台式质谱的发展方向Saturn.ppt

,台式质谱的发展方向Saturn 2200,瓦里安上海代表处,分析技术的发展趋势,ppm ppb ppt ppq Ultra-trace analysis 已知高浓度基质干扰物- PCBs, CAP, DDT. 共萃取干扰物 co-extractables (多达100,000倍) 同分异构体, 光学异构物, 共流出物的定性与定量 干扰物能被清楚定性或定量确认分析 样品净化前处理步骤与时间尽量简化,GC-MS联用的优点,GC是质谱理想的进样器，样品经色谱分离后以纯物质进入质谱仪，使质谱的定性特性得到很好的发挥。所以可以分析复杂样品。 质谱仪是GC理想的检测器。广谱，且有很高的灵敏度。 灵敏度高； 定性能力强； 分析速度快； 适应范围广； 多组份分析；等,MS能告诉我们什么？,精确的质谱分析能用于分子结构分析 指纹特征的质谱碎片信息能通过数据库技术定性 可控的电离技术（MS/MS，等）能用于未知物的结构分析 提供分子功能团信息 同位素峰信息能提供分子的元素组成信息 联用技术可用于混合物分析，提高工作效率 优异的检测限,面对的困难,离子源和四极杆污染如何清洗？需花费多长时间？ 极少量的赃样品中痕量待测物如何得到满意的结果？ 如何快速得到未知样品的最佳分析方法？ 当样品分析方法同时需要CI和EI分析时 ，如何处理？ 当甲烷CI仍然得不到分子量的信息时怎么办？ 当用一级质谱仍然得不到确定的结论时如何办？ 有没有一种GC/MS可以完全解决上述问题 且操作简便？,性能优异，功能强大，操作方便的新一代 离子阱色质谱仪一一Saturn 2200系列,GC-/MS,MS/MS, MS/MS/MS,2100 GC/MS/MS,外离子源/四极柱,Ion transfer ratio 1-10%,Ionization ratio 0.1-1 %,穿越式四極電場掃瞄: 逐步增加交流電場與直流電場之比例,外离子源/离子阱,内离子源四极电场离子阱式质谱,灯丝断盖,端电极,环电极,GC入口,灯丝组件,电子倍增管,Fo,所有时间串联步骤均在同一离子阱內完成,内离子源,内离子源 无推进器, 无离子透镜对外无需任何外部离子源組件 环形的“穿越电场”等于 “阱”的产生透过选定电场之“阱”來“浓缩”离子 无直流电场 -只有交流电场! 无须小心调校 RF/DC 比例 无所谓对交直流电场相对稳定问题 离子按m/z依順序至检测器 可將有意分析之区间分布保留后再至倍增器做分析 仅有微量之中性物质会撞到检测器,早期的离子阱质谱的问题,商业化的离子阱早在1980年就已推出，但由于对离子阱本身缺乏足够的认识，当时的离子阱技术存在一些需要解决的问题，这使其的应用受到限制,由于离子阱的容量限制，使其的动态线性范围较差 离子阱的质谱图难以用标准谱库进行检索 因为谱图匹配问题，无法用于美国环保局的分析方法 虽然灵敏度高，但不能运行脏的样品,Saturn 系列克服早期问题成 为新一代的离子阱质谱仪,Saturn系列质谱仪融合了世界各国科学家对离子阱技术的研究成果和瓦里安在离子阱质谱技术中的十多项专利，如：专利的波形板、轴向调制、自动增益等技术；并首次推出了专利的SECI、专利的SIS技术、专利的MS/MS技术等。 全面消除早期离子阱动态线性范围差、谱图匹配差、难做脏样品的等问题，成为一种非常成熟的质谱技术，不仅通过了各种法规的严格测试，而且成为了某些领域特定的台式质谱仪,瓦里安GC/MS的发展历史,1990 ，Saturn I 1991 , Saturn II 各项指标进一步改进 1992 ，Saturn III 增加了瓦里安专利的波形板技术和专利的SECI 1993 - 专利的SIS技术 1994 - 专利的Saturn 4D MS/MS 世界上第一台商品化的台式GC/MS/MS 1995 - MS/MS 软件包 Automated Methods Development, Multiple Reaction Monitoring, MS3,1996 - Saturn 2000 离子阱进一步简化，价格接近四极杆质谱 增加了专利的硅基离子阱选件，可完成腐蚀性样品的分析 1997 - ChromatoProbe - 气相直接进样杆 1997 - Liquid CI Option 1997 - 3800 Capillary GC 1997 - Diffusion Pump Option,瓦里安GC/MS的发展历史,采用轴向调制，增加阱内离子容量 扩大线性范围,在离子阱的端电极上增加一轴向调制，它将加速不稳定离子离开阱的速度；大大提高了离子阱可容纳的离子数量，也大大提高了动态线性范围。