1、ABSCIEX API/TripleQuad 系列 液相色谱质谱联用系统基础应用培训 ABSCIEX 亚太区技术支持中心 固话:800 820 3488 手机:400 821 3897 2 2012 AB SCIEX 基础应用培训 质谱基本原理 样品引入 离子化 质量分析器 质量分析检测器检测 数据分析 离子源 + 1330 1330 1340 1340 1350 1350 100 100 75 75 50 50 25 25 0 0 检测离子 离子的形成 (带电荷的离子) 根据质荷比(m/z) 分离 质谱图 液体3 2012 AB SCIEX 基础应用培训 质谱基本原理 一些基本概念 常用质量
2、 Nominal Mass 454 平均质量(分子量 ) Average Mass 454.6100 精确质量 Exact Mass 454.2832 单同位素质量 Monoisotopic Mass 454.2832 维拉帕米:C27H38N2O4 电离 质谱图离子的质荷比,m/z4 2012 AB SCIEX 基础应用培训 液相色谱串联质谱系统基本理论体系 三个重点 液相色谱原理与应用 p 液相色谱- 质谱离子化接口原理 p 质量分析器工作原理5 2012 AB SCIEX 基础应用培训 液相色谱串联质谱系统 基本结构 三重四极杆/串联线性离子阱质谱仪 液相色谱 信号 液流6 2012 A
3、B SCIEX 基础应用培训 典型的进样方式 针泵恒流进样7 2012 AB SCIEX 基础应用培训 典型的进样方式 柱上进样8 2012 AB SCIEX 基础应用培训 液相色谱串联质谱系统基本理论体系 三个重点 p 液相色谱原理与应用 液相色谱- 质谱离子化接口原理 p 质量分析器工作原理9 2012 AB SCIEX 基础应用培训 串联四级杆质谱 基本结构 检测器 三级四极杆 线性离子阱 LINAC 线性加速碰撞室 一级四极杆 离子传输 TurboV离子源10 2012 AB SCIEX 基础应用培训 API 5500 和API 4500 系统 基本结构 Curtain Plate O
4、rifice Qjet Q0 Q1 LINAC Q3 Detector11 2012 AB SCIEX 基础应用培训 常见液相色谱串联质谱系统离子源 大气压离子源(API ) p 电喷雾电离(ESI ),样品通过保持在高压下的电喷雾针喷射出 带电荷的液滴,最终演变成气态离子。此源是化合物在液相中离 子化。ABSCIEX 的TurboIonSpray (TIS )离子源使用加热辅助 气,保证了高流速。 p 大气压化学电离(APCI ),样品被喷雾到加热室中,在电晕针帮 助下使化合物在气相中离子化。ABSCIEX 称为Heated Nebulizer (HN ) p 大气压光电离(APPI ),是
5、化合物在气相中离子化。ABSCIEX 的PhotoSpray 离子源也有加热的雾化气并使用UV 辐射和掺杂剂 (dopant )来诱导离子化。12 2012 AB SCIEX 基础应用培训 离子喷雾电压 (IS) 液流 Orifice(DP) 气帘气(CUR) Gas 2 (GS2) 加热温度(750 ) Gas 1 (GS1) 气帘挡板 2. 溶剂挥发 + + + + + + + - 3. 库伦爆炸 + + + + + + + + - 1. 生成带电液滴 + + + + + + + + - + 液滴 感兴趣的离子 溶剂分子 4. 离子进入 质量分析器 + + + 电喷雾离子化原理 以正离子模
6、式为例13 2012 AB SCIEX 基础应用培训 电喷雾离子化 (ESI) 原理 气帘气 (CUR) 蒸发 库伦 爆炸 离子喷雾电压 (IS) 雾 化气 (GS1) LC Flow 形成带电 液滴 Orifice (DP) 质 量分析器 真空区域 大气压 区域 TurboHeater (TEM) / 辅 助加热 气 (GS2) 1. 2. 3. 1. 形成带电 液滴 2. 液滴蒸发 ,液滴里的场 强增加 3. 离子从液滴中脱离,在接口处 聚焦14 2012 AB SCIEX 基础应用培训 电喷雾离子化原理 形成带电液滴 LC Flow +2-5.5kV 电化学反应15 2012 AB SC
7、IEX 基础应用培训 电喷雾离子化原理(续) 溶剂蒸发和小液滴碎裂 + + + + + + + 溶剂蒸发 液滴非均匀 碎裂 + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + .16 2012 AB SCIEX 基础应用培训 电喷雾离子源 优、缺点 p 优点 适合范围广: 分析离子型/ 极性化合物、难挥发或热 不稳定性化合物 多电荷离子的形成,可 以分析高分子量化合物 灵敏度高 p 缺点 在溶液中必须形成离子 流动相中缓冲盐的种类和 浓度对灵敏度均有显著影 响,因此流动相的选择非 常重要 具有流速依赖性 基质抑制现象较为明显 可能产生放电现象17
