2 质谱数据的获得与转换1
质谱数据处理
GC-MS数据处理系统一、GC-MS数据的处理GC-MS以其优异的分离定性特点，被广泛地应用于分析复杂混合物中的挥发性组分。
然而，其质谱图会包含一些来自于离子源污染物、柱流失物、基质干扰物所产生的离子，导致定性准确性降低。
在分析复杂基质中的痕量物质时，这一现象尤为突出。
例如，在食品中农药多残留的分析中，为了确保各种极性的农药都有很好的回收，样本中的基质都会不可避免地被引入检测过程中，对目标化合物的质谱图产生严重的干扰。
同时某些保留时间相近的化合物的质谱图也会叠加在一起，相互干扰。
这些问题的存在使农药确认变得更为困难。
因此，通过对质谱数据的后处理，将目标化合物的质谱图从原始谱图中提取出来，根据新建的“纯净”的质谱图对目标化合物进行确证将更有实际应用的价值。
通常提取“纯净”的质谱图的方法是扣除“本底”的方法，主要过程为从目标化合物的质谱图中减去其周围本底的质谱图。
然而其效果只能去除那些相对丰度较低的本底干扰离子（例如柱流失物所产生的碎片离子）。
对于丰度较高的共流出物及复杂基质干扰物的离子，扣“本底”的方法无能为力。
为了能够达到更好的“净化”效果，化学计量学的方法被应用于质谱数据后处理中，通过数学计算对质谱数据进行退卷积处理，以提取“纯净”的质谱图。
这里，基于美国国家标准技术研究院(NIST)开发的一套软件AMDIS(Automated Mass Spectral Deconvolution & Identification System)，对质谱数据的处理分为三个部分：1、噪声分析（Noise Analysis）：对数据文件的噪声进行分析，从中提取意义的特征离子，从而排除噪音对后续工作的干扰。
即从数据文件中提取信号特征，供随后的噪声处理及阈值设定之用。
2、化学成分扫描（Component Perception）：对整个数据文件进行分析，扫描每个化合物色谱峰以检测其模型离子（Model Peak）及其峰形。
质谱分析
第二章
质谱分析法
●1918年 J.Dempster（捷· 丹普斯特）和 1919年 F.W.Aston（弗· 阿斯顿）制造 胡· 了第一台质谱计，用于测定同位素和摩 尔质量。理论创建研究工作阶段 ●1935年（Worldwar Ⅱ）Tayler（泰勒） 用改进的阿斯顿仪器开始研究有机质谱; ●1940年 CEC（美国联合电力公司）生产 出有机质谱仪（CEC-21-101型质谱计）;
R-CH2·CH2-X+ · ·
奇电子离子
均裂
R-CH2· +CH2=X+
自由基 偶电子离子
●奇电子离子的化学键断裂产生一个自由基和一 个偶电子离子。
第二章
+· O 均裂 C OH -· OH
质谱分析法
表示电子转移。
+ O C
b. 异裂（heterolysis）：构成键的两个电子向
同一个方向转移而断裂。用
异裂
+
- CO
m/z122
m/z105
m/z77
●偶电子正离子键的异裂产生另一个偶电子正离 子和一个中性分子。
第二章
质谱分析法
c. 半异裂（half- heterolysis）：已失去一 个电子的化学键断裂时，只发生一个电 子的单向转移。
半异裂 · R-CH2+ CH2-R′ R-CH2· +CH2-R′ +
M:M+2:M+4:M+6:M+8=1:4:6:4:1
·· ·· ·· ●各峰的强度比符合帕斯克三角形的规律。
第二章
●溴乙烷的MS图
质谱分析法
m/z
第二章
质谱分析法
（3） 碎片离子峰（fragment ion peak） 例如：CH -e CH + CH ++ H·
蛋白质质谱的分析
蛋白质质谱的分析蛋白质是生物体中含量最高，功能最重要的生物大分子，存在于所有生物细胞，约占细胞干重质量的50%以上。
随着生命科学及生物技术的迅速发展，生物质谱目前已成为有机质谱中最活跃，最富生命力的前沿研究领域之一。
本文简要综述了肽和蛋白质等生物大分子质谱分析的特点，方法及蛋白质质谱分析的原理，方式和应用，并对其发展前景作出展望。
1 质谱分析的特点与方法1.1 质谱分析具有很高的灵敏度，能为亚微克级试样提供信息，能最有效地与色谱联用，适用于复杂体系中痕量物质的鉴定或结构测定，同时具有准确性、易操作性、快速性及很好的普适性。
