生物医学研究院仪器培训——电喷雾质谱ESIMS
LCMS(ESI)的基本原理及应用
质谱常用术语
1、分子离子(molecular ion) 自由基（radical）离子M•+。很活泼，易碎裂而产生广义的碎片离子
2、准分子离子(quasi-moleculanr ion) 由软电离技术产生的质子或其他阳离子加合离子以及去质子化或其他阴 离子加合离子。
3、碎片离子(fragment ion) 电离后具有过剩内能的分子离子能以多种方式裂解生成碎片离子。
ESI的电离模式的选择原则
❖ ESI(+)： - 适应于碱性样品，含有仲氨或叔氨基时可优先考虑 - 适合酸性系统： 容易加合质子
❖ ESI(-)： ❖ - 适应于酸性样品，含氯、含溴和多个羟基时可尝试使用
- 在 碱性系统 中：易失去质子
❖ 对于本身 离子流较弱的样品建议 - 在酸性系统中做ESI(+)
大气压化学电离(APCI) ： 气相化学电离 (CI)过程中溶剂相当于CI反应气来使样品电离。
大气压光致电离 (APPI): Krypton氪灯产生的紫外光电离气相样品或参加随后的气相反应。
LC/MS 技术的相对适用性
液质联用技术的相对适用范围
100,000
电喷雾(ESI)
10,000
分子量
1000
雾化气压力
干燥气 温度和流速
电喷雾喷雾室设置
帽电压 裂解区
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
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
ESIMS及其原理.ppt
3. ESI是特殊的电解池——电解机制
假定电荷的分离是电泳机制，在稳定的ESI 操作下，带正电的雾滴将连续带走正离子，在 这样的连续电流的装置中，必须实现电荷平衡， 同时，只有电子能通过金属导线，因而推测ESI 必定包括电化学过程，将移向电极的离子转换 为电子。换言之，ESI装置是一种特殊的电解池。 其特殊之处在于部分的离子迁移是通过气相， 由带电雾滴和其后产生的气相离子携带的，而 常规电解池中，离子的迁移是在连续的溶液中 进行的。
q
Ne
E
4 0 R2 4 0 R2
由上式预示的速率常数kI随N的增加和R的变小 而增加。其它两个参数代表发射的离子的性质，最
低△G≠的逸出离子不是裸露的电解质离子M+,而是 溶剂化的离子M+（Sl）m。如式（1）所示裸露的 Na+
从水溶液中转移至气相需要较高的能量98kcal/mol，
锥体—喷口模型（图2）
(a)锥体尖端延伸为液体喷口，RJ为喷口半径，RD为雾滴 直径。对ESI/MS常用的低粘度液体，RD/RJ约1.9。当电 压由a→b→c增加，可观察到多喷口模型。
带电雾滴产生—电泳机制
雾滴带正电是由于在锥体及其喷口表面有过 量的正离子。如果在溶液中的电解质是NaCl，在 表面过量的正离子是Na+离子,这种带电模式取决 于在电场作用下，正、负离子向相反方向迁移， 称为电泳机制。由锥体喷雾产生的带电雾滴经空 气向反电极方向漂移，随着溶剂蒸发，带电雾滴 收缩，雾滴表面电荷密度增加。当雾滴缩小至一 定的半径，电荷间的斥力克服了表面张力，雾滴 发生分裂，这个过程重复发生（溶剂蒸发与雾滴 分裂），直至生成气相离子。
二、气相离子形成的机制
生成气相离子有两种机制： 离子蒸发（ion evaporation） 带电残渣模型（charged residue mode）
sims仪器原理
sims仪器原理Sims仪器原理Sims仪器是一种表面分析技术，用于研究材料的组成和结构。
该仪器基于静电除水技术，通过激光和电子束对材料进行扫描，获取样品表面的化学成分和结构信息。
Sims仪器的原理基于二次离子质谱（Secondary Ion Mass Spectrometry）技术。
在分析过程中，样品表面被离子束轰击，将样品表面原子和分子击出。
