GC-MS 概 論 The world leader in serving science Single Quadruple and Ion Trap 單 段 四 極 柱 與 離 子 阱
氣 相 層 析 儀 之 基 本 系 統 架 構 2
氣 相 層 析 儀 質 譜 儀 之 基 本 系 統 架 構 真 空 系 統 Vacuum System GC Ionization Method Mass Analyzer Detector Data System 外 界 大 氣 Atmosphere 3
質 譜 是 什 麼 Mass Spectrometry 特 殊 的 天 平 : 秤 量 離 子 的 質 量 質 譜 學 : 是 一 門 研 究 氣 相 離 子 結 構 性 質 及 反 應 行 為 的 科 學 4
何 謂 質 譜 儀 What is Mass Spectrometry The basis of MS (mass spectrometry) is the production of ions that are subsequently separated or filtered according to their mass-to-charge (m/z) ratio and detected. The resulting mass spectrum is a plot of the (relative) abundance of the produced ions as a function of the m/z ratio. 質 譜 儀 之 原 理 乃 是 將 樣 品 所 產 生 的 離 子, 依 據 其 質 荷 比 ( 質 量 電 荷 之 比 值 ) 進 行 分 離 或 是 篩 選, 最 後 執 行 偵 測 之 儀 器 將 這 些 離 子 依 據 質 荷 比 的 分 佈 狀 況, 與 各 種 離 子 的 ( 相 對 ) 強 度, 便 可 以 得 到 欲 分 析 樣 品 物 質 在 離 子 化 之 後 的 質 譜 圖 5
質 譜 能 做 什 麼 定 性 : 化 合 物 的 結 構 定 量 : 混 合 物 的 組 成 含 量 領 域 : 化 學 生 物 學 醫 學 藥 學 環 境 物 理 材 料 能 源 等 100 % 254.2 507.3 194.2 334.3 399.7 0 100 200 300 400 500 600 m/z 6
質 譜 能 做 什 麼 4S 特 性 : Sensitivity ( 感 度 好 ) Speed ( 快 速 ) Specificity ( 專 一 性 佳 ) Stoichiometry ( 化 學 計 量 ) 7
常 用 概 念 分 析 流 程 HEWLET 5972A TPACKAR D Mass Selective Detecto r 1.0 DEG/MI N HEWLETT PACKARD Sample Gas Chromatograph Mass Spectrometer (MS) B D A C B A C D A B C D Sample Separation Identification 8
GC-MS v.s GC GC-MS 方 法 的 定 性 參 數 增 加, 定 性 可 靠 GC-MS 檢 測 感 度 高 於 氣 相 層 析 儀 的 其 他 檢 測 器 GC-MS 可 採 用 選 擇 離 子 模 式 分 離 氣 相 層 析 儀 上 所 不 能 分 離 的 化 合 物, 藉 降 低 雜 訊 以 提 高 信 噪 比 (S/N) 一 般 經 驗 來 說 質 譜 儀 定 量 不 如 氣 相 層 析 儀 但 是 採 用 同 位 素 稀 釋 法 和 搭 配 使 用 內 標 準 品 等 技 術,GC- MS 依 舊 可 以 達 到 較 高 精 度 的 定 量 分 析 9
Ionization Methods The world leader in serving science 離 子 化 的 方 式 Electron Impact 電 子 撞 擊 法
Ionization Methods 離 子 化 的 方 式 化 學 游 離 CI (NICI; PICI) 電 子 衝 擊 EI Soft Ionization Hard 碎 片 少 No Fragments 碎 片 多 Fragments Soft ionization gives low fragmentation Molecular weight determination Produces theoretical spectra High sensitivity (low pg levels) 11
EI Spectra from TRACE DSQ HCB spectra from 2 pg up to 60 ng Scan EI+ 284 100 2 pg HCB 282 % 288 142 249 71 107 177 214 253 0 Scan EI+ 284 100 200 pg HCB 282 288 % 107 142 249 71 179 214 253 0 Scan EI+ 284 100 60 ng HCB 282 % 288 142 71 107 214 249 177 253 0 m/z 50 100 150 200 250 300 350 12
CIP Spectra Comparison of EI with PCI using methane and ammonia Scan EI+ 105 100 77 % 51 182 76 78 106 152 181 183 0 benzophenone, EI Scan CI+ 100 183 benzophenone % 105 184 211 223 methane CI+ 0 Scan CI+ 200 100 benzophenone ammonia CI+ % 183 201 217 0 m/z 50 100 150 200 250 300 350 13
