质谱专业参数解析

质谱专业参数解析前言1502002503000150300450600750900215.6215.8216.0216.2216.40150300450600响应强度m/z216.053[M+H]+响应强度m/z216[M+H]+质谱仪样品定性结果定量结果目录•质荷比•响应强度•信噪比基本概念•分辨率•质量精度•质量范围定性参数•灵敏度•检测限•动态范围定量参数目录•质荷比•响应强度•信噪比基本概念•分辨率•质量精度•质量范围定性参数•灵敏度•检测限•动态范围定量参数10020030040002004006008001000Intensity(count)m/zm/z271m/z198质荷比•定义质荷比（masstochargeratio，符号m/z），是描述一个离子或者峰的质量与电荷比值的符号。（m为标准的质子质量单位，单位为u(amu为不规范表达)或Da；z为粒子所带电荷数，数值为离子所带电量与单位电荷量之间的比值）。在国际单位制下，其单位为kg/C，实际中常用单位为Th(即Thomson)。m/q或m/e都是不规范的表达方式。•质量单位Da为Dalton，质量单位，等于一个碳原子（12C）的十二分之一，国际协议赋予12C确切的质量数为12Da，约为1.66×10-24g；1g≈6×1023Daamu:atomicmassunit，原子质量单位u1u=1Da=1.660538921(73)×10-27kg1Th=1Da/z=1amu/z=1.036426×10-8kg/C质荷比•常见原子及同位素丰度比原子符号质量（amu）天然丰度（%）氢1H1.007899.99碳12C12.000098.8913C13.00331.11氮14N14.003199.6415N15.00010.36氧16O15.994999.7618O17.99920.2硫32S31.972195.0033S32.97150.7634S33.96794.22质荷比•几个概念名义质量数采用元素相对质量数的整数部分表示的质量数。如H=1，C=12，N=14，O=16。单同位素质量数或准确质量数用丰度最大的同位素准确质量数计算。如12C=12,1H=1.0078，16O=15.9948平均质量数或化学质量数MW所有天然同位素按照丰度加权平均计算出的质量数。如H=1.0079，C=12.0010，O=15.9994质荷比药品说明：CAS号：50-55-5分子式：C33H40N2O9分子量：608.67900使用单一同位素质量：H：40×1.0078=40.3132C：33×12.0000=396.0000N：2×14.0031=28.0061O：9×15.9949=143.9542质量数608.2735质荷比•质量数计算使用原子量：H：40×1.0079=40.3160C：33×12.0110=396.363N：2×14.0067=28.013O：9×15.9994=143.995MW608.687•质量数与质荷比关系利血平[M+H]+的离子短杆菌肽S[M+2H]2+的离子质荷比600602604606608610612614040080012001600信号强度m/z609.2814610.298611.300566568570572574576030060090012001500572.366571.863信号强度m/z571.349572.869利血平分子：608.2735Da利血平[M+H]+离子：609.2814Th=(608.2735+1.0078)/1短杆菌肽S分子：1140.7063Da短杆菌肽S[M+2H]2+离子：571.3610Th=(1140.7073+2×1.0078)/2响应强度•定义质谱响应（response）的大小表示为强度(intensity)或丰度(abundance)。它们都是用于判断质谱信号的强弱程度的。不同仪器的绝对强度是由仪器自身确定的，但是对于同一实验体系，信号的强度主要由分析物的浓度决定，其单位通常为counts，代表离子计数。对于确定的检测系统，质谱响应也可表示为mV、V等单位。另外，强度还可表示为相对丰度。将每一张质谱图都质谱归一化，这样有利于分析一个分析体系中物质之间相对的量的差别。相对强度通常以百分数表示。响应强度•几个概念总离子流图（Totalioncurrent，TIC）：在选定的质量范围内，所有离子强度的总和相对分析时间或者扫描次数所作出的图。色谱质谱联用时，TIC即为色谱图。离子色谱图（ionchromatograph，IC）：指定的某一质荷比离子的强度相对分析时间或者扫描次数所作出的图。IC图对我们判断仪器的稳定性和了解离子的变化特征很有帮助。05001000150002000400060008000100001200014000m/z179m/z331m/z229counts保留时间（s）Counts保留时间（s）050010001500050001000015000TIC响应强度•几个概念总离子流图（Totalioncurrent，TIC）：在选定的质量范围内，所有离子强度的总和相对分析时间或者扫描次数所作出的图。色谱质谱联用时，TIC即为色谱图。离子色谱图（ionchromatograph，IC）：指定的某一质荷比离子的强度相对分析时间或者扫描次数所作出的图。IC图对我们判断仪器的稳定性和了解离子的变化特征很有帮助。