质谱 离子源
玩转质谱：液质(LCMS)中离子源电离的方式与选用
玩转质谱液质（LCMS）中离子源电离的方式与选用在质谱分析时，您有没有离子源选择困难症？质谱条件优化了半天，还达不到期望的响应值，甚至连响应都没有？那么如何选择化合物电离的离子源了？其实液质常用的离子源，就是电喷雾电离（ESI），大气压化学电离（APCI）和大气压光电离（APPI）,接触最多的就是ESI，基本上适合大多数化合物的分析▉电离方式通过离子源有效地将带电分子转移到质谱仪中，是色谱分离后进行足够研究不同来源化合物分子的关键过程。
离子化：是样品要从液态中性分子转化为气态带电离子。
整个过程需在离子源中实现，离子再通过特殊接口进入真空系统。
分离技术、电离源的类型、化合物应用中的精选示例：—1—自1990年代以来，新一代大气压电离（API）来源开始商业化，溶解在液体中的分析物可以更高的电离速率进行转移。
这些离子源通常是电喷雾电离（ESI），大气压化学电离（APCI）和大气压光电离（APPI）。
由于带电分子从溶液到气相的转移，ESI对于检测完整的蛋白质，肽，碳水化合物和其他大分子特别有用。
相反，APCI和APPI在检测小的有机分子（最初是不带电荷的）或疏水但稳定的肽及其他分子方面具有优势。
元素形态和定量的最新发展导致了新的质谱系统的引入。
电感耦合等离子体电离（ICP）是一种非常成熟的技术，用于表征包含更高原子元素的生物分子。
此外，元素分析仪（EA）可以用于检测低原子元素。
后一种系统是所谓的非色谱耦合电离技术，可将离子从固定表面转移到气相中（这一块没有接触过，有兴趣的小伙伴可研究下。
欢迎投稿，补充这方面的内容或其它您觉得很有意思的事情与大家分享）。
如果分析物在液体中稀释，则ESI，APCI，APPI，EESI（萃取电喷雾电离）和CSI（冷喷雾电离）目前是通常与MS检测结合的技术。
其中ESI是最常用的，而其它离子源则用于更专门的分子应用。
—2—▉合适的离子源为了选择合适的电离技术，最重要的参数是分子的行为和结构以及溶解溶液的性质的知识。
质谱-电离技术及离子源
特点：
（1）对热敏感或不挥发的化合物可从固相直接得 到分子离子
（2）有分子离子、准分子离子及样品分子聚集的 多电荷离子，碎片离子峰少
（3）特别适合于与飞行时间质谱分析器相配，也 可与离子阱类型的质量分析器相配。
基质的主要作用是作为把能量从激光束传递给样品的中 间体，基质: 样品 > 1000:1。基质的选择主要取决于所 采用的激光波长，其次是被分析对象的性质。
应用：
1、定性和半定量分析
ICPMS易实现多元素分析，非常适合天然和人造材料的快 速鉴定和半定量分析。检测线优于ICPAES,且谱图易于解释。
质量数从139-175的14种稀土同位素的ICPMS质谱图，各元素质
量浓度1 µg.mL-1。
2、定量分析
常用：工作曲线法；
精确：同位素稀释法，即标准加入法，往试样中 加入已 知量的添加同位素的标准溶液。添加同位素一般为分析 元素所有天然同位素中丰度较低的和寿命长的放射性同 位素，通过测量此同位素与参比同位素的信号强度比来 进行精密定量，参比同位素一般选用分析元素的最高丰 度同位素。
基质应具有流动性、低蒸汽压、化学惰性 对样品的较好溶解性
优点：
（1）能得到分子离子或准分子离子(除质子转移外，还可能 加和基质分子及金属离子）； （2）也有一些表征结构的碎片离子； （3）能在室温下产生离子，不要求样品预先挥发； （4）样品寿命长（20分钟），利用率高，离子流稳定； （5）应用范围广，对高分子样品及生物样品尤其有效； （6）装置简单，源电压低于10KV。
用于固体分析。
2、电感耦合等离子体（inductively coupled plasma, ICP）源; 3、辉光放电离子源
4、激光诱导等离子体源和其它离子源
质谱离子源简介
