【正文】 質(zhì)譜 Mass Spectrometry 發(fā)展歷史 1990 年代初英國學(xué)者 . 湯姆森制成第一臺質(zhì)譜儀 第一臺商品質(zhì)譜儀 : 1942 年 早期應(yīng)用：原子質(zhì)量、同位素相對豐度以及研究電子碰撞過程等物理領(lǐng)域。 1950 年代：高分辨率質(zhì)譜儀出現(xiàn)，有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析； 1960 年代末：色譜 質(zhì)譜聯(lián)用儀出現(xiàn)，有機(jī)混合物分離分析；促進(jìn)天然有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)分析的發(fā)展； 計(jì)算機(jī)的應(yīng)用又使質(zhì)譜分析法發(fā)生了飛躍變化，使其技術(shù)更加成熟，使用更加方便。 1950 年代至 1970 年代：有機(jī)質(zhì)譜迅速發(fā)展為測定有機(jī)化合物分子量和結(jié)構(gòu)的強(qiáng)有力的工具。主要研究分子量小于 1000Da 的有機(jī)分子。 1981 年：出現(xiàn)了快原子轟擊質(zhì)譜，有機(jī)質(zhì)譜開始分析研究極性大、熱不穩(wěn)定的多肽和小蛋白質(zhì)等 1988 年：出現(xiàn)了電噴霧電離質(zhì)譜、基質(zhì)輔助激光解析電離飛行時(shí)間質(zhì)譜，傅立葉變換質(zhì)譜法開創(chuàng)了有機(jī)質(zhì)譜分析研究生物大分子的新領(lǐng)域。進(jìn)入了生命科學(xué)的范疇。 近年來質(zhì)譜與各種色譜的聯(lián)用技術(shù)發(fā)展迅速。如 HPLCESIMS,毛細(xì)管電泳 CEESIMS等，并發(fā)展了微量電噴霧電離接口技術(shù)。 質(zhì)譜分類 目前質(zhì)譜在藥檢領(lǐng)域的應(yīng)用迅速增加，原因是許多保健品、中藥制劑、食品等非法添加化學(xué)成分，需要做出鑒定，雖是中國國情使然，卻也為儀器供應(yīng)鏈創(chuàng)造了商機(jī)。 一、有機(jī)質(zhì)譜的基本原理： 質(zhì)譜儀原理的示意圖： 進(jìn)樣系統(tǒng) 離子源 (電離和加速，形成各種離子 ) 質(zhì)量分析器 (把不同質(zhì)荷比的離子分開 ) 檢測器 (檢測各種質(zhì)荷比的離子 ) 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。 主要過程： 在極高的真空度下 (105～ 108Torr ), 高能電子束 (1070 eV) 在離子源內(nèi)激發(fā)樣品的氣態(tài)分子，離子源內(nèi)分子由電子束作用失掉一個(gè)電子形成分子離子 [M]+。 由電子束獲得的能量還能使分子離子進(jìn)一步裂解，生成較小質(zhì)量的碎片離子和一些中性碎片。 離開離子源的所有離子都被靜電壓 V 加速，然后進(jìn)入與運(yùn)動(dòng)方向相垂直 ,強(qiáng)度為 H 的磁場。將離子按質(zhì)荷比 (m/e) 分開并按質(zhì)荷比大小排列成譜圖形式。 離子飛行方向依 m/e 的大小而偏轉(zhuǎn) (曲率半徑為 r)，其關(guān)系為： 質(zhì)譜方程式 設(shè)計(jì)質(zhì)譜儀器的主要依據(jù) 其中 k 是比例常數(shù)。也就是具有相同 m/e 的離子偏轉(zhuǎn)程度相同。 r 2 = km/e VH 2二、質(zhì)譜儀的具體組成 共六個(gè)單元 一般最常用的探頭有電子轟擊源直接進(jìn)樣桿 ,快原子轟擊源直接進(jìn)樣桿等。 b. 儲罐進(jìn)樣系統(tǒng) 包括儲氣室、加熱器、真空連接系統(tǒng)及一個(gè)通過分子漏孔將樣品導(dǎo)入離子源的接口。 氣體和液體樣品在不需要進(jìn)一步分離時(shí)用此方式進(jìn)樣，儲氣罐可加熱至 200℃ 。此進(jìn)樣方式一般用于石油工業(yè)、環(huán)保等領(lǐng)域。 c. 注射泵進(jìn)樣系統(tǒng) 用于 ESI(電噴霧電離源 ) 和 APCI(大氣壓化學(xué)電離源）的直接進(jìn)樣。 d. 色譜進(jìn)樣系統(tǒng) 用于 GCMS,HPLCMS,CEMS (離子源 ) 被分析物質(zhì)在這里被電離，形成各種離子。不同性質(zhì)的樣品需用不同的電離方式。