細胞產物分析技術質譜分析第一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一§概述§質譜儀的工作原理§質譜儀種類§色譜－質譜聯用

GC-MS聯用LC-MS聯用§應用示例第二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一氣體分子或固體、液體的蒸氣受到一定能量的電子流轟擊或強電場作用，丟失價電子生成分子離子；同時，化學鍵也發生某些有規律裂解，生成各種碎片離子。這些帶正電荷的離子在電場和磁場的作用下，按質荷比（即質量與電荷比值m/z）的大小分開，排列成譜，記錄下來即為質譜（MassSpectroscopy）。概述——基本概念第三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一第四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一概述——特點質譜是定性鑒定與研究分子結構的有效方法。

靈敏度高：絕對靈敏度可達5pg（pg為10-12g）

樣品用量少：微克級

分析速度快：掃描1-1000u僅需1/1000秒

測定對象廣：氣體、液體、室溫下具有10-7Pa蒸汽

壓的固體第五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一概述——用途

求準確的分子量化學式的確定推測未知物的結構

鑒定同分異構體測定分子中Cl、Br等的原子數……第六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一概述——質譜的發展史1912年世界上第一臺現代意義質譜儀在英國劍橋Cavendish實驗室出現1918年世界上第一臺實際意義質譜儀在美國芝加哥大學實驗室出現(扇型磁場MS)1943年世界上第一臺商業質譜儀1953年四極桿質量分析器質譜儀1955年飛行時間質量分析器質譜儀60’s開發GC/MS60’s-70’s大氣壓電離(APcI)源被發現(但并未被廣泛應用)70’s-80’s開始廣泛研究LC/MS1982年離子束LC/MS接口出現1984年第一臺電噴霧MS儀宣告誕生1988年電噴霧離子源MS首次應用于蛋白質的分析......第七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一

JosephJ.Thomson1906年諾貝爾物理獎電荷在氣體中的運動

FrancisWilliamAston1922年諾貝爾化學獎質譜技術發現同位素

WolfgangPaul1989年諾貝爾物理獎離子阱技術質譜的發展史HansG.Dehmelt1989年諾貝爾物理獎離子阱技術年KoichiTanaka2002年諾貝爾化學獎基質輔助激光解吸電離方法JohnBennetFenn2002年諾貝爾化學獎電噴霧離子化第八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一MALDI-TOF-TOFMS

MALDI-TOFMSnanoESIQ-TOFMS4000QTRAPMS串聯四極桿線性離子阱質譜儀基質輔助激光解吸/電離飛行時間質譜儀基質輔助激光解吸串聯飛行時間質譜儀納升液相-電噴霧串聯質譜儀第九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一分子離子MolecularIon

試樣分子失去或得到一個電子而形成的離子。它在正離子場合下表示為M?＋。它的質荷比即表明試樣分子所對應的分子量數值。母離子

ParentIon產生某一碎片的前體離子，母離子不一定是分子離子。子離子

DaughterIon由母子離子裂解后形成的離子。常見術語:第十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一常見術語:質荷比:

離子質量(以相對原子量單位計)與它所帶電荷(以電子電量為單位計)的比值,寫作m/Z.峰:

質譜圖中的離子信號通常稱為離子峰或簡稱峰.離子豐度:

