质谱技术分析分析
质谱分析法知识汇总(全面)
质谱分析法知识汇总（全面）1.质谱法定义：是将待测物质置于离子源中电离形成带电离子，让离子加速并通过磁场或电场后，离子将按质荷比(m/z)大小分离，形成质谱图。
依据质谱线的位置和质谱线的相对强度建立的分析方法称为质谱法。
2.质谱的作用：准确测定物质的分子量；质谱法是唯一可以确定分子式的方法；根据碎片特征进行化合物的结构分析。
3.质谱分析的基本原理：质谱法是利用电磁学原理，将待测样品分子解离成具有不同质量的离子，然后按其质荷比(m/z)的大小依次排列收集成质谱。
根据质谱中的分子离子峰(M+)可以获得样品分子的相对分子质量信息；根据各离子峰(分子离子峰、同位素离子峰、碎片离子峰、亚稳离子峰、重排离子峰等)及其相对强度和氮数规则，可以确定化合物的分子式;根据各离子峰及物质化学键的断裂规律可以进行定性分析和结构分析；根据组分质谱峰的峰高与浓度间的线性关系可以进行定量分析。
4.质谱分析的过程：（1）进样，化合物通过汽化引入电离室；（2）离子化，在电离室，组分分子被一束加速电子碰撞，撞击使分子电离形成正离子；（3）离子也可因撞击强烈而形成碎片离子；（4）荷正电离子被加速电压V加速，产生一定的速度v，与质量、电荷及加速电压有关；（5）加速正离子进入一个强度为B的磁场(质量分析器)，发生偏转。
5.质谱仪的组成：真空系统、进样系统、离子源或电离室、质量分析器、离子检测器。
6.真空系统作用：是减少离子碰撞损失，若真空度低：大量氧会烧坏离子源的灯丝；会使本底增高，干扰质谱图；引起额外的离子-分子反应，改变裂解模型，使质谱解释复杂化；干扰离子源中电子束的正常调节；用作加速离子的几千伏高压会引起放电等。
7.进样系统目的：高效重复地将样品引入到离子源中并且不能造成真空度的降低；间歇式进样系统——气体及低沸点、易挥发的液体;直接探针进样——高沸点的液体、固体；色谱进样系统——有机化合物。
8.离子源或电离室：作用是使试样中的原子、分子电离成离子，其性能影响质谱仪的灵敏度和分辨率本领。
化学分析中的质谱技术使用注意事项
化学分析中的质谱技术使用注意事项质谱技术作为一种重要的化学分析方法，在科学研究和工业应用中扮演着重要角色。
质谱技术通过对样品中化合物的质量和相对丰度进行测量，可以提供有关样品成分和结构的重要信息。
然而，在使用质谱技术进行化学分析时，有一些注意事项需要遵守，以确保结果的准确性和可靠性。
首先，选择合适的质谱仪和检测模式非常重要。
质谱仪的种类繁多，包括质谱质谱仪（MS/MS）、气相色谱质谱仪（GC-MS）、液相色谱质谱仪（LC-MS）等。
不同的仪器和检测模式适用于不同类型的样品和分析目标。
使用者需要根据需要选择最合适的仪器和检测模式，以确保所得数据的可靠性和可比性。
其次，样品的准备和处理过程需严格控制。
质谱技术对样品的纯度和浓度要求高，任何杂质或者干扰物都可能对分析结果产生影响。
因此，在样品准备和处理过程中，需要进行适当的样品处理、提取、纯化等步骤，以确保样品的质量和纯度。
同时，样品的浓度也需要控制在合适的范围内，避免过高或过低的浓度对质谱仪的性能产生影响。
另外，仪器的使用和维护也是化学分析中质谱技术使用的重要环节。
质谱仪是一种复杂的仪器设备，需要经过专业的培训和操作才能熟练使用。
使用者需要了解和掌握仪器的各种参数和功能，设置适当的仪器条件和操作参数。
同时，定期进行仪器的校准和维护，确保仪器的稳定性和可靠性。
此外，及时更换仪器中的消耗品和关键部件，减少因仪器老化和磨损造成的影响，也是保证结果可靠性的重要步骤。
在进行质谱分析时，还需要注意样品的测量环境和条件。
质谱分析通常需要在高真空环境下进行，以避免空气中的干扰对实验结果的影响。
此外，适当的温度、湿度和压力等环境条件对实验结果也可能产生影响，因此需要掌握并控制这些条件。
同时，在进行质谱分析时，需要避免样品与仪器材料发生反应，导致结果的失真。
最后，在进行数据分析和结果解读时，需要谨慎对待。
质谱分析的数据量庞大，需要借助计算机和专业软件进行数据处理和解读。
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
