儀器分析――質(zhì)譜法

1、儀器分析質(zhì)譜法質(zhì)譜法是將被測物質(zhì)離子化， 按離子的質(zhì)荷比分離， 測量各種離子譜峰的強 度而實現(xiàn)分析目的的一種分析方法。 質(zhì)量是物質(zhì)的固有特征之一， 不同的物質(zhì)有 不同的質(zhì)量譜質(zhì)譜， 利用這一性質(zhì)， 可以進行定性分析 （包括分子質(zhì)量和相 關(guān)結(jié)構(gòu)信息）；譜峰強度也與它代表的化合物含量有關(guān)，可以用于定量分析。質(zhì)譜儀一般由四部分組成： 進樣系統(tǒng)按電離方式的需要， 將樣品送入離 子源的適當部位； 離子源用來使樣品分子電離生成離子， 并使生成的離子會 聚成有一定能量和幾何形狀的離子束；質(zhì)量分析器一一利用電磁場（包括磁場、 磁場和電場的組合、 高頻電場、 和高頻脈沖電場等） 的作用將來自離子源的離子 束中不

2、同質(zhì)荷比的離子按空間位置， 時間先后或運動軌道穩(wěn)定與否等形式進行分 離；檢測器一一用來接受、檢測和記錄被分離后的離子信號。一般情況下，進樣 系統(tǒng)將待測物在不破壞系統(tǒng)真空的情況下導入離子源（10-610-8mmH）,離子 化后由質(zhì)量分析器分離再檢測；計算機系統(tǒng)對儀器進行控制、采集和處理數(shù)據(jù)， 并可將質(zhì)譜圖與數(shù)據(jù)庫中的譜圖進行比較。一、進樣系統(tǒng)和接口技術(shù)來源：考試大 將樣品導入質(zhì)譜儀可分為直接進樣和通過接口兩種方式實現(xiàn)。1. 直接進樣 在室溫和常壓下，氣態(tài)或液態(tài)樣品可通過一個可調(diào)噴口裝置以中性流的形式導入離子源。吸附在固體上或溶解在液體中的揮發(fā)性物質(zhì)可通過頂空分析器進行 富集，利用吸附柱捕集， 再

3、采用程序升溫的方式使之解吸， 經(jīng)毛細管導入質(zhì)譜儀。對于固體樣品，常用進樣桿直接導入。將樣品置于進樣桿頂部的小坩堝中， 通過在離子源附近的真空環(huán)境中加熱的方式導入樣品， 或者可通過在離子化室中 將樣品從一可迅速加熱的金屬絲上解吸或者使用激光輔助解吸的方式進行。 這種 方法可與電子轟擊電離、 化學電離以及場電離結(jié)合， 適用于熱穩(wěn)定性差或者難揮 發(fā)物的分析。目前質(zhì)譜進樣系統(tǒng)發(fā)展較快的是多種液相色譜 / 質(zhì)譜聯(lián)用的接口技術(shù)，用以 將色譜流出物導入質(zhì)譜， 經(jīng)離子化后供質(zhì)譜分析。 主要技術(shù)包括各種噴霧技術(shù) （電 噴霧，熱噴霧和離子噴霧） ；傳送裝置（粒子束） 和粒子誘導解吸 （快原子轟擊） 等。2. 電噴

4、霧接口 帶有樣品的色譜流動相通過一個帶有數(shù)千伏高壓的針尖噴口噴出， 生成帶電液滴，經(jīng)干燥氣除去溶劑后， 帶電離子通過毛細管或者小孔直接進入質(zhì)量分析器。 傳統(tǒng)的電噴霧接口只適用于流動相流速為 15卩l(xiāng)/min的體系，因此電噴霧接口主要適用于微柱液相色譜。 同時由于離子可以帶多電荷， 使得高分子物質(zhì)的質(zhì)荷 比落入大多數(shù)四極桿或磁質(zhì)量分析器的分析范圍（質(zhì)荷比小于4000），從而可分析分子量高達幾十萬道爾頓（Da）的物質(zhì)。3. 熱噴霧接口存在于揮發(fā)性緩沖液流動相 （如乙酸銨溶液） 中的待測物， 由細徑管導入離 子源，同時加熱，溶劑在細徑管中除去，待測物進入氣相。其中性分子可以通過 與氣相中的緩沖液離子

