量越大，内能越高，分解越快。 一般的TOF质谱仪，场强~10kV/cm。 若采用DE技术，则分解速率减小5倍，减小亚稳离子的分解。DE可以提高分辨 率，可以提高PSD信噪比，从而改善灵敏度。 实验上测定的加速区的气体云的密度角动量测量实验 在离子探头表面100μm处，压力达到1mbar，还足够导致离子的分解。 PSD仪器原理Mp+ Mf+ + Mn Mf+: mfE/m 在第一无场区飞行区某 处产生的碎片离子Mf+, 将以 与前体离子Mp+ 几乎相同的 速度继续飞行进入反射区。 Mf+带有较低的动能，因此， 与其前体离子相比，进入反 射场的深度相对较浅，从而 较早地离开反射区，比未裂 解的前体离子更快地到达检 测器。 动能：Mp+: mEL1:第一飞行区 L2: 第二飞行区 d1:第一反射区 d2: 第二反射区为了记录所有碎片离子完整的质谱，反射器的电压必须逐步降低。设Vf为碎 片离子Mf+的电压，VR为反射极板上电压。当Vf=VR时。Mf+被反射回来，就能检 测。只要有足够范围的VR值，就能检测到全范围的PSD碎片离子，这样便可获得 PSD亚稳分析质谱图。 大多数的反射场的线性动态范围有限，这导致并不是所有的碎片离子都能到 达检测器，一张完整的PSD谱需要改变不同VR值，分若干次采集，然后拼接而 成。PSD谱的质量校正： 对于线性TOF，不考虑仪器的静电加速场和减速场的影响，正常的离子的飞行 时间与质量的平方根为线性关系, 可能进行两点校正或最小二阶乘拟合方法校正。t = a + bm1/ 2对于PSD来说，飞行时间和质量的关系比较复杂，没有解析的数学函数，而且 影响因素多达10几个，因此，用3次多项式进行拟合，为了进行拟合，需要至少4 个 已知质量的峰，进行最小二阶乘多项式拟合2 3 mPSD = a + bt PSD +ctPSD + dt PSD对于绝大多数的PSD分析，均可得到较高的精度。 前体离子的选择：离子门技术(“ion gate”)或束消除技术(“beam blanking?) 定义一个质量窗口，只有在符合质量窗口的离子通过时间段里，离子门的偏转 电压关闭，而其它时间通过设置偏转电压，使所有的离子全部偏转掉，从而实现前 体离子的选择。 两个前提条件： 离子门的是一个高的电压降，PSD要求离子门必而以非常高的速率时行电压的 开关的转换。 离子消除设备必须具有足够高的空间分辨力，保证只对感兴趣的离子起作用。 离子门位置需要考虑前体离子的位置依赖弥散和离子门位置形成的PSD离子高的传 输率。 从前体离子弥散的角度：距离子源越远越好，因为不同质量的离子已经较好的 分开了，时间门容易从其中选择所需离子。 从PSD离子传输的角度：PSD离子对残留的边缘场十分敏感，离子门最好放置 于未形成PSD离子的位置，同时，为了得到更长的亚稳分解时间，离子门应越靠近 离子源越好。 Off当离子门工作时，m/z1281强度 降到10%以下，m/z1270不受影 响。 离子门分辨率(选择性) 单边计算： ΔM=2.2u(半高半宽) M/ΔM =580(半高半宽) M/ΔM=290(半高全宽) ΔM=2.2u(上升质量)，10%→90% M/ΔM=512(选择性)On 蛋白质研究的有力手段 2、飞行时间/飞行时间质谱(TOF-TOF Mass Spectrometry)两个TOF相联，由于TOF的加速电压可达20~30kV，这对于碰撞诱导 解离来说，能量太高，因此需要在一级TOP处设置减速透镜，以使主束离 子具有合适的速度进行碰撞，碰撞后的离子经过第二离子源重新加速，聚 焦后进入第二级TOF，为提高分辨率，}
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&&请问thermo xcalibur 质谱仪软件如何另存谱图？
请问thermo xcalibur 质谱仪软件如何另存谱图？
求助各位大神：
1、用thermo xcalibur质谱仪软件手动积分后的谱图可否另存为活动谱图？而不是图片？
因为我的谱图峰数比较多，每次手动积分好久，一关闭，就什么都没了:rol:
请问是不是有方法把已经积分过的谱图另存为 .raw文件,下次打开后仍然是可编辑的活动谱图？
2、积分时如何选取积分基线？是以竖坐标零点为底呢？还是以峰的两边根部为底呢？
小弟先在这里拜谢各位大神！:hand:
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ROHS2.0分析仪器
产品价格：
产品型号：
公司名称：深圳市瑞盛科技有限公司
所&在&地：
发布时间：
最新的ROHS2.0法规的新增加的4种邻苯化合物我们为您推荐进口GC/MS法来检测
产品详细信息
ThermoFisher （ 赛默飞世尔科技有限 公司 ）Trace
气相色谱 联用 ISQ 质谱 仪技术性能介绍赛默飞世尔科技公司（Thermo Fisher Scientific） 旗下拥有两大品牌Thermo Scientific和Fisher Scientific，近39,000名员工, 年销售额超过130亿美元。服务领域包括制药、生物科学、医院和临床诊断实验室、大学、科研院所、政府机关以及环境和工业过程控制等行业的350,000名客户。Thermo Scientific 品牌下色谱与质谱部（CMD），前身为著名的质谱先驱－美国菲尼根（Finnigan）质谱仪制造商。从1967年成立至今的近50来，Finnigan 质谱一直以无与伦比的研究成果保持着质谱技术的世界领先地位。 大家耳熟能详的产品包括气质联用仪 （四极杆型、离子阱型）、液质联用仪（离子阱型、三重四极杆型）、LTQ-FT线性离子阱回旋共振组合型质谱仪、 大型高分辨率磁式有机质谱仪 （可与液相色谱和气相色谱联用） 、 气体 （固体）同位素质谱仪、高分辨等离子质谱仪、元素分析仪等。Thermo Scientific 色谱与质谱产品进入中国三十年来， 与改革开放中的中国一起成长壮大。在北京、上海、广州、成都、西安、沈阳等设有分支机构，发展并建立了以客户需要为中心的组织架构，业务内容覆盖中国大陆及香港地区，并拥有广大用户的积极认可与支持。在中国，CMD部门愿为农业、环保、医药卫生、检验检疫、石油化工、制药、公安及生命科学等研究领域中的广大分析、研究工作者提供最完善的解决方案，成为您最可信赖的合作伙伴。ThermoFisher Scientific MS 发展年代表1967 Finnigan成立于美国加利福尼亚的Palo Alto1968 世界上第一台四极杆型GC/MS (Model 1015)用于斯坦福大学1970 推出化学电离源1971 世界上第一台智能GC/MS/DS用于美国环境保护局(EPA)1976 历史上最成功的质谱仪，推出4000系列GC/MS和INCOSTMMS数据系统1977 推出世界上第一台商品化LC/MS1978 发展了具有专利权的脉冲正负离子化学电离源； 推出世界上第一台配备冷柱头进样器的定量毛细管GC1979 OWA&re****中有机物)GC/MS分析仪1980 推出世界上第一台三级四极杆MS/MS (TSQ&)质谱仪1981 MAT公司是世界上著名的有机磁质谱仪和气体同位素质谱仪的生产厂商， Finnigan与之合并并重新命名为Finnigan MAT公司。生产高灵敏度、高准确度和高精密度的气体同位素比质谱仪(Model 251/261)1982 推出低价位、结构紧凑的Delta系列同位素比MS1983 推出获得专利权的离子阱DetectorTM(ITDTM)和热喷雾LC/MS接口1986 推出全数字化三级四极杆质谱仪(TSQ&70)和磁式质谱仪(MAT 90)1989 推出世界上第一台达到UV灵敏度的二极管阵列检测器(PDA)。 LDC/Milton Roy被Thermo Electron收购。ESI源作为LC/MS的接口用于TSQ&70质谱仪1990 Finnigan MAT被Thermo Electron收购1991 推出世界上第一台MALDI/TOF(LASERMATTM)1993 Spectra-Physics Analytical被Thermo Electron收购1995 Finnigan推出GCQTM和LCQTM台式离子阱质谱仪；并推出ELEMENT，高分辨的磁式ICP/MS1996 CE Instruments(原名Carlo Erba)和MassLab加入，光导管技术推动PDA灵敏度提高超过400%1997 推出TraceTM GC和GC/MS多进样器/多检测器毛细管系统；AQATM台式四极杆LC/MS。并推出全面兼容MS数据系统的XcaliburTM质谱控制及数据处理软件n1999 推出LCQTM DUO和LCQTM DECA 离子阱质谱仪；TRITON TI同位素比MS2000 推出TEMPUSTM超快速GC/TOF-MS；NEPTUNE多接收器高分辨ICP-MS； 用于LC/MSn的SurveyorTM HPLC；PolarisQTM EI/&CI GC/MS/MS2001 推出世界上第一台高分辨、超小型的台式三级四极杆质谱仪TSQ Quantum2001 推出第三代离子阱质谱仪LCQTM Advantage和LCQTM DECA XP2002 推出世界上最小的液质联用仪Surveyor-MSQ、更高灵敏度的LCQTM DECA XP plus、最领先的第五代气质联用仪Trace DSQTM、超快速气相色谱FastGC、Focus GC、和高通量蛋白质组学研究平台ProteomeX2003 推出线形离子阱-高分辨傅立叶回旋共振质谱LTQ FTTM MS，可精测质量的高分辨三级四极杆质谱TSQQuantum UltraAM，和线性离子阱质谱LTQTM。2004 推出单通道气质联用仪FocusDSQ，第二代ProteomeX LTQ，和vMALDI源、TSQ Quantum Discovery MAX。推出MSQ Plus单级四极杆质谱系统。推出LCQTM Advantage MAX和LCQTM DECA XP MAX2005 推出结合了精确质量数测定和多级质谱功能的新一代仪器LTQ Orbitrap，适合于超高要求的蛋白质组学和药物研究；推出LXQ线性离子阱，推出Focus PolarisQ和新型高分辨磁质谱DFS。2006 推出灵敏度更高的TraceDSQTMⅡ和更高信价比的TSQ Quantum Access2007 推出LCQ Fleet, 结合ETD电子转移解离裂解源这一创新技术的LTQ XLTM2008 推出结合电子转移解离(ETD)和基质辅助激光解析电离(MALDI)能力的LTQ OrbitrapTM系列高分辨组合质谱2008 推出Exactive台式静电场轨道肼高分辨质谱仪2010 推出全新ISQ单四极杆气相色谱质谱联用仪2011 推出Q Exactive 质谱仪2012 推出全新TSQ 800三重四极杆气相色谱质谱联用仪Trace