電 子 游 離 法 Electron Ionization GCMS 最 常 見 的 游 離 方 式 可 用 於 定 量 與 定 性 分 析 工 作 可 得 到 樣 品 分 子 的 質 譜 圖 樣 品 離 子 碎 片 之 指 紋 圖 譜 搭 配 滯 留 時 間 的 比 對 可 作 為 陽 性 結 果 的 鑑 定 工 作 之 用 用 單 一 離 子 來 做 定 量 計 算, 用 單 一 或 多 種 離 子 來 做 定 性 鑑 別 工 作 Most common method of ionization for GC-MS Used as both a qualitative and quanitative tool Produces mass spectra of molecules Fragmentation fingerprints Combine with retention time for positive identification Use single ion for quantitation with one or more ions for verification 14
Ionization Methods The world leader in serving science 離 子 化 的 方 式 Chemical Ionization 化 學 游 離 法
Ionization Methods The world leader in serving science 離 子 化 的 方 式 Positive Ion Chemical Ionization 正 離 子 化 學 游 離 法
正 離 子 化 學 游 離 法 試 劑 氣 體 與 電 子 反 應, 形 成 高 活 性 的 物 質 Reagent gas reacts with electrons to form reactive species 產 生 軟 性 的 游 離 模 式, 可 藉 此 得 到 主 要 為 分 子 離 子 的 相 關 訊 息 Result is softer ionization which results in primary formation of molecular ions. 主 要 應 用 在 於 鑑 定 欲 分 析 物 的 分 子 量 Main use is molecular weight confirmation 17
正 離 子 化 學 游 離 法 之 結 論 PICI Summary 可 以 得 到 分 子 量 的 訊 息 Molecular weight information 對 許 多 物 質 可 增 加 分 析 工 作 上 的 選 擇 性 Increased selectivity for many compounds 以 不 同 的 試 劑 氣 體 可 調 整 分 析 工 作 的 選 擇 性 Selectivity affected by reagent gas 高 壓 力 的 試 劑 氣 體 可 得 到 完 全 的 CI 圖 譜, 可 得 到 加 成 反 應 的 離 子 訊 號 用 以 判 定 分 子 量 High pressure CI produces true CI spectra (including adduct ions for confirmation) 18
Ionization Methods The world leader in serving science 離 子 化 的 方 式 Negative Ion Chemical Ionization 負 離 子 化 學 游 離 法
負 離 子 化 學 游 離 法 NICI 試 劑 氣 體 與 電 子 反 應, 形 成 所 謂 電 漿 或 是 類 似 熱 電 子 之 類 的 物 質 Reagent gas reacts with electrons to form plasma of thermal electrons 適 用 於 具 備 高 電 子 親 和 力, 易 於 捕 捉 電 子 的 欲 分 析 物 質 ( 即 所 謂 高 電 負 度 的 欲 分 析 樣 品 物 質 ) Ionization is favored by molecules which have a high electron affinity electron capture 適 用 於 高 複 雜 基 質 環 境 下 的 選 擇 性 分 析 工 作, 例 如 食 品 或 是 廢 棄 物 樣 品 中 的 殺 蟲 劑 分 析 Useful for selective analysis in heavy matricies, ie.e pesticide in food or waste matrix. 20
負 離 子 化 學 游 離 法 之 結 論 NICI Summary 可 以 得 到 分 子 量 的 訊 息 Molecular weight information 具 有 高 靈 敏 度 與 高 選 擇 性, 適 用 在 複 雜 基 質 狀 況 下 的 樣 品 分 析 工 作 Highly sensitive and selective - ideal for analytes in complex matrices 21
Detector( 偵 測 器 ) Electron Multiplier (Most common) Faraday Cup Photomultiplier Conversion Dynode Array Detector Charge (or Inductive) Detector 22
