质谱分析法导论

Analytical Chemistry

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Overview

资料来源: 实验室的博士 Khuloud 贾马尔-伦敦大学国王学院

质谱分析法是一种可查明的示例中的未知的化合物,已知材料的量化,结构,测定和不同的分子性质的分析化学技术。

质谱仪由电离源、 分析器和检测器组成。这个过程涉及化学物质来产生离子的电离。当采用电感耦合等离子 (ICP) 时,样品中含有感兴趣的元素引入氩等离子体作为气溶胶液滴。等离子干气溶胶、 离解分子,然后移除电子从组件由质谱仪检测。其他电离方法如电喷雾电离 (ESI) 和基质辅助激光解吸电离 (MALDI) 用于对生物样品进行分析。之后的电离过程,离子在其质量电荷比 (m/z),质谱仪中被分离和测定每个离子类型的相对丰度。最后,探测器通常包括在哪里与带电的阳极离子的碰撞会导致一连串的越来越多的电子,可以通过与计算机相连的电路检测电子倍增器。

在这个视频中,电感耦合等离子体质谱分析的程序将描述由56铁为例的检测。

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JoVE Science Education Database. 分析化学精要. 质谱分析法导论. JoVE, Cambridge, MA, (2019).

Principles

电感耦合等离子体质谱结合质谱计的高温 ICP (电感耦合等离子体) 源。

样品必须要以离子形式进入质量分析器为了进行检测。固体样品消化过程包括固体样品成强和氧化性酸在高温和长时间的时间取决于金属物与孵化。样品引入作为气溶胶 ICP 等离子体 (6,000 — — 10,000 K 温度) 转换成被电离的气体原子。

最常用的质量分析器是四极滤质器。它是只允许单一质量电荷比 (m/z),在给定的时间到达探测器离子静电过滤器。它可以达到每秒 15,000 道尔顿 (Da) 分离,因此被认为具有同时多元素分析属性。电感耦合等离子体质谱是一个非常敏感的方法,可以检测出浓度低于每十亿粒子的元素 (ppb),及以下粒子每兆 (ppt) 对于某些元素。

最后,探测器系统将转换引人注目的探测器转化为电信号的离子的数量。通过使用校准标准 (为某一元素的已知浓度的样品),就可以评估一个或几个元素感兴趣的样品的浓度。

Procedure

1.清洗的聚碳酸酯管

  1. 聚碳酸酯管抗酸性溶液用于样品消解。为了消除任何污染痕量铁,用 0.1 M HCl 5 毫升填充所有管。
  2. 地方管中,水浴 1 h 在 50 ° c。
  3. 洗用毫 Q 水 5 毫升管和干管在烤箱或化学罩。

2.样品制备和消化

  1. 地方 200 µ L 的样品在 1.8 毫升浓硝酸 (65%)。
  2. 在一夜之间在 50 ℃ 水浴中放置管通过提高温度,如果需要减少整体的消化时间调整议定书 》。
  3. 让在室温冷却管。
  4. 样品稀释加入 8 毫升毫 Q 水获得最终的硝酸浓度贝娄 20%(v/v)。
  5. 离心管 3,000 x g 10 分钟使颗粒任何剩余的宏观残留。

3.拟订文书

  1. 清洁 15 分钟擦球果,5%的硝酸中 5%的硝酸用超声波 icp 备火炬。更改的蠕动。检查泵油位。
  2. 打开的氩和冷水机组,启动等离子。启动等离子的液体流入并等待仪器稳定,约 20 分钟。
  3. 优化镜头电压。通过测量测试解决方案中,含毫克,每日运行绩效考核和你确认电感耦合等离子体质谱仪器的灵敏度。测量 Ce 和八氧化形式和双电荷的离子应保持 3%以下。检查在 8 和 220 大背景信号的测量质量。
  4. 该仪器是现在准备好使用。

4.选择用户的方法及示例列表

  1. 请选择元素和同位素的兴趣。
  2. 选择扫描模式作为峰跳来跳去。
  3. 与 40 扫 (最低 15) 每次阅读资料选择 100 ms (最低 50) 停留时间。选择一个阅读每复制和 5 复制 (最低 3)。总积分时间是样本的 4,000 女士量是样本的有限的如果减少停留时间,扫描和复制保持高于上面定义的最小值的值的数目。
  4. 使用氨 (NH3) 流动率在 0.7 毫升/分钟以避免40Ar16O 56铁含量测定的干扰。
  5. 准备选择的元素的校准曲线。
  6. 运行示例。

