色谱-质谱知识

质谱简论MS - LCMSMS液质联用-

质谱简论ms

(又叫质谱法)是一种与并列的谱学方法，通常意义上是指广泛应用于各个学科领域中通过制备、、气相离子来鉴定化合物的一种专门。质谱法在一次中可提供丰富的结构信息，将分离技术与质谱法相结合是分离方法中的一项突破性进展。在众多的分析测试方法中，质谱学方法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度且得到了广泛应用的普适性方法。质谱仪器一般由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统等部分组成。

质谱-发展史

早在19世纪末，e.goldstein在低压放电实验中观察到正电荷粒子，随后w.wein发现正电荷粒子束在磁场中发生偏转，这些观察结果为质谱的诞生提供

了准备。

世界上第一台质谱仪于1912年由英国物理学家joseph john thomson(1906年诺贝尔物理学奖获得者、英国剑桥大学教授)研制成功;到20世纪20年代，质谱逐渐成为一种分析手段，被家采用;从40年代开始，质谱广泛用于有机物质分析;1966年，m.s.b，munson和f.h. field报道了化学电离源(chemical ionization，ci)，质谱第一次可以检测热不稳定的分子;到了80年代左右，随着快原子轰击(fab)、电喷雾(esi)和基质辅助激光解析(maldi)等新“软电离”技术的出现，质谱能用于分析高极性、难挥发和热不稳定样品后，生物质谱飞速发展，已成为现代科学前沿的热点之一。由于具有迅速、灵敏、准确的优点，并能进行序列分析和翻译后修饰分析，生物质谱已经无可争议地成为蛋白质组学中分析与鉴定肽和蛋白质的最重要的手段。

质谱法在一次分析中可提供丰富的结构信息，将分离技术与质谱法相结合是分离科学方法中的一项突破性进展。如用质谱法作为(gc)的检测器已成为一项化gc 技术被广泛使用。由于gc-ms 不能分离不稳定和不挥发性物质，所以发展了(lc)与质谱法的联用技术。lc-ms可以同时检测糖肽的位置并且提供结构信息。1987年首次报道了毛细管电泳(ce)与质谱的联用技术。ce-ms 在一次分析中可

以同时得到迁移时间、分子量和碎片信息，因此它是lc-ms的补充。

在众多的分析测试方法中，质谱学方法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度且得到了广泛应用的普适性方法。质谱的发展对基础科学研究、国防、航天以及其它、民用等诸多领域均有重要意义。

质谱-软电离技术

质谱随着科学技术的进步，20世纪80年代以来，有4种软电离技术产生，分别为等离子体解吸(pd-ms)、快原子轰击(fab )、电喷雾(esi )和基质辅助激光解吸/电离(maldi)。

等离子体解吸的原理是：采用放射性同位素的核裂变碎片作为初级粒子轰击样品使其电离，样品以适当溶剂溶解后涂布于0.5-1µm 厚的铝或镍箔上，核裂

变碎片从背面穿过金属箔，把大量能量传递给样品分子，使其解吸电离。在制备样品时，采用硝化纤维素作为底物使得pd-ms 可用以分析分子量高达14 000 的多肽和蛋白质样品。

快原子轰击的原理是，一束高能粒子，如氩、氙原子，射向存在于液态基质中的样品分子而得到样品离子，这样可以得到提供分子量信息的准分子离子峰和提供化合物结构信息的碎片峰。快原子轰击操作方便、灵敏度高、能在较长时间里获得稳定离子流。当用于绝大多数生物体中寡糖及其衍生物的分析时，可测分子量达6000。而且在该质量范围内，其灵敏度远高于在15000 范围内新一代全加速仪器的灵敏度。此外，camim 等采用fab-ms 分析从hafniaalvei中得到的四个寡糖组分，检测到了nmr 不能观测到的寡糖、并揭示了寡糖结构的非均一性。

电喷雾电离的原理是：喷雾器顶端施加一个电场给微滴提供净电荷;在高电场下，液滴表面产生高的电应力，使表面被破坏产生微滴;荷电微滴中溶剂的蒸发;微滴表面的离子“蒸发”到气相中，进入质谱仪。为了降低微滴的表面能，加热至200～250℃，可使喷雾效率提高。fab-ms 可以显示碎片离子，但只能产生单电荷离子，因此不适用于分析分子量超过分析器质量范围的分子。esi 可以产生多电荷离子，每一个都有准确的小m/z 值。此外还可以产生多电荷母离子