8、 2012 AB SCIEX 基础应用培训 Turbo V 离子源结构 TIS 或 APCI 喷头 液流入口 垂直位置调节 (单位mm ) 水平位置调节 (单位mm ) 离子源 废气排放 两个辅助加热头 (最高750 ) 喷雾出口 电晕放电针 (仅用于APCI )18 2012 AB SCIEX 基础应用培训 废气排放 氮气/ 空气 氮气/ 空气 废气排放装置19 2012 AB SCIEX 基础应用培训 Turbo V 离子源推荐参数 TurboIonSpray (ESI )部分 英文名 (简称) 中文译名 (单位) 推荐值 低流速 约5100 L/min 中等流速 约200600 L/mi
9、n 高流速 800L/min 以上 Curtain Gas (CUR ) 气帘气 (psi ) 1520 3540 40 IonSpray Voltage (IS ) 离子化电压 (V ) +5500 -4500 +5500 -4500 +5500 -4500 Temperature (TEM ) 温度 () 0 450550 550 Ion Source Gas1 (GS1 ) 喷雾气 (psi ) 1520 4055 5570 Ion Source Gas2 (GS2 ) 辅助加热气 (psi ) 0 4060 5070 Interface Heater (ihe ) 接口加热 On On
10、 On Collision Gas* (CAD ) 喷撞气 Medium Medium Medium * 不同扫描方式可能不同20 2012 AB SCIEX 基础应用培训 大气压化学离子化原理 以正离子模式为例 Orifice(DP) 气帘气(CUR) 气帘挡板 放电电流 (NC) 液流 Gas 1 (GS1) 1. 液体分子转变 为气体分子 2. 放电使 源内O 2 或N 2 分子 电离 3. O 2 或N 2 离子将电 荷转移给 溶剂分子 4. 溶剂离 子将电荷 转移给目 标分子 5. 目标离子进 入质量分析器 O 2 或N 2 分子 溶剂分子 目标分子 热喷雾器21 2012 AB S
11、CIEX 基础应用培训 大气压化学电离(APCI) 的原理 l 毛细 管样 品送入加热 管中 l 在加热 管中溶剂挥发 l 加热 管出口处 放置电晕 (Corona ) 放电针 , 使挥发 出来的溶剂 分子电 离,形成等离子体。 l 等离子体与样 品分子反应 ,生成M+H + 或M-H - 准分子离子。 真空区域 大气压 区域 气帘气 (CUR) Orifice (DP) 质 量分析器 雾 化气 (GS1) LC Flow 电晕 放电针 溶剂 分子 电 离 电 荷转 移 反应 目标 化合物 电 离22 2012 AB SCIEX 基础应用培训 大气压化学电离源 优、缺点 p 优点 有一定挥发性
12、的中等极性 或低极性的小分子化合物 对溶剂选择、流速和添加 物的依赖性较小 p 缺点 有可能发生热裂解 样品需要有一定的挥发性 适合分析分子量小于 2000 Da 的样品23 2012 AB SCIEX 基础应用培训 离子源互换 TurboIonSpray 和Heated Nebulizer 1. 一个不用使用工具,只要换 探针就可以切换ESI 和APCI 的离子源 2. 用手或螺丝起子就可调节的 电晕针 3. 电晕针一直在离子源中 1 2 324 2012 AB SCIEX 基础应用培训 Turbo V 离子源推荐参数 Heated Nebulizer (APCI )部分 英文名 (简称)
13、中文译名 (单位) 推荐值 600 L/min Curtain Gas (CUR ) 气帘气 (psi ) 40 IonSpray Voltage (IS ) 离子化电压 (V ) +5500 -4500 Temperature (TEM ) 温度 () 150550 Ion Source Gas1 (GS1 ) 喷雾气 (psi ) 40 Ion Source Gas2 (GS2 ) 辅助加热气 (psi ) N/A Interface Heater (ihe ) 接口加热 On Collision Gas* (CAD ) 喷撞气 Medium * 不同扫描方式可能不同25 2012 AB
14、SCIEX 基础应用培训 离子源的选择 基于目标化合物属性 3.6e4 Intensity, cps Mometasone Minoxidil TIS 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 Time, min 0.0 4.0e4 Intensity, cps 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 0.0 Time, min Mometasone Minoxidil APCI26 2012 AB SCIEX 基础应用培训 大气压光电离子化原理 以正离子模式为例 气帘气(CUR) 气帘挡板 液流 Gas 1 (GS1) 热喷雾器 氪灯(紫外灯 )27 2012
