研究级激光微探针飞行时间质谱仪及其应用

本文介绍了自行研制的激光微探针飞行时间质谱仪，阐述了该仪器的基本原理、结构特点、研究功能及其所达到的参量。该仪器是一台具有高分辩率、高灵敏度、研究功能强并兼具常规分析所需的简便、快捷的现代大型分析仪器。文章还介绍了该仪器的应用实例，如可作几万道尔顿以上的大分子物质分析，大分子蛋白质混合物的分析，有机化合物特别是难挥发和热不稳定有机物的分析，少至几十埃薄膜，如Ｃ６０等薄膜材料成分分析，负离子分析，以     

真空紫外灯单光子电离源飞行时间质谱仪的研制

研制了真空紫外灯单光子电离源飞行时间质谱仪(Vacuum ultraviolet single photon ionization time-offlight mass spectrometer,VUV-SPI-TOFMS),包括真空系统、毛细管进样系统、真空紫外灯电离源、垂直加速反射式飞行时间质量分析器和数据采集系统...     

激光光解NO2产物--氧原子O(3PJ″)的REMPI离子谱

由 Nd:YAG激光器三倍频 ,输出波长为λ =355 nm( 28 169 cm- 1)的激光光解 NO2分子产生的氧原子 ,通过共振增强多光子电离( REMPI resonance enhanced multiphoto ionization)及飞行时间( TOF time of flight)质谱技术 ,获得了自旋轨道精细能级分辨的氧原子 O(2p 3PJ″ =2,1,0)离子谱 .氧离子信号强度与 UV电离激光能量(λ≈ 226 nm)之间的关系能用三次方曲线很好拟合 ,它表明光解产物氧原子是通过( 2+ 1)多光子吸收过程而被电离的 .由离子信号得到的氧原子基态三个自旋轨道支能级布居比 f1=I(3P1)/I(3P2)与 f0=I(3P0)/I(3P2)分别为 0.54± 0.09和 0.20± 0.04,并且在不同的光解激光能量下其布居比保持不变 .这一比值与统计分布计算的值为 0.6和 0.2一致(即统计分布 3P2∶ 3P1∶ 3P0=1:0.6:0.2) .这是由于样品 (NO2)在较低的压力下( 1.33× 10- 4 Pa)和极短的光解电离时间范围内( 10- 8 s) ,产物 O( 3PJ″)支能级间几乎不可能发生碰撞能量转移 ,因此 ,氧原子三个自旋轨道角动量分裂能级布居 O( 3PJ″ =2,1,0)是统计分布的.     

激光光解NO_2产物——氧原子O(~3P_(J''''''''))的REMPI离子谱

由Nd:YAG激光器三倍频,输出波长为λ=355 nm(28 169 cm~(-1))的激光光解NO_2分子产生的氧原子,通过共振增强多光子电离(REMPI resonance enhanced multiphoto ionization)及飞行时间(TOF time of flight)质谱技术,获得了自旋-轨道精细能级分辨的氧原子O(2 p~3P_J~″=2,1,0)离子谱.氧离子信号强度与UV电离激光能量(λ≈226 nm)之间的关系能用三次方曲线很好拟合,它表明光解产物氧原子是通过(2+1)多光子吸收过程而被电离的.由离子信号得到的氧原子基态三个自旋-轨道支能级布居比f_1=I(~3P_1)/I(~3P_2)与fo=I(~3P_0)/I(~3P_2)分别为0.54±0.09和0.20±0.04,并且在不同的光解激光能量下其布居比保持不变.这一比值与统计分布计算的值为0.6和0.2一致(即统计分布~3P_2:~3P_1:~3P_0=1:0.6:0.2).这是由于样品(NO_2)在较低的压力下(1.33×10~(-4)Pa)和极短的光解-电离时间范围内(10~(-8)s),产物O(~3P_J~″)支能级间几乎不可能发生碰撞能量转移,因此,氧原子三个自旋-轨道角动量分裂能级布居O(~3P_J~″=2,1,0)是统计分布的.     