1942年，第一台商品质谱仪； 1953年，由鲍尔(Paul)和斯坦威德尔 (Steinwedel)提出四极滤质器；同年，由威雷(Wiley) 和麦克劳伦斯(Mclarens)设计出飞行时间质谱仪原型； 1954年，英格拉姆(Inghram)和海登(Hayden)报 道的Tandem系统，即串联的质谱系统(MS/MS)； 1955年，Wiley & Mclarens 飞行时间质谱仪； 1960‘s，开发GC/MS； 1974年，回旋共振质谱仪； 1979年，传送带式LC/MS接口成为商业产品； 1982年，离子束LC/MS接口出现； 1984年，第一台电喷雾质谱仪宣告诞生； 1988年，电喷雾质谱仪首次应用于蛋白质分析；
化学电离样品分子与电离电子不直接作用，而是 引入大量的反应气，反应气被电子轰击后因离子分子反应产生一些活性反应离子，这些离子再与 样品分子发生离子-分子反应，使样品分子实现电 离。
现以甲烷作为反应气，说明化学电离的过程。 在电子轰击下，甲烷首先被电离: CH4+e CH4+ + CH3+ + CH2+ + CH++ C+ + H+
奖。
质谱计框图
真空系统
加速区
Output
计算机数据 处理系统
进样系统 Sample inlet
离子源 Ionisation source
质量分析器 Ion separation 检测器 Detector
二、电离方式和离子源种类简介
硬电离- 电子轰击电离(EI) 化学电离(CI) 场解吸(FD)和场电离（FI） 快原子轰击(FAB)
（五）大气压化学电离 (Atmospheric
离子源
目前，气相质谱和液相质谱的联用已经越来越普及。
作为质谱仪中的一个重要组成部分—离子源有哪些种类以及各自不同的用途呢？首先对于气相质谱（GS/MS）来说，主要有电子轰击电离源（EI）、化学电离源（CI）和场致电离源（FI）及场解吸电离源（FD）。
EI是利用一定能量的电子与气相中的样品分子相互作用（轰击），使分子失去电子，电离成离子。
当分子离子具有的剩余能量大于其某些化学键的键能时，分子离子便发生碎裂，生成碎片离子。
其优点在于它是非选择性电离，只要样品能气化都能够离子化，且离子化效率高、灵敏度高；能够提供丰富飞结构信息，是化合物的指纹谱；有庞大的标准谱库供检索。
其缺点在于不适用于难挥发、热不稳定的样品，而且只能检测正离子，不检测负离子。
CI是指引入一定的反应气进入离子化室，反应气在具有一定能量的电子流的作用下电离或裂解，生成的离子和反应气分子进一步反应或和样品分子发生离子分子反应，通过质子交换使样品分子电离。
其优点在于可以通过控制反应，根据离子亲和力和电负性选择不用的反应试剂，用于不同化合物的选择性检测。
其缺点在于也不适用于难挥发和热不稳定样品，谱图重复性不如EI图谱，而且反应试剂容易形成较高的本底，影响检测限。
FI和FD是一种软电离方式，由一个电极和一组聚焦透镜组成，形成高达几千伏的强电场，使气态分子的电子被拉出而电离。
其优点在于几乎没有碎片离子，没有本底，图谱很干净。
缺点在于仅适用于扇形磁场质谱和飞行时间质谱仪，我们常见的四级杆质谱和离子肼质谱都不能配置FI和FD源，而且高压容易产生放电效应，操作也更难一些。
EI源是我们最常见的气质离子源。
对于液相质谱（LC/MS）来说，主要有大气压离子源（API）、快原子轰击源（FAB）和基质辅助激光解析电离源（MALDI）三种电离方式。
API主要给出分子量信息，一定条件下可以提供有限的信息结构，它又包括电喷雾电离（ESI）和大气压化学电离（APCI）。
ESI是指样品溶液从毛细管流出时，在电场及辅助气流的作用下喷成雾状的带电液滴，液滴中溶剂被蒸发，使液滴直径变小，发生“库伦爆炸”，把液滴炸碎，此过程不断重复，形成样品离子。
离子质谱仪的原理
离子质谱仪的原理
传统离子质谱仪通常由一系列组件组成，包括离子源、质谱仪和检测器。
在分析过程中，样品会被转化成离子，并由离子源产生并加速。
这些
离子被分离出来以便进行质谱分析，再以不同电荷量和不同质量的离子进