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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。
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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。
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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•
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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。
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（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
质谱分析技术简介
一、质谱分析技术简介p y Introduction of Mass Spectrometry2017.2.27主要内容1、概述概述2、质谱仪的基本结构（1）进样系统（2）离子源（3）质量分析器（4）检测器3、质谱仪质谱仪1、概述质谱（Mass Spectrometry）分析将样品分子经过离子化后，在电场与磁场的共同作用下，利用其质荷比(m/z)不同而进行分离，检测得到质谱图的一种分利其离检得质谱的种析方法。
质谱的主要作用①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;③对于高分辨质谱可获得元素组成信息。
信息 质谱的分类2、质谱仪的基本结构质谱仪工作原理样品分子从进样系统进入离子源，形成带电离子→→进入质量分析器→→在质量分析器中，不同质荷比m/z的离子实现时空分离→→检测器中检测和记录数据。
（1）进样系统最常见的试样引入方式有：()()•直接插入(direct insertion):样品置于探针或样品板如MALDI)直接插入离子源，热或激光解吸使之挥发和离子化。
直接喷入(direct infusion)：采用毛细管或毛细管柱将气体或液体样品喷入质•(direct infusion)谱仪中进行分析检测（如EI, ESI)，可以通过注射泵连续泵入（GC/MS、接口）LC/MS接口）。
(EI, ESI)(MALDI)（2）离子源作用：将被分析的样品分子电离成带电的离子。
种类：气相源：如EI, CI, FIFD,FAB,APCI,ESI,LD,硬源离子化能量高伴有化学键的断裂谱图复杂解吸源：如FD, FAB, APCI, ESI, LD,MALDI…硬源：如EI ，离子化能量高，伴有化学键的断裂，谱图复杂，可得到分子官能团的信息。
软源软源：如CI, FI, FD, FAB, APCI, ESI, LD, MALDI…… 离子化能量低，产生的碎片少，谱图简单，可得到分子离子峰即得到分子量信息峰，即得到分子量信息。
化学分析中常见的质谱分析技术
化学分析中常见的质谱分析技术随着现代科技的快速发展，高端的仪器设备已经成为科研实验室中必不可少的仪器设备。
其中，质谱分析技术作为一项化学分析的高端技术，已经广泛应用于各个领域。
那么，什么是质谱分析技术呢？质谱分析技术，也称为质谱法，是通过对物质中分子和离子的相互作用进行分析的一种方法。
这种技术通过测量粒子的质量、电荷、分子质量以及它们相互作用等因素，来鉴定样品中的一种或多种物质。
质谱法不仅可以鉴定物质的分子结构和种类，还能够分析物质的组成、化学性质、化学反应等。
常见的质谱分析技术有哪些呢？1. 电离质谱分析技术：电离质谱（MS）是对化合物进行分离和检测的一种分析技术。
这项技术会通过将化合物加热，并通过电场将它们分为带正电荷或带负电荷的粒子，然后再进行分析。
2. 质子转移反应质谱分析技术：这种技术通过测量分子中质子转移反应的速率来测量输入物和反应物的相对丰度。
