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质谱分析与质谱仪ppt课件-20页PPT精品文档

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《生物质谱》PPT课件

《生物质谱》PPT课件

m/z
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8
质谱法的特点
1、不受被分析试样形态限制 2、灵敏度高，试样用量少，检测限可达到10-11
克。 3、分析速度快，完成一次仅需1到几秒，最快可
达10-3秒。 4、信息直观，质谱图上的质荷比与离子的质量
直接相关，质谱图的解释方便易行。 5、易于实现与色谱联用。 6、应用范围广泛，适用于无机有机物质- mass spectrometry，Bio-MS
重庆医科大学药学院 母昭德
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1
本讲介绍以下内容：
Ⅰ、质谱分析法，质谱仪，质谱图 Ⅱ、生物质谱 Ⅲ、基质辅助激光解吸电离/飞行时间质谱 Ⅳ、电喷雾电离质谱
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2
Ⅰ、质谱分析法，质谱仪， 质谱图
肽质量指纹图（
peptide mass fingerprinting, PMF） 。以PMF的数据再通过 互联网进行数据库搜索 。
串联质谱（Tandem MS ）图（MS/MS质谱图或 MSn质谱图）。以 Tandem MS的数据再通 过互联网进行数据库搜 索。
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13
以MALDI-TOF获得的准确相对分子质量的质谱图
软电离技术的发展不但使质谱技术发生了突破性的 革新，而且使质谱技术在生命科学中的应用得到了 前所未有的扩展。
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12
生物质谱法可以得到三类质谱图
测定生物大分子准确相 对分子质量的质谱图
§以MALDI-TOF获得的准 确相对分子质量的质谱 图
§以ESI-MS获得的准确相 对分子质量的质谱图
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3
质谱分析法 （mass spectrometry，MS）
是将化合物形成离子和碎片离子，按质荷比（m/z）的不 同进行分离，来进行成分和结构分析的方法。

质谱分析法.ppt

质谱分析法.ppt

X
e
(快)

X
e
(热)

X
e
(快)

X
e

(热)
优点：无需进行加热气化，属于软电离方式；特别适合分析高极性、大 相对分子量、难挥发和热稳定性差的样品；既能得到强的分子离子或准 分子离子峰，也能得到较多的碎片离子峰。 缺点：重现性较差，检测灵敏度低
稳定化合物电离 缺点：不适合化合物结构鉴定；
阳极
+ +
++
+ +
++ +
++ + +
d<1mm 阴极
快原子轰击离子源（fast atom bombardment ionization source;FAB） 由电场使Xe原子电离并加速，产生快速离子，通过快原子枪产生电
荷交换得快速原子，快原子束轰击涂在金属板上的样品，使样品离子化。
缺点：重现性较差；不适合于难挥发、热不稳定的化合物
场致电离源（FI）
是采用强电场把冷电极附近的样品分子的电子拉出去，形成离子。电 场的两电极距离很近（d<1mm），施加电压为几千伏甚至上万伏稳定直流 电压。
场电离：将气体通过电场电离； 场解析：将固体样品涂在发射体表面使之电离
优点：分子离子峰强； 碎片离子峰少； 适用于较大分子量和热不
应用：质谱法测定的对象包括同位素、无机物、有机化合物、生物大 分子以及聚合物。广泛应用于化学、生物化学、生物医学、医药学、 生命科学以及工、农、林业、地质、石油、环保、公安国防等领域。
二、质谱仪及其工作原理
进样系统
离子源
质量分析器
检测器