5、（如 NH4+反應，以化學電離的方式離子化，再被導入 質(zhì)量分析器。熱噴霧接口適用的液體流量可達 2ml/min ，并適合于含有大量水的 流動相，可用于測定各種極性化合物。 由于在溶劑揮發(fā)時需要利用較高溫度加熱， 因此待測物有可能受熱分解。4. 離子噴霧接口 在電噴霧接口基礎上，利用氣體輔助進行噴霧，可提高流動相流速達到1ml/min. 電噴霧和離子噴霧技術(shù)中使用的流動相體系含有的緩沖液必須是揮發(fā) 性的。5. 粒子束接口將色譜流出物轉(zhuǎn)化為氣溶膠， 于脫溶劑室脫去溶劑， 得到的中性待測物分子 導入離子源， 使用電子轟擊或者化學電離的方式將其離子化， 獲得的質(zhì)譜為經(jīng)典 的電子轟擊電離或者化學電離質(zhì)譜

6、圖，其中前者含有豐富的樣品分子結(jié)構(gòu)信息。 但粒子束接口對樣品的極性， 熱穩(wěn)定性和分子質(zhì)量有一定限制， 最適用于分子量 在lOOODa以下的有機小分子測定。6. 解吸附技術(shù)將微柱液相色譜與粒子誘導解吸技術(shù) （快原子轟擊， 液相二次粒子質(zhì)譜） 結(jié) 合，一般使用的流速在110卩l(xiāng)/min之間，流動相須加入微量難揮發(fā)液體（如 甘油）。混合液體通過一根毛細管流到置于離子源中的金屬靶上，經(jīng)溶劑揮發(fā)后 形成的液膜被高能原子或者離子轟擊而離子化。 得到的質(zhì)譜圖與快原子轟擊或者 液相二次離子質(zhì)譜的質(zhì)譜圖類似，但是本底卻大大降低。二、離子源離子源的性能決定了離子化效率， 很大程度上決定了質(zhì)譜儀的靈敏度。 常見 的

7、離子化方式有兩種： 一種是樣品在離子源中以氣體的形式被離子化， 另一種為 從固體表面或溶液中濺射出帶電離子。在很多情況下進樣和離子化同時進行。1. 電子轟擊電離（ EI ）氣化后的樣品分子進入離子化室后， 受到由鎢或錸燈絲發(fā)射并加速的電子流 的轟擊產(chǎn)生正離子。離子化室壓力保持在10-410-6mmHg轟擊電子的能量大于 樣品分子的電離能， 使樣品分子電離或碎裂。 電子轟擊質(zhì)譜能提供有機化合物最 豐富的結(jié)構(gòu)信息， 有較好的重現(xiàn)性， 其裂解規(guī)律的研究也最為完善， 已經(jīng)建立了 數(shù)萬種有機化合物的標準譜圖庫可供檢索。 其缺點在于不適用于難揮發(fā)和熱穩(wěn)定 性差的樣品。醫(yī)學教育網(wǎng)搜集整理2. 化學電離（ C

8、I）引入一定壓力的反應氣進入離子化室， 反應氣在具有一定能量的電子流的作 用下電離或者裂解。 生成的離子和反應氣分子進一步反應或與樣品分子發(fā)生離子 ?卜腫臃從r?通過質(zhì)子交換使樣品分子電離。常用的反應氣有甲烷，異丁烷 和氨氣?；瘜W電離通常得到準分子離子， 如果樣品分子的質(zhì)子親和勢大于反應氣 的質(zhì)子親和勢，則生成M+H +,反之則生成M-H +.根據(jù)反應氣壓力不同， 化學電離源分為大氣壓、中氣壓（0.110mmH）和低氣壓（10-6mmH）三種。 大氣壓化學電離源適合于色譜和質(zhì)譜聯(lián)用， 檢測靈敏度較一般的化學電離源要高 23 個數(shù)量級，低氣壓化學電離源可以在較低的溫度下分析難揮發(fā)的樣品，并 能使

