图谱分析 质谱MS

8）多电荷离子（multiply-charged ion） 失掉两个以上电子的离子称为多电荷离子。
9）同位素离子（isotopic ion） 当元素具有非单一的同位素组成时，产生同位素离子。
4.2.3 质谱仪的组成
进样系统（inlet system） 离子源（ion source） 质量分析器（mass analyzer） 检测器（detecter） 真空系统（Vacuum system）
图4-9 肌红蛋白电喷雾质谱图
（5）大气压化学电离源(Atmospheric pressure chemical Ionization APCI)
图4-10 大气压化学 电离接口示意图
结构与电喷雾源大致相同，不同之处在于APCI喷咀的下 游放置一个针状放电电极，通过放电电极的高压放电， 使空气中某些中性分子电离。
❖ 离子产生后，借助于喷咀与锥孔之间的电压，穿过取 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要用于液相色谱-质谱联用仪
❖ 通常称为基质辅助激光解吸电离(Matrix Assisted Laser Description Ionization, 简称MALDI)。常用基质有2,5二羟基苯甲酸、芥子酸、烟酸、α-氰基-4-羟基肉桂酸等。
❖ 特别适合于飞行时间质谱仪(TOF)，组成MALDI-TOF。 ❖ MALDI属于软电离技术，碎片离子和多电荷离子较少，
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；
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5、加速离子进入一个强度为H的磁场，发生偏 转，半径为：
rmv
(2)
zH
将（1）（2）合并：
m H2r2
(3)
z 2V
当r为仪器设置不变时，改变加速电压或磁场强度，则不 同m/z的离子依次通过狭缝到达检测器，形成质量谱， 简称质谱。
4.2.2 有机质谱中的各种离子
1）分子离子（molecular ion）
大气压化学电离（atmospheric pressure
chemical ionization
APCI)
基质辅助激光解吸电离（matrix assisted laser
desorption ionization
MALDI)
（1） 电子电离源(electron ionization EI)
动画
图4-6电子电离源原理图
样品分子失去一个电子而电离所产生的离子，记为 M 。
2）准分子离子（quasi-molecular ion） 准分子离子常由软电离产生，一般为 M+H +、M-H +。 3）碎片离子（fragment ion） 泛指由分子离子破裂而产生的一切离子。狭义的碎片离子
指由简单断裂产生的离子。 4）重排离子（rearrangement ion） 经重排反应产生的离子，其结构不是原分子结构单元。
离子源的作用是将欲分析样品电离，得到带有样品 信息的离子。
电子电离源(electron ionization
EI)
化学电离源(chemical ionization CI)
快原子轰击(fast atom bombardment FAB)
电喷雾源(electronspray ionization
ESI)
（1）单聚焦分析器（single focusing mass analyzer）
结构： 扇形磁场 （可以是 180o、 90o、60o 等）
动画
图4-11 单聚焦质量分析器
原理：
由（3）式可知： mH2r2
(3)
z 2V
❖ 离子的m/z大，偏转半径也大，通过磁场可以把不同 离子分开；
❖ 当r为仪器设置不变时，改变加速电压或磁场强度，则 不同m/z的离子依次通过狭缝到达检测器，形成质谱。
❖ 质量相同而能量不同的离子经过扇形电场后彼此分开， 起能量色散作用。使静电场的能量色散作用和磁场的 能量色散作用大小相等方向相反，就可以消除能量分 散对分辨率的影响。
❖ 由电场和磁场共同实现质量分离的分析器，同时具有 方向聚焦和能量聚焦作用，叫双聚焦质量分析器。
❖ 双聚焦分析器的优点是分辨率高，缺点是扫描速度慢， 操作、调整比较困难，仪器造价比较昂贵。
5）母离子（parent ion）与子离子（daughter ion） 任何一离子进一步产生某离子，前者称为母离子，后者 称为子离子。
