第三章离子化方法ppt课件.ppt

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1、第一节、电子轰击离子化,是通用的电离法，是使用高能电子束从试样分子中撞出一个电子而产生正离子，即 M + e M+。+2e 式中M为待测分子，M+。为分子离子或母体离子。,Atom or molecule is hit by high-energy electron,Principles of Electron-Impact Mass Spectrometry,e,Atom or molecule is hit by high-energy electron,electron is deflected but transfers much of its energy to the molecu

2、le,e,Principles of Electron-Impact Mass Spectrometry,Atom or molecule is hit by high-energy electron,electron is deflected but transfers much of its energy to the molecule,e,Principles of Electron-Impact Mass Spectrometry,This energy-rich species ejects an electron.,Principles of Electron-Impact Mas

3、s Spectrometry,This energy-rich species ejects an electron.,Principles of Electron-Impact Mass Spectrometry,forming a positively charged, odd-electron species called the molecular ion,e,+,The molecular ion dissociates to a cationand a radical.,Principles of Electron-Impact Mass Spectrometry,+,204060

4、80100 120,m/z,m/z = 78,Relative intensity,Some molecules undergo very little fragmentation,Benzene is an example. The major peak corresponds to the molecular ion.,思考题：1.EI的应用范围2.EI的特点 使用最广泛，谱库最完整； 电离效率高； 结构简单，操作方便； 分子离子峰强度较弱或不出现(因电离能量最高)。3.EI中通常的能量为多少？轰击电子能量改变对质谱的影响有哪些？4.为什么四极质谱、FTMS、离子阱质谱会出现MH+，而磁质

5、谱很难出现MH+。5.EI适用于何种质量分析器？,第二节、化学电离离子化,一、化学电离离子二、自身化学电离离子化,一、化学电离离子化（Chemical Ionization, CI）,化学电离源一般在1.31021.3103Pa 。 通过 离子 - 分子反应 来进行。试剂气通常为甲烷CH4。首先用高能电子，使CH4电离产生CH5+和C2H5+，即： CH4+e CH4+2e CH4+ CH3+ H CH4+和CH3+很快与大量存在的CH4分子起反应，即： CH4+ CH4 CH5+ CH3 CH3+ CH4 C2H5+H2 小量样品（试样与甲烷之比为11000）导入离子源，试样分子（SH）发生

6、下列反应： CH5+ SH SH2+ +CH4 C2H5+SH S+ C2H6 SH2+ 和S+然后可能碎裂，产生质谱。,PCI 甲烷反应机理,e-,HCH3,CH5+,230eV,PCI,NCI,Spectra,思考题：1.什么情况下需要采用CI？2.CI离子源的压力为1torr，EI为10-5-10-6 torr，为什么？3.CI的用途4.比较CI和EI的灵敏度5.CI实现准确质量测定是否容易？6.CI的局限性,二、自身化学电离离子化（Self-chemical ionization,SCI),FTMS和离子阱的内离子源中出现的特殊方法。 样品分子本身在电子轰击时产生CH5+、 C2H5+

7、 、 C3H7+ 等可提供质子的碎片离子，通过增加离子在阱中的运动时间，提高它们和分子的碰撞几率，提高MH+的强度，以实现CI。,红霉素EI和SCI质谱图,乙醚SCI反应所得到质谱的NIST98库检索结果,烯丙醇FTMS分子离子反应质谱图,思考题：1.FTMS中SCI的特点？和CI相比有哪些优势？2.离子源内真空度高对分析什么样品有利？3.MH+的强度和哪些因素有关？4.应用范围,间二甲苯、对二甲苯和邻二甲苯以丙酮为反应气得到化学电离的质谱图,二甲苯三个异构体 M+H+和 M+CH3CO+的相对强度,第三节、快原子轰击离子化（Fast atom bombardment, FAB）,属于粒子诱导