这些击出的粒子被称为次级离子，它们在离子束的作用下进入质谱仪进行检测。
Sims仪器的关键部件是离子源和质谱仪。
离子源产生离子束，质谱仪则用于分离和检测离子。
离子源通常使用Cs离子源或金属离子源，这些离子源能够产生高能离子束，使样品表面原子和分子受到足够的轰击能量。
离子束轰击样品表面时，会将表面原子和分子击出。
这些次级离子具有不同的质量和荷电量，通过调整磁场和电场，可以将这些离子按质量和荷电量分离。
分离后的离子进入质谱仪的离子检测器，通过检测离子的质量和荷电量，可以获得样品表面的化学成分和结构信息。
Sims仪器的工作原理还包括静电除水技术。
由于样品表面可能存在水分子，水分子的存在会干扰离子束对样品的轰击。
为了减少这种干扰，Sims仪器通常使用静电除水技术，在样品表面形成一个低湿度的环境，从而减少水分子的影响。
Sims仪器在材料科学、表面科学和生物医学等领域有着广泛的应用。
它可以用于分析材料的成分、杂质和缺陷，研究材料的生长和退化过程。
此外，Sims仪器还可以用于研究生物分子、细胞和生物材料的组成和结构，对生物医学研究具有重要意义。
总结一下，Sims仪器是一种基于二次离子质谱技术的表面分析仪器。
它通过离子束轰击样品表面，将样品表面的原子和分子击出，并通过质谱仪进行分离和检测。
Sims仪器的工作原理还包括静电除水技术，用于减少水分子对分析的干扰。
该仪器在材料科学和生物医学等领域具有广泛的应用前景。
成像质谱显微技术
成像质谱显微技术
成像质谱显微技术（Imaging Mass Spectrometry，IMS）是一种用于分析和成像生物样品中分子分布的高分辨率分析技术。
它结合了质谱技术和显微镜技术，可以同时获得样品的化学信息和空间分布信息。
IMS技术通常基于基质辅助激光解吸电离质谱（MALDI-MS）或电喷雾（ESI）质谱技术。
首先，样品表面的分子被激光束或喷雾喷雾离子化，然后离子通过质谱仪进行分析。
使用高分辨率的质谱仪以及扫描和成像功能，可以获取样品表面各个位置的质谱数据。
通过分析和比较质谱，可以确定不同分子的存在以及它们在样品中的分布情况。
IMS技术在生物医学研究中有广泛的应用。
它可以用于研究生物标记物、代谢产物、药物和代谢物在组织、细胞和生体样品中的空间分布。
这对于研究疾病发生和发展的机制、药物代谢和药物传递等方面具有重要意义。
IMS技术还可以用于生物体内药物传递的动态观察，以及肿瘤组织中的分子标记物鉴定和定量。
虽然IMS技术在生物医学研究中非常有价值，但也面临一些挑战，例如分子定量的准确性、分析速度和图像重建等方面的技术改进。
然而，随着技术的进步和改进，IMS技术将继续为研究人员提供有关生物样品中分子分布的重要信息。
液相质谱-电喷雾离子源(ESI)的五大常见问题
液质联用技术是目前最常用的一种分析检测仪器，今天小编通过问答形式，详细介绍一下液质联用中的ESI离子源技术，透过原理，解答您在分析过程中的常见的疑惑。
一、ESI电喷雾离子源的基本原理是什么？图1. 三重串联四极杆质谱构造图我们通过分解的方式来窥探一下ESI产生离子化的基本过程液相色谱作为进样系统和分离系统：待分析物通过液相色谱系统在色谱柱上得到分离，被流动相带入电喷雾针。
图2. ESI电喷雾离子源构造图●电喷雾针：电喷雾针为套管式结构，中空管道，如上图，中间为流动相通道，两侧翼为雾化气通道，电喷雾针中的喷雾气，形成喷雾压力，流动相液体随喷雾气，被压入大气压气化腔室（见图1）形成喷雾。
●电场梯度：在喷雾针、和离子锥孔处的反电极之间形成电场梯度，液滴在此处形成正离子或负离子，正负离子形成与化合物的性质相关。
●脱溶剂气：被加热的逆向的反吹气，与液滴发生热量交换，使得带电液滴脱溶剂化，库伦爆炸在此过程中反复进行，最终形成裸露的气相离子，通过离子传输组件，进入四极杆质量过滤器中。
●加热鞘气（辅助脱溶剂化）：加热的鞘气，在喷针的两端，和喷针平行处，其作用，一个是热量交换，使得带电液滴气化，另外一个目的是实现离子聚焦，防止离子的逃逸。