The world leader in serving science 資 料 採 集 模 式
質 譜 偵 測 MS Detection Answers the two most frequently asked questions in Analytical chemistry- 定 性 IDENTITY - What is in this sample? 定 量 QUANTITY - How much of it is in this sample? 24
質 譜 儀 是 如 何 運 作 How does an MS detector do this? MS detectors constantly acquire 質 譜 Mass Spectra 1-5 spectra are acquired per second i.e. mass range 50-550 amu, scan rate 5 scan/sec, ~ 2500 amu/s A chromatographic run is defined by thousands of mass spectra 25
層 析 圖 譜 Chromatograms? 100 TIC If we zoom into this region... % 50 1.25 1.50 1.75 2.00 2.25 2.50 2.75 3.00 3.25 Time 26
將 層 析 圖 放 大 觀 察 Chromatograms close-up 100 TIC % At this scale the trace is made from many data points 78 2.12 2.14 2.16 2.18 2.20 2.22 2.24 2.26 2.28 Time 27
質 譜 圖 Mass Spectrum produced by scanning the MS between 50 and 300 amu whilst compound elutes into the system 100 240 % 241 0 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 28
什 麼 是 質 譜 圖 What is a Mass Spectrum? A mass spectrum is a 化 學 指 紋 圖 chemical fingerprint It contains: 分 子 量 訊 息 Molecular weight information 結 構 訊 息 Structural information 29
在 每 一 層 析 圖 位 置 都 包 含 特 定 質 譜 圖 Each position on the chromatogram has a unique mass spectrum 30
Trace produced by summing all observed masses in each scan 總 離 子 層 析 圖 Total Ion Chromatogram or TIC 31
Data View - Chromatogram We can also just show the data for a specific mass This lets us see only the information from a single compound 32
質 譜 層 析 圖 Mass chromatogram 100 240.27 1.41e5 % Mass 240 0 100 TIC 4.67e5 % 0 TIC 1.40 1.60 1.80 2.00 2.20 2.40 2.60 2.80 3.00 Time 33
Data View - Extracted ion trace Removes the effect of background Increases signal to noise Separates co-eluting peaks 34
Data View - Extracted ion trace 2 closely eluting peaks as seen on the TIC. But each peak represents a different compound with a different mass spectral fingerprint. 100 TIC 1.57e5 % 0 11.00 12.00 Time 35
Data View - Extracted ion trace 100 254.2 % 507.3 100 TIC 1.57e5 194.2 334.3 399.7 0 100 200 300 400 500 600 m/z 100 194.2 % % 0 226.2 402.2 460.2 580.4 100 200 300 400 500 600 m/z 0 11.00 12.00 Time 36
Separating co-eluting peaks 100 % 254.23 5.81e4 0 100 % 194.20 6.14e4 0 100 % 0 10.50 11.00 11.50 12.00 12.50 TIC 1.57e5 Time 37
Extracted ion traces Extracted ion traces give better S/N removing background Separating co-eluting peaks Extracted ion traces can also be used for: PEAK TRACKING ACCURATE QUANTITATION 38
