色譜質譜聯用第一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三1授課內容色譜技術質譜技術氣相色譜-質譜聯用技術第二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三2概述

色譜：化合物分離質譜：純物質結構分析色譜-質譜聯用：結合共同優點GC-MS；LC-MS；CE-MS關鍵點：接口技術第三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三3色譜法由俄國植物學家茨維特分離植物色素時采用。將植物葉子的萃取物倒入填有碳酸鈣的直立玻璃管內，加入石油醚使其自由流下，結果色素中各組分互相分離形成各種不同顏色的譜帶，因此得名為色譜法。以后此法逐漸應用于無色物質的分離，“色譜”二字雖已失去原來含義，但仍被人們沿用至今。一色譜技術第四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三4色譜的原理定義：色譜是一種把混合物中多組分分離的實驗技術。即利用物質的物理化學性質建立的分離分析方法。實質：分離目的：定性或定量分析從20世紀30年代始第五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三5固定相和流動相

填入玻璃管或不銹鋼管內靜止不動的一相（固體或液體）稱為固定相；自上而下運動的一相（一般是氣體或液體）稱為流動相；裝有固定相的管子（玻璃管或不銹鋼管）稱為色譜柱。當流動相中樣品混合物經過固定相時，就會與固定相發生作用，由于各組分在性質和結構上的差異，與固定相相互作用的類型、強弱也有差異，因此在同一推動力的作用下，不同組分在固定相滯留時間長短不同，從而按先后不同的次序從固定相中流出。第六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三6按分離機理分類分配色譜：利用在流動相和固定相中分配系數的不同分離；吸附色譜：利用物理吸附性能的差異分離；離子交換色譜：利用離子交換能力的差別分離；空間排阻色譜：利用排阻作用力的不同分離…在常用的色譜中，常是幾種分離機制共同作用的結果。注意第七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三7第八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三8色譜法的流出曲線及有關術語第九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三9色譜峰所能提供的重要信息1樣品中所含組分的最少個數2保留值---定性分析3色譜峰面積（或峰高）---定量分析4色譜峰的保留值和區域寬度---評價色譜柱的分離效能5根據相鄰色譜峰之間的距離來選擇合適的色譜分離條件第十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三10

二質譜技術

質譜分析法是通過對被測樣品離子質荷比（m/z）的測定來進行分析的一種方法。被分析的樣品首先要離子化，然后利用不同離子在電場或磁場運動行為的不同，把離子按m/z分開而得到質譜，并得到樣品的定性定量結果。

第十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三112.1質譜的發展40年代同位素測定和無機元素分析50年代有機物分析60年代氣相色譜-質譜聯用80年代新的質譜技術接口技術（基質輔助激光解吸電離源，電噴霧電離源，大氣壓化學電離源）新質譜儀（液相色譜-質譜聯用儀，富立葉變換質譜儀等）目前質譜分析法已廣泛地應用于化學、化工、材料、環境、藥物、刑偵、生命科學、運動醫學等各個領域。1911年

世界第一臺質譜裝置（J.J.

Thomson）70年代計算機技術引入第十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三12◆質譜不屬波譜范圍；◆質譜圖與電磁波的波長和分子內某種物理量的改變無關；◆質譜是分子離子及碎片離子的質量與其相對強度的譜,譜圖與分子結構有關；◆質譜法進樣量少,靈敏度高,分析速度快；◆質譜法可提供分子量,確定分子式。

2.2質譜特點第十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三13

質譜儀是通過對樣品電離后產生的具有不同的m/z的離子來進行分離分析的。

質譜儀包括進樣系統、電離系統、質量分析系統和檢測系統。

2.3質譜儀的基本結構計算機數據處理系統真空系統加速區進樣系統離子源質量分析器檢測器

第十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三14質譜儀的離子產生及經過系統必須處于高真空狀態。若真空度過低，則會造成離子源燈絲損壞、本底增高、圖譜復雜化、干擾離子源的調節、加速極放電等問題。一般質譜儀都采用機械泵預抽真空后，再用高效率擴散泵連續地運行以保持真空。現代質譜儀采用分子泵可獲得更高的真空度。2.3.1真空系統二級真空系統！第十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三15真空系統為早期的維護反饋提供數字化控制雙分子渦輪泵可快速抽真空和進行穩定操作第十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三16