质谱法是结构的一种可以识别和量化未知化合物内的样本和它们测定的分析技术。

质谱法、 气体相离子是从原子或分子的样品中产生。基于其质量电荷比,m/z 的象征,然后被分离离子。

这种分离使测定的样品,其质量、 结构等有关的定量和定性信息。

本视频将介绍的基本概念和仪器仪表的质谱,和证明其使用在元素量化。

质谱仪由电离源、 质量分析器和检测器组成。在电离源,化合物被电离,通常为一个单一的正电荷。

可以使用各种各样的技术,例如与电子束,血浆或激光,每个影响造成影响的一系列援助在分子结构测定的碎片生成离子。这些方法是大致可归纳为"硬"和"软"电离。

硬电离技术导致广泛的碎片,从而导致更多的低质量的碎片。

软电离技术导致高的分子质量范围较少,或几乎没有,破碎。

如果碎片太大,有价值的结构信息可能会丢失。如果它是太少,不会有效地电离小分子。因此,电离方法的选择取决于被测物的兴趣和破碎化所需的程度。

离子然后加速电场中,当他们进入大规模分析仪,在那里他们将被分开。

最基本的质量分析器是一个磁性的部门,组成的弧形磁铁产生匀强磁场。吸引力的磁铁,再加上离心力的加速离子导致他们去旅行到一个圆形路径通过曲线。

半径的离子循环路径取决于加速电压、 外加的磁场和大众收费比率。

然后可以选择的电压和磁场仅允许某些质量电荷比物种通过曲线路径。其他离子撞击的磁性通路两侧也丧失了。通过扫描磁场力量,所需的离子到达探测器在不同的时间,从而精确地识别每个物种。

另一种类型的质量分析器是四极滤质器。四极杆由两条平行的金属杆,与每个对的对立杆电连接组成。

直流电压应用于杆对,和潜能不断交替所以对不同与其他相的始终。

然后,通过四个杆中心系统引导离子束。离子在螺旋状路径中,由于恒定的引力和斥力棒的旅行。取决于离子的质量电荷比,离子会或旅行四极的完整路径和到达探测器,将撞杆。

既然介绍了质谱计的基本知识,让我们看看它的使用在实验室里。

在本实验中使用的质谱仪是电感耦合的等离子体或 icp 备,电解,四极滤清器。该仪器将用于检测和量化中样品的金属成分。

开始实验,充满所有聚丙烯管 5 毫升的 0.1 M 盐酸来删除任何污染痕量铁。在 1 h 在 50 ℃ 水浴中放置管

经过孵化,洗用去离子水、 5 毫升管和干管在烤箱或化学罩。

在清洁管,添加 1.8 毫升浓硝酸和 200 μ L 的样品含有同位素的兴趣。

使用浓的硫酸时,请遵循安全预防措施。

一夜之间在水浴中放置管。温度可以增加缩短消化时间,如有必要。

样品已经被消化后,让管冷却至室温。

接下来,添加 8 毫升的去离子水,稀释样品,并争取硝酸浓度低于 20%。最后稀释是样品的 1/50。Icp 备的理想浓度是在零件每亿美元范围内。离心管颗粒任何剩余的宏观残留。

