质谱法

质谱法_6分词条

(图)质谱法质谱法

质谱法是通过对样品离子的质量强度的测寂来进行成分的结构分析的一种分析方法。将样品转化成气态,置于高真空(<10-3帕)的离子源中,受到高能电流的轰击或强直流电场等作用,使样品分子失去一个外层电子而生成带正电荷的分子离子;或使化学键断裂生成各种碎片离子,在质量分析器中按质荷比分离、检测后即得质谱图。

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质谱法 基本原理

       
(图)质谱法质谱法---质谱图

质谱法(Mass Spectrometry, MS)是利用电磁学原理,对荷电分子或亚分子裂片依其质量和电荷的比值(质荷比,m/z)进行分离和分析的方法。

质谱是指记录裂片的相对强度按其质荷比的分布曲线。根据质谱图提供的信息可进行有机物、无机物的定性、定量分析,复杂化合物的结构分析,同位素比的测定及固体表面的结构和组成的分析。

质谱法的基本原理是有机物样品在离子源中发生电离,生成不同质荷比(m/z)的带正电荷离子,经加速电场的作用形成离子束,进入质量分析器,在其中再利用电场和磁场使其发生色散、聚焦,获得质谱图,从而确定不同离子的质量,通过解析,可获得有机化合物的分子式,提供其一级结构的信息。

不同质荷比的离子,在磁场中是如何被分离的呢?不同质荷比的离子进入由磁场构成的质量分析器后,从图可见,离子流在磁场中飞行,在磁场作用下,飞行轨道发生弯曲。若离子初始能量为0,在加速电压作用下,离子动能Ek 为:E =zeU =1/2mv^2式中z 为离子电荷数,e 为单位电荷电量(1.60×10-19C),U 为加速电压(单位为V),m 为离子质量,υ为离子运动速度。加速离子进入分析器后,离子受磁场力Bzeυ作用,其运动轨迹发生偏转,作圆周运动,其离心力mυ2/r 与磁场力平衡,即有mv^2/R= Bzev式中B 为磁感应强度,r 为圆周运动半径。上述两式结合:r= 2Um/ze/B上式为磁分析器质谱仪方程。式中z 一般为1。当加速电压和磁场不变时,不同质荷比的离子其运动半径不同,获得了分离。质谱仪中一般保持U、r 不变,通过电磁铁扫描磁场B 而获得质谱图。在扇形磁场结构中,r 便是扇形磁场的曲率半径。早期发展的质谱仪只依靠磁场进行质量分离,称为单聚焦质谱仪。随后又发展了磁场前加一静电场的双聚焦质谱仪,以提高质谱仪的分辨率。

质谱法 发展概况

       
(图)质谱法质谱法--串联质谱

质谱法是一种古老的仪器分析方法,早期质谱法的最重要贡献是发现非放射性同位素

1912年Thmson J J研制了世界上第一台质谱仪;1913年他报道了关于气态元素的第一个研究成果,证明了该元素有20Ne、22Ne两种同位素。

第一次世界大战后,质谱法及仪器有了进一步的提高,特别是Aston固用质谱法发现同位素并将质谱法应用于质量分析而于1922年获得诺贝尔奖

二十世纪三十年代,离子光学理论的发展,有力地促进了质谱学的发展,开始出现了诸如双聚焦质谱分析器的高灵敏度、高分辨率的仪器。1942年出现了第一台用于石油分析的商品化仪器,质谱法的应用得到突破性的发展,它在石油工业、原子能工业方面得到较多的应用。二十世纪六十年代以后,质谱法在有机化学和生物化学中得到广泛的应用。

质谱法及仪器得到极大发展,主要表现在:计算机的深入应用,用计算机控制操作、采集、处理数据和谱图,大大提高了分析速度;各种各样联用仪器的出现,如色-质联用,串联质谱等;许多新电离技术的出现等。这使用质谱法在化学工业石油工业、环境科学、医药卫生、生命科学、食品科学、原子能科学、地质科学等广阔的领域中发挥越来越大的作用。

质谱法 特点

       

1、信息量大,应用范围广,是研究有机化学和结构的有力工具。
2、由于分子离子峰可以提供样品分子的相对分子量的信息,所以质谱法也是测定分子量的常用方法。
3、分析速度快、灵敏度高、高分辨率的质谱仪可以提供分子或离子的精密测定。
4、质谱仪器较为精密,价格较贵,工作环境要求较高,给普及带来一定的限制。

质谱法 应用

       
(图)质谱法质谱法----蛋白质结构探测

质谱是应用最为广泛的方法,它可以为我们提供以下信息:
a)样品元素组成;
b)无机、有机及生物分析的结构---结构不同,分子或原子碎片不同(荷质比不同)
c)复杂混合物的定性定量分析------与色谱方法联用(GC-MS);
d)固体表面结构和组成分析-----激光烧蚀等离子体---质谱联用;
e)样品中原子的同位素比。