Peak Tracking TIC of explosives mixture 100 0.52 TIC 2.21e6 Which one is HMX? 3.82 5.65 5.59 5.72 % 3.25 4.95 5.81 1.67 2.00 4.25 0 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 Time 39
Peak Tracking Mass spectrum of HMX 100 84 % 89 113 237 72 59 69 106 131 205 0 m/z 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 158 40
Peak Tracking 100 2.00 % Mass Chromatogram m/z 237 0 100 0.52 3.82 5.65 % 3.25 4.95 1.67 2.00 4.25 5.81 TIC 0 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00 Time 41
Data View - Options Total Ion Chromatogram The best way to view the whole chromatogram and all peaks visible Extracted Ion Traces The best way to see data from just one compound 42
層 析 圖 與 質 譜 圖 m/z MS Spectrum SIC (Selected Ion Chromatogram) Retention time TIC (Total Ion Chromatogram) 43
資 料 採 集 模 式 SCAN mode( 掃 描 模 式 ) 當 電 壓 掃 描 時, 離 子 依 次 進 入 偵 測 器 V m/z SCAN V 650 V 50 0.5sec 0.5sec Time 質 譜 圖 44
資 料 採 集 模 式 SIM(Selected Ion Monitoring) mode; 選 擇 離 子 模 式 只 有 特 定 質 量 數 的 離 子 被 檢 測 根 據 目 標 化 合 物 選 擇 合 適 的 偵 測 離 子 相 當 重 要 感 度 取 决 於 所 選 擇 的 檢 測 離 子 V m/z SIM % 100 97 V 97 V 85 50 85 0.2sec 0.2sec 0.2sec Time 80.0 85.0 90.0 95.0 100.0 質 譜 圖 45
Scan & SIM Mode 72 152 SIM 選 擇 離 子 m/z 54 滯 留 時 間 Retention time TIC : Scan Mode 46
Summary so far... MS detectors acquire mass spectra which can be used for:- Molecular weight determination A TIC chromatogram An extracted ion chromatogram Improves s/n Removes matrix Separates co-eluting peaks 47
分 析 方 法 儀 器 參 數 GC 參 數 : 層 析 管 柱 載 流 氣 體 流 量 oven 溫 度 等 MS 參 數 : 溫 度 偵 測 器 電 壓 掃 描 範 圍 等 資 料 處 理 參 數 積 分 參 數 : 波 峰 寬 度 基 線 等 定 性 參 數 : 資 料 庫 搜 尋 條 件 等 定 量 參 數 : 計 算 方 法 校 正 級 別 等 48
分 析 方 法 : 層 析 儀 參 數 49
分 析 方 法 : 質 譜 儀 參 數 50
定 量 參 數 校 正 級 別 ( 檢 量 線 計 算 方 法 ) 單 點 校 正 (liner) 多 點 校 正 ( 兩 點 和 兩 點 以 上 ) 線 性 迴 歸 點 到 點 連 線 ( 折 線 ) 二 次 曲 線 三 次 曲 線 51
單 點 校 正 對 每 一 個 成 分 只 做 一 個 濃 度 的 標 準 樣 品 標 準 樣 品 濃 度 儘 可 能 接 近 實 際 樣 品 中 成 分 的 濃 度 單 點 校 正 曲 線 通 過 原 點 52
多 點 校 正 對 每 一 成 分 至 少 作 兩 個 不 同 濃 度 的 校 正 點 標 準 品 濃 度 範 圍 應 包 含 實 際 樣 品 中 各 成 分 的 濃 度 多 點 校 正 有 幾 種 方 式 1. 波 鋒 面 積 ( 高 度 ) 隨 濃 度 變 化 不 呈 線 性 變 化 時, 使 用 多 線 性 校 正 ( 折 線 校 正 ) 或 二 次 曲 線 三 次 曲 線 2. 波 峰 面 積 ( 高 度 ) 隨 濃 度 變 化 呈 線 性 變 化 時, 使 用 最 小 二 乘 法, 進 行 線 性 回 歸 校 正 53
多 點 校 正 : 計 算 方 法 面 積 百 分 比 法 校 正 面 積 百 分 比 法 外 標 法 內 標 法 54
計 算 方 法 : 外 標 法 此 法 是 應 用 最 廣 泛 的 方 法 之 一, 其 誤 差 來 源 主 要 是 進 樣 誤 差, 因 此, 分 析 前 一 定 要 做 面 積 重 複 性 ( 即 進 樣 重 複 性 ) 實 驗 內 標 法 在 樣 品 中 添 加 內 標, 通 過 成 分 與 內 標 波 峰 的 面 積 比, 對 成 分 進 行 定 量 此 方 法 減 小 了 進 樣 誤 差 對 定 量 結 果 的 影 響 55
