現(xiàn)代分析測試技術(shù)PPT課件

質(zhì)譜法(MS),相對分子質(zhì)量精確測定與化合物結(jié)構(gòu)分析的重要工具；,第一臺質(zhì)譜儀：1912年；早期應(yīng)用：相對原子質(zhì)量、同位素等的測量；現(xiàn)代：有機化合物結(jié)構(gòu)鑒定的重要工具；特殊性：聯(lián)用技術(shù)，相對分子質(zhì)量測定。,發(fā)展過程：,20世紀(jì)40年代：高分辨率質(zhì)譜儀出現(xiàn)，有機化合物結(jié)構(gòu)分析；20世紀(jì)60年代末：色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀出現(xiàn)，有機混合物分離分析；促進(jìn)天然有機化合物結(jié)構(gòu)分析的發(fā)展；20世紀(jì)90年代：基質(zhì)輔助激光解吸電離源、電噴霧電離源、大氣壓化學(xué)電離源，開創(chuàng)了質(zhì)譜技術(shù)研究生物大分子的新領(lǐng)域。2002年由于“發(fā)明了用于生物大分子的電噴霧離子化和基質(zhì)輔助激光解吸離子化質(zhì)譜分析法”，美國科學(xué)家約翰芬恩與日本科學(xué)家田中耕一共享該年度諾貝爾化學(xué)獎。,.,3,第一節(jié)質(zhì)譜儀分析方法原理第二節(jié)質(zhì)譜儀基本結(jié)構(gòu)及主要類型第三節(jié)質(zhì)譜儀重要實驗技術(shù),第十章質(zhì)譜分析技術(shù)（MS）,.,4,一、方法原理：將樣品轉(zhuǎn)化為運動的氣態(tài)離子，通過對離子的質(zhì)荷比（m/z）分析來實現(xiàn)有機物和無機物的定性和定量分析、復(fù)雜化合物的結(jié)構(gòu)分析、各種同位素比的測定通過分子離子、碎片離子、重排離子等信息，進(jìn)行化合物結(jié)構(gòu)分析及分子量的確定由分子離子峰可以確定化合物的分子量；由碎片離子峰可以得到化合物的結(jié)構(gòu)；二、定性分析基礎(chǔ)：一定樣品，在一定電離條件下得到的質(zhì)譜圖是相同的；三、根據(jù)質(zhì)量分析器，可將質(zhì)譜儀分為：靜態(tài)儀器穩(wěn)定的電磁場，按空間位置將m/z不同的離子分開；動態(tài)儀器采用變化的電磁場，按時間不同來區(qū)分m/z不同的離子；,質(zhì)譜儀分析方法原理,.,5,橫坐標(biāo)：質(zhì)荷比，縱坐標(biāo)：離子的強度；離子的絕對強度：取決于樣品量和儀器的靈敏度；離子的相對強度：和樣品的分子結(jié)構(gòu)化學(xué)鍵有關(guān)；,.,6,1、利用電磁學(xué)原理，使帶電的樣品離子按質(zhì)荷比進(jìn)行分離的裝置：2、分析樣品以直接進(jìn)樣或通過色譜儀進(jìn)樣方式進(jìn)入質(zhì)譜儀樣品氣化；3、氣化后的樣品引入離子源進(jìn)行電離，得到帶有樣品信息的離子（分子離子和碎片離子等）；4、電離后離子經(jīng)過適當(dāng)?shù)募铀俸筮M(jìn)入質(zhì)量分析器，離子按質(zhì)荷比M/Z分離，并排列分開；5、經(jīng)電子倍增器檢測，即可得到化合物的質(zhì)譜圖；,質(zhì)譜儀基本工作原理,質(zhì)譜儀與質(zhì)譜分析原理,進(jìn)樣系統(tǒng),離子源,質(zhì)量分析器,檢測器,1.氣體擴散2.直接進(jìn)樣3.氣相色譜,1.電子轟擊2.化學(xué)電離3.場致電離4.激光,1.單聚焦2.雙聚焦3.飛行時間4.