激光光解NO2产物——氧原子O(3PJ″)的REMPI离子谱

由Nd:YAG激光器三倍频, 输出波长为λ=355 nm（28 169 cm－1）的激光光解NO2分子产生的氧原子, 通过共振增强多光子电离（REMPI, resonance enhanced multiphoto ionization）及飞行时间（TOF, time of flight）质谱技术, 获得了自旋-轨道精细能级分辨的氧原子O(2p 3PJ″=2, 1, 0)离子谱.氧离子信号强度与UV电离激光能量（λ≈226 nm）之间的关系能用三次方曲线很好拟合, 它表明光解产物氧原子是通过（2＋1）多光子吸收过程而被电离的.由离子信号得到的氧原子基态三个自旋-轨道支能级布居比f1=I(3P1)/I(3P2)与f0=I(3P0)/I(3P2)分别为0.54±0.09和0.20±0.04, 并且在不同的光解激光能量下其布居比保持不变.这一比值与统计分布计算的值为0.6和0.2一致（即统计分布3P2∶3P1∶3P0=1:0.6:0.2）.这是由于样品(NO2)在较低的压力下（1.33×10－4 Pa）和极短的光解-电离时间范围内（10－8 s）, 产物O（3PJ″）支能级间几乎不可能发生碰撞能量转移, 因此, 氧原子三个自旋-轨道角动量分裂能级布居O（3PJ″=2, 1, 0）是统计分布的.     

乙烯基~2A″电子态的振转分析

通过193nm光解丁烯酮分子产生乙烯基自由基(·C2H3).经射流冷却后,以另一束可调谐激光光解·C2H3,生成的氢原子碎片经共振增强多光子电离(REMPI)过程,记录氢离子信号随光解波长变化,得到21180￣21320cm-1范围内乙烯基A!2A″(!′5,6,8=1)←X!2A′(!″=0)跃迁的振转光谱.结合量化计算和光谱拟合,对该段光谱进行了细致的振转分析,确定了各振动谱带位置,识别了其中主要的转动跃迁.由光谱拟合得到各振动能级的预解离寿命,讨论了其与振动模式及激发转动量子数的依赖关系,证实了理论预测的乙烯基A!2A″电子态的面内解离机制.     

乙烯基A2A″电子态的振转分析

通过193 nm光解丁烯酮分子产生乙烯基自由基(•C2H3). 经射流冷却后, 以另一束可调谐激光光解•C2H3, 生成的氢原子碎片经共振增强多光子电离(REMPI)过程, 记录氢离子信号随光解波长变化, 得到21180~21320 cm-1范围内乙烯基 A2A″(µ′5,6,8=1)←X2A′(µ″=0)跃迁的振转光谱. 结合量化计算和光谱拟合, 对该段光谱进行了细致的振转分析, 确定了各振动谱带位置, 识别了其中主要的转动跃迁. 由光谱拟合得到各振动能级的预解离寿命, 讨论了其与振动模式及激发转动量子数的依赖关系, 证实了理论预测的乙烯基A2A″电子态的面内解离机制.     

CF自由基双光子共振增强多光子电离研究：3pRy dberg态的转动分析

利用Ar/CF4、Ar/CF2Cl2或Ar/CF3COOH混合气体的直流脉冲放电产生CF自由基,观测了260～360nm范围内转动分辨的CF自由基双光子共振增强多光子电离谱。分析表明,该段光 谱对应于CF自由基3pπD2Πr(ν'=2～6,r=3/2,1/2)←←X2Πr(ν"=0,r=3/2,1/2)的共振激发。对观测的振动带进行了转动分析,并获得了3p里德堡态的转动常数和自旋-轨道分裂值。     

乙烯自由基~2A″(v′=0)←~2A′(v″=0)带的转动分析

通过193nm光解丁烯酮分子产生乙烯基自由基(·C2H3).经射流冷却后,用另一束激光光解·C2H3,生成的氢原子碎片经共振增强多光子电离(REMPI)过程,记录氢离子信号随光解波长变化,得到20020～20070cm-1范围内乙烯基激发的转动分辨光谱.该谱对应于A$2A″(v′=0)%X$2A′(v″=0)跃迁的转动结构.结合量子化学理论计算、光谱拟合以及前人的研究结果,对该段光谱进行了完整的转动识别,确定了40条转动谱线的位置.由光谱拟合还得到A$2A″(v′=0)能级的预解离寿命为3.3ps,且不依赖于转动量子数.     