质谱原理及使用课堂PPT

质谱原理及使用课堂PPT
35
在灯丝和阳极之间加入约70V 电压，获得轰击能量为70eV的电 子束（一般分子中共价键电离电位 约10eV），它与进样系统引入气 体束发生碰撞而产生正离子。
36
正离子在第一加速电极和反射极间 的微小电位差作用下通过第一加速电极 狭缝，至质量分析器电极狭缝，而第一 加速极与第二加速极之间的高电位使正 离子获得其最后速度，经过狭缝进一步 准直后进入质量分析器。
47
4．质量分析器
质谱仪的质量分析器位于离子源和检 测器之间，依据不同方式将样品离子按质 荷比m／z分开。质量分析器的主要类型 有：磁分析器、飞行时间分析器、四极滤 质器、离子捕获分析器和离子回旋共振分 析器等。随着微电子技术的发展，也可以 采用这些分析器的变型。
48
（l）磁分析器 最常用的分析器类型之一就是扇
5
1 u1 12 (6.01 2.2 0 2 1 0 12 0 0 g 4 1 3 1C 0 2 C 2原 /0 m/1 m 子 o C 2l1 o C 2） l
=1.66054×10-24g/12C原子 =1.66054×10-27kg/12C原子
6
而在非精确测量物质的场合，常 采用原子核中所含质子和中子的总数 即质量数来表示质量的大小，其数值 等于其相对质量数的整数。
37
（2）化学电离源 在质谱中可以获得样品的重要
电子轰击产生的M+峰，往往不存在 或其强度很低。必须采用比较温和 的电离方法，其中之一就是化学电 离法。
38
化学电离法是通过离子——分 子反应来进行，而不是用强电子束 进行电离。离子（为区别于其它离 子，称为试剂离子）与试样分子按 下列方式进行反应，转移一个质子 给 试 样 或 由 试 样 移 去 一 个 H+ 或 电 子，试样则变成带+l电荷的离子。

质谱分析学习.pptx

质谱分析学习.pptx
第41页/共95页
（3）麦氏重排
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四、醇
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五、酚
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六、醛酮
第50页/共95页
第51页/5页
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八、胺
1、分子离子峰 脂肪族胺的分子离子峰很弱， 环胺、芳胺的分子离子峰很强。
2、断裂方式
第54页/共95页
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九、酰胺
1、分子离子峰 酰胺类分子离子峰通常可测到。
2、断裂方式（具有羰基裂解的特点）
第56页/共95页
十、硝基化合物
第57页/共95页
第58页/共95页
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第72页/共95页
这规则用于其他碎片离子时，则是含偶数个氮原子的奇电子 离子其质量是偶数；而含偶数个氮原子的偶电子离子其质量 将是奇数。而分子离子均是奇电子离子。应含偶数个（不含 氮）氮原子。 （4）必须有合理的质量碎片的丢失。分子离子峰的裂解过程 中常常会失去小质量的中性碎 片和自由基。因此裂解过程中 分子离子（母离子）与子离子之间的质量差一定要合理，例 如出现质量差15或18，就丢失-CH3或一个分子水是合理的。 而丢失4~13原子质量单位是不合理的。因为分子离子
第70页/共95页
醇类容易失水，出现(M-18) +峰。有些硝基化合物、易于分 解的有机化合物及支链烷烃，在电子轰击条件下得不到分子 离子峰，只有碎片峰。
（3）分子离子应符合氮规则。有机化合物主要由C、H、O、 N、S、CI、Br、1、F、P等元素组成。在质谱中有机化合 物分子中含有偶数个（包括零）氮原子的分子离子，质量一 定是偶数；而含有奇数个氮原子的分子离子，质量数一定是 奇数，这个规则称为“氮规则”。因为某些元素的最大丰度 的同位素（轻同位素）的原子的质量数为偶数，其化合价亦

《质谱分析的原理与方法》PPT课件

《质谱分析的原理与方法》PPT课件
最大峰
分子离子和碎片离子之间的质量差
氮规则：在分子中只含C,H,O,S,X元素时，相对 分子质量Mr为偶数；若分子中除上述元素外还 含有N，则含奇数个N时相对分子质量Mr为奇数， 含偶数个N时相对分子质量Mr为偶数。
[氮规则] 当分子中含有偶数个氮原子或不含氮原子时，分子量应为偶数； 当分子中含有奇数个氮原子时，分子量应为奇数。
b、羧酸酯羰基碳上的裂解有两种类型，其强 峰（有时为基准峰）通常来源于此；
c、由于McLafferty重排，甲酯可形成m/z=74, 乙酯可形成m/z=88的基准峰；
d、二元羧酸及其甲酯形成强的M峰，其强度随 两个羧基的接近程度增大而减弱。二元酸酯 出现由于羰基碳裂解失去两个羧基的M-90峰。
胺
特征：a、脂肪开链胺的M峰很弱，或者消失； 脂环胺及芳胺M峰明显；含奇数个N的胺其M 峰质量为奇数；低级脂肪胺芳香胺可能出现 M-1峰（失去·H)；
酚和芳香醇的特征：
a、和其他芳香化合物一样，酚和芳香醇的M峰 很强，酚的M峰往往是它的基准峰；
b、苯酚的M-1峰不强，而甲苯酚和苄醇的M-1 峰很强，因为产生了稳定的鎓离子；
c、自苯酚可失去CO 、HCO。
卤化物
特征： a、脂肪族卤化物M峰不明显，芳香族的明显； b、氯化物和溴化物的同位素峰非常特征； c、卤化物质谱中通常有明显的X、M-X、M-
质谱的应用
例：某化合物的质谱数据：M=181，PM%=100% P(M+1)%=14.68% P(M+2)%=0.97%
查[贝诺表]
分子式
M+1
M+2
(1) C13H9O
14.23
1.14
(2) C13H11N 14.61

