质谱及联用技术
核磁共振与质谱联用技术
核磁共振与质谱联用技术核磁共振与质谱联用技术是一种重要的分析化学技术，广泛应用于物质的定性和定量分析。
它结合了核磁共振（NMR）和质谱（MS）两种技术的优点，为科研和工业领域提供了强大的分析手段。
一、核磁共振（NMR）核磁共振是一种研究原子核内部结构及其与环境相互作用的方法。
在核磁共振光谱中，样品中的原子核在外加磁场中发生共振，产生特定的频率信号。
这些信号与原子核的化学环境有关，通过观察信号的强度、频率和耦合常数等参数，可以得到有关样品分子结构、动力学和电子状态等信息。
二、质谱（MS）质谱是一种基于质量分析的离子化技术。
样品经过离子化后，生成带电粒子（离子）。
这些离子在电磁场中受到力的作用，根据其质量-电荷比（m/z）的不同，发生偏转。
通过检测离子的数量和强度，可以得到样品的质谱图。
质谱图提供了有关样品分子质量、结构和组成等信息。
三、核磁共振与质谱联用技术（NMR-MS）核磁共振与质谱联用技术将核磁共振和质谱两种技术的优点结合起来，实现了对样品分子结构和质量的同时分析。
通过将质谱离子化后的离子引入核磁共振谱仪中，可以得到样品的核磁共振谱。
这样，不仅可以得到样品的结构信息，还可以确定样品的质量和组成。
核磁共振与质谱联用技术在化学、生物化学、环境科学、药物分析等领域有着广泛的应用。
它为科研和工业领域提供了一种高效、快速的定性和定量分析手段，有助于解决许多复杂样品分析难题。
习题及方法：1.习题：核磁共振与质谱联用技术在哪些领域有广泛应用？解题方法：回顾核磁共振与质谱联用技术的特点和优势，结合课本和教材中提到的实例，列出其在不同领域的应用。
答案：核磁共振与质谱联用技术在化学、生物化学、环境科学、药物分析等领域有广泛应用。
例如，在化学领域，可以用于研究有机化合物的结构和动力学；在生物化学领域，可以用于分析蛋白质和核酸的结构和功能；在环境科学领域，可以用于检测和分析污染物；在药物分析领域，可以用于药物成分的定性和定量分析。
液相色谱-质谱联用技术及使用注意事项
主要内容
• 液相色谱-质谱联用技术简介 • 我们的仪器 • 测试准备阶段的注意事项 • 结果的解读
• 质谱基本原理
第一章 液相色谱-质谱联用技术 简介
质谱分析法是通过对被测样品离子质荷比的测定来进 行分析的一种分析方法。
电离装置把样品电离为离子 质量分析器把不同质荷比的离子分开 检测器检测
清洁剂和其他表面活性剂会产生离子抑制
不能使用
表面活性剂
缓冲盐
避免使用非挥发性盐，特别是碱金属磷酸盐、硼酸盐、 柠檬酸盐等。 推荐使用甲酸铵、乙酸铵
第一章 LC-MS技术简 介
与质谱联用的液相色谱
• 流动相的流速
Column ID 4.6 mm 3.0 mm 2.1 mm 1.0 mm Capillary
Q 1 q 2 Q 2
MS 1
流量。
高流速需进行分流
需要提高毛细管温度
第一章 LC-MS技术简 介
电喷雾电离源(ESI)
第一章 LC-MS技术简 介
电喷雾电离源(ESI)
第一章 LC-MS技术简 介
大气压化学电离源(APCI)
第一章 LC-MS技术简 介
液质联用仪的离子源
• ESI
• 离子在液态产生 • 有益于热不稳定化合物的分
第一章 LC-MS技术简 介
离子源与液相色谱的流速
• ESI
• APCI
1 μ L/min - 1mL/min 最佳使用流速: 200 μ L/min 一般来说, 高流速需要高的 毛细管温度和鞘气、辅助气