乙烯自由基(A)2A″(v′=0)←(X)2A′(v"=0)带的转动分析

通过193 nm光解丁烯酮分子产生乙烯基自由基(·C2H3).经射流冷却后,用另一束激光光解·CaH3,生成的氢原子碎片经共振增强多光子电离(REMPI)过程,记录氢离子信号随光解波长变化,得到20020～20070 cm-1范围内乙烯基激发的转动分辨光谱.该谱对应于(A)2A″(v′=0)←(X)aA′(v″=0)跃迁的转动结构.结合量子化学理论计算、光谱拟合以及前人的研究结果,对该段光谱进行了完整的转动识别,确定了40条转动谱线的位置.由光谱拟合还得到(A)2A″(v′=0)能级的预解离寿命为3.3 ps,且不依赖于转动量子数.     

Laser Mass Spectrometry with Circularly Polarized Light: Circular Dichroism of Molecular Ions

In recent experiments of resonance‐enhanced laser ionization, large differences between circular dichroism measured for molecular and fragment ions were found by several research groups for different molecular systems. In the case of 3‐methylcyclopentanone (3‐MCP) we attributed this effect to a large circular dichroism of the molecular ion. In the work presented here, this effect in 3‐MCP is studied by ion spectroscopy, by varying the neutral intermediate excited state involved in resonance‐enhanced multiphoton ionization (REMPI) and by performing REMPI‐induced measurements of circular dichroism at different laser pulse energies. It turns out that the dynamics of structural changes in the ionic ground state strongly influences the observed ionic circular dichroism.     

Development and Characterization of A Linear Matrix-assisted Laser Desorption Ionization Mass Spectrometer

Matrix-assisted laser desorption ionization time-of-flight mass spectrometry (MALDI-TOF MS) is an important analytical technique for biological macromolecules, such as proteins, peptides and nucleic acid, especially in the field of microbial identification. On the basis of previous study, a linear MALDI-TOF MS was been designed and assembled for biological applications. The instrument comprised a vacuum system, a vacuum fast sample introduction system, an optical system, a time-of-flight mass analyzer, an ion source, a data acquisition system and an electronic control system. The ion source adopted two-stage source acceleration, delayed extraction and dynamic pulse focusing technique. The time-of-flight distance of field-free drift region was about 1 m. The optical system adopted a solid-state laser with adjustable frequency of 1–2000 Hz and spots of 20–100 μm. The angle of incidence laser was controlled at 5°. A series of experiments were carried out to further evaluate the instrument performances. It could not only analyze the samples more than 199 kDa, but also achieve isotope resolution at 1000–3000 Da and up to 900 (FWHM) at 5000–17000 Da. The minimum detectable concentration of gramicidin was 10 amol μL^?1, absolute sensitivity reached up to 2.56 amol. Independent detection of saliva samples from different targets showed that the instrument had higher producibility. We identified Escherichia coli and Shigella spp., which are two common bacteria but difficult to be differentiated by mass spectrometry, showing its potential identification for clinical microorganism. In summary, this instrument can play a role on clinical examination in the near future.     

双电离源(辉光放电/激光溅射电离)四极杆质谱仪的研制

本研究将辉光电离源与激光溅射电离源巧妙地结合在同一台仪器中,使固体样品在离子源腔体中既能辉光电离,也能激光电离;并且使用同一质量分析器,两种离子源的结果可以相互比对,进而得到更为准确的分析结果.此仪器主要由真空系统、离子源、离子传输系统、四极杆质量分析器及检测与数据采集系统等组成.实验中分别用两种离子源测试了标准样品SRM 1262b,并获得了半定量结果.结果表明,仪器具有定性能力强,分析速度快,检测灵敏度高等优点,对固体样品元素分析的检出限可达μg/g量级.实验表明,激光溅射电离质谱的性能优于辉光放电质谱.     

