有機質譜原理及應用1整理課件課程安排第一部分：理論基礎第一章：導論第二章：有機質譜儀第三章：質譜/質譜第四章：質譜法測定分子結構（一），小分子第五章：質譜法測定分子結構（二），大分子第六章：LC/MS，LC/MS/MS應用舉例第二部分：LCQ離子阱質譜儀原理及應用第一章：ThermoFinniganLCQ離子阱質譜儀介紹第二章：Xcalibur軟件應用技巧第三章：MassFrontier軟件輔助解析第三部分：上機實驗時間安排大致如下：第一部分，6-8次課。第二部分，1-2次課。第三部分，1次課或第一和第二部分課后進行或單獨安排時間。

2整理課件100200300400500600m/z0100%254.2194.2507.3334.3399.7§1.1質譜的基本概念一、質譜是什么？

MassSpectromety

特殊的天平：稱量離子的質量。質譜學：是一門研究氣相離子結構、性質及反應行為的科學。二、質譜能做什么？定性：化合物的結構定量：混合物的組成領域：化學、生物學、醫學、藥學、環境、物理、材料、能源等三、質譜的獨到之處是什么？

4S特性：Sensitivity靈敏

Speed快速

Specificity特異

Stoichiometry

化學計量3整理課件§1.2質譜分類質譜同位素質譜生物質譜結構鑒定、定量分析、氣相離子化學化學、化工環境、地球藥學、毒物學、刑偵生命、醫學、農業科學有機質譜無機質譜4整理課件§1.3質譜學的發展歷史一、質譜學領域的諾貝爾（Nobel）獎1906年：物理獎

J.I.Thomson

貢獻：正電荷離子束在磁場中的偏轉磁質譜儀的基礎同位素分析1989年：物理獎

W.Paul

貢獻：離子阱技術的發明。2002年：化學獎J.B.FennVirginiaCommonwealthUniversity,USA

貢獻：電噴霧(ESI)電離方法生物大分子分析

ElectrosprayIonizationforMassSpectrometryofLargeBiomolecules,"J.B.Fenn,M.Mann,C.K.Meng,S.F.WongandC.M.Whitehouse,Science246,64(1989)KoichiTanaka(田中耕一)ShimadzuCorporation,Japan

貢獻：激光輔助解吸電離質譜(MALDI)電離方法生物大分子分析

RapidCommunicationsinMassSpectrometry2,151-153(1988),KoichiTanaka,HiroakiWaki,YutakaIdo,SatoshiAkita,Yoshikazu5整理課件二、質譜學的歷史事件1886年，Goldstein發現正電荷離子1898年，Wien利用電場和磁場使正電荷離子偏轉1912年，Thomson研制第世界上一臺質譜儀，氖同位素的發現1918年，Dempster電子轟擊電離(Electronionization)及磁聚焦

1919年，Aston精密儀器，測定50多種同位素，第一張同位素表1934年，Stephens均勻扇形磁場，球差和質量色散公式

Herzog和Hintenberger電磁場組合，離子光學系統1940年，Nier扇形磁場偏轉質譜計，雙聚集系統商品儀器的雛形

235U，電磁制備方法，第二次世界大戰期間在石油、化工等領域的應用1946年，Stephens飛行時間質譜(Time-offlightmassanalysis)6整理課件1952年，Martin氣相色譜方法1953年，Paul等四極桿分析器(Quadrupoleanalyzers)1956年，GohlkeandMcLafferty氣相色譜-質譜聯用(GC/MS)

Beynon高分辨質譜儀(High-resolutionMS)1965年，Hipple等離子回旋共振(IonCyclotronResonance)1966年，MunsonandField化學電離(Chemicalionization)1967年，McLaffertyandJennings串聯質譜(Tandemmassspectrometry)1973年，McLafferty液相色譜-質譜聯用(LC/MS)，熱噴霧方法

1974年，Comisarow和Marshall傅立葉變換離子回旋共振質譜(FT-ICR-MS)1981年，Barber等快原子轟擊電離質譜(FABMS)，生物中，小分子，2000以內7整理課件

