基于质谱技术分析方法简介
一、质谱分析法简介
通过改变外磁场或电场的强度，可以精密的控制 荷正电的质点的飞行轨迹，从而严格地控制通过狭 缝并到达捕集器的质点质量。
质点数则以信号强度的方式记录下来。
通过逐步改变外磁场或电场，可以改变进入捕集 器的质点的质量，并以谱图形式得到所有质点的质 量和它们在体系中所占据比重的信息。
★纯净化学物质分子的相对质量信息（m/z） 可以从谱图的最右方（即m/z值最大者）找到。
练习
4. 下列方法中不能对二甲醚和乙醇进行鉴别 的是( B ) A. 利用金属钠或者金属钾 B. 利用质谱法 C. 利用红外光谱法 D. 利用核磁共振氢谱
质谱法发展
1910年，英国剑桥卡文迪许实验室的汤姆逊研制出第一台现代意义上的质谱仪器。 这台质谱仪的诞生，标志着科学研究的一个新领域——质谱学的开创。
20世纪90年代，基质辅助激光解吸电离源、电喷雾电离源、大气压化学电离源， 开创了质谱技术研究生物大分子的新领域。
2002年，发明了用于生物大分子的电喷雾离子化和基质辅助激光解吸离子化质谱 分析法。
质谱学领域的诺贝尔（Nobel）奖
1922年：化学奖
英国实验化学家、物理学家阿斯顿，创制了质谱仪，并用 此仪器检查了50多种元素，由于他发现多种非放射性元素 的同位素而获得1922年诺贝尔化学奖。
质谱法
在电场和磁场作用下，将运动的离子（带正 电荷的原子、分子或分子碎片）按它们的质荷 比（质量与电荷比m/z）进行分离，并记录成图
后进行检测分析的方法。
质谱图
横坐标为质荷比（m/z），纵坐标为离子峰的相对强度
质谱法用途
定性方面：
测定相对分子质量、分子式、分子组成、结构鉴定
合成化学
药物
天然产物
质谱法基本原理★
质谱分析法
质谱分析法.上册
质谱分析法是分析物质组成的常用手段之一，是近几年来物质特征分析的重要方法。
它以质谱仪为基础，在室温条件下，通过将样品离子化和以亚原子单位的精确质量量测，结合分析算法和数据库，对样品中各种物质的组成、相对和绝对含量用到百万分之一比例以上的精确水平进行测定，可应用于科学研究、检测分析、生产控制等多种领域。
质谱分析法相比于其他分析技术，准确性特别高，结果显著。
最常用的有离子源/质谱仪（Q-TOF）和三极管电喷雾质谱（QQQ）。
QQQ仪器能够测量特定离子的相对特征，能快速和精确地检测样品中的不同元素，是一种高效的检测分析条件，可以准确地分析样品的化学组成，以及其中的活性调节剂、合成添加剂、催化剂以及其他污染物的含量。
Q-TOF 测量的目标物离子的精确特征，能揭示样品中不同物质的集合特征，分析出最快和最精准的离子组合，最终可以识别出样品中的标记物。
由于质谱分析表明了物质的组成结构，在分离和药物研发方面发挥了重要作用。
质谱分析法以其快速、准确、高灵敏度以及可重现性的特点受到越来越多的关注，它可用于临床医学检测、食品安全监测、微生物耐药性研究、材料分析、毒理学检测、药理学研究和抗生素分析等各个领域。
质谱分析法将精准分析添加到生物检测、环境检测和药物研发中，不仅大大提高了物质分析准确性，也为物质成分的定量检测和定性检测提供了依据。
基于质谱技术的组学数据分析的算法
数据清洗
去除低质量、噪声和异常值，提高数 据质量。
缺失值处理
采用插值、删除或估算等方法处理缺 失值。
标准化
将不同实验条件下的数据归一化，消 除实验误差。
质谱数据的特征提取
01
02
03
04
峰检测与识别
通过预设的阈值或算法检测质 谱图中的峰，并进行峰识别。
峰对齐与匹配
将不同样本或不同时间点的质 谱图进行对齐和匹配，以便比
层次聚类
通过构建树状图来展示数据点之间的 层次关系，根据相似度将数据点分为 不同的层级。
分类算法
决策树分类
通过构建决策树模型对数据进行 分类，根据特征的重要性进行特 征选择和剪枝。
朴素贝叶斯分类
基于特征条件独立假设，通过计 算每个特征在分类中的贡献度来 进行分类。
关联规则挖掘算法
Apriori算法
其他生物分子的质量。
质谱技术的基本原理是将样品离 子化，然后在电磁场中加速和聚 焦，根据离子的质荷比进行分离
和检测。
质谱技术广泛应用于生物医学、 药物研发、环境监测等领域。
组学数据分析的重要性
组学数据分析是指对大量生物分子进行测量和分析，以揭示生物过程中的 规律和机制。
基因组学、蛋白质组学、代谢组学等组学技术的发展，产生了大量的数据 ，需要高效、准确的分析方法进行数据处理和分析。
可视化技术包括折线图、柱状图、 散点图、饼图等多种形式，每种形 式都有其适用的数据类型和场景。
可视化技术的优势
可视化技术可以将复杂的数据转化 为易于理解的图形或图像，帮助研 究者更好地理解和分析数据。
可视化算法在组学数据分析中的应用
可视化算法在基因组学数据分析中的应用