气相色谱技术性能介绍对于当今使用自动化分析仪器的用户来讲， 降低使用成本的同时提高生产效率是大家面临的最大挑战。在QA/QC 及常规化验室，应对这种挑战就意味着简化分析流程、选择优秀技术及减少资源浪费。ThermoFisher 从 1956 年第一台商业化气相色谱问世以来至今一直致力于技术的创新，如：第一台分流不分流/毛细管柱气相色谱、第一台多功能程序升温进样口气相色谱、第一台大体积进样气相色谱和世界上第一台超快速色谱等。而Thermo Scientific最新推出的TRACE 1300系列气相色谱仪实现重大技术突破，在常规 QA/QC 实验室推陈出新，根据用户需求实现创新，包括增强组件坚固性、缩小进样口和检测器体积、客户化人机界面、插拔式进样口和检测器，以及优化设计的电器元件。TRACE 1300 系列气相色谱仪集超快速、易操作、便携式特点于一身，为用户提供不可思议的实验室超高效率，同时成本大大降低！赛默飞世尔气相色谱产品在在设计上更多的注重于细节， 保证气相色谱日常分析的同时，大大提升用户的色谱体验和工作效率。设计特点简单归结如下：1、模块化：模块化专利技术，检测器及进样系统即插即用，且 Trace1300 **性的模块化设计将这些隐患消除在出厂前， 所有的模块均经过严苛的校准， 每个模块里都存储了校正信息， 所以不管是专业工程师还是普通工人都可以轻松完成各模块的更换工作，并且能保证更换前后数据的重复性、精确度。2、小型化、标准化：小型化得益于现代电子技术以及加工工艺的进步，使电子元器件小型化变为可能。因为模块化，进而带来的气相工作的标准化，传统设计的检测器、进样口主要部件分为三大块：主机、气路控制、电路控制板，由于三者之间会存在很多的链接（包括气路接头、电路接口等），会带来安全和使用上的隐患（漏气、漏电、虚接&&）3、降低培训要求&&安装简单易上手。进样口、检测器安装以及管路连接不再费力！触摸屏或变色龙工作站可以指导用户完成整个安装。4、智能维护：无需任何工具便可以完成进样口和检测器的安装和拆卸、维护，操作简单，优化的进样口加热曲线保护维护时操作人员的安全。5、配置灵活：两分钟可以实现模块的切换工作，用户可根据不同的分析要求，灵活快捷的切换检测器； 同一单位的不同实验室之间可以相互借用模块， 大大节省公司采购成本。6、节省空间：传统 GC 通常将所有的电路控制板安装在仪器的右侧面，模块化后，这部分空间被节省了出来，整机尺寸缩小了近1／3，原本只能放两台气相的空间现在可以放三台新气相！ 同时， 因为右侧电路板的消失， 其他外围设备 （包括 MS）可灵活的选择安装位置，不会再像以前那样，只能死板的安装在仪器的左侧。7、 柱温箱更快的升温、 降温速率： Trace 1300 系列的柱温箱称之为 &Low ThermalMass GC oven& （专利技术-实用新型），是指在柱温箱金属板上开上千个小孔，并使用了多层不同的绝缘隔热材料， 从而改善了柱温箱升温降温的速率， 市面上其他公司气相色谱产品在实现更快的升降温速率的同时， 增大了工作噪音或其他负面影响。8、功耗低：数据表明，Trace 1300 的功耗要远远低于同类产品，可称之为&绿色 GC&便于升级： 以后可以随时升级为气质联用仪， 其他有些公司需要将仪器拉到工厂来进行升级。9、强大的进样口功能选项，减少污染与消耗：可选择的大体积进样，可以节省样品浓缩时间并减少浓缩过程中可能带来的误差；反吹进样口，采用柱前反吹，大大降低色谱柱和检测器被污染的风险。10、强大的变色龙色谱管理软件除了能够控制 Thermofisher 公司气相色谱，离子色谱、液相色谱外，还能控制世界上 30 多个色谱厂商进 300 多种色谱模块，大大提高了数据处理的便利性。综上所述，赛默飞世尔气相色谱产品极易操作、价格适中且体积精巧，在将维护成本最小化的情况下实现了气相色谱系统的不间断运转。ThermoFisher ISQ GCMS 性能 介绍Thermo Scientific& ISQ&系列气相色谱－质谱联用仪是久经时间考验的单四极杆质谱，代表了质谱仪在创新方面近 50 年的积累。该系列气相色谱 - 质谱联用仪经济耐用且功能强大， 将为您提供简单智能的操作、 久经考验的可靠性和永不停歇的生产力。赛默飞世尔公司的气质产品线覆盖了从低端到高端的所有GC/MS，如单四极杆、离子阱、三重四极杆、高分辨磁质谱。1989 年 Dr. Wolfgang Paul 由于对离子阱质谱的全新设计而获得了诺贝尔奖。2010 年赛默飞世尔公司最新推出的ISQ气相色谱质谱仪有如下特点：1、 真空锁定装置。ISQ 配置的真空锁定装置可以在不放真空的情况下更换离子源，包括离子源的清洗维护和EI/CI 源切换。通常离子源的更换和清洗需要将近一天时间以后才能继续分析样品，而通过真空锁定装置更换离子源仅仅需要3 分钟 分钟即可完成 EI源或者EI 与 CI 源之间的切换，极大地缩短了仪器的维护时间，提高了仪器的分析效率。2、 无线离子源设计。离子源设计没有任何的电源线连接， 这在离子源维护或更换时十分方便， 同时也避免发生很多离子源电源线容易出错的问题。3、 可加热的& 可加热的&S&形离子通道 &形离子通道组装式惰性离子源真空锁定装置从离子源到四极杆质量分析器除了带电的碎片离子外还会产生大量激发态的中性粒子，这些中性粒子产生的化学噪音是主要的噪音来源,会干扰痕量物质的检测。 ISQ GC/MS 专利设计的 &S& 形离子通道可以有效地消除了中性粒子的噪音，同时实现离子聚焦，提高了信噪比和灵敏度。同时带预杆保护鞘的&S&形离子通道可以加热防止污染，实现预四极杆和主四极杆免清洗维护。4、 带透镜保护的同向双灯丝设计。专利的灯丝透镜首先保证了灯丝具有更长的使用寿命。 双灯丝设计可以在一根灯丝出现故障时，随时切换到另外一根灯丝，保证样品分析的完整性。双灯丝设计在同一方向上， 两根灯丝发射的电子有相同的运动轨迹， 确保两根灯丝的离子化效率方面具有很好的重现性，而且无论是EI 源还是 CI 源都可以采用双灯丝。双灯丝设计5、 全金属钼经典冷四极杆。四极杆质谱仪中四极杆是仪器的核心部件，ISQ 采用的材质是全金属钼，可以清洗和打磨，而且四极杆无需加热确保四极杆形成的电场符合经典的四极杆电场，确保离子比例的稳定性和同位素比值的准确性。&S& 型预四极杆全金属钼经典冷四极杆6、 质量数范围 质量数范围 1.2~1100 amu。 。ISQ 提供的宽质量数范围可以在更多的领域应用，而且在整个质量数范围内仅用FC-43 调谐标样进行校正，无需额外对高端质量数进行校正。7 、最高性能分子涡轮泵：300 L/Sec (He) ， ，可有效延长离子源的灯丝寿命，增加离子传输效率（灵敏度） ，减少离子碰撞后产生分散（提高质谱分辨率）和额外的分子－离子反应 。8 、同时控制双 CI 反应气。 反应气。在做CI 分析时，CI 反应气的选择是关键，不同化合物对不同的 CI 反应气灵敏度会存在很大的差别，ISQ 的双 CI 反应气设计可以在分析样品时随时切换 CI 反应气，保证不同的目标化合物的灵敏度。专利的 PPINICI 功能，可实现正负 CI 的切换，完成更广泛的分析任务。双反应气同时控制CI 反应气AB9、灵活的组合扫描功能 、灵活的组合扫描功能不同扫描技术的组合可以同时兼顾定性和定量分析， 而且无论是全扫描还是 SIM，一次进样分析可以随意的设置分段，没有数目限制。1 FS FS FS FS & 不同质量数段(PBDE）&100组2 SIM SIM SIM SIM & 痕量分析 &100组3 FS/SIM 定性，定量分析1 组4 FS SIM FS SIM & 痕量多残留分析&100组5 FS/SIM FS/SIM FS/SIM FS/SIM & 痕量分析 （农残）&100组6 Pos. Nag. Pos. Nag. & 多成份，不同性质&100组7 Positive/Negative ion 多成份，不同性质1 组8 CI 反 应气 ACI 反 应气 BCI 反 应气 ACI 反 应气 B& 多成份，不同性质&100组9 MS 参数 MS 参数 MS 参数 MS 参数 & 农残分析加保 &100条件 条件 条件 条件 护剂& 组10 、 达 线性动态范围高达 10业界最高，减少了对样品前处理的要求，提高实验室分析效率9静电计11 、 不卸真空更换色谱柱模块面对多应用需求， 不同项目可能需要采用不同的色谱柱。 采用不卸真空更换色谱柱模块，保证在更换色谱柱时，质谱无需停机、无需卸真空，结合 Thermo 不卸真空清洗维护或更换离子源，使得 ISQ 真正达到永不停歇。而且该模块同样在1300 系列气相色谱上面也是即时连接，秉承了 1300GC 模块化理念。12 、 氦气节省模块常规气质联用系统，载气均采用氦气。虽然Thermo 等厂家也可以采用氢气作为载气，但目前氢气作载气的技术还没有完全成熟。而氦气作为稀缺资源，存储量日渐减少，其价格近几年也相对较为昂贵，且未来有继续上涨的可能。因此Thermo 推出氦气节省模块，将大大节省氦气的使用量，该模块是在仪器正常分析样品时使用的，一瓶氦气最长可使用 14 年。即使气质系统每周 7 天，每天 24小时不间断运行，采用氦气节省模块时，一瓶氦气也可以使用 3.5 年。而且该模块同样在 1300 系列气相色谱上面也是即时连接，秉承了 1300GC 模块化理念。13 、 功能强大的软件。 功能强大的软件。Timed-SIM （定时- 选择离?? 子扫描）在单杆 GC/MS 中首次采用 中首次采用业界多年经验证明Xcalibur 软件在处理质谱数据时功能十分强大， 是业界唯一拿过仪器大奖的质谱软件。同时随机的 TraceFinder 软件在常规检测实验室的数据采集和数据处理符合实验室的工作流程， 十分方便数据的查看和方便的格式输出。在目前的实验室中，这两个软件的结合使用可以有效保证工作效率。Xcalibur TraceFinder总之，赛默飞世尔公司推出的最新型号 ISQ 气质联用仪继承了公司从 1968年以来在质谱技术上的积累， 在质谱仪高性能和多功能的基础上又对其使用方便性方面做了很多的技术革新， 使台式 GCMS 更符合从常规检测用户到科学研究用户对仪器使用方便性和仪器高性能发展要求。
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质谱原理及应用
有机质谱原理及应用浙江大学理学院无机与材料化学研究所刘子阳教授，博士生导师 课 程 安 排第一部分：理论基础 第一章：导论 第二章：有机质谱仪 第三章：质谱/质谱 第四章：质谱法测定分子结构（一），小分子 第五章：质谱法测定分子结构（二），大分子 第六章：LC/MS，LC/MS/MS应
用举例 第二部分： LCQ离子阱质谱仪原理及应用 第一章：Thermo Finnigan LCQ离子阱质谱仪介绍 第二章：Xcalibur软件应用技巧 第三章：Mass Frontier 软件辅助解析 第三部分：上机实验 时间安排大致如下：第一部分，6-8次课。 第二部分，1-2次课。 第三部分，1次课或第一和第二部分课后进行或单独安排时间。 §1.1 质谱的基本概念一、质谱是什么？Mass Spectromety 特殊的天平：称量离子的质量。 质谱学：是一门研究气相离子结构、 性质及反应行为的科学。二、质谱能做什么？定性：化合物的结构 定量：混合物的组成 领域： 化学、生物学、医学、药学、 环境、物理、材料、能源等% 194.2 0 100 200 300 400 500 600 334.3 399.7 m/z 254.2 100 507.3三、质谱的独到之处是什么？4S特性： Sensitivity 灵敏 Speed 快速 Specificity 特异 Stoichiometry 化学计量 §1.2 质谱分类质 谱同位素质谱无机质谱有机质谱生物质谱结构鉴定、定量分析、气相离子化学生命、医学、 农业科学环境、地球化学、化工药学、毒物 学、刑侦 §1.3 质谱学的发展历史一、质谱学领域的诺贝尔（Nobel）奖 1906年：物理奖J. I. Thomson 贡献：正电荷离子束在磁场中的偏转 ? 磁质谱仪的基 础同位素分析1989年：物理奖W. Paul 贡献：离子阱技术的发明。