这种技术经常用于分析小分子化合物和含小分子的高分子体系。
3. 换能电离质谱分析技术：这种技术包括与离子化程度有关的离子源和检测技术。
离子源通常是一种能将化合物离子化的装置，而检测技术则可用于测量生成的离子。
这种技术经常用于分析含量较低、分子量较高的大分子物质。
4. 微波解析质谱分析技术：这项技术通过将样品加热并将其分为带正离子或带负离子的粒子来分析样品。
这种技术经常用于分析环境样品、生物样品以及分析含有天然产物的样品等。
除了以上几种常见的质谱分析技术以外，还有其他的质谱分析技术，如飞行时间质谱（TOF-MS）、三维电场离子陷阱质谱等。
这些技术各有特点，可以应用于不同的领域，具有较高的分析精度和检测灵敏度。
近年来，随着纳米科技和生物技术的快速发展，利用质谱分析技术来研究纳米材料和生物化学已经成为科研工作者的热点领域。
通过质谱分析技术可以对生物大分子进行分析，不仅可以了解它们的组成结构，还可以分析它们在生物化学反应中的作用机理，如是什么催化了生物活性分子的产生，以及如何优化这个过程。
《生物质谱分析技术》课件
生物质谱分析技术在生物学、医学和农业等领域有广泛的 应用，如蛋白质组学、代谢组学、药物筛选和食品安全检 测等。
生物质谱分析技术的原理
生物质谱分析技术的原理是基于质谱原理，通过离子化样 品中的分子，测量其质量/电荷比值，从而确定分子的质 量和结构。
THANKS
感谢观看
临床应用
随着质谱分析技术的发展，其在临床 诊断、药物发现和个性化医疗等领域 的应用将得到进一步拓展。
人工智能与机器学习
人工智能和机器学习技术将进一步优 化和提高质谱数据的解析能力，使生 物质谱分析更加高效和准确。
06
参考文献
参考文献
生物质谱分析技术概述
生物质谱分析技术是一种基于质谱原理的生物分子分析方 法，通过测量生物分子质量，可以用于鉴定、定量和分离 生物分子。
蛋白质组学研究是生物质谱分析技术的重要应用领域之一。通过质谱分析，可以 鉴定蛋白质的成分、结构和功能，进而研究蛋白质之间的相互作用和蛋白质的表 达调控。
质谱分析在蛋白质组学研究中常用于蛋白质鉴定、差异表达分析、蛋白质修饰和 相互作用研究等方面。例如，在研究癌症等疾病过程中，质谱分析可以帮助科学 家发现与疾病相关的差异表达蛋白和蛋白质修饰，为疾病的诊断和治疗提供新的 靶点。
生物质谱分析技术逐渐成熟， 开始广泛应用于蛋白质组学研
究。
21世纪初
随着各种新型质谱仪器的出现 ，生物质谱分析技术的应用领
域不断拓展。
目前
生物质谱分析技术已经成为生 命科学领域的重要研究手段， 不断推动着生命科学的发展。
02
质谱仪的基本原理与构成
质谱仪的工作原理
1 2
离子化
通过电离方式将生物分子转化为带电离子。
质谱分析技术的原理和应用
质谱分析技术的原理和应用质谱分析技术作为当代分析化学的重要手段，具有高灵敏度、高选择性和高分辨率等特点，被广泛应用于医药、环境、食品安全等领域。
下面我们将从质谱分析的基本原理、仪器构成以及应用案例等方面进行论述。
一、质谱分析的基本原理1. 质谱分析的基本步骤质谱分析主要包括样品的制备、离子化、加速、分离以及离子检测和信号处理等步骤。
首先，样品被制备成气体、液体或固体状态，然后通过离子源将样品中的分子或原子离子化。
离子化后的离子被加速，并根据质荷比（m/z）经过磁场或者电场的作用分离。
最后，离子被转化为电流信号，通过信号处理器获得质谱图。
2. 质谱分析的原理质谱分析的原理基于质荷比的选择性分离和检测。
在磁场或电场作用下，带有不同质荷比的离子会分别偏转。
利用质谱仪中的质荷比分离器，可以将离子按照它们质荷比的大小进行分离和检测。
通过测量质荷比和强度，可以确定样品中不同的成分和它们的相对含量。
二、质谱仪器的构成质谱仪由离子源、分离器、检测器和数据系统等部分构成。
1. 离子源离子源是将样品中的分子或原子离子化的部分，常用的离子源有电喷雾源（ESI）、大气压化学电离源（APCI）和电子轰击源（EI）等。
不同的离子源选择取决于样品的性质和目的。
2. 分离器分离器根据质荷比的差异将离子分离。
常见的分离器有磁扇形质量分析器（Sector Mass Analyzer）、四极杆质量分析器（Quadrupole Mass Analyzer）和飞行时间质量分析器（Time-of-Flight Mass Analyzer）等。