9、用難揮發(fā)的反應試劑，但是只能用于傅里葉變換質(zhì)譜儀。3. 快原子轟擊（ FAB）將樣品分散于基質(zhì) （常用甘油等高沸點溶劑） 制成溶液， 涂布于金屬靶上送 入FAB離子源中。將經(jīng)強電場加速后的惰性氣體中性原子束 （如氙）對準靶上樣 品轟擊?；|(zhì)中存在的締合離子及經(jīng)快原子轟擊產(chǎn)生的樣品離子一起被濺射進入 氣相，并在電場作用下進入質(zhì)量分析器。如用惰性氣體離子束（如銫或氬）來取 代中性原子束進行轟擊，所得質(zhì)譜稱為液相二次離子質(zhì)譜（LSIMS）。此法優(yōu)點在于離子化能力強， 可用于強極性、 揮發(fā)性低、 熱穩(wěn)定性差和相對 分子質(zhì)量大的樣品及EI和CI難于得到有意義的質(zhì)譜的樣品。FAB比EI容易得 到比較強的分

10、子離子或準分子離子；不同于 CI 的一個優(yōu)勢在于其所得質(zhì)譜有較 多的碎片離子峰信息， 有助于結(jié)構(gòu)解析。 缺點是對非極性樣品靈敏度下降， 而且 基質(zhì)在低質(zhì)量數(shù)區(qū)（400以下）產(chǎn)生較多干擾峰。FAB是一種表面分析技術(shù)，需 注意優(yōu)化表面狀況的樣品處理過程。樣品分子與堿金屬離子加合，如 M+Na 和 M+K，有助于形成離子。這種現(xiàn)象有助于生物分子的離子化。因此，使用氯化 鈉溶液對樣品表面進行處理有助于提高加合離子的產(chǎn)率。 在分析過程中加熱樣品 也有助于提高產(chǎn)率。在FAB離子化過程中，可同時生成正負離子，這兩種離子都可以用質(zhì)譜進行 分析。樣品分子如帶有強電子捕獲結(jié)構(gòu)， 特別是帶有鹵原子， 可以產(chǎn)生大量的

11、負 離子。負離子質(zhì)譜已成功用于農(nóng)藥殘留物的分析。4. 場電離（ fieldionization ， FI ）和場解吸（ fielddesorption ， FD） FI 離子源由距離很近的陽極和陰極組成，兩極間加上高電壓后，陽極附近產(chǎn)生高達10+710+8V/C m的強電場。接近陽極的氣態(tài)樣品分子產(chǎn)生電離形成正 分子離子，然后加速進入質(zhì)量分析器。對于液體樣品（固體樣品先溶于溶劑）可 用 FD 來實現(xiàn)離子化。將金屬絲浸入樣品液，待溶劑揮發(fā)后把金屬絲作為發(fā)射體 送入離子源， 通過弱電流提供樣品解吸附所需能量， 樣品分子即向高場強的發(fā)射 區(qū)擴散并實現(xiàn)離子化。FD適用于難氣化，熱穩(wěn)定性差的化合物。FI

12、和FD均易得 到分子離子峰。5. 大氣壓電離源（ API）API 是液相色譜 / 質(zhì)譜聯(lián)用儀最常用的離子化方式。常見的大氣壓電離源有 三種：大氣壓電噴霧（APES）,大氣壓化學電離（APCI）和大氣壓光電離（APPI）。 電噴霧離子化是從去除溶劑后的帶電液滴形成離子的過程， 適用于容易在溶液中 形成離子的樣品或極性化合物。 因具有多電荷能力， 所以其分析的分子量范圍很 大，既可用于小分子分析，又可用于多肽、蛋白質(zhì)和寡聚核苷酸分析。 APCI 是 在大氣壓下利用電暈放電來使氣相樣品和流動相電離的一種離子化技術(shù)， 要求樣 品有一定的揮發(fā)性， 適用于非極性或低、 中等極性的化合物。 由于極少形成多電 荷離子，分析的分子量范圍受到質(zhì)量分析器質(zhì)量范圍的限制。 APPI 是用紫外燈 取代APCI的電暈放電，利用光化作用將氣相中的樣品電離的離子化技術(shù)，適用 于非極性化合物。由于大氣壓電離源是獨立于高真空狀態(tài)的質(zhì)量分析器之外的， 故不同大氣壓電離源之間的切換非常方便。6. 基質(zhì)輔助激光解吸離子化（ MALD）I將溶于適當基質(zhì)中的樣品涂布于金屬靶上， 用高強度的紫外或紅外脈沖激光 照射可實現(xiàn)樣品的離子化。此方式主要用于可達 lOOOOODa質(zhì)量的大分子分析， 僅限于作為飛行時間分析器的離子源使用