第九章质谱分析法(共156张PPT)

第九章质谱分析法(共156张PPT)
MW: 165
[M-58]
[M-17]
3 快原子轰击(fast atom bombardment FAB)
原理：快原子(Ar或Xe）轰击样品产生离子 特点：
1. 适用于极性强，难汽化，分子量大的化合物分析
2. 得准分子离子，如（M+H)+ （M+Na)+ 碎片离子很少
3. FAB一般用作磁式质谱的离子源
结构:
四根棒状电极，形成四极场 1，3棒： (Vdc +Vrf) 2，4棒：- (Vdc+ Vrf ) 原理：在一定的Vdc Vrf 下 ， 只有一定质量的离子可通过四极场， 到达检测器，其他质量的离子碰到四极杆被吸收，在另外的 Vdc Vrf 下可接收到另外质量的离子。在一定的Vdc/Vrf)下，连续改 变Vrf或Vdc可实现质量扫描. 特点：扫描速度快，灵敏度高.
检测器（detecter）
真空系统（Vacuum system）
9.2.1 有机质谱仪的构成
GC LC 直接进样探头
进样系统
四极质量分析器 Quadrupole 四极离子阱 IT 扇形场质谱量分析器 Sector 飞行时间质谱仪 TOF-MS 离子回旋共振质谱仪 ICR-MS
离子源
质量分析器
离子检测器
某化合物的组成式为C8H8O2，其质谱图如图，确定化合物结构式。
m* 亚稳离子
它们的存在从质谱图中很容易判别。
酯可以发生α-裂解丢失 或OR自由基产生m/z59＋n×14和29＋n×14的离子.
根据精密质量就可以将这些物质区别开来
1960年代：研究GC-MS联用技术
分子离子一般指由天然丰度最高的同位素组合的离子，相应的有相同元素的其他同位素组成的离子称为同位素离子，在质谱中称为同位素峰.

第六章质谱分析法MSppt课件

正离子在电场作用下被加速 所有离子同时飞越长度为L的无场空间，先后到达检测器
eV 1 m v2 1 m( L )2
2
2t
m/e
2V L2
t2
V,L不变时， t由m/e决定 一般，1-30s
25
5 飞行时间分析器
26
5 飞行时间分析器
特点： ➢简单、耐用，无质量范围限制。 ➢取样速度快，适用于快速GC/MS；分析适用于脉冲离子化
3 四极杆分析器 (quadrupole mass analyzer) 四极滤质器， quadrupole mass filter 结构: 四根棒状电极，相对的两个电极相连，形成四极场 1，3棒：+(Vdc + Vrf) 2，4棒：- (Vdc+ Vrf )
特点：扫描速度快，灵敏度高。 适用于GC-MS。
数据系统：计算机 蛋白质库……
主要信息：准分子离子（单多级质谱）；子离子；母离子； 中性丢失谱（多级质谱）
软电离，得到准分子离子。结构解析需MS-MS。一般不适用于非 极性化合物。
36
3 串联质谱 (tandem mass spectrometry，MS/MS, MSn)
mass separation-mass spectra characterization 串联方式： p318 Q-Q-Q(triple quadrupole mass spectrometer) Q-TOF(quadrupole-time-of-flight tandem instruments) MSn
ESI使蛋白质产生多个带多电荷离子
11
6.2 质谱仪器
6.2.2 离子源
4 介质辅助激光解吸电离源 (Matrix Assisted Laser Desorption Ionization MALDI) 常用于 •Time-of-flight mass spectrometry 特点： 用于生物大分子，尤其是蛋白质的质量测定 主要产生 [M+ H]+ [M - H]+和加和离子