2002年 ：化学奖J. B. Fenn Virginia Commonwealth University, USA 贡献：电喷雾(ESI)电离方法 生物大分子分析Electrospray Ionization for Mass Spectrometry of Large Biomolecules,& J. B. Fenn, M. Mann, C. K. Meng, S. F. Wong and C. M. Whitehouse, Science 246, 64 (1989)Koichi Tanaka (田中耕一) Shimadzu Corporation,Japan 贡献：激光辅助解吸电离质谱(MALDI)电离方法 生物大分子分析Rapid Communications in Mass Spectrometry 2, 151 - 153 (1988), Koichi Tanaka, Hiroaki Waki, Yutaka Ido, Satoshi Akita, Yoshikazu 二、质谱学的历史事件1886年，Goldstein 发现正电荷离子 1898年，Wien 利用电场和磁场使正电荷离子偏转 1912年，Thomson 研制第世界上一台质谱仪，氖同位素的发现 1918年，Dempster 电子轰击电离(Electron ionization)及磁聚焦 1919年，Aston 精密仪器，测定50多种同位素，第一张同位素表 1934年，Stephens 均匀扇形磁场，球差和质量色散公式 Herzog 和 Hintenberger 电磁场组合，离子光学系统 1940年，Nier 扇形磁场偏转质谱计，双聚集系统 商品仪器的雏形235U，电磁制备方法，第二次世界大战期间在石油、化工等领域的应用 1946年，Stephens 飞行时间质谱(Time-of flight mass analysis) 1952年，Martin 气相色谱方法 1953年，Paul等 四极杆分析器(Quadrupole analyzers) 1956年，Gohlke and McLafferty 气相色谱-质谱联用(GC/MS) Beynon 高分辨质谱仪 (High-resolution MS) 1965年，Hipple等 离子回旋共振(Ion Cyclotron Resonance) 1966年，Munson and Field 化学电离(Chemical ionization) 1967年，McLafferty and Jennings 串联质谱(Tandem mass spectrometry) 1973年，McLafferty 液相色谱-质谱联用 (LC/MS)，热喷雾方法 1974年，Comisarow和Marshall 傅立叶变换离子回旋共振质谱(FT-ICR-MS) 1981年，Barber等 快原子轰击电离质谱(FAB MS)， 生物中，小分子，2000以内 1989年，J. B. Fenn 电喷雾电离 Koichi Tanaka 基质辅助激光解吸电离 1990年，Katta and Chait 电喷雾电离质谱观察蛋白质构象改变 1993年，商品电喷雾质谱仪 1995年，付立叶变换离子回旋共振质谱仪（与ESI和MALDI联用） 1998年，高分辨飞行时间质谱仪（Delay Extract, Reflectron技术） 三、我国质谱发展概况20世纪 50年代，同位素质谱研究，配合核研究，技术来自于前苏联 70年代，引进质谱仪， 磁质谱：VG-ZAB-2F, 3F（7台，北大，南京、南开、兰州、 中科大、武汉、中山） VG-7070E（20多个单位） Finnigan MAT系列 80年代，中国科学院科学仪器厂，仿制7070E型质谱仪 KYKY系列 1980年，中国质谱学会，杭州成立，依托于科学仪器厂 《质谱学报》创刊 中国质谱学会机构：无机专业委员会、同位素专业委员会、 有机质谱专业委员会、生物医学专业委员会、 仪器与教育专业委员会 §1.3 常用概念一、质荷比(m/z)质谱图中的横坐标，质量与电荷之比。 若离子所带电荷为z = 1，则质荷比等于该离子的质量数。 离子是以12C原子的1/12定义为一个质量单位，用u表示。 1u=1.kg 其它常用符号，Da, 道尔顿 1Da=1u二、离子的强度（丰度）I两种表示方法 百分强度：所有峰的强度之各为100，每个离子所占的份额即为其百 分强度，百分强度= (Ii/ΣIi) × 100% Ii，第i 个离子的强度。 基峰强度：质谱图中离子强度最大的峰称为基峰，定义它的强度为 100，即IB=100， 其它离子强与之相比的百分强度称为该离子的强度。 三、同位素化学上，氖的原子量为20.2, 质谱上：氖不在m/z20.2处出峰，而是在m/z20和m/z22处各出一个 峰， 该峰的相对强度为10:1。为什么？质谱测定的是微观离子，表1 常见元素的天然同位素丰度元素 质量 H C N O F Si P S Cl Br I 1 12 14 16 19 28 31 32 35 79 127 A % 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 100 33 0.80 34 37 81 4.40 32.5 98.0 29 5.10 30 3.40 质量 2 13 15 17 A+1 % 0.015 1.1 0.37 0.04 18 0.20 质量不是宏观上的平均的概念。A+2 %元素类型 A A+1 A A+2 A A+1,A+2 A A+2 A+2 A+2 A元素 分类情况： A: H, F, P, I A+1: C, N A+2: O, Si, Cl, Br 同位素分布的二项式规则： n(n ? 1) 2 n(n ? 1)(n ? 2) 3 (1 + b) n = 1 + nb + b + b + LL 对A+1和A+2元素 2! 3! b: A+1或A+2同位素的天然丰度 n: 质谱峰中A+1或A+2元素的个数 A+1元素峰位置 A+2元素峰位置 质谱峰强度100M M 1M+1 M+2 nbM+2 M+4 n(n-1)b2/2!M+3 M+6 n(n-1)(n-2)b3/3! M m/z72…… …… ……12C H + 5 12 12C 13C H + 4 1 12 12C 13C H + 3 2 12 12C 13C H + 2 3 12m/z80M+1 m/z73 M+2 m/z74 M+3 m/z75 M+4 m/z7660RA40 20012C 13C H + 1 4 12 例：79Br100%,81Br98%≈100% M+2 M+4 M+6 1 2 3 1 3 1M M+2 Br M M+2 M+4 Br2 100 100 M M+2 M+4 M+6 Br3 100 98 100 100 100M Br, n=1: Br2, n=2: Br3, n=3: 1 1 15050 33.3 33.3例：35Cl Cl, n=1: Cl2, n=2: Cl3, n=3:100%, M 1 1 137Cl32.5% M+4 M+610097.5M+2 0.32565.0 32.5 10.6 M M+2 Cl M M+2 M+4 Cl2 M 31.7 3.4 M+2 M+4 M+6 Cl30.650 0.106 0.975 0.317 0.034 例：12C100%,13C1.1%C60, n=60, b=1.1% M12C 60M+113C12C 59M+213C 12C 2 58M+313C 12C 3 57720 1 100721 nb 66722 21100 66723 4.6n(n-1)b2/2! n(n-1)(n-2)b3/3!21 4.6 720 721 722 723C60的质谱图 元素组成的判断： 用同位素丰度的分布可帮助判断峰的元素组成。 方法： 1、获取最高质量峰，分子离子峰。 分子离子峰受氢迁移的影响最小。 2、最大丰度 信号强有利于判断。 3、A峰的选择 一个峰组中的A峰应是仅含最大丰度同位素(如12C、16O、35Cl)的最高 质量峰。 优先考虑A+2型元素存在的可能性，因A+2峰受A+1元素的影响较 小，A+2元素同位素的自然丰度也较高，容易判断，尤其是氯和溴。 然后再判断A+1元素，可根据其与A峰的强度比，大致判断A+1元素 的种类和所含个数。 4、确定元素组成的一致性 从分子离子峰M+?得到元素组成信息，需要与较小的碎片离子的组成吻合。 三、仪器技术指标质量范围(Mass Range) 质谱仪所能检测的最小到最大的质量范围。 不同仪器： 四极杆 1~600Da，1~4000Da， 磁质谱：1~10000Da 飞行时间质谱：无上限 离子阱质谱：1~2000Da，1~4000Da 不同要求：气体分析， 1~300Da 气相色谱质谱， 1~600Da，800Da 有机质谱， 1~2000Da 生物分子， 1~10000Da或更大 分辨力(Resolution Power, RP) 分辨力：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。m1m2A: 未分开 分辨差B:部分分开 分辨较差C:全分开 分辨达到要求 数学定义：m1 m1 = RP = Δm m 2 ? m1 m RP = Δm……(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 分辨率的另外一种定义： 分辨率=M/ΔM ΔM为半峰高处峰宽 intensity 分开的定义 10% valley [M+H]+m/ΔMm/z 质量数为28的三种分子组成的精确质量组成 CO N2 C2H4 整数质量 28 28 28 精确质量 27...031299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) = 770 N2-C2H4 : (RP)3 = 28...006158) = 1100 CO-N2 : (RP)1 = 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-ICR-MS分辨力可达2百万。 高分辨质谱进行元素组成分析： 任何一种同位素的质量并不是正好的整数。12C的准确质量为12.H= 1.，14N = 14.O = 15.，末位有效数字。每一个同位素都具有唯一的、特征的“质量亏损”，离子的质量包含了同位素的 总的质量亏损，也是特征的，以此来鉴定离子的同位素和元素组成。 例 m=43.0184Da的离子必定是C2H3O+，不可能是C3H7+(m=43.0058)或 C2H5N+(m=42.9984)，或CH3N2+(m=43.0296)。 为了区分这四个离子，测量的质量的准确度需达到130ppm。即小数点后第四 位是准确的。 元素组成信息随着质量的增加而呈指数地上升，对质谱质量的测定准确度要 求更高。 例 分子量为310的质谱峰，已知它们的元素组成限于碳、氢、氮和氧，且最多不 超过3个氮原子和4个氧原子。如果将其各种组合出来的质量能够区分开来，要求 的质量准确度达到2ppm，这是目前最高质量分辨力的FT-ICR-MS勉强能够达到的 水平。 注意事项 质谱学上的高分辨包含两层含义： 高的分辨本领 保证两个靠得很近的峰能够分开来，从而知道是两个峰而不是一个峰。 良好的线性行为 用已知精确质量的离子去得到待测定离子的质量数，不容许二者峰的 质量是一样的(重叠在一起)，二者之间必有一定的质量差异，质谱仪的线性 不好，用已知精确离子的质量来得到待测定离子的质量，就会因此而产生 偏差，从而造成误差，两者距离越远，这种误差越大。 良好的稳定性 磁质谱，飞行时间质谱仪，离子回旋共振质谱仪： 分辨力、线性和稳定性好，属高分辨质谱仪。 离子阱质谱仪：分辨力高，线性低，准高分辨质谱仪，用于判断质谱峰带 的电荷数。 四极杆质谱仪：分辨力低，线性好，不属于高分辨质谱仪。 §1.4 质谱学的专著、期刊和国内国际会议专 著： 1. Interpretation of Mass Spectra, F.W.Maclafferty 2. Mass Spectrometry for Biotechnology, Gary Siuzdak 3. Mass Spectrometry in the Biological Sciences, A.L.Burlingame 4. 有机质谱基础，陈耀祖，科学出版社 5. 质谱解析，F. W. McLafferty著，王光辉等译，化学工业出版社， 期 刊： 1. Rapid Communication in Mass Spectrometry 2. Journal of American Society of Mass Spectrometry 3. Journal of Mass Spectrometry 4. Mass Spectrometry Review 5. European Journal of Mass Spectrometry 6. International Journal of Mass Spectrometry 7. 质谱学报 IP(影响因子）2.4 IP IP IP IP IP 国内核心刊物 3.0 2.8 6.8 1.0 2.1 国内会议： 1. 中国质谱学会学术交流会（每两年一次）已到第八届， 中国质谱学会主办 2. 中国质谱学会各专业委员会学术交流会（每两年一次） 中国质谱学会各专业委员会主办 3. 各地方组织的质谱专业交流会 4. 