最新波谱解析之质谱篇

4、检测器 包括Faraday圆筒（直接电检测器）、电子倍增器、 闪烁计数器、微通道板、照相低片等
phe-1中[M+H]+离子的FAB-MS/MS谱
CH3O
OH
N
CH3O
OCH3
质谱技术的主要特点
1、应用范围广 2、灵敏度高 3、分析速度快 4、能同时提供有机样品的精确相对分子质 量，元素组成、碳内架及官能团结构信息 5、与计算机结合使用，操作方便 6、与其他仪器相比，其结构复杂，价格昂 贵，使用及维修不方便 7、样品被破坏，无法回收
（加热）
1.3-0.13Pa
b) 直接探针进样：高沸点液体及固体 探针杆通常是一根规格为25cm6mm i.d.，末端有一装样品的黄金杯(坩埚)
，将探针杆通过真空闭锁系统引入样品，如图所示。
优点： 1）引入样品量小，样品蒸汽压
可以很低； 2）可以分析复杂有机物； 3）应用更广泛。
c) 色谱进样：利用气相和液相色谱的分离能力，与质谱仪联用，进行多组份复 杂混合物分析。
在CI离子源中，用电子轰击导入的反应气体，
使其离子化。
B + e - B+• + 2e -
(1) (电子电离)
B+• +B (B+H)+ + (B-H)• (2)
(B-H)+ or (B-H)- (3) （多次反应）
b- or b- •
(4) （碎片离子）
B + e - B- •
(5)
FAB法的关键之一是选择适当的（基质）底物， 从而, 可以进行从低极性到较高极性的范围较广的有机化合物测 定，是目前应用比较广的电离技术。
当高速中性原子轰击底物溶液后，在发生‘爆发性’ 汽化的同时，发生离子—分子反应，从而，产生（解离性） 氢质子转移反应[1]和[2]式及[3]式，与（电子轰击法相 似）的轰击离子化反应[4]等.
样品制备 高灵敏度是MALDI法的一个显著优点，一
般所需要的样品量为1 pmol甚至更少。但是，关 键是需要将样品分子溶入周围的基质分子群中， 必须制备成均匀的固溶体。
其次是浓度问题。如果浓度过高，则必须进行更广范围 的激发，从而使为引起爆发汽化的临界值激光能量变高， 并且基质对样品的隔离作用会受到影响，导致信号强度下 降。反之，如果浓度过稀，为了将形成的基质结晶破坏， 则仍需要提高临界值。因此，为了避免样品分子的破坏， 则需要制备出能在最小临界值下引起爆发汽化的样品浓度。
M + e - M z+ + (z+1)e - (z1) (1)
M + e - M- •
(2)
产生的离子被离子源中的排斥电极推出离 子源，然后被加速电压送出，进入质量分析器。 由于处于真空状态，在EI法中，一般可以忽略 离子与分子间的相互碰撞，则认为EIMS中的反 应是单分子反应。
由于电子动能的一部分转移到分子内部，使
分子内部能量过剩，产生碎片离子。同时具有一 定热能量（0.1~0.01ev）的轰击电子，由于在分 子电子亲和力（EA）作用下被捕获，形成负的分 子离子。
技术成熟，使用面广 ； 结构简单，峰重现性好 ； 离子化效率高，碎片离子多 ； 不适合极性大、热不稳定性化合物； 分子量有限，一般≤1,000 。
例如，作为蛋白质等大分子的基质所需要的选择基准是 （用基质分子B的离子种类强度比值）：以
B+• / (B+H)+ < 1 为最佳； B+• / (B+H) += 1 为一般； B+• / (B+H)+ >1 为不适。
激光能量 选择适当波长的激光很重要，它是决定离子
化与样品被分解界限的重要制约因素。 MALDI 使用脉冲激光，其脉冲宽度为1 ~ 200nm。常用 的有氮激光器（337nm）；Nd-YAG激光器 （355nm, 266nm）等。
一、离子源
1、EI法的原理和特点
电子轰击电离法是最经典常规的方式，是一 种‘硬’电离方法, 是一种将样品的汽化与离子 化分别发生的典型方法 。电离电压（能量）通常 为70eV。
首先样品在进样系统中的玻璃管或金属管 中加热汽化，进入离子源电离室扩散在电子束中, 电离室处于高真空（10-4 Torr）的状态，从而 使气态分子受到电子束的轰击，产生分子离子。
(6) （电荷交换） (7) （质子转移） (8) （脱氢） (9) （加合离子）
（B为反应气体，M为样品分子）
M + e- M- • M + (B-H)- (M-H)- + B
M + B- • (M+B)- •
(10) （捕获电子） (11) （质子转移） (12) （离子—分子相
互 作用）
检测分析器: 接收离子束并将电信号放大的 装置
进样系统:将分析样品导入离子源的装置; 包 括: 直接进样, GC, LC及 接口, 参考物或 靶气气体进样等