1.2 质谱分析的方法质谱分析的软电离技术主要有下列几种：（1）电喷雾电离质谱；（2）基质辅助激光解吸电离质谱；（3）快原子轰击质谱；（4）离子喷雾电离质谱；（5）大气压电离质谱。
以前三种近年来研究最多，应用也最广泛。
2 蛋白质的质谱分析2.1 蛋白质的质谱分析原理原理是通过电离源将蛋白质分子转化为气相离子，然后利用质谱分析仪的电场、磁场将具有特定质量与电荷比值（M/Z值）的蛋白质离子分开来，经过离子检测器收集分离的离子，确定离子的M/Z值，分析鉴定未知蛋白质。
2.2 蛋白质和肽的序列分析现有的肽和蛋白质测序方法包括N末端序列测定的化学方法Edman法、C末端酶解方法、C末端化学降解法等，这些方法都存在一些缺陷。
在这种背景下，质谱由于很高的灵敏度、准确性、易操作性、快速性及很好的普适性而倍受科学家的广泛注意。
在质谱测序中，灵敏度及准确性随分子量增大有明显降低，所以肽的序列分析比蛋白质容易很多。
近年来随着电喷雾电离质谱（ESI）及基质辅助激光解吸质谱（MALDI）等质谱软电离技术的发展与完善，极性肽分子的分析成为可能，检测限下降到fmol级别，可测定分子量范围则高达100000Da，目前基质辅助的激光解吸电离飞行时间质谱法（MALDI TOP MS）已成为测定生物大分子尤其是蛋白质．多肽分子量和一级结构的有效工具，也是当今生命科学领域中重大课题――蛋白质研究所必不可缺的关键技术之一，目前在欧洲分子生物实验室（EMBL）及美国、瑞士等国的一些高校已建立了MALDI TOP MS蛋白质一级结构（序列）谱库，能为解析FAST谱图提供极大的帮助，并为确证分析结果提供可靠的依据。
质谱分析
T = L(m / 2eU )
T∝m
1/ 2
1/ 2
特点：扫描速度快；不需电场、磁场 分辨率低
23
5、离子回旋共振分析器Ion Cyclotron Resonance，ICR 分离原理：采用交变磁场--射频场供能 ，改变离子运动 半径。不同的离子所匹配的交变磁场频率不同。改变电场 频率的扫描，获得不同 离子的相应信息。
质谱仪的分辨率：
故不能满足要求。
32
四、质谱分析基础
33
4.1 基本术语 1、电子离子的表示方法：
2、氮律： 有机化合物分子中，含有偶数个氮原子的分子量为偶 数，含有奇数个氮原子分子量为奇数。
34
3、化学键断裂方式 半异裂：离子的化学键开裂 X------Y+ → X+ + Y• 异裂：一个键裂开后，电子归属于一个碎片 X------Y → X+ + Y• • 均裂：一个键裂开，每个碎片上各保留一个电子 X------Y → X• + Y•
27
记录系统----质谱图 离子流，经检测器检测变成电信号，放大后由计算机 采集和处理后，记录为质谱图或用示波器显示。 质谱图表示方法： 棒图：是以质荷比（m/e ）为横坐标，以各 离子的 相对强度（也称丰度）为纵坐标构成。 把原始图上最强的离子峰定为基峰，并定其为相对强 度100%，其他离子峰以对基峰的相对百分值表示。每一条 直线代表一个 离子的质谱峰。
9
（三）离子源 作用：离子源的作用使样品离子化，并使离子汇聚成具有 一定形状和能量的离子束。 是质谱仪的心脏。离子源的结构和性质对质谱仪的分辨 率、灵敏度影响很大。 离子源类型： 电子轰击，化学电离、火花电离、ICP离子源等。 最常用的是电子轰击离子源
质谱法
质谱法质谱法是使待测化合物产生气态离子，再按质荷比（m/z）将离子分离、检测的分析方法，检测限可达10-15～10-12mol数量级。
质谱法课提供分子质量和结构的信息，定量测定可采用内标法或外标法。
质谱仪的主要组成如图所示。
在由泵维持的10-3～10-6Pa真空状态下，离子源产生的各种正离子（或负离子），经加速，进入质量分析器分离，再由检测器检测。
计算机系统用于控制仪器，记录、处理并储存数据，党配有标准谱库软件时，计算机系统可以将测得的质谱与标准谱库中图谱比较，获得可能化合物的组成和结构信息。
一、进样系统样品导入应不影响质谱仪的真空度。
进样方式的选择取决于样品的性质、纯度及所采用的离子化方式。