各质谱公司举办的用户会或专题交流会 国际会议： 1. International Conference of Mass Spectrometry 每三年一次 主要在欧洲 主要在美国 2. Annual American Mass Spectrometry Conference 每年一次3. Beijing Conference and Exhibition on Instrumental Analysis (BCEIA) 每二年一次 中国科协主办，设有Mass Spectrometry Division，主要在北京 有机质谱原理及应用第二章：有机质谱仪器浙江大学理学院无机与材料化学研究所刘子阳教授，博士生导师 电话：8（办公室） （手机） 第二章：有机质谱仪器Components of any Mass SpectrometerVacuum System Sample Inlet Ionisation Method Mass Analyser Detector Data SystemAtmosphere §2.1 进样系统GasSample Inlete.g. from a gas chromatograph (GC/MS) e.g. from a liquid chromatograph (LC/MS) solid probes (DIP, DCI)Liquid Solid 一、储罐进样包括：储气室 加热器 真空连接系统 分子漏孔 用途：特殊样品的引入，校正仪器的样品，特殊的气体样品，用 于研究的样品(如气相离子化学、反应质谱等)。二、探头进样用途：固体样品或高沸点液体。三个条件： 样品在离子源中电离前必须气化 在气化过程中样品不发生或少发生热分解 样品能在离子源中维持一定的蒸气压 热分解： 带有离子型官能团，如季铵盐 有易形成氢键尤其是与探头表面形成氢键并引发分解的非离子型 官能团。 大分子量分子。 解决办法：快速升温 三种方式 束内技术(in beam) 探头内装加长毛细管，其前端伸至电子束位置，对不稳定样品获 得更强的分子离子信号。 解吸电子轰击电离(Desorption Electron Impact, DEI) 解吸化学电离(Desorption Chemical Ionization, DEI) 三、气相色谱进样1、填充色谱进样系统 色谱柱较粗，直径4~6mm 载气流速大，几十ml/min 单极喷射式玻璃分子分离器 原理：扩散能力不同 载气一般为氦气，分子小，扩散系数大。 样品分子较大，扩散系数较小。 喷射过程中，样品分子得到富集。2、毛细管气相色谱柱进样系统 载气流速小、柱子细， 直接插入电离盒中。 四、液体泵或液相色谱进样目前主要与电喷雾和大气压化学电离质谱联用。 1、液体泵 进样注射器 毛细管 输送样品到电喷雾尖端 流速可控制在0.5~500μl/min 适用于纯样品的分析或进行质谱研究等。2、液相色谱仪进样系统 将液相色谱流出物直接通过进样毛细管送到电喷雾电离源内， 与液体束相似。 液相色谱流速问题。 洗脱剂中的缓冲盐等问题。 §2.2 电离方式和离子源种类繁多，介绍主要的几种。APICI IonisationEISoft No FragmentsHard FragmentsSoft ionisation gives low fragmentation Molecular weight determination Produces “theoretical” spectra High sensitivity (low pg levels) 一、电子轰击电离 (Electron Impact, EI)1、组成部分 灯丝：钨、铼或铼钨丝，发射电子，电离样品 收集极：接收灯丝发射的电子 推斥极：推出产生的样品离子 永久磁铁：使电子做螺旋运动，增加电离几率2、电离效率曲线 灯丝产生的电子被加速到70eV,保 证电离的重现性。为什么？ 电离效率随电子能量的升高而升 高，当达50eV时，基本达到最大 值，实验上设定电子能量为70eV。 电离效率曲线 此时，产生的谱图有稳定的指纹 特征。 电子能量对质谱图的影响1221001221009 eVRelative Abundance20 eV105Relative Abundance8080606077404020200 20 40 60 80 100 120 1400 20 40 60 80 100 120 140m/zm/z10012270 eV105Relative Abundance80607740512039不同能量下获得的苯甲酸的质谱图60 80 100 120 1400 20 40m/z 二、化学电离 (Chemical Ionization, CI)利用反应气体的离子与样品分子相互反 应，而使样品分子离子化，本质是化学过程， 故称化学电离。 离子出品的缝隙减小，使高子室内的压力 保持在0.5-1.0Torr。 电子轰击化学电离气体，不直接作用于样 品分子。 推斥电极电压：0V，增加源内停留时间， 有利于离子-分子反应。 化学电离试剂：甲烷、异丁烷、氨气，氢 气，水、甲醇、胺等。 以甲烷为例，化学电离源内的有关离子-分子反应， CH4 + e CH4+ + CH3+ + CH2+ + CH+ + C+ + H2+ + H+ CH4+ + CH4 CH3+ + CH4 CH5+ + XH C2H5+ + XH C2H5+ + XH CH5+ + CH3 C2H5+ + H2 XH2+ + CH4 XH2+ + C2H4 X+ + C2H6化学电离离子-分子反应常见类型 质子转移反应 氢负离子转移反应 电荷交换反应 加成反应 BH+ + M MH+ + B [M-H]+ + BH2 B + M+ [BHM]+ 或 [BMH]+BH+ + M B+ + MBH+ + M 三、二次离子质谱(Second Ion Mass Spectrometry,SIMS)快原子轰击(Fast Atom Bombardment, FAB), Ar原子 快离子轰击(Fast Ion Bombardment, FIB) Cs离子FAB： Ar 与被加速到~20kV的Ar+进行弹性碰撞，使Ar获得相应的动 能，射向样品靶，产生轰击作用。 FIB： Cs+由CsI加热后放出来，然后通过电场加速到~20kV，射向样品 靶，产生轰击作用。适用于极性分子的分析，生物分子，质量在2000以内。 基质的作用： 一般为强极性分子，对快原子或快离子有较强的吸收能力，可使进样 品溶液溶解，溶剂挥发后，基质结晶，样品均匀分布于该结晶体中，轰击 时一起蒸发。 FAB/FIB常用基质基质 甘油 硫甘油 间硝基苄醇 二乙醇胺 三乙醇胺 硫代二甘醇 二硫苏糖醇 二硫赤糖醇(5:1) 四亚甲基砜 聚乙二醇 分子量 92 108 153 105 149 94 120 120 62+n(44) 沸点?C 182/20mm 118/5mm 175/3mm 217/150mm 190/5mm 285 背景离子 MH+, [MH+nM]+ [M-H2O]+, [MH+nM]+ MH+, [MH+nM]+ MH+, [MH+nM]+ MH+, [MH+nM]+ [M-H2O]+, [MH+nM]+ [M-H2S-H2]+,[MH+nM]+ MH+, [2M+H]+ (CH2CH2O)H+, MH+ 应用 普通基质 肽、抗生素 肽、蛋白质 多糖 多糖 金属有机物 金属有机物,肽 肽 多糖 四、等离子体解析质谱(Plama Desorption, PDMS)放射性同位素(252Cf)的核裂变碎片作为被级粒子轰击样品使其电离。 样品涂布于0.5~1μm厚的铝或镍箔上，252Cf的裂变碎片从背面穿过 金属箔，把能量传递给样品分子。Ba18+和Tc22+，动能分别为79MeV和104MeV， 高于FAB和FIB的能量。在10-12秒内产生碰撞，使样品不发生分解。252Cf的主裂变产物是基质：基本同FAB和FIB，还有硝化纤维素。适用于极性分子的分析，生物分子，多肽或蛋白质所测 定的质量高达14000Da。 五、基质辅助激光解吸电离(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization, MALDI)试样溶解或悬浮于基质中，激光 束辐射到基质和试样分子上。 基质吸收激光束能量后汽化，部 分试样分子伴随基质的汽化而解 吸。 基质吸收大部分激光能量，减少 了试样分子被激光能量破坏及过 度电离成碎片离子。 激光：固体氮激光，紫外光 波长： 337nm 功率：106~108W/cm2 脉冲时间：10-6~10-9秒 关于基质： 极性化合物 芳环 易结晶溶解样品 吸收激光 均匀分散样品分子 MALDI常用基质基质 烟酸 2,5-二羟基苯甲酸 芥子酸 α-氰基-4-羟基肉桂酸 3-羟基吡啶甲酸 2-(4-羟基苯偶氮)苯甲酸 琥珀酸 间硝基苄醇 甘油 邻硝苯基辛基醚性状 固体 固体 固体 固体 固体 固体 固体 液体 液体 液体适用波长 266nm, 2.94μm,10.6μm 266nm, 2.94μm,10.6μm 266nm, 337nm,355nm, 2.94μm 337nm,355nm 337nm,355nm 266nm, 337nm 2.94μm,10.6μm 266nm 2.94μm,10.6μm 266nm, 337nm, 355nm应用 蛋白质 蛋白质 蛋白质 蛋白质 核酸、配糖体 蛋白质、配糖体 蛋白质、核酸 蛋白质 蛋白质 合成高分子 MALDI的特点：优点： 质量范围可达50万Da。 高灵敏度，可测至10-12~10-15摩尔。 软电离，没有或很少有碎片离子，可用于分析混合物。 可容纳毫摩尔级的盐。 缺点： 基质背景易干扰质量数1000Da以内的物质分析。 激光解析电离可能导致被分析物分解。蛋白质组分析。 六、电喷雾电离(Electro-Spray Ionization, ESI)毛细管 直径0.1~0.2mm。 喷雾电压：毛细管尖端与离子引入口之间，3~8kV。 壳气(Sheath gas), 从毛细管端与喷雾反向加热后流出。 离子通过取样锥(Skimmer)和毛细管(Capillary)传送至光学聚焦系统。 电喷雾电离的基本过程 电场下的喷雾 壳气的作用下 电荷的库仑作用 Rayleigh 极限带电雾滴 溶剂的蒸发 带电雾滴的解体 表面张力和库仑斥力的平衡点Reproduced from Kebarle, P. J. Mass Spectrom. 4-817. 电喷雾电离产生多电荷离子：可以用质谱仪的小的质量范围测定大的生物分子， 相当于将质谱仪的质量范围放大的n倍。 多电荷离子的有关计算 对于蛋白质，产生的多电荷离子为：[M+nH]n+，系列离子 假设某一质谱峰(m/z)1对应的离子为[M+nH]n+, 另一相邻质谱峰(m/z)2 对应的离子为[M+(n+1)H](n+1)+, 且两个峰均为同一蛋白质产生，则可通过 建设联立方程组来得到M和n的具体数值:? (m/z)1 = (M + n)/n ? ? (m/z) 2 = (M + (n + 1))/(n + 1)解方程组得到M和n。 可以编制程序将所有相关的峰进行计算并取平均值，则可得到较精确 的分子量信息。这一过程称作解卷积(Deconvolution)。 例 肌红蛋白电喷雾质谱图 带10~30个电荷的系列分子离子 七、大气压化学电离(Atmosphere Pressure Chemical Ionization, APCI)毛细管样品送入加热管中，该管可以达到300?C以上。 在加热管中溶剂挥发。 加热管出口处放置电晕(Corona )放电装置, 使挥发出来的溶剂分子 电离，形成等离子体。 等离子体与样品分子反应，生成[M＋H]+或[M－H]C准分子离子。 APCI特点 软的电离方式，样品直接从液从中拉出来的，不是蒸发，基本 不产生分解，电离过程属于离子-分子反应，与CI原理相似。 快速地适合高低含量水溶液的流动相，可作梯度分析。 单电荷峰，实现源内CID。Which Ionisation Mode?100,000 Molecular WeightElectrospray 1000 EI/CI APCINon-PolarPolar §2.3 质量分析器种类繁多，磁场、电场、射频场对电荷离子的控制作用。一、扇形磁场和静电场 (Sector Analyzer)1、离子在扇形磁场中的运动离子在扇形磁场中的运动仪器的加速电压V：使离子具有高的动能，快速通过磁场、电场和无场区。 某一离子：质量为m，电荷价态为z，从加速电场获取的电能为zeV。 该离子的动能为1/2mv2 v为离子的运动速度，两个能量是相等的。 即： 12mv 2 = zeV 进入磁场后，离子在磁场的作用下作圆周运动，则：mv 2 Bzev = rB为磁场强度，r为离子的运动半径，即磁场的半径。 合并以上两式得：1 ? 2mV ? r= ? ? B ? ze ?1/ 2具有不同质量的离子具有不同的轨道半径，质量越大，半径越大， 表明磁场具有质量色散能力，可单独作质量分析器。 