液质联用 LCMS 原理简析

液质联用（LCMS）原理简析

1.质谱法

质谱分析是先将物质离子化，按离子的质荷比分离，然后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。质谱的样品一般要汽化，再离子化。不纯的样品要用色谱和质谱联用仪，是通过色谱进样。即色谱分离，质谱是色谱的检测器。离子在电场和磁场的综合作用下，按照其质量数m和电荷数Z的比值(m/z，质荷比)大小依次排列成谱被记录下来，以检测器检测到的离子信号强度为纵坐标，离子质荷比为横坐标所作的条状图就是我们常见的质谱图。

2.质谱仪

质谱仪由以下几部分组成

数据及供电系统

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进样系统离子源质量分析器检测接收器

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真空系统

质谱仪一般由进样系统、离子源、分析器、检测器组成。还包括真空系统、电气系统和数据处理系统等辅助设备。

（1）离子源：使样品产生离子的装置叫离子源。液质的离子源有ESI，APCI，APPI，统称大气压电离(API)源，实验室常用液质的离子源为ESI源。

电喷雾（ESI）的特点

通常小分子得到[M+H]+ ]+,[M+Na]+ 或[M-H]-单电荷离子，生物大分子产生多电荷离子。

电喷雾电离是最软的电离技术，通常只产生分子离子峰，因此可直接测定混合物，并可测定热不稳定的极性化合物；其易形成多电荷离子的特性可分析蛋白质和DNA等生物大分子；通过调节离子源电压控制离子的碎裂（源内CID）得到化合物的部分结构。

（2）质量分析器： 由它将离子源产生的离子按m/z分开。离子通过分析器后,按不同质荷比(M/Z)分开,将相同的M/Z离子聚焦在一起,组成质谱。

质量分析器有：磁场和电场、四极杆、离子阱、飞行时间质谱、傅立叶变换离子回旋共振等。实验室目前液质的质量分析器类型：三重四极杆（QqQ）：

离子源→第一分析器→碰撞室→第二分析器→接收器

MS1 MS2

Q1 q2 Q3

QqQ仪器可以方便的改变离子的动能，因此扫描速度快，体积小，常作为台式进入常规实验室，缺点是质量范围及分辨率有限，不能进行高分辨测定，只能做到单位质量分辨。

在液质联机中使用的碎片化手段，能量都是以碰撞的形式输送

给分子离子，这个能量足以使得处在能量亚稳态分子中的某些

化学键断裂并使一些特定的分子发生结构重排。

（3）碰撞诱导解离CID质谱：

QqQ检测器中的碰撞反应在CID中进行。选择一定质量的离子作为母体离子，进入碰撞室，室内充有靶子反应气体(本实验室选择高纯氦) ，发生离子—分子碰撞反应，从而产生‘子离子’，再经MS2的分析器及接受器得到子离子质谱，一般称做CID (collision-induced dissociation)谱。

（4）检测器：离子检测器由收集器和放大器组成。打在收集器上的正离子流产生与离子流丰度成正比的信号。

（5）真空系统：质谱仪的离子源、质量分析器和检测器必须在高真空状态下工作，以减少本底的干扰，避免发生不必要的离子-分子反应。所以质谱反应属于单分子分解反应。利用这个特点，我们用液质联用的软电离方式可以得到化合物的准分子离子，从而得到分子量。由机械真空泵(前极低真空泵)，扩散泵或分子泵(高真空泵)组成真空机组，抽取离子源和分析器部分的真空。只有在足够高的真空下，离子才能从离子源到达接收器，真空度不够则灵敏度低。实验时要注意观察质谱的真空度状态，如有异常，及时向相关老师汇报。

3. 质谱仪的联用技术

质谱仪可以与其他仪器联用，如气相色谱-质谱联用（GC/MS）、高效液相色谱-质谱联用（HPLC/MS）；也可以质谱-质谱联用（MS-MS）。（1）G C/MS、HPLC/MS仪：

基于色谱和质谱的仪器灵敏度相当，加之使分离效果好的色谱成为质谱的进样器，而速度快、分离好、应用广的质谱仪作为色谱的鉴定器，使它们成为目前最好的用于分析微量的有机混合物的仪器。

（2）液质联用与气质联用的区别:

气质联用仪(GC-MS)是最早商品化的联用仪器，适宜分析小分子、易挥发、热稳定、能气化的化合物；用电子轰击方式（EI）得到的谱图，可与标准谱库对比。

液质联用(LC-MS)主要可解决如下几方面的问题：不挥发性化合物分析测定；极性化合物的分析测定；热不稳定化合物的分析

测定；大分子量化合物（包括蛋白、多肽、多聚物等）的分析

测定；一般没有商品化的谱库可对比查询，只能自己建库或自

己解析谱图。 所以目前液质联用在环境领域主要应用于有标准

物质参照情况下的定性分析。

（3）MS-MS：

质谱-质谱法是70年代后期迅猛发展起来的。这种方法是指用质谱作质量分离的质谱技术(mass separetion-mass spectra

characterization)。 它可以研究母离子和子离子的关系，让大的离子进一步裂解，获得裂解过程及离子组成的信息。它有几种称呼，如质谱-质谱法（MS-MS或MS/MS）,串联质谱,二维质谱法,序贯质谱。本实验室的质谱检测器为三重四极杆检测器，属于MS/MS型质谱检测器。

（4）有机质谱局限性:

异构体，立体化学方面区分能力差。

重复性稍差，要严格控制操作条件。所以不能象低场NMR，IR 等自己动手，须专人操作。

有离子源产生的记忆效应，污染等问题。

价格昂贵，分析成本高，操作复杂。

4. 质谱仪性能指标

(1)质量范围:即仪器测量质量数的范围。

(2)分辨率：即表示仪器分开两个相邻质量离子的能力，通常用R表示，实验室内的TSQ Quantum分别率为0.7。

(3)质量测量精度：离子质量测定的精度，一般对质量几百的离子，测量误差应<0.003质量单位。

5.基本术语

(1)质谱图:质谱图一般都采用“条图”，或称为棒状图。在图中横轴