200 μ L/min - 2mL/min 最佳使用流速: 500 μ L/min 一般来说，高流速需要更高 的鞘气和辅助气流量，但不
气相色谱质谱GCMS联用技术及其应用精
气相色谱-质谱(GC-MS)联用技术及其应用(精)气相色谱-质谱（GC-MS）联用技术是一种非常强大的分析工具，它结合了气相色谱的分离能力和质谱的鉴定能力，广泛应用于化学、生物、环境等领域。
以下是关于GC-MS联用技术的介绍和应用。
一、气相色谱-质谱联用技术气相色谱-质谱联用技术是将气相色谱与质谱联接在一起的一种技术。
气相色谱是一种分离和分析复杂混合物的方法，它利用不同物质在固定相和移动相之间的分配平衡进行分离。
质谱则是一种鉴定化合物的方法，它通过将化合物离子化并分析其碎片离子来鉴定化合物的结构。
GC-MS联用技术将气相色谱的分离能力和质谱的鉴定能力相结合，可以实现复杂混合物中各组分的分离和鉴定。
在GC-MS联用技术中，样品首先通过气相色谱进行分离，然后通过接口将分离后的组分引入质谱进行分析和鉴定。
接口是GC-MS联用技术的关键之一，它需要能够将气相色谱分离后的组分进行有效地转移和导入质谱，同时还需要保持样品在转移过程中的稳定性和一致性。
二、气相色谱-质谱联用技术的应用GC-MS联用技术的应用非常广泛，以下是一些主要的应用领域：1.化学分析：GC-MS联用技术在化学分析领域应用最为广泛，它可以用于鉴定化合物的结构、测定化合物的分子量、研究化合物的反应机理等。
2.生物研究：GC-MS联用技术在生物研究领域也有广泛的应用，它可以用于鉴定生物体内的代谢产物、研究生物酶的催化反应、分析生物组织的成分等。
3.环境科学：GC-MS联用技术在环境科学领域的应用也十分重要，它可以用于检测环境中的有害物质、研究污染物的迁移和转化规律、评估环境污染的影响等。
4.食品科学：GC-MS联用技术在食品科学领域的应用也十分广泛，它可以用于检测食品中的添加剂、农药残留、有害物质等，保障食品的安全性和卫生质量。
5.医药领域：GC-MS联用技术在医药领域也有广泛的应用，它可以用于研究药物代谢、药物疗效及副作用等。
三、总结气相色谱-质谱联用技术是一种非常强大的分析工具，它的应用领域非常广泛，涉及到化学、生物、环境、食品、医药等多个领域。
液相色谱质谱联用技术在药物分析中的应用
液相色谱质谱联用技术在药物分析中的应用液相色谱质谱联用技术（LC-MS）已经成为分析化学领域中的一项重要工具。
它不仅可以用于生化分析和环境检测，还在药物分析中表现出很强的优势。
本文将重点介绍液相色谱质谱联用技术在药物分析中的应用。
一、液相色谱质谱联用技术的原理及优势液相色谱质谱联用技术是将液相色谱（LC）和质谱（MS）两种技术结合起来，使得样品经过某种分离后直接进入质谱分析器，从而达到高灵敏度，高选择性和高分辨率的目的。
液相色谱的选择性和分离能力可以使样品中各种成分被分离出来，而质谱则以其高灵敏度和特异性，鉴别每一个分离出来的成分，确保每种物质都得到准确的定量和定性分析。
液相色谱质谱联用技术优势显著，其主要表现在以下三个方面：1. 更高的分离能力和选择性，增强样品分离和分析的准确性和可靠性。
2. 具有高度的灵敏性和特异性，能提高分析的探测下限和峰面积，使得样品中的低浓度成分也能准确地被检测到。
3. 可以进行组分结构的确定和鉴定，通过分子离子的质量谱图，可确定组分的分子结构和可能的化学反应路径。
二、液相色谱质谱联用技术在药物分析中的应用液相色谱质谱联用技术在药物分析中的应用已经得到广泛的发展和应用。
