質(zhì)譜分析法簡介

質(zhì)譜分析法簡介質(zhì)譜法是將被測物質(zhì)離子化，按離子的質(zhì)荷比分別，測量各種離子譜峰的強(qiáng)度而實(shí)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(jìn)展定性分析(包括分子質(zhì)量和相關(guān)構(gòu)造信息);譜峰強(qiáng)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)譜儀一般由四局部組成：進(jìn)樣系統(tǒng)——按電離方式的需要，將樣品送入離子源的適當(dāng)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肯定能量和幾何外形的離子束;質(zhì)量分析器——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同質(zhì)荷比的離子按空間位置，時(shí)間先后或運(yùn)動(dòng)軌道穩(wěn)定與否等形式進(jìn)展分別;檢測器——用來承受、檢測和記錄被分別后的離子信號。一般狀況下，進(jìn)樣系統(tǒng)將待測物在不破壞系統(tǒng)真空的狀況下導(dǎo)入離子源(10-6～10-8mmHg)，離子化后由質(zhì)量分析器分別再檢測;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對儀器進(jìn)展掌握、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(jìn)展比較。一、進(jìn)樣系統(tǒng)和接口技術(shù)將樣品導(dǎo)入質(zhì)譜儀可分為直接進(jìn)樣和通過接口兩種方式實(shí)現(xiàn)。直接進(jìn)樣在室溫順常壓下，氣態(tài)或液態(tài)樣品可通過一個(gè)可調(diào)噴口裝置以中性流的形式導(dǎo)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(jìn)展富集，利用吸附柱捕集，再承受程序升溫的方式使之解吸，經(jīng)毛細(xì)管導(dǎo)入質(zhì)譜儀。對于固體樣品，常用進(jìn)樣桿直接導(dǎo)入。將樣品置于進(jìn)樣桿頂部的小坩堝中，通過在離子源四周的真空環(huán)境中加熱的方式導(dǎo)入樣品，或者可通過在離子化室中將樣品從一可快速加熱的金屬絲上解吸或者使用激光關(guān)心解吸的方式進(jìn)展。這種方法可與電子轟擊電離、化學(xué)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(jìn)樣系統(tǒng)進(jìn)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(dǎo)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(dǎo)解吸(快原子轟擊)等。電噴霧接口帶有樣品的色譜流淌相通過一個(gè)帶有數(shù)千伏高壓的針尖噴口噴出，生成帶電液滴，經(jīng)枯燥氣除去溶劑后，帶電離子通過毛細(xì)管或者小孔直接進(jìn)入質(zhì)量分析器。傳統(tǒng)的電噴霧接口只適用于流淌相流速為 1～5μl/min的體系，因此電噴霧接口主要適用于微柱液相色譜。同時(shí)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(dá)幾十萬道爾頓(Da)的物質(zhì)。熱噴霧接口存在于揮發(fā)性緩沖液流淌相(如乙酸銨溶液)中的待測物，由細(xì)徑管導(dǎo)入離子源，同時(shí)加熱，溶劑在細(xì)徑管中除去，待測物進(jìn)入氣相。其中性分子可以通過與氣相中的緩沖液離子(如NH4+)反響，以化學(xué)電離的方式離子化，再被導(dǎo)入質(zhì)量分析器。熱噴霧接口適用的液體流量可達(dá)2ml/min，并適合于含有大量水的流淌相，可用于測定各種極性化合物。由于在溶劑揮發(fā)時(shí)需要利用較高溫度加熱，因此待測物有可能受熱分解。離子噴霧接口在電噴霧接口根底上，利用氣體關(guān)心進(jìn)展噴霧，可提高流淌相流速到達(dá)1ml/min。電噴霧和離子噴霧技術(shù)中使用的流淌相體系含有的緩沖液必需是揮發(fā)性的。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(dǎo)入離子源，使用電子轟擊或者化學(xué)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(xué)電離質(zhì)譜圖，其中前者含有豐富的樣品分子構(gòu)造信息。但粒子束接口對樣品的極性，熱穩(wěn)定性和分子質(zhì)量有肯定限制，最適用于分子量在1000Da以下的有機(jī)小分子測定。解吸附技術(shù)將微柱液相色譜與粒子誘導(dǎo)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1～10μl/min之間，流淌相須參加微量難揮發(fā)液體(如甘油)?；旌弦后w通過一根毛細(xì)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打算了離子化效率，很大程度上打算了質(zhì)譜儀的靈敏度。常見的離子化方式有兩種：一種是樣品在離子源中以氣體的形式被離子化，另一種為從固體外表或溶液中濺射出帶電離子。在很多狀況下進(jìn)樣和離子化同時(shí)進(jìn)展。