質譜基礎--電離方式和離子源

質譜基礎--電離方式和離子源

電離方式和離子源

1.    電轟擊電離（EI）

一定能量的電子直接作用于樣品分子，使其電離，且效率高，有助于質譜儀獲得高靈敏度和高分辨率。有機化合物電離能為10eV左右，50-100eV時，大多數分子電離界面最大。70eV能量時，得到豐富的指紋圖譜，靈敏度接近最大。適當降低電離能，可得到較強的分子離子信號，某些情況有助于定性。

2.化學電離（CI）* B4 @& K' K6 w3 t

電子轟擊的缺陷是分子離子信號變得很弱，甚至檢測不到。化學電離引入大量試劑氣，使樣品分子與電離離子不直接作用，利用活性反應離子實現電離，其反應熱效應可能較低，使分子離子的碎裂少于電子轟擊電離。商用質譜儀一般采用組合EI/CI離子源。試劑氣一般采用甲烷氣，也有N2,CO,Ar或混合氣等。試劑氣的分壓不同會使反應離子的強度發生變化，所以一般源壓為0.5-1.0Torr。

3.大氣壓化學電離（APCI）. q  M  c9 n9 _  ~+ ^0 a- G5 R

在大氣壓下，化學電離反應速率更大，效率更高，能夠產生豐富的離子。通過一定手段將大氣壓力下產生的離子轉移至高真空處（質量分析器中）。早期為Ni63輻射電離離子源，另一種設計是電暈放電電離，允許載氣流速達9L/S。需要采取減少源壁吸附和溶劑分子干擾。

4.二次離子質譜（FAB/LSIMS）4 E; q. h! a) u$ {- L! E4 p$ }
在材料分析上，人們利用高能量初級粒子轟擊表面（涂有樣品的金屬鈀），再對由此產生的二次離子進行質譜分析。主要有快原子轟擊（FAB）和液體二次離子質譜（LSIMS）兩種電離技術,分別采用原子束和離子束作為高能量初級粒子。一般采用液體基質負載樣品（如甘油、硫甘油、間硝基芐醇、二乙醇胺、三乙醇胺或一定比例混合基質等）。主要原理是分子質子化形成MH 離子，其中有些反應會形成干擾。  

5.等離子解析質譜（PDMS）
采用放射性同位素（如Cf252）的核裂變碎片作為初級粒子轟擊樣品，將金屬箔（鋁或鎳）涂上樣品從背面轟擊，傳遞能量使樣品解析電離。電離能大大高于FAB/LSIMS，可分析多肽和蛋白質。

6.激光解吸/電離（MALDI）
波長為1250-775的真空紫外光輻射產生光致電離和解吸作用，獲得分子離子和有結構信息的碎片，適于結構復雜、不易氣化的大分子，并引入輔助基質減少過分碎裂。一般采用固體基質，基質樣品比為10000/1。根據分析目的不同使用不同的基質和波長。+ B- R7 C0 m8 J/ B3 C
7.電噴霧電離（ESI）- _3 M0 z) _2 D5 A. e& ?0 j6 T" f
電噴霧電離采用強靜電場（3-5KV），形成高度荷電霧狀小液滴，經過反復的溶劑揮發-液滴裂分后，產生單個多電荷離子，電離過程中，產生多重質子化離子。