的子离子，这样就可以产生比单电荷离子的子离子更多的结构信息。而且，esi-ms 可以补充或增强由fab 获得的信息，即使是小分子也是如此。

质谱仪

基质辅助激光解吸离子化质谱(matrix-assisted laser desorption ionization mass spectrometry，maldi-ms) 是19 世纪80 年代末问世并迅速发展起来的质谱分析技术。这种离子化方式产生的离子常用飞行时间(time of flight，tof)检测器检测，因此maldi常与tof一起称为基质辅助激光解吸离子化飞行时间质谱(maldi-tof-ms)。maldi- tof-ms技术，使传统的主要用于小分子物质研究的质谱技术发生了革命性的变革，从此迈入生物质谱技术发展新时代。该技术的特点是采用被称为“软电离” 方式，一般产生稳定分子离子，因而是生物大分子分子量的有效方法，广泛地运用于生物化学，尤其对蛋白质、核酸的分析研究已经取得了突破性进展。 maldi-ms 在糖研究中的应用，也显示出一定的潜力和应用前景。另外在高分子化学、有机化学、金属有机化学、药学等领域也显示出独特的潜力和应用前景，已经成为广大科技工作者研究于分析大分子分子质量、纯度、结构的理想工具。其广泛应用于生物化学领域，

质谱-样品导入

质谱方法的一个重要特点就是它对各种物理状态的样品都具有非常高的灵

敏度，而且在一定程度上与待测物分子量的大小无关。但是，因为质谱仪的质量分析器安装在真空腔里，分析样品只有通过特定的方法和途径才能被引入到离子源，并被离子化，然后被引入质量分析器进行质量分析。一般把所有用于完成这

种样品引入任务的部件统称为样品引入系统。而样品引入方式则可分为直接引入法和间接引入法。间接引入法又可细分为色谱引入、膜进样等。

质谱分析原理

直接引入法是将低挥发性样品直接装在探针上，将探针送入真空腔内，然后给探针通大电流加热，使探针的温度急剧上升至数百度(一般不超过400 ℃)，样品分子受热后挥发形成蒸气，该蒸气受真空腔内真空梯度的作用被直接引入到离子源中离子化。由于温度对样品的挥发度影响较大，需精确控制温度，但这也使固体选择性进样成为可能。这种方法主要适合于较低挥发性、热稳定性好的样品。而对于难挥发和热不稳定样品，主要采用解吸电离(di)的办法。

色谱法是质谱中应用最多的样品间接引入法，这种进样系统的研究热点之一就是质谱和色谱之间的接口技术。gc的样品可通过毛细管直接导入到质谱的离子源。如果 gc的载气流量较大，可在离子源前面加一级真空或者采用喷射式分离器来分流载气(如 he 等小分子气体)和富集待测物。lc-ms 常采用电喷雾技术从色谱流出物中提取样品同时进行样品的引入，该方法的优点在于它不需对仪器进行复杂的维护和调试，而且具有很高的灵敏度和极快的响应速度。除了经典的gc、lc 被用于质谱样品引入外，超临界流体色谱(sfc)和毛细管电泳(ce)也可与质谱技术联用，大大扩大了样品引入的灵活性。如果采用di技术，则薄层色谱、纸色谱等都可用到质谱分析中来，在效率允许的情况下，可大大降低成本。

质谱仪

近年来，随着质谱在分析中的普及，膜进样技术逐渐得到重视。在常见的膜进样系统中，大多采用硅聚合物制作半透膜，这种半透膜能够让某些小分子有机物通过膜壁进入真空系统，而样品中大量的基体、溶剂则不能透过，因此，膜进样技术(mi)特别适宜于对低待测物的连续在线监测，如mi-ms，可望在环境监测、工业控制等方面获得良好的应用。

在质谱仪器的校正和有机物结构鉴定中经常用到炉式或池式进样，绝大多数的商品仪器都配备了这种进样系统。该系统能够长时间提供稳定的样品浓度，方便对仪器进行校正和对待测物进行慢速扫描，从而获得精确的信号。当然，这种方法要求样品具有较低挥发性和较好的热稳定性，此外，使用该方法样品耗量较大。

质谱-离子源

在早期的质谱研究中，涉及的样品一般为无机物，检测目的包括测定原子量、同位素丰度、确定元素组成等。针对这些要求，需要采用的离子源主要包括电感耦合等离子体(icp)、微波等离子体炬(mpt)和其他微波诱导等离子体(mip)、电弧、火花、辉光放电等，几乎能够用于原子发射光谱的激发源都可用。

目前质谱的检测对象主要是有机物和生命活性物质，需要用到一些比较特殊(相对于aes 激发源)的电离源。这些电离源可分为 4 类，即电子轰击电离(ei)、