河南师范大学
光
谱
分
析
论
文
专业：新联物理
年级：2011级
学号：11020274003
姓名：王冉
飞行时间质谱仪
质谱仪（Mass spectrometry）是对电离的原子、分子以及分子的碎片进行测量。质谱仪有磁式、四电极的与飞行时间的等多种类型。按照带电粒子在磁场或电场中的飘移，或他们移动能量来确定它们的荷质比。
在激光质谱检测中最常用的是四级质谱仪与飞行时间质谱仪Time of Flight Mass Spectrometer (TOF)，尤其是飞行时间质谱仪。飞行时间质谱仪是一种很常用的质谱仪。这种质谱仪的质量分析器是一个离子漂移管。由离子源产生的离子加速后进入无场漂移管，并以恒定速度飞向离子接收器。离子质量越大，到达接收器所用时间越长，离子质量越小，到达接收器所用时间越短，根据这一原理，可以把不同质量的离子按m/z值大小进行分离。
飞行时间质谱仪发展史：1948年A1E1Cameron和D1F1Eggers研制出世界上第一台飞行时间质谱仪实验样机,其直线飞行管长达10m,分辨率却不到5。初期由于质量分辨本领很低,很长时间未得到推广应用,但研究工作一直持续不断。值得注意的进展是1955年W1C1Wiley和I1H1Mclaren从理论上探讨限制TOFMS分辨率的两个主要因素,即初始空间分散和初始能量分散,并通过新型离子枪,双场加速和延迟引出的方法,将直线式飞行时间质谱仪的分辨率提高到300。但此后的20年,TOFMS的发展一直处于低谷,其分辨率在几百之内。直到1973年B1A1Marmylin引入静电反射器制成反射式飞行时间质谱仪,用离子
反射器抵消同一质荷比不同初始能量的离子飞行时间的分散,使得TOFMS的分辨率有较大突破达到3000。另一项重要的革新则是1987年发明的垂直引入技术,不仅提高离子传输效率还为各种离子源与飞行时间分析器相联提供一个通用接口。此后伴随着快电子技术、大面积检测器技术、计算机技术和机械加工工艺的不断进步,TOFMS的性能也不断提高。1998年A1F1Dodonov等设计一台垂直引入反射式TOFMS,其质量分辨率达到20000以上。该技术的出现使TOFMS进入一个前所未有的快速发展阶段。
在飞行时间质谱仪里，以往多采用单场推斥脉冲，但现在多采用双推斥脉冲。采用双推斥脉冲可以保证不增加离子的空间分散和能量分散，这对提高仪器的分辨率非常重要。使用正负双推斥脉冲就相当于把原有的脉冲峰峰值增加了一倍，可以克服传统的单脉冲在提高脉冲幅值的同时又要使脉冲的上升沿很陡峭的难题，从而减小回头时间的影响，提高了推斥脉冲的幅度。在双场加速的一阶空间聚焦点落在检测器上后，推斥板的推斥脉冲前沿几乎成为垂直引入式飞行时间质量分析器分辨本领的决定因素
飞行时间质谱仪可检测的分子量范围大，扫描速度快，仪器结构简单。这种飞行时间质谱仪的主要缺点是分辨率低，因为离子在离开在离子源时初始能量不同，使得具有相同质荷比的离子达到检测器的时间有一定分布，造成分辨能力下降。改进的方法之一是在线性检测器前面的加上一组静电场反射镜，将自由飞行中的离子反推回去，初始能量大的离子由于初始速度快，进入静电场反射镜的距离长，返回时的路
程也就长，初始能量小的离子返回时的路程短，这样就会在返回路程的一定位置聚焦，从而改善了仪器的分辨能力。这种带有静电场反射镜的飞行时间质谱仪被称为反射式飞行时间质谱仪/Reflectron time-of-flight mass spectrometer。
飞行时间质谱仪的特点：EMG系列气体分析仪采用先进的飞行时间质谱技术，与红外、热导、磁氧等传统分析技术相比，具有质谱分析的所有优点如测量速度快、精度高、采样量少、系统集成化和自动化程度高等。飞行时间质谱技术本身具有明显优于其他类型质谱的特点：最宽的测量范围；最快的分析速度；最小巧的结构；最少的运转费用。
在许多日常实例中都可以体会到它的好处，下面从一些例子中去了解。
大气粒子表征、排放源识别：
TSI 3800型气溶胶飞行时间质谱仪是结合美国加州河边分校新开发的质谱检测技术和TSI公司多年的气溶胶仪器生产经验，于2000年推出了世界首台商品化的气溶胶“飞行时间”质谱仪，它的出现填补了实时分析气溶胶化学成分的空白（能获得每一气溶胶颗粒的尺寸与其化学成分），彻底开拓了一个全新的气溶胶科研方向。
3800-ATOFMS能够提供粒径为0.03～3μm的单个粒子的尺寸测量和成分分析。它使用空气动力学单颗粒粒径测量技术，对进入仪器的0.03～3μm的粒子进行粒径测量，得到其粒径分布。粒子飞行时间数据作为计时触发器，精确计算每个粒子飞行至电离激光的焦点区域时
激光发射并电离粒子，电离后的粒子进入后段的双极飞行时间质谱仪，它将对激光离子化的粒子进行化学成分分析，双极探测器可以获得每个粒子的正极和负极质谱。
室内空气质量检测：
LAAP-TOF型气溶胶飞行时间质谱仪是专门设计用于大气气溶胶研究和测量的一个有力工具。它采用空气动力学透镜进样系统的质谱仪，有效地提高进样效率和检测效率。并优化双光束测径装置和激光解析电离装置的空间结构，缩短气溶胶漂移空间从而提高小颗粒的检测极限，可同时检测粒子电离出的正负离子，为研究大气气溶胶快速变化的物理化学过程如气溶胶的形成、迁移和传输、气溶胶的种类识别和源解析以及气溶胶对环境、气候和人类健康的影响等提供重要数据。
化学和生物气溶胶检测：
目前，最高级版本的飞行时间气溶胶质谱仪不仅提高了灵敏度，还完成单粒子完整图谱的分析。HR-ToF-AMS 的质谱分辨率超过4000。即使在m/z<100 处也能清晰地分析(C, H, O, N)，但对于其它化学组成象金属元素（铁、锌、铅、汞等）和多环芳烃等存在可能性。