15、AB SCIEX 基础应用培训 大气压光离子化(APPI) 原理APPI 中两个离子化机制: 1. 电 荷在非极性化合物间传递 ( 上面所示) 2. 极性化合物溶剂传递 . . .28 2012 AB SCIEX 基础应用培训 PhotoSpray (APPI )离子源结构 喷雾针 液流入口 加热器 紫外灯29 2012 AB SCIEX 基础应用培训 Turbo V 离子源 使用中应避免的事 p 盐 干扰离子化并成簇,使质谱图变得复杂 p 强碱或季铵 如三乙胺,在正离子模式下引起信号抑制 p 强酸 如磺酸、硫酸和三氟乙酸 可能在负离子模式下引起信号抑制 p 非挥发性添加剂或缓冲液 如磷酸盐导
16、致加合物的产生,且污染物离子源 p 非挥发离对子试剂 如十二烷基硫酸钠(SDS) 引起严重的离子抑制,且污染物离子源30 2012 AB SCIEX 基础应用培训 串联四级杆质谱 基本结构 检测器 三级四极杆 线性离子阱 LINAC 线性加速碰撞室 一级四极杆 离子传输 TurboV离子源31 2012 AB SCIEX 基础应用培训 API 5500 和API 4500 系统 离子传输 Curtain Plate Orifice Qjet Q032 2012 AB SCIEX 基础应用培训 离子传输部分结构 p 离子产生后,通过Orifice Plate 上的DP 电压捕获 p 经过Qjet
17、 聚焦后进入Q0 Curtain Plate Orifice Plate QJet XL Q033 2012 AB SCIEX 基础应用培训 离子传输部分结构 气帘气 气帘气 p 作用 阻挡杂质离子 尽可能避免成簇34 2012 AB SCIEX 基础应用培训 簇离子 形成的原理 p 形成 离子源(常压)和离子传输单元( 数个mTorr )间的真空度差异,导致 离子流发生超音速膨胀 离子流的膨胀致冷凝 冷凝过程中,离子吸附溶剂分子(P )形成一系列簇离子 离 子 源 离子流超音速膨胀35 2012 AB SCIEX 基础应用培训 簇离子 去簇与源内裂解 气帘气 (CUR ) Decluster
18、ing Potential (DP ) 去簇电压 Orifice Plate 利用DP 电压,给予离子一定共振能量,阻止溶剂分子的吸附,实现 去簇。当DP 过大时,离子因共振而碎裂,导致源内裂解(CID )。36 2012 AB SCIEX 基础应用培训 液相色谱串联质谱系统基本理论体系 三个重点 p 液相色谱原理与应用 p 液相色谱- 质谱离子化接口原理 质量分析器工作原理37 2012 AB SCIEX 基础应用培训 串联四级杆质谱 基本结构 检测器 三级四极杆 线性离子阱 LINAC 线性加速碰撞室 一级四极杆 离子传输 TurboV离子源38 2012 AB SCIEX 基础应用培训
19、API 5500 和API 4500 系统 质量分析器 Q1 LINAC Q339 2012 AB SCIEX 基础应用培训 四极杆质量分析器 基本工作原理 p 特定的DC/RF 电场选择过滤特定的离子 + + + +40 2012 AB SCIEX 基础应用培训 p 四级杆上加载三组电场(电压) RF 射频电场(聚焦离子),通过固定频率的振荡电压,为离子提供稳 定的飞行轨迹; Filtering DC (FDC 或 U ) 过滤直流电场(选择离子),通过家在于两 对电极杆上的特定直流电压(随RF 改变方向)选择离子,并帮助调整分辨 率; Rod Offset Voltage (ROF )轴向
20、补偿电压,通过较低的直流电压,为 离子提供轴向飞行的能量; p“RF only” 模式 没有FDC ,仅有RF 和ROF ; 四级杆以“ 全通过模式” 工作,不再选择离子; 四极杆质量分析器 工作原理详解,四级杆的两种工作模式41 2012 AB SCIEX 基础应用培训 180 phase shift = 离子 B A B A RF RF RF RF 180 phase shift 180 phase shift 轴向视角 B A B A 四极杆质量分析器 工作原理详解,离子的运动 p 离子随着RF 电压的相位变 化,围绕中心轴做圆周振 荡 p 特定的FDC 选择特定质荷 比的离子,“ 可以
21、” 在其中 稳定存在42 2012 AB SCIEX 基础应用培训 四极杆质量分析器 工作原理详解,离子传输通路 p 离子螺旋前进 A A B B43 2012 AB SCIEX 基础应用培训 四极杆质量分析器 工作原理详解,四极电场扫描 p FDC 的依次变化,形成 电场扫描线 p 这使得四级杆选择并允 许不同质荷比的离子依 次通过电场区域,即形 成“ 离子扫描” 的工作模 式 p FDC 电压的微调,使得 电场扫描线的斜率有着 细微的变化,即对应了 不同的分辨率 V (RF) U (FDC) M 1 M 2 M 3 M 4 电场扫描线 High (0.5amu FWHH) Unit (0.