第五章质谱分析法ppt课件

内容
第一节、质谱法的基本原理 第二节、质谱仪（自学） 第三节、质谱及主要离子峰的类型 第四节、质谱法的应用
1
第一节、质谱法的基本原理
一、概述
• 质谱分析法是在高真空系统中测定样品的分子离子及碎片离 子质量，以确定样品相对分子质量及分子结构的方法。
• 化合物分子受到电子流冲击后，形成的带正电荷分子离子及
静电分析器将具有相同 速度（或能量）的离子 分成一类；进入磁分析 器后，再将具有相同质 荷比而能量不同的离子 进行分离。 分辨率高，但体积大。
28
3. 四极滤质器（四极杆质量分析器）
特点： • 结构简单、体积小，分析速度快，适合与色谱联用 • 分辨率较高（比磁分析器略低） • 准确度和精密度低于磁偏转分析器，对质量较高的
醛，乙基取代物 伯胺 醇，甲酯类 乙酰基，丙基取代物 烷烃 结构中有芳环
CH3COOH+· C6H5CH2+ C6H5CO+
羧酸，乙酸酯，甲酯 苄基 苯甲酰基
36
·OCH3, CH3NH2
37
对于一般有机物电子失去的程度：
n电子 > 电子 > 电子
O
失去一个n电子形成的分子离子：
-e R C R'
质谱仪按用途分： 同位素质谱仪（测定同位素）、无机质谱仪（测定无机化合物）、
有机质谱仪（测定有机化合物）等。 根据质量分析器的工作原理分：
静态仪器：采用稳定磁场，按空间位置区分不同质荷比的离子 单聚焦和双聚焦质谱仪
动态仪器：采用变化的电磁场，按时空来区分不同质荷比的离子 飞行时间和四极滤质器式质谱仪
在电子轰击下，甲烷首先被电离： CH4+ →CH4+＋CH3+＋CH2+＋CH+＋C+＋H+

质谱分析基本原理与质谱仪.pptx


反应生成的离子再与样品分子XH反应：
CH5+ + XH C2H5+ + XH C2H5+ + XH
XH2+ + CH4 XH2+ + C2H4 X+ + C2H6
• XH2+和X+称为XH（样品分子）的准分子离子，它们比 分子离子多一个或少一个质量数，便于确定化合物的分 子量，而且由于转移到准分子离子上的能量小，碎片峰 大为减少。采用化学电离对于不稳定的有机化合物也能 得到很强的分子离子峰，同时谱图大为简化。
电子轰击源结构简单、稳定、易于操作、电
离效率高、灵敏度高、碎片离子多，能提供
较多的结构信息，但要求样品具有一定的挥
发性，有些类型的化合物分子离子峰很弱，
甚至观察不到。
11:43:12
第6页/共20页
② 化学电离源（Chemical Ionization，CI）:
离子室内的反应气（甲烷等；10~100Pa，样品的103~105倍），电子 （100~240eV）轰击，产生离子，再与试样分离碰撞，产生准分子离子。
5． 快原子轰击源 FAB （Fast Atom Bombardment）
快原子轰击源是1981年出现的电离新技术。在电 源中氩被电离为氩离子，在加速场中，Ar+被加速到 5~10Kev，Ar+通过一个充中性Ar气的碰撞室，快速的
第12页/共20页
Ar Ar+ + e
Ar+ + Ar
<Ar> + Ar+
11:43:12
• FAB的特点： FA B 源 是 在 室 温 下 操 作 的 ， 因 而 特 别 适 用 于 极 性 高 、