基因组学数据通常包含大量的基因序列和变异信息，可视化算法可以将这些信息转化为易 于理解的图形或图像，帮助研究者更好地理解和分析数据。
hcp 质谱表征
HCP质谱表征一、HCP质谱表征概述HCP质谱表征（High-Confidence Peptide Sequencing）是一种基于质谱技术的蛋白质组学研究方法。
它通过对蛋白质进行酶切消化，生成一系列具有特定序列的肽段，然后利用质谱技术对这些肽段进行定性和定量分析，从而获取蛋白质的详细信息。
HCP质谱表征具有高灵敏度、高分辨率和高准确性等优点，被广泛应用于蛋白质组学、药物研发和生物医学研究等领域。
二、HCP质谱表征原理1.质谱分析原理质谱是一种基于离子质量和电荷比值的测量技术，通过测量离子在电场和磁场中的运动轨迹，可以确定离子的质量和电荷比值。
在质谱分析中，样品分子经过电离源产生离子，然后在电场和磁场中运动，通过检测器记录离子运动轨迹和能量损失，从而确定离子的质量和电荷比值。
2.HCP质谱表征原理HCP质谱表征的基本原理是将蛋白质酶切消化生成的肽段作为样品，通过质谱技术对其进行定性和定量分析。
在酶切消化过程中，蛋白质被切割成多个肽段，这些肽段具有特定的序列和长度。
然后，这些肽段被离子化并进入质谱仪进行分析。
在质谱仪中，肽段离子经过电场和磁场的作用，产生特定的运动轨迹和能量损失，从而被检测器记录。
通过对这些记录的数据进行分析和处理，可以确定肽段的序列和相对丰度，从而获取蛋白质的详细信息。
三、HCP质谱表征方法1.直接质谱法直接质谱法是一种直接对样品进行质谱分析的方法。
在直接质谱法中，样品不需要进行任何预处理或分离，直接进入质谱仪进行分析。
这种方法具有较高的灵敏度和分辨率，但需要较长的分析时间和较高的成本。
2.间接质谱法间接质谱法是一种先对样品进行分离或预处理，然后再进行质谱分析的方法。
在间接质谱法中，样品先经过分离或预处理步骤，如色谱分离、富集等，然后再进入质谱仪进行分析。
这种方法可以提高分析的特异性和灵敏度，但需要较长的预处理时间和较高的成本。
四、HCP质谱表征步骤1.样品制备在进行HCP质谱表征之前，需要对样品进行适当的制备。
质谱分析技术简介.
优点
很多化合物可以接受质子； 适用于多种离子源，如ESI, APCI, FAB, MALDI。 适用于酸性物质； 适用于多种离子源。 很多化合物形象K+、Na+和 NH4+的加合物； 适用于多种离子源。 常见于电子轰击源(EI)
缺点
某些化合物如糖类等的质 子结合物不够稳定或不易 接受质子 受化合物物种的限制 不适用于串联质谱；不产 生片段离子 产生过多的碎片离子；难 以确定最高质量的离子是 不是分子离子。 同上 只适用带电的化合物
加合离子与样品分子反应： CH5+ ＋M→MH+＋CH4 (M+1)+ C2H5+ ＋M→MH+＋C2H4 CH5+ ＋M→(M-H)-＋CH4 +H2 (M-1)C2H5+ ＋M→(M-H)-＋C2H6 复合反应： CH5+ ＋M→(M+CH5)+ (M+17)+ C2H5+ ＋M→(M+C2H5)+＋C2H4 (M+29)+
器表面 → 强电场 → 分子电离 →奔向阴极→引入磁场 EI
特 点：
特别适于非挥发性且分子量 高达10,0000的分子; 样品只产生分子离子峰和准 分子离子峰，谱图最为简单。
FI
FD
快原子轰击电离源（FAB） 过程：稀有气体（如氙或氩电离）通过电场加速获得高
动能→快原子→快原子撞击涂在金属板上的样品→样品分 子电离→二次离子→电场作用下，离子被加速后→通过狭 缝进入质量分析器。
ESI使蛋白质产生多个带多电荷离子
NanoESI
ESI: ~100 µL/min NanoESI: ~100nL/min
质谱法简介—质谱法基本原理(分析化学课件)
m/z 123 －CH3
－CO 108
80
m/z 80 离子是由分子离子经过两步裂解产生的，而不是一步形成的
质谱法基本原理
4.同位素离子
大多数元素都是由具有一定自然丰度的同位素组成。化合物 的质谱中就会有不同同位素形成的离子峰，由于同位素的存在， 可以看到比分子离子峰大一个质量单位的峰M+1；有时还可以 观察到M+2，M+3。通常把由同位素形成的离子峰叫同位素峰。
离子子还可能进一步裂解成更小的碎片离子，在裂解的同时也可能
发生重排。
质谱法基本原理
3.亚 稳 离 子（m*）
在离子源中形成的碎片离子没有进一步裂解，而是在 飞行进入检测器的过程中发生自行的裂解，这样所形成的低 质量的离子叫亚稳离子。 形成过程 m1 (母离子) m2 (子离子) 中性碎片
表观质量 m m22
37
(a+b)n=(3+1)2=9+6+1
即三种同位素离子强度之比为9:6:1。 这样，如果知道了同位素的元素个数，可以推测各同
位素离子峰强度之比。 同样，如果知道了各同位素离子强度之比，可以估计
出分子中是否含有S、Cl、Br原子以及含有的个数。