1、直接进样室温常压下，气态或液态化合物的中性分子通过可控漏孔系统，进入离子源。
吸附在固体上或溶解在液态中的挥发性待测化合物可采用顶空分析法提取和富集，程序升温解吸附，再经毛细管导入质谱仪。
挥发性固体样品可置于进样杆顶端小坩埚内，在接近离子源的高真空状态下加热、气化。
采用解吸离子化技术，可以使热不稳定的、难挥发的样品在气化的同时离子化。
多种分离技术已实现了与质谱的联用。
经分析后的各种待测成分，可以通过适当的接口导入质谱仪分析。
2气相色谱-质谱联用（GC-MS）在使用毛细管气相色谱柱及高容量质谱真空泵的情况下，色谱流出物可直接引入质谱仪。
3液相色谱-质谱联用（LC-MS）使待测化合物从色谱流出物中分离、形成适合于质谱分析的气态分子或离子需要特殊的接口。
离子束（PBI）、移动带（MBI）、大气压离子化（API）是可用的液相色谱-质谱联用接口。
为减少污染，避免化学噪声和电离抑制，流动性中所含的缓冲盐或添加剂通常应用具有挥发性，且用量也有一定的限制。
（1）离子束接口液相色谱的流出物在去溶剂室雾化、脱溶剂后，仅待测化合物的中性分子被引入质谱离子源。
离子束接口适用于分子量小于1000的弱极性化合物的分析，测得的质谱可用由电子轰击离子化或化学离子化产生。
qtof原理
qtof原理
Q-TOF，即质谱时间转换（Quadrupole-Time-of-Flight）技术，是理论上分辨率极高的一种质谱分析技术，学术界也称它为“时间分辨质谱”或“质谱图”。
在科学研究中，Q-TOF技术常被用来快速进行定量精确的质谱图谱的分析，在食品安全检测、药品研发等应用中也得到了极大的成功。
Q-TOF 质谱分析技术的原理：
（1）离子产生：原组分经过离子源离子解离，离子源可选用离子化压力发射、气相离子化等方法，形成质谱测量有用离子。
（2）离子球杆降解：离子源输入到离子球杆内，离子球杆施加速度和径向加速，把原组分的离子分别转化为具有不同质量的中子，实现根据分子质量分离的目的。
（3）飞行时间测量：这些分散的离子被发射至时间分辨探测器，可以准确测量它们的到达时间，从而借助原子质量上的差异来计算每个分子（离子）的质量分数。
（4）质谱图谱解读：最终出来的质谱图谱，通过高度精确和良好的拟合，将质谱图谱的信息定量的映射在目标物中，从而完成组分的
鉴定。
Q-TOF质谱分析技术的优势：
1、高分辨率：Q-TOF技术的质谱分析能够提供比其他分析方法更高的质谱分辨率，使得准确的定量检测变得可行。
2、快速灵敏：Q-TOF技术的质谱分析具有极快的扫描速度，可以在极短的时间内进行大量的数据采集，从而节省大量的时间。
3、长期稳定性：Q-TOF质谱技术具有非常好的长期稳定性，它可以提供非常好的可靠性和重复性，更加精确地分析检测。
4、实用性：Q-TOF质谱技术可以在很多方面有用，如药物研究、食品检测等，可以实现精细的质谱图谱分析。
总结来看，Q-TOF技术具有高分辨率、快速灵敏、长期稳定性及实用性的特点，在质谱分析领域具有不可替代的作用。
大专本科分析化学第十六章质谱法
3.快原子轰击源
（fast atom bombardment ionization source，FAB）
• 气体在电离室依靠放电产生离子，高能氩离子经电荷交 换得到高能氩原子流，氩原子打在样品上产生样品离子。 样品置于涂有底物（如甘油）的靶上。靶材为铜，原子 氩打在样品上使其电离后进入真空，并在电场作用下进
离子阱质量分析器
离子阱由一环形电极 上下各一端罩电极构成
• 以端罩电极接地，在环电极上施以变化的射频电压，此时
处于阱中具有合适的m/z的离子将在环中指定的轨道上稳
定旋转，若增加该电压，则较重离子转至指定稳定轨道， 而轻些的离子将偏出轨道并与环电极发生碰撞。当电离源 产生的离子由上端小孔进入阱中后，射频电压开始扫描， 陷入阱中离子的轨道则会依次发生变化而从底端离开环电 极腔，从而被检测器检测。
入分析器。
质量分析器
+
+
原子束 + + + 快原子枪 样品靶 二次离子束
快原子轰击质谱示意图
FAB工作原理
FAቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ源的优缺点 • 优点：