主要表现在以下几个方面：1. 药物代谢研究液相色谱质谱联用技术被广泛应用于药物代谢研究中。
通过监测药物的代谢产物，可以研究药物在体内的代谢途径，剖析药物的药效，药物代谢动力学参数和评价药物对人体生理的影响。
2. 药物成分分析液相色谱质谱联用技术可以实现药物中各种成分的分离和分析，确保药物的安全和质量。
通过确定药物中的各种成分，可以评价药物的性质和作用机理，为药物的研发和质量监测提供有力的技术支持。
3. 毒物分析液相色谱质谱联用技术也可以用于毒物分析。
通过对毒物样品进行分离和质谱分析，可以鉴定毒物类别和浓度，及时采取措施，保护公众健康安全。
4. 药物残留检测液相色谱质谱联用技术可以用于药物残留检测。
通过在食品、动物和植物中定量检测药物残留量，可以评估药物对环境和健康的影响，保障食品安全。
质谱联用技术的应用
质谱联用技术的应用
质谱联用技术是一种将质谱与色谱、毛细管电泳等分离技术相结合的方法。
其应用范围广泛，主要包括以下几个方面：
1. 生物医药领域：质谱联用技术广泛应用于药物代谢动力学、药物研发和分析、药物毒性研究等领域。
2. 食品安全领域：利用质谱联用技术可以对食品中残留的农药、重金属、致癌物质等有害物质进行分析和检测，确保食品安全。
3. 环境应用领域：质谱联用技术可以用于土壤、水体、大气等样品中污染物的分析和检测，为环境保护和治理提供有力支持。
4. 体液代谢研究领域：质谱联用技术主要应用于血液、尿液、唾液等体液样品中代谢产物的定性和定量分析，为疾病的诊断和治疗提供指导。
5. 新材料研究领域：质谱联用技术可以用于新材料的合成、分析和表征，为材料科学的发展做出贡献。
质谱及其联用技术讲解
必须是一个奇电子离子； 分子离子的质量奇偶性必须符合氮规则；
用温和的、低能量的方式使分子电离，实现分子量测定的 目的，如CI、FI。 使液、固样品不经气化直接电离，解决难挥发、热不稳定 样品的测定，如FD、FAB等。
脯氨酸的EIMS和CIMS比较
离子的分离原理
基于不同质荷比的离子在磁场或电场作用下 有不同的行为。离子按质荷比分离是在质量 分析器中进行的。 质量分析器的种类： 磁偏转质量分析器 四极滤质器 离子阱质量分析器 飞行时间质谱 离子回旋共振质谱
离子的主要类型
分子离子 碎片离子 同位素离子 多电荷离子 负离子 离子－分子反应产生的离子 亚稳离子
分子离子（M + · ）
是分子失去一个价电子而生成的离子。
是奇电子离子。
最重要的一种离子，其质荷比为分子 量，分子离子是所有碎片离子的先驱。
注意：并非所有的有机物的电子轰击 质谱分子离子峰都能出现。
碎片离子
由 M +· 或碎片离子裂解产生； 数量多，并提供丰富的结构信息； 通过离子碎裂机理对碎片离子和分
子结构的关系进行研究。
同位素离子
由元素的稳定天然同位素产生
在质谱中规定以元素最大丰度的同位素质量计算分子 离子和碎片离子的质荷比，其他同位素组成的离子称为同 位素离子 在组成有机化合物的常见元素中，最大丰度的同位素是 质量最小的，所以在质谱图中同位素离子都出现在分子离 子或碎片离子峰的高质量一侧。
其他电离技术
（统称为“软电离技
术” ）
化学电离法（CI） 场致电离法（FI）和场解吸电离法（FD） 快原子轰击法(FAB)和二次离子质谱法 (SIMS) 基质辅助激光解吸电离法(MALDI) 大气压电离法（包括大气压化学电离法 (APCI)和电喷雾电离(ESI)）
质谱及液质联用技术的应用
质量分析器