行分类。
这些阳离子和阴离子的射线通过磁场扫描器，根据其带电质量比，被分别分离出来。
最后，它们撞击在一个探测器上，产生信号，用于计算
不同种类的离子的数量，并生成电离谱图。
离子源。
离子源是产生离子的重要组成部分，常用的离子源有电子轰
击离子源和化学离子源。
电子轰击离子源将气态样品与电子束一起注入到
具有高压的区域内，其中样品中的分子会被电子撞击并形成离子。
化学离
子源更直接，通过气相、液相或固相中的化学反应生成离子。
质谱仪。
质谱仪通常使用磁场来将离子分隔成其不同的电荷质量比，
再将其定向到探测器以进行分析。
通常使用的质谱仪包括磁扇形质谱仪、
时间飞行质谱仪和四极质谱仪等。
检测器。
检测器是收集信号的重要部分，通常基于离子触发检测器或
半导体检测器。
离子触发检测器通过侦测离子与物品之间的电化学反应来
检测。
半导体检测器则直接收集离子室基于固体材料的反应产生的电荷。
总而言之，离子质谱仪的原理基于质谱法，通过将样品分离成离子，
并依据离子的电荷和质量进行分类，再以探测器中的信号来计算每种类型
的离子的数量，最终生成电离谱图。
不同的组件，如离子源、质谱仪和检
测器，起着不同的作用，以实现高质量的离子分析。
离子源种类
离子源种类离子源是用于产生离子束的装置，广泛应用于质谱仪、离子注入、表面处理等领域。
根据离子源的工作原理和结构特点，可以将离子源分为多种不同类型。
本文将介绍几种常见的离子源种类及其特点。
1. 电子冲击离子源（EI）：电子冲击离子源是质谱仪中最常用的离子源之一。
它通过电子束轰击样品分子，使之电离产生离子。
电子冲击离子源具有离子产量高、离子化效率高、适用于大多数有机化合物等优点。
然而，由于电子冲击会破坏样品分子的结构，因此对于热稳定性较差的化合物，电子冲击离子源并不适用。
2. 化学电离离子源（CI）：化学电离离子源是一种通过化学反应产生离子的离子源。
它利用离子化试剂与样品分子发生化学反应，生成离子。
化学电离离子源适用于热稳定性较差的化合物，具有选择性较好的特点。
然而，由于化学反应的复杂性，化学电离离子源的离子产量较低。
3. 电喷雾离子源（ESI）：电喷雾离子源是一种利用电场作用将液体样品中的分子电离产生离子的离子源。
它适用于生物大分子等热不稳定的化合物。
电喷雾离子源具有离子产量高、离子化效率高的特点。
但是，由于液体样品的引入，电喷雾离子源对于溶剂的纯度要求较高。
4. 电子喷射离子源（EI）：电子喷射离子源是一种通过高能电子轰击气体产生离子的离子源。
它适用于产生高能量的离子束，常用于等离子体物理研究、离子注入等领域。
电子喷射离子源具有产生高能量离子的能力，但对于样品的热稳定性要求较高。
5. 金属离子源：金属离子源是一种通过电子束或激光轰击固体金属产生离子的离子源。
它适用于产生金属离子束，常用于表面处理、材料分析等领域。
金属离子源具有离子产量高、稳定性好的特点，但对于不同金属的离子产量和能量分布有一定差异。
总结：离子源是产生离子束的关键装置，不同类型的离子源适用于不同的应用领域。
电子冲击离子源适用于大多数有机化合物，化学电离离子源适用于热稳定性较差的化合物，电喷雾离子源适用于生物大分子等热不稳定的化合物，电子喷射离子源适用于产生高能量离子束，金属离子源适用于产生金属离子束。
质谱测定分子量原理
质谱测定分子量原理
质谱测定分子量的原理是基于分子离子在磁场中的运动轨迹和其动能的关系。
质谱仪将样品中的分子转化为带电粒子，然后通过磁场进行分离和质量筛选，最后测定分子的质量。
首先，在质谱仪中，样品中的分子被离子源加热或电离，转化为离子。
其中最常用的方法有电子轰击电离、化学电离和电喷雾电离等。
离子源产生的离子带有正电荷或负电荷。
接下来，离子进入质量分析器中，由于它们带电，所以在磁场中受到洛伦兹力的作用，偏转轨道。
根据离子的质量和电荷比（m/z值），轨道的曲率半径也会有所不同。