飞行时间气溶胶质谱仪为实时测量气溶胶颗粒粒径及化学组分的仪器，具有极高的时间分辨率及极低的化学检测限，它的出现填补了实时定量分析气溶胶颗粒粒径和化学分析空白，彻底开拓了一个全新的气溶胶科研方向。有效分析气溶胶粒子粒径大约在0.04～1.0μm。它通过空气动力学聚焦镜把入口处不同位置的气溶胶粒子有效地聚焦
成一束气溶胶粒子束（直径大约为1 毫米），然后传输到仪器粒径测量区，这之间经历一个极大的压降(从入口处 1.01×105 Pa 降至4.0×102Pa)。进入粒径测量区的气溶胶粒子束由斩波器进行调制，根据不同粒径的粒子经过斩波器到电离区的飞行时间不同，对粒子动力学粒径进行测量。到达电离区的气溶胶粒子由加热的钨丝热解析，使得颗粒组分气化，通过标准70eV 的电子轰击电离，再由四极杆质谱仪或飞行时间质谱仪进行成分检测。该仪器一般可以检测气化温度在200到900℃之间的化合物，囊括了大部分大气气溶胶组成成分，但不包括含元素碳和地壳氧化物。气溶胶质谱仪不仅广泛应用于大气气溶胶理化特征分析、光化学烟雾的模拟及二次颗粒物的研究，而且成功地应用于流动实验室(包括道路机动车尾气排放的采样)、船舶和航空测量研究中。
吸入毒理学研究:
移动式实时在线单颗粒气溶胶飞行时间质谱仪(Single Partical Aerosol Mass Spectrometer)SPAMS 05-- 系列”。其中SPAMS0515可实现单颗粒气溶胶粒径和化学成分同时检测；升级的SPAM0516除具有SPAMS0515功能外还可实现颗粒光学特性同步测定。SPAMS05 系列，采用空气动力学透镜、双光束粒径测量系统、激光电离系统及双极有网反射飞行时间质量分析器，融合国际上气溶胶真空采集、质谱分析检测的最新技术以及气溶胶光学特性和密度测量技术。SPAMS05--系列的实时在线检测技术克服传统离线分析采样时间长、样品在采集、贮存和运输过程中可能发生如挥发、结晶、气-粒转化
等反应的缺点，还原气溶胶单颗粒的真实状况，可灵活转场满足跨地区实验要求，为研究人员提供真实可靠的实时颗粒信息。广泛应用于大气环境监测、工业过程监测以及全球气候变化、大气化学、气溶胶药物-释放、吸入毒理学等研究领域，是功能强大而精准的新型分析测试工具。
我国飞行时间质谱技术经过多年的发展,已有一定的经验积累,成功研制出数台不同形式的样机,并在多个领域得以应用。但仪器总体性能较低,操作自动化程度不高,没有形成规模。我国的飞行时间质谱仪发展形势严峻，为了改变我国质谱仪落后的局面，作为新时代的接班人，我们要肩负我们的责任，开创新局面。
国家计量技术规范规程制修订 《飞行时间质谱仪校准规范》 （报批稿） 编写说明 中国计量科学研究院 广东省计量科学研究院 南京市计量监督检测院 2013年5月
《飞行时间质谱仪校准规范》（报批稿） 编写说明 一、任务来源 根据国家质量监督检验检疫总局2009年国家计量技术法规计划（国质检量函〔2009〕393号）立项，由中国计量科学研究院、广东省计量科学研究院和南京市计量监督检测院共同承担《飞行时间质谱仪校准规范》的制定工作。 二、规范制定的必要性 飞行时间质谱仪是一种高分辨质谱仪，这类仪器的质量分析器是一个离子漂移管。由离子源产生的离子加速后进入无场漂移管，并以恒定速度飞向离子接收器。离子质量越大，到达接收器所用时间越长，离子质量越小，到达接收器所用时间越短，根据这一原理，可以把不同质量的离子按质荷比的大小进行分离。与高端的傅立叶变换离子回旋共振质谱仪、离子阱静电场轨道阱质谱仪相比，飞行时间质谱仪具有可检测的分子量范围大，扫描速度快，仪器结构简单，价格便宜等优势。近年来随着蛋白质组学和代谢组学的发展，各实验室飞行时间质谱仪的数量迅速增加，这些仪器除了被用于基础科研外，还被广泛地用于样品检测。据不完全统计，各个检测和校准实验室每年使用飞行时间质谱仪出具的报告数量达到1000份以上。根据《ISO/IEC 17025:2005 检测和校准实验室能力的通用要求》，检测校准实验中使用的分析设备都应当经过检定或校准，以保证仪器的准确性和测定结果的可溯源性，从而保证各个检测和校准实验室在不同时间、不同地点测定结果的准确、可比。飞行时间质谱仪由于没有检定规程或者校准规范，无法对仪器进行检定校准，已经成为当前实验室认可工作中的瓶颈之一。通过制定飞行时间质谱仪校准规范，实现仪器的校准，可以保证我国飞行时间质谱仪出具检测报告的准确有效，保护人民大众的健康，保证国际贸易的公平。 三、《飞行时间质谱仪校准规范》的制定过程 1、2008年4月28日，起草小组向主要飞行时间质谱仪生产厂家安捷伦、沃特斯、布鲁克、AB和岛津公司发函，要求其提供各自生产的各种型号的飞行时间质谱仪的质量数范围、质量准确度、信噪比、分辨力、质量数漂移、校准品等信息，作为规范制定时的参考。随后，各个厂家相继返回相应信息。
液相色谱-四极杆/飞行时间质谱联用（HPLC-QTOF） 一、开机 1.打开计算机，LAN Switch电源。 2.打开液相各个模块电源，打开质谱前面的电源开关，等待大约两分钟，当听到第二声溶剂阀切换的声音(表明质谱自检完成)后，仪器可以联机。 3.在计算机桌面上双击MassHunter采集软件图标，进入MassHunter工作站。 4.如果MassHunter工作站在之前曾经打开和关闭过，请确认在再次打开工作站之前，关闭MassHunter所有的进程；双击桌面上的图标，在弹出的窗口点击Shut Down，等待所有的Status都变为Terminated后，点击Close。然后再打开MassHunter工作站。注意：在MassHunter采集软件关闭后，再次打开之前，必须执行上面的操作，否则无法进入采集软件。 5. 点击Standby按钮，检查前级真空（典型值应≤2.5Torr）和高真空，等到高真空≤2×10-6Torr后，关闭工作站。 