,离子化时间 1 ms 无轴向调制,离子化时间 20 ms 无轴向调制,离子化时间20 ms， 加轴向调制,自动增益控制，控制阱内离子数目,自动增益控制，用预扫计算离子化时间，达到理想的阱内离子数目 保证良好的线性范围 保证与标准谱库的高匹配度 保证所需要的高灵敏度,线性范围,0.1 - 20 PPB,含量不同时的的质谱图,Hexachlorobutadiene at 0.5 PPB (above) and 10 PPB (below),与谱图匹配度,优秀的谱图匹配率,美国联邦环保局(USEPA)方法8270，认可离子阱质谱作为一种标准检测方法 按照该方法，采用Saturn质谱对80种半挥发性物质分析，质谱图的平均匹配度达956(Avg Fit Value of 956/1000 ),Saturn 2200的特点和功能,杰出的灵敏度，台式质谱中最高的灵敏度 专利的选择离子储存技术（SIS），可以在复杂的背景下，捕捉需要的离子 专利的化学源设计，实现了由电脑控制的EI和CI快速自动切换 专利的波形板技术，实现台式质谱的多级串联 独特的多通道技术（MRM），可对色谱无法分离的物质分别进行定性定量 专利的结构设计，实现方便快捷的维护和保养,Saturn 2200无与伦比的灵敏度,Saturn GC/MS 采用EI-MS, 1pg 的八氟萘其信噪比一般为200:1, 保证100:1,高灵敏度的优势,可检测极低浓度的样品且结果可信度高 能够满足将来更严格法规的要求 所需样品量更少 不必进行样品的纯化和预浓缩 减少了色谱仪进样口和质谱仪的污染 ，使其维护和使用成本大大降低 延长色谱柱的使用寿命,Saturn 2200选择性离子存储(SIS)技术,SIM ？ 13个离子的灵敏度较高 3个离子灵敏度大大降低 所得结果无法谱库检索 SIS可选择1或多个离子存储SIM SIS还可选择一定质量段的离子进行检测，且结果可谱库检索 SIS还可选择多段质量段的离子进行检测，结果可谱库检索 SIS还具备本底抛出功能,采用选择离子存储（SIS）的灵敏度,采用SIS技术，抛弃本底离子,m/z 271 Interference,m/z 271 Eliminated,SIS技术抛掉 m/z 271离子,全谱扫描,SIS选择本底抛出功能最多5个离子,有机质谱仪常用的几种离子源 *电子轰击离子源(electron impact ionization source, EI) *化学离子源(chemical ionization source, CI) 解吸化学离子源(desorption chemical ionizaton source, DCI) 场致离子源(field ionization source, FI) 场解吸离子源(field desorption source, FD) *快原子轰击离子源(fast atom bombardment source, FAB) 离子轰击离子源(ion bombardment source, IB) 激光解吸离子源(laser desorption source, LD) *热喷雾接口(thermospray interface, TSI) *电喷雾接口(electrospray interface, ESI) 等 （*可用于色质联用仪，其它只用于直接进样）,GC/MS常用的电离方式,电子电离 (EI) 70 电子伏特,“刚性”电离效果 正离子化学电离 (PCI) 12 电子伏特,“柔性”电离效果 电子捕获负离子化学电离 (NCI) 结构破坏的电子捕获 ABC + e- AC + B- (0.1-10 电子伏特),电子轰击电离的特点： 能量色散小（确保质谱仪有较高的分辨率和质谱重现性）； 电子流强度可精确控制； 电离效率高（确保质谱仪有很高的灵敏度）； 结构简单，控温、操作简便； 质谱图提供化合物的“指纹”特性； 可作质量校正。 但EI源样品必须气化。不能气化或气化时发生分解的有机化合物样品不能使用电子轰击电离源。,化学电离源（CI） 化学电离源是利用反应气离子与样品分子发生分子离子反应（质子转移形成M+H+）而使样品生成准分子离子的一种软电离方法。 可以避免分子离子的进一步裂解，质谱图中准分子离子峰较强，其它碎片离子峰很少，很容易得到被测样品分子的分子量。,甲烷反应气离子,m/z 17, 29, H3O+ 由真空中的水气形成,CI反应机制,形成准分子离子 (M+1) CH5+ + M CH4 + MH+ M+1 离子可再次破碎形成复杂的化学电离质谱 形成加合离子 C2H5+ + M M + C2H5+ M+29 Adduct C3H5+ + M M + C3H5+ M+41 Adduct,麻黄碱EI质谱图,麻黄碱CI质谱图,CI源的优点 可以得到准分子离子峰（M+1）+ 、(M-1)- ，便于确定化合物的分子量； CI谱中有定性价值的碎片峰比EI谱更强，有利于多离子检测； NCI的灵敏度高。,CI源的缺点 样品仍需汽化，对热不稳定和不易挥发的化合物仍然不适用； 碎片离子峰少，缺乏EI谱的“指纹”特征； CI源随反应气、离子源的结构、离子源的温度、压力及电子能量的不同而变化；,瓦里安GC/MS 烃类EI质谱图,瓦里安GC/MS烃类液体CI质谱图,瓦里安GC/MS液体CI的优点,可使用多种CI反反应剂,“刚性” 电离效果反应剂电离能量大，产生较多的碎片离子。 (如可卡因例子) “柔性”电离效果反应剂(如异丁烷)能增加 M+1离子形成比例。