质谱法基本原理 四、质谱法的特点与主要用途
❖ 特点： ❖ 1．样品用量少。灵敏度高，精密度好。 ❖ 2．分析速度快。 ❖ 3．分析范围广，适合联机。 ❖ 4．能够同时给出样品的精确分子质量和结构信息
色谱-质谱联用分析法 气质联用（GC-MS）的应用领域：
气质联用已经成为有机化合物常规检测中的
必备工具。环保领域的有机污染物检测，特别是
低浓度的有机污染物；药物研究生产质控的进出
口环节；法庭科学中对燃烧爆炸现场调查，残留
无偏质谱蛋白质组学-概述说明以及解释
无偏质谱蛋白质组学-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述：无偏质谱蛋白质组学是一种基于质谱技术的蛋白质组学方法，其核心思想是通过无偏的蛋白质分析方法，全面地揭示生物体内蛋白质的组成、结构和功能。
随着质谱技术的不断发展和完善，无偏质谱蛋白质组学在生物医学研究领域得到越来越广泛的应用。
无偏质谱蛋白质组学的方法包括离子传输质谱、亲和质谱、双重标记定量质谱等多种技术手段，能够对样本中的蛋白质进行高效、灵敏和准确的分析。
相比传统的蛋白质组学方法，无偏质谱蛋白质组学具有更高的分辨率、更广的蛋白质检测范围和更快的分析速度，能够为生物体内蛋白质的研究提供更加全面和深入的信息。
通过无偏质谱蛋白质组学的应用，我们可以深入了解生物体内蛋白质的种类、表达水平、修饰状态等重要信息，为疾病的诊断、治疗和药物研发提供重要参考。
因此，无偏质谱蛋白质组学具有广阔的应用前景，将成为生物医学研究领域的重要工具和技术手段。
1.2文章结构"1.2 文章结构"本文将首先介绍无偏质谱蛋白质组学的概念，阐述其在生物学和医学领域中的重要性。
随后，将详细探讨无偏质谱蛋白质组学在生物医学研究中的应用，包括对疾病机制的解析、药物研发和临床诊断的改进等方面。
最后，将分析无偏质谱蛋白质组学相较于传统方法的优势和局限性，并探讨未来在该领域的发展方向和挑战。
通过本文的综合讨论，希望读者能对无偏质谱蛋白质组学有一个全面的了解，以及对其在生命科学研究中的潜在价值有所启发。
1.3 目的本文旨在探讨无偏质谱蛋白质组学在生物学研究中的重要性和应用。
通过对该技术的概念、应用和优势进行深入分析，可以帮助读者更好地理解无偏质谱蛋白质组学在蛋白质组学研究中的作用，为未来的研究和应用提供指导和参考。
同时，通过本文的撰写，还可以推动无偏质谱蛋白质组学技术的进一步发展和应用，为生命科学领域的发展做出贡献。
2.正文2.1 无偏质谱蛋白质组学的概念无偏质谱蛋白质组学是一种新兴的蛋白质组学技术，其核心理念在于尽可能地减少实验过程中的偏差和误差，以获取更加真实和可靠的蛋白质数据。
质谱分析技术
过程中的实时诊断。
(2) 实现阿克级检出限的新型HES 离子源
Agilent 宣布推出7010 系列三重四极杆型GC-MS 系统，可以达到阿克级
（Attogram）的仪器最低检出限。灵敏度的提升是由于该系统搭载有全新设计的
仪的离子源、质量分析器、涡轮分子泵等关键部件具有很高的技术含量，无论研
发还是生产都有难度。然而，即使完成了全部关键部件的研究，可随时使用这些
研究成果，那么接下来，如何对这些关键部件进行组装、如何设计集成、如何将
性能达到最佳状态、如何设计友好的软件、如何控制成本但最终质量还要让用户
满意，这些事情都不是能够轻易完成的。况且，目前我国质谱仪生产的关键部件
处理的离子数量多，从而提高效率。在高通量、高效率方面，各大质谱公司也使
出浑身解数，满足用户的需求。
说到高通量，最好的例子就是高通量的色谱搭配超快速质谱了。全二维色
谱相比传统气相色谱，峰容量有数百倍的提升，通量巨大，但对于检测器的要
求非常高，需要连接快速质谱进行分析。美国ZOEX 公司持有全二维气相
示。在复杂基质背景下进行痕量分析一直是蛋白质组学、杂质的鉴定、生物标志
物的研究的难点，使用impact II 系统能够很好地完成上述研究分析
国产质谱仪遇到的问题
(1) 技术问题
上文中多次提到，质谱仪的应用范围广、十分普及，但在分析仪器行业中，
质谱仪属于高端仪器，需要整合光、机、电、算等多领域科技的系统工程。质谱
分辨串级质谱等质谱仪。
禾信公司已经完成了多个基于TOF 技术的产品研发，如：国内首台MALDITOF
ip-ms的原理与应用
IP-MS的原理与应用1. IP-MS的概述IP-MS (IP Mass Spectrometry) 是一种基于质谱技术的分析方法，可以用于对生物样品中的蛋白质和肽段进行高通量的定量分析。
IP-MS结合了免疫沉淀（Immunoprecipitation）和质谱技术，通过将待测蛋白质与特定抗体结合，然后用质谱仪对免疫沉淀后的样品进行分析，从而获得蛋白质的定量和定性信息。