檢測器檢測到的離子信號強度.第十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一質譜儀的工作原理即：

由分子結構與裂解方式的經驗規律,根據分子離子和各種碎片離子的質荷比及其相對豐度,就可以進行結構分析。有機分子電子轟擊質譜裂解碎片離子分子離子(-e)(M)(M)+分離、收集、記錄第十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一分子離子化，它通過在離子源中進行電子電離、快速原子/離子轟擊、基體輔助激光解吸或電噴霧來實現；帶電分子的離子及其碎片必須根據其質荷比來得到分離，這往往在質量分析器中進行；最后，分離的帶電荷的碎片必須通過檢測器檢測。真空系統第十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一直接進樣法（靜態法）：對純的化合物來說，一般為氣體或揮發性液體，可直接進樣到離子源室，而不需要專用設備或器件，這類似于氣相色譜中的樣品進樣。直接插入探針法：對于揮發性很小的固體樣品，需將樣品放在不銹鋼桿或探針頂端的小杯內，將探針通過樣品加入口放進離子源中，然后加熱離子源直至固體揮發。動態平衡法（色譜進樣）：對一些組分較復雜的混合物時，需將樣品分離成一個個單一組分，再進入質譜儀。最典型的就是氣相或液相色譜通過接口與質譜連接。進樣系統第十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一在離子源中樣品被電離成離子，不同性質的樣品可能需要不同的電離方式。電子轟擊電離（electronimpact,EI)電子轟擊電離使用具有一定能量的電子直接作用于樣品分子，使其電離。用鎢或錸制作的燈絲在高真空中發射出電子。燈絲與電離盒之間的電壓稱為電離電壓。對有機化合物通常選用70eV的電壓。離子源第十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一化學電離（Chemicalionization,CI)化學電離:是將樣品氣體和反應氣體分子混合（其中樣品含量約0.1％），進入電離室后，首先用電子轟擊方式使反應氣體電離，然后反應氣體與樣品氣體進行離子-分子反應而使樣品氣體電離，因此樣品的離子是由離子-分子反應產生的。這樣產生的離子能量較小，故碎片較少。對于不穩定的有機化合物，可得到較強的分子離子峰。第十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一大氣壓化學電離（atmosphericpressurechemicalionization,APCI)在大氣壓下，化學電離反應的速率更大，電離效率應更高。主要困難是將大氣壓力下產生的離子轉移到處于高真空（<10-6Torr)狀態的質量分析器中。現在常用的是電暈放電大氣壓電離。第十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一快原子轟擊（Fastatombombardment,FAB)用加速的中性原子（快原子）撞擊以甘油（底物）調和后涂在金屬表面的有機化合物（“靶面”），導致這些有機化合物電離的方法稱之為快原子轟擊（FAB）。由于快原子轟擊是一種軟電離技術，被分析樣品不須經過氣化而直接電離，所以，快原子轟擊質譜法常用于分析極性強、不易氣化和熱穩定性差的樣品。第十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一電噴霧電離（Electrosprayionization,ESI)原理：不銹鋼毛細管被加以3-5kV的正電壓，與相距約1cm接地的反電極形成強靜電場。被分析的樣品溶液從毛細管流出時在電場作用下形成高度荷電的霧狀小液滴；在向質量分析器移動的過程中，液滴因溶劑的揮發逐漸縮小，其表面上的電荷密度不斷增大。當電荷之間的排斥力足以克服表面張力時，液滴發生裂分；經過這樣反復的溶劑揮發－液滴裂分過程，最后產生單個多電荷離子。電噴霧通常要選擇合適的溶劑。除了考慮對樣品的溶解能力外，溶劑的極性也需考慮。一般來說，極性溶劑（如甲醇、乙腈、丙酮等）更適合于電噴霧。第十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一電噴霧（ESI)離子化過程電噴霧離子化可分為三個過程:1、形成帶電小液滴2、溶劑蒸發和小液滴碎裂3、最終形成氣相離子第二十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一質量分析器質量分析器的作用是將離子源中形成的離子按質荷比的大小不同分開，質量分析器可分為靜態分析器和動態分析器兩類。靜態分析器采用穩定不變的電磁場（電磁場隨時間改變，只是為了記錄質譜而不是分離原理所要求的），并且按照空間位置把不同質量（m/e）的離子分開。屬于這一類的儀器有單聚焦磁場分析器和雙聚焦磁場分析器。動態分析器采用變化的電磁場，按照時間或空間來區分質量不同的離子。屬于這一類的儀器有飛行時間質譜儀、四極濾質器等。第二十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一四極桿質量分析器由四根精密加工的電極桿以及分別施加于x、y方向兩組高壓高頻射頻組成的電場分析器。高壓高頻信號提供了離子在分析器中運動的輔助能量，只有符合一定數學條件的離子才能夠不被無限制的加速，從而安全的通過四極桿分析器。第二十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一離子阱離子阱質譜與四極桿質譜同樣利用了離子在射頻電場的運動特性。用高頻交流電把離子限制在離子阱里，然后用離子的特征電壓分別將其推出離子阱，到檢測器檢測。離子阱質量分析器具有結構簡單和對真空度要求低等特點，因而成為制造小型質譜儀的首選.第二十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一飛行時間質譜這種質譜儀的質量分析器是一個離子漂移管，由離子源產生的離子加速后進入無場漂移管，并以恒定速度飛向離子接收器。離子質量越大，到達接收器所用時間越長，離子質量越小，到達接收器所用時間越短，根據這一原理，可以把不同質量的離子按m/z值大小進行分離。第二十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一第二十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一真空系統質譜儀器中凡有樣品分子和離子的地方必須抽成真空狀態，即質譜儀的離子源、質量分析器及檢測系統都必須處于真空狀態下工作（一般為1.333×10-4～1.333×10-6Pa