二、质谱中的各种“气”和各种“电压”，您了解吗？反吹气（又名气帘气或者脱溶剂气）：反吹气，和气帘气，脱溶剂气其实是不同的名称，从锥孔（或者毛细管）出来的加热气，运动轨迹和离子运行轨迹相反，所以有的叫它”反吹气”，又因为这种加热的气体，对于进入离子通道前的带电液滴，与之进行热量交换，起到了脱溶剂化的效果，又被称为“脱溶剂气”，在与离子传输相反的道路上，它形成了一道像窗帘一样，阻隔了中性分子进入离子通道的路线，降低了本底干扰，所以也被称为”气帘气”。
⏹喷雾气：我们可以看到，雾化气在喷雾针平行的方向上，其主要作用在于形成喷雾压力，使得经过喷针的液流，形成细小的雾滴（此过程带电和雾化同时进行）。
ICP_MS简单培训资料全
ICP-MS简单培训资料、ICP-MS 简介ICP-MS 全称电感耦合等离子体质谱（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry ）,可分析几乎地球上所有元素（Li-U ）ICP-MS技术是80年代发展起来的新的分析测试技术。
它以将ICP的高温（8000K）电离特性与四极杆质谱计的灵敏快速扫描的优点相结合而形成一种新型的最强有力的元素分析、同位素分析和形态分析技术。
该技术提供了极低的检出限、极宽的动态线性范围、谱线简单、干扰少、分析精密度高、分析速度快以及可提供同位素信息等分析特性。
自1984年第一台商品仪器问世以来，这项技术已从最初在地质科学研究的应用迅速发展到广泛应用于环境保护、半导体、生物、医学、冶金、石油、核材料分析等领域。
被称为当代分析技术最激动人心的发展。
ICP-MS 的应用领域分布核工业：5% 法医，公安等：1% 射击残留物分析 金属材料，合金等 Title of Prese ntatio n Date毒性分析 环境:49%饮用水、海水、环境水资源 食品、卫生防疫、商检等 土壤、污泥、固体废物 生产过程QA/QC 质量控制 烟草/酒类质量控制，鉴别真伪等 Hg, As, Pb, Sn 等的价态形态分析半导体：33% 高纯金属（电极） 高纯试剂（酸,碱,有机） ?Si 晶片的超痕量杂质 ?光刻胶和清洗剂He nt TechnologiesPage 4特征材料的定性 来源分析 化工，石化等：4% 核燃料的分析 R&D 放射性同位素的分析 QA/QC初级冷却水的污染分析地质学：2% 医药及生理分析6% Agile nt Restricted医药研究，药品质量控制 药理药效等的生物过程研究土壤、矿石、沉积物 同位素比的研究 激光熔蚀直接分析固 体样品头发、全血、血清、尿样、 生物组织等电感耦合等离子体质谱分析法是将电感耦等离子体（ICP）技术和质谱（MS 技术结合起来，利用等离子体作为离子源，由接口将等离子体中被电离了的试样离子引入质谱仪，用质谱仪对离子进行质量分析（按m/Z 比值将不同的离子分开）并检测记录，根据所得质谱图进行定性定量分析。
ICP-MS简单培训资料
ICP-MS简单培训资料ICP-MS简介ICP-MS是基于电离原子光谱学（ICP-AES）发展起来的一种新型分析技术。
它是将样品中的原子或离子通过高温等离子体电离后，在高强度磁场中分离并计数，然后进一步测定其相对浓度的分析方法。
ICP-MS具有高选择性、高灵敏度、多元素分析等特点，广泛应用于地球化学、环境科学、岩石矿物、生物医学和食品检测等领域。
ICP-MS分析步骤1.样品预处理：样品需要进行前处理，以达到ICP-MS要求的浓度和配比。
例如，化学沉淀、萃取、稀释等方法。
2.仪器准备：将ICP-MS仪器设备进行预准备，包括对仪器进行冷却、功率控制、精细调校等。
3.样品进样：将样品通过进样器送入ICP-MS仪器，加以电离和分离。
4.数据采集：通过数据采集系统，得到ICP-MS分析后的结果，包括各元素的信号强度、加入的质量数、各元素的定量分析结果等。