6. 进入仪器诊断软件界面，在菜单上选择Connection > Connect，输入IP地址 192.168.254.12，点击OK。 根据不同的情况，选择不同的Condition HV的模式。0.6 Hour Cycle (Quick Vent) 适用于Q-TOF短暂关机后的Condition，比如更换泵油，短时间停电等。2 Hour Cycle (Optics Service) 适用于对Q-TOF关机，进行简单维护后的Condition，比如清洗毖绅管等。8 Hour Cycle (TOF Service) 适用于对Q-TOF关机，进行比较长时间的维修后的Condtion，比如仪器出现故障后Agilent工程师上门维修后再次开机。13 Hour Cycle (Installation) 适用于Q-TOF安装时第一次开机后的Condtion；当者是比如长假关机后再次开机。 7. 标签栏显示Instrument ON/OFF界面，点击Condition HV。 8. 当Condition HV结束后，在File菜单上选择Connection > Disconnect，关闭TOF Diagnostics软件。 9. 重新进入MassHunter工作站。 二、调谐和校正
飞行时间质谱系统 本产品由主机和计算机（含分析软件）组成，其中主机主要由激光器、质量检测器、靶板、真空泵组和开关电源组成。 飞行时间质谱系统Clin-ToF-Ⅱ通过检测生物大分子的分子量，使用蛋白指纹图谱技术，用于对口腔分离的乳酸杆菌、变异链球菌以及白色念珠菌的鉴定。 1.1 产品名称 本仪器全称为飞行时间质谱系统（Clin-ToF-Ⅱ） 1.2 产品型号 1.3 产品结构组成 由主机和计算机（含分析软件）组成，其中主机主要由激光器、质量检测器、靶板、真空泵组和开关电源组成。 2.1外观 外壳应表面整洁，色泽均匀，无伤斑，裂纹等缺陷； 文字和标志应清晰可见；各指示或显示装置应准确清晰； 塑料件应无起泡、开裂、变形以及灌注物溢出现象； 控制和调节机构应灵活可靠，紧固部位应无松动。 2.2技术参数(性能要求) 2.2.1质量测量范围 质谱仪检测离子的质荷比范围为1540Da ～16950Da 。 2.2.2准确度 2.2.2.1内标法 以参考品B完成校对后，参考品A、C的质量漂移应在800ppm内；以参考品D完成校对后，参考品E的质量漂移应在1500ppm内；以参考品F完成校对后，参考品G的质量漂移应在800ppm内。 2.2.2.2外标法 参考品A、B、C、D、E、F、G分别点在靶板上邻近的两点，以其中一点的参考品进行校对，另一点内的参考品质量漂移应在1500ppm内。 2.2.3灵敏度 表示质谱仪在一定信噪比下能够出峰的所需样品量。浓度为10 fmol/μl 的参考品A、浓度为20 fmol/μl的参考品B、浓度为2pmol/μl的参考 品C、浓度为5pmol/μl的参考品D、浓度为10pmol/μl的参考品E条件下，检测参考品A、B、C、D、E，应有信噪比 (S/N) ＞3的出峰。 2.2.4分辨率 50 < 分辨率 < 3500。 2.2.5重复性 检测参考品A、B、C、D、E物质，重复15次实验，CV＜1%。 2.3系统功能
液质联用离子阱质谱仪使用流程 1. 使用质谱须知 在使用质谱仪前请确认并检查以下条件： ● 仪器已经正确安装并且经过厂商工程师的检测； ● 质谱仪属于精密贵重仪器，未经专门培训人员不得擅自开启使用，更不 得随意“调校”氮气和氦气压力或更改仪器参数等； ● 检查液氮罐和氦气钢瓶是否有一定压力，以便为测试样品提供符合流速 和压力要求的氮气（喷雾气体和干燥气体）和氦气（碰撞气体）； ● 常规ESI源已安装完毕 ● 样品溶液必须澄清透明，不含有固体微粒，不得将粗提物直接用于测定， 以免堵塞喷雾针或者污染毛细管。测试用的液相溶剂体系不得含有不挥 发性的酸、碱、盐。 2. 测样前仪器准备 2.1 启动trapcontrol软件 2.1.1. 单击桌面图标或者通过程序目录启动trapcontrol软件； Start – Programs – Bruker Daltonics – esquireControl 软件可能要求输入操作人员的姓名。
2.1.2. 选择软件中质谱仪处于操作状态
释 3.2 将配好的样品或标准品吸入进样器（针），将进样器（针）放置于进样 泵中。注意：进样器（针）内不能有气泡 3.3 将进样器（针）直接与离子源连接（如图） 注意毛细管与注射器之间需紧密连接。进样器内不能有气泡 3.4 设置进样泵的流速为120～180微升/小时 3.5 参数调节，初学者建议采用Tune -> Smart 模式，调节下图蓝色标识部 分。 A 雾化气、干燥气流量和温度，建议以下列值为基准调节： Nebulizer 5 psi – 15 psi Dry Gas 5 l/min Dry Temp 300 °C B 设置正负离子模式，或者正负离子交替模式。