內 標 準 品 的 選 擇 內 標 準 品 波 峰 與 樣 品 中 所 有 成 分 的 波 峰 完 全 分 離 內 標 準 品 波 峰 與 目 標 成 分 波 峰 滯 留 時 間 不 應 差 太 遠 內 標 準 品 具 有 與 分 析 目 標 成 分 類 似 的 化 學 性 質 56
GC-MS 概 論 The world leader in serving science The World of Mass Analyzers 質 量 分 析 儀 之 種 類
常 見 的 質 量 分 析 裝 置 四 極 柱 (Quadrupole) 由 兩 組 相 對 的 圓 柱, 此 質 量 分 析 儀 是 藉 由 結 合 RF 與 DC 模 組 來 選 擇 離 子, 此 種 分 析 儀 可 提 供 單 個 amu 的 離 子 解 析 度 離 子 阱 (Ion Trap) 操 作 原 理 與 四 極 柱 相 同, 然 而 離 子 可 以 貯 存 於 其 中 以 進 行 後 續 的 分 析 需 求, 以 改 變 阱 內 電 場 的 方 式 選 擇 所 要 捕 捉 的 離 子, 以 改 變 阱 內 RF 的 操 作 模 式, 將 所 捕 捉 的 離 子 由 低 質 荷 比 至 高 質 荷 比 陸 續 給 釋 放 出 來 扇 型 磁 場 式 (Magnetic Sector) 結 合 磁 場 與 電 場 來 選 擇 離 子, 離 子 先 通 過 電 場 進 行 聚 焦, 之 後 再 經 過 磁 場 解 析 開 來 飛 行 時 間 (Time of Flight;TOF) 經 由 離 子 源 來 形 成 離 子 物 質 / 碎 片, 然 後 直 接 進 入 飛 行 腔 中, 在 已 知 的 飛 行 距 離 中, 透 過 各 離 子 不 同 的 飛 行 時 間 來 達 成 分 離 的 效 果 58
四 極 柱 質 譜 儀 示 意 圖 Quadrupole Ion Source Body 燈 絲 Lens 1 & 2 光 電 倍 增 管 S N A 真 空 系 統 質 子 Phosphor 電 子 + + PUMP 抽 氣 端 S N -ve Ion Dynode +ve Ion Dynode Repeller Trap Prefilters 四 極 柱 GC 管 柱 之 出 口 Source Magnet 質 量 過 濾 模 組 59
GC-MS 概 論 The world leader in serving science Single Quadrupole Mass Analyzers 單 段 四 極 柱 式 質 量 分 析 儀
四 極 柱 質 量 分 析 器 示 意 圖 離 子 源 四 極 柱 質 量 分 析 器 偵 測 器 61
四 極 柱 之 位 向 Quadrupole Arrangement +/-(U+V o cosωt) 離 子 束 Ion beam -/+(U+V o cosωt) 62
四 極 柱 質 譜 儀 : 採 空 間 分 離 模 式 + + + Ions scanned by varying the DC/RF voltage across the quadrupoles 藉 著 改 變 四 極 柱 之 DC/RF 電 壓 來 執 行 離 子 掃 瞄 63
特 定 電 場 下 只 有 特 定 質 量 的 離 子 可 通 過 100 10 500 64
Quadrupole Illustration of Mass Separation 65
掃 描 模 式 (Scan Mode) Full Scan: 全 質 量 範 圍 掃 描 - 定 性 分 析 Library Search SIM (Selected Ion Monitoring): 選 擇 離 子 監 測 分 析 - 定 量 分 析 Sequential Full Scan: 質 量 區 間 掃 描 - 定 性 兼 定 量 分 析 SIM events: 依 據 掃 描 次 數 改 變 SIM 的 離 子 66
單 段 四 極 柱 全 掃 瞄 質 譜 模 式 Full Scan MS 離 子 源 內 產 生 正 負 離 子 與 中 性 離 子 Q0: 摒 除 中 性 離 子, 讓 正 負 離 子 通 過 後 進 入 Q1 之 質 量 分 析 裝 置 Q1 為 質 量 分 析 裝 置, 進 行 連 續 性 的 掃 瞄, 使 所 有 M/Z 比 之 離 子 依 序 到 達 偵 測 器 離 子 源 Q0 Q1 DETECTOR 67
Full Scan R T : 7 9. 9 7-8 9. 2 6 1 0 0 9 5 9 0 8 5 8 0 7 5 7 0 6 5 TIC 8 3. 6 3 8 4. 6 4 N L : 2. 7 1 E 7 T IC F : M S 9 3 0 7 0 7 0 4 _ 0 4 0 7 0 8 1 4 4 3 3 1 Relative Abundance 6 0 5 5 5 0 4 5 8 4. 4 9 4 0 3 5 3 0 2 5 8 3. 4 7 8 5. 2 9 8 5. 6 2 8 6. 3 2 8 5. 9 5 8 6. 7 1 8 7. 1 4 8 7. 3 7 8 7. 8 0 8 8. 1 1 8 8. 5 3 8 8. 8 9 2 0 1 5 8 4. 1 0 8 4. 2 6 1 0 5 8 0. 8 1 8 1. 2 4 8 1. 6 1 8 2. 0 6 8 2. 1 9 8 3. 1 6 8 3. 4 0 0 8 0 8 1 8 2 8 3 8 4 One Click 8 5 T i m e ( m i n ) 8 6 8 7 8 8 8 9 0 4 1 #. 6. 