5.结果处理：将采集到的数据进行计算、处理，得到相应的分析结果。
ICP-MS检测技巧1.标样制备：在ICP-MS分析过程中，标准品的制备是必不可少的。
标准品可以在理论上为贵金属分析提供极大的帮助。
根据具体分析的元素特征，选取适当的纯化方法，制备标准样品。
2.冷却水选择：冷却水的选择非常重要，对仪器分析起到了很大的作用。
建议使用高纯度的去离子水或超纯水，保证冷却水对分析结果的影响达到最小。
3.元素干扰处理：在ICP-MS分析中会遇到元素间相互干扰，误差较大。
因此要针对具体干扰，采用合适的干扰处理方法，如化学修饰剂法、内标法或单扫描法等。
ICP-MS常用应用1.稀土元素地球化学：ICP-MS广泛应用于地球化学、矿床成因和地壳演化等领域。
其应用范围涉及稀土元素、放射性元素、有机金属、微量元素等。
2.食品检测：ICP-MS能够快速准确地检测食品中的多种元素。
如镉、铅、铜、锌等在食品中的含量，保证食品安全性。
3.生命科学：ICP-MS技术在生命科学领域的应用范围较广，包括基因表达、蛋白质组学、代谢物组学等方面。
esi生物化学名词解释
esi生物化学名词解释
ESI是电喷雾离子化（Electrospray Ionization）的缩写，是
一种常用的质谱技术。
它是一种将液体样品转化为气态离子的方法，用于分析和研究生物大分子（如蛋白质、核酸等）的结构和性质。
ESI技术的原理是将溶解在适当溶剂中的样品通过一个细小的
喷雾针头喷射出来，同时在针尖处施加高电压。
在喷雾过程中，溶
剂会逐渐蒸发，使得样品分子逐渐浓缩。
由于高电压的作用，溶剂
中的分子会被电离，形成带电的离子。
这些离子会随着溶剂蒸发，
进入质谱仪中进行分析。
ESI技术的优点之一是它对样品的分析范围非常广泛，可以分
析从小分子到大分子的生物大分子。
此外，ESI技术的操作相对简单，不需要对样品进行复杂的预处理。
ESI质谱还可以与液相色谱（LC）等分离技术结合，提高分析的灵敏度和选择性。
ESI技术在生物化学领域有着广泛的应用。
例如，在蛋白质质
谱分析中，ESI质谱可以用于确定蛋白质的分子量、研究其修饰状态、鉴定蛋白质序列等。
在核酸研究中，ESI质谱可以用于测定DNA
或RNA的序列、分析其结构变化等。
总之，ESI是一种常用的质谱技术，通过将样品转化为气态离子进行分析，可以广泛应用于生物大分子的研究和分析。
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m/z
m/z
12
ESI:wings of molecular elephant
13
ESI（这是纳升电喷雾nanoelectrospray）
喷针 喷雾 质谱
14
泰勒锥
15
CRM
16
两种普遍接受的ESI机理
带电残基 CRM
离子蒸发 IEM
17
ESI的特点
• 直接溶液分析
• 多电荷、多种电荷状态共存
• MS也是Mass Spectrometry质谱分析法的缩写
• ESI是electrospray ionization（电喷雾离子化）的简称，是一种生 成离子的方式。
• ESIMS是将被分析物用ESI的方式生成离子（并加以操作）后用MS 检测m/z的仪器，也就是使用ESI离子源的MS仪器。
3
IBS的LCESIMSThermoFisher
7
Ion（离子）
• 正负性：Cation（正离子）、anion（负离子）
• 价态：(M+H)+是1价正离子、(M-H)-是1价负离子
• 碱性物质易生成正离子、酸性物质易生成负离子、中性物质难生成离子
• 质（m）荷（z）比：分子量1000的物质得到一个质子生成的1价 正离子的m/z=1001
• 同位素峰（簇）：包含同位素质谱信号的所有质谱信号
• 1分00 辨率
90
R12=012.001 000
80• R = (m/z) / F.W.H.M.