飞行时间质谱技术及发展 前言：质谱分析是现代物理与化学领域使用的极为重要的工具。目前日益广泛的应用于原子能，石油以及化工，电子，医药等工业生产部门，农业科学研究部门及物理电子与粒子物理，地质学，有机，生物，无机，临床化学，考古，环境监测，空间探索等领域[1]。飞行时间质谱飞行时间质谱仪较其他质谱仪具有灵敏度好、分辨率高、分析速度快、质量检测上限只受离子检测器限制等优点，再配合电喷雾离子源基体辅助激光解析离子源[2]大气压化学电离源等离子源，使之成为当今最有发展前景的质谱仪。飞行时间质谱已用于研究许多国际最前沿的热点问题，是基因及基因组学、蛋白质及蛋白质组学、生物化学、医药学以及病毒学等领域中不可替代的有力工具，例如肽和蛋白分析、细菌分析、药物的裂解研究以及病毒检测。特别是在大通量、分析速度要求快的生物大分子分析中，飞行时间质谱成为唯一可以实现的分析手段，例如与激光离子源联用或作为二维气相色谱的检测器等。本文将介绍飞行时间质谱的基本原理、技术及仪器的发展历程。力求对该仪器技术有一个较清楚的认识，并对今后相关的研究工作提供建设性帮助。 1.飞行时间质谱的工作原理：TOF-MS分析方法的原理非常简单。这种质谱仪的 质量分析器是一个离子漂移管。样品在离子源中离子化后即被电场加速，由离子源产生的离子加速后进入无场漂移管，并以恒定速度飞向离子接收器，假设离子在电场方向上初始位移和初速度都为零，所带电荷数为q，质量数为m, 加速电场的电势差为V, 则加速后其动能应为： m v2 / 2= qe V 其中，v 为离子在电场方向上的速度。 离子以此速度穿过负极板上的栅条，飞向检测器。离子从负极板到达检测器的飞行时间t，就是TOFMS 进行质量分析的判据。在传统的线性TOFMS，离子沿直线飞行到达检测器；而在反射型TOFMS 中，离子经过多电极组成的反射器后反向飞行到达检测器，后者在分辨率方面优于前者。 2.飞行时间质谱的发展： 由于存在初始能量分散的问题，提高飞行时间质谱分辨率一直是研究者和仪器制造上努力的目标。仪器技术的进展也主要围绕这一目标进行。 2.1离子化技术的发展：最初TOFMS采用电子轰击的方法进行离子化。由电子枪产生的电子电离样品分子使其离解为离子，经加速形成离子束进入飞行区。这种方法可用于气、固、液体样品的分析。其缺点是：1)离子化时间较长，和一般离子的飞行时间数量级相近，容易引起大的误差；2)电子的电离及其进样方式，难以进行大分子样品的分析。目前这种离子化方式多用于小分子的分析。而新的电子发生方式如激光电子枪开始出现。后来脉冲离子发生器应用逐步广泛。用于固体或液体样品的重离子轰击、等离子体解吸(PDMS)及二次离子质谱(SIMS)属于此列。目前脉冲激光技术应用最广，包括激光解吸(LD)、共振激光离子化(RI)、共振加强单多光子离子化（RES/MPI）以及生化分析中常用的基质辅助激光解吸[4] (MALDI))等，适用于不同样品的分析。例如共振激光离子化可用于痕量金属元素的分析[3]。REMPI 则擅长复杂有机物的选择性离子化；MALDI的优点在于：1）可获得高的灵敏度，甚至能检测到离子化区的几个原子；2）对于热不稳定的生物大分子可实现无碎片离子化；3）对固体、液体表面分析，可以很好地控制离子化的位置或深度样品，分析时间大大缩短；4）可以与不同的离子化方式相结合。为解决多肽、蛋白、寡糖、DNA测序等生命科学领域中的前沿分析课题，需要发展特殊电离技术以及超高分辨、高灵敏度、大质量范围、多级串联的高档
This analyser is commonly called the TOF. The TOF is used in single MS systems, with an LC introduction, with a GC introduction, or with MALDI ionisation. In MS/MS configuration, the TOF is associated to a quadrupole (QTof), or to another TOF (TOF-TOF) or to an Ion Trap (QIT/TOF). Principle of the time of flight analyser:In a Time–Of–Flight (TOF) mass spectrometer, ions formed in an ion source are extracted and accelerated to a high velocity by an electric field into an analyser consisting of a long straight ‘drift tube’. The ions pass along the tube until they reach a detector. After the initial acceleration phase, the velocity reached by an ion is inversely proportional to its mass (strictly, inversely proportional to the square root of its m/z value). Since the distance from the ion origin to the detector is fixed, the time taken for an ion to traverse the analyser in a straight line is inversely proportional to its velocity and hence proportional to its mass (strictly, proportional to the square root of its m/z value). Thus, each m/z value has its characteristic time–of–flight from the source to the detector. Time of Flight equations:The first step is acceleration through an electric field (E volts). With the usual nomenclature (m = mass, z = number of charges on an ion, e = the charge on an electron, v = the final velocity reached on acceleration), the kinetic energy (mv /2) of the ion is given by equation (1). mv /2 = z.e.E(1) Equation (2) follows by simple rearrangement. v = (2z.e.E/m)1/2(2) If the distance from the ion source to the detector is d, then the time (t) taken for an ion to traverse the drift tube is given by equation (3). t = d/v = d/(2z.e.E/m)1/2 = d.[(m/z)/(2e.E)] 1/2(3) In equation (3), d is fixed, E is held constant in the instrument and e is a universal constant. Thus, the flight time of an ion t is directly proportional to the square root of m/z (equation 4). t = (m/z) 1/2 x a constant(4) Equation (4) shows that an ion of m/z 100 will take twice as long to reach the detector as an ion of m/z 25: going through the reflectron, the dispersion of ions of the same m/z value is minimized, leading to a great improvement of resolution
iTOFMS-1G/2G宣传稿 全二维气相色谱-飞行时间质谱联用仪GCxGC –TOFMS（iTOFMS-2G） 快速气相色谱-飞行时间质谱联用仪 Fast GC-TOFMS（iTOFMS-1G） 厦门质谱仪器仪表有限公司 2014年5月1日
一、介绍 厦门质谱仪器仪表有限公司（简称厦门质谱公司）传承了厦门大学三十余年质谱技术的研究经验与成果，曾研发成功国内首台高分辨率电喷雾离子源飞行时间质谱仪，是国内一家专注于飞行时间质谱器技术研发与生产的新兴企业。 iTOFMS-G系列是中国首款具有完全自主产权的商品化小型台式气相色谱-飞行时间质谱联用仪。它具有高分辨、高灵敏度和高采集速度的优异功能，实现了与全二维气相色谱/快速气相色谱的完美对接。iTOFMS-G的诞生代表了国产质谱进军通用型高端质谱仪器迈出了重要一步。 ●全二维气相色谱-飞行时间质谱联用技术（Comprehensive Two-dimensional Gas Chromatography-Time of Flight Mass Spectrometry, GCxGC TOFMS）是近十年以来，国际上发展最迅猛的色质联用技术之一，是色谱-质谱联用技术发展的一个最新趋势。相比于常规气质联用具有高通量、高分离度和高灵敏度等显著优势，是解决复杂体系中全组分和痕量组分分析的最佳方案，逐渐成为石油化工、香精香料、烟草酒业、食品安全、环境监测和中药鉴定等领域的必备分析仪器。 图1 GCxGC-TOFMS（iTOFMS-2G）的实物外观图 ●快速气相色谱-飞行时间质谱联用技术（Fast Gas Chromatography-Time of Flight
飞行时间质谱精确定标的方法利用飞行时间质谱(TOF)探测得到的数据文件截图如下面左图，导入Origin里如右图： 行号即为横坐标，代表飞行时间，每一行数值代表质谱图中相应点的信号强度，如下图： 我们用工具选取一个已知峰的信号，如水(H2O)，见下图，图中显示出该点行号为8642，信号强度为5855：
因为我们已知这个峰代表水(H2O)，那么就可以将飞行时间与质量对应起来。 首先我们要了解，质谱探测得到的信号所代表的是这个物种(H2O)的同位素峰([1]H2[16]O)，那么它的质量就不是平均分子量，而是由确定组成的核素相加得到的质量。 其次我们要了解，由于我们使用的是真空紫外光电离，那么形成的离子应该只带一个正电荷。 因此，质谱探测到的信号实际上是带一个正电荷的阳离子([1]H2[16]O+)。 我们使用下面这个软件来查询相应的m/z值，Measured mass表示质量数，Tolerence表示误差，单位为毫道尔顿，Charge on Molecule表示粒子所带电荷数，下图中的设置表示我们要查询质量数范围为[17.500, 18.500]，带1个正电荷的粒子的可能分子式及其精确质量：
结果给出[1]H2[16]O+的精确质量为18.010016。 将上表拷入Origin中，并做图拟合，步骤如下：
显示下图结果： 将结果粘贴于下表，A、B、C即为定标公式的参数，其含义为m/z=A+B*row+C*row^2： 可自行设计表格，将目标峰的横坐标转化为精确质量数m/z。