每种分离器都有其特定的分离原理和适用范围。
3. 检测器检测器用于将离子转化为检测信号。
常见的检测器有离子多极管检测器（Ion Multiplier Detector）和光电倍增管检测器（Photomultiplier Tube Detector）等。
检测器的选择也与样品的性质有关。
4. 数据系统数据系统负责信号的采集、处理和分析。
质谱分析技术原理与应用
质谱分析技术原理与应用质谱仪(MassSpectrometer)是一种分析质量(Mass)的仪器，可进而鉴定分子结构及定量分析。
纵观其发展历程质谱的发展速度近似于指数曲线，近年来越来越快速地成长，已成为当今分析化学功能强大的设备。
一般而言，课题越重要，参与的人越多。
美国质谱年会每年有超过3000篇的口头及墙报论文发表，超过6000人与会，没有哪一种分析仪器具有类似的会议规模。
1. 质谱仪的构造与质谱图1.1 质谱仪的基本原理与构造顾名思义，质谱仪是测定物质质量的仪器，基本原理为将分析样品(气、液.固相)电离(Ionization)为带电离子(Ion)，带电离子在电场或磁场的作用下可以在空间或时间上分离: 质谱仪的种类很多，但是基本结构相同。
如图1-1 所示，质谱仪的基本构造主要分成五个部分:样品导入系统(Sample Inlet)、离子源(Ion Source)、质量分析器(MassAnalyzer)、检测器(Detector)及数据分析系统(DataAnalysis System)。
纯物质与成分简单的样品可直接经接口导入质谱仪;样品为复杂的混合物时，可先由液相或气相色谱仪分离样品组分，再导入质谱仪。
当分析样品进入质谱仪后首先在离子源对分析样品进行电离，以电子、离子、分子或光子将样品转换为气相的带电离子，分析物依其性质成为带正电的阳离子或带负电的阴离子。
产生气相离子后，离子即进入质量分析器[图1-1(a)]进行质荷比的测量。
在电场、磁场等物理作用下，离子运动的轨迹会受场力的影响而产生差异，检测器则可将离子转换成电子信号，处理并储存于计算机中，再以各种方式转换成质谱图。
此方法可测得不同离子的质荷比，进而从电荷推算出分析物中分子的质量。
此外，质谱仪还需要一个高真空系统，维持在10-4torr至10-10torr 的低压环境中让样品离子不会因碰撞而损失或测量到的m/z值有偏差。
除了质量的测量，质谱仪也可以利用串联质谱技术，更有效地鉴定化合物的分子结构。
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APCI 离子源
电晕针
APCI 喷雾室的设置
雾化气 压力 电晕针 电流
加热器
帽电压
干燥气 温度和流速
碎裂区
HPLC 流速 >500mL/min 雾化气压力 60 psig 干燥气温度 start with 350 C 干燥气流速 4 L/min 气化温度 随 FIA调节 帽电压 随 FIA调节 (2000-6000) 开始 2500 V 电晕电流 随 FIA调节 开始 25 µA (neg) 或 4 µA (pos)
HPLC-APCI(大气压化学电离) √
HPLC-APPI(大气压光致电离)
HPLC－APIMS方法开发
LC－MS联用所面临的两大问题
液相色谱流动相的量比质谱当于气体流 速150－1200mL/min，而现代质谱只能忍受的 气体流量只有1－20mL/min； 液相色谱的研究对象是难挥发和热不稳定的化 合物，这些化合物用常规电离方法是很难电离 的。 关于LC－MS的研究主要致力于解决上述两个问 题。
HPLC-APCI(大气压化学电离)
雾化 蒸发液滴 气相电离
[溶剂+ H]+ + A
溶剂 + [A + H]+
APCI离子化机理
Nebulizer Pressure Corona current
Heater
Vcap
Drying gas Temperature and Flow
Fragmentor
步骤 2－气动辅助电喷雾－产生带电液滴
含有约100,000电荷、直径2 mm的 带电溶剂液滴
喷雾柱体、端板 和毛细管上的场 使液滴带电
由于溶剂组成或流速，气动喷雾减小了液滴的大小对粘度和表面张力的 偏离