质谱仪的简述及应用PPT课件


样孔进入分析器
.
ESI是很软的电离方法，即便是分子量大，稳定性差的化 合物，也不会在电离过程中发生分解。
特点： ❖ 适合于适用于强极性，大分子量的样品（生物大分
子）分析，如蛋白质、肽、糖等。 ❖ 最大特点是容易形成多电荷离子。一个分子量为
10000Da的分子若带有10个电荷，则其质荷比只有 1000Da，进入了一般质谱仪可以分析的范围之内。 因此目前采用电喷雾电离，可以测量分子量在 300000Da以上的蛋白质。 ❖ 主要用于液相色谱-质谱联用仪
.
（1） 电子电离源(electron ionization EI)
动画
图4-6电子电离源原理图
.
EI是质谱中最常用的离子源，电子能量一般为70eV，大 多数有机化合物的电离电位7~15eV，多数分子离子进一 步裂解产生碎片离子。
样品分子形成离子的四种途径： • 样品分子被打掉一个电子形成分子离子（同位素离子）。 • 分子离子进一步发生化学键断裂形成碎片离子。 • 分子离子发生结构重排形成重排离子。 • 通过分子离子反应生成加合离子。 特点： ❖ 碎片离子多，结构信息丰富，有标准化合物质谱库； ❖ 主要用于挥发性样品的电离，不能汽化的样品不能分析； ❖ 稳定性不高的样品得不到分子离子；
第四章 质谱分析法 Mass Spectrometry，MS 第一节 概述
分子
.
4.1.1 质谱仪的发展史
1911年: 世界第一台质谱装置（J.J. Thomson） 40年代: 用于同位素测定和无机元素分析 50年代： 开始有机物分析（分析石油） 60年代： 研究GC-MS联用技术 70年代： 计算机引入 80年代： 新的质谱技术出现：快原子轰击电离子源，基
质辅助激光解吸电离源，电喷雾电离源，大气压化学电离源； LC-MS联用仪，感应耦合等离子体质谱仪，富立叶变换质谱仪等
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动
Francis William Aston
FW 阿斯 顿
1922年诺 贝尔化学
奖 质谱技术 发现同位
素
Wolfgang Paul
W Paul 1989年诺 贝尔物理
奖
离子阱技 术
Hans G. Dehmelt
H Dehmelt 1989年诺 贝尔物理
奖 离子阱技
术
Koichi Tanaka
田中耕一 2019年诺 贝尔化学
最强峰为准分子离子； 谱图简单； 不适用难挥发试样；
反应气和样品共同 决定产物的形式
+
气体分子
+
试样分子
缺点：重复性差；气 态下离子化，热不稳 定物质不适用。
+ 准分子离子
电子
(M+1)+;(M+17) +;(M+29) +;
2019/10/2
③场致电离源（FI）
电压：7-10 kV；d<1 mm；
第五章 质谱分析
mass spectrometry，MS
第一节 基本原理与质谱仪
basic principle and Mass spectrometer
一、 概述
generalization 二、质谱仪与质谱 分析
mass spectrometer and mass spectrometry
2*019/10/2
电子能量
电子能量
分子离子增加
碎片离子增加
对于易电离的物质降低电子能量，而对于难电离的物质 则加大电子能量（ 常用70eV ）。 缺点：能量高，某些分子不易得到分子离子峰；气态下被 离子化，不适合热不稳定物质。
2*019/10/2
② 化学电离源（Chemical Ionization，CI）:
离子室内的反应气（甲烷等；10~100Pa，样品的 103~105倍），电子（100~240eV）轰击，产生离子，再与 试样分子碰撞，产生准分子离子。
2019/10/2
2. 质量分析器原理
加速后离子的动能 :
(1/2)m 2= e V = [(2V)/(m/e)]1/2
在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行；
离心力 =向心力；m 2 / R= H0 e
曲率半径：
质谱方程式：m/e = (H0 R) /v=(H02 R2) / 2V 离子在磁场中的轨道半径R取决于： m/e 、 H0 、 V 改变加速电压V, 可以使不同m/e 的离子进入检测器。 质谱分辨率 = M / M （分辨率与选定分子质量有关）
相同质荷比，速 度(能量)不同的离子 会聚；
S1 离子源
R