Q&A: 1行号究竟代表多少飞行时间？ 一行代表2ns，如行号5000，代表飞行时间10000ns。 这是通过P7888数据采集卡附带的采集软件MCDWin设置的，可以更改。 2怎么定更精确、更大范围的质量？ 本例只提供了定标方法，对于更精确、更大范围的质量定标，就要提供更多的数据点来拟合。可以通过如下两种途径： 2.1选取一个产物较多的质谱，利用已定好标的公式，计算相应产物或碎片峰的质量， 猜测其真实分子式，并将分子式与其实际质量添加入飞行时间-质量对应表中，重 新拟合得到更精确的定标公式。 2.2若大质量产物的分子式不容易猜测，那么通入少量大质量标准样品进行定标。大质 量标准样品推荐芳香烃化合物，比如萘、蒽、菲等，不推荐使用脂肪烃，进入腔 体后非常不易挥发。 3怎么做横坐标为质量数的质谱图？ 按下列步骤： 3.1在数据列左侧插入两列： 3.2将第一列填充为行号：
河南师范大学 光 谱 分 析 论 文 专业：新联物理 年级：2011级 学号：11020274003 姓名：王冉
飞行时间质谱仪 质谱仪（Mass spectrometry）是对电离的原子、分子以及分子的碎片进行测量。质谱仪有磁式、四电极的与飞行时间的等多种类型。按照带电粒子在磁场或电场中的飘移，或他们移动能量来确定它们的荷质比。 在激光质谱检测中最常用的是四级质谱仪与飞行时间质谱仪Time of Flight Mass Spectrometer (TOF)，尤其是飞行时间质谱仪。飞行时间质谱仪是一种很常用的质谱仪。这种质谱仪的质量分析器是一个离子漂移管。由离子源产生的离子加速后进入无场漂移管，并以恒定速度飞向离子接收器。离子质量越大，到达接收器所用时间越长，离子质量越小，到达接收器所用时间越短，根据这一原理，可以把不同质量的离子按m/z值大小进行分离。 飞行时间质谱仪发展史：1948年A1E1Cameron和D1F1Eggers研制出世界上第一台飞行时间质谱仪实验样机,其直线飞行管长达10m,分辨率却不到5。初期由于质量分辨本领很低,很长时间未得到推广应用,但研究工作一直持续不断。值得注意的进展是1955年W1C1Wiley和I1H1Mclaren从理论上探讨限制TOFMS分辨率的两个主要因素,即初始空间分散和初始能量分散,并通过新型离子枪,双场加速和延迟引出的方法,将直线式飞行时间质谱仪的分辨率提高到300。但此后的20年,TOFMS的发展一直处于低谷,其分辨率在几百之内。直到1973年B1A1Marmylin引入静电反射器制成反射式飞行时间质谱仪,用离子
河南师大学 光 谱 分 析 论 文
专业：新联物理 年级：2011级 学号：11020274003 ：王冉 飞行时间质谱仪 质谱仪（Mass spectrometry）是对电离的原子、分子以及分子的碎片进行测量。质谱仪有磁式、四电极的与飞行时间的等多种类型。按照带电粒子在磁场或电场中的飘移，或他们移动能量来确定它们的荷质比。 在激光质谱检测中最常用的是四级质谱仪与飞行时间质谱仪Time of Flight Mass Spectrometer (TOF)，尤其是飞行时间质谱仪。飞行时间质谱仪是一种很常用的质谱仪。这种质谱仪的质量分析器是一个离子漂移管。由离子源产生的离子加速后进入无场漂移管，并以恒定速度飞向离子接收器。离子质量越大，到达接收器所用时间越长，离子质量越小，到达接收器所用时间越短，根据这一原理，可以把不同质量的离子按m/z值大小进行分离。
飞行时间质谱仪发展史：1948年A1E1Cameron和D1F1Eggers 研制出世界上第一台飞行时间质谱仪实验样机,其直线飞行管长达10m,分辨率却不到5。初期由于质量分辨本领很低,很长时间未得到推广应用,但研究工作一直持续不断。值得注意的进展是1955年W1C1Wiley和I1H1Mclaren从理论上探讨限制TOFMS分辨率的两个主要因素,即初始空间分散和初始能量分散,并通过新型离子枪,双场加速和延迟引出的方法,将直线式飞行时间质谱仪的分辨率提高到300。但此后的20年,TOFMS的发展一直处于低谷,其分辨率在几百之。直到1973年B1A1Marmylin引入静电反射器制成反射式飞行时间质谱仪,用离子反射器抵消同一质荷比不同初始能量的离子飞行时间的分散,使得TOFMS的分辨率有较大突破达到3000。另一项重要的革新则是1987年发明的垂直引入技术,不仅提高离子传输效率还为各种离子源与飞行时间分析器相联提供一个通用接口。此后伴随着快电子技术、大面积检测器技术、计算机技术和机械加工工艺的不断进步,TOFMS的性能也不断提高。1998年A1F1Dodonov等设计一台垂直引入反射式TOFMS,其质量分辨率达到20000以上。该技术的出现使TOFMS进 入一个前所未有的快速发展阶段。 在飞行时间质谱仪里，以往多采用单场推斥脉冲，但现在多采用双推斥脉冲。采用双推斥脉冲可以保证不增加离子的空间分散和能量分散，这对提高仪器的分辨率非常重要。使用正负双推斥脉冲就相当于把原有的脉冲峰峰值增加了一倍，可以克服传统的单脉冲在提高脉冲
对时间质谱仪器的探究 摘要：质谱分析仪用来测定有机化学中分子结构和分子量,飞行时间质谱TOFMS ( Time of Flight Mass Spectrometry)以其分析速度快,分析质量范围广而在生命科学,分析化学等领域得到了广泛的应用。本文主要从时间质谱仪的构造，原理，发展历程、应用、发展趋势以及前景进行了探讨。 关键词：飞行时间质谱、联用技术、生物分析、基因工程、生命科学、药物代谢 正文：飞行时间质谱仪(time of flight mass spectrometry ,TOF-MS) 早在1955 年就商品化了,在1960 年代曾得到广泛应用,但是不久即 被分辨率和灵敏度更高的扇形磁场质谱仪和四极质谱仪所取代。其主要原因是分辨率低,缺乏在微秒级范围内记录和处理数据的技术。二次世界大战后,随着近代物理学、电子学、计算机、真空和机械加工等技术的进步,TOF-MS无论在性能上还是功能上都取得显著的进步。近年来空间聚焦、反射镜和垂直加速技术的发展使得飞行时间质谱的分辨率已经可以达到55000 ,而且数据采集速率也可高达4G/s。尤其值得注意的是由于基质辅助激光解吸离子化技术 (matrix-assistedlaser desorption ionization ,MALDI) 和电喷雾电离技术(electrospray ionization ,ESI) 的出现,使“古老”的飞行时间质谱仪得到了新生。以TOF-MS 技术搭建的分析平台分析速度快、灵敏度高和质量范围宽被广泛地应用于多肽、核酸、多糖等生物大分子的分子质量的测定、药物筛选、蛋白质的序列测定以及高分子
