三重四级杆质谱仪原理详解培训课件1.ppt

1、三重四级杆质谱仪三重四级杆质谱仪原理详解原理详解内容l质量分析 基础知识 质量分析器的性能特点 分辨率 准确率 质量范围l多级质量分析 什么是多级质谱？多级质谱如何工作？碰撞诱导解离(CID)采集方式 SRM MRMl QQQ的优点（选择性、灵敏度和速度）2三重四级杆质谱仪原理详解质量分析:基本基础知识基本基础知识l在质量分析器里所产生的离子是根据他们的质荷比(m/z).进行分离的3三重四级杆质谱仪原理详解质荷比 与小分子不同，一个更大分子的同位素质量簇中丰度最大的离子可能不是最低同位素质量。注意这个变化是同位素分布，它将影响你分析的结果。4三重四级杆质谱仪原理详解质量分析器的性能特点l 分辨

2、率=M/M 分辨率为200时，准确率是2000ppm 分辨率为2500时，准确率是100ppm5三重四级杆质谱仪原理详解准确率（ppm级误差的例子）一个质量为1000 道尔顿的化合物道尔顿的化合物 1000 2.0 Da(or 2000 ppm)1000 0.5 Da(or 500 ppm)1000 0.1 Da(or 100 ppm)1000 0.01 Da(or 10 ppm)1000 0.002 Da(or 2 ppm)6三重四级杆质谱仪原理详解一个单四极杆质谱仪7三重四级杆质谱仪原理详解四极杆质量过滤器合成电压在两个对杆上数量是相同的，极性是相反的。8三重四级杆质谱仪原理详解四极杆质量

3、过滤器如何工作的？9三重四级杆质谱仪原理详解四极杆质量过滤器稳定性图表马修稳定图10三重四级杆质谱仪原理详解选择性离子监测与全扫描对比11三重四级杆质谱仪原理详解三重四极杆与其他液相/质谱联用技术的比较质谱联用技术的比较 在质谱应用领域里三重四极杆是最灵敏和定量重现性最好的仪器。在质谱应用领域里三重四极杆在执行中性丢失扫描和母子扫描模式具有最好的灵敏性和准确性。三重四极杆不是最好的获取质谱图的仪器，平行测量的质谱系统会更好些：三重四极杆质谱/质谱不如离子阱质谱仪（TRAPS）灵敏（定性）三重四极杆质谱不如飞行时间质谱仪（TOF）所获取的质谱图那么 有说服力（定性）12三重四级杆质谱仪原理详解质

4、量分析器的性能特点 质量范围 不同类型质量分析器质荷比的范围。四极杆分析器典型的扫描范围高达3000 m/z。13三重四级杆质谱仪原理详解多级质量分析质谱/质谱方式的介绍14三重四级杆质谱仪原理详解多级质量分析l通常通过由惰性气体分子，例如氮气，氩气或氦气，碰撞 所选择的分子离子来实现的。这个过程就是所谓的碰撞诱 导解离（CID)。l对所得的碎片离子进行质量分析。l碎片离子被用于对原来的分子离子的结构判断。l多质谱分析可用于缩氨酸顺序，碳水化合物的结构特性，低聚核苷酸以及酯类药物类的分子等的测定。15三重四级杆质谱仪原理详解什么是碰撞诱导解离（CID）？）？这是一个通过中性分子的碰撞把能量传递

5、给离子的过程。这种能量传递足以使分子键断裂和所选择的离子重排。v 为什么它那么重要？为什么它那么重要？在70年代初期McLafferty(JACS,95,3886,1973)论证了从离 子观测得的键断裂和重排，表明了CID是中性分子的分子 结构的典型代表。v 结构阐述结构阐述 用主要的分裂机理方式解释CID谱图。16三重四级杆质谱仪原理详解多级质谱分析两种型号的质谱两种型号的质谱时间串联的质谱空间串联的质谱17三重四级杆质谱仪原理详解时间串联多级质谱分析：通过离子阱质量分析器实现时间串联多级质量分析是通过同一个分析器实现的，分离出所需的离子，使之断裂，并分析碎片离子。18三重四级杆质谱仪原理详

6、解时间串联的多级质谱:离子阱（质谱离子阱（质谱n）l 离子在离子阱中静电捕获（无线电频率场见下图）l通过改变阱里的电场，从而选择特定的离子留在阱里，把其他的排除出离子阱。l在与惰性气体原子（氦，氩或者氮）碰撞后，所选择的离子被激活，所产生的更大动能使它们变成碎片。l 所得的碎片离子通过分析后，得到碎片离子谱图。19三重四级杆质谱仪原理详解时间串联的多级质谱：优点 离子阱的一个优点就是它们能够分离出某种离子，把其他的离子排除出离子阱。被分离的离子能够通过CID的方式变成碎片然后被测定。质谱/质谱试验能快速进行。离子阱允许对碎片离子和碎片片段进行多重质谱/质谱(aka MSn)实验，以获得更多的结