质量较大的离子具有较大的惯性，曲率半径较大；而质量较小的离子则具有较小的惯性，曲率半径较小。
在磁场中，离子的运动轨道被限制在一个特定的曲率半径范围内。
然后，质谱仪中的探测器会检测到不同曲率半径的离子，产生不同的电流信号。
根据这些信号的大小，可以确定离子的质量和相对丰度。
最后，通过对质谱图的解析和处理，可以确定样品中不同离子的质量和相对丰度。
质谱测定分子量通常使用质荷比图（m/z 图）来表示离子的质量和相对丰度之间的关系。
总之，质谱测定分子量的原理是利用磁场对带电粒子进行分离和质量筛选，通过测量离子的质量和相对丰度，来确定分子的质量。
林共德、蒋烨 质谱——离子源
（3）对于携带不同电荷数的高质量分子m/z的重复测量，可以使测量精度提
高至万分之一。 （4）与LC的匹配使对这两种技术的优势都得到最大限定发挥。
（5）其软电离特性使对蛋白质之类的大分子中非共价键结合进行考察成为可
在加热的干燥氮气的作用下，这些液滴中的溶剂被快速蒸发，直至表面电荷 增大到库仑力排斥力大于表面张力而爆裂，产生带电的子液滴。
电喷雾电离源
3、最终形成气相离子
子液滴中的溶剂继续蒸发引起 再次爆裂。此过程循环往复直 至液滴表面形成很强的电场， 而将离子由液滴表面排入气相。
电喷雾电离源
电喷雾电离源优点
M+. +eMH++ SH-.
快原子轰击电离子源
3、快原子轰击源（FAB）
氩气在电离室依靠放电产生氩离子， 高能氩离子经电荷交换得到高能氩原 子流 样品置于涂有底物（如甘油）的靶 上 氩原子流打在样品上产生样品离子， 然后进入真空，并在电场作用下进入 分析器。
特点：（1）它的分子量信息不是 分子离子峰M+.，而往往是[M+H]+ 准 分子离子峰；（2）碎片峰比电子轰 击源谱要少。
限定发挥。
（5）其软电离特性使对蛋白质之类的大分子
中非共价键结合进行考察成为可能。 （6）可以直接 对无机正负离子进行分析，从 而在测定分子式时提供分子键价信 息。
问答题
（2）描述电喷雾电离源的工作原理？ 答： ①以一定流速进入喷口的样品溶液以及液相色谱流动相， 经喷雾作用被分散成直径约为１－３ｕｍ的细小液滴。 2′ ②在喷口和毛细管入口之间设置的几千伏特的高电压的作 用下，这些液滴由于表面电荷的不均匀分布和静电引力 而被破碎成为更细小的液滴。 3′ ③在加热的干燥氮气的作用下，液滴中的溶剂被快速蒸发， 直至表面电荷增大到库伦排斥力大于表面张力而爆裂， 产生带电的子液滴。 3′ ④子液滴中的溶剂继续蒸发引起再次爆裂。此过程循环往 复直至液滴表面形成很强的电场，而将离子由液滴表面 排入气相中。 2′
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液质联用和气质联用
气质联用仪(GC-MS)：
适宜分析小分子、易挥发、热稳定、能气化的化合物；用电子轰击方式（EI）得到的谱图，可与标准谱库对比。
GC-MS一般采用EI和CI离子源。
EI：电子电离源，最常用的气相离子源，有标准谱库
CI：化学电离源，可获得准分子离子。
PCI，NCI
液质联用(LC-MS)：
不挥发性化合物分析测定，极性化合物的分析测定，热不稳定化合物的分析测定，大分子量化合物（包括蛋白、多肽、多聚物等）的分析测定；
液质的离子源种类比较多，这里只列主要的几个。
大气压电离（API）（包括大气压电喷雾电离ESI、大气压化学电离APCI、大气压光电离APPI）
ESI 为电喷雾，即样品先带电再喷雾，带电液滴在去溶剂化过程中形成样品离子，从而被检测，对于极性大的样品效果好一些；
APCI 为大气压力化学电离源，样品先形成雾，然后电晕放电针对其放电，在高压电弧中，样品被电离，然后去溶剂化形成离子，最后检测，对极性小的样品效果较好。
APPI：大气压光电离源，适用于弱极性的化合物，如多环芳烃等