（1）广泛应用的软电离技术，易得到较强的分子离子或准 分子离子，由此获得化合物分子量的信息。
（2）在离子化过程中样品无需加热汽化，离子化能力强，
对强极性、 难汽化的化合物也能电离，故适合于热 不稳定、强极性分子、生物分子及配合物的分析。
状和能量的离子束进入质量分析器。
电离模式 • 硬电离方法：能给样品较大能量的电离方法。
• 软电离方法：给样品较小能量的电离方法，适用于易破
裂或易电离的样品。
1.电子轰击源（electron impact source，EI）
组成
质谱操作
质谱操作在使用液质进行分析的过程中1.如果分析的是生物样品，那么生物样品中的基质可能会增强或者抑制其响应，从而对我们影响我们检测，这就是基质效应；2.如果我们的线性范围很宽，ULOQ很高，那么在分析完ULOQ后，可能在系统中残留一些待测物，这样就会对低浓度的检测有影响，这就是Carry over；3.我们进行MRM或者SRM检测时，不同的离子通道间可能存在相互干扰的现象，这就是Cross-talk。
1）基质效应大概用质谱的朋友都遇到过基质效应的影响吧．用基质溶液配制标准曲线或用基质溶液配制一定浓度的标准溶液对检测结果进行校正是一种方法，这种方法在一些检测标准方法中也提到．但在实际检测中，发现即使是同一种基质的不同样品，产生的基质效应也会有不同，有时甚至是相反的．所以更有效的方法还是尽量采用有效的净化方法，如SPE、液液萃取、GPC、冷冻离心等。
2）Carry over在实际检测中有遇到。
个人觉得对于不同情况的残留应当采取不同的方法来处理。
就残留的影响程度来看，对于程度较权的残留，如只是对后一针样品有影响，可以采用穿插空白分析的方法来避免。
一般情况下我们在标准曲线进样后都会进一针空白。
但对于较严重的空白，则就需要对系统进行一些清洗了。
就残留的部位分可分为仪器部件和管路的残留及色谱柱中的残留。
对于存在于仪器管路和部件（如进样器）的残留，可将流动相换为异丙醇与水的混合溶液（1：1），并在进样瓶中也装入足够多的相同溶液，连续进样20针左右，一般就可以去除。
若是残留在色谱柱中，则需要针对残留物的性质，选用合适的方法对色谱柱进行清洗，而且最好换用一根更适合的色谱柱。
3）Cross-talk曾经遇到过。
一般情况下，即使两化合物的母离子相同，其子离子也不会完全相同，采用MRM方式，可尽量选用不同的子离子进行分析。
但若母离子、子离子、保留时间均相同，则可能是需要改换色谱柱或流动相，看是否可以在液相分离上寻求一些帮助了1.定期震气，更换机械泵油、滤网，必要时仪器除尘等。
利用质谱仪测量物质分子质量的实验步骤
利用质谱仪测量物质分子质量的实验步骤质谱仪是一种重要的分析仪器，常用于测定物质的分子质量。
它通过测量物质中离子的质荷比，来推断物质分子的质量。
本文将介绍利用质谱仪测量物质分子质量的实验步骤。
一、实验前准备在进行实验前，需要进行一系列的准备工作，以确保实验的准确性和顺利进行。
1. 样品准备：选择待测物质，并将其制备成气体或溶液的形式。
如果物质是固体，需要先将其转化为气体或溶解于合适的溶剂中。
2. 准备质谱仪：打开质谱仪，并确保仪器处于正常工作状态。
校准所需的电压和电流，以及调整过滤器和检测器的位置和参数。
3. 仪器背景校正：在测量之前，进行仪器背景校正。
关闭进样源，让质谱仪进行空白背景扫描，以消除仪器自身的影响。
二、进样与分析实验中的进样与分析过程是关键的步骤，它决定了测量的准确性和可靠性。
1. 进样方式：根据实验需要，选择质谱仪的进样方式。
常用的进样方式包括直接进样、静电萃取、气相色谱和液相色谱等。
2. 进样量控制：根据待测物质的特性和仪器的要求，确定进样量，并使用进样针或进样器将样品引入质谱仪。
注意避免样品的污染和损失。
3. 离子化方式：选择适合的离子化方式，将样品转化为离子形式。
常见的离子化方式有电子轰击、化学离子化和光解离等。
4. 质谱分析：开启质谱仪的分析模式，收集样品离子质荷比的信号。
可以通过调整仪器的参数和运行时间来优化信号的强度和分辨率。