2. IP-MS的原理IP-MS的原理主要包括样品制备、免疫沉淀、蛋白质消化和质谱分析四个关键步骤。
2.1 样品制备在进行IP-MS之前，需要对样品进行处理。
首先，将待测蛋白质从细胞或组织中提取出来，然后对蛋白质进行纯化和浓缩。
常用的纯化方法包括亲和层析（Affinity Chromatography）、凝胶过滤（Gel Filtration）等。
最后，将纯化后的蛋白质溶解于适当的缓冲液中，以备后续的免疫沉淀步骤。
2.2 免疫沉淀免疫沉淀是IP-MS的核心步骤。
首先，将待测蛋白质与对应的抗体结合，形成免疫复合物。
这可通过将抗体与蛋白质直接混合，或通过抗体与固相载体（如蛋白A/G琼脂糖）结合实现。
然后，将免疫复合物与样品中的其他非特异性蛋白质进行洗涤，以去除非特异性结合的蛋白质。
最后，将免疫复合物洗脱，并得到含有免疫沉淀后的蛋白质的样品。
2.3 蛋白质消化蛋白质消化是IP-MS中的关键步骤，可以将沉淀得到的蛋白质定性为肽段，并为后续质谱分析提供样品。
常用的蛋白质消化酶包括胰蛋白酶和胰凝乳蛋白酶等。
在消化过程中，蛋白质被酶水解为一系列肽段，形成肽段混合物。
2.4 质谱分析质谱分析是IP-MS中非常重要的一步，通过使用质谱仪对蛋白质消化产生的肽段进行分析，可以获得蛋白质鉴定和定量的结果。
常用的质谱仪包括MALDI-TOF (Matrix-assisted Laser Desorption/Ionization-Time of Flight) 和LC-MS/MS (Liquid Chromatography-Mass Spectrometry/Mass Spectrometry)。
质谱分析法
5）大气压化学电离源 Atmosphere Pressure Ionization 大气压化学电离源(APCI)是液相色谱-质谱 联用仪最常用的离子化方式。常见的大气 压电离源有3 种：大气压电喷雾电离源 (APESI 或ESI)、大气压化学电离源(APCI) 和I 容易得到比较强的分子离子或准分子离 子；不同于CI 的一个优势在于其所得质谱有较多 的碎片离子峰信息，有助于结构解析。
缺点是对非极性样品灵敏度下降，而且基质在低 质量数区(400以下)产生较多干扰峰。 样品分子与碱金属离子加合，如［M+Na］和 ［M+K］，有助于形成离子，这种现象有助于生 物分子的离子化。因此，使用氯化钠溶液对样品 表面进行处理有助于提高加合离子的产率。在分 析过程中加热样品也有助于提高产率。
一、质谱法的特点
1、适用范围广：既可以是无机物，也可以是有机 物；既可以是气体、液体，也可以是固体等。 2、既可以用来定性，也可以用来定量。 3、是目前唯一可以用来确定相对分子质量的方 法；在高分辨质谱中，不仅可以准确测定相对 分子质量，而且还可以确定化合物的化学式和 进行结构分析。
主要技术包括各种喷雾技术(电喷雾、热喷 雾和离子喷雾)、传送装置(粒子束接口)和 粒子诱导解吸(快原子轰击)等。
1) 电喷雾接口
传统的电喷雾接口只适用于流动相流速为1～5 μL·min-1 的体系，因此电喷雾接口主要适用于微 柱液相色谱。
同时由于离子可以带多电荷，使得分析范围扩大， 可分析分子量高达几十万道尔顿。
Thomson 使用MS 报道了Ne 是由22Ne 和20Ne 两种同位素组成的，随后，同位素分析开始发展。 1919 年，阿斯顿制成一台能分辨一百分之一质 量单位的质谱计，用来测定同位素的相对丰度， 鉴定了许多同位素。 20世纪30年代末至40年代：将MS用于石油工业 中烃的分析，可以大大缩短分析时间。 20 世纪50 年代初，质谱仪器开始商品化，并被 广泛应用于各类有机物的结构分析中。同时质谱 方法与NMR、IR 等方法结合成为分子结构分析 的最有效的手段。
最新质谱分析法精品文档
电喷雾电离源
（Electrospray Ionization，ESI）
它的主要部件是一个多层套管组成的电喷雾喷咀。电场作用下 使喷出的液体易分散成微滴。另外，在喷嘴的斜前方还有一个补 助气喷咀，补助气的作用是使微滴的溶剂快速蒸发。在微滴蒸发 过程中表面电荷密度逐渐增大，当增大到某个临界值时，离子就 可以从表面蒸发出来。
定义为：两个相等强度的相邻峰(质量分别 为m1和m2)间的峰谷不大于峰高的10%时，则可 认为两峰已分开，其分辨率R为：
其中m1、m2为质量数(m1＜m2)
R
m1
m2 m1
m1 m
两峰质量数较小时，要求仪器分辨率越 大。可见在质量数小时，分辨率亦较小。
实际工作中，很难找到相邻的峰高相等、 峰谷又为峰高的10％的两个峰。可任选一单 峰，测其峰高50％处的峰宽FWHM当作Δm， 此时 R = m/ Δm
化学电离源(Chemical Ionization , CI )
化合物稳定性差， 用EI方式不易得到分子 离子,因而也就得不到 分子量。为了得到分子 量可以采用CI电离方式。