1989年，J.B.Fenn電噴霧電離

KoichiTanaka基質輔助激光解吸電離

1990年，KattaandChait電噴霧電離質譜觀察蛋白質構象改變

1993年，商品電噴霧質譜儀

1995年，付立葉變換離子回旋共振質譜儀（與ESI和MALDI聯用）

1998年，高分辨飛行時間質譜儀（DelayExtract,Reflectron技術）8整理課件三、我國質譜發展概況

20世紀

50年代，同位素質譜研究，配合核研究，技術來自于前蘇聯70年代，引進質譜儀，磁質譜：VG-ZAB-2F,3F（7臺，北大，南京、南開、蘭州、中科大、武漢、中山）

VG-7070E（20多個單位）

FinniganMAT系列

80年代，中國科學院科學儀器廠，仿制7070E型質譜儀KYKY系列

1980年，中國質譜學會，杭州成立，依托于科學儀器廠

《質譜學報》創刊中國質譜學會機構：無機專業委員會、同位素專業委員會、有機質譜專業委員會、生物醫學專業委員會、儀器與教育專業委員會9整理課件§1.3常用概念一、質荷比(m/z)質譜圖中的橫坐標，質量與電荷之比。若離子所帶電荷為z=1，則質荷比等于該離子的質量數。離子是以12C原子的1/12定義為一個質量單位，用u表示。

1u=1.66054x10-27kg

其它常用符號，Da,道爾頓1Da=1u二、離子的強度（豐度）I

兩種表示方法百分強度：所有峰的強度之各為100，每個離子所占的份額即為其百分強度，百分強度=(Ii/Ii)×100%Ii，第i個離子的強度。基峰強度：質譜圖中離子強度最大的峰稱為基峰，定義它的強度為100，即IB=100，其它離子強與之相比的百分強度稱為該離子的強度。10整理課件三、同位素

化學上，氖的原子量為20.2,

質譜上：氖不在m/z20.2處出峰，而是在m/z20和m/z22處各出一個峰，該峰的相對強度為10:1。為什么？質譜測定的是微觀離子，不是宏觀上的平均的概念。元素AA+1A+2元素類型質量%

質量%質量%H110020.015AC12100131.1A+1N14100150.37AO16100170.04180.20A+2F19100ASi28100295.10303.40A+1,A+2P31100AS32100330.80344.40A+2Cl351003732.5A+2Br791008198.0A+2I127100A表1常見元素的天然同位素豐度元素分類情況：A:H,F,P,IA+1:C,NA+2:O,Si,Cl,Br11整理課件同位素分布的二項式規則：對A+1和A+2元素b:A+1或A+2同位素的天然豐度n:質譜峰中A+1或A+2元素的個數A+1元素峰位置MM+1M+2M+3……A+2元素峰位置MM+2M+4M+6……質譜峰強度1nbn(n-1)b2/2!n(n-1)(n-2)b3/3!……12C5H12+Mm/z7212C413C1H12+M+1m/z7312C313C2H12+M+2m/z7412C213C3H12+M+3m/z7512C113C4H12+M+4m/z7612整理課件例：

79Br100%,81Br98%≈100%MM+2M+4M+6Br,n=1:11Br2,n=2:121Br3,n=3:1331

例：35Cl100%,37Cl32.5%MM+2M+4M+6Cl,n=1:10.325Cl2,n=2:10.6500.106Cl3,n=3:10.9750.3170.03413整理課件例：12C100%,13C1.1%C60,n=60,b=1.1%MM+1M+2M+3

12C60

13C12C59

13C212C58

13C312C577207217227231nbn(n-1)b2/2!n(n-1)(n-2)b3/3!10066214.614整理課件元素組成的判斷：用同位素豐度的分布可幫助判斷峰的元素組成。方法：1、獲取最高質量峰，分子離子峰。分子離子峰受氫遷移的影響最小。2、最大豐度信號強有利于判斷。3、A峰的選擇一個峰組中的A峰應是僅含最大豐度同位素(如12C、16O、35Cl)的最高質量峰。優先考慮A+2型元素存在的可能性，因A+2峰受A+1元素的影響較小，A+2元素同位素的自然豐度也較高，容易判斷，尤其是氯和溴。然后再判斷A+1元素，可根據其與A峰的強度比，大致判斷A+1元素的種類和所含個數。4、確定元素組成的一致性從分子離子峰M+?得到元素組成信息，需要與較小的碎片離子的組成吻合。15整理課件三、儀器技術指標質量范圍(MassRange)