若 r 固定(当仪器的磁场确定后，r实际上就固定下来)，上式改写为：m er 2 B 2 B2 = =k z 2V Vk为常数er 2 k= 2离子的质荷比与磁场强度的平方成正 比，与加速电压反比。 固定加速电压，扫描磁场可使离子依 次通过磁场，从而达到离子按质量分析。 磁场为质量分析器。 2、离子在扇形电场中的运动mv zeEr = re2Er 为离子运动轨道上的电场强度 re 为离子在电场中作圆周运动的半径，即 电场的半径。 将离子动能 mv2/2=zeV 代入上式，则得：离子在扇形电场中的运动2V re = Er若Er固定，则离子运动半径随加速电压的 改变而改变，因此静电场是能量分析器。半径为re圆弧上，电场强度为： 其中E为静电场的电压。1 2E Er = re ln r1 / r2代入 re = 2V/Er中得：E = V lnr1/r2, r1和r2是固定的。 所以，在双聚焦质谱仪中，静电场电压与加速电压维持着一定的比例关系。 2、双聚焦质谱仪基本原理 扇形磁场质量色散，分析离子原因，实际上是动量分析器。 方向聚焦，相同质量和相同速度的离子，从同一点以不同角度入 射到磁场中，在磁场中所走轨迹不同，但在磁场后可 集中于某一点，与方向无关。 静电分析器 能量分析器 方向聚集，同磁场。 离子源中引出的离子： 运动方向不平行。 存在能量色散，初始的 温度分布和电子轰击时所 产生的附加动能。反置式双聚焦高分辨质谱仪离子光学双聚集 方向聚焦：磁场和电场，大小相同，方向相反，互补作用，使不同方向的离子 聚焦于检测狭缝处， 能量(速度)聚焦：磁场和电场，大小相同，方向相反，使不同能量的离子聚焦 于β狭缝处。 β狭缝：能量不同的离子聚焦于β狭缝处，调节该缝的宽度可以使通过的离子 的能量范围不同。实现高分辨。 二、四极杆质量分析器(Quadrupole Mass Analyser)+ +两组四极杆分别加上 +(u+Vconωt) 和 C(u+Vconωt)，++其中u直流电压部分，Vconωt为射频电压部分 ω = 2πf, f为频率。 理想的四极场为双曲线型，但加工的困难，用四根杆代替。 在四极场中任一点的电场为：x2 ? y2 φ ( xyt ) = (u + Vconωt ) r02在场的中心和两条对角线 上的任何一点电位为零。 离子在射入四极场后，其运动方程ma = eE a为离子加速度，E电场强度电场强度为电位的导数。则上式在直角坐标系展开为：在四极场中任一点 的电场为：d x ?φ m 2 = ?e dt ?x d2y ?φ m 2 = ?e dt ?y2d 2 x ? 2e(u + V cos ωt) m 2 = ?x 2 dt r0 d 2 y 2e(u + V cos ωt) = ?y 代入上式得： m 2 2 dt r0 d 2z m 2 =0 dtd 2z ?φ m 2 = ?e dt ?z 令：8eu a= mr02ω 2 4eV q= mr02ω 2ε=ωt2d 2x m 2 + (a + 2 q cos 2 ε) ? x = 0 合并上 dε 几式得： d 2x m 2 ? (a + 2 q cos 2 ε) ? y = 0 dεMathieu 方程Mathieu方程解，复杂，与边界条件密切相关。 以a, q为坐标，方程的解作图，三个区：稳定区，x不稳定区，y不 稳定区。 a, q都是交直流电压幅值、频率和时间的函数，可由仪器设定和调 节，r0 是仪器中心到四极杆的径向距离，其值是确定的。 稳定区:离子产生稳定的振 荡，沿z方向通过四极 杆。不稳定区: 离子振幅不断增大， 最后飞出四极场或与z 和y电极碰撞中和。 扫描线：与稳定区相截并且 通过原点的直线。在这条直线上， 各处的a/q比值都为常数，即 u/V = a/q 亦为常数。 同质荷比的离子对应有不同的a, q值，对于具有使 u/V = a/q为常数的 离子来说，其a和q值均在扫描线上。如果其值恰好处于扫描线和稳定区的 两个边界交点(A，A′)之间，则该离子落在稳定区之内。 改变u/V 的比值，扫描线斜率变化，增加，AA′长度减小，即能够稳 定的离子减小，分辨率增加。AA′长度仅与u/V比值有关。 固定u/V比值(即保持AA′长度不变，也就是分辨率不变)，改变V的幅 值，可使不同质荷比的离子先后进入稳定区，顺序通过四极杆之后被接 收，得到一组不同质荷比的质谱。
三、离子阱质量分析器(Ion Trap Mass Analyser, IT)离子阱质谱由四极杆质谱仪发展而来。 四极杆变为环极，四极杆两端加端帽。 端帽和环极上均加有直流电压U，射频电压 (振幅为V，角频率Ω) 。 离子的运动仍由Mathieu方程描述。 较理想的离子阱质量分析器：r02 = 2z02 离子阱中引入~10-3 Torr 氦 气，使离子运动受到阻尼，提 高离子轨迹的稳定性，进而提 高仪器的分辨率和灵敏度。Mathieu方程的解：蓝色区为稳定区，其它为不稳定区，空间分布， 这里仅是一个截面。 捕集时(Trapping)，设定U, V 和Ω ，使各种离子在蓝色区域的最式边。 扫描时(Scanning)，给定U, V 和Ω ，使扫描线按 qz=0 的由左到右进行， 离子从小质荷比到大的质荷比依次排出到检测器。 离子阱的多级质谱分析Trapping1Elimination 2Capture 3Collision 4二级质谱： 捕集(Trapping)， 排除(Elimination) 捕获(Capture)， 碰撞(Collision)Scaning 5扫描(Scanning)检测(Detection)多级质谱：上述步骤的重复过程。 四、飞行时间质量分析器(Time Of Flight Mass Analyser, TOF)离子源中的离子经加速电压获得的速度为： 其中 ze为电荷，V为加速电压，m为质量。 飞行管长度L，到达检测器的时间为： 质量越大，飞行时间越长，实现分离。 m1和m2两个离子：2 zeV v= mL m t= =L v 2 zeV用已知样品进行校 正，得到未知离子 的质量。Δt =L( m1 ? m2 ) 2 zeV 仪器的分辨率近似为：m t ≈ Δm 2Δt提高加速电压，增长飞行管长度，都可提高分辨率。 但导致分辨率较低的主要原因是离子源得到离子的能量色散作用，即分 子的热运动的影响，使得离子的被始速度不一致。 解决离子热运动，提高分辨率的方法： 两级加速法：先用一级加速，离栅极较远的离子获得更多的动能，提高 速度，追赶上离栅极近者，然后再经栅极加速后，一起进入飞行管。 Delay Extract技术：在激光脉冲开启的瞬间，没有加速电压存在，离子 处于一种无场运动，不同速度的离子向栅极运动的距离不同，一定时间 过后(很短的时间)，加上加速度电压把离子引向栅极，此时，前面具有 不同速度的离子处在不同的位置，速度快者，离栅极近，速度慢者，离 栅极远。加上电压后，处于不同位置的离子获得电场能，离栅极近者， 获得的电场能小，离栅极远者获得电场能大，前者本身速度快，被始动 能大，后者速度慢，初始动能小。动能小者从栅极电压获得相对多的电 场能，动能大者从栅极电压获得相对少的动能，从而使两者加速后，动 能的差异减小，即减小能量色散。从而提高分辨率。 飞行时间质谱仪 反射式或折射式：靠电场将飞行的离子反射回来，在反射端接有检测器。 好处： 提高分辨力和灵敏度。 对灵敏度的提高：中性分子也会在电离过程中产生，并飞向检测器，但中性分子不能被 反射，不能到达反射检测器所在位置，减小本底噪音，提高灵敏度。 对分辨率的提高：速度快的离子动能相对较大，克服电场阻力的能力大，打入到反射电 场的深度大，反之，速度慢的离子打入反射电场的深度小，前者因打 入电场深度大，多运动一段距离，后者因小运动的了段距离。快者多 走路程，慢者少走路程，最终两者几乎同时到达检测器，提高了分辨 力。 折射式原理同反射式，只是多反射了几次，提高分辨力，但可能减小灵敏度。
五、傅立叶变换离子回旋共振质量分析器 (Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance，FT-ICR)离子沿平行于磁场方向进入ICR-Cell，加在垂直于磁场的捕集电极上的低直流电压形 成一个静电场将离子拘禁于室中。在磁场作用下，离子在垂直于磁场的圆形轨道上作 回旋运动，其回旋频率ω 仅于磁场强度 B 和离子的质荷比m/z有关： zB ω = 1.537 ×10 × m7式中ω 为赫兹(Hz), B为特斯拉(T), m为原子质量单位(u) 一组不同空间位置上m/z值相同而速度不同的离子将以同一频率运动，离子 的速度只影响其轨道半径。 zB ω = 1.537 ×10 × m7式中ω 为赫兹(Hz), B为特斯拉(T), m为原子质量单位(u) 一组不同空间位置上m/z值相同而速度不同的离子将以同一频率运动，离子 的速度只影响其轨道半径。 通过发射电极向离子加一个射频电场；若射频电压的频率正好与离子回旋的 频率相同，离子将共振吸收能量，使其运动轨道半径和运动速度逐渐稳步增大， 但频率仍然不变。当一组离子达到同步回旋之后，在接收电极上产生镜像电流。 根据镜像电流的频率可以计算出离子的质量。 在实际测量中，多种离子同时产生，在回旋池中加一个频率范围覆盖了所有 感兴趣离子的脉冲射频。脉冲结束后，所有受激离子诱导的镜像电流在接收电路 上形成各自的阈衰减信号；这个复合的时阈误减信号经傅里叶变换为与质量相关 的频阈谱图。 对镜像电流取样的时间越长，质量分辨率越高。但碰撞阻尼破坏离子的同步 回刻运动，从而使镜像电流衰减加快。 高真空有利于提高分辨率，同时还可改善信噪比。 §2.4 几种常见商用质谱仪一、磁质谱仪Finnigan MAT-900XPHigh resolution, double focusing mass spectrometer.Acceleration voltage Full acceleration voltage for all ionization modes Mass range Resolution Mass accuracy 5,000 Da at full acceleration potential better than 60,000 better than 2 ppm 二、四极杆质谱仪Finnigan TSQ QuantumMass Range: 3000 Daltons. 三、离子阱质谱仪Finnigan LCQ Advantage 四、飞行时间质谱仪Applied Biosystems Super VoygerSuper Voyager- DE -STR展现了MALDI －TOF强劲的应用前景。长距离的飞行 路径（3米）使分辩率达到了最好的程 度，高性能探测器配合信号的快速转化 和传送可获得非常高的灵敏度。可分析 较为复杂的混合物，在样品含量低于 10-12摩尔时，分子量的测定仍有相当高 的灵敏度和分辩率。 VOYAGER－DE STR可进行PSD和CID MS/MS实验。可通过测量准确的分子量 来进行数据库查寻。 五、FT-ICR-MSBruker Daltonics APEX IV? Routine mass accuracy & 1-2 ppm, mass resolution up to several 100.000. ? Fast MS/MS fragmentation using IRMPD (Infrared Multiphoton Dissociation). ? Low-noise pre-amplifier and new flexible Infinity Cell Controller for higher sensitivity Various, easily exchangeable sources: Improved APOLLO ESI/APCI source, SCOUT-100 MALDI source with patented AnchorChip? technology, High Throughput MALDI/ESI CombiSource?, NanoElectrospray, FAB, SIMS, EI/CI 第三章：质谱/质谱§3.1 质谱/质谱基础 §3.2 质谱/质谱仪器 §3.3 质谱/质谱应用 §3.1 质谱/质谱基础根据不同的需要，将各种类型的质量分析器以不同的方式 联结起来，提供更为强大的质谱分析功能，解决气相离子的各 种问题。