用高能电子 （100~240eV）轰击 离子室内的反应气（甲 烷；10~100Pa） ，电 离产生CH5+和C2H5+， 后者再与样品分子碰撞， 产生准分子离子。
2. 发展简史
• 1910年：Thomson使用MS报道了Ne是由20Ne和22Ne两种 同位素组成，同位素分析测定开始发展；
• 40年代：出现了第一台商品质谱仪，质谱进入了工农业生产 领域，用于石油工业中烃的分析、人造橡胶生产过程控制；
• 50年代：质谱技术飞速发展，并广泛用于复杂有机混合物的 结构分析，与NMR、IR等方法结合成为分子结构分析最有效 的手段。
基于质谱技术的组学数据分析的算法
05
算法性能评估与优化
算法性能评估指标
准确性
算法对质谱数据的正确解析程 度，即正确识别的肽段、蛋白 质或代谢物数量与实际情况的
分类与聚类分析
分类分析
分类是监督学习的一种，旨在构建模型 来预测新样品的类别标签。在组学数据 分析中，常用的分类算法包括支持向量 机（SVM）、随机森林（Random Forest）和神经网络等。这些算法可以处 理复杂数据集，并具有较高的分类准确 性。
VS
聚类分析
聚类是无监督学习的一种，目的是将数据 划分为若干个具有相似性的群组。在组学 数据分析中，聚类算法可用于识别具有相 似功能的分子或样品亚群。常见的聚类算 法包括K均值聚类、层次聚类和DBSCAN 等。这些算法能够揭示数据的内在结构， 并辅助发现新的生物标志物或疾病亚型。
定量算法
通过比较不同样品中蛋白质质谱信号的强度，实现对蛋白质表达量的定量分析。常见的定 量算法有Label-free、iTRAQ和SILAC等。
代谢组学数据Biblioteka 析数据预处理算法对质谱原始数据进行清洗、对齐、归一化等处理，以消除 实验过程中的批次效应和仪器漂移等因素，为后续分析提 供可靠数据。
特征提取算法
比值。
灵敏度
算法能够检测到的低丰度肽段 、蛋白质或代谢物的能力，反 映算法对低浓度样本的识别能 力。
特异性
算法准确区分目标分子与其他 干扰物质的能力，高特异性有 助于降低假阳性结果。
运行时间
算法处理质谱数据所需的时间 ，对于大规模数据集，运行时
质谱分析法
质谱分析法质谱分析法是分子特征和构型研究的重要分析工具。
它可以提供纯净的分子结构，以便进行进一步的研究和分析。
它也可以用来识别未知化合物，确定分子量，衡量其纯度，并推断分子构型。
质谱分析法的基本原理是，被研究物质被离子化，然后以速度或磁场方向通过电离室。
经过电离和碰撞后，离子以多种分子质量分子等离子质量谱（MFF）的形式被检测出来。
质量分析法的结果由离子的数量表示，检测出的离子可以用来鉴定分子的结构和构型。
质谱分析法最常用的检测原理是电子质谱（ESI）。
它是利用电喷雾装置将离子送入电离室，然后检测离子在高真空状态中的运动。
在ESI中，所有的分子离子都是以混合状态而不是以单一离子的形式存在的，因此，研究人员可以通过ESI的结果来判断物质的纯度。
质谱分析法还可以用来分离物质中的化合物，确定它们的纯度等。
另外，它还用于检测气体中的有机物，以及有机物的组分等。
此外，它还常用于检测未知物质和未知物质的结构。
质谱分析法在某些领域中发挥着重要作用，尤其是在药物分子结构研究和药物设计方面。
在药物分析中，质谱技术可用于鉴定药物的组成成分、定性分析、结构衍生物分析、活性物质含量测定等，从而为药物研究和监测提供重要的支持。
另外，质谱分析法在石油、煤分析中也得到了广泛的应用。
它可以用来鉴别碳烃类和烯烃类气体、硫同位素分析、甲烷分析、石油类型鉴定等。
质谱分析法还可用于土壤中的污染物分析，如芳烃污染物、多环芳烃、元素分析等。
质谱分析法是一种重要的分析技术，它可以发挥多方面的作用，在药物研究和分析、生物化学、环境监测及工业分析中都发挥重要作用。
因此，质谱分析法是一种值得深入研究的重要技术。
质谱分析法
质谱分析法.上册
质谱分析法是一种非常重要的分子形态和结构分析方法。
它的原理是使用电场的力把分子的质子和电子撕开，由此产生质子或电子，这些离子被质谱仪检测，最后被绘制成谱图。
质谱分析可以用于实验室或在现场广泛的许多应用，从污染物研究到生物学活性。
质谱分析提供了快速和准确的分子识别信息，它可以检测数百到几千个离子，提供定量和定性结果，给实验室研究工作者提供了重要的数据支持。
与大多数其他分析技术相比，质谱分析可以用来完全鉴定物质的化学结构，进一步分析结构成分，辨认错误和未知物质，同时可以在短时间内进行大量样品分析，提供快速和精确的结果。
此外，质谱分析也可用于调节和优化实验条件，以及药物药效学方面的研究。
它还可以用
来筛选物质，以便进一步开发和研究立体化合物，以及用于现代制药等领域。