7、构信息。另外一个优点就是它们能够富集离子，以提供更好的离子信号。20三重四级杆质谱仪原理详解时间串联的多级质谱：缺点 缺乏三重四极杆（QQQ）类型的母离子扫描和和中性丢失 扫描的高灵敏度。因为空间电荷效应的影响，离子阱的 动态范围有限。因为如果过多的离子积累在阱里，它们的电荷相斥会对仪器的分辨率和定量分析造成有害的影响。21三重四级杆质谱仪原理详解空间串联的多级质谱：通过QQQ质量分析器完成 空间串联的多级质谱分析通过连续的质量分析器实现，例如QQQ。22三重四级杆质谱仪原理详解空间串联多级质谱：QQQ 必须通过连续放置多个分析器来实 现空间串联的多级质谱分析。对于QQQ，每个分析器有以下单独

8、的作用：第一个四极杆(Q1)根据设定的质荷比范围扫描和选择所需的离 子。第二个四极杆(Q2)，也称碰撞池，用于聚集和传送离子。在所选 择离子的飞行途中，引入碰撞气体，例如氮气等。第三个四极杆(Q3)用于分析在碰撞池中产生的碎片离子。23三重四级杆质谱仪原理详解空间串联多级质谱：QQQ QQQ质谱仪对于液相色谱质谱/质谱应用来说是权威的分析工具，特别是需要精确定量时。可以通过三重四极杆质谱仪可以进行如下几类试验：子离子扫描 母离子扫描 中性丢失扫描 单个反应监测 多重反应监测24三重四级杆质谱仪原理详解QQQ多级质谱：子离子扫描 Q1选择了某一特定质量的母离子，Q2碰撞池产生碎片离子，然后在Q3

9、中分析。此过程产生典型的质谱质谱碎片谱图。第一个四极杆在选择性离子监测模式，第二个在全扫描监测模式25三重四级杆质谱仪原理详解QQQ多级质谱：母离子扫描 在母离子扫描中，Q1测定母离子，Q3测定某个特定的碎片离子，因此可在非常复杂的混合物中监测某种特定的分子。在下面的例子中，睾丸激素在母碎片（m/z 367）中碎片m/z 97得到选择性监测，具有极高的灵敏度和精确的定量分析。26三重四级杆质谱仪原理详解QQQ多级质谱：中性丢失扫描l 在QQQ中进行中性丢失扫描，Q1和Q3分析器的结合使灵敏度 和选择性得到最大化。Q1/Q3中性丢失扫描可监测母离子特定的中性丢失，例如缩氨酸磷酸盐中一个磷酸根的丢

10、失。在这个例子中，Q1和Q3的扫描得到母离子的谱图，这张谱图是母离子为了磷酸化，丢失了碎片98而得到的。27三重四级杆质谱仪原理详解QQQ多级质谱：单个反应监测(SRM)l 选择某一质量的母离子，Q2碰撞单元产生碎片离子。Q3只分析一个碎片离子。此过程产生一个简单的单个离子碎片谱图。28三重四级杆质谱仪原理详解QQQ多级质谱：多反应监测lQ1选择某一质量的母离子，碰撞单元产生碎片离子。Q3用于搜寻多个选择反应监测，这就是多重反应监测（MRM）。29三重四级杆质谱仪原理详解采集类型：QQQ质谱仪30三重四级杆质谱仪原理详解三重四极杆:SRM 或或MRM31三重四级杆质谱仪原理详解多反应监测（MR

11、M）32三重四级杆质谱仪原理详解QQQ 应用 采用QQQ,分析者可以采用最少的样品制备步骤。经常用于少量化合物的高通量定量分析，而 不用于大量化合物同时高通量分析。一些例子：食品中的农药和除草剂 人类体液中的违禁药物 地表水的药物 生物基体中的药物33三重四级杆质谱仪原理详解酸性氯代除草剂的基本知识 常用于除去草地和谷类农作物中阔叶杂草 潜在的地下水污染物 公众的误用 需要对痕量级别定量34三重四级杆质谱仪原理详解传统方法 液液萃取 重氮甲烷衍生化 气相色谱方法和选择性检测器（例如电子捕获检测器）仪器二次运行确认 存在问题 溶剂的过量使用 问题数据的解释 甲基化试剂的安全关注35三重四级杆质谱