22、7 amu FWHH) Low44 2012 AB SCIEX 基础应用培训 四极杆质量分析器 单级四级杆的扫描模式 选择离子监测 (SIM ) 全扫描(SCAN )45 2012 AB SCIEX 基础应用培训 Analyst 中的单级四级杆扫描模式 Q1 MS intensity 200 600 m/z intensity 200 600 m/z intensity 0 10 time Q3 MS, Q3 MS Center/Width, Q3 MI 三种扫描方式的操作方法与Q1 完全相同 Q1 MS Center/Width Q1 MI46 2012 AB SCIEX 基础应用培训 串联
23、四极杆质谱的工作模式 以固定质量数差异 扫描 Q1 和 Q3 中性丢失扫描 子离子扫描 过滤母离子 扫 描子离子 扫描母离子 母离子扫描 过滤子离子 多反应监测 (MRM) 过滤母离子 过滤子离子47 2012 AB SCIEX 基础应用培训 串联四极杆质谱的工作模式 MRM 碰撞气 母离子 子离子 Q1 质量过滤器 Q2 碰撞反应室(池) Q3 质量过滤器48 2012 AB SCIEX 基础应用培训 串联四极杆质谱的核心技术 碰撞反应池 p 对于串联四极杆质谱,单位时间内监测的MRM 通道的多少,即在一次 采样中可同时测定MRM 的数目,被认为是仪器效率高低的标志。 p 事实上,“ 可同时
24、测定MRM 的数目” 就是通常所说的串联四极杆质谱的“ 快慢” 。一台串联四极杆质谱更“ 快” ,就是指在单位时间内能监测的 MRM 数目更多。 p 而且,一台更快的串联四极杆质谱仪,就要求碰撞反应池足够快地将前 一个母离子产生的子离子“ 赶” 出去,并允许下一个母离子进入。 p 如果,碰撞反应池没来得及将前一个母离子产生的子离子“ 赶” 出去,就 把下一个母离子放入,那么我们就无从分辨哪些子离子是前一个母离子 产生的,而哪些是后者产生的。这就被称为串联四极杆质谱仪的交叉干 扰。 p 归根结底,串联四极杆质谱仪MRM 工作的快慢与四极杆质量扫描速度 没有任何直接关联,决定MRM 工作效率的瓶颈
25、在于碰撞反应池!49 2012 AB SCIEX 基础应用培训 串联四极杆质谱的核心技术 LINAC 碰撞池,加速的质谱反应区间 碰撞室入口 碰撞室出口 field on center line 5.75 v field on center line 4.25 v 碰撞室入口 碰撞室出口 +5.75 v +4.25 v +1.5v 连续梯度电场 由四极杆摆放位置而形成梯度电场50 2012 AB SCIEX 基础应用培训 串联四极杆质谱的核心技术 弯曲的LINAC 碰撞池,加速的质谱反应区间 p 在整个Q2 (碰撞反应池)内部, 形成180 弯曲且连续的梯度电场 梯度:允许单位时间内监测更多的
26、离 子通道,即更多的MRM 连续:离子在Q2 内的飞行和质谱反应 完全受控,保证重现性 弯曲,尽可能赶走中性粒子 入口 出口51 2012 AB SCIEX 基础应用培训 MRM 工作效率的提高 300MRM 不分时间窗口52 2012 AB SCIEX 基础应用培训 串联四级杆质谱 基本结构 检测器 三级四极杆 线性离子阱 LINAC 线性加速碰撞室 一级四极杆 离子传输 TurboV离子源53 2012 AB SCIEX 基础应用培训 API 5500 和API 4500 系统 检测器 Detector54 2012 AB SCIEX 基础应用培训 数字式信号检测器 电子倍增器 p 数字信号导出,无滤噪功能 离子流 脉冲信号输出55 2012 AB SCIEX 基础应用培训结束 固话:800 820 3488 手机:400 821 3897