進樣系統目的是高效重復地將樣品引入到離子源中并且不能造成真空度的降低。進樣方式：1直接進樣2儀器聯用的進樣（GC、LC、CE）2.3.2進樣系統第十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三17離子源的作用是將欲分析樣品電離，得到帶有樣品信息的離子。2.3.3離子源Note：質譜檢測的是離子；離子源=接口第十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三18電子轟擊電離ElectronImpactIonization,EI化學離子化ChemicalIonization,CI場電離，場解吸FieldIonizationFI,FieldDesorptionFD快原子轟擊FastAtomBombardment,FAB基質輔助激光解析電離Matrix-AssistedLaserDesorptionIonization,MALDI電噴霧電離ElectrosprayIonization,ESI大氣壓化學電離AtmosphericPressureChemicalIonization,APCI離子化方法第十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三19電子轟擊電離EIEI源應用最為廣泛，它主要用于揮發性樣品的電離。

原理：由GC或直接進樣桿進入的樣品，以氣體形式進入離子源，由燈絲發出的電子與樣品分子發生碰撞使樣品分子電離。所有的標準質譜圖都是在70eV下做出的。有機物分子可能被打掉一個電子形成分子離子，也可能會發生化學鍵的斷裂形成碎片離子。由分子離子可以確定化合物分子量，由碎片離子可以得到化合物的結構信息。第二十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三20第二十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三21有些化合物穩定性差，用EI方式不易得到分子離子；為了得到分子量可以采用CI電離方式。特點：最強峰為準分子離子；譜圖簡單；不適用難揮發試樣；++氣體分子試樣分子+準分子離子電子(M+1)+;(M+17)+;(M+29)+;化學電離（CI）第二十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三22化學電離CI反應氣體可以是甲烷、異丁烷、氨等。以CH4為例：CI源工作過程中要引進一種反應氣體。氣體經過電子轟擊，產生離子，再與試樣相互碰撞，產生準分子離子。第二十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三23M+CH5+→[MH]+

+CH4

M+C2H5+→[MH]++C2H4

M+C2H5+→[MH]++C2H6

加合離子與樣品分子反應：準分子離子[QM]+

生成的[M+H]+和[M-H]+比樣品分子M多一個H或少一個H，稱為準分子離子。化學電離源是一種軟電離方式，有些用EI方式得不到分子離子的樣品，改用CI后可以得到準分子離子，因而可以求得分子量。第二十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三24場致電離特點：強電場將分子中拉出一個電子；分子離子峰強；碎片離子峰少；不適合化合物結構鑒定；陽極+++++++++++++陰極d<1mm不足：要求樣品分子處于氣態，靈敏度不高，應用逐漸減少。以場電離FieldIonization（FI）為例第二十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三25快原子轟擊（FAB）

氬氣在電離室依靠放電產生氬離子，高能氬離子經電荷交換得到高能氬原子流，氬原子打在樣品上產生樣品離子。電離過程中不必加熱氣化，因此適合于分析大分子量、難氣化、熱穩定性差的樣品。例如肽類、低聚糖、天然抗生素等。FAB源主要用于磁式雙聚焦質譜儀FAB是目前廣泛使用的軟電離技術，得到的質譜不僅有較強的準分子離子峰，而且有較豐富的結構信息。第二十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三26

MALDI可使熱敏感或不揮發的化合物由固相直接得到離子。

待測物質的溶液與基質的溶液混合后蒸發，使分析物與基質成為晶體或半晶體，用一定波長的脈沖式激光進行照射時，基質分子能有效的吸收激光的能量，使基質分子和樣品分子進入氣相并得到電離。

MALDI適用于生物大分子，如肽類，核酸類化合物。可得到準分子離子峰，碎片離子和多電荷離子較少.基質輔助激光解析電離(MALDI)第二十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三27ESI是近年來出現的一種新的電離方式。它主要應用于液相色譜-質譜聯用儀。流出液在高電場下形成帶電噴霧，在電場力作用下穿過氣簾；從而霧化、蒸發溶劑、阻止中性溶劑分子進入后端檢測。電噴霧電離（ESI）第二十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三28

