Varian Mass Spectrometer质谱基础(一)质谱基础(一)GC/MS美国瓦安公司2质谱，即质量的谱图，物质的分子在高真空下，经物 理作用或化学反应等途径形成带电粒子，某些带电粒 子可进一步断裂。质谱，即质量的谱图，物质的分子在高真空下，经物 理作用或化学反应等途径形成带电粒子，某些带电粒 子可进一步断裂。 每一离子的质量与所带电荷的比称为质荷比每一离子的质量与所带电荷的比称为质荷比(m/z ,曾用曾用 m/e)。 不同质荷比的离子经质量分离器一一分离后，由检测 器测定每一离子的质荷比及相对强度，由此得出的谱 图称为质谱。不同质荷比的离子经质量分离器一一分离后，由检测 器测定每一离子的质荷比及相对强度，由此得出的谱 图称为质谱。 质谱原理质谱原理MASS分析的分析的基本原基本原3所有的质量分析器检测的都是所有的质量分析器检测的都是离子离子的质量数的质量数.所有的质量分析器检测的都是所有的质量分析器检测的都是质荷比质荷比m/z所有的质量分析器检测的都是所有的质量分析器检测的都是气相态气相态的离子的离子.所有的质量分析器都必须在所有的质量分析器都必须在真空真空状态下操作，状态下操作， 真空泵是所有质谱仪的核心部件。真空泵是所有质谱仪的核心部件。质谱仪的几大共性质谱仪的几大共性4GC / LC/Direct Probe Inlet离子源离子源 EI/CI离子阱离子阱/四极杆四极杆电子倍增管电子倍增管质谱仪的构造及功能质谱仪的构造及功能51、真空系统构造：初级真空泵-机械泵高真空泵-扩散泵或分子涡轮泵1、真空系统构造：初级真空泵-机械泵高真空泵-扩散泵或分子涡轮泵 功能：造成并维持仪器的真空状态（10功能：造成并维持仪器的真空状态（10-5-51010-8-8torr）torr） 质谱仪的真空度越高，离子越易通过质谱仪的真空度越高，离子越易通过保护灯丝避免放电减少额外的离子分子反应保护灯丝避免放电减少额外的离子分子反应 为什么需要高真空?为什么需要高真空?61. 缩短分子涡轮泵寿命 2. 大量的氧会烧坏离子源的灯丝； 3. 用作加速离子的几千伏高压会引起放电； 4. 离子传输效率降低，极大影响检测灵敏度； 5. 离子碰撞后产生分散，降低质谱分辨率； 6. 引起额外的离子分子反应，改变裂解模型， 使谱图 复杂化。系统漏气会带来什么问题?系统漏气会带来什么问题?7真空系统真空系统8为什么需要离子化?为什么需要离子化?电离系统 功能：样品离子化电离系统 功能：样品离子化 产生特征离子 电子轰击电离（产生特征离子 电子轰击电离（EI） 9何为EI?何为EI?10电离能量对EI结果有何影响?电离能量对EI结果有何影响?11质谱图提供化合物的质谱图提供化合物的“指纹指纹”特性；特性；能量色散小（确保质谱仪有较高的分辨率和质谱能量色散小（确保质谱仪有较高的分辨率和质谱重现重现 性）；性）；电子流电子流强度强度可精确控制；可精确控制；电离效率高（确保质谱仪有很高的灵敏度）；电离效率高（确保质谱仪有很高的灵敏度）；结构简单，控温、操作简便；结构简单，控温、操作简便；为什么选择EI?为什么选择EI?12大约20%的分子离子峰弱或不出现大约20%的分子离子峰弱或不出现. 其大致规律如下:. 其大致规律如下: 芳香族化合物 共轭多烯 脂环化合物 芳香族化合物 共轭多烯 脂环化合物 低分子链烃, 某些含硫化合物低分子链烃, 某些含硫化合物 羰基化合物(醛, 酮, 酸, 酯, 酰氯, 酰胺)分子羰基化合物(醛, 酮, 酸, 酯, 酰氯, 酰胺)分子离子峰不出现或弱 离子峰不出现或弱 脂肪族醇类, 胺类, 硝基化合物等 分子离子往脂肪族醇类, 胺类, 硝基化合物等 分子离子往往不出现 往不出现 EI的不足EI的不足13离子室内的反应气（甲烷等；10100Pa，样品的10离子室内的反应气（甲烷等；10100Pa，样品的103 310105 5倍），电子（100240eV）轰击，产生离子，再与试样分离碰撞，产生倍），电子（100240eV）轰击，产生离子，再与试样分离碰撞，产生准分子离子准分子离子。