飞行时间质谱仪新技术的进展及应用

本文介绍了近几年来发展应用于飞行时间质谱(TOF-MS)仪中的软电离技术。质子转移电离实现了可挥发性有机物的高灵敏度分析;真空紫外灯电离源体积小、简单,利于便携式仪器;电喷雾解吸电离在线、无损和灵敏度高,在公共安全方面具有很大的发展潜力,而且还可以直接用于活的生物体表面分析;大气压下的在线直接分析电离技术利用载气分子的激发态使得被分析化合物电离得到分子离子。针对不同的电离方法简单评述了其性能及应用,同时介绍了飞行时间质谱在串联方面的新发展,以及TOF-MS在仪器微型化方面的进展及其应用,并对飞行时间质谱仪今后的发展作了展望。     

基质辅助激光解吸附电离飞行时间质谱分析化学合成酵母转录活化因子

基质辅助激光解吸附电离飞行时间质谱是近年来发展很快的一种新颖的质谱分析仪，尤其适用于生物大分子的分子量测定，本文介绍它在确证化学合成酵母转录活化因子Ａｃ（Ｑ＾２３６，Ｑ＾２４２），ＧＣＮ４（２２６－２５２）－ＧＧＣ－ＮＨ２的一级结构中的重要作用。     

Laser Ablation Synthesis of Gold Selenides by using a Mass Spectrometer as a Synthesizer: Laser Desorption Ionization Time‐of‐Flight Mass Spectrometry

Methods for the rapid construction of new chemical motifs have the potential to accelerate the development of nanoscience. The synthesis of new chemical entities by laser ablation has been systematically demonstrated by using mixtures of gold and selenium. The compounds generated are detected by time‐of‐flight mass spectrometry and, for selected compounds, the structure is investigated by using density functional theory optimization. In total, 67 new gold selenide clusters have been synthesized, demonstrating an unsuspected richness in gold chemistry. Chemical species generated in the gas phase might inspire new routes for the synthesis of novel compounds in the solid state.     

Laser Desorption Ionization Versus Electrospray Ionization Mass Spectrometry: Applications in the Analysis of Cluster Anions

Mass spectra of transition metal carbonyl cluster anions were recorded using laser desorption ionization time-of-flight (LDI-TOF) and electrospray ionization (ESI) techniques. The LDI spectra generally contain peaks corresponding the intact cluster together with extensive CO loss fragments ions whereas the ESI spectra exhibit peaks corresponding the intact cluster together with few (if any) CO loss fragment ions. The parameters of both techniques can be modified to vary the extent of fragmentation. In all cases no fragmentation of the metal core is observed. Overall, ESI is a more informative method for the analysis of these types of cluster anions.     

激光解吸电离质谱法分析富勒烯

论述了用激光解吸电离谱法分析富勒烯。因在电离过程中富勒分子不发生裂解，因此这种方法可直接用于富勒烯混合物的分析而勿需任何预分离。还给出了用本法分析较大、较稳定富勒烯分子的质谱图。     

基体辅助激光解吸—电离飞行时间质谱法分析衍生化的寡链糖

以２，５－二羟基苯甲酸（ＤＨＢ）＋间硝基苄醇（ＮＢＡ）混合基体辅助激光解吸电离飞行时间质谱法（ＭＡＬＤＩ）分析甲壳素降解并衍生化的寡链糖，获得了满意的结果。对比其它基体，如：芥子酸（ＳＡ）、α－氰基－４－羟基肉桂酸等（α＿ＣＨＣＡ），２，５＿ＤＨＢ＋ＮＢＡ混合基体解吸电离效果最好：信号强、信噪比高。甲壳素降解产物的质谱分析至今未见报道。