9 9 3 0 7 0 7 _ 0 4 0 7 0 8 1 4 4 3 3 1 2 9 9 2 R T : 8 4 5 A V : 1 N L : 5 4 E 6 T : + c F u ll m s [ 5 0. 0 0-4 0 0. 0 0 ] 1 7 2. 1 1 0 0 9 5 Spectrum Library 9 0 8 5 8 0 7 5 7 0 9 8. 1 6 5 Relative Abundance 6 0 Search 5 5 5 0 4 5 4 0 3 5 3 0 2 5 2 0 1 5 1 0 5 0 7 2. 1 5 6. 0 1 7 3. 2 1 2 8. 0 1 4 4. 1 8 1. 1 9 9. 1 7 0. 0 9. 1 1 7 4. 1 1 1 6. 1 1 4 2. 1 2 0 2. 1 2 2 5. 1 1 5 5. 1 8 4. 1 2 8 1. 0 2 9 8. 9 6 3 5 5. 0 2 4 6. 1 2 6 9. 1 3 2 7. 2 3 6 3. 0 3 8 6. 1 0 6 0 0 0 6 0 8 0 1 0 0 1 2 0 1 4 0 1 6 0 1 8 0 2 0 0 2 2 0 2 4 2 2 8 0 3 0 0 3 2 3 4 0 3 6 0 3 8 4 0 0 m / z 68
利 用 EIC 分 離 Co-eluting 成 分 100 254.2 507.3 100 TIC 1.57e5 % 194.2 334.3 399.7 0 100 200 300 400 500 600 m/z % 100 194.2 % 0 226.2 402.2 580.4 460.2 100 200 300 400 500 600 m/z 0 11.00 12.00 Time 69
成 功 分 離 co-eluting peaks 100 % Mass 254 254.23 5.81e4 0 100 % Mass 194 194.20 6.14e4 0 100 % TIC TIC 1.57e5 0 10.50 11.00 11.50 12.00 12.50 Time 70
提 升 靈 敏 度 Improving Sensitivity Single Ion Monitoring 單 一 離 子 掃 瞄 模 式 與 Multiple Ion Monitoring 多 重 離 子 掃 瞄 模 式 71
SIM 與 MIM 單 一 離 子 掃 瞄 模 式 :SIM 在 層 析 的 特 定 滯 留 時 間 範 圍 內, 將 四 極 柱 設 定 在 只 允 許 單 一 離 子 通 過 Set quadrupole to pass a single characteristic ion during a retention time window in the chromatogram 可 增 加 靈 敏 度 達 10~100 倍 Increases sensitivity 10-100X 喪 失 圖 譜 的 完 整 明 確 性 Lose spectral specificity 72
SIM 與 MIM 多 重 離 子 掃 瞄 模 式 :MIM 監 看 2~5 個 特 性 離 子 Monitor 2 to 5 characteristic ions in addition to SIM quanitiation ion 以 各 離 子 間 的 比 例 關 係, 用 以 當 作 鑑 別 之 用 Set acceptable qualifier ion ratios to confirm detection 採 用 越 多 的 特 性 離 子 做 定 性 鑑 定 時, 其 可 信 度 與 正 確 性 均 會 較 高, 但 是 會 損 失 分 析 的 靈 敏 度 More qualifier ions boost confidence but reduce sensitivity gains 73
四 極 柱 質 譜 儀 優 點 空 間 質 譜 儀 堅 固 耐 用 價 格 低 廉 操 作 簡 單 侷 限 缺 乏 MS/MS 資 訊 缺 乏 精 確 質 量 數 資 訊 掃 描 速 率 比 飛 行 時 間 分 析 器 慢 SIM 模 式 的 感 度 高 74
離 子 阱 質 量 分 析 器 示 意 圖 Ions of all m/z stored until time to detect External Ionization Ion Trap Mass Analyzer Step 1 - Store Ions Step 2 - Ion Ejection 75
7 基 本 步 驟 Basic Steps 離 子 注 入 Ion Injection 離 子 捕 捉 Ion Trapping 質 量 選 擇 釋 放 Mass-selective Ejection 76
掃 瞄 功 能 Scan functions 全 離 子 掃 瞄 Full Scan 選 擇 離 子 掃 瞄 SIM (Selected Ion Monitoring) 多 重 質 譜 功 能, 將 預 先 以 選 定 之 母 離 子, 再 碎 裂 成 所 謂 的 子 離 子 MSn Isolate a parent ion and fragment to form daughter ions. 77
全 離 子 掃 瞄 模 式 Full Scan MS 1. Inject 2. Detect 78
選 擇 離 子 模 式 Single-Ion Monitoring (SIM) 1. Inject 3. Detect 2. Isolate 79