ICP 是一种方法使用的硬电离耦合氩等离子体在大约 10,000 ° C,是可导电的样品分子电离。

开始通过检查 icp 备火炬设置,以确保它是干净的文书。

然后,检查取样器、 扒渣机的视锥细胞,以确保他们也是清洁。这些锥启用只产生的 icp 备火炬和行为作为屏障质谱计的高真空离子束的内在部分的采样。

检查氩气压强并开始冷水机组。开始的血浆和液体流入系统。等待系统充分预热 20 分钟。

接下来,吸出一个标准测试解决方案,其中包含各种已知元素标准。应选择测试解决方案涵盖预期大规模范围的分析物解。

当建立解决方案流时,初始化和测试仪制造商的指导方针。

若要运行该文书,首先选择的元素和同位素的兴趣。然后将扫描模式设置为峰跳来跳去。

选择五个重复,每测量。设置每个复制包含 40 测量扫描,每个扫描与停留的时间为 50 女士总积分时间是 2,000 ms 每复制。

准备选择的元素通过测量预先准备好的标准溶液的校准曲线。

最后,运行该示例,在这种情况下,氧化铁磁性纳米颗粒。确定使用铁校准曲线的铁浓度。

在广泛使用各种电离和质谱分析技术的应用程序用质谱。

在此示例中,一种软电离质谱,称为的基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱的或 MALDI-TOF,用于分析高分子量的蛋白质。与 MALDI,分子被稳定与一个矩阵,来降低分馏,当大的分子被电离。

蛋白质溶液和矩阵被既在干净的 MALDI 盘子,发现和干果。MALDI 板被插入到文书,和样品分析。

采用电子电离质谱法,一种硬电离技术测定挥发和氧化敏感化合物的分析。

第一,使管,其次是利用液态氮冷却试样加载完全疏散设计了可锁定管系统。

样品管连接到入口端口,和样品装入仪器。质谱的样品在这种情况下 tris(trifluoromethyl) 磷酸盐,然后分析了。

分子束质谱联用与同步辐射被用于探测气体相分子和团簇的电子结构。

分子束,结合同步辐射,提供一种选择性电离方法探讨在气相中的分子。

此示例加载进入喷嘴,喷嘴重新加载到该文书和光子束获准进入会议厅。

质谱是收集,然后以确定分子的电子结构与光电离效率数据相比。

你刚看了质谱的朱庇特的简介。现在,您应该了解基本仪器仪表的质谱分析,以及如何运行基本的基于大众质谱分析。

谢谢观赏 !

Results

电感耦合等离子体质谱分析的样品中含有铁氧化物纳米微粒如下所示。标准曲线进行使用已知的浓度的56Fe (图 1)。正在接近于 1,相关系数 (R2 = 0.999989) 表明样品浓度和强度测定探测器之间良好的线性关系。样品的利益表明校准范围 (图 2) 内的值。通过软件计算浓度然后根据稀释在议定书 》 进行调整。本议定书所述的 1/50 后在酸稀释稀释 (1/10) 和在 Mili Q 水 (1/5)。例如,51.427 微克/升浓度进行测定样本数 51 (图 2)。原样品浓度 50 x 高对应 2.57 毫克/升。

Figure 1
图 1。定标曲线为 56Fe 测量。四个标准点 (0.01、 0.1、 1,和 10 微克/毫升) 显示 0.999989 相关系数 (R2)。这证实了检测到的信号强度与浓度的参考之间良好的线性关系。

Figure 2
图 2。三氧化二铁纳米颗粒样品后电感耦合等离子体质谱测量的结果代表。每个稀释样品的浓度自动计算根据定义的校准曲线。

Applications and Summary

环境和地质领域代表为电感耦合等离子体质谱例如来衡量污染物在水中、 在土壤中,或在大气中的第一次使用。可以使用电感耦合等离子体质谱监测污染物如铁、 铜或铝自来水中的浓度偏高时的存在。

医疗和法医科学领域也使用电感耦合等离子体质谱检测。有嫌疑的金属如砷中毒,可以用电感耦合等离子体质谱分析样品,如血液和尿液。这种技术还可以提供有价值的信息,在涉及代谢问题或消化问题导致了某些元素的可怜排泄的病理的情况下。

电感耦合等离子体质谱的任何材料中允许金属进行量化的处理。在图 3中,Fe 的浓度变化是测量纳米颗粒和与其磁共振成像 (MRI) 属性相关的。电感耦合等离子体质谱提供可靠的量化的铁不同纳米粒子鉴别的纳米粒子是最有效的成像中的应用。

另一个应用程序是研究纳米颗粒与金属相关联的体内分布。图 4展示了纳米粒在小鼠静脉注射后中铁氧化物的体内器官定位研究。在 24 小时,每个器官是收集和消化在浓硝酸,直到实现充分的器官消化。56Fe 浓度进行定量化 icp 备女士结果显示浓度越高56铁在肝脏和脾脏的小鼠注射纳米粒子比在天真的动物身上的器官。因此,认为纳米粒子积累主要入肝、 脾的器官。

