第三节　质谱仪

质谱分析法（MS）是一种根据离子（带电荷的原子、分子或分子碎片）质荷比（Mass charge ratio，m/z）不同而排列成谱图进行物质成分分析的方法。质谱分析法可用来分析同位素成分、有机物结构以及元素成分、痕量分析等。首先将待测样品离子化，在电场或磁场环境下，不同质荷比的离子运动行为不同，从而得到按质荷比大小排列而成的质谱图，进而通过质谱谱峰位置和谱峰丰度对待测样品组成进行定性或定量分析。从离子源出来的离子具有各种不同的质荷比，其后续的仪器功能是采用某种方法将这些离子按质荷比进行一一分离，并按质荷比大小进行排序，形成质谱。常见的质谱仪按不同质荷比的离子分离方法可以分为磁偏转质谱仪、四极杆质谱仪（Q-MS）、离子阱质谱仪（IT-MS）、傅里叶变换离子回旋共振质谱仪（FTICR-MS）和飞行时间质谱仪（TOF-MS）。

一、质谱仪的工作原理

质谱仪通常由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器等部分组成。样品在离子源中被离子化，带有一个或者几个电荷，经过离子源的加速聚焦极板的作用，形成高速的飞行离子束。离子束通过离子源的狭缝后进入磁场分析器，首先不同质荷比的样品离子被分离，然后通过磁场分析器的离子继续飞行进入静电场分析器，对质荷比相同但能量不同的离子进行分离，最后满足条件的样品离子通过质谱仪的飞行通道，进入检测器，检测器将离子信号转换为电信号，放大后显示出来。

二、质谱仪的应用

最近30年质谱学在各个方面都获得了极大的发展。新的离子化方法如场致电离（FI）、场解吸电离 （FD）、化学电离（CI）、激光离子化、等离子体法等不断出现。复杂的、高性能的商品仪器不断推出，如离子探针质谱仪、磁场型的串联质谱仪、离子回旋共振-傅里叶变换质谱仪等。液相色谱与质谱的联用在近20年来取得突破性进展，已进入实用阶段。另一方面，低价位、简易型仪器的推出，对扩大和普及质谱分析的应用起了很大的作用。据文献记载，质谱技术已经应用到了各个领域。

1.医药领域

1980年以来，中药代谢及其药代动力学研究的深度和广度有了较大幅度的提高。近年来，由于液相色谱和质谱联用技术的迅猛发展，使得质谱尤其是串联质谱已成为中药代谢物研究和检测的重要工具。药物代谢研究是药物开发过程中非常重要的一步，通常的做法是首先收集样品，用溶剂提取、柱色谱或高压液相色谱制备得到纯品，再进一步对原药和代谢物进行紫外、红外、质谱、核磁共振等光谱分析，推断代谢物的结构。液相色谱和质谱联用大大方便了样品处理和提取工作，同时由于采用串联质谱检测，通过图谱解析可以了解母体药物的代谢产物。

表面加强激光解析电离飞行时间质谱仪 （SELDI-TOFMS）是一种新的蛋白质检测技术，与传统的蛋白质组学方法相比，该技术具有快速、灵敏、高通量等特点。运用该技术制成的蛋白质芯片质谱仪已成为蛋白质组学研究中的重要工具。

2.食品领域

丹麦罗斯基斯的一个实验室发明了一种带有质谱仪的装置。该装置可测定产品中60多种元素的相对含量，可与农产品样品的质谱仪图谱进行对比，从而可得知这些农产品有无化肥与农药残留物，确认是否为不含化肥与农药残留物的真正绿色食品。国内自行研制的高分辨率 ESI-TOF-MS可用于分析大豆磷脂中的磷脂酞胆碱。结果表明，利用ESI-TOF-MS共检测出了大豆磷脂中的52种磷脂酞胆碱。

3.环境、生物、煤炭和化学领域

串联质谱技术作为分析混合物和鉴定分子结构的重要手段，很早以前已在大型质谱仪上得到应用。在两个前后串联的质谱/质谱仪中，前级质谱主要用于分离，在样品被电离后，它只允许被分析的目标化合物的母离子碎片通过，经过碰撞裂解后，由第二级质谱进行分析，由于上述过程的完成至少需要三个质量分离器串联而成，故在大型质谱仪上应用串联质谱技术成本较高，而且操作比较复杂，从而限制了该技术的广泛应用。随着离子阱质谱仪的发展，利用其可实现时间串联的特性，即串联质谱的每个阶段在不同时间段进行，使用同一个离子阱质量分离装置就可以完成串联质谱的分析，甚至可以进行多级质谱的分析，Varian公司的Saturn串联质谱仪目前可以做到MS6。从而大大降低串联质谱分析的成本，而且性能优异的工作站软件也使该分析的操作变得十分容易。目前，该技术在环境分析、煤的萃取物分析、生物分析以及化合物分析等方面得到了广泛的应用。它不仅适用于复杂基体混合物的定性分析，而且可以利用二级质谱结果进行定量分析。同位素比率质谱仪是近些年发展起来的用于测定某些稳定同位素组成的仪器，在诸多领域中都展现出广阔的应用前景。由于稳定同位素组成中蕴藏着丰富的地球化学信息，通过研究其组成可以揭示地球化学过程中的诸多方面的信息。所以同位素比率质谱仪技术和同位素一起作为一种新的有效手段在地球化学研究中有着越来越广泛的应用。