ESI是一種軟電離方式，即便是分子量大，穩定性差的化合物，也不會在電離過程中發生分解，它適合于分析極性強的有機化合物。ESI的最大特點是容易形成多電荷離子。目前采用電噴霧電離，可以測量大分子量的蛋白質。第二十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三29大氣壓化學電離源(APCI)

APCI噴嘴的下游放置一個針狀放電電極，通過放電電極的高壓放電，使空氣中某些中性分子電離，產生H3O+，N2+，O2+

和O+

等離子，溶劑分子也會被電離，這些離子與分析物分子進行離子-分子反應，使分析物分子離子化。CoronaNebulizer

APCIHPLCinlet+++++第三十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三30APCI主要用來分析中等極性的化合物。有些分析物由于結構和極性方面的原因，用ESI不能產生足夠強的離子，可以采用APCI方式增加離子產率，可以認為APCI是ESI的補充。APCI主要產生的是單電荷離子，很少有碎片離子，主要是準分子離子。

以上兩種電離源主要用于液相色譜-質譜聯用儀。第三十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三31各種離子源的相對適用性第三十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三32◆質量分析器是質譜儀的核心,質量分析器的作用是將離子源產生的離子按m/z順序分開并排列。

◆不同類型的質量分析器構成不同類型的質譜儀。

◆不同類型的質譜儀其功能，應用范圍，原理，實驗方法均有所不同。

2.3.4質量分析器

第三十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三33單聚焦磁場分析器在一定的B、V下，不同m/z的離子其R不同，由離子源產生的離子，經過分析器后可實現質量分離。離子進入分析器后，由于磁場的作用，其運動軌道發生偏轉改作圓周運動。其運動軌道半徑R可由下式表示：

上式中，m-離子質量Z-離子電荷量V-離子加速電壓B-磁感應強度第三十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三34單雙聚焦質譜儀體積大；色譜-質譜聯用儀器的發展及儀器小型化（臺式）需要體積小的質量分析器：四極桿質量分析器飛行時間質量分析器離子阱質量分析器體積小，操作簡單；分辨率中等；第三十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三35四極桿質量分析器

四極桿質譜結構簡單，價廉，體積小，易操作，掃描速度快，適合于GC-MS,LC-MS。

+ElectronBeamABCSampleinIonBeam第三十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三36飛行時間質譜儀（TimeofFlightMS,TOF-MS）

TOF-MS的核心部分是一個無場的離子漂移管；

加速后的離子具有相同的動能

m/z小的離子，漂移運動的速度快，最先通過漂移管;m/z大的離子，漂移運動的速度慢，最后通過漂移管。適合于生物大分子，靈敏度高，掃描速度快，結構簡單，分辨率隨m/z的增大而降低。

第三十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三37

FT-MS的核心為分析室，分析室由三對平行的極板構成。磁力線沿z軸方向，離子的回旋運動垂直于z軸，在與x軸方向垂直的兩極板上施加激發射頻，在與y軸方向垂直的兩極板上檢測信號。(FourierTransformioncyclotronresonanceMassSpectrometer,FTICR-MS)

傅立葉變換離子回旋共振質譜儀第三十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三38離子阱質量分析器特定m/z離子在阱內一定軌道上穩定旋轉，改變端電極電壓，不同m/z離子飛出阱到達檢測器；第三十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三392.3.5檢測系統

質量分析器分離并加以聚焦的離子束，按m/z的大小依次通過狹縫，到達收集器,經接收放大后被記錄。第四十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三40

質譜儀的檢測主要使用電子倍增器，也有的使用光電倍增管。由倍增器出來的電信號被送入計算機儲存，這些信號經計算機處理后可以得到色譜圖，質譜圖及其它各種信息。第四十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三412.4質譜術語

基峰：

RI100,

質荷比：

m/z,z=1,z=2;

m的計算：組成離子的各元素同位素的質子和中子之和。

精確質量:基于天然豐度最大的同位素的精確原子量如：

1H1.007825、12C12.000000、14N14.003074、16O15.994915·····精確度與質譜計的分辨率有關。

第四十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三42m/z豐度基峰:

譜圖中最強的離子[M+H]+假分子離子或準分子離子A+1A+2來源于自然界中同位素{橫坐標為離子的質荷比，縱坐標為離子相對強度或相對豐度。質譜圖第四十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三43原子質量相對豐度質量相對豐度質量相對豐度分類氫1.0078100A碳12.000010013.00341.1A+1氮14.003110015.00010.37A+1氧15.9949