Figure 3
图 3。磁共振成像 (MRI) 测定其铁浓度的纳米粒子功能。五铁浓度使用 (0.25、 0.5、 0.75、 1 和 1.25 m m),成像的磁共振成像特性 (弛豫速率、 R2*)。

Figure 4
图 4。三氧化二铁纳米粒在小鼠静脉注射后的体内分布。天真样品在未经处理的小鼠表现出基底器官水平的铁。含铁量的某些器官增加相关的纳米颗粒积累的氧化铁纳米粒子注射后。

1.清洗的聚碳酸酯管

  1. 聚碳酸酯管抗酸性溶液用于样品消解。为了消除任何污染痕量铁,用 0.1 M HCl 5 毫升填充所有管。
  2. 地方管中,水浴 1 h 在 50 ° c。
  3. 洗用毫 Q 水 5 毫升管和干管在烤箱或化学罩。

2.样品制备和消化

  1. 地方 200 µ L 的样品在 1.8 毫升浓硝酸 (65%)。
  2. 在一夜之间在 50 ℃ 水浴中放置管通过提高温度,如果需要减少整体的消化时间调整议定书 》。
  3. 让在室温冷却管。
  4. 样品稀释加入 8 毫升毫 Q 水获得最终的硝酸浓度贝娄 20%(v/v)。
  5. 离心管 3,000 x g 10 分钟使颗粒任何剩余的宏观残留。

3.拟订文书

  1. 清洁 15 分钟擦球果,5%的硝酸中 5%的硝酸用超声波 icp 备火炬。更改的蠕动。检查泵油位。
  2. 打开的氩和冷水机组,启动等离子。启动等离子的液体流入并等待仪器稳定,约 20 分钟。
  3. 优化镜头电压。通过测量测试解决方案中,含毫克,每日运行绩效考核和你确认电感耦合等离子体质谱仪器的灵敏度。测量 Ce 和八氧化形式和双电荷的离子应保持 3%以下。检查在 8 和 220 大背景信号的测量质量。
  4. 该仪器是现在准备好使用。

4.选择用户的方法及示例列表

  1. 请选择元素和同位素的兴趣。
  2. 选择扫描模式作为峰跳来跳去。
  3. 与 40 扫 (最低 15) 每次阅读资料选择 100 ms (最低 50) 停留时间。选择一个阅读每复制和 5 复制 (最低 3)。总积分时间是样本的 4,000 女士量是样本的有限的如果减少停留时间,扫描和复制保持高于上面定义的最小值的值的数目。
  4. 使用氨 (NH3) 流动率在 0.7 毫升/分钟以避免40Ar16O 56铁含量测定的干扰。
  5. 准备选择的元素的校准曲线。
  6. 运行示例。

质谱法是结构的一种可以识别和量化未知化合物内的样本和它们测定的分析技术。

质谱法、 气体相离子是从原子或分子的样品中产生。基于其质量电荷比,m/z 的象征,然后被分离离子。

这种分离使测定的样品,其质量、 结构等有关的定量和定性信息。

本视频将介绍的基本概念和仪器仪表的质谱,和证明其使用在元素量化。

质谱仪由电离源、 质量分析器和检测器组成。在电离源,化合物被电离,通常为一个单一的正电荷。

可以使用各种各样的技术,例如与电子束,血浆或激光,每个影响造成影响的一系列援助在分子结构测定的碎片生成离子。这些方法是大致可归纳为"硬"和"软"电离。

硬电离技术导致广泛的碎片,从而导致更多的低质量的碎片。

软电离技术导致高的分子质量范围较少,或几乎没有,破碎。

如果碎片太大,有价值的结构信息可能会丢失。如果它是太少,不会有效地电离小分子。因此,电离方法的选择取决于被测物的兴趣和破碎化所需的程度。

离子然后加速电场中,当他们进入大规模分析仪,在那里他们将被分开。

最基本的质量分析器是一个磁性的部门,组成的弧形磁铁产生匀强磁场。吸引力的磁铁,再加上离心力的加速离子导致他们去旅行到一个圆形路径通过曲线。

半径的离子循环路径取决于加速电压、 外加的磁场和大众收费比率。

然后可以选择的电压和磁场仅允许某些质量电荷比物种通过曲线路径。其他离子撞击的磁性通路两侧也丧失了。通过扫描磁场力量,所需的离子到达探测器在不同的时间,从而精确地识别每个物种。