• 是质谱仪中将离子按质荷比分开的部分,离子通过分析器 后,按不同质荷比(M/Z)分开,将相同的M/Z离子聚焦在一 起,组成质谱。
质量分析器的分类：
• • • • • 双聚焦扇形磁场-电场串联仪器(sector). 四极杆质谱仪(Q). 飞行时间质谱仪(TOF). 离子阱质谱仪（TRAP） 傅里叶变换-离子回旋共振质谱仪(FT-ICRMS). ┏四极+TOF（Q-TOF） • 串列式多级质谱仪 ┫三重四极（QqQ） (MS/MS) ┗TOF+TOF
液质联用与气质联用的区别
• 气质联用仪(GC-MS)是最早商品化的联用仪器，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。 • 液质联用(LC-MS)主要可解决如下几方面的问题： 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； 没有商品化的谱库可对比查询，只能自己建库或 自己解析谱图。
2. 基质辅助激光解吸电离技术 (MALD I )
基质辅助激光解吸电离技术 (MALD I)是用小分子有机物作为基质 ,样品 与基质的分子数比例为 1: (100 50000) ,均匀混合后 ,在空气中自然干燥后 送入离子源内。混合物在真空下受激光辐照 ,基质吸收激光能量 ,并转变 为基质的电子激发能 ,瞬间使基质由固态转变为气态 ,形成基质离子。而 中性样品与基质离子、 质子及金属阳离子之间的碰撞过程中,发生了样品 的离子化 ,从而产生质子化分子、 阳离子化分子或多电荷离子或多聚体离 子。 常用的是基质辅助激光解吸离子 -飞行时间-质谱。目前还有更新的串 联飞行时间质谱技术 。Cri mmins等用 MALD I - T OF MS分析通过二硫 键键合的异二肽 ,得到了二肽及每个单体肽组分的质量。结论是 MALD I T OF MS中的碎裂过程与氨基酸胱氨酸水溶液的光引发均裂有相似之处。 提供了一种指认蛋白中二硫键的简便方法。此方法还适用于对单核细胞 进行直接的化学分析。 MALD I的特点是准分子离子峰很强 ,几乎无碎片离子 ,因此可直接分 析蛋白质酶解后产生的多肽混合物。另一个特点是对样品中杂质的耐受 量较大 ,当用液体色谱分离蛋白质是 ,往往把盐留在样品中 ,若这些盐的量 在基质的 5%以下 ,可不影响蛋白质离子的发射 ,因而往往可省去脱盐的步 骤,大大缩短分析时间。
高效液相色谱质谱联用技术
高效液相色谱质谱联用技术一、离子化接口高效液相色谱质谱联用技术中的离子化接口是连接液相色谱和质谱的重要部分。
离子化接口的作用是将液相色谱流出的样品进行离子化，以便在质谱中进行鉴定和分析。
离子化接口的设计应能适应各种不同性质的样品，并保证在不影响样品特性的情况下实现离子化。
常见的离子化接口有电喷雾离子化（ESI）、大气压化学离子化（APCI）和大气压光电离（APPI）等。
二、质谱分析质谱分析是高效液相色谱质谱联用技术的核心部分。
样品经过离子化接口进入质谱后，首先通过质量分析器将离子按照其质量数分离，然后进行检测和记录。
通过质谱分析，可以得到样品的分子量、分子式、分子结构等信息，从而对样品进行定性分析。
同时，还可以通过检测样品的离子丰度分布，得到样品的定量分析结果。
常见的质谱分析器有四极杆、离子阱和傅里叶变换等。
三、接口技术特点高效液相色谱质谱联用技术的接口技术特点主要包括以下几个方面：1. 高灵敏度：离子化接口可以将样品中的分子转化为离子，并通过质谱分析器的分离和检测，实现对样品的微量分析，灵敏度可达pg水平。