質譜儀所能檢測的最小到最大的質量范圍。不同儀器：四極桿1~600Da，1~4000Da，磁質譜：1~10000Da

飛行時間質譜：無上限離子阱質譜：1~2000Da，1~4000Da

不同要求：氣體分析，1~300Da

氣相色譜質譜，1~600Da，800Da

有機質譜，1~2000Da

生物分子，1~10000Da或更大16整理課件

分辨力(ResolutionPower,RP)

分辨力：分開兩個鄰近質量峰的能力。何為分開：若兩個相鄰峰的峰谷低于峰高的10%(或5%，50%)，則認為是分開的。

A:未分開B:部分分開C:全分開分辨差分辨較差分辨達到要求m2m117整理課件數學定義：

……(1)m1和m2代表兩個相鄰峰的質量數

……(2)m代表某一峰的質量，△m代表半峰寬18整理課件分辨率的另外一種定義：分辨率=M/MM為半峰高處峰寬

分開的定義10%valleym/M[M+H]+m/zintensity19整理課件組成整數質量精確質量CO2827.994914N22828.006158C2H42828.031299質量數為28的三種分子組成的精確質量若儀器分辨力很低，如RP=200，則對以上三個分子不能分開，混為一峰。若要分開以下混合物，則必需有如下分辨力CO-C2H4:(RP)2=27.994914/(28.031299-27.994914)=770N2-C2H4:(RP)3=28.006158/(28.031299-28.006158)=1100CO-N2:(RP)1=27.994914/(28.006158-27.994914)=2490當儀器分辨力達到770時，只能夠只分開CO-C2H4

。當儀器分辨力達到1100時，能夠分開CO-C2H4和N2-C2H4當儀器分辨力超過2500時，三者全部分開。一般低分辨儀器在2000左右。10000以上時稱高分辨。FT-ICR-MS分辨力可達2百萬。20整理課件高分辨質譜進行元素組成分析：任何一種同位素的質量并不是正好的整數。12C的準確質量為12.00000000,1H=1.007782506，14N=14.00307407，16O=15.99491475，末位有效數字。每一個同位素都具有唯一的、特征的“質量虧損”，離子的質量包含了同位素的總的質量虧損，也是特征的，以此來鑒定離子的同位素和元素組成。例

m=43.0184Da的離子必定是C2H3O+，不可能是C3H7+(m=43.0058)或C2H5N+(m=42.9984)，或CH3N2+(m=43.0296)。為了區分這四個離子，測量的質量的準確度需達到130ppm。即小數點后第四位是準確的。元素組成信息隨著質量的增加而呈指數地上升，對質譜質量的測定準確度要求更高。例分子量為310的質譜峰，已知它們的元素組成限于碳、氫、氮和氧，且最多不超過3個氮原子和4個氧原子。如果將其各種組合出來的質量能夠區分開來，要求的質量準確度達到2ppm，這是目前最高質量分辨力的FT-ICR-MS勉強能夠達到的水平。21整理課件注意事項質譜學上的高分辨包含兩層含義：高的分辨本領保證兩個靠得很近的峰能夠分開來，從而知道是兩個峰而不是一個峰。良好的線性行為用已知精確質量的離子去得到待測定離子的質量數，不容許二者峰的質量是一樣的(重疊在一起)，二者之間必有一定的質量差異，質譜儀的線性不好，用已知精確離子的質量來得到待測定離子的質量，就會因此而產生偏差，從而造成誤差，兩者距離越遠，這種誤差越大。良好的穩定性

磁質譜，飛行時間質譜儀，離子回旋共振質譜儀：分辨力、線性和穩定性好，屬高分辨質譜儀。離子阱質譜儀：分辨力高，線性低，準高分辨質譜儀，用于判斷質譜峰帶的電荷數。四極桿質譜儀：分辨力低，線性好，不屬于高分辨質譜儀。22整理課件§1.4質譜學的專著、期刊和國內國際會議

專著：

1.InterpretationofMassSpectra,F.W.Maclafferty2.MassSpectrometryforBiotechnology,GarySiuzdak3.MassSpectrometryintheBiologicalSciences,A.L.Burlingame4.有機質譜基礎，陳耀祖，科學出版社

5.質譜解析，F.W.McLafferty著，王光輝等譯，化學工業出版社，期刊：1.RapidCommunicationinMassSpectrometryIP(影響因子）2.42.JournalofAmericanSocietyofMassSpectrometryIP