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1、第一章第一章 质谱技术概论质谱技术概论临床色谱质谱检验技术一、复习二、质谱的原理主要内容临床色谱质谱检验技术三、质谱仪的主要组成部分四、小结与思考一、复习临床色谱质谱检验技术 质谱是什么？质谱能做什么？质谱有何独到之处？质荷比质谱图同位素分辨率重要概念二、质谱的原理 临床色谱质谱检验技术质谱：是一种测量带电粒子质荷比的分析技术，被用于测定带电粒子的质量，确定样品或微粒的元素组成，阐明分子的化学结构；质谱分析：是分离和检测带电物质的一类分析方法；质谱仪：本质上是测量离子质荷比的分析仪器，是将被测物质离子化后，按照离子的质荷比分离，测量各种离子峰的强度而实现分析的仪器；在众多的分析方法中，质谱分析
2、法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度的普适方法；同时该方法还可以提供待测物的分子量和结构信息等；正是基于质谱技术的这些特点，其在医学检验领域和生命科学研究领域的应用越来越广泛。质谱的原理、质谱分析与质谱仪 质谱仪的原理样品通过进样系统进入离子源，由于结构性质不同而电离为各种不同质荷比（m/z）的分子离子和碎片离子；带有样品信息的离子碎片被加速进入质量分析器，不同的离子在质量分析器中被分离并按质荷比大小依次抵达检测器；离散的粒子流信号经过放大后，以电信号的方式用一定速度在设定的质量范围内被连续采集下来，电信号随即被计算机转换成数字信号；对这些离散的数据点进行实时平滑处理后就被连接成为一条连续
3、的曲线，此为质谱的原始数据；原始数据经过计算机进一步处理，就成为可供使用的质谱图。质谱分析二、质谱仪的主要组成部分临床色谱质谱检验技术质谱仪的原理离子源：将待分析样品电离，得到带有样品信息的离子电喷雾电离源大气压化学电离源大气压光致电离源快原子轰击电离源基质辅助激光解吸电离源电感耦合等离子体电离源电子电离源化学电离源大气压电离源其他电离源固体样品液体样品气体样品EICIAPCIMALDIESIAPPI转化成溶液转化成固体 转化成气体根据待分析物的化学性质根据待分析物的化学性质 离子源ICP电子电离源（Electron Ionization，EI）应用最早且最为广泛的一种离子源；基本原理：利用高
4、能电子与中性气态分子发生作用，使后者电离.主要组成：灯丝电离室（离子盒）电子阱（收集级）永久磁铁离子光学系统加热器电子电离源（Electron Ionization，EI）电子电离源（Electron Ionization，EI）电子电离源（Electron Ionization，EI）特点：样品分子在电子轰击下，可以失去一个电子形成分子离子，也可能化学键断裂形成碎片离子；分子离子给出分子量，碎片离子给出分子结构信息；EI源碎片离子多，结构信息丰富，裂解规律的研究也最为完善，已经建立了数万种有机化合物的标准谱图库可供检索；样品在气态下电离，不适用于难挥发和热稳定性差的样品分析。电子电离源（El
5、ectron Ionization，EI）气相色谱-质谱仪（GC-MS）岛津 QP2010 Ultra电喷雾电离源（Electrospray Ionization，ESI）雾化气使导入的液体样品气化喷雾针上的高压使液滴带电随着带电液滴中溶剂挥发形成离子两种阐述机制：离子蒸发机制：在喷针针头与施加电压的电极之间形成强电场，该电场使液体带电，带电的溶液在电场的作用下向带相反电荷的电极运动，并形成带电的液滴；由于小雾滴的分散，比表面增大，在电场中迅速蒸发，结果使带电雾滴表面单位面积的场强极高，从而产生液滴的“爆裂”，重复此过程，最终产生分子离子；电荷残留机制：首先也是电场使溶液带电，结果形成带电雾滴
6、，带电的雾滴在电场作用下运动并迅速去溶剂，溶液中分子所带电荷在去溶剂时被保留在分子上，结果形成离子化的分子。电喷雾电离源（Electrospray Ionization，ESI）大气压化学电离源（atmospheric pressure chemical ionization，APCI）与分析物分子反应与分析物分子反应电晕放电针电晕放电针(NC)带电的溶剂分子带电的溶剂分子Orifice(DP)Mass AnalyzerX=Solvent MoleculeM=AnalyteCurtain Gas(CUR)真空大气压LC 流动相流动相簇合物形成簇合物形成加热雾化加热雾化(TEM)雾化气雾化气(G