70
• 准60 确度
50
40• p.p.m. == 1 / 1,000,000
30•
== 0.001 / 1,000
20
• 10 p.p.m. == 0.01 / 1,000
10
• F.W0 .H.M.：120F0.u90ll Width12H00a.9l5f Maxim1i2u01m.00
• (M+H)+、(M+2H)2+、(M+3H)3+、(M+4H)4+。。。 • 多种电荷状态常常共存 • 甚至还会有多种加合状态共存
• (M+2H)2+、(M+H+Na)2+、(M+H+NH4)2+。。。
C 45 H 85 N 18 O 14 +H: C 45 H 86 N 18 O 14 p (gss, s /p:40) Chrg 1
Hale Waihona Puke 5500R: 20000 Res .Pwr . @FWHM NL:
4400 • p.p.m. == 1 / 1,000,000
30 •
== 0.001 / 1,000
生物医学研究院仪器培训
电喷雾质谱ESIMS
1
LC-ESIMSer in IBS
• 姚鋆 • 晏国全
• 13917673948 • yanguoquan@
• 张磊
• 18621292180 • threebigrock@
• 赵欢欢
2
ESIMS
• MS是Mass Spectrometer（质谱仪）的简称。质谱仪是测量离子的 mass to charge ratio（质量电荷比，简写作m/z）的仪器。一般来 说，质谱仪包括生成离子、操纵离子部分和检测离子部分。
1.91E4
C 46 H 89 N 18 O 13 +H: C 46 H 90 N 18 O 13 p (gss, s /p:40) Chrg 1
20
10 • 10 p.p.m. =1=900.1.601 / 1,000
191.13 0
192.13
1104.6R8: 20000 Res .Pwr . @FWHM
8
同位素峰（分子量越大同位素峰越“高”）
9
分子量
• 肌红蛋白 Myoglobin from horse heart • P68082 (MYG_HORSE) • Length:154 • Mass:17,083 • Monoisotopic m/z：17073
10
分辨率和准确度
C100 +H: C100 H1 p(gss, s/p:40) Chrg 1R: 20000 Res...
m/z
1201.05
1201.10
1201.15
11
分辨率和准确度
C485HH1685NN2O183O*11.40*01.+00C9+HC2406NH28O92N*18.0O01+3H*1:.0p0(g+sHs,: sp/p(g:4s0s), sC/hpr:g4.0....
• 分辨率 100
100
189.112102.67
1102.67465 1118092..1625363574
90 90
H3K4修饰
80
Kac
80 • R = (m/z) / F.W.H.M.
189R.15=9752110002.0690292 Kme3
NL: 1.91E4
C 45 H 85 N 18 O 14 *1.00 +
• 可以做GO、KEGG、PANTHER的富集分析
• /
• P.S.：只想画GO富集图的话，下面的网站也不错 • http://cbl-gorilla.cs.technion.ac.il/
6
质谱是（通用）检测器 电喷雾是一种电离方法，是液相→气相的 媒介
193.13
1105.68
194.14
195.14
18191110022..6452
1111901102100.83629..06.140 11101210.198301.25.66 111081391..01415.9002.6811031.12041.1510923.17809.210105.1010129.742 1105.1518190.2215.7945
LTQ
LTQ
Orbitrap
Q Exactive
Fusion
4
IBS的LCESIMSSCIEX
4600
5600
6500
4000
5
有用的网站
• 质谱MS初级知识
• https:///mshistory/whatisms_toc.php • /
C 46RH 8=99N0180O0103 *1.00 +H: p (gss,
s /p:40) Chrg 1 R: 20000 Res .Pwr . @FWHM NL:
7700
1102.65654 1102.69293
ARTKacQTARK
ARTKme3QTARK
•6600准确度
1103.68
1.91E4