mv2 eV
S2 收集器
质量相同，能量不同的离子通过电场和磁场时，均产生 能量色散；两种作用大小相等，方向相反时互补实现双聚焦；
2*019/10/2
③ 其他类型质量分析器
双聚焦质谱仪体积大； 色谱-质谱联用仪器的发展及仪器小型化（台式）需要体积 小的质量分析器：
一、概述 generalization
分子质量精确测定与化 合物结构分析的重要工具；
癸烷烃
第一台质谱仪：1912年；
早期应用：原子质量、同 位素相对丰度等；
40年代：高分辨率质谱仪出现，有机化合物结构分析； 60年代末：色谱-质谱联用仪出现，有机混合物分离分析； 促进天然有机化合物结构分析的发展； 80年代：非挥发性或热不稳定分子的分析进一步促进了MS的发展； 90年代：由于生物分析的需要，一些新的离子化方法得到快速发展。 同位素质谱仪；无机质谱仪；有机质谱仪 。
2019/10/2
质谱基本原理
轰击、分离、收集、检测、记录等
有机分子
分子离子 碎片离子 亚稳离子 同位素离子
…….
2019/10/2
质谱解析
分子离子峰的形成及识别 开裂方式及类型 碎片离子峰 亚稳离子峰 N规律 …….
二、 质谱仪与质谱分析原理
mass spectrometer and mass spectrometry
: R4
++
:e
(M-R2)+
(M-R1)+
(M-R3)+
M+
Mass Spectrum
2*019/10/2
EI 源的优点：
电离效率高，灵敏度高；
应用最广，标准质谱图基本都是采用EI源得到的；
稳定，操作方便，电子流强度可精密控制；
结构简单，控温方便.
EI源：可变的离子化能量 (10~240eV)
2*019/10/2
二、 质谱仪与质谱分析原理
mass spectrometer and mass spectrometry
进样系统
离子源
质量分析器
检测器
1.气体扩散 2.直接进样 3.气相色谱
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离
1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行时间 4.四极杆
质谱仪需要在高真空下工作：离子源（10-310-5 Pa ）
原因：
质量分析器（10-6 Pa ）
(1)大量氧会烧坏离子源的灯丝；
(2)用作加速离子的几千伏高压会引起放电；
(3)引起额外的离子－分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化;
(4) 干扰离子源正常调节。
*
evapourise
ionise
accelerate +4000 V 0 V
separate
Magnetic and/or electric field
e-
+
+
heavy
v
a
c
light
u
e-
u m
A+ e-
sample
Mass s2p0e19c/t1r0o/2metry
+
B
+
C
e-
A+ B+ C+
6
原理与结构 仪器原理图
2*019/10/2
电离室原理 与结构
1.离子源
①Electron Ionization (EI)源
++
: R1
: R2
+
: R3
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①单聚焦磁场分析器
方向聚焦；
相同质荷比， 入射方向不同 的离子会聚； S1
分辨率不高
(m/e)=H2R2/2V
改变V，H实现质
B
量分离和鉴别。 离子源
2019/10/2
磁场
R
S2 收集器
②双聚焦分析器
方向聚焦： 相同质荷比，入 电场
磁场
射方向不同的离子会 聚；
能量聚焦：
+ -
强电场将分子中拉出一个电子；
分子离子峰强； 碎片离子峰少；
阳极
不适合化合物结构鉴定；
适用于挥发度高，容易气 化的样品。
+ ++
+ ++
++ +
++ + +
d<1mm 阴极
④场解吸（FD）：原理与FI相同，但样品是被沉积在电极上。 FD适用于难汽化的、热不稳定样品。FD的准分子离子峰比FI 的强，质谱图比FI的还要简单。
奖 基质辅助 的激光解 吸电离技
术
John Bennet Fenn
约 翰·B·芬
恩 2019年诺 贝尔化学
奖 电喷雾离
子化
2019/10/2
2019/10/2
谢谢！
separate
Magnetic and/or electric field

+
+
heavy
v
a
c
light
u
e-
u m
A+ e-
sample
Mass s*pectrometry
+
B
+
C
e-
A+ B+ C+
17
Joseph J. Thomson
JJ 汤姆逊 1906年诺 贝尔物理
奖
电荷在气 体中的运
四极杆质量分析器 飞行时间质量分析器 离子阱质量分析器
体积小，操作简单； 分辨率中等；
2*019/10/2
3. 检测器
（1）电子倍增管 15～18级；可测出10-17A微弱电流；长时间使用被离子
污染，灵敏度下降。 （2）渠道式电子倍增器阵列
2*019/10/2
evapourise
ionise
accelerate +4000 V 0 V