10017.99920.2A+2氟18.9984100A硅27.976910028.98655.129.97383.4A+2磷30.9738100A硫31.972010032.97150.833.96794.4A+2氯34.998910036.965932.5A+2溴78.918310080.916398A+2碘126.9045100A鈉 22.9898100A鉀38.96371000.0140.96187.2A+2原子定義第四十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三44分子離子:M+·,M-e→M+·

z=1時，其m/z等于天然豐度最大的同位素的原子量之和。碎片離子：廣義上指除分子離子以外的所有離子。母離子與子離子：任何一個離子進一步裂解為質荷比較小的離子，前者是后者的母離子或前體離子，后者是前者的子離子。質譜中的離子準分子離子：[M+H]+,[M-H]-第四十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三45

奇電子離子OE+·：帶單電荷的離子，如M+·,A+·,C+····在質譜解析中，奇電子離子很重要，因質荷比較小的奇電子離子是由質荷比較大的奇電子離子裂解生成的。偶電子離子EE+：帶雙電荷的離子，如B+,D+,E+,···

多電荷離子：如z=2的離子，存在于穩定的結構中。

重排離子：經過重排，斷裂一個以上化學鍵所生成的離子。第四十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三46三氣相色譜-質譜聯用技術氣相色譜法是一種分離揮發性有機混合物很好的方法，但它定性能力較差，特別是遇到分析完全未知的欲定性組分，就更困難了。GC/MS儀集氣相色譜及質譜的所長，分離、定性一氣呵成。目前從事檢驗、有機物分析的實驗室幾乎都把GC/MS作為主要的定性確認手段之一。第四十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三47GC-MS聯用儀器

hyphenatedtechnologyofGC-MSSampleSample

58901.0DEG/MINHEWLETTPACKARDHEWLETTPACKARD5972AMassSelectiveDetectorDCBA

ABCDGasChromatograph(GC)MassSpectrometerSeparationIdentificationBACDADBCMS第四十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三48儀器結構色譜-四極桿質譜儀結構示意圖第四十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三49GC-MS得到的信息

總離子色譜圖的橫坐標是出峰時間,縱坐標是峰高。圖中每個峰表示樣品的一個組份,由每個峰可以得到相應化合物的質譜圖。峰面積和該組份含量成正比,可用于定量。

總離子色譜圖（TIC）第五十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三50得到質譜圖后可以通過計算機檢索對未知化合物進行定性。檢索結果可以給出幾個可能的化合物。并以匹配度大小順序排列出這些化合物的名稱、分子式、分子量和結構式等。使用者可以根據檢索結果和其它的信息，對未知物進行定性分析。目前的GC-MS聯用儀有幾種數據庫。應用最為廣泛的有NIST庫和Willey庫，前者目前有標準化合物譜圖13萬張，后者有近30萬張。此外還有毒品庫，農藥庫等專用譜庫。庫檢索

第五十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三51

氣/質聯用是解決復雜樣品全組分定性定量分析的有力工具。在分析檢測和研究的領域中起著越來越重要的作用，特別是在有機化合物常規檢測工作中幾乎成為一種必備的手段。如石化、化工、食品、環保、藥物研究、生產、質控以及進出口許多領域的眾多環節中都要用到GC/MS；法庭醫學中各類案件的現場采集物分析（嘔吐液、血液等）、毒藥、毒品檢驗與鑒定；甚至體育競技運動中，國際公認用GC/MS對運動員進行興奮劑檢測數據可靠。氣/質聯用的應用第五十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三52

ExcellencethroughEvolution四液相色譜-質譜聯用儀第五十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三53安捷倫液相色譜/離子阱質譜系統在線真空脫氣機

二元或四元梯度液相泵

自動進樣器

柱溫箱二極管陣列檢測器第五十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三54安捷倫1100系列LC/MSD:易懂,易用,圖型化的液相和質譜控制及分析軟件第五十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三55LC-MS(四極桿)聯用儀器結構示意圖第五十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三56LC-MS(離子阱)聯用儀器結構示意圖第五十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三57安捷倫的專利技術交叉直角噴霧接口++++++++