总之，质谱分析法是一种重要的分子形态和结构分析技术，具有准确、快速、高效的特点，在分子识别、实验优化、药物药效学方面都有着广泛的应用，在确定新分子结构以及传统结构分析方法中都有重要意义。
质谱分析法简介
质谱分析法简介质谱法是将被测物质离子化，按离子的质荷比分离，测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。
质量是物质的固有特征之一，不同的物质有不同的质量谱——质谱，利用这一性质，可以进行定性分析(包括分子质量和相关结构信息);谱峰强度也与它代表的化合物含量有关，可以用于定量分析。
质谱仪一般由四部分组成：进样系统——按电离方式的需要，将样品送入离子源的适当部位;离子源——用来使样品分子电离生成离子，并使生成的离子会聚成有一定能量和几何形状的离子束;质量分析器——利用电磁场(包括磁场、磁场和电场的组合、高频电场、和高频脉冲电场等)的作用将来自离子源的离子束中不同质荷比的离子按空间位置，时间先后或运动轨道稳定与否等形式进行分离;检测器——用来接受、检测和记录被分离后的离子信号。
一般情况下，进样系统将待测物在不破坏系统真空的情况下导入离子源(10-6～10-8mmHg)，离子化后由质量分析器分离再检测;计算机系统对仪器进行控制、采集和处理数据，并可将质谱图与数据库中的谱图进行比较。
一、进样系统和接口技术将样品导入质谱仪可分为直接进样和通过接口两种方式实现。
1. 直接进样在室温和常压下，气态或液态样品可通过一个可调喷口装置以中性流的形式导入离子源。
吸附在固体上或溶解在液体中的挥发性物质可通过顶空分析器进行富集，利用吸附柱捕集，再采用程序升温的方式使之解吸，经毛细管导入质谱仪。
对于固体样品，常用进样杆直接导入。
将样品置于进样杆顶部的小坩埚中，通过在离子源附近的真空环境中加热的方式导入样品，或者可通过在离子化室中将样品从一可迅速加热的金属丝上解吸或者使用激光辅助解吸的方式进行。
这种方法可与电子轰击电离、化学电离以及场电离结合，适用于热稳定性差或者难挥发物的分析。
目前质谱进样系统发展较快的是多种液相色谱/质谱联用的接口技术，用以将色谱流出物导入质谱，经离子化后供质谱分析。
主要技术包括各种喷雾技术(电喷雾，热喷雾和离子喷雾);传送装置(粒子束)和粒子诱导解吸(快原子轰击)等。
质谱分析的基本原理及方法
激光离子化
利用激光束将样品分子电 离，常用于生物样品和有 机化合物的分析。
质量分离
质量过滤
利用磁场或电场使不同质量的离子分 开。
色谱分离
结合色谱技术，如气相色谱、液相色 谱等，对复杂样品进行分离。
检测与数据分析
检测器
用于收集经过质量分离后的离子，并将其转换为可测量的电信号。
数据分析复杂
质谱数据分析需要专业的软件 和技能，对实验人员的技能要
求较高。
05
质谱分析的未来发展
高分辨质谱技术
总结词
高分辨质谱技术能够提供更精确的分子质量和结构信息，有助于深入解析复杂生物分子和环境样品中 的化合物。
详细描述
高分辨质谱技术利用先进的离子光学系统和探测器技术，提高了分辨率和灵敏度，能够更准确地测定 分子质量和结构特征。这对于解析蛋白质、多糖等复杂生物分子以及环境污染物、药物等化合物的结 构和性质具有重要意义。
用于检测食品中的添加剂、农药残留和有 害物质等，保障食品安全。
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质谱分析方法
气相色谱-质谱联用（GC-MS）
总结词
气相色谱-质谱联用是一种常用的质谱分析方法，通过气相色谱将混合物中的各组分分离，然后进入质谱仪进行 检测。
详细描述
GC-MS的优点在于能够分离和鉴定复杂混合物中的化合物，特别适用于挥发性有机化合物的分析。该方法首先 将样品中的化合物通过气相色谱分离，然后通过接口技术将组分引入质谱仪中，最后通过质谱检测各组分的分子 量和结构信息。
环境科学领域
用于药物代谢、蛋白质组学、基因组学等 方面的研究，可检测生物样品中的代谢物 、蛋白质、多肽和核酸等。
用于检测空气、水体和土壤等环境样品中 的污染物，如重金属、有机污染物和农药 残留等。
质谱分析方法
4．质量分析器
质谱仪的质量分析器位于离子源和检测器 之间，依据不同方式将样品离子按质荷比m／ z分开。质量分析器的主要类型有：磁分析器、 飞行时间分析器、四极滤质器、离子捕获分 析器和离子回旋共振分析器等。随着微电子 技术的发展，也可以采用这些分析器的变型。 （l）磁分析器 最常用的分析器类型之一就是扇形磁分析 器。离子束经加速后飞入磁极间的弯曲区， 由于磁场作用，飞行轨道发生弯曲，见图 21．7。
解: 要分辨N+2和CO+，要求质谱仪分辨率 至少为：
Rneed 27.995 = = 2545 28.006 27.995
质谱仪的分辨率： Rsp=245/0.52=471 Rsp＜Rneed， 故不能满足要求。