7、S1)电晕放电针使离子源的 N2 或 O2 带电带电荷的N2 或 O2 传递电荷给气化的溶剂分子带电荷的气化溶剂又将电荷转移给分析物 高效液相色谱-串联质谱仪（LC-MS/MS）API 4000+API 5500 Waters TQ-SAglient 6495高效液相色谱-串联质谱仪（LC-MS/MS）电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，ICP)电感耦合等离子体在20世纪60年代作为激发光源被用于原子发射光谱（ICP-AES）分析。1974年，美国应用实验室生产出第一台商品仪器，由于灵敏度高、检出限低、线性动态范围宽、多元素同时测定等优点，成为痕量元素分析的
8、主要技术手段之一；缺点：ICP-AES存在较为严重的光谱干扰，仪器系统的背景噪音也较大，尤其是在分析某些基体复杂样品中痕量和超痕量元素时，不能满足信噪比及检出限的要求；出现新的ICP联用技术电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）。自1984年第一台商品仪器问世以来，这项技术已从最初在地质科学研究的应用迅速发展到广泛应用于环境保护、半导体、生物、医学、冶金、石油、核材料分析等领域，被称为当代分析技术最激动人心的发展。电感耦合等离子体质谱（Inductively Coupled Plasma mass spectrometry，ICP-MS）是一种将电感耦合等离子体技术和质谱技术结合在一起的分析仪器
9、；主要用于分析无机元素及部分有机化合物；在ICP-MS中，ICP起到离子源的作用，高温的等离子体使大多数样品中的元素都电离出一个电子而形成了一价正离子。电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，ICP)等离子体的一般概念等离子体是指含有一定浓度阴阳离子、能够导电的气体混合物。在等离子体中，阴阳离子的浓度是相同的，净电荷为零；通常用氩形成等离子体。氩离子和电子是主要导电物质，一般温度可以达到10,000K（常用8000K）；使用氩气作为等离子气的原因：氩的第一电离能高于绝大多数元素的第一电离能(除He、F、Ne外)，且低于大多数元素的第二电离能(除Ca、Sr、Ba等
10、)。因此，大多数元素在氩气等离子体环境中，只能电离成单电荷离子，进而可以很容易地由质谱仪器分离并加以检测。电感耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，ICP)电感耦合等离子体的形成等离子气辅助气载气 RF工作线圈（内通循环水）射频电压诱导氩离子和电子快速震荡，产生热量(8,000 K)载气将样品气溶胶载到等离子体的中心，进而样品发生干燥、去溶剂、解离、原子化和电离等过程(中心温度6800K)石英同心炬管电感耦合等离子体原理图ICP最热部分 8000K粒子蒸发与解离采样锥口处正离子浓度最高，而多原子离子干扰浓度最低在采样锥口处样品以正离子形态存在气溶胶干燥解离成单原子
11、且电离RF发生器频率27MHz，样品通道 6800K以上样品停留时间为几个毫秒+电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）Agilent 7700 ICP-MS基本原理：基质辅助激光解析电离源（matrix-assisted laser desorption/ionization，MALDI）是将待测物与固体有机小分子基质以1:5000以上的比例混合后以激光照射，基质在吸收激光能量后将其均匀传递给待测物分子，使之气化并形成离子。基质辅助激光解析电离源核心：激光：能量密度极大的单色光（波长单一的光束），用于提供激发样品的能量；基质：MALDI的重要核心组成，主要作用是吸收激光能量并将能量传递给待测物
12、分子并使之离子化。基质辅助激光解析电离源基质的物质必须具有的特性溶解性吸光性反应性挥发性解吸作用 可检测几十万甚至几百万质量数的分子；电离方式对样品的破坏性小，质量测定范围大，分子量测定准确；以单电荷离子为主，因而质谱图较为简单；与时间飞行质谱仪联用（MALDI-TOF-MS），分析时间快，原则上它可以在 一次电离事件中给出所有离子的质谱图；MALDI-TOF-MS是强力支持蛋白质组学分析的高性能设备。基质辅助激光解析电离源特点在临床实验室中，成功应用于微生物鉴定工作；采用该技术后，微生物鉴定的时间明显缩短，鉴定的范围也更广，特别是对于难鉴定、少见的病原微生物，质谱技术就更具有优势；同时具有准确、稳定、高通量、低成本等特点；生物梅里埃公司于推出了首个同时在美国和中国获得政府部门批准的用于临床检验使用的MADLI-TOF-MS系统，可用于致病细菌和酵母菌的临床快速鉴定，也是第一种能够在数分钟内检测致病微生物的系统；结合快速的药敏试验，能在很短的治疗时间窗口内提供诊断和治疗意见，这将降低发病率和死亡率。MADLI-TOF-MS三、小结与思考临床色谱质谱检验技术 掌握质谱的原理 掌握质谱的离子源 今天重点讲述了几大类离子源？其特点分别是怎样的？电喷雾离子源的缩写？用于微生物鉴定的离子源是什么？简述质谱分析的原理？问题思考Thanks