另一种类型的质量分析器是四极滤质器。四极杆由两条平行的金属杆,与每个对的对立杆电连接组成。

直流电压应用于杆对,和潜能不断交替所以对不同与其他相的始终。

然后,通过四个杆中心系统引导离子束。离子在螺旋状路径中,由于恒定的引力和斥力棒的旅行。取决于离子的质量电荷比,离子会或旅行四极的完整路径和到达探测器,将撞杆。

既然介绍了质谱计的基本知识,让我们看看它的使用在实验室里。

在本实验中使用的质谱仪是电感耦合的等离子体或 icp 备,电解,四极滤清器。该仪器将用于检测和量化中样品的金属成分。

开始实验,充满所有聚丙烯管 5 毫升的 0.1 M 盐酸来删除任何污染痕量铁。在 1 h 在 50 ℃ 水浴中放置管

经过孵化,洗用去离子水、 5 毫升管和干管在烤箱或化学罩。

在清洁管,添加 1.8 毫升浓硝酸和 200 μ L 的样品含有同位素的兴趣。

使用浓的硫酸时,请遵循安全预防措施。

一夜之间在水浴中放置管。温度可以增加缩短消化时间,如有必要。

样品已经被消化后,让管冷却至室温。

接下来,添加 8 毫升的去离子水,稀释样品,并争取硝酸浓度低于 20%。最后稀释是样品的 1/50。Icp 备的理想浓度是在零件每亿美元范围内。离心管颗粒任何剩余的宏观残留。

ICP 是一种方法使用的硬电离耦合氩等离子体在大约 10,000 ° C,是可导电的样品分子电离。

开始通过检查 icp 备火炬设置,以确保它是干净的文书。

然后,检查取样器、 扒渣机的视锥细胞,以确保他们也是清洁。这些锥启用只产生的 icp 备火炬和行为作为屏障质谱计的高真空离子束的内在部分的采样。

检查氩气压强并开始冷水机组。开始的血浆和液体流入系统。等待系统充分预热 20 分钟。

接下来,吸出一个标准测试解决方案,其中包含各种已知元素标准。应选择测试解决方案涵盖预期大规模范围的分析物解。

当建立解决方案流时,初始化和测试仪制造商的指导方针。

若要运行该文书,首先选择的元素和同位素的兴趣。然后将扫描模式设置为峰跳来跳去。

选择五个重复,每测量。设置每个复制包含 40 测量扫描,每个扫描与停留的时间为 50 女士总积分时间是 2,000 ms 每复制。

准备选择的元素通过测量预先准备好的标准溶液的校准曲线。

最后,运行该示例,在这种情况下,氧化铁磁性纳米颗粒。确定使用铁校准曲线的铁浓度。

在广泛使用各种电离和质谱分析技术的应用程序用质谱。

在此示例中,一种软电离质谱,称为的基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱的或 MALDI-TOF,用于分析高分子量的蛋白质。与 MALDI,分子被稳定与一个矩阵,来降低分馏,当大的分子被电离。

蛋白质溶液和矩阵被既在干净的 MALDI 盘子,发现和干果。MALDI 板被插入到文书,和样品分析。

采用电子电离质谱法,一种硬电离技术测定挥发和氧化敏感化合物的分析。

第一,使管,其次是利用液态氮冷却试样加载完全疏散设计了可锁定管系统。

样品管连接到入口端口,和样品装入仪器。质谱的样品在这种情况下 tris(trifluoromethyl) 磷酸盐,然后分析了。

分子束质谱联用与同步辐射被用于探测气体相分子和团簇的电子结构。

分子束,结合同步辐射,提供一种选择性电离方法探讨在气相中的分子。

此示例加载进入喷嘴,喷嘴重新加载到该文书和光子束获准进入会议厅。

质谱是收集,然后以确定分子的电子结构与光电离效率数据相比。

你刚看了质谱的朱庇特的简介。现在,您应该了解基本仪器仪表的质谱分析,以及如何运行基本的基于大众质谱分析。

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