一、基本概念1、质谱/质谱与色谱/质谱串联技术的比较串联的概念是一致的。M1,M2,M3 进 样 口 M1,M2,M3GCM3M2M1离子源M1x+, M1y+…MS分离 M2 M1,M2,M3 离 子 源 M 1, M 2 , M 3+ + + +鉴定MS1M1+碰撞室+M1x+, M1y+…MS2M3色谱/质谱：中性混合物的分离分析。 质谱/质谱：对纯物质，分别研究分子离子和碎片离子，结构结构信息。 对混合物，分别研究各个不同的分子离子，具有部分分离能力， 各个物质的结构信息。 2、质量分析器串联方式空间上的串联(tandem in space)将同类型种或不同类型的质量分析器依次联结在一起。 a) 同种类型的质量分析器串联 扇形磁场、扇形静电场串联质谱。 四极杆串联质谱。 飞行时间串联质谱。 b) 混合型串联质谱(hybrid mass spectrometry) 扇形磁场、扇形电场和四极杆串联。 扇形磁场、扇形电场和飞行时间质谱串联。 四极杆和飞行时间质谱串联。 离子阱和飞行时间质谱串联。时间上的串联(tandem in time)在同一质量分析器上，在不同时间里，依次实现离子的选取、离子的碰撞诱 导解离(或碰撞活化解离)、离子的分析，时间上的串联。 离子阱质谱仪。 离子回旋共振质谱仪。 3、质谱仪内离子分解的方式亚稳分解(Metastable Decomposition, MD) 碰撞诱导解离(Collisional Induced Dissociation, CID)或碰撞活化解离 (Collisional Activation Dissociation, CAD) 表面诱导解离(Surface Induced Dissociation, SID) 黑体红外辐射解离 (Blackbody Infra-Red Dissociation, BIRD) 光解离(Photo-Dissociation, PD)a) 红外多光子解离(Infra-Red Multi-Photon Dissociation, IRMPD) b) 紫外光解离(Ulta-Violet Photon Dissociation, UVPD)电子捕获解离(Electron Capture Dissociation, ECD) 二、质谱/质谱中离子的能量分布质谱中的三种类型离子，对于电磁质谱来说，离子源内产生的离子： 稳定离子 离子寿命大于10μs, 分解速率小于105，正常离子峰。 不稳定离子，离子寿命小于 1μs， 分解速率大于106，检测不到。 亚稳离子， 离子寿命介于1-10μs, 分解速率在105到106之间，亚稳峰。1、亚稳离子分解过程中不专与任何其它粒子(包括 中性分子、离子、电子或光子)进行能量交 换，分解的驱动主要是沉积在离子上的略高 于分解反应临界能的内能，分解速率在 105~106之间。 主要出现在扇形电磁质谱和飞行时间质 谱中。 电磁质谱中亚稳离子的内能和寿命的关 系见右图和下图： 10-6& τ & 10-5s [A+]≠内 能Ea B+亚稳离子分解能量示意图A+反应坐标电磁质谱中的亚稳分解一般发生在无场区中进行，BE或EB型质谱仪中，有第 一无场区(IFFR)、第二无场区(2FFR)和第三无场区(3FFR)，可采用联动扫描方式分 析。 飞 行 时 间 质 谱 亚 稳 分 解 发生在 飞行管 无场区 中，通 过源后 分解技 术(Post Source Delay, PSD) 测定。 2、内能分布及离子结构对离子分解的影响基本原理设有两个离子A+和B+，它们分解的临界能分别为Ea和Eb，它们之间相互转化的 临界能为Ei，当离子内能分别处于I，II和III区时，离子会以不同的形式存在，在质 谱仪也将检测到不同的离子。 I：稳定的A+离子。 II：A+可以异构化为B+，但在质谱上III II Eb Ea I Ei B+ A+表观测到的是“同一离子” (质荷 比相同)，实际上是A+和B+的混 合离子。 III：过剩内能不太大，发生亚稳分 解反应。 IV：A+和B+离子的混合物的分解， 产生各自的碎片。 详细分析(a)：Ei高于Ea和Eb 界能EA)，稳定的A+离子。 A1~A2: A+的亚稳分解。 A2~A3： A+分解，产生其碎片离子。 A3以上： A+可以异构化为B+，但B+离子在该内 能处，离子的态密度很小，反应速率很 小，两种异构体是可以区分的。 (b)：Ei低于Ea和Eb B1以下：稳定离子，A+或A+和B+的混合离子。 B1~B2: B2~B4: A+异构化为B+，B+亚稳分解。 B+分解，产生其碎片离子。 离子，各离子的份额与其内能值有关。 亚稳分解谱上，B+占优势；CID谱上， A+的比例增加，在质谱分解的时间范 围内，A+和B+不能建立快速的平衡， 因此MI和CID谱上，有一定的区别。A+为初始离子，B+为A+的异构体： A1以下：内能较低时(不高于亚稳离子分解的临B4以上： A+和B+混合离子分解，产生混合碎片 (c)：Ei远低于Ea和Eb B1以下：A+和B+混合物的稳定离子，因两者间 B1~B4: 非常容易转化。 A+和B+混合物的分解。 A+和B+无法区分。(d)：Ea高于Ei高于EbC2 1小于Ei时：稳定的A+离子。 C1~C2: C2以上: A+以亚稳的速度转化为B+后分解， 得到B+离子的碎片。 A+转化为B+后再分解，得到B+离子 的碎片离子。 3、碰撞诱导解离过程中的能量转换对于内能较小的稳定离子，进行MS/MS实验时，需要为该离子提供能量，使其 内能超过该离子分解的临界能。 具有一定动能的前体离子与中性气体碰撞，在发生的非弹性碰撞中，离子的部 分动能转化为内能。转化而来的内能与离子的动能以及碰撞气体的反应截面有关。碰撞能量表示方式高能：千eV数量级。磁质谱、飞行时间串联质谱等。 中能：百eV数量级。四极杆质谱等。 低能：十eV数量级。离子阱质谱等。 此处指实验室坐标下的能量，用离子运动的动能Elab表示。 实际上，决定碰撞能量转换的是质心坐标能量Ecm，二者的关系：Ecm = Elab mg mg + mpmg: 碰撞气体质量 mp：离子质量 Ecm = Elabmg mg + mpmg: 碰撞气体质量 mp：离子质量合适的内能分布产生有价值的MS/MS谱图，需选择合适的Ecm： Elab大者，选取小的mg，如He, Ne等。 Elab小者，选取大的mg，如N2、Ar 或Xe等。 例：在磁质谱中，m/z200的离子经6keV的电压加速后与He碰撞时，计算E 在四极杆质谱仪中，m/z200离子的动能为100eV，与Ar碰撞，计算Ecm。 磁质谱 四极杆Ecm = Elab × Ecm = Elab × mg 2 = 6000 × = 59eV mg + mp 2 + 200 mg 40 = 100 × = 16eV mg + mp 40 + 200电子轰击： Ecm≈Elab 因为电子质量非常小，mp相对于mg可以忽略不计。 碰撞能量向内能的转化碰撞过程遵守能量和动量守衡原理。 离子运动的动能Ecm，碰撞过程中转化为内能Q，但Ecm不是全部转化为 Q，而是部分转化。单次碰撞的转化效率与离子的碰撞截面、气体的碰撞截 面有关。动位移E≠E0rQ内 能 E0 EM1+ → M2+ + M3 反应坐标 例：正丁基苯分子离子断裂反应碰撞能转化为内能的效率H +.α+m/z91 H.+H rH H + m/z92.内能左：化学电离正丁基苯方法产生正丁基苯分子离子，采用不同电荷交换能力的化学电 离试剂，生成的M+?具有相对确定的内能值。 内能越高，I91/92越大，越易生成m/z91。m/z91离子的生成是键断裂反应，“疏松 型”过渡态，高内能时有利于该反应。 m/z92离子的生成是六元环重排反应，“紧密型”过渡态，低内能时有利。 右：正丁基苯分子离子在不同Elab和Ecm条件下CID谱图。与左图相似。 当I91/92=1.4时，右图 即 Ecm = 3.7eV Ecm = 3.7eV， 内能 = 3.2eV。 左图 内能 = 3.2eV。 此时，Ecm转化为内能的效率为 3.2/3.7=86%。 同理： 当I91/92=2.7时，右图 即 Ecm = 9eVEcm = 9eV， 内能 = 4.6eV。左图 内能 = 4.6eV。 此时，Ecm转化为内能的效率为 4.6/9 = 50%。在高的碰撞能Ecm下，离子从碰撞中转化而来的内能较高，碰撞能转化 为内能的效率下降。 能量转化的影响因素CID实验时，需要得到较合适前体离子的内能分布，从而获得信息丰富的谱图。 影响因素： Ecm越大，转化的内能越高。 碰撞气体压力，提高压力，有利于前体离子内能的积累。 原因：当提高碰撞气压力时，碰撞机率增加。 前体离子多次碰撞，每一次均获得一定量内能，积累出分解所需的内能。 前体离子分解的离子进一步与碰撞气碰撞，子离子获得分解所需的内 继续分解。 Mp+ +能，N NMp+*+N NMp+**+产物 碰撞气压力下，碎片离子的产率与靶气密度、碰撞截面和碰撞室的长度对入射离 子强度和出口离子强度的关系式：If = Ipe ? nDσLIf : 产物离子强度 Ip：进入碰撞室前体离子强度，即在没有碰撞气时主束离子的强度 nD: 碰撞气的数密度 σ ：碰撞截面 L ：碰撞室长度。 由此公式可以计算碰撞截面σ ，与结构密切相关的一个参数。 CID谱反映的是稳定离子的结构，碰撞过程中，离子从碰撞能中获得能量， 使其激发到较高的振动能级上，达到其导异构化或分解所需要的能量，两者是一 个竞争的反应。但只要异构化临界能不是太小，则前体离子直接分解的速度一般 大于异构化的速率，因此前体离子会主要以直接分解的反应途径分解，同时可能 伴有异构化离子的分解。所以，在大多数情况下，对于不同的离子A+和B+，具有 不同的CID谱，这为利用MS/MS研究离子结构奠定了基础。 值得指出的是，具有相同的CID谱的离子不一定具有相同的结构，如在异构 化临界能很低时，初始的前体离子与其异构化离子在CID谱上是不能区分的，这 种情况虽然不是很普遍，但应给予注意。相反，具有相同结构的离子，一定有相 同的CID谱。 与亚稳分解相比，CID谱中离子的反应通道更多，分子离子的CID谱与其常 规的EI谱很相似，主要是由于碰撞可以获得更多的内能，使前体离子分解。 亚稳谱研究的离子，其内能分布在一个很窄的范围，只有少量的反应通道， 分解的产物离子种类少。 若两个离子结构相同，则其MI和CID谱均应相同，若两个离子结构不同， 其CID谱很可能不同，但其MI谱不一定不同。因为MI谱中研究的是内能相对较高 的离子，在分解之前，很可能会发生异构化，其谱图是一个包含异构化离子在内 的离子分解的混合谱图。CID相对于MI而言，选取的是内能低的离子，大部分保 持其初始结构，有很好的可区别性。 4、光解离中的能量转换紫外光解离使用紫外光如193nm解离，能量较高，可以 将处于电子基态的离子跃迁到各激发态上。然后 进行解离，这是一种高内能的解离过程。其结果 与高能碰撞有相似之处。 激发后的离子分解经历以下主要过程： AB+ AB+ AB+hν hν hνAB+* AB+* AB+*AB+ + hν A+ + B AB+**荧光发射 直接解离 A+ + B 预解离光解离： 无须碰撞气。 解离效率相对较高。 相对高能量，丰富的碎片离子。 产生多次裂解，不利。 红外多光子解离用红外光(如10.6μm)照射离子，离子吸 收多个红外光子的能量，使内能提高。由于 所用的红外光子的能量在振动能级的水平， 吸收的光子的能量主要使离子的振动能级激 发，达到或超过离子分解的临界能，从而产 生碎片离子。这是一种低能的过程。其结果 与某些低能碰撞有相似之处。多光子吸收过程激发后的离子分解经历以下主要过程： AB+nhνAB+*A+ + B直接解离光解离： 无须碰撞气。 解离效率相对较高。 专一裂解性。 产生多次裂解，不利。 §3.2 质谱/质谱仪器一、BE或EB型电磁场双聚焦质谱仪正几何型反几何型三个无场区I，II，III(1FFR, 2FFR, 3FFR)。 β狭缝，主狭缝。 亚稳分解发生在三个无场区。 1、亚稳离子分析常归扫描质谱的亚稳离子峰在常规的质谱分析谱图上，有时会在非整数质量数处出现峰较宽，强度 不大的峰，这些峰为亚稳峰，其来源为某些分解速度为105~106 的离子，在 离开离子源于无场区内分解所产生，其质量数不出现“真实”的m/z位置，而 在质谱图上出现“表观”m/z位置。 