三、数据处理与结果分析实验结束后，需要对采集到的离子质荷比信号进行处理和分析，得出物质的分子质量。
1. 数据导出：将质谱仪中收集到的数据导出，保存到计算机中。
常用的数据格式包括ASCII格式和原始质谱图像文件。
2. 数据处理：使用专业的质谱软件，对导出的数据进行处理和解析。
可以根据峰值的位置、强度和形状等信息，进行数据峰提取和质量校正。
3. 分子质量计算：根据数据处理的结果，计算物质的分子质量。
转换公式根据离子质荷比和离子化方式的不同而异，可参考质谱仪设备和软件的说明书。
原子质谱法
原子质谱法原子质谱法（atomic mass spectrometry ），亦称无机质谱法（inorganic mass spectrometry ），是将单质离子按质荷比比同而进行分离和检测的方法。
它广泛地应用于物质试样中元素的识别而后浓度的测定。
几乎所有元素都可以用无机质谱测定。
1 基 本 原 理原子质谱分析包括下面几个步骤：①原子化；②将原子化的原子的大部分转化为离子流，一般为单电荷正离子；③离子按质量-电荷比（即质荷比，m/z ）分离；④计数各种离子的数目或测定由试样形成的离子轰击传感器时产生的离子电流。
与其它分析方法不同，质谱法中所关注的常常是某元素特定同位素的实际原子量或含有某组特定同位素的实际质量。
在质谱法中用高分辨率质谱仪测量质量通常可达到小数点后第三或第四位。
自然界中，元素的相对原子质量（A r ）由下式计算。
在这里，A 1，A 2，…，A n 为元素的n 个同位素以原子质量常量m u ①为单位的原子质量，p 1，p 2，…，p n 为自然界中这些同位素的丰度，即某一同位素在该元素各同位素总原子数中的百分含量。
相对分子质量即为化学分子式中各原子的相对原子质量之和。
通常情况下，质谱分析中所讨论的离子为正离子。
质荷比为离子的原子质量m 与其所带电荷数z 之比。
因此12C 4H +的m/z = 16.0.35/1 = 16.035，12C 24H +的m/z = 17.035/2 = 8.518。
质谱法中多数离子为单电荷。
2 质 谱 仪质谱仪能使物质粒子（原子，分子）电离成离子并通过适当的方法实现按质荷比分离，检测其强度后进行物质分析。
质谱仪一般由三个大的系统组成：电学系统、真空系统和分析系统。
分析系统是质谱仪的核心，它包括三个重要部分：离子源，质量分析器和质量检测器，并由此决定质谱仪的类型。
质谱仪种类很多，分类不一。
一般按分析系统的工作状态把质谱仪分为静态和动态两大类。
静态质谱仪的质量分析器采用稳定的或变化慢的电、磁场，按照空间位置将不同质荷比的离子分开；动态质谱仪的质量分析器则采用变化的电、磁场，按时间和空间区分不同质荷比的离子。
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蓬罩 橡皮 文本 笔 箭头 轨道 绘图元素 基元 化学符号 弧形 原子反应 模板 环丁烷环 环己烷环 环辛烷环 环己烷椅式 苯环
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57
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不同文件格式
58
CH3 CH3 CH3 CH3 H3C
CH3 CH3
CH3
CH3
CH3
一、反应方程式
选择
点位
拖动
定位
单击
单击 定位
61
单击生成双键 拖动生成双键
二、绘制中间体结构
选择环己烷以建立六员环模型
选择橡皮，擦去六员环一部
62
二、绘制中间体结构
选择单键定位
三、导出数据在 Coredraw中的修饰
四、糖序列在Coredraw中的组合
五、MALDI-MS数据的导出及其在 Origin中的转换
I usually chose "export", then "mass spectrum" and save it as "Simple x-y ASCII File (*.xy)". Then you can use excel, origin or other software to set up your spectra.