ESI 的软电离程度较APCI 的还小，但其应用范围较APCI 的大，只有少部分ESI 做不出，可以用APCI 辅助解决问题，但是APCI还是不能解决所有ESI 解决不了的问题，一般用ESI 和 APPI 搭配使用比 ESI 和APCI 的应用范围更广一些。
电喷雾电离源是一种软电离方式，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，它适合于分析极性强的大分子有机化合物，如蛋白质、肽、糖等。
电喷雾电离源的最大特点是容易形成多电荷离子。
这样，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。
根据这一特点，目前采用电喷雾电离，可以测量分子量在300000Da 以上的蛋白质。
电喷雾电离源是一种软电离方式，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，它适合于分析极性强的大分子有机化合物，如蛋白质、肽、糖等。
电喷雾电离源的最大特点是容易形成多电荷离子。
这样，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。
根据这一特点，目前采用电喷雾电离，可以测量分子量在300000Da以上的蛋白质。
大气压化学电离源主要用来分析中等极性的化合物。
有些分析物由于结构和极性方面的原因，用ESI不能产生足够强的离子，可以采用APCI方式增加离子产率，可以认为APCI是ESI的补充。
APCI主要产生的是单电荷离子，所以分析的化合物分子量一般小于1000Da。
用这种电离源得到的质谱很少有碎片离子，主要是准分子离子。
APCI与ESI源都能分析许多样品，而且灵敏度相似，很难说出哪一种更合适。
同时至今没有一个确切的准则判断何时使用某一种电离方式更好。
但是通常认为电喷雾有利于分析生物大分子及其它分子量大的化合物，而APCI更适合于分析极性较小的化合物。
APCI源不能生成一系列多电荷离子，所以不适合分析生物大分子。
而ESI源由于它能产生一系列的多电荷离子，特别适合于蛋白质，多肽类的生物分子。
ESI和APCI共同点:
1、使用高电压元件和雾化气喷雾法产生离子
2、通常产生(M+H)+或(M-H)-等准分子离子
3、产生极少的碎片，但可以控制产生结构碎片
4、非常灵敏的电离技术。
不同点:
1、生成离子的方式不同，ESI：液相离子化；APCI：气相离子化
2、样品兼容性
ESI：极性化合物和生物大分子
APCI：非极性，小分子化合物（相对ESI而言）且有一定挥发性
3、流速兼容性
ESI：0.001到1ml/min
APCI：0.2到2ml/min
4、ESI的适用范围要远远大于APCI
APCI优点∶
1.利用所得到[M+1]+及[M-1]–进行分子量确认
2.源参数调整简单，容易使用
3.耐受性好，喷雾器及针的位置不关键
4.LC流速可达2.0ml/min
5.好的灵敏度
缺点：
1.有限的结构信息
2.易发生热裂解
3.低质量时化学噪声大
4.不适合做分子量大于1000的化合物
API-MS的特点是可以和液相色谱、毛细管电泳等分离手段联用，扩展了应用范围，包括药物代谢、临床和法医学、环境分析、食品检验、组合化学、有机化学的应用等；
基质辅助激光解吸电离
MatriX AssistedLaser Desorption Ionization （MALDI），中文一般译为基质辅助激光解吸附质谱技术，其基本原理是将分析物分散在基质分子中并形成晶体，当用激光照射晶体时，由于基质分子经辐射所吸收的能量，导致能量蓄积并迅速产热，从而使基质晶体升华，致使基质和分析物膨胀并进入气相。
MALDAI所产生的质谱图多为单电荷离子，因而质谱图中的离子与多肽和蛋白质的质量有一一对应关系。
MALDI产生的离子常用飞行时间检测器（Time-of-Flight，TOF）来检测质量数，因此合称 MALDI-TOF，适合对蛋白质、多肽、核酸和多糖等生物大分子的研究。