质谱仪的分辨本领由几个因素决定： （i）离子通道的半径；(ii）加速器与收集 器狭缝宽度；（iii）离子源的性质。 质谱仪的分辨本领几乎决定了仪器的 价格。分辨率在500左右的质谱仪可以满足 一般有机分析的要求，此类仪器的质量分析 器一般是四极滤质器、离子阱等，仪器价格 相对较低。若要进行准确的同位素质量及有 机分子质量的准确测定，则需要使用分辨率 大于10000的高分辨率质谱仪，这类质谱仪 一般采用双聚焦磁式质量分析器。目前这种 仪器分辨率可达100000，当然其价格也将会 是低分辨率仪器的4倍以上。
R = m/W0.05
如果该峰是高斯型的，上述两式计算结果是 一样的。
【例16．1】要鉴别N+2（m/z为28．006）和CO+ 16． 要鉴别N m/z为28．006）和CO （m/z为27．995）两个峰，仪器的分辨率至少是多少? m/z为27．995）两个峰，仪器的分辨率至少是多少? 在某质谱仪上测得一质谱峰中心位置为245u，峰高5 在某质谱仪上测得一质谱峰中心位置为245u，峰高5 ％处的峰宽为0.52u，可否满足上述要求？ ％处的峰宽为0.52u，可否满足上述要求？
化学分析技术中的质谱分析技术研究
化学分析技术中的质谱分析技术研究质谱分析技术是一种广泛应用于化学、材料、生物、环境等领域的分析手段。
其原理是将样品原子或分子转化为离子，并根据离子的质量-电荷比在磁场或电场中进行分离和检测，以得到样品中化合物的结构、组成以及含量等信息。
该技术具有灵敏度高、选择性好、分辨率高等优点，在分析化学、环境分析、营养学、药物分析、代谢物组学等领域具有广泛的应用。
质谱分析技术的发展历程质谱技术的发展始于20世纪初，当时的仪器被称为质谱光度计，主要用于气相分析。
到了20世纪40年代和50年代，随着扫描质谱、离子阱质谱、飞行时间质谱等技术的出现，质谱分析技术逐渐被应用到固体、液体和气体中各种化合物的分析中。
70年代，电子轰击离子源的发明以及四极杆质谱仪和气相色谱-质谱联用技术的发明，使得质谱分析技术的应用得到了极大的推广。
随着计算机和微电子技术的发展，质谱分析中的自动化减轻了操作员的工作负担，同时还提高了质谱数据的准确性。
此外，质谱图谱库、谱库检索和谱图解释软件的发展也为质谱分析数据的处理和分析提供了更多手段。
在遇到特殊分子结构的问题时，还出现了质谱成像技术。
可以对样品进行制备、切片、质量筛选，然后分辨各种分子的类型和分布情况。
质谱分析技术的原理和应用质谱分析的基本原理是将物质样品中的原子或分子离子化，并根据所应用的分析技术在离子中根据不同的离子质量-电荷比进行分离排列（也叫“分子筛选”）。
离子的分离通常是在磁场或电场中进行的，将离子加速，在以匀强磁场引导下采用等速度的形式选择，从而使不同离子的轨迹长度或位置不同，从而进行分离，进一步制备出质谱数据。
质谱分析技术在化学、生物化学、环境、药物、食品科学、石油和石化、材料科学和纳米科学等领域中进一步应用，并成为科学研究和工业制造中广泛接受的分析技术。
在环境化学中，质谱技术可用于污染物来源的追踪和污染物调查；在医疗领域中，质谱技术可用于检测和分析服药后的代谢产物；在石油和石化工业中，质谱技术可用于石油质量分析和石油衍生物的制备；在食品科学中，质谱技术可用于食品中添加剂的分析和检测。
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高效液相色谱-质谱联用
液质联用技术就是将液相色谱和质谱仪通过一 种称为“接口”的装置直接联接起来，将通过液 相色谱仪分离开的各种组分逐一通过接口送入到 质谱仪中进行分析。因此，接口是色谱联用技术 中的关键装又要同时满足后一级质谱仪对样品进样的要求和 仪器的工作条件。接口将两种分析仪器的分析方 法结合起来，协同作用，取长补短，获得了两种 仪器单独使用时所不具备的功能。
高效液相色谱-质谱联用
色谱仪与质谱仪的流量匹配问题
一般质谱仪最多只允许1-2ml/min气体进入离子源，而流量为 1ml/min的液体流动相汽化后，气体的流量为150-1200ml/min。
汽化问题
被色谱分离后的样品必须以气态的、未发生裂解和分子重排的 形式进入质谱仪离子源。这就要求色谱流出物在进入质谱仪以前 汽化。HPLC的流出物为液体，必须采用不使组分发生化学变化 的方法使之汽化。 为了克服这一限制所采用的方法有： （1）扩大MS真空系统的抽气容量； （2）在引入真空系统之前除去溶剂； （3）牺牲灵敏度，分流流出物； （4）使用可在较低流量下有效工作的微型LC柱。
高效液相色谱-质谱联用