2. 高分离效率：液相色谱的分离能力加上质谱的鉴定能力，可以实现复杂样品的高效分离和高纯度分析。
3. 高选择性：对于某些性质相似的化合物，可以通过调节液相色谱的分离条件和质谱的鉴定参数，实现对这些化合物的选择性分析和鉴定。
4. 高动态范围：高效液相色谱质谱联用技术可以适应不同浓度的样品分析，动态范围可达几个数量级。
5. 高可靠性：该技术的分析结果具有高度可靠性，已被广泛应用于药物代谢、生物样品分析、环境监测等领域。
四、应用领域高效液相色谱质谱联用技术已被广泛应用于各个领域，如药物研发、生物医学研究、环境监测、食品安全等。
在药物研发中，该技术可用于研究药物的代谢过程和药代动力学特征，为新药研发提供重要依据。
在生物医学研究中，该技术可用于鉴定生物体内的代谢物和药物代谢产物，有助于深入了解生物体的生理和病理过程。
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3. 从紫外光谱的max和max得到生色团的类型
紫外、红外、核磁、质谱
4. 从红外数据提出化合物中可能存在的基团。尤其 是分子中不含氮时，红外光谱特别容易确定OH、 C=O、C-O中任何一个基团的存在。对含氮分子， 红外光谱很易确定NH、C≡N、NO2等基团的存在。 利用3000cm-1左右的特征吸收峰等，确定未知物 是否属于芳香族的化合物，进而对芳香族化合物 可以确定其取代类型，对不饱和化合物可以区别 它是炔烃还是烯烃，并可判断双键的类型，当得 到部分基团的信息后，可以参照核磁、质谱数据 写出未知物的部分结构式。
• 利用四谱数据来确定未知物的结构时，实 际上并没有一个统一的步骤可遵循。仅就 一般剖析图谱的程序以及如何充分利用各 种信息解析图谱进行简单介绍：
紫外、红外、核磁、质谱
1. 从质谱图上分子离子峰的m/z，得到未知物的相 对分子质量。由元素分析数据和质谱图上M、 M+1、M+2峰的强度比，结合氮规律及断裂形式， 确定最可能的分子式。还可利用M、M+2峰确定 Cl、Br、S元素的存在
大量的有用信息。
我国质谱的发展历史
➢ 上世纪50年代末，配合我国核能研究的发展，几 位自前苏联回国的留学生带回了质谱分析技术
➢ 我国的质谱技术开始时期主要在同位素分析方面 开展工作，后来延伸到地质勘探部门。
➢ 有机质谱技术起步晚，直至1980年全国质谱学会 在杭州成立。
突出特点（与核磁、红外、紫外相比）
离心力 =向心力；m 2 / R= H0 e V 曲率半径： R= (m ) / e H0
质谱方程式：m/e = (H02 R2) / 2V 离子在磁场中的轨道半径R取决于： m/e 、 V 改变加速电压V, 可以使不同m/e 的离子进入检测器。
单聚焦分析器示意图
四极杆质量分离器
三、质谱法测定分子结构
1、进样系统
质谱仪器只能分析和检测气相中的离子。
• 储罐进样：用作质量标定的全氟三丁胺等 • 探头进样：合成的“纯”物质等 • 色谱进样：复杂混合物分析
2、离子源
• 电子轰击（EI）：使用具有一定能量的电 子直接作用于样品分子，使其电离。电力 效率高，保证了高灵敏度和高分辨率。
• 化学电离（CI）：引入大量试剂气，样品 分子与电离电子不发生作用。软电离，对 于热不稳定样品的电离很有意义。
3、测定官能团和碳骨架
从质谱裂解产生的碎片离子可以推测 分子中所含的官能团和各类化合物的特征 结构片段。
[例】： 质谱图中出现m/z=17的离子很可能是