四極桿,質(zhì)譜儀需要在高真空下工作：離子源（10-310-5Pa）質(zhì)量分析器（10-6Pa）(1)大量氧會燒壞離子源的燈絲；(2)用作加速離子的幾千伏高壓會引起放電；(3)引起額外的離子分子反應(yīng)，改變裂解模型，譜圖復(fù)雜化。,原理與結(jié)構(gòu),儀器原理圖,.,9,質(zhì)量測定范圍：表示質(zhì)譜儀所能夠進(jìn)行分析的樣品的相對原子量（或相對分子質(zhì)量）范圍；氣體質(zhì)譜2100；有機質(zhì)譜一般可達(dá)幾千；生物醫(yī)學(xué)質(zhì)譜可以研究相對分子質(zhì)量可達(dá)幾十萬；分辨本領(lǐng)：標(biāo)志質(zhì)譜儀分開相鄰質(zhì)量數(shù)的能力（任選一單峰，測其峰高5%處的峰寬W0.05作為m）兩峰質(zhì)量數(shù)越大，要求儀器越高；質(zhì)譜儀的分辨本領(lǐng)決定了儀器的價格：分辨率500左右一般有機分析要求（四極濾質(zhì)器、離子阱）；分辨率大于10000進(jìn)行準(zhǔn)確的同位素質(zhì)量及有機分子質(zhì)量的準(zhǔn)確測定（雙聚焦磁式質(zhì)量分析器）；靈敏度：絕對靈敏度可以檢測到的最小樣品量；相對靈敏度可以同時檢測的大組分與小組分含量之比；,質(zhì)譜儀主要性能指標(biāo),質(zhì)譜儀的類型,1.無機質(zhì)譜儀火花源雙聚焦質(zhì)譜儀（SSMS），電感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）和二次離子質(zhì)譜儀（SIMS）等。2.同位素質(zhì)譜儀小型低分辨同位素質(zhì)譜儀：輕元素(H，C，S等)大型高分辨的同位素質(zhì)譜儀：重元素(U，Pu，Pb等)3.有機質(zhì)譜儀用途最廣的質(zhì)譜儀4.生物質(zhì)譜儀電噴霧電離質(zhì)譜儀（ESI-MS），基質(zhì)輔助激光解吸電離質(zhì)譜儀（MALDI-MS），快原子轟擊質(zhì)譜儀（FAB-MS），離子噴霧電離質(zhì)譜儀（ISI-MS），大氣壓電離質(zhì)譜儀（API-MS）等。,有機質(zhì)譜儀,1.按進(jìn)樣方式分類直接進(jìn)樣質(zhì)譜，氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS），液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS）。2.按離子化方式分類電子轟擊質(zhì)譜（EI-MS），化學(xué)電離質(zhì)譜（CI-MS），快原子轟擊質(zhì)譜儀（FAB-MS），電噴霧電離質(zhì)譜儀（ESI-MS）等。3.按質(zhì)量分析器分類單聚焦質(zhì)譜儀，雙聚焦質(zhì)譜儀，四極桿質(zhì)譜儀，飛行時間質(zhì)譜儀，離子阱質(zhì)譜儀，傅里葉變換質(zhì)譜儀等。,.,12,一、進(jìn)樣裝置：間歇式進(jìn)樣系統(tǒng)-氣體、液體、中等蒸氣壓的固體；直接進(jìn)樣系統(tǒng)-較難氣化的固體、熱敏性固體及非揮發(fā)性液體；通過色譜儀進(jìn)樣混合組分；二、電離裝置：離子化所需要的能量差異硬電離、軟電離；電子電離源EI；化學(xué)電離源CI；快原子轟擊源FAB；大氣電離源；三、質(zhì)量分析裝置：靜態(tài)分析器單聚焦/雙聚焦分析器；動態(tài)分析器四極桿分析器；飛行時間分析器；四、檢測器裝置：離子流計數(shù)高離子電流采用法拉第杯；低離子電流采用電子倍增管；隧道電子倍增器-多通道檢測；五、真空系統(tǒng)：采用RPDP（分子泵）聯(lián)用系統(tǒng)（離子源10-410-5Pa；質(zhì)量分析器10-6）；,質(zhì)譜儀器結(jié)構(gòu)及關(guān)鍵部件,進(jìn)樣裝置,氣體擴散；插入式直接進(jìn)樣桿：適用于有一定揮發(fā)性的固體或高沸點液體試樣；色譜作為進(jìn)樣裝置。