色谱仪与质谱仪的压力匹配问题 质谱仪要求在高真空［1.33×（10-2-10-5）Pa 即10-510-7mmHg］情况下工作，而液相色谱仪柱后压力约 为常压（760mmHg，即101325）。色谱流出物直接 引入质谱的离子源时，可能破坏质谱仪的真空度而不 能正常工作。要与一般在常压下工作的液质接口相匹 配并维持足够的真空，其方法只能是增大真空泵的抽 速，维持一个必要的动态高真空。所以现有商品仪器 的LC-MS设计均增加了真空泵的抽速并采用了分段、 多级抽真空的方法，形成真空梯度来满足接口和质谱 正常工作的要求。
高效液相色谱-质谱联用
接口
一、直接液体导入接口 二、传送带式接口 三、热喷雾接口 四、粒子束接口 五、快原子轰击 六、基质辅助激光解吸离子化（MALDI） 七、大气压离子化技术
高效液相色谱-质谱联用 大气压离子化技术（ ）是一类软离子 粒子束接口（ 传送带式接口（ PB MB ）由雾化器、去溶剂室、分离器 ）是将 LC 柱后流出的洗脱 基质辅助激光解吸离子化技术是采用短的脉冲 热喷雾接口： LC 洗脱物通过一根电阻式加热毛细管进 直接液体导入接口（ DLIAPI ）是将 HPLC的流动相 入一个专门设计的加热的离子室。毛细管内径约 0.1mm， 液，不停地由传送带送入 激光（ 1-10ns）使样品分子离子化后进入质谱 MS离子源。传送带的 和输送管四部分组成。流动相及被分析物在常压 化方式，它的出现，成功地解决了液相 沿着进样杆流动，然后通过一个直径为 3-5μm 比 DLI LC-MS 的取样孔要大得多。毛细管的温度调节到 仪分析。 MALDI 以激光照射靶面的方式提供离 调整依据流动相的组成进行。在传送过程中， 下借助气动雾化产生气溶胶，在粒子束接口中， 的针孔，使液体射入质谱计的 CI离子源中。仅 色谱和质谱联用的接口问题，使液相色 溶剂部分蒸发的程度。于是产生蒸气超声喷射，在含水 样品闪蒸解离进入离子源，进入离子源前，流 待测分子是通过一个动量分离器与溶剂分离的。 子化能量，样品底物中加入某些小分子有机酸 仅大约 10-50μl/min的液流，就如小液滴流一样 谱-质谱联用逐渐发展成为成熟的技术。 溶剂（电离的）情况下，喷射中含有夹带着荷电小液滴 作为质子供体。一般MALDI的操作是将液体样 动相通过两个不同的泵和真空阀在减压条件下 此气溶胶扩展进加热的去溶剂室，在那里含在另 可进入离子源，否则质谱计的泵系统将被损伤。 的雾状物。统计上，荷电产生并非通过外部电场。 TSP API主要包括电喷雾离子化（ESI）、离 加热除去，传送带式接口的优点是对样品的收 一附加气流中的小粒子将在动量分离器中与大多 品加入进样杆中，经加热、抽气使之形成结晶。 当它通过一个加热的去溶剂区域时，溶剂蒸发。 离子室是加热的，并由前级真空泵预抽真空。当液滴经 子喷雾离子化（ ISI ）和大气压化学离子 集率和富集率都高。缺点是移动带的记忆效应 数溶剂分子分离。而后经一根加热的转移管进入 将进样杆推入接口，在激光的照射和数万伏高 过离子源时，它们继续蒸发和变小。这样就有效地增加 在完全进入离子源后，这些蒸气由电子轰击源 化（ APCI）3种模式。它们的共同点是 了荷电液滴的场梯度。最终梯度高达足以使其成为自由 不易削除，高的流动带背景在测定低质量化合 质谱。分析物小粒子在离子源与热源室的壁碰撞 电压的作用下，肉桂酸可以将质子传递给样品 电离，在所使用的离子源压力下（约 1 离子而从液滴表面放出。这些离子通过取样锥内的小孔 样品的离子化在处于大气压下的离子化 物时极为不利；分析物的范围限制在热稳定的 而分解。蒸发掉残余的溶剂，释放出的气态待测 分子使之离子化，经高电场的“抽取”相“排 torr,1torr=133.322Pa ），CI等离子体形成。因 离开 TSP离子源。这些离子可用传统的质谱仪进行质量 化合物。 分子即可用所选的方法（主要为 斥”作用直接进入真空。 EI或CI）进行离 室完成，离子化效率高，大大增强了分 为溶剂蒸气大大超过任何样品量，当分析物洗 分析。 子化。 脱导入离子源后，用 CI方式使之电离。 析的灵敏度和稳定性。
目录
高效液相色谱-质谱联用 气相色谱-质谱联用 串联质谱及其作用
高效液相色谱-质谱联用
数据及供电系统 ┏━━━━┳━━━━━╋━━━━━━┓ 进样系统 离子源 质量分析器 检测接收器 ┗━━━━━╋━━━━━━┛ 真空系统
高效液相色谱-质谱联用
混合样品注入色谱仪后，经色谱柱得到分离。从色谱仪 流出的被分离组分依次通过接口进入质谱仪。在质谱仪 中首先于离子源处被离子化，然后离子在加速电压作用 下进入质量分析器进行质量分离。分离后的离子按质量 的大小，先后由收集器收集，并记录质谱图。根据质谱 峰的位置和强度可对样品的成分和其结构进行分析。但 是，在液相色谱仪和质谱仪联用时，传统的HPLC系统中 遇到的流量和质谱仪要求的真空之间存在的难以协调性 似乎太大了。再者，HPLC缺乏灵敏性、选择性和通用的 检测器也是HPLC和MS联用的推动力。为了克服这一明 显的不相容问题，需要解决以下困难。