電子轟擊電離（EI） 電子轟擊電離是應用最普遍、發展最成熟的電離方法。一般有機化合物的電離電位為7～15eV，因此被具有電子能量70eV的加速電子轟擊后，除了失去或得到一個電子形成分子離子以外，出于激發態的分子離子進一步裂解形成碎片離子和游離基，也可能失去一個中性分子。! @( w2 T8 E$ h2 X1 p* t
EI的優點在于易于實現，質譜圖再現性好，而且含有較多的碎片離子信息，有利于未知物結構的推測。其缺點為當樣品分子穩定性不高時，分子離子峰的強度低，甚至沒有分子離子峰。當樣品不能汽化或遇熱分解時，則更沒有分子離子峰。( A! h& a& \6 E" z
化學電離(CI)
化學電離法其原理是在離子室中通入反應氣（壓力上升到約1Torr），用200～400eV的電子轟擊使反應氣分子電離，然后樣品分子在高壓下與反應氣離子發生離子－分子反應生成樣品離子。反應氣通常是甲烷、胺、異丁烷等氣體。: S; u+ c$ c( E
場電離（FI）和場解析（FD）
當樣品蒸汽鄰近或接觸帶高的正電位的金屬針時，由于高曲率半徑的針端處產生很強的電位梯度，樣品分子可被電離，這稱為場電離。$ `" S: x% e4 N
場電離要求樣品分子處于氣態，靈敏度又低，因而應用逐漸減少。: n% M+ a0 [7 D8 N7 b
場解吸的原理與場電離相同，但樣品是被沉積在電極上。為增加離子的產率，電極上有很多微針（microneedles）。在電場的作用下（或再輔以溫和地加熱），樣品分子不經汽化而直接得到準分子離子，因而場解吸適合于難汽化的、熱不穩定的樣品，如肽類化合物、糖、高聚物、有機酸的鹽、有機金屬化合物等。: l; v5 n5 D% N+ L
由場解吸所得的質譜中準分子離子峰強，碎片離子很少，為得到較多的結構信息需進行碰撞誘導斷裂（collision induced dissociation,CID）。
快原子轟擊（FAB）
快原子轟擊是80年代以來，被廣為利用的一種軟電離技術。. V5 v/ ~3 q& X8 U9 `+ c3 i; u4 T
快原子轟擊是利用重的原子如Ar、Xe，將其電離后再加速成為具有較大動能的快速離子，然后在原子槍內進行電荷交換反應，快速離子與靜止的中性原子發生碰撞并進行離子交換，形成中性快速原子。原子槍中有一偏轉電極，使未發生碰撞的快速離子被偏轉引出，快速原子則打在靶上。當快速原子打在含有樣品的基質時，部分能量能導致樣品的蒸發及解離，然后被送入分析系統被測量。常用的基質有甘油、硫代甘油、3-硝基芐醇等，所選擇的基質應具有流動性、低蒸汽壓、化學惰性、電解質性和好的溶解能力。9 i8 C% ^: y) V) V  \
　　FAB適用于對熱不穩定、難揮發、高極性的有機化合物，如氨基酸、多肽、糖類等。
基質輔助激光解析電離（MALDI） 2 P: o6 R" w) D+ y
　　MALDI的工作原理是用小分子有機物作基質，將樣品溶液和基質混合均勻，干燥成為晶體或半晶體后送入離子源內。用一定波長的脈沖式激光照射，基質分子能有效地吸收激光能量，瞬間由固態轉化為氣態，基質離子與樣品相互碰撞使樣品離子化，而得以進行質譜分析。常用的基質分子有2,5-二羥基苯甲酸、芥子酸、煙酸、2-氰基,4-羥基肉桂酸等。: y7 M/ Q* p* s7 D. Q7 f
　　MALDI的特點是準分子離子峰很強，碎片離子峰很少，能直接測定難于電離的樣品，特別是生物大分子物質如多肽、核酸、蛋白等。 # s+ x4 s) p) ~' Y
大氣壓電離(Atmospheric Pressure Ionization, API) ( z7 g8 s4 L, ?2 O7 m9 G3 e
　　API是主要應用于HPLC和質譜聯用時的電離方法。它包括ESI和APCI，兩者都是很軟的電離方法，易于得到樣品的分子量。通過對電壓的調節，可以得到不同斷裂程度的質譜。
電噴霧電離（Electrospray Ionization, ESI）. d6 Z2 B$ X* J2 h7 q% z0 C
ESI的工作原理是樣品溶液從具有霧化氣套管的毛細管端流出時在電場和霧化氣（通常是氮氣）的吹帶作用下噴成無數的帶電微液滴，在一定加熱溫度下，液滴中的溶劑被快速蒸發，液滴直徑不斷變小，表面電荷密度不斷增大。最終使溶劑和樣品離子從液滴中被排擠出，樣品離子進入分析器被檢測。產生的樣品離子可能具有單電荷或多電荷，這和樣品分子中的酸性和堿性基團數量有關。通常小分子樣品得到帶單電荷的準分子離子；大分子樣品則得到多種多電荷離子。- q: [- Q' N2 b
ESI電離是很軟的電離方法，通常沒有碎片離子峰，只有整體分子的峰。有利于生物大分子的測定。 . b+ V' A9 O6 X' ]( X/ H
 大氣壓化學電離(Atmospheric Pressure Chemical Ionization, APCI)
大氣壓電離是由ESI衍生出來的方法。樣品溶液仍由具有霧化氣套管的毛細管端流出，被氮氣流霧化，通過加熱管時被汽化。在加熱管端進行電暈放電使溶劑分子被電離形成反應離子，這些反應離子與樣品分子發生離子－分子反應生成樣品的準分子離子。與經典CI不同的，是APCI無須加熱樣品使之汽化，因而應用范圍更廣。由于要求樣品分子汽化，因而APCI主要用于弱極性的小分子化合物的分析。

PS:摘自互聯網