液相色谱—质谱联用的原理及应用 -lc-ms

OH H N CH 3 CH 3
Ephedrine, MW = 165
多电荷离子：
指带有2个或更多电荷的离子,常见于蛋白质或多肽等离子.有机质谱中,单电 荷离子是绝大多数,只有那些不容易碎裂的基团或分子结构-如共轭体系结 构-才会形成多电荷离子.它的存在说明样品是较稳定的.采用电喷雾的离子 化技术, 可产生带很多电荷 的离子,最后经计 算机自动换算成单 质/荷比离子。
实验室现有的离子源:

ESI电喷雾电离源 APCI大气压化学电离源
通常小分子得到[M+H]+ ]+,[M+Na]+ 或[M-H]-单电荷离 电喷雾（ ESI ）的特点 子，生物大分子产生多电荷离子，由于质谱仪测定 质/荷比，因此质量范围只有几千质量数的质谱仪可 测定质量数十几万的生物大分子。


目前的有机质谱和生物质谱仪，除了GC-MS的EI和CI源，离子化方式有大 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）与基质辅助激光解吸电离。前者常采用四极杆或离子阱 质量分析器，统称API-MS。后者常用飞行时间作为质量分析器，所构成的 仪器称为基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪（MALDI-TOF-MS）。APIMS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；MALDI-TOF-MS的特点是对盐和添加物的耐受能力高， 且测样速度快，操作简单。
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质量色谱图
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总离子流图ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ

准分子离子:

指与分子存在简单关系的离子，通过它可以确定分子量.液质 中最常见的准分子离子峰是[M+H]+ 或[M-H]- .
断裂程度；APCI源的探头处于高温，对热不稳定的化合物就足以使其 分解. 灵敏度：通常认为电喷雾有利于分析极性大的小分子和生物大分子及 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。



多电荷：APCI源不能生成一系列多电荷离子
专门设计的 NanoSpray 离子源特别适合于做微量的生化样品，其 NanoSpray 离子源
同位素离子

由元素的重同位素构成的离子称为同位素离子. 各种元素的同位素,基本上按照其在自然界的丰度比出现在质谱中,这对 于利用质谱确定化合物及碎片的元素组成有很大方便, 还可利用稳定同 位素合成标记化合物,如:氘等标记化合物,再用质谱法检出这些化合物, 在质谱图外貌上无变化,只是质量数的位移,从而说明化合物结构,反应 历程等


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真空系统
真空系统

质谱仪的离子源、质量分析器和检测器必须在高真空状态下工作， 以减少本底的干扰，避免发生不必要的离子-分子反应。所以质谱反 应属于单分子分解反应。利用这个特点，我们用液质联用的软电离 方式可以得到化合物的准分子离子，从而得到分子量。

由机械真空泵(前极低真空泵)，扩散泵或分子泵(高真空泵)组成真空 机组，抽取离子源和分析器部分的真空。 只有在足够高的真空下，离子才能从离子源到达接收器，真空度不 够则灵敏度低。

不同类型有机物有不同的裂解方式


相同类型有机物有相同的裂解方式,只是质量数的差异
需要经验记忆。
质谱解析的一般步骤

(适于低分辨小分子谱图,若已经是高分辨质谱图得到元素组成更好) (1)核对获得的谱图,扣除本底等因素引起的失真,考虑操作条件是否适当

(2)综合样品其他知识：例如熔点，沸点，溶解性等理化性质，样品来 源，光谱，波谱数据等.

进样系统 把分析样品导入离子源的装置，包括：直接进样，GC，LC及接口，

加热进样，参考物进样等。
离子源 使被分析样品的原子或分子离化为带电粒子(离子)的装置，并对离

子进行加速使其进入分析器，根据离子化方式的不同，有机质谱 中常用的有如下几种，其中EI，ESI最常用。

EI(Electron Impact Ionization):电子轰击电离—硬电离。 CI(Chemical Ionization):化学电离—核心是质子转移。 FD(Field Desorption):场解吸—目前基本被FAB取代。 FAB(Fast Atom Bombardment):快原子轰击—或者铯离子 (LSIMS,液体二次离子质谱 ) 。 ESI(Electrospray Ionization):电喷雾电离—属最软的电离方式。 适宜极性分子的分析，能分析小分子及大分子(如蛋白质分 子多肽等) APCI(Atmospheric Pressure Chemical Ionization):大气压化学电 离—同上，更适宜做弱极性小分子。
液相色谱—质谱联用的 原理及应用
中心实验室