7 隔 離 單 一 離 子 Isolation of Ions 離 子 在 不 同 的 qz 值 環 境 下, 會 以 不 同 的 頻 率 (wo) 進 行 振 盪 Ions at different qz values oscillate at different frequencies (wo) 欲 隔 離 化 之 離 子 0.0 ω o q z Ω 2 2 0.908 q z 80
Analytical Benefits of MS/MS 增 加 靈 敏 度 Increased selectivity Concentration of analyte too low Chemical interferences too high (complex matrix) 結 構 判 定 Structural characterization Provides information about chemical structure of unknown compounds 操 作 簡 易 Ease of use Routine GC/MS/MS is as practical as GC/MS 81
何 謂 靈 敏 度 What is Sensitivity? Sensitivity is a function of the Signal to Noise Signal/Noise = Sensitivity To improve Sensitivity Increase Signal or Reduce Noise 82
How we improve Sensitivity 靈 敏 度 :S/N = Sensitivity Quadrupoles use SIM to increase S Ion trap uses MS/MS to reduce N 83
去 除 分 析 物 干 擾 來 提 升 選 擇 性 84
MS/MS 於 離 子 阱 內 之 分 析 模 式 1. Inject 3. Fragment 2. Isolate 4. Detect 85
MS/MS 樣 品 分 析 範 例 EI 之 一 次 離 子 質 譜 圖 EI 之 MS/MS 質 譜 圖 母 離 子 隔 離 階 段 Isolation Event 啟 動 碰 撞 能 量 Collisional Activation Event 86
MS/MS 於 分 析 上 的 優 勢 Analytical Benefits 增 強 選 擇 性 (Increased selectivity) 適 用 於 當 欲 分 析 物 相 對 於 其 背 景 之 化 學 干 擾, 樣 品 之 濃 度 顯 得 偏 低 的 狀 況 Advantageous when concentration of analyte is low compared to chemical interferences (complex matrix) 提 供 結 構 鑑 定 的 資 訊 (Structural characterization) 對 於 未 知 物 種 的 分 析 工 作, 提 供 其 化 學 結 構 上 的 訊 息 (Provides information about chemical structure of unknown compounds) 操 作 簡 易 (Ease of use) 使 用 方 式 與 一 般 例 行 性 之 分 析 方 法 無 異 (Routine GC/MS/MS is as practical as GC/MS) 87
MS/MS 於 分 析 上 的 限 制 靈 敏 度 低 於 MS 模 式 (Less sensitive than MS) 較 適 用 於 已 知 目 標 分 析 物 的 鑑 別 工 作 上 (Can only analyze for target analytes) 88
GC/MS Ion Trap 優 點 時 間 質 譜 儀 多 重 質 譜 (MS n ) Scan 模 式 感 度 佳 可 自 動 產 生 MS/MS 結 果 質 譜 斷 裂 碎 片 途 徑, 可 以 清 楚 釐 清 侷 限 缺 乏 精 確 質 量 數 資 訊 無 法 進 行 真 正 的 SIM 模 式 : 感 度 會 比 四 極 柱 差 MS/MS 的 低 質 譜 區 的 斷 裂 碎 片 較 少 89
Should I sell Single Quadrupole of Ion Traps? ISQ ITQ 1100 GC/MS n 90
Table of Contrasts Ion Traps Single Quadrupoles Mass Separation in time High sensitivity Full Scan Selectivity of MS/MS Mass Separation in space Lower sensitivity Full Scan High sensitivity SIM Library Search 91
Outcomes of Contrasts Ion Traps Mass Separation in Time High sensitivity Full Scan by Trapping over Time Lower sensitivity SIM Multiple stages of MS For Confirmation/ And Structure Elucidation Single Quadrupoles Mass Separation in Space Allows for Fast GC Lower sensitivity Full Scan High sensitivity SIM By scanning a single ion over time No multiple stages of MS 92
Thank you for your attention 93