,.,14,GCMS-QP2010用直接試料導(dǎo)入裝置,.,15,1、電子轟擊電離源（EI）：氣體和易揮發(fā)的固體試樣；2、化學(xué)電離源（CI）：測定化合物的分子量，不利于結(jié)構(gòu)解析；3、激光解吸電離源：屬于軟電離技術(shù)，用于分析生物大分子，如肽、蛋白質(zhì)、核酸等。4、快原子轟擊電離源（FAB）：分析熱不穩(wěn)定、難揮發(fā)和強極性的化合物5、電噴霧電離源（ESI）：“軟電離”質(zhì)譜技術(shù)，能快速、準(zhǔn)確地測定從小分子到生物大分子或不穩(wěn)定有機分子的分子量；6、大氣壓化學(xué)電離源（APCI）：分析中等極性以上的化合物；,質(zhì)譜分析技術(shù)基本電離方式,.,16,1、分子離子：樣品分子被打掉一個電子，形成分子離子；2、碎片離子：分子離子進(jìn)一步發(fā)生化學(xué)鍵斷裂，形成碎片離子；3、重排離子：分子離子發(fā)生結(jié)構(gòu)重排，形成重排離子；4、加合離子：通過分子離子反應(yīng)，生成加合離子；5、同位素離子,電子轟擊電離源（EI）-離子類型,.,17,二、化學(xué)電離源（ChemicalIonization，CI）,離子室內(nèi)的反應(yīng)氣（甲烷等；10100Pa，試樣的103105倍），電子（100240eV）轟擊，產(chǎn)生離子，再與試樣分子碰撞，產(chǎn)生準(zhǔn)分子離子。,特點：最強峰為準(zhǔn)分子離子；譜圖簡單；不適用難揮發(fā)試樣；得到的是非標(biāo)準(zhǔn)譜圖。,快原子電離源（FAB）,a.氬氣離子，加速、碰撞，電荷和能量轉(zhuǎn)移高能原子束。b.高能粒子打在置于涂有非揮發(fā)性底物靶上的試樣分子使其電離。,不加熱汽化，特別適合于相對分子質(zhì)量大，難揮發(fā)或熱穩(wěn)定性差的試樣分析，例如肽類、低聚糖、天然抗生素。有較強的準(zhǔn)分子離子峰和較豐富的碎片離子信息。,快原子電離源（FAB）質(zhì)譜圖,.,21,電噴霧噴嘴多層套管,LC,外層：噴射氣,特點：使噴出的液體分散成微滴微滴蒸發(fā)；產(chǎn)生多電荷離子準(zhǔn)分子離子；很少碎片離子MS/MS聯(lián)用；適合多肽、蛋白質(zhì)、氨基酸分子量的測試；,大氣壓電離電噴霧電離ESI法,六、激光解吸電離源（LD）,得到的主要是分子離子，準(zhǔn)分子離子。碎片離子和多電荷離子較少。常用的基質(zhì)：2,5二羥基苯甲酸、芥子酸、煙酸、-氰基-4-羥基肉桂酸等。,分析試樣置于涂有基質(zhì)的試樣靶上；基質(zhì)分子吸收激光能，與試樣分子一起蒸發(fā)并使試樣分子電離。屬于軟電離技術(shù)，用于分析生物大分子，如肽、蛋白質(zhì)、核酸等。,一、單聚焦磁場分析器,方向聚焦：相同質(zhì)荷比，入射方向不同的離子會聚；分辨率不高缺少能量聚焦。,二、雙聚焦分析器,方向聚焦：相同質(zhì)荷比，入射方向不同的離子會聚；能量聚焦：相同質(zhì)荷比，速度(能量)不同的離子會聚。,質(zhì)量相同，能量不同的離子通過電場和磁場時，均產(chǎn)生能量色散；兩種作用大小相等，方向相反時互補實現(xiàn)雙聚焦。