8、离子化（particle induced ionization),采用高能中型粒子（Ar）轰击样品常用底物： G 甘油 NBA 间硝基苄醇,思考题：1.FAB和CI相比有何特点？2.添加金属离子（如：NaCl、KCl、AgNO3)的目的？3.与活泼氢可以可以发生反应的样品是否可以进行FAB测定？4.为什么在送FAB测试样品时需要溶解性的信息？5.FAB适用于什么类型样品？,第四节、激光解吸离子化（Laser Desorption ionization, LD）,一、激光解吸离子化 （Laser Desorption ionization, LD）二、基质辅助激光解吸离子化 （Matrix as

9、sisted laser desorption ionization, MALDI）三、大气压激光解吸离子化 （Atmospheric pressure MALDI, AP-MALDI）,一、激光解吸离子化（Laser Desorption ionization, LD）,属于粒子诱导离子化（particle induced ionization),采用光子轰击样品常用激光： I R(CO2激光器)： 适用于高分子聚合物、DNA等 UV(N2激光器、Nd-YAG）：适用于多肽等,qV = 1/2(m1v12) = 1/2(m2v22)若m1 m2, 则 v1 v2,无基质为 LD不能分析大分子

10、(碎裂),延迟(脉冲)引出技术Delay (Pulsed) Extraction,20kV,0V,调谐延迟时间和引出电压,达到最佳分辨率线性分辨率优于 4000 (insulin B chain)DE + Reflectron, 分辨率优于20000,New SCOUT 100 MALDI source (from REFLEX),MALDI Source,SCOUT 100 MALDI Accessory,Features:Switch-able source to / from ESIX-Y positioning stage + cameraUp to 100 samples / pla

11、teFast load lock for easy target changeover Elevated Pressure Advantages,思考题：1.LD适用于哪些质量分析器？2.为什么有时加入金属离子？3.应用范围,二、基质辅助激光解吸离子化（Matrix assisted laser desorption ionization, MALDI）,常用基质： 2,5-二羟基苯甲酸（DHB) 丁二酸（SA)基质的作用： 1.稀释样品，使簇合的大分子解离； 2.保护样品，基质吸收激光能量后转移给样品，避免激光直接照射样品分子而引起样品分解； 3.通过质子转移等使样品分子离子化。,寡聚葡萄糖

12、酸,MALDI-TOF, DHB,M+Na+,High MOWSE Score of 159 !,Mass errors below 4 mDa !,MALDI spectrum of only 1 fmole BSA tryptic digest using AnchorChipTM targets. With an assumed max. deviation of 5 ppm, MASCOT gave a score of 159 for BSA.,BSA,MALDI analysis of tryptic digests,MALDI Accessory - benchmark data

13、,MALDI of Insulin B Chain,RP = 1.1 Million !,思考题：1. 基质的作用2. 溶解溶剂的选择,3以碳纳米管为基质的MALDI-MS分析,用经典的基质进行氨基酸的MALDI MS分析受到很大制约 低质量区会有基质信号的背景干扰,基质: DHB,基质: 碳纳米管,DHB+Na+,DHB+2Na-H+,DHB dimer,亮氨酸,亮氨酸,Leu+2Na-H+,含芳香环或杂环的氨基酸有紫外吸收，所以能量不仅可以通过碳纳米管传递，也可以直接吸收能量进行解析，比如苯丙氨酸、色氨酸、酪氨酸。,苯丙氨酸,可能由于纳米管中的碳原子能和氨基酸的脂肪链有某种相互作用，所以脂

14、肪链越长，信号越好，比如缬氨酸、亮氨酸、异亮氨酸。,颉氨酸,七种氨基酸混合溶液的MALDI-FTMS 谱,碳纳米管作为基质的一些特性,高的比表面积 表面原子数量多，表面活性高，碳纳米管可以很好的分散样品分子，来防止它们之间的簇合或减弱分子间的相互作用。强的紫外吸收 电子只要很小的能量就能被激发，而且可以快速释放能量弛豫到费米能级，所以碳纳米管很容易吸收和传递能量使样品分子从表面解析。,三、大气压激光解吸离子化（Atmospheric pressure MALDI, AP-MALDI）,第五节、大气压离子化 （Atmospheric Pressure Ionization,API),一、电喷雾离