结构生物学

在温和的电离条件下,利用质谱法检测多蛋白质复合体的固有气相结构是可能的。世界上还存在不可以用质谱法测量的物质么?随着每天都有关于质谱的新方法问世,质谱法看起来已经成了蛋白质科学中功能最强大、应用最广泛的技术之一。

质谱法是鉴定蛋白质组成的神奇工具,但是,发现这种方法可用于蛋白质结构和形状的探测。在气相中固有多蛋白质复合体的电离和检测条件,强有力地证明了气相结构虽然缺乏大量的溶剂,但在本质上与已有的液相结构是等同的。

多数质谱实验应用时需要一定的苛刻条件,在这样的情形下保持复合体四级结构的意义不容轻视。即便是电离到气相的最“温和”的方法,即电雾离子化质谱法(ESI),其温和程度也显得不足。用户友好的纳米ESI系统,以确保蛋白质复合体在电离过程中不受任何损害。除了测定分子量外,他们运用离子飘移的波谱测量技术,确定了一个碰撞交叉值。所谓碰撞交叉值,就是测定一个离子在弱电场中通过一个含有中性气体分子的小室时需要的时间长短,它直接和分子大小成比例。

(图)质谱法质谱法---溶液结构

复合体的溶液结构、每个亚单元的大小以及亚单元之间的非共价健等几个因素,应用分子动力学模拟方法,获得了复合体的三维结构图像。碰撞交叉值被预测后供模拟结构时使用,并与通过离子飘移的波谱测量技术实验获得的数值相比较。运用环形的、具有11-亚单元位点的trp  RNA束缚衰减型蛋白质复合体,他们以TRAP为例,发现实验获得的碰撞交叉值与溶液自然状态下TRAP结构的计算值相类似。还发现,TRAP的配体束缚型状态和RNA束缚型状态进行气相、液相对比时结构也十分相似,这表明蛋白质复合体的气相结构与液相结构十分相似。这一发现在一些人看来十分奇怪,Robinson这样解释其中的原因:“当我们开始运用质谱法研究这些复合体时,很多人认为复合体气相状态下的整体结构会与液相状态下的整体结构会完全不同。而发现,碰撞交叉值与自然状态下的计算值非常相近,这一事实表明复合体从液相转变为气相时不会发生大的结构变化。”

运用这一技术,可进行变化条件下的四级结构的研究,以及研究其它方法不适用的瞬时或可逆关联现象。Robinson解释说,选择TRAP来验证这一新技术的有效性,其中的一个主要原因就是它与复合体之间的关联作用非常弱。但或许最值得注意的是,不像结晶学、核磁共振波谱学等其它结构型探针,这一以质谱为基础的方法将帮助研究者对四级寡聚态进行逐个检测。:异质现象,在结构生物学中,特别是对于大型蛋白质复合体,是一个现实问题,认为通过应用这一新近发现的功能强大的质谱实验方法,结构生物学将从中大大获益。

测定化合物的结构

质谱法是利用电磁学原理,采用高速电子

(图)质谱法质谱法----高速电子

束撞击气态分子,将分解出的阳离子加速导入质量分析器中,然后按质荷比(m/z)的大小顺序进行收集和记录,即得到质谱图,根据质谱图峰的位置,可以进行定性和结构分析;根据峰的强度,可以进行定量分析。

根据质量分析器的工作原理,可将质谱仪分为动态仪器和静态仪器两大类,静态质谱仪的质量分析器为稳定的电磁场,它是按照空间位置将m/z不同的离子分开;动态质谱仪的质量分析器则采用变化的电磁场,按照时间和空间区分不同m/z的离子。如由单聚焦和双聚焦质量分析器组成的质谱仪,属于静态质谱仪,而飞行时间和四极滤质器组成的质谱仪、属于动态质谱仪。在一张质谱图中,可得到许多峰,这些峰的位置与相对强度除与分子结构有关外,还与离子化电位、样品所受压力和仪器结构有关。质谱峰可归纳为以下几种:分子离子峰、碎片离子峰、重排离子峰、同位素离子峰、亚稳离子峰及多电荷离子峰。各种化合物在一定能量的离子源中是按照一定规律进行裂解而形成各种碎片离子的,表现为一定的质谱图,所以可根据裂解后形成的各种离子峰就可鉴定物质的组成和结构。

实验测—未知物,经其它方法初步鉴定是一种酮,其质谱图中分子离子峰质荷比为100,因此该化合物相对分子质量为100、质荷比m/z=85的碎片离子。是由分子断裂?CH3(Mr=15)碎片后形成的。质荷比m/z=57的碎片离子,则可认为是再断裂一个CO(Mr=28)碎片后形成的。

质谱法 参考资料

       

[1]三九化工网 http://www.39hg.com/Article/ChmSb/200709/17795.html

[2]生物谷网 http://www.bioon.com/biology/biostructure/172624.shtml

[3]创新思成有限公司 http://www.chanceint.com/apparea_detail.asp?doctitle=%D6%CA%C6%D7%B7%A8%BC%F2%BD%E9

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三九化工网
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