12、仪原理详解为什么使用HPLC/MS/MS?不需进行衍生化。在单个分析中实现确认定量。在复杂很脏的基体中的低检测限 提高实验室效率/产出率（使用固相萃取技术）更可靠和可值得信赖的测试结果。36三重四级杆质谱仪原理详解无基体效应(土壤)在380微升每个土壤萃取物中注射进微升每个土壤萃取物中注射进20微升混标微升混标37三重四级杆质谱仪原理详解三重四级杆质谱仪原理38三重四级杆质谱仪原理详解内容 质量分析 基础知识 质量分析器的性能特点 分辨率 准确率 质量范围 多级质量分析 什么是多级质谱？多级质谱如何工作？碰撞诱导解离(CID)采集方式 SRM MRM QQQ的优点（选择性、灵敏度和速度39三重

13、四级杆质谱仪原理详解质量分析:基本基础知识基本基础知识在质量分析器里所产生的离子是根据他们的质荷比(m/z).进行分离的40三重四级杆质谱仪原理详解质荷比 与小分子不同，一个更大分子的同位素质量簇中丰度最大的离子可能不是最低同位素质量。注意这个变化是同位素分布，它将影响你分析的结果。41三重四级杆质谱仪原理详解质量分析器的性能特点 分辨率=M/M 分辨率为200时，准确率是2000ppm 分辨率为2500时，准确率是100ppm42三重四级杆质谱仪原理详解准确率（ppm级误差的例子）一个质量为1000 道尔顿的化合物道尔顿的化合物 1000 2.0 Da(or 2000 ppm)1000 0.

14、5 Da(or 500 ppm)1000 0.1 Da(or 100 ppm)1000 0.01 Da(or 10 ppm)1000 0.002 Da(or 2 ppm)43三重四级杆质谱仪原理详解一个单四极杆质谱仪44三重四级杆质谱仪原理详解四极杆质量过滤器合成电压在两个对杆上数量是相同的，极性是相反的。45三重四级杆质谱仪原理详解四极杆质量过滤器如何工作的？46三重四级杆质谱仪原理详解四极杆质量过滤器稳定性图表马修稳定图47三重四级杆质谱仪原理详解选择性离子监测与全扫描对比48三重四级杆质谱仪原理详解三重四极杆与其他液相/质谱联用技术的比较质谱联用技术的比较 在质谱应用领域里三重四极杆是最

15、灵敏和定量重现性最好 的仪器。在质谱应用领域里三重四极杆在执行中性丢失扫描和母子扫描模 式具有最好的灵敏性和准确性。三重四极杆不是最好的获取质谱图的仪器，平行测量的质谱系统 会更好些：三重四极杆质谱/质谱不如离子阱质谱仪（TRAPS）灵敏（定性）三重四极杆质谱不如飞行时间质谱仪（TOF）所获取的质谱图那么 有说服力（定性）49三重四级杆质谱仪原理详解质量分析器的性能特点 质量范围 不同类型质量分析器质荷比的范围。四极杆分析器典型的扫描范围高达3000 m/z。50三重四级杆质谱仪原理详解多级质量分析质谱/质谱方式的介绍质谱方式的介绍51三重四级杆质谱仪原理详解多级质量分析 通常通过由惰性气体分

16、子，例如氮气，氩气或氦气，碰撞 所选择的分子离子来实现的。这个过程就是所谓的碰撞诱 导解离（CID)。对所得的碎片离子进行质量分析。碎片离子被用于对原来的分子离子的结构判断。多质谱分析可用于缩氨酸顺序，碳水化合物的结构特性，低聚核苷酸以及酯类药物类的分子等的测定。52三重四级杆质谱仪原理详解什么是碰撞诱导解离（CID）？）？这是一个通过中性分子的碰撞把能量传递给离子的这是一个通过中性分子的碰撞把能量传递给离子的过程。过程。这种能量传递足以使分子键断裂和所选择的离子重这种能量传递足以使分子键断裂和所选择的离子重排。排。v 为什么它那么重要？在70年代初期McLafferty(JACS,95,38

17、86,1973)论证了从离子观测得的键断裂和重排，表明了CID是中性分子的分子结构的典型代表。v 结构阐述 用主要的分裂机理方式解释CID谱图。53三重四级杆质谱仪原理详解多级质谱分析两种型号的质谱/质谱质谱时间串联的质谱/质谱质谱或空间串联的质谱/质谱质谱54三重四级杆质谱仪原理详解时间串联多级质谱分析：通过离子阱质量分析器实现时间串联多级质量分析是通过同一个分析器实现的，分离出所需的离子，使之断裂，并分析碎片离子。55三重四级杆质谱仪原理详解时间串联的多级质谱:离子阱（质谱离子阱（质谱n）离子在离子阱中静电捕获（无线电频率场见下图）通过改变阱里的电场，从而选择特定的离子留在阱里，把 其他的