,可卡因的电子电离质谱,多为碎片离子 分子离子(m/z 303)极弱,可卡因的甲烷化学电离质谱,可卡因的异丁烷化学电离质谱,“柔性”电离反应剂，产生碎片离子很少,Saturn 2200的化学源技术,EI切换到CI不必更换离子源和真空系统 低压CI反应试剂 可采用液体CI反应试剂，使反应试剂的选择面大大扩大 EI/CI方法之间互相计算机编程切换 由于低压操作，对离子源和MS系统的污染大大减少 由于低压操作，对真空系统要求较低 由于低压操作，可大大减少日常操作费用,分析同一样品可采用不同的离子化模式及离子处理模式 最多250个SEGMENT,Saturn 2200的液体化学源,利用室温蒸气压产生的蒸气作反应试剂，经济安全 选择性更高 利用独特的复合离子来准确确定分子量 可以选用各种溶剂作反应试剂，如CH3CN，乙酮，二乙基乙酯，甲醇，二硫化碳和水等等,Saturn 2200液体化学源(LCI)的优点,Saturn2200系列的GC/MS/MS功能,技术的优点 选择性更高 检测限更低 谱图质量更好 大大减少样品的提纯 得到更多的结构信息 应用范围 微量样品的检测 赃样品的分析 同分异构体的区分等等,串联质谱(MS/MS)技术,台式四极杆质谱MS/MS技术,价格昂贵 建立方法复杂费时 安装和调制难度大 多级离子传送离子损失严重，信噪比低 MS与MS/MS切换复杂 对真空系统要求高 对操作者要求高 体积庞大对实验室要求较高,瓦里安GC/MS、MS/MS和MSn技术,瓦里安GC/MS可以轻松方便地实现MS/MS分析 价格增加不多 建立方法简便易行AMD 安装简单，不必专门调制 选择性高，灵敏度好 离子源离子化方式和MS与MS/MS可编程切换 对实验室和真空系统无特殊要求 对实验操纵者无特殊要求,全谱扫描的基体干扰,标准品,有用的特征离子与基体背景混在一起，使质谱的推断不容易,*由质谱图和峰型可见其严重的干扰,胡萝卜的萃取物,乙硫磷标准谱图,以MS/MS去除基質,高选择性提供明确结果 标准与样品有相同MS/MS质谱图,CID的种类,共振模式 (Resonant) 0 10 伏特,特异性强 非共振模式 (Non-resonant) 0 100 伏特,非特异性，适合于含同位素较多物质的分析，为Varian的专利技术。,简易的CID模式切换,GCMSMS区分空间异构体 空间异构体的用GCMS分析时，其保留时间非常接近，一般的EI质谱图也非常接近，不易区分。但用MSMS法，可以区分某些同分异构体。 如内源性激素检测中同分异构体的区分。,5-雄烷-3 -醇-17-酮-2TMS;,5-雄烷-3 -醇-17-酮-2TMS,Saturn 2200的质谱串联技术,单级质谱图,二级质谱图,简易的MS/MS方法设定,Automated Method Development for MS/MS,二级质谱的自动方法开发（AMD),AMD结果： 寻找最佳的二级质谱分析条件,Saturn 2200的多通道检测技术 Multiple Reaction Monitoring in MS/MS （MRM),采用MS/MS技术，在相同时间段检测不同的母离子，并对其进行二级质谱分析 应用： 对色谱无法分离的样品进行分析 采用同位素做内标进行分析,2个通道的MRM的软件设定,Saturn 2200的多通道技术（MRM),苯环己哌啶,苯环己哌啶,5个氘取代,MS/MS,GC/MS/MS 是一种用于常态分析的技术 不是研究专用 可自动化分析目标物 复杂基质分析极具优势 減少化学杂讯 CI可与MS/MS并用发挥相乘效果 將 M+1为分子离子加強，可增加感度与结构确认 已知物检测之极佳解決方案 母-子离子间的关系明确 有 MSn 解決其他问题,全谱扫描的色谱图,在烧过的地毯上沒有找到汽油的证据,MS/MS 條件,Parent Non-Resonant m/z CID Voltage Compound 91 50 C1-Benzene 106 35 C2-Benzene 120 40 C3-Benzene 134 35 C4-Benzene 148 40 C5-Benzene 162 30 C6-Benzene 128 30 Naphthalene 142 30 C1-Naphthalene 156 30 C2-Naphthalene 170 30 C3-Naphthalene 178 30 Anthracene 192 30 C1-Anthracene 206 85 C2-Anthracene,Parent Ion Window: 2u for all compounds RF level: 48u for all compounds,GC/MS/MS 找出完全符合的汽油指纹图,GC/MS/MS的优点,优越的选择性 母离子分离 (如同选择性离子检测) 解析结构去除化学背景 降低检测极限 阱中只保留待测离子 更佳的质谱品质 降低化学杂讯 減少样品净化步骤 更多的结构资讯,瓦里安GC/MS离子源维护清洗十分方便,瓦里安GC/MS离子源维护清洗 十分方便,瓦里安GC/MS离子源维护清洗十分方便,