步骤 3－带电液滴的去溶剂
热干燥气体 加热的氮气蒸发了液滴，增加了电荷/体积比。Rayleigh极限是带电液滴 能够存在的最大 电荷/体积比 。当电荷超过这个极限时，发生库仑破裂。
APCI离子化机理
气化 溶剂电离 电荷交换给分析物 N2 (从干燥气) + e- N2+ + N2++2N2 N4 + + N2 N4++H2O H2O + + 2N2 2e-
H2O + + H2O H3O+ + OH
H3O+ + M [M+H]+ + H2O
干燥气 温度和流速
裂解区
电喷雾需考虑的问题
样品 在溶液中为离子态: 儿茶酚胺、硫酸酯共轭物、丁基胺 有可诱导电离的化合物：甲醇 含杂原子的化合物：氨基甲酸酯类，苯并二氮杂草类 溶液中带多电荷：蛋白质、多肽、低聚核甘酸 溶液化学参数 流速 样品的 pK, 溶液 pH 溶液导电性 应避免的样品 尤其非极性的样品：PAHs, PCBs
LC/MS 电离技术的相对适用性
HPLC-ESIMS (电喷雾电离)
离子阱
喷雾室
检测器
电喷雾离子
雾化气 (气体用红色显示))
-4000 V
加热的氮气干燥气
溶剂喷雾
+ +
双电子毛细管入口
电喷雾电离源 API-Electrospray Ion Source
APCI 需考虑
样品
分子量和极性中等的化合物：PAHs, PCBs, 脂肪酸, 邻苯二甲酸酯 类； 不含酸性和碱性位点的化合物（碳氢化合物、醇、醛、酮和酯）； 含有杂原子的化合物：脲、苯并二氮杂草、氨基甲酸酯； 具有一定挥发性的化合物, 排除了分子量较大和极性较大的分子, 如蛋白质/多肽； 电喷雾响应不好的样品；
电喷雾喷雾室设置
雾化气压力
雾化气压力 <200 mL/min 200-400 mL/min 400-800 mL/min >800 mL/min
10-20 psig 20-30 psig 30-50 psig 50-70 psig
帽电压
干燥气流速 (6-12 L/Min) 含水高需更高的流速 如果太底，液滴会导致谱图中的尖峰 当有疑问时，使用过量的 干燥气温度 蒸汽压越低的溶剂温度越高 开始为 300 - 350C 帽电压 用FIA优化 (2000-5000) 开始 3000 V 在负离子模式，注意高的室电流或兰色光辉（电 晕针显示）：当这现象发生时须降低帽电压
高电压装置
电喷雾电离－离子形成的必要步骤 • 步骤 1 溶液中的电离
• 样品的pKa • 溶液的pH
•步骤 2 •步骤 3
喷雾
•表面张力和粘度 •气动辅助
去溶剂
•干燥气温度和流速 •热容量，H vap
•步骤 4
•溶解能
离子从溶液中解吸
气相中的离子反应
•步骤 5
•质子亲合力 •电荷交换
步骤 1－在溶液中如何产生离子？
蒸发
Rayleigh 极限
Coulomb 爆裂
蒸发
被分析离子
步骤 5－气相中的离子反应
通过离子传输区域时从大气压喷雾室的反应中会发生质子转 移和电荷交换反应。这个高压区允许发生1000次离子/分子 反应。
•质子转移: 气相质子转移反应使分子带电
[M] + [NH4]+ [M+H]+ + [NH3]
液滴的Con’t库仑分裂
50-100 nm带电液滴－包含100个电荷 • Rayeigh破裂释放出较小的最终变成样品离子的液滴。 • 这些液滴包含母体液滴中10-20%的电荷但仅仅2 %的质量。
步骤 4－从溶液中解吸离子
当液滴的场强超过分析物在溶液中的溶解能时，离子解吸进入气相。
离子蒸发
带电残余物
第三章
质谱技术
Mass spectrum－MS
内容：
第一节 质谱学基础 第二节 高效液相色谱－质谱联用 第三节 生物质谱简介
第一节 质谱学基础
什么是质谱 质谱仪的基本结构 质谱仪的主要性能指标 质谱图及其判读
第二节 高效液相色谱－质谱
(HPLC-API MS)
HPLC-ESIMS(电喷雾电离) √
离子种类
NH4+ PO4-
酸/碱化学性质
M - NH2 + 酸 [M - NH3]+ + 酸-（正离子检测） M - COOH + 碱 [MCOO]- + 碱+ （负离子检测）
缔合（对类似糖的中性物质）
M° + Na+ [M - Na]+ （碱金属，如20 mM 乙酸钠）
衍生化
形成离子或酸/碱产物