）。質譜儀的真空系統要求殘余氣體中不能留有對測定不利的氣體成分，否則：空氣中的氧會燒壞離子源的燈絲；會引起額外的離子－分子反應，使質譜復雜化;且干擾離子源中電子束的正常調節，影響儀器的分辨率；真空度低會使本底增高，干擾質譜圖。第二十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一質譜儀種類有機質譜儀：

①

氣相色譜-質譜聯用儀（GC-MS）在這類儀器中，由于質譜儀工作原理不同，又有氣相色譜-四極質譜儀，氣相色譜-飛行時間質譜儀，氣相色譜-離子阱質譜儀等。

②液相色譜-質譜聯用儀（LC-MS）。同樣，有液相色譜-四極質譜儀，液相色譜-離子阱質譜儀，液相色譜-飛行時間質譜儀，以及各種各樣的液相色譜-質譜-質譜聯用儀。

③

其他有機質譜儀基質輔助激光解吸飛行時間質譜儀（MALDI-TOFMS）；傅立葉變換質譜儀（FT-MS）。第二十七頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一質譜儀種類無機質譜儀包括：①火花源雙聚焦質譜儀。②感應耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）。③二次離子質譜儀（SIMS）。同位素質譜儀氣體分析質譜儀主要有呼氣質譜儀，氦質譜檢漏儀等。除上述分類外，還可以根據質譜儀所用質量分析器的不同，把質譜儀分為雙聚焦質譜儀、四極桿質譜儀、飛行時間質譜儀、離子阱質譜儀、傅立葉變換質譜儀等。第二十八頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一質譜：純物質結構分析色譜：化合物分離色譜-質譜聯用：共同優點GC-MS；LC-MS；CZE-MS困難點：載氣(或流動液)的分離；出峰時間監測；儀器小型化；關鍵點：接口技術(分子分離器)色譜－質譜聯用第二十九頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一GC-MS氣質聯用第三十頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一要使氣相色譜和質譜儀器聯用，首先要解決的問題是氣壓問題。色譜柱出口壓通常是常壓，而質譜儀在正常工作壓力是高真空，故二者無法相接。必須采用一個連接器，用來除去載氣，以降低氣相色譜流出物的氣壓并富集試樣，以達到質譜儀的工作要求。如果色譜儀使用填充柱，必須經過一種接口裝置——分子分離器，將色譜載氣去除，使樣品氣進入質譜儀；如果色譜儀使用毛細管柱，則可以將毛細管直接插入質譜儀離子源，因為毛細管載氣流量比填充柱小很多，不會破壞質譜儀真空。第三十一頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一在GC/MS分析中，常用的離子源有電子轟擊離子源（EI），化學電離源（CI），EI/±CI復合源，場致電離源（FI），大氣壓化學電離源（APCI）等。第三十二頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一儀器結構色譜-四極桿質譜儀結構示意圖第三十三頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一LC-MS液質聯用大多數高效液相色譜的組分是非揮發性的或熱分解性的，這使得由液相轉化為氣相的任務更具有挑戰性，尤其是要保證組分的完整性。最常用的三種連接方式是熱噴霧(TSP）法、電噴霧（ESI）法和大氣壓電離（APCI）法。第三十四頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一

液質聯用流程圖第三十五頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一LC-MS分析條件的選擇電離源的選擇ESI和APCI在實際應用中表現出它們各自的優勢和弱點。ESI適合于中等極性到強極性的化合物分子，特別是那些在溶液中能預先形成離子的化合物和可以獲得多個質子的大分子（蛋白質）。只要有相對強的極性，ESI對小分子的分析常常可以得到滿意的結果。APCI不適合多電荷的大分子分析，它的優勢在于非極性或中等極性的小分子的分析。第三十六頁，共三十九頁，編輯于2023年，星期一①電離方式

ESI采用離子蒸發方式使樣品分子電離，而APCI電離是放電探針促使溶劑和其它反應物電離、碰撞及電荷轉移等方式形成了反應氣等離子區，樣品分子通過等離子