0123456701x1062x1063x1064x1065x1066x1067x106Intensity(counts)Time(min)TICMIC=153±1（原料）MIC=177±1（未知产物）MIC=251±1（目标产物）TIC&MIC10015020025030001x1052x1053x1054x1055x1056x1057x105原料[M+ACN]+194.0153.0Intensity(counts)m/z(Da)MASS-Rt=0.67min原料[M+H]+10015020025030001x1052x1053x1054x1055x1056x105目标产物[M+H]+MASS-Rt=1.93min223.0205.0191.0150.0177.0251.1Intensity(counts)m/z(Da)20170406-lsn062-m1112331001502002503000.05.0x1041.0x1051.5x1052.0x1052.5x1053.0x1053.5x1054.0x105未知产物[M+H]+MASS-Rt=0.80min205.0Intensity(counts)m/z(Da)177.012信噪比•定义信噪比（signaltonoiseratio,S/N或SNR）质谱谱峰（信号响应强度）S与噪音水平N的比值。如果某离子的信号响应强度值为X，噪音水平为Y，则信噪比为：S/NXY信噪比•信噪比的测量Npp：峰峰噪音值，选取一段基线噪音的最大值，光谱法常用NRMS:均方根噪音值，选取一段极限噪音的均方根值610.6610.8611.0611.2611.4611.6611.8612.0612.2020406080100强度m/zabc610.6610.8611.0611.2611.4611.6611.8612.0612.2020406080100强度m/z270280290300020406080100强度m/z274.269301.149目录•质荷比•响应强度•信噪比基本概念•分辨率•质量精度•质量范围定性参数•灵敏度•检测限•动态范围定量参数•定义分辨率分辨率（resolution，准确地应该叫分辨本领resolvingpower）用于定义质谱仪分辨两个不同离子质荷比的能力。通常用R来表示。质谱的分辨能力被定义为R=M/ΔM，为一个无量纲的数字。其中M是单电荷离子的质荷比，ΔM是M和紧挨着的有最高质荷比值离子值的差值。IUPAC将质谱分辨率resolution也表示为m/Δm的取值,其中m为所研究离子的质量，Δm峰宽或相邻的两个峰之间的间隔。而将质谱的分辨本领Resolvingpowerinmassspectrometry定义为仪器区分两个m/z十分相近的峰的能力，表示为质量单位下的峰宽Δm。实际使用中也经常将分辨率和分辨本领混淆，一般场合下，提到的分辨率就是分辨本领。分辨率•数学定义21MRMMMRΔM……(1)M1和M2代表两个相邻峰的质量数……(2)M代表某一峰的质量，ΔM代表某种条件下定义的峰宽M1M210%valley5%Max.ΔM50%Max.M1M2ΔMΔM50%ΔM5%•半峰分辨分辨率不同类型的质谱仪，其分辨率定义也不尽相同。以飞行时间质谱为代表的多种质谱仪，其分辨率如前所述，表示为R=M/ΔM，其中ΔM为单一质谱峰的半峰宽（FullWidthatHalfMaximum）。是一个无量纲的数值。特别地，对于飞行时间质谱，谱图在横坐标为飞行时间时，其分辨率可表示为R=M/ΔM=T/2ΔT。608.0608.5609.0609.5610.0610.5611.0611.5612.00500100015002000响应强度m/z609.285M=609.285M=0.419R=M/M=1454157500576000500100015002000响应强度飞行时间(ns)57509.6T=57509.6T=1.98R=T/T=14522理论上来说，飞行时间质谱在全质量范围的分辨率是不变的，也就是说，峰的宽度会随质量数的增加而增大。•单位分辨分辨率四极杆质谱和离子阱质谱均属于低分辨仪器，一般能分开质荷比相差1的两个带电离子，即通常所谓单位分辨，其单位为Th。表达方式：通常取峰的半高宽来定义分辨率。R0.6ThR0.3Th峰宽在全质量范围不变，不随质量数的增加而增大，因此，如果以R=M/ΔM计算分辨率，在高质量范围的分辨率高于低质量范围的分辨率。•分辨本领重要性分辨率低分辨率质谱仪：R10000高分辨率质谱仪：R≧10000（FT-ICRMS：R可达1106）仪器的分辨率越高，可分辨的物质种类越多。结合高质量精度，可以确定物质的分子式。CO:28N2:28C2H4:28CO:27.9949N2:28.0062C2H4:28.0313低分辨高分辨R=700R=1200R=7000质量精度•定义质量精度（massaccuracy）某种离子的测量质荷比与实际（理论）质荷比的偏离程度。常用ppm来表示。通常用已知的单一同位素峰来衡量。假设某已知离子的真实质荷比为M，实际测量质荷比为M’，则该仪器的质量精度可表示为：（单位为ppm）质量精度不是IUPAC认可的质谱专业术语，但是它是评价质谱定性能力的一个重要参数。有些场合，也直接将质荷比测量值的偏差当成质量精度，此时，单位为Th。6M'MA10M质量精度•辨析质量稳定度（massstability）是只仪器对离子测量的稳定度。常用质荷比多次测量的相对标准偏差表示，单位ppm。假设某离子质荷比多次测量只的平均值为M，标准偏差SD，则该仪器的质量稳定度可表示为：（单位为ppm）由于质量稳定度的单位和质量精度一致，因此某些开发者或应用者经常将两者混淆。质量精度和质量稳定度是离子质荷比测量的两个不同的属性，前者反应了测量值与理论值的偏离程度；后者反应了测量值的离散程度。因此，不能将两者混为一谈。6SDS10M123.36123.38123.40123.42123.440306090120150强度m/z质量精度•测试与计算实际测量中，选取质荷比在质量范围内一种物质进行测量，从质谱图中选取一个已知质荷比的峰测定其重心，得到峰对应的测量质荷比M’。以利血平C33H40N2O9为例，测量[M+H]+峰质荷比为609.2809，而理论质荷比为609.2814，因此，质量精度为：特别要注意，在选取离子峰时，要选择单一同位素峰，而不要选择由多种元素同位素