15、子化（Electrospray，ESI） 二、大气压化学电离（atmospheric pressure chemical ionization，APCI）三、大气压光化学电离,一、电喷雾离子化（Electrospray，ESI）,离子化过程： 1.荷电液滴的产生 当样品溶液流出毛细管的瞬间，在加热温度、雾化气和强电场（3-5Kv)的作用下，溶液迅速雾化并产生高电荷液滴。 2.荷电液滴中气相离子的产生 带电液滴随着溶剂蒸发不断缩小，液滴表面电荷密度不断增大，发生崩散，形成更小的液滴，小的继续蒸发，以类似的方式崩散，产生单电荷和多电荷离子。,ESI (electrospray ionization

16、) Solvent sprayed across potential field and ionized Droplets evaporates Solvent charge transferred to analytes Polar compounds,ESI,牛膝多糖ESI质谱图和（加入适量Cs+）ESI质谱图,ESI Ion Source: Resolution,Conditions:,Ubiquitin, 1 pmol/uL injected at 1 uL/minute 49% water, 49% methanol, 2% acetic acid Broadband detecti

17、on from m/z 400 to 2500, acquire 1 scan,Specification:,Resolution 100,000 FWHM at m/z 779,Resolution = 198,000,+11 Isotope Cluster 6 fmol Consumed,细胞色素b5和突变体,思考题：1.为什么ESI需要溶解性信息？2.离子源类型，和哪些质量分析器匹配？3.应用范围4.为什么ESI比较适合和LC、CE联用？5.为什么ESI可以测定非共价复合物？6.形成多电荷离子对质谱分析产生什么影响？,Schematic of the nanoelectrospray s

18、ource apparatus 1#-skimmer 1, 2#-heater, 3#-nozzle, 4#-shutter, 5#-interface, 6#-nanoelectrospray tip, 7#-steeless tube, 8#-screw, 9#-high voltage connector, 10#-X,Z modulator 余翀天、郭寅龙* 化学学报 2002;60(11):2029,（一）nanospray,细胞色素c的纳喷雾图谱（单张图谱）从上至下的浓度分别为（A）0.2mg/mL，(B)0.01mg/mL，(C)0.0005mg/mL,（二）脉冲喷雾和间歇喷雾,

19、1.Yu Lu, Feng Zhou, Wenqing Shui, Liping Bian, Yinlong Guo and Pengyuan Yang* Anal Chem 2001;73(19):4748-47532.刘晗青、郭寅龙*、余翀天、杨芃原 化学学报 2002;60(1):171,典型的间歇电喷雾的总离子流图,甲基红霉素的质谱灵敏度的比较（a）间歇电喷雾的方法获得的质谱图，信噪比的平均值为25.53 (b) 连续电喷雾的方法获得的质谱图，信噪比的平均值为14.72,（三）双喷雾,Feng Zhou, Wenqing Shui, Yu Lu, Pengyuan Yang*, and

20、 Yinlong Guo* Rapid Communications in Mass Spectrometry 2002;16:505-511,二、大气压化学电离（atmospheric pressure chemical ionization，APCI）,当样品溶液流出毛细管被雾化到加热管中挥发，在尖端放电电极的高压作用下先使溶剂分子电离，形成反应气等离子体。样品分子在穿过等离子体时，通过质子转移被电离形成MH+或（M-H)-。,思考题：1.为什么APCI 需要溶解性信息？2.离子源类型，和哪些质量分析器匹配？3.应用范围4.为什么APCI 比较适合和LC、CE联用？5. 形成单电荷离子对质谱分析产生什么影响？,三、大气压光化学电离,思考题：1.为什么APPI 需要溶解性信息？2.离子源类型，和哪些质量分析器匹配？3.应用范围4.为什么APPI 特别适合和LC、CE联用？,API/MS特点,分析极性较大的化合物与GC/MS相互补充与LC、CE、CEC的联用“软”电离技术,