羟基（OH）， m/z=26的离子很可能是腈 基（CN），
紫外、红外、核磁、质谱
• 每一种仪器分析法方法，都不是万能的， 很好地利用四谱综合起来进行有机化合物 的结构解析。
质谱的发展历史
➢ 1920年，Aston首先引入了“质谱”（mass spectrum） 这一术语
➢ 1942年，才出现第一台商品质谱仪 ➢ 相当长的时间用于同位素分析，二战时期美国用于原子弹
计划，分析235U和238U ➢ 有机质谱研究的真正兴起在50年代之后 ➢ 60年代化学家认识到质谱在有机分子结构分析方面能提供
1. 质谱法是唯一可以确定分子质量的方法 2. 灵敏度高，样品用量少
通常只需微克级样品，检出限可达10-14 g 3. 应用范围广
质谱仪种类很多，应用范围广，可进 行同位素分析，也可进行化学分析，可进 行无机成分、有机结构分析
被分析对象：气体、液体、固体
二、有机质谱仪器
进样系统
离子源
质量分析器
检测器
其他电离方式
• 大气压化学电离（APCI） • 快原子轰击（FAB） • 等离子体解吸质谱（PDMS） • 基质辅助激光解吸/电离（MAILDI） • 电喷雾电离（ESI）
3、质量分析器
加速后离子的动能 :
(1/2)m 2= e V = [(2V)/(m/e)]1/2
在磁场存在下，带电离子按曲线轨迹飞行；
质谱及其联用技术
一、质谱的发展历史
• 英国物理学家J.J.Thomson ——1906年诺贝尔物理学奖获得者
《正电荷射线及其在化学分析中的应用》，1913： “撰写本书的主要宗旨之一是希望他能启发其他 科学家，特别是化学家尝试采用这个方法（质谱 法）。我深信化学中存在的许多问题可以凭借这 个方法得以解决。这个方法有惊人的灵敏度—— 甚至比光谱法还要灵敏的多”
有机质谱提供的分子结构信息主要包括：
• 分子量 • 元素组成 • 测定官能团，推测碳骨架
质谱的常用术语
• 质荷比：离子质量与其所带电荷的比值m/z • 峰：质谱图中的离子信号称为离子峰，简称峰。 • 分子离子峰：分子失去一个电子生成的离子，
分子离子的质荷比等于分子量。
• 碎片离子：分子离子在离子源中经一级或多级
1.储罐进样 2.探头进样 3.色谱进样
1.电子轰击 2.化学电离 3.场致电离 4.激光
1.单聚焦 2.双聚焦 3.飞行间 4.四极杆
质谱仪需要在高真空下工作：离子源（10-3 10 -5 Pa ）
质量分析器（10 -6 Pa ） (1) 大量氧会烧坏离子源的灯丝； (2) 用作加速离子的几千伏高压会引起放电； (3) 引起额外的离子－分子反应，改变裂解模型，谱图复杂化。
若分子质量数可以被4整除，则该分子中氢原子的 数目也可以被4整除。
2、元素组成的确定
确定化合物元素组成即测定它的分子式或 实验室，目前主要采用高分辨质谱。
高分辨质谱仪可测得小数点后4-6位数字， 实验误差±0.006
【例】 自翠Βιβλιοθήκη 属植物中提取的植物碱高分辨质谱测 定分子量449.2776，C25H39NO6计算得分 子量为449.2777。
裂解生成的产物离子。
典型质谱图
质谱图。以质荷比m/z 为横坐标，离子相对强度为纵坐标， 相对强度是把原始质谱图上最强的离子峰定为基峰，规定其相对强度为
100%，其它离子峰以对基峰的相对百分值表示。
1、分子量的测定
用EI质谱发研究过的有机化合物几乎75% 可以直接从质谱图上读出分子量。
氮素规则： 不含N或含偶数个N原子其分子量必为偶数； 含奇数个N原子的分子量必为奇数。