简介

色谱质谱的在线联用将色谱的分离能力与质谱的定性功能结合起 来，实现对复杂混合物更准确的定量和定性分析。而且也简化了 样品的前处理过程，使样品分析更简便。
色谱质谱联用包括气相色谱质谱联用(GC-MS)和液相色谱质谱联用 (LC-MS)，液质联用与气质联用互为补充，分析不同性质的化合物。

流速范围可从 5nL／min到luL／min。一滴样品就可做数小时的分 析。可在最小的样品消耗量下获得最大灵敏度。灵敏度可高达 fmole。并可直接与微孔HPLC联用。

正负离子模式:

一般的商品仪器中,ESI和APCI接口都有正负离子测定模式可供选 择。
根据样品的性质选择，也可两种模式同时进行


峰: 质谱图中的离子信号通常称为离子峰或简称峰.
离子丰度: 检测器检测到的离子信号强度. 基峰: 在质谱图中，指定质荷比范围内强度最大的离子峰称作基峰. 总离子流图；质量色谱图；准分子离子；碎片离子；多电荷离子；同位 素离子
总离子流图:
在选定的质量范围内，所有离子强度的
总和对时间或扫描次数所作的图,也称TIC
Ionic
IonSpray Analyte Polarity
APCI
GC/MS
Neutral 101 102 103 104 105
Molecular Weight
现代有机和生物质谱进展

在20世纪80及90年代，质谱法经历了两次飞跃。在此之前，质谱法通 常只能测定分子量500Da以下的小分子化合物。20世纪70年代，出现了 场解吸（FD）离子化技术，能够测定分子量高达1500~2000Da的非挥发 性化合物，但重复性差。20世纪80年代初发明了快原子质谱法（FABMS），能够分析分子量达数千的多肽。 随着生命科学的发展，欲分析的样品更加复杂，分子量范围也更大， 因此，电喷雾离子化质谱法（ESI-MS）和基质辅助激光解吸离子化质谱 法（MALDI-MS）应运而生。

有机质谱的特点
优点:

(1)定分子量准确，其它技术无法比。 (2)灵敏度高，常规10-7—10-8g,单离子检测可达10-12g。 (3)快速，几分甚至几秒。

(4)便于混合物分析，LC/MS，MS/MS对于难分离的混合物特别有效, 其 它技术无法胜任。
(5)多功能，广泛适用于各类化合物。



APPI(Atmospheric Pressure PhotoSpray Ionization):大气压光喷 雾电离—同上，更适宜做非极性分子。
MALDI(Matrix Assisted Laser Desorption):基体辅助激光解吸


其中ESI，APCI，APPI统称大气压电离(API)
高分辨质谱可以由分子量直接计算出化合物的元素组成从而推出分子式 低分辨质谱利用元素的同位素丰度，例:
(3)峰强度与结构的关系

丰度大反映离子结构稳定 在元素周期表中自上而下，从右至左，杂原子外层未成键电子越易被电 离，容纳正电荷能力越强，含支链的地方易断，这同有机化学基本一致， 总是在分子最薄弱的地方断裂。
脱/高低水溶液变化的流动相；通过调节离子源电压控制离子的碎 裂。
电喷雾与大气压化学电离的比较

电离机理：电喷雾采用离子蒸发，而APCI电离是高压放电发生了质子 转移而生成[M＋H]+或[M-H]-离子。

样品流速：APCI源可从0.2到2 ml／min；而电喷雾源允许流量相对较 小,一般为0.2-1 ml／min.

质谱原理简介：
质谱分析是先将物质离子化，按离子的质荷比分离，然后测量各 种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。以检测器检 测到的离子信号强度为纵坐标，离子质荷比为横坐标所作的条状 图就是我们常见的质谱图。
常见术语:

质荷比: 离子质量(以相对原子量单位计)与它所带电荷(以电子电量为单位 计)的比值,写作m/Z.
图.
质量色谱图

指定某一质量(或质荷比)的离子其强度对时间所作的图. 利用质量色谱图来确定特征离子，在复杂混合物分析及痕量分析时 是LC/MS测定中最有用的方式。当样品浓度很低时LC/MS的TIC上往往 看不到峰，此时，根据得到的分子量信息，输入M+1或M+23等数值， 观察提取离子的质量色谱图，检验直接进样得到的信息是否在LC/MS 上都能反映出来，确定LC条件是否合适，以后进行MRM等其他扫描 方式的测定时可作为参考。

局限性:

(1)异构体，立体化学方面区分能力差。 (2)重复性稍差，要严格控制操作条件。所以不能象低场NMR， IR等自己动手，须专人操作。 (3)有离子源产生的记忆效应，污染等问题。 (4)价格稍显昂贵，操作有点复杂。