提高靈敏度減少污染降低毛細管被堵塞對非揮發性緩沖液的忍耐能力強++++++++++++++++++++++HeatednitrogendryinggasDielectriccapillaryentranceNebulizergasSolventsprayElectrosprayIons-5,000V第五十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三58大氣壓化學離子源(APCI)電噴霧離子源(ESI)第五十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三59大氣壓光離子化源

(APPI)新的大氣壓離子化技術使用紫外光代替corona放電方法進行氣態化合物離子化采用高輸出通量的氣體放電管輸出紫外光CapillaryHPLCinletNebulizerVaporizer(heater)hDryinggas+++++++UVLamp第六十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三60多環芳烴的液質分析結果第六十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三61哪一種檢測模式最好?不知道要分析的化合物的性質是酸性或堿性要分析的化合物中同時包含酸性和堿性化合物酸性和堿性化合物的濃度不同第六十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三62離子阱的核心環電極(ringelectrode):781KHz0-12,000Vpp–質譜分析用端帽（endcaps):0-781KHz0-20Vpp–用來做質譜分離，CID，在質譜分析中的非線形共振噴射為了捕集、CID和提高質譜分辨率，阱里的氦氣通過碰撞來減弱離子的運動第六十三頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三63離子阱中碰撞誘導分解(CID)的變量碎裂電壓:作用于帽端的電壓(通常~1V)增加離子的動能，其頻率為分離離子的共振頻率碎裂時間:碎裂電壓作用的時間(通常~20ms)碰撞氣:氦氣是碰撞氣第六十四頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三64調節碎裂電壓使CID最大

碎裂電壓有一個電壓范圍(例如0.3–3V)。在此范圍內波動，確保所有的離子在碎裂時間內(例如20ms)都經過CID，(注意碎裂較電壓波動快，因此離子在碎裂之前不會被噴射出。)

碎裂電壓相對強度電壓太高-離子在CID之前噴射出電壓太低-沒有足夠的動能使離子碎裂第六十五頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三65離子阱上MSn

能力什么是

MSn

?該方式是表明多級離子分離和碎裂步驟可產生離子質譜圖。n=分離和碎裂步驟數目，最小是1（最后一步是全掃描).e.g.MS3意義1)一個母離子的分離和碎裂2)由前級碎裂得到的子離子的分離和碎裂3)全掃描質譜分析第六十六頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三66MS3的圖解

累積第一級離子分離第一級離子碎裂第二級離子分離第二級離子碎裂第三級質譜分析MassA+A1+A2+A3+A4+A2+A11+A21+A31+A41+A11+A21+A31+A41+MS1MS2MS3第六十七頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三67MS5范例第六十八頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三68在高階MSn信號水平的損失假設每一步碎裂產生3個強度相同的離子第六十九頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三69Agilent1100LC/MSTRAP應用范圍在蛋白質及多肽分析中的應用在天然產物分析中的應用在農藥合成及農藥殘留分析中的應用在染料(如偶氮染料)分析中的應用;表面活性劑分析中的應用;在高分子添加劑分析中應用在雙酚A,壬基酚及表面活性劑分析中的應用在食品中獸藥殘留和毒素分析中的應用在食品及飲用水中農藥殘留檢測中的應用天然產物分析或中草藥的品質控制化妝品中違禁激素的測定保健食品中違禁藥物的檢測第七十頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三70電噴霧正離子模式,全掃描法莫替丁(Famotidine)中的雜質分析min1250000100000150000200000m/z=338m/z=315250300350400800315.2317.3502002503003501000020000189.2259.3[M+H]338.2+[M+Na]360.3+SNNH2NNH2SNNH2SOONH2第七十一頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三71苯二氮卓類（Benzodiazepines）的分析0.501.001.502.002.503.003.504.004.505.005.506.006.507.0040000080000012000001600000200000024000002800000Time-->Abundance0.651.462.623.363.593.934.104.444.635.126.50UV0.501.001.502.002.503.003.504.004.505.005.506.006.507.004000080000120000160000200000240000280000Time-->Abundance1.462.613.353.603.924.084.434.635.096.49ESTIC三唑(Triazolam)安定(Diazepam)12.5ng/component第七十二頁，共八十五頁，編輯于2023年，星期三72其中兩個峰的質譜圖TRIAZOLAMMW=342DIAZEPAMMW=284Abundance343.214016018020022024026028030032034036038040020004000600080001000012000m/z-->