6）亚稳离子（metastable ion） 是从离子源出口到检测器之间产生的离子。
7）奇电子与偶电子离子（odd- and even-electron ion） 具有未配对电子的离子称为奇电子离子，不具有未配对 电子的离子称为偶电子离子。
FBA是一种广泛应用的软电离技术，主要用于极性强、 分子量大的样品分析。
特点：
❖ 电离过程中不必加热气化，因此适合于分析大分子量、 难气化、热稳定性差的样品。例如肽类、低聚糖、天 然抗生素、有机金属络合物等。
❖ FAB源得到的质谱不仅有较强的准分子离子峰(M+H)+ 或(M+Na)+ ，而且有较丰富的结构信息。
（3）快原子轰击(fast atom bombardment FAB)
❖ 氩（氙）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，
❖ 高能Ar（Xe）原 子轰击涂在靶上的 样品，溅射出离子 流。
图4-7 快原子轰击源示意图
❖ 样品电离后进入真 空，在电场作用下 进入分析器。
❖ FAB一般用作磁式质谱的离子源。
（4）电喷雾源(electronspray ionization ESI)
动画
图4-8 电喷雾电 离原理图
❖ 多层套管组成的电喷雾喷咀，最内层是液相色谱流出 物，外层是喷射气（氮气），使喷出的液体容易分散 成微滴。
❖ 喷嘴斜前方有一个补助气喷咀，使微滴的溶剂快速蒸 发，表面电荷密度逐渐增大，到某个临界值时，离子 从表面蒸发出来。
❖ 结构简单，操作方便，但分辨率很低。（无法克服离 子初始能量分散对分辨率造成的影响）
（2）双聚焦分析器（Double focusing mass analyzer）
图4-12 双聚焦质量分析器原理图
在扇形磁场前加一扇形电场，以消除离子能量分散对 分辨率的影响。
对于动能不同的离子，通过调节电场能，达到聚焦的目 的。
❖ APCI主要产生的是单电荷离子，适用于弱极性的小分 子化合物。
❖ 碎片离子很少，主要是准分子离子，适用于液相色谱质谱联用仪。
（6）激光解吸源（Laser Description，LD）
❖ 利用一定波长的脉冲式激光照射涂有基质的样品靶，基质 分子吸收激光能量，与样品分子一起蒸发到气相并使样品 分子电离。
大气压化学电离源主要用来分析中等极性的化合物。
❖ 电离产生H3O+，N2+，O2+ 和O+ 等离子及溶剂分子电 离产生的离子与分析物分子进行离子-分子反应，使分 析物分子离子化。由质子转移和电荷交换产生正离子， 质子脱离和电子捕获产生负离子等。
❖ APCI是ESI的补充，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。
特点： ❖ 得到一系列准分子离子(M+1)+，(M-1)+，(M+2)+等等； ❖ 一般都有正CI和负CI，可以根据样品情况进行选择，对
于含有很强的吸电子基团的化合物，检测负离子的灵敏 度远高于正离子的灵敏度； ❖ 碎片离子峰少，图谱简单，易于解释； ❖ 适用于易汽化的样品，不适于难挥发成分的分析。 ❖ CI得到的质谱不是标准质谱，所以不能进行库检索。
❖ 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；
（2）化学电离源(chemical ionization CI)
结构与EI同，离子化室充反应气体（甲烷、异丁烷、氨
等），电子首先将CH4离解，通过离子-分子反应来完 成电离。其电离过程如下：
CH4 + e
CH4+ + 2e （ CH3 + ， …）
1、样品引入系统
气体——直接导入或用气相色谱进样 液体——加热汽化或雾化进样 固体——用直接进样探头
图4-4 雾化进样
Sweep G a s In
HEN N eb u lizer
H eater H eated G as
N e b u lize r G a s
W a te r Va p o r
D ry A erosol W ater Vapo r
质谱法的主要作用是： （1）准确测定物质的分子量 （2）根据碎片特征进行化合物的结构分析
分析时，首先将分子离子化，然后利用离子在电场或 磁场中运动的性质，把离子按质核比大小排列成谱， 此即为质谱。
第二节 质谱分析的原理与仪器 4.2.1 质谱分析的过程与原理
图4-1 MS分析过程示意图
1、进样
化合物通过汽化引入离子化室；