在常规的质谱图能够观察到亚稳峰的仪器： 单聚焦质谱仪：亚稳分解发生在磁场前面的无场区 正置双聚焦EB质谱仪：亚稳分解发生磁场前面的无场区，即第二无场区。 三种不同类型的离子: 稳定离子(M+?)、不稳定离子(M+?)和亚稳离子(M+?*)： 稳定离子 M+? 不分解， M1+ 检测到M+?。不稳定离子 M+? 亚稳离子 M+?*+ M2? 离子源内分解，产生M1+，检测到M1+。M1+ + M2? 无场区内分解，产生M1+*，检测到“表观质量”。稳定离子M+?和稳定的碎片离子(离子源中产生的)M1+遵守的基本方程：1 2 mv LL (1) 2 mv 2 LLL (2) Bzev = r 消去以上两式中的 v, 并整理后得 : zeV = B2 m =k V z er 2 其中k = 2其中： m : M+? 的质量 V : 加速电压 v : 离子运动速度 B : 磁场强度 r : 离子动行半径该方程对于稳定的M1+离子也适用，只需将m换成m1即可，公式如下。m1 B2 =k , z V er 2 其中k = 2 亚稳离子M+?*在场区飞行时发生分解，产生M1+*和M2。M1+*和M2具有与M+?相同 的运动速度，但M1+*的动能仅为m1v2/2。 M+?* 经加速电压加速后所得能量zeV, 亚稳分解的M1+* 离子的加速电场能为 m1/mzeV。 m1+ m2= m, 由M1+*和M2来分配M+*的能量，即 m1/mzeV+ m2/meV= zeV。m1 1 zeV = m1v12 2 亚稳M1+*： m 1 m12 2 m1v1 = (2 zeV ) LL (1) m正常M1m +： 1B2 =k z V若要M1+*通过磁场，其在磁场中也需做半径为r的圆周运动，此时M1+*也应 符合电磁场质谱的基本方程：m12 er 2 B 2 = 或 mz 2V m* B2 =k z V m12 er 2 m* = , k= m m 2此式表明，在磁场前无场区M+?* 分解所产生的M1+* ，将 在质量数为m12/m的位置出现质谱图中，该数值为“表观质量” ，该离子的“真实质量”为m1，表观质量比真实质量小。 亚稳离子分解反应时，部分内能转换成动能，亚稳离子 的峰具有不同程度的扩散，导致峰变宽、变弱，其质心位置 不易准确判定。 例：邻硝基甲苯和对硝基甲苯准分子离子的亚稳分解+.NO2 * CH2+.+.-CH2 NO2 m/z136NO2m/z136CH2-NO * NO2+Om/z106CH2NOm/z9059 60 828359.582.6m12 90 2 m* = = = 59.5 m 136m12 106 2 m* = = = 82.6 m 136亚稳实验证实邻硝基甲苯和对硝基甲苯的准分子离子峰失去硝基和亚硝 基的机理是不一致的。 离子动能谱(Ion Kinetic Energy Spectrum, IKES)和质量分析离子动能 谱(Mass Analyzed Ion Kinetic Energy Spectrum, MIKES)前者在正置几何型EB上实现，后者在反置几何型BE上实现，均将磁场 设为回定值，扫描静电场，分别得到碎片离子找前体离子和前体离子找碎片 离子的功能。后者还可以将磁场前面加一个碰撞室，对前体离子加以碰撞， 实现所谓的CID-MIKES，对于研究离子结构非常有用。正几何型反几何型 a) IKES：正置几何质谱 对于稳定的离子M+, 其通过静电分析器的条件为： 静电场必须与加速电压保持一定的关系，eV = 1 2 mv = eEr mv , 2 re 2V re2才能使得从离子源中出来的稳定离子通过静电 场。只要保持了这种关系，所有稳定的离子所 获得的动能会使得其通过静电场，此时的静电 场只起到一个离子能量的聚焦作用，不能起到 分离子的作用。在常规的扫描中，加速电压固 定，静电场也随之固定。消去v得 : Er =不含m第一无场区亚稳分解： 对于稳定的m+, 其动能为mv2/2=eV，恰好能够通过静电场。+ M +* → M1 + M 2 + M A* → M + + M A2 A1 + M B* → M + + M B2 B1而对于M+*, 其动能亦为mv2/2=eV，但在第一无场区分解后， M1+所具有的动能为m1v2/2= m1/meV, 小于M+* 的动能, 该离子 不能够通过静电场，所以检测不到该离子。其它的亚稳离子 与该离子相同。M → M + M C2+* C+ C1 M+电场电压E，正常离子M+ 通过。 电场电压E1，降低电场强度可使M1+ 通过。E1=m1/mE。Mf+动 能C6H6+*C3H3 CH3+m2/m1= 78/39=2 m2/m1= 30/15=2m/z78m/z39C2H6+*+m/z30离子源 加速 第1无场区 电压 静电场m/z15时间E1能够使第一无场区发生的亚稳分解，碎片离子和前体离子之间满足m1/m=E1 的所有离子都能通过静电场，如果将检测器置于静电场后面，则检测到的是一组离 子。 向下扫描静电场，可使具有不同m1/m值的亚稳分解一组离子依次通过静电场， 得到IKES。 也可以将磁场设定某一固定值，只允许某组特定动量的离子通过，则在电场扫 描时，分析的离子不仅满足m1/m=E1, 而且还要满足m12/m=表观质量。这样使得分析 结果更清楚。 b) MIKES：反置几何质谱 第2无场区亚稳分解： 第2无场区碰撞诱导分解： 前面讨论的结论仍然有效：M+磁场 碰 撞 室+ M + * → M1 + M 2+ M +* → M1 + M 2NM+电场电压E，正常离子M+ 通过。 电场电压E1，降低电场强度可使M1+ 通过。 E1=m1/mE。动 能M1 +静电场双电荷离子的MIKES，略离子源加速 第1无场区 电压磁场第2无场区静电场时间令磁场只允许通过M+*, 该离子在第2无场区中发生亚稳分解，扫描静电场，使亚稳 分解产生的离子M1+, M2+, M3+等依次通过静电场，得到MIKES。 在第2无场区中安装碰撞室，可利用磁场选择各种稳定离子M+或亚稳离子M+*，碰撞 室内充入氦气或氩气，通过碰撞，可使M+分解成多种碎片离子，再结电场扫描得到CIDMIKES。最简单的MS/MS。 有关公式的推导：M+* 稳定离子M+和亚稳离子M+* 亚稳分解得到的M1+ : :M1+ + M2 ε 动能 eV eV m1/meV p 动量 (2mε)1/2 (2m1ε)1/2离子源中产生的稳定离子M1+ :为使亚稳分解的M1+通过静电场，静电场场强应下降到E1 E1 = m1/mE 基本公式 m1= mE1/E 由此公式得到碎片离子质量。n-十六碳烷M+?的MIKES 常用联动扫描质谱检测亚稳离子a) B/E联动扫描 亚稳分解发生在第一无场区，EB和BE型质谱仪均适用，得到前体离子找碎片 离子质谱。 设在第一无场区内发生如下亚稳分解反应，而且仪器的加速电压V保持不变， 则各种离子的有关物理量如下： M+* 稳定离子M+和亚稳离子M+*: 亚稳分解得到的M1+: M1+ + M2 ε 动能 eV m1/m?eV p 动量 (2mε)1/2 = (2m?eV)1/2 (2m1ε)1/2 = (2m12/m?eV)1/2若能够使稳定离子M+通过静电场所需的电场强度设为E，则为了使亚稳分解 的M1+ 能够通过静电场，静电场强度应下降到E1， 且：m1 E1 = LLL (1) m E 能够使稳定离子M+通过磁场所需的磁场强度设为B，则为了使亚稳分解的 M1+ 能够通过磁场，磁场强度应变到B1，且：2m12 ( eV ) 2 m B1 p1 = = m = 1 LLL (2) 1 m B p (2meV ) 21(1)和(2)比较得：m1 B1 E1 = = m B E 即: B B1 = LLL (3) E E1(3)式表明，磁场强度B与静电场强度E之比，对母离子和子离子均为常数。 B/E联动扫描的实现方式：在加速电压为V，静电场电压为E，扫描磁场强度B，找 到M+ 后，保持加速电压不变，并使静电场电压与加速电压脱离固定关系。锁定 B/E关系，然后将磁场和静电场均降为最小值，令B/E为常数联合向高场方向扫描 ，从而得到母离子的各种碎片离子峰。子离子的质量可从以下两式求出： m1 =B1 E 或m1 = 1 B E此方法的特点是先找到M+，称主束离子，然后利用固定的B/E的关系找到 其不同的子离子M1+，这种方式是典型的“母”(主束离子M+)找“子”(碎片离子 M1+)联合扫描方式。 正如IKES一样，联动扫描可能得到的不是纯粹的“子离子”。因为即使是 不同的亚稳分解，但如果其碎片离子M1+和前体离子M+的m1/m比值相同，则在 联动扫描过程中，不同质量数的M1+离子均能通过电场和磁场，从而得到是混 合离子峰。但一般情况下，纯化合物中，同时发生具有m1/m相同比值的亚稳分 解反应的可能性不大，因此该方法是一个可靠地进行“母”和“子”关系证明的有 效手段。C6H6+*C3H3 CH3+m2/m1= 78/39=2 m2/m1= 30/15=2m/z78m/z39C2H6+*+同时被扫描，得到相同的峰，从峰的 位置不能区分二反应，但实际上峰形 可能不同，见亚稳离子的峰形。m/z30m/z15B/E联动扫描的优点是第一无场区由前体离子找碎片离子的最佳亚稳测 定方法。扫描过程中，离子源状态下变，质量范围宽，亚稳峰形窄，分辨 本领高。 目前的仪器，厂商都备有 B/E联动扫描的操作软件，计算系统与主机联 机操作，可得到B/E联动扫措谱。 a) B2/E联动扫描 亚稳分解发生在第一无场区，EB和BE型质谱仪均适用，得到由碎片离子找前 体离子的质谱峰。 设在第一无场区内发生如下亚稳分解反应，而且仪器的加速电压V保持不变， 则正常扫描时，各种离子的有关物理量如下： M+* 稳定离子M+和亚稳离子M+* : 离子源中产生的稳定离子M1+ ： M1+ + M2 ε 动能 eV eV p 动量 (2mε)1/2 = (2m?eV)1/2 (2m1ε)1/2 = (2m1?eV)1/2正常扫描条件下，若仪器处在M1+通过静电场各磁场状态，得到M1+的主束离子。 现假设主束离子M1+是由M+*在第一无场区经亚稳分解而产生，为了使该M+*通过 静电场和磁场，需要提高静电场的强度和磁场的强度。 对于静电场，需提高到E1：m E1 = LLL (1) m1 E 现假设主束离子M1+是由M+*在第一无场区经亚稳分解而产生，为了使该M+*通过 静电场和磁场，需要提高静电场的强度和磁场的强度。 对于静电场，需提高到E1： m Em1 =1ELLL (1)1 2对于磁场，需要提高到，B1 p1 (2mε ) m = = = ( )2 1 B p m1 (2m1ε ) 21B12 m = LLL (2) B 2 m1联立(1)和(2)得：B12 E1 m = = B 2 E m1 则: B12 B 2 = LLL (3) E1 E(3)式表明，亚稳断裂碎片离子M1+的B2/E比值和等质量的正常碎片离子的B2/E 相等。 B2/E扫描的实现方式：在加速电压最高档V，静电场电压为相应值E，调节磁场强度 为B，找到正常碎片离子M1+，然后使加速电压V固定不变，断开加速电压和静电场 电压间的常规关系，锁定B2/E的比值，将磁场强度及静电场电压下降到最低值，然后 按B2/E值从小至大扫描，得到M1+的全部可能的母离子。E B2 母离子的质量可从下页两式求出： m = m1 , 或m = 2 m1 E1 B1此方法的特点是先找到M1+，称主束离子，然后利用固定的B2/E的关系找到其不 同的母离子M+，这种方式是典型的“子”(主束离子M1+)找“母”(亚稳母离子M+)联合扫 描方式。 B2/E联合扫描是第I无场区由子找母的一种校好的方法，离子源状态不变，质量 范围较宽，但分辨本领不高，因涉及到B2的控制，电子上实现起来不易准确。 同样，厂商备有B2/E联动扫描的操作软件，将计算系统与主机联机操作，可得到 B2/E联动扫描谱图。 亚稳分解和碰撞诱导解离反应的动能释放亚稳离子的内能在分解反应临动位移E≠E≠T≠界能上一个很窄的范围内，因而 MI谱反映的是离子的终态结构， 而这个结构不一定是其初始结构， 有可能存在异构化的离子，从而使 分析的亚稳离子成为混合离子。 亚稳谱是质谱中惟一能够较好 地限定离子内能的(最低分解阈值 以上0~0.5)和寿命(1~10μs)技术。EMI 内 能E0rQTeE0 EaMf+ + Mn0Mp+反应坐标碰撞诱导解离通过碰撞为稳定 的离子提供内能，其前体的内能较 小，不易异构化，从而应具有明确 的结构。