最强峰为准分子离子；谱图简单；不适用难挥发试样；。最强峰为准分子离子；谱图简单；不适用难挥发试样；+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+1)+;(M+17) +;(M+29) +;何为CI?何为CI?14 由由M+1分子离子峰与加成离子确认分子量分子离子峰与加成离子确认分子量 质谱较电子轰击质谱较电子轰击简洁简洁且且高分子量之碎片高分子量之碎片较多，有利 结构判定，补足较多，有利 结构判定，补足EI不足结构信息不足结构信息 依基础性质，选择性优于电子撞击，可以提高信噪 比依基础性质，选择性优于电子撞击，可以提高信噪 比 由分子离子进行由分子离子进行CI/MS/MS 有极佳感度与确认性有极佳感度与确认性 得到与众不同的谱图和指纹谱图得到与众不同的谱图和指纹谱图 CI-MS 过程为什么选择CI?为什么选择CI?15准分子离子QM + M + CH + CH5+5+ MH + + CH+ CH4 4 M + C2H5+ MH + + C2H4 M + C2H5+ M H + + C2H6 16EI CI的电离效果有何不同?EI CI的电离效果有何不同?四极杆分析的原理四极杆分析的原理主要参数 透镜组电压 扫描范围 即 RF值范围 扫描时间 电子倍增管电压主要参数 透镜组电压 扫描范围 即 RF值范围 扫描时间 电子倍增管电压四极杆分析的四极杆分析的基本原基本原18真空锁EI/PCI/NCI 离子源离子源极杆离子导向器极杆离子导向器Q1Q3Q2 CID碰撞池碰撞池 电子倍增管电子倍增管分子涡轮泵分子涡轮泵320 各部件的功能320 各部件的功能19离子源中使用六极预 杆作为滤质器离子源中使用六极预 杆作为滤质器前滤质器后滤质器前滤质器后滤质器Top endcapBottom EndcapRing ElectrodeGC column inletFilament assemblyIon Multiplier Detector离子阱是如何工作的?离子阱是如何工作的?离子阱分析的离子阱分析的基本原基本原全扫描是如何做到的?全扫描是如何做到的?离子化阶段离子化阶段扫描 质范围扫描 质范围为什么要分为几个Segment?为什么要分为几个Segment?Segment取决于取决于 -AutoTune设置设置 -及方法设置及方法设置离子化时间是由什么决定的?离子化时间是由什么决定的?AGC 预扫描技术预扫描技术 自动增益控制，用 预扫计算离子化时 间，达到理想的阱 内离子数目 1.保证良好的线性范围 2.保证与标准谱库的高匹 配度 3.保证所需要的高灵敏度PrescanAnalytical Scan为什么需要 AGC ?为什么需要 AGC ?25离子阱的构造2627电子倍增器GC 色 谱柱样品的电离发生在离子阱内 快速扫描离子质量数离子化、离子制备和质量分 析都发生在同一空间何为内源?何为内源?28与穿越式四极杆一 样，样品在离子源离 子化离子通过透镜的传输 进入阱内在离子阱内进行质谱 的分析New figure will be madeOff-Axis Conversion Dynode Detector电子倍增器（偏轴转换打拿极）透镜 离子源GC 色 谱柱何为外源?何为外源?29内源VS外源内源VS外源30离子是如何变成电信号的? 31离子检测:电子倍增器32-2kV33MS Tuning的目的?