18、排除出离子阱。在与惰性气体原子（氦，氩或者氮）碰撞后，所选择的离 子被激活，所产生的更大动能使它们变成碎片。所得的碎片离子通过分析后，得到碎片离子谱图。56三重四级杆质谱仪原理详解时间串联的多级质谱：优点 离子阱的一个优点就是它们能够分离 出某种离子，把其他的离子排除出离 子阱。被分离的离子能够通过CID的方式变 成碎片然后被测定。质谱/质谱试验能快速进行。离子阱允许对碎片离子和碎片片段进 行多重质谱/质谱(aka MSn)实验，以 获得更多的结构信息。另外一个优点就是它们能够富集离 子，以提供更好的离子信号。57三重四级杆质谱仪原理详解时间串联的多级质谱：缺点 缺乏三重四极杆（QQQ）类型的

19、母离子扫描和和中性丢失 扫描的高灵敏度。因为空间电荷效应的影响，离子阱的 动态范围有限。因为如果过多的离子积累在阱里，它们的电荷相斥会对仪器的分辨率和定量分析造成有害的影响。58三重四级杆质谱仪原理详解空间串联的多级质谱：通过QQQ质量分析器完成 空间串联的多级质谱分析通过连续的质量分析器 实现，例如QQQ。59三重四级杆质谱仪原理详解空间串联多级质谱：QQQ QQQ质谱仪对于液相色谱质谱/质谱应用来说是权威的分析工具，特别是需要精确定量时。可以通过三重四极杆质谱仪可以进行如下几类试验：子离子扫描 母离子扫描 中性丢失扫描 单个反应监测 多重反应监测61三重四级杆质谱仪原理详解QQQ多级质谱：

20、子离子扫描 Q1选择了某一特定质量的母离子，Q2碰撞池产生碎片离子，然后在Q3中分析。此过程产生典型的质谱质谱碎片谱图。第一个四极杆在选择性离子监测模式，第二个在全扫描监测模式62三重四级杆质谱仪原理详解QQQ多级质谱：母离子扫描 在母离子扫描中，Q1测定母离子，Q3测定某个特定的碎片离子，因此可在非常复杂的混合物中监测某种特定的分子。在下面的例子中，睾丸激素在母碎片（m/z 367）中碎片m/z 97得到选择性监测，具有极高的灵敏度和精确的定量分析。63三重四级杆质谱仪原理详解QQQ多级质谱：中性丢失扫描l 在QQQ中进行中性丢失扫描，Q1和Q3分析器的结合使灵敏度 和选择性得到最大化。Q1

21、/Q3中性丢失扫描可监测母离子特定的中性丢失，例如缩氨酸磷酸盐中一个磷酸根的丢失。在这个例子中，Q1和Q3的扫描得到母离子的谱图，这张谱图是母离子为了磷酸化，丢失了碎片98而得到的64三重四级杆质谱仪原理详解QQQ多级质谱：单个反应监测(SRM)l 选择某一质量的母离子，Q2碰撞单元产生碎片离子。Q3只分析一个碎片离子。此过程产生一个简单的单个离子碎片谱图65三重四级杆质谱仪原理详解QQQ多级质谱：多反应监测l Q1选择某一质量的母离子，碰撞单元产生碎片离子。Q3用于搜寻多个选择反应监测，这就是多重反应监测（MRM）。66三重四级杆质谱仪原理详解采集类型：QQQ质谱仪67三重四级杆质谱仪原理详

22、解三重四极杆:SRM 或或MRM68三重四级杆质谱仪原理详解多反应监测（MRM）69三重四级杆质谱仪原理详解QQQ 应用 采用QQQ,分析者可以采用最少的样品制备步骤。经常用于少量化合物的高通量定量分析，而 不用于大量化合物同时高通量分析。一些例子：食品中的农药和除草剂 人类体液中的违禁药物 地表水的药物 生物基体中的药物70三重四级杆质谱仪原理详解酸性氯代除草剂的基本知识 常用于除去草地和谷类农作物中阔叶杂草 潜在的地下水污染物 公众的误用 需要对痕量级别定量71三重四级杆质谱仪原理详解传统方法 液液萃取 重氮甲烷衍生化 气相色谱方法和选择性检测器（例如电子捕获检测器）仪器二次运行确认 存在问题 溶剂的过量使用 问题数据的解释 甲基化试剂的安全关注72三重四级杆质谱仪原理详解为什么使用HPLC/MS/MS?不需进行衍生化。在单个分析中实现确认定量。在复杂很脏的基体中的低检测限 提高实验室效率/产出率（使用固相萃取技术）更可靠和可值得信赖的测试结果。73三重四级杆质谱仪原理详解无基体效应(土壤)在380微升每个土壤萃取物中注射进微升每个土壤萃取物中注射进20微升混标微升混标74三重四级杆质谱仪原理详解