前体离子Mp+在分解过程中，会将非固定化能和逆活化能以动能的形式放出，称动 能释放。动能释放与离子结构有关，动能释 放导致质谱峰变宽。 M1+ 动能释放：T = T≠ + Te 动能释放的计算公式：T50%M2+ + M3m12 d 2 eV = 3 16m2 m3其中：m1, m2, m3 分别为产物离子前体离子M1+, 碎片离子M1+和中性碎片M3的质量， d 为亚稳峰的半高宽度，V是加速电压。m12 eV ΔE 2 = ( ) 16m2 m3 ET50%用于IKES和MIKES中计算，ΔE为从亚稳获的M1+和从离子源中生成的M1+峰半高 宽之差，单位为弗。 动能释放改变峰宽和峰形，改变程度取决于动能释放的大小。 当T很小时，峰较窄，峰形接近高斯型，简单的键断裂，逆活化能很小，主要 来自于非固定化能，一般小于0.05eV。 在质心坐标系中，亚稳离子分解导致碎片离子在各个方向有均等的速度， 该速度附加在离子的原来飞行速度之上，形成合速度。 附加速度在垂直于离子飞行方向速度分量，使离子偏离管道中心。 附加速度较小时：当在离子到达检测器之前，离子偏离中心的距离未超过 管道的半径时，各个离子均能够被检测器检测到，此时的附加速度仅仅使峰宽 加大，峰形呈高斯形。 附加速度较大时，由于部分离子偏离中心的距离超过管道半径，这部分离 子不能够被检测到，呈平顶形。 附加速度很大时，更多的离子偏加大，以致于在垂直于飞行方向的离子大 部分不能够被检测到，呈碟形。-δv M1+ M2 -δv M1+ + M2vrM+v0δv M2 M1+ M2 + M1+vr v0δv 离子管道v0离子管道检 测 器 检 测 器v0离子管道v0检 测 器离子管道v0检 测 器 例 3-甲基-4-苯基-2-丁酮的质谱 从常规的EI质谱图上，可以看到，分子离子发生了[M-15]+的断裂，但从该质谱 图上不能判断CH3的失去是发生在α碳上，还是β碳上，还是这两种方式同时发生。 通过亚稳分解方法可以很容易得到答案。不仅可以找出第一级断裂，还可以找到第 二级和第三级断裂。结果示于下图。O+.16210091+Relative AbundanceCO80 60 40CH3O+(a) 147147 162+(b)+20119 1050 40 60 80 100 120 140 160105C2H4+m/z 2、串联双聚焦磁质谱仪EBE型双聚焦串联质谱仪高分辨质谱仪 高分辨IKES。 BEB型双聚焦串联质谱仪中华人民共和 国，教育部， 武汉大学，中 国唯一的一台 ZAB-3F。高分辨IKES，高分辨MIKES 中性化再电离(NR)和碰撞诱导解离电离(CIDI)碰撞室1碰撞室2+ / 质量选择 中性化 偏转电极 再电离 质量分析NR： 碰撞室1中充入碰撞气N，进行电荷交换反应碰撞气离子和中性M，离 子经偏转电极除去，中性碎片继续前进 ，碰撞室2内充入氧化性气体R，中性 碎片与其碰撞时氧化 产生正离子。+ M1 ? + N ? M 1 + N + ? ?→M1 + R ? M1 ? + R + e ?→ +CIDI：碰撞室1中没有碰撞气，亚稳分解离子和中性碎片，离子被偏转掉， 亚稳中性碎片继续前进，碰撞室2同前面一样，来稳中性碎片碰撞时被电离。+ M1 ? ?* M + + M ?3 ?→ 2M ?3 + R ? M 3 + R + e ?→ + M1+?M1+?NEV(M1+?) = IE(M1) M1NEV(M1+?) & IE(M1) M1(a)(b)Frank Condon 碰撞电离(a) 离子和中性粒子几何结构相似，离子被中性化后能够生成稳定的中性分 子，NR实验能够观察到复原的M1+?。 (b) 离子和中性粒子几何结构相差很大，离子被还原后生成振动激发态的中 性粒子，其能量已达到中性粒子M1?的碎裂反应的临界能，NR谱中得不 到复原的 M1+?。 ZAB-4F串联双聚焦质谱仪(EBEB) 用于气相离子化学研究，比如进行中性化-再电离和碰撞诱导解离等。 二、四极杆串联质谱仪Q1和Q3：正常的四极杆质量分析器。 Q2：四、六、八极杆等，其上只加射 频电压，可防止碰撞散射。八极杆对 散射的抑制作用最强。目前，商品仪 器多用八极杆。 弯曲的八极杆：防止中性碎片进入 Q3，提高灵敏度。Q3 Q2QO QOQ1优点：碎片离子分辨高，第二级四极杆可以达到单质量分辨。 高的碰撞效率，比在双聚焦磁质谱仪中高20~100倍，有利提高 灵敏度。 消除伪峰, (相对于磁质谱而言)。 四极杆串联质谱操作功能方式 单级质谱仪 前体离子方式Q1所有m/e 通过 扫描m/eQ2无碰撞气所有离子 通过a 碰撞气b 所有离子通过 碰撞气b 所有离子通过 碰撞气b 所有离子通过 扫描m/e 选择m/eQ3谱图 常规质谱图(CI, EI, ESI等） 由碎片离子找到前 体离子谱 由前体离子找到碎 片离子谱 前体离子的中性丢 失谱碎片离子方式 中性丢失方式(联 合扫描)选择m/e① 扫描m/e或②Q1每通过 1个离子，可同时选择几 个碎片离子c 与Q1保持同样速度扫描 m/e，保持恒定质量数差M扫描m/ea 或Q1扫描，Q3使所m/e通过。 b 如无碰撞气时则得到单分子分解的亚稳谱 c 选择离子监测(SIM)单级质谱仪 前体离子方式 碎片离子方式 中性丢失方式(联合扫描) 中性获得方式(联合扫描，当在Q1Q2 碰撞室Q3碰撞室放置反性气体时 四极质谱分辨率不太高，但较容易实现单位质量分辨，在进行质谱/质谱分 析时，碎片离子也比较容易得到单位质量分辨。这比扇形磁质谱仪的MIKES或 CID-MIKES给出更高的分辨率，因磁质谱仪的静电场的分辨本领不强，所以子 离子分辨率不高。 四极质谱/质谱的碰撞电压可调性强是其另一个优点，可以做能量分辨碰撞 诱导解离谱以利于结构分析。O 2N NH H+O100Om/z181O2 N NH2 m/z181+80m/z139Ion/ Total ion /%m/z4360 40iCH3 C Om/z43+O20O2 N NH2+rHO2 N NH3+0 0 10 20 30 40 50HCollisional energy/ eV (Lab frame)m/z181m/z139 三、飞行时间质谱/质谱1、源后解离技术(Post Source Delay, PSD)基质辅助激光解吸电离(MALDI)或激光解吸电离(LDI)虽然是一促软电离方 法，但在对于某些类别的化合物，电离过程中有一定的内能沉积，使得电离的离 子离开离子源后，经过加速电压的加速进入无场飞行区后，仍会有一定程度的分 解，产生亚稳分解的子离子。 飞行时间质谱仪的加速电压一般为20~30kV，离子获得20~30keV的动能，此 值比扇形磁质谱(6~8kV)的要高，但飞行时间质谱分析的对象一般分子量较大， 所以，离子飞行速度与扇形磁质谱的离子飞行速度相当。飞行时间质量分析器的 长度约在 0.5~2m之间，也和磁质谱的尺度相当。因此，飞行时间质谱上的亚稳 离子分解与磁质谱有许多相似之处。 飞行时间质量分析器上实现亚稳分析的技术是源后分解(PSD)技术，该技术 对生物分子的结构分析价值非常高。 PSD技术是由德国科学家R. Kaufmann及其合作者首先推出并应用于分析肽序 列。 线性飞行时间质量分析器不能实现PSD功能，必须要用反射式飞行时间质量 分析器。 离子的飞行行为不同飞行时间质量分析器离子运动的方式： 直射式，检测区无电场。 直射式，检测区加静电场，电场强度较小，不足以使离子反射回来。 反射式，直射端施加电场，其电场强度可使离子按一定角度反射回来，检 测器置于反射轨道上。 亚稳离子的来源在MALDI中导致离子不稳定和源后分解的活化过程活化区域 样品活化 表面/样品 过剩能来自于电离：光子分子直接相互作用、固态 活化、温度效应 ps-ns 0 离子源内活化 加速区内/边缘 多次低能或中能碰撞 ns-μs &200 μm 源后活化 真空 高能碰撞(与残余气体) μs-ms &加速区活化过程 时间范围 离开表面距离 加速区内离子的分解--碰撞活化过程在MALDI探头表面激光脉冲1μs 后基质 和肽离子密度分布的快照。 上图：纯基质样品2,5-二羟基苯甲酸(DHB) 下图：基质DHB中加入Substance P 基质分子较小，质量经，激光照射后 产生的离子和中性分子速度快，在样品离 子前面形成气体云(denser cloud) 。当施 加加速电压后，样品离子加速，通过该气 体云，产生多次离子-分子碰撞，从而使样 品分子获得能量，形成亚稳离子，在飞行 区发生亚稳分解。 加速场梯度对离子分解的影响无场漂移区内肽的单分子分解速率与加速场强的关系 加速电场越强，样品与气体云碰撞能量越大，内能越高，分解越快。 一般的TOF质谱仪，场强~10kV/cm。 若采用DE技术，则分解速率减小5倍，减小亚稳离子的分解。DE可以提高分辨 率，可以提高PSD信噪比，从而改善灵敏度。 实验上测定的加速区的气体云的密度角动量测量实验 在离子探头表面100μm处，压力达到1mbar，还足够导致离子的分解。 PSD仪器原理Mp+ Mf+ + Mn Mf+: mfE/m 在第一无场区飞行区某 处产生的碎片离子Mf+, 将以 与前体离子Mp+ 几乎相同的 速度继续飞行进入反射区。 Mf+带有较低的动能，因此， 与其前体离子相比，进入反 射场的深度相对较浅，从而 较早地离开反射区，比未裂 解的前体离子更快地到达检 测器。 动能：Mp+: mEL1:第一飞行区 L2: 第二飞行区 d1:第一反射区 d2: 第二反射区为了记录所有碎片离子完整的质谱，反射器的电压必须逐步降低。设Vf为碎 片离子Mf+的电压，VR为反射极板上电压。当Vf=VR时。Mf+被反射回来，就能检 测。只要有足够范围的VR值，就能检测到全范围的PSD碎片离子，这样便可获得 PSD亚稳分析质谱图。 大多数的反射场的线性动态范围有限，这导致并不是所有的碎片离子都能到 达检测器，一张完整的PSD谱需要改变不同VR值，分若干次采集，然后拼接而 成。PSD谱的质量校正： 对于线性TOF，不考虑仪器的静电加速场和减速场的影响，正常的离子的飞行 时间与质量的平方根为线性关系, 可能进行两点校正或最小二阶乘拟合方法校正。t = a + bm1/ 2对于PSD来说，飞行时间和质量的关系比较复杂，没有解析的数学函数，而且 影响因素多达10几个，因此，用3次多项式进行拟合，为了进行拟合，需要至少4 个 已知质量的峰，进行最小二阶乘多项式拟合2 3 mPSD = a + bt PSD +ctPSD + dt PSD对于绝大多数的PSD分析，均可得到较高的精度。 前体离子的选择：离子门技术(“ion gate”)或束消除技术(“beam blanking?) 定义一个质量窗口，只有在符合质量窗口的离子通过时间段里，离子门的偏转 电压关闭，而其它时间通过设置偏转电压，使所有的离子全部偏转掉，从而实现前 体离子的选择。 两个前提条件： 离子门的是一个高的电压降，PSD要求离子门必而以非常高的速率时行电压的 开关的转换。 离子消除设备必须具有足够高的空间分辨力，保证只对感兴趣的离子起作用。 离子门位置需要考虑前体离子的位置依赖弥散和离子门位置形成的PSD离子高的传 输率。 从前体离子弥散的角度：距离子源越远越好，因为不同质量的离子已经较好的 分开了，时间门容易从其中选择所需离子。 从PSD离子传输的角度：PSD离子对残留的边缘场十分敏感，离子门最好放置 于未形成PSD离子的位置，同时，为了得到更长的亚稳分解时间，离子门应越靠近 离子源越好。 Off当离子门工作时，m/z1281强度 降到10%以下，m/z1270不受影 响。 离子门分辨率(选择性) 单边计算： ΔM=2.2u(半高半宽) M/ΔM =580(半高半宽) M/ΔM=290(半高全宽) ΔM=2.2u(上升质量)，10%→90% M/ΔM=512(选择性)On 蛋白质研究的有力手段 2、飞行时间/飞行时间质谱(TOF-TOF Mass Spectrometry)两个TOF相联，由于TOF的加速电压可达20~30kV，这对于碰撞诱导 解离来说，能量太高，因此需要在一级TOP处设置减速透镜，以使主束离 子具有合适的速度进行碰撞，碰撞后的离子经过第二离子源重新加速，聚 焦后进入第二级TOF，为提高分辨率，}
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