建立质量分析器的校正曲线 优化质谱的灵敏度和分辩率 校正不同质荷比离子的相对丰度34电子轰击离子源获得质谱图的四步曲第一步：使用第一步：使用70ev的电子束离子化样品；的电子束离子化样品； 第二步：所有离子储存在质量分析器（离子阱）中直到达 到一定的数量；第二步：所有离子储存在质量分析器（离子阱）中直到达 到一定的数量； 软件自动优化最佳离子化时间，调节离子数量软件自动优化最佳离子化时间，调节离子数量 第三步：通过质量分析器环电极的射频电压的扫描，不同 质荷比的离子被从小到大依次抛出，被检测器收集、记录第三步：通过质量分析器环电极的射频电压的扫描，不同 质荷比的离子被从小到大依次抛出，被检测器收集、记录 第四步：工作站系统同步记录信号，并将其转换为我们可 以识别的质谱图。第四步：工作站系统同步记录信号，并将其转换为我们可 以识别的质谱图。35质谱基础质谱基础(二二)二级质谱二级质谱36MSMS的意义的意义?一级质谱存在哪些问题?如何解决复杂基质的干扰?同分异构体: 保留时间相近,分子量 相同,离子碎片相似,难以区分?一级质谱存在哪些问题?如何解决复杂基质的干扰?同分异构体: 保留时间相近,分子量 相同,离子碎片相似,难以区分?37单级质谱图单级质谱图单级质谱图单级质谱图MSMS应用(一) 同分异构体的确认38二级质谱图二级质谱图二级质谱图二级质谱图MSMS应用(一) 同分异构体的确认39色谱图的峰型也 表明有干扰色谱图的峰型也 表明有干扰质谱图表明有干扰质谱图表明有干扰标准品标准品 背景干扰使质谱推断不容易背景干扰使质谱推断不容易 有用的特征离子与基体背景混在一起有用的特征离子与基体背景混在一起胡萝卜的萃取物胡萝卜的萃取物乙硫磷标准谱图乙硫磷标准谱图MSMS应用(二) 全谱扫描的基体干扰40高选择性提供明确的结果高选择性提供明确的结果 标样与样品有相同的标样与样品有相同的MS/MS谱图谱图MSMS应用(二) 以MSMS去除基质41SIM VS MSMS0.05.010.015.020.025.005101520253035Sq rt (# full scan ions / # SIM ions)Signal/Noise421200 MS ApplicationStudied Compounds: 1. PCB28 2. PCB52 3. PCB101 4. PCB118 5. PCB153 6. PCB180 7. PCB209Studied Matrix: sludge extract (50pg spiked)PCBs solid matrixEI FULL SCANEI SIMEI MSMSPCB 28PCB 28David BenanouMSMS应用(三) Full scan, SIM ,MSMS结果 对比43优越的选择性 母离子分离优越的选择性 母离子分离 (如同选择性离子 检测如同选择性离子 检测) 解析结构去除化学背景 低检测极限 佳的质谱品质 低化学杂讯 减少样品净化步骤 更多的结构资讯解析结构去除化学背景 低检测极限 佳的质谱品质 低化学杂讯 减少样品净化步骤 更多的结构资讯Why MS/MS?-多级质谱的优势44ISOLATIONDISSOCIATION以以 EI 或或 CI电离电离 分离出母离子分离出母离子 类似类似 SIM 或或 SIS的动作的动作 解离母离子解离母离子 以惰性气体以惰性气体(氩气或氦气氩气或氦气)经由碰撞诱导解离成子离子经由碰撞诱导解离成子离子 使用者须由以实验決定最佳碰撞能使用者须由以实验決定最佳碰撞能 子离子质谱分析子离子质谱分析 收集全质质谱收集全质质谱 多级质谱是如何工作的?45IntensityIntensityTimeTimem/zm/zm/zm/zMSMSQISTMSIonizationCIDIsolationScanQISTMSIonizationCIDIsolationScanMS/MS 的 工