质量分析器: 将离子按不同质荷比(m/z)大小 分离的分析部分; 离子通过分析器后,按 不同质荷比分开,并将相同的质荷比离子 聚焦在一起, 从而形成质谱
多电荷离子的形成，可以分析大分子，如蛋白质 和寡核苷酸等。
通过调节离子源参数（改变取样锥体电压），可 以控制离子在离子源内的断裂，从而给出结构信 息（源内CID）。
5、基质辅助激光解吸离子化法（ MALDI）
MALDI技术是将大分子样品溶于适宜的溶剂 中，与大量的基质相混合，其目的是限制激光直接 照射样品，以防止样品被破坏。基质（小分子有机 物）必须是强烈吸收入射激光辐射的分子，基质分 子吸收辐射后，吸收的能量在基质中诱发冲击波， 从而释放出完整的大分子的气相分子离子。 MALDI中离子的形成，通常认为包括质子化、碱 金属离子的加合和光离子化等。
(M+B) + Afast [M+H]+ + [B-H]- + A [1]
(离M子+B化) 过+ A程fast [M-H]- + [B+H]+ + A [2]
M + [B+H]+ [M+H]+ + B
[3]
(M+B) + Afast M+ + B + A + e[4]
M：样品分子 B：底物分子
在MALDI法中，影响离子化过程以及质谱结 果的主要有三大因素：基质、激光能量、样品制备
基质
基质的选择主要取决于所采用的激光波长（能量）以 及被分析样品的性质。其主要作用是作为把能量从激光束传 递给样品的中间体，并通过大量过量的基质使样品得以有效 分散，在防止样品被破坏的同时，可减少被分析样品分子之 间的相互作用。一般，常用有机酸以及甘油等。
A fast:高速原子（离子）
由上述四个主要反应可以看出，反应[1]、
[2]、[4]亦是由于高轰击能量产生的，生成的离 子具有高内部能量（甚至有些分子如C60分子可 能有100ev），从而提供大量碎片信息。则有人 研究认为产生的谱与EI相似，即‘EI-like’，只有 [3]式是相似于CI的‘软电离’过程，即产生的谱
质谱法
质谱法( Mass Spectrometry ) MS
质谱(mass spectrum，简称MS），就是把化合物分子用一 定方式裂解后生成的各种离子，按其质量大小排列而成的图谱。 测定化合物的质谱，只需少量样品。常用量约 l mg，最少用量 只需几微克。利用质谱，可以测定化合物的分子量，并能推测 它的分子式以及分子结构。如将质谱仪与气相色谱仪联用，还 可以测定混合物中各组份的化学结构以及它们的含量。随着仪 器的发展，特别是将质谱仪与计算机联用后，质谱分析变得更 加快速、准确、简便。现在，质谱已成为有机化学、药物化学、 生物化学、石油化学以及环境保护等学科领域内的主要分析手
随着液滴中溶剂的挥发，液滴逐渐缩小，当电荷间的斥 力克服了液滴的内聚力时，发生“库仑爆炸”（Coulomic explosion）。较小的液滴继续蒸发，电场增强，离子向表面 移动，表面的离子密度越来越大，最终导致离子从表面蒸发， 产生单电荷或多电荷离子。
当用正电场时，在ESI温和的条件下样品分子通常 带上质子、碱金属离子或铵离子生成正离子的加合 离子。
当用负喷雾电场时，通过除去质子或其它阳离子而 生成负离子。
所带电荷的多少取决于所得的带正电荷或负电荷的 分子中酸性或碱性基团的体积和数量。
通常小分子得到[M+H]+ 或[M-H]- 单电荷离子。而 生物大分子产生z>1的多电荷离子。
它是最软的电离技术，通常只产生分子离子 峰， 因此可以测定不稳定的极性化合物，并可直接测 定混合物。
来产生[M+nH]+ (n1),二聚体（双分子） [M+H+M]+ 及[M+H+B]+ 等
4、电喷雾离子化法（ESI）
ESI是在液滴通过逐渐‘蒸发’产生离子发射的过 程中 形成的，这种过程也称为“离子蒸发”。当 样品溶液由泵输 送从毛细管流出的瞬间，在雾化气（N2）、强电场（2～ 5kV）和近于大气压的干燥气体（N2）的作用下，溶剂在毛 细管端口发生喷雾，产生高电荷的液体微粒（液 滴），所以 称之为‘电喷雾’。
段之一。
真空系统
进样系统 离子源 质量分析器 检测接收器
控制及数据处理系统
离子源: 使被测样品分子离子化成为带电离 子的装置, 并对离子进行 加速使其进入 分析器
真空系统: 利用机械泵, 扩散泵或分子泵等, 抽取离子源和分析器的空气并达到高真空, 使离子从离子源到达接收器
控制及数据处理系统: 处理并给出分析结果, 现代计算机还可以控制 质谱仪进行各项 工作
图为‘CI-like’谱。因此，近来有人认为FAB法不 属于‘软电离’技术。