,.,25,靜電分析器（扇形電場）能量分析器,離子源狹縫,質(zhì)量相同，能量不同的離子束,磁分析器（扇形磁場）質(zhì)量分析器,接收器狹縫,聚焦離子束,靜電場能量色散作用與磁場能量色散作用大小相等，方向相反,雙聚焦質(zhì)量分析器,單聚焦質(zhì)量分析器,.,26,雙聚焦分析器,三、四極桿質(zhì)量分析器,特點：分辨率較高，分析速度極快（適合聯(lián)用儀器）；缺點：準(zhǔn)確度和精密度低于雙聚焦型。,1、由四根棒狀電極組成鍍金陶瓷或鉬合金2、相對兩根電極加高壓；其中Vdc為直流電壓；Vrf為射頻電壓四極電場；3、離子進(jìn)入四極場產(chǎn)生振動只允許一定M/z的離子通過（離子振幅增大碰到四極桿被吸收；4、改變Vrf使其他M/z的離子順序通過四極場質(zhì)量掃描；,.,28,四極桿質(zhì)量分析器,五、飛行時間質(zhì)量分析器,離子以速度v進(jìn)入自由空間（漂移區(qū)），假定離子在漂移區(qū)飛行的時間為t，漂移區(qū)長度為L，則,特點：質(zhì)量范圍寬，掃描速率快，不需電場和磁場。分辨率低：原因在于離子進(jìn)入漂移管前的時間分散、空間分散和能量分散。,能量相同，質(zhì)量越大，達(dá)到接收器的時間越長。,t=L(m/2zV)1/2,.,30,飛行時間質(zhì)量分析器,離子檢測器,電離室,氣體,柵極,L,真空環(huán)境,電子接收器,離子漂移管,燈絲,1、離子在漂移管中的飛行時間與離子質(zhì)量的平方根成正比E相同，M越大，t越長；2、影響分辨率原因：時間分散；空間分散；能量分散；3、改進(jìn)技術(shù)：激光脈沖電離方式離子延遲引出技術(shù)離子反射技術(shù)；,.,31,一、標(biāo)準(zhǔn)條件獲得譜圖：通過電子轟擊電離方式，獲得質(zhì)譜圖（快原子、電噴霧等沒有標(biāo)準(zhǔn)譜圖）；二、可能性分析：通過計算機檢索，對未知化合物進(jìn)行定性檢索結(jié)果可以給出幾個可能的化合物，并以匹配度大小順序列出這些化合物的名稱、分子式、分子量、結(jié)構(gòu)式；三、化合物的初步認(rèn)定：匹配度大于900（1000），可以認(rèn)定（不能選擇相對好）；幾個匹配度都很好結(jié)構(gòu)接近，必須利用其他輔助鑒定方法；四、最終認(rèn)定：根據(jù)結(jié)果找標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行校對；,質(zhì)譜定性分析技術(shù),.,32,一、氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用：混合物分析化學(xué)、化工、環(huán)境、食品適用于可以汽化的樣品；GC很好的分離裝置，但不能對化合物定性；MS很好的定性分析儀器，但要求純樣品；二、液相色譜質(zhì)譜聯(lián)用：適用于極性強、分子量大的化合物；關(guān)鍵技術(shù)接口：去除溶劑，并使樣品電離每一類接口裝置只適用于某一類分析對象；三、質(zhì)譜質(zhì)譜聯(lián)用：增加碎片離子的產(chǎn)率；MS/MS聯(lián)用四、毛細(xì)管電泳質(zhì)譜聯(lián)用：高效液相分離技術(shù)與質(zhì)譜聯(lián)用；生命物質(zhì)檢測；醫(yī)用分析領(lǐng)域；,質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)及優(yōu)勢分析,.,33,1、毛發(fā)中毒品的分析：分段定量確定吸毒史短期停止吸毒者尿液中檢測不出來；2、新型高效安眠、鎮(zhèn)靜藥分析：麻醉搶劫藥效極強，溶點較高，在GC等儀器上響應(yīng)很低；易漏檢；3、爆炸后的殘留物分析：微量組分鑒定分子量和化合物結(jié)構(gòu)