质谱简介及其关键部件离子源
实验室仪器/
目录
一、质谱的里程碑
二、质谱相关Nobel奖
智斗大灰狼三、质谱的主要构造
四、主流应用离子源
一、质谱的里程碑
历史上第一张质谱图:
上世纪初,英国物理学家Thomson利用发电方法产生正离子,经过磁场作用之后,记录其谱线,获得了历史上第一张质谱图,并同时发现了氖的两个同位素22Ne和20Ne。
质荷比和相对丰度:
1918年,美国A.J. Dempster用电子轰击的方法,记录了离子的质荷比和相对丰度。
历史上第一台质谱:
1919年,美国F.W. Aston制造了第一台精密质谱,并精确测量了20多种元素的同位素及丰度,指出了第一张同位素表,并首次引入了“质谱”的概念。
质谱商业化:
1942年出现第一台商品质谱仪,标志着质谱学进入了一个全新的发展阶段。
色谱与质谱联用:
1957年,实现了气相色谱与质谱仪的联用,GC/MS将质谱法在有机分析中的应用推向一个新阶段。
高分辨技术与不同的电离方式:
60年代,有机质谱迅速发展,高分辨技术达到了实用的阶段,在这个时期内,也出现了化学电离,场致电离,场解析电离等技术
大分子物质的分析:
70年代,随着生命科学的迅猛发展,分子量大,热不稳定性的生物分子,如蛋白质,多糖等物质的分子量测量给需要将样品变成气象离子的质谱提出了重大的挑战
软电离技术:
咏雪教学设计
80年代,出现了针对不稳定生物分子的质量测定而设计的“软电离”质谱技术,如电喷雾质谱ESI,基质辅助激光解析电离质谱MALDI等。一方面解决了生物大分子质量测定的问题,另一方面解决了LC/MS以及CE/MS的接口问题,大大地拓宽了质谱及其联用技术的应用范围。
二、与质谱相关的Nobel奖
n1906年,Thomson获Nobel物理学奖可乐鸭翅
n1989年,Paul获Nobel物理学奖
乘法分配律计算题图一:
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n1996年,Kroto等获Nobel化学奖
n2002年Fenn,Tanaka获Nobel化学奖
图二:
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三、质谱的主要特点
质谱已经从其字面意义上的简单质量分析衍生出很多其他的分析功能,是非常重要的分析工具,应用非常广泛。质谱的特点可以非常简单的用四个以S开头的英文单词概括出来:Sensitivity,Speed,Specificity,Stoichiometry。这四个特点保证了它在当今分析领域起着非常重要的作用。以下具体介绍质谱的特点
n快速。最短可以几分钟完成一次样品测试。
n直观。除了提供分子量信息,还可从碎片离子得到其结构信息;高分辨的质谱可以提供元素组成相关信息。
n通用。气体、液体、固体、混合物都可以通过与质谱串联的色谱仪器得到分离之后进入质谱鉴定。
n广泛。质谱基本上适用于分析化学的各个领域。
n兼容。质谱可以有效地与多种色谱技术联用,如GC/MS, LC/MS, CE/MS, MSn等。
与其他的分析仪器相比,质谱具有更高的灵敏度,可以达到10-11~10-12g。
图三:
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在具有多项优势特点的同时,质谱也有局限其应用的特征:n质谱进行的是破坏性分析,需要进行汽化,电离等步骤,故对样品而言是不可回复的。
n仪器昂贵、复杂,准入门槛较高。
四、有机质谱及其关键部件
有机质谱是鉴定有机化合物结构的重要方法,它不仅能提供分子量,还可以通过测量精确质量来确定分子式,同时质谱中碎片例子的分析可以获得一些重要的结构信息。
20世纪80年代以来,有机质谱分析技术获得逊色的发展,相继发明了快原子轰击、电喷雾电离、和机制辅助激光解析电离等软电离技术,使得质谱的应用扩大到生物大分子的研究领域,并形成一个新的分支学科生长点---生物质谱学。现代生物质谱已广泛地渗透到了生物学、医学和药物学等学科之中,它已经对生命科学的发展产生极大的影响。
图四:
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1、质谱的基本构件
图五:
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在离子源内样品分子首先经过一个电离过程,在外部能量的作用下分解成离子(分子离子、碎片离子)。接着分子离子或碎片离子会在质量分析器中经历一个质量分离过程,按照m/z不同达到分离鉴定离子的作用。
这样看来,质谱仪中主导电离过程和质量分离过程的离子源和质量分析器在整个质谱原理中起到了非常重要的作用。而事实上,这两个部件也确实是质谱制造商,用户所最看重的两个部分。因此本次借这次技术讲座的机会,对离子源这部分做一个较为详尽的介绍,希望大家能够更了解离子源的结构,从而能够对大家的实验有所帮助。
由于本人知识所限,难免有疏漏,不完善的地方,欢迎大家拍砖,补充不足,相互交流。
2、离子源
提升服务水平根据离子化方法的不同,下面将由硬到软的介绍不同的离子源及其工作原理,希望大家能够更好的了解质谱运行方式。
图六:
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