為使生成的離子到達(dá)質(zhì)量分析器，在離子源的出口施加一個(gè)高電壓即加速電壓，對離子進(jìn)行加速。不同的分析器有不同的加速電壓。 離子源的種類很多，主要有電子轟擊電離源（ EI） ,化學(xué)電離源（ CI） ,場致電離源（ FI） ,場解吸電離源（ FD） ,快原子轟擊源（ FAB） ,激光解吸電離源（ LD） ,熱噴霧電離源（ TS） ,電噴霧電離源（ ESI） ,大氣壓化學(xué)電離源（ APCI） ,基質(zhì)輔助激光解析電離源（ MALDI）等。 功能：把不同質(zhì)荷比的離子分開排列成譜，是質(zhì)譜儀的核心。不同類型的質(zhì)量分析器有不同的原理、特點(diǎn)、適用范圍、功能。用于有機(jī)質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器有磁式雙聚焦分析器，四極桿分析器，離子阱分析器，飛行時(shí)間分析器，回旋共振分析器等。 檢測各種質(zhì)荷比的離子。檢測器的種類有電子倍增器、光電倍增器、平板式微通道板檢測器等。 現(xiàn)用得較多的是光電倍增器，永久性地密封于其自身的玻璃真空外殼中，這樣可以保護(hù)光電倍增器在很寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，無論是檢測正離子還是負(fù)離子，都能保持高靈敏度、恒定的增益和線性 ,并且使用壽命長達(dá) 10 年。 平板式微通道板檢測器則用于飛行時(shí)間質(zhì)譜儀 (TOF)。因?yàn)? TOF 作為質(zhì)量分析器是脈沖式檢測方式，離子按質(zhì)量大小以不同的飛行時(shí)間依次到達(dá)檢測器。這種平板式微通道板檢測器具有極高的靈敏度。 、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng) 在計(jì)算機(jī)未問世前，用反射式電流計(jì)，即被檢測的每個(gè) m/e 值的離子電流作用于電流計(jì)上，電流計(jì)的發(fā)射鏡就把光束反射到光敏紙上，從而實(shí)行記錄。 計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的功能是對質(zhì)譜儀進(jìn)行控制，包括對質(zhì)譜數(shù)據(jù)的采集、處理和打印?，F(xiàn)有電子轟擊源 (EI) 的質(zhì)譜儀的均有 NIST 標(biāo)準(zhǔn)譜庫，譜庫中有十幾萬張標(biāo)準(zhǔn)譜圖及用于環(huán)保、農(nóng)藥、興奮劑 , 代謝產(chǎn)物等專用譜庫。可進(jìn)行譜庫檢索。高分辨質(zhì)譜儀其數(shù)據(jù)系統(tǒng)的軟件則更豐富，還能給出分子離子和其他碎片離子的元素組成及理論計(jì)算值、偏差值 (百萬分之一 ), 飽和度等其他有關(guān)信息。 為了保證離子源中燈絲的正常工作，保證離子在離子源和分析器正常運(yùn)行，消減不必要的離子碰撞，散射效應(yīng)，復(fù)合反應(yīng)和離子 分子反應(yīng)，減小本底與記憶效應(yīng) , 質(zhì)譜儀的離子源和分析器一般真空度都要求在 105108 Torr 才能工作。 真空系統(tǒng)由機(jī)械真空泵和擴(kuò)散泵或渦輪分子泵組成。通常用機(jī)械泵預(yù)抽真空，然后用擴(kuò)散泵或渦輪分子泵連續(xù)地抽氣。 三、質(zhì)譜儀的主要指標(biāo) 三個(gè)主要指標(biāo) 質(zhì)量范圍、分辨率、靈敏度 1．質(zhì)量范圍 (mass range) 指質(zhì)譜儀所檢測離子的質(zhì)荷比范圍。對單電荷離子而言，就是指離子的質(zhì)量范圍。在檢測多電荷時(shí)，所檢測的離子根據(jù)其帶多少個(gè)電荷而擴(kuò)展其的質(zhì)量范圍。 2．分辨率(resolution) 分辨率又稱之為分辨本領(lǐng)。這是質(zhì)譜儀的一個(gè)重要性能。一般規(guī)定：當(dāng)兩個(gè)峰之間峰谷的高度超過兩峰平均高度的 10%時(shí)，則兩峰沒有被分開。 兩峰部分重疊 磁式質(zhì)譜儀的分辨率 R的公式： 公式 1 M：為可分辨的兩個(gè)峰的平均質(zhì)量 △ M：為質(zhì)譜儀可分辨的兩個(gè)峰的質(zhì)量差。 由此可見分辨率是質(zhì)譜儀分開相鄰兩離子質(zhì)量的能力。 實(shí)際測量中將此公式寫成： R10% =