化合物的分子质量分布和末基端分析等。 TOFMS的主要构造及基本原理： TOF - MS一般由离子源、飞行时间质量分析器、检测器、高真空系统及信号记录与处理系统等部分组成，其工作原理如下所示 TOF-MS 分析方法的原理非常简单。样品在离子源中离子化后即被电场加速，假设离子在电场方向上初始位移和初速度都为零，所带电荷数为q，质量数为m, 加速电场的电势差为V, 则加速后其动能应为：m v2 / 2= qe V (1)其中，v 为离子在电场方向上的速度。离子以此速度穿过负极板上的栅条，飞向检测器。离子从负极板到达检测器的飞行时间t，就是TOFMS进行质量分析的判据。在传统的线性TOFMS，离子沿直线飞行到达检测器；而在反射型TOFMS 中，离子经过多电极组成的反射器后反向飞行到达检测器，后者在分辨率方面优于前者。 飞行时间质谱的性能特点 (1)质量范围宽: TOF - MS从理论上讲,没有质量分析的上限,只是由
飞行时间质谱操作规程 一，靶板清洗程序 1.用丙酮冲洗靶板直到去除所有可见的样品残余 2.用1%甲酸溶液超声10分钟 3.用去离子水超声10分钟 4.用分析纯丙酮超声10分钟 5.用分析纯甲醇超声10分钟 6.放入盒中，自然干燥 二，样品制备 基质选择及配置标准溶液 本实验室现有基质如下： 3-Indoleacetic acid （IAA），3-Hydroxypicolinic acid （HPA），Trihydroxyanthracene （DI），2,5-Dihydroxybenzoic acid （DHB），2',4',6'-Trihydroxyacetophenone monohydrate （THAP），2',6'-Dihydroxyacetophenone （DHAP），2-(4-Hydroxyphenylazo)benzoic acid (HABA)， 根据测试人样品特点，参考相应文献报道，选择合适基质（以下表格仅供参考） Dissolve 10 mg in 1 mL of mixed solution of acetonitrile and 0.1% TFA (2:3). Most samples such as protein, DNA, sugar, lipid and synthetic high polymer For 1 mg of high polymer, dissolve 10 mg and 1 mg of NaCl, LiCl or KCl in demineralized water. Polar synthetic high polymer (All become Na, Li or K added ions.) Gentisic acid, Aldrich 14,935-7 2,5-Dihydroxybenzoic acid (DHB) (C7H6O4:154.1) Dissolve 108 mg and 16 mg of ammonium citrate dibasic in a 50% acetonitrile solution. Single stranded DNA, RNA of 50 mer or more For 1 mg of high polymer, dissolve 10 mg in chloroform or THF. Non-polar synthetic high polymer Dithranol, Sigma D-2773 1,8-Dihydroxy-9[10H]-anthraceno ne (C14H10O3:226.2) For 1 mg of high polymer, dissolve 10 mg and 1 mg of silver trifluoroacetate in chloroform or THF. Non-polar synthetic high polymer (All become Ag added ions.) Remarks: 1, 由于本仪器主要用于合成化合物的表征，故以以上两种基质使用最为广泛。 2, 基质溶液应当在每次测试前配制，如需放置隔夜，请储存于闭光、低温条件（冰箱） 三，点样 It is necessary to use methods of dropping to a sample plate that are suitable for different samples or matrices individually. This section describes the following three basic methods. Dropping method (1): Usually used. Dropping method (2): Used to drop a large amount of the same sample to samples. (Standard sample in the auto analysis mode, etc.) Dropping method (3) : Used for solid samples.