选择黑体键
单击底键的中央
LNFP II
二、电喷雾质谱分析软件数据的导入和 导出
数据的导入
任务栏中选择Display-----Tic Chromatogram，查看各通道信息，打开所有的通道。
• 在该窗口，进入“Display”------选中图片显 示的范围：如 100—1000等 • 为使图片好看，需要Smooth图片。进入 “Display”----选中“Smooth”，3 and 1 为 理想的值。 • 为除去质谱图上已经标出的数据。在 “Display”中选择“Peak annantion” • 将 MASS, MASS ERROR, ION SEVE, PEAK FLAG, CORPONENT LAKOUT 全部点没有 • 进入Edite 选项-----选择COPY 按钮。
一、基于Chemoffice 的寡糖序列的绘制
常用术语
点位：移动鼠标直到鼠标的光标放到所要进行操作的位置， 如果选择的位置在图形结构中的键、原子、线等的上面， 一般出现黑方块，称之为光标块，选择块或操作块。
光标块
10
菜单栏
工具栏
图形工具板
编辑区
滚动栏 状态/信息栏
11
更改页面设置
Coredraw, Chemoffice和Origin8.0在 质谱图修饰中的应用
张洪涛
讲课内容
一、基于Chemoffice 的寡糖序列的绘制 二、电喷雾质谱分析软件数据的导出 三、导出数据在 Coredraw中的修饰 四、糖序列在Coredraw中的组合 五、MALDI-MS数据的导出及其在Origin中的 转换。
连续单击生成新的单键
单击单键中央，生成双键
63
二、绘制中间体结构
在原子上定位建立标记
64
环丙烷(Cyclopropane Ring) 环戊烷(Cyclopentane Ring)
环庚烷(Cycloheptane Ring)
环己烷椅式2(Cyclohexane Chair Ring) 环戊二烯(Cyclopentadiene Ring)
46
模板工具
构象异构体模板工具
47
模板工具
环戊二烯模板工具
48
模板工具
环戊二烯模板工具
49
模板工具
脂环模板工具
50
模板工具 DNA模板工具
51
模板工具 官能团模板工具
52
模板工具 己糖模板工具
53
模板工具
苯环模板工具
54
模板工具 多面体模板工具
55
模板工具
RNA模板工具
56
特殊符号模板工具
改为“横向”
更改文档设置
点击”Drawing”
改为”0.6”
更改快捷键设置
使用快捷键输入 文本和原子标记
全部选择
点击水平翻转
化合物命名
将结构转化成名称
1HNMR位移
1HNMR预测
1HNMR预测结果
13CNMR位移
13CNMR预测
13CNMR预测结果
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3.3 无 环链工具
无环链工具
无环链光标
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按住拖动
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41
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44
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1 定位、单击并按动
3 三次定位、单击并按动
2 二次定位、单击并按动
5 选择箭头位于末端
4 鼠标右键，选择是否箭头位于末端 6 取消箭头位于末端
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Br H C H Br C CH3
H3C
虚键
实键
楔键
虚楔键
键工具
箭头工具
轨道工具
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38
弧形工具 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ子反应工具