飞行时间质谱系统 适用范围：飞行时间质谱系统Clin-ToF-Ⅱ通过检测生物大分子的分子量，使用蛋白指纹图谱技术，用于对口腔分离的乳酸杆菌、变异链球菌以及白色念珠菌的鉴定。 1.1 产品名称 本仪器全称为飞行时间质谱系统（Clin-ToF-Ⅱ） 1.2 产品型号 1.3 产品结构组成 由主机和计算机（含分析软件）组成，其中主机主要由激光器、质量检测器、靶板、真空泵组和开关电源组成。 2.1外观 外壳应表面整洁，色泽均匀，无伤斑，裂纹等缺陷； 文字和标志应清晰可见；各指示或显示装置应准确清晰； 塑料件应无起泡、开裂、变形以及灌注物溢出现象； 控制和调节机构应灵活可靠，紧固部位应无松动。 2.2技术参数(性能要求) 2.2.1质量测量范围 质谱仪检测离子的质荷比范围为1540Da ～16950Da 。 2.2.2准确度
2.2.2.1内标法 以参考品B完成校对后，参考品A、C的质量漂移应在800ppm内；以参考品D完成校对后，参考品E的质量漂移应在1500ppm内；以参考品F完成校对后，参考品G的质量漂移应在800ppm内。 2.2.2.2外标法 参考品A、B、C、D、E、F、G分别点在靶板上邻近的两点，以其中一点的参考品进行校对，另一点内的参考品质量漂移应在1500ppm内。 2.2.3灵敏度 表示质谱仪在一定信噪比下能够出峰的所需样品量。浓度为10 fmol/μl 的参考品A、浓度为20 fmol/μl的参考品B、浓度为2pmol/μl的参考品C、浓度为5pmol/μl的参考品D、浓度为10pmol/μl的参考品E条件下，检测参考品A、B、C、D、E，应有信噪比 (S/N) ＞3的出峰。 2.2.4分辨率 50 < 分辨率 < 3500。 2.2.5重复性 检测参考品A、B、C、D、E物质，重复15次实验，CV＜1%。 2.3系统功能 2.3.1具有移入和移出样品靶功能 打开控制软件运行MALDI MS程序，进出靶板。 2.3.2具有提供真空检测环境的功能 可利用内置真空计检测工作状态下飞行管内部的真空度。 2.3.3选择实验条件功能
三重四级杆质谱、离子阱和Tof的区别三重四级杆质谱、离子阱和Tof的区别不同类型质谱比较 1四极杆质谱仪QMS2飞行时间质谱仪TOFMS3三重四极杆质谱仪QQQ4离子阱质谱仪ITMS5线性离子阱LinearIonTrap6四极离子阱 QTrap7四极杆飞行时间串联质谱QTOF8离子阱-飞行时间质 谱TrapTOF9线性离子阱-飞行时间质谱LIT-TOF10磁质谱SectorMS11傅立叶变换质谱仪FT-ICR-MS12静电场傅立叶变换质谱Orbitrap1QMS是最常见的质谱仪器定量能力突出在GC-MS中QMS占绝大多数。优点: 结构简单、成本低维护 简单定量能力强是多数检测标准中采用的仪器设备缺点: 无串极能力定性能力不足分辨力较低单位分辨存在同位素 和其他m/z近似的离子干扰速度慢质量上限低小于1200u 厂家: 安捷伦597x系列 PE/SciexClarus系列 FinniganDSQ 系列瓦里安320系列岛津2010系列 2TOFMS是速度最快的质谱仪适合于LC-MS方面的应用。优点: 分辨能力好有助于定性和m/z近似离子的区别能够很好的检测ESI电喷雾离子源产生多电荷离子。速度快每秒2100高分辨全扫描如502000u谱图适合于快速LC系统如UPLC 质量上限高600010000u 缺点: 无串极功能限制了进一步的定性能力 售价高于QMS 较精密需要认真维护 3QQQ质谱给四极杆质谱仪在保留QMS原有定量能力强的特点上提供了串级功能加强了质谱的定性能力检测标准中常作为QMS的确认检测手段。
优点: 有串极功能定性能力强定量能力非常好信噪比高于QMS 是常用的QMS结果确认仪器除一般子离子扫描功能外QQQ还具有SRM、MRM、母离子扫描、中性丢失Neutralloss 等功能离子阱不行对特征基团的结构研究有很大帮助缺点: 分辨力不足容易受m/z近似的离子干扰售价较高需要认真维护 4ITMS是最简单的串联质谱。优点: 成本比QQQ低廉 体积小巧具备多级串级能力适合于分子结构方面的定性研 究能够给出分子局部的结构信息比QQQ好有局部高分辨模 式ZoomScan 缺点: 定量能力不如QMS和QQQ 不能够像QQQ 一样做母离子扫描和中性丢失在筛选特征结构分子的时候 能力不足 5线性离子阱LinearIonTrap。传统3D离子阱的 增强版本优点: 相对于传统3D离子阱灵敏度高10倍以上 多级串级质谱缺点: 相对于QQQ还是不能做MRM、中性丢失等特征基团筛选功能厂家: ThermoFinneganLTQ系列质谱 6四极离子阱QTrap。技术上而言在传统QQQ的四极杆中加入 了辅助射频可以做选择性激发或者就功能而言为QQQ提供了多级串级的功能。优势: 同时具备MRM、SRM、中性丢失和 多级串级功能非常适合于未知样品的结构解析缺点分辨 力还是低了点厂家: ABI/SciexQTrap系列质谱 7QTOF以QMS作为质量过滤器以TOFMS作为质量分析器。优点: 能够提供高分辨谱图定性能力好于QQQ 速度快适合于生命科学 的大分子量复杂样品分析缺点: 成本高需要仔细维护 8