電子轟擊電離(EI)氣化后的樣品分子進(jìn)入離子化室后，受到由鎢或錸燈絲放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 10-4～10-6mmHg。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)譜能供給有機(jī)化合物最豐富的構(gòu)造信息，有較好的重現(xiàn)性，其裂解規(guī)律的爭論也最為完善，已經(jīng)建立了數(shù)萬種有機(jī)化合物的標(biāo)準(zhǔn)譜圖庫可供檢索。其缺點(diǎn)在于不適用于難揮發(fā)和熱穩(wěn)定性差的樣品?；瘜W(xué)電離(CI)引入肯定壓力的反響氣進(jìn)入離子化室，反響氣在具有肯定能量的電子流的作用下電離或者裂解。生成的離子和反響氣分子進(jìn)一步反響或與樣品分子發(fā)生離子 分子反響，通過質(zhì)子交換使樣品分子電離。常用的反響氣有甲烷，異丁烷和氨氣?；瘜W(xué)電離通常得到準(zhǔn)分子離子，假設(shè)樣品分子的質(zhì)子親和勢大于反響氣的質(zhì)子親和勢，則生成[M+H]+，反之則生成[M-H]+。依據(jù)反響氣壓力不同，化學(xué)電離源分為大氣壓、中氣壓(0.1～10mmHg)和低氣壓(10-6mmHg)三種。大氣壓化學(xué)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(xué)電離源要高2～3個(gè)數(shù)量級，低氣壓化學(xué)電離源可以在較低的溫度下分析難揮發(fā)的樣品，并能使用難揮發(fā)的反響試劑，但是只能用于傅里葉變換質(zhì)譜儀。快原子轟擊(FAB)將樣品分散于基質(zhì)(常用甘油等高沸點(diǎn)溶劑)制成溶液，涂布于金屬靶上送入FAB離子源中。將經(jīng)強(qiáng)電場加速后的惰性氣體中性原子束(如氙)對準(zhǔn)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(jìn)入氣相，并在電場作用下進(jìn)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(jìn)展轟擊，所得質(zhì)譜稱為液相二次離子質(zhì)譜(LSIMS)。此法優(yōu)點(diǎn)在于離子化力量強(qiáng)，可用于強(qiáng)極性、揮發(fā)性低、熱穩(wěn)定EI和CI難于得到有意義的質(zhì)譜的樣品。FAB比EI簡潔得到比較強(qiáng)的分子離子或準(zhǔn)分子離子;不同于CI的一個(gè)優(yōu)勢在于其所得質(zhì)譜有較多的碎片離子峰信息，有助于構(gòu)造解析。隨著毛細(xì)管氣相色譜的應(yīng)用和高速真空泵的使用，現(xiàn)在氣相色譜流出物已可直接導(dǎo)入質(zhì)譜。液相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用(HPLC/MS)液相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用的接口前已論及，主要用于分析GC/MS不能分析，或熱穩(wěn)定性差，強(qiáng)極性和高分子量的物質(zhì)，如生物樣品(藥物與其代謝產(chǎn)物)和生物大分子(肽、蛋白、核酸和多糖)。毛細(xì)管電泳/質(zhì)譜聯(lián)用(CE/MS)和芯片/質(zhì)譜聯(lián)用(Chip/MS)毛細(xì)管電泳(CE)適用于分別分析極微量樣品(nl體積)和特定用途(如手性對映體分別等)。CE流出物可直接導(dǎo)入質(zhì)譜，或參加關(guān)心流淌相以到達(dá)和質(zhì)譜儀相匹配。微流控芯片技術(shù)是近年來進(jìn)展快速，可實(shí)現(xiàn)分別、過濾、衍生等多種試驗(yàn)室技術(shù)于一塊芯片上的微型化技術(shù)，具有高通量、微型化等優(yōu)點(diǎn)，目前也已實(shí)現(xiàn)芯片和質(zhì)譜聯(lián)用，但尚未商品化。超臨界流體色譜/質(zhì)譜聯(lián)用(SFC/MS)常用超臨界流體二氧化碳作流淌相的SFC適用于小極性和中等極性物質(zhì)的分別分析，通過色譜柱和離子源之間的分別器可實(shí)現(xiàn)SFC和MS等離子體放射光譜/質(zhì)譜聯(lián)用(ICP/MS)由ICP作為離子源和MS實(shí)現(xiàn)聯(lián)用，主要用于元素分析和元素形態(tài)分析。五、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用檢測器通常為光電倍增器或電子倍增器，所采集的信號經(jīng)放大并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，計(jì)算機(jī)進(jìn)展處理后得到質(zhì)譜圖。質(zhì)譜離子的多少用豐度表示(abundance)表示，即具有某質(zhì)荷比離子的數(shù)量。由于某個(gè)具體離子的“數(shù)量”無法測定，故一般用相對豐度表示其強(qiáng)度，即最強(qiáng)的峰叫基峰(basepeak)，其他離子的豐度用相對于基峰的百分?jǐn)?shù)表示。在質(zhì)譜儀測定的質(zhì)量范圍內(nèi)，由離子的質(zhì)荷比和其相對豐度構(gòu)成質(zhì)譜圖。在LC/MS和GC/MS中，常用各分析物質(zhì)的色譜保存時(shí)間和由質(zhì)譜得到其離子的相對強(qiáng)度組成色譜總離子流圖。也可確定某固定的質(zhì)荷比，對整個(gè)色譜流出物進(jìn)展選擇離子檢測(selectedionmonitoring，SIM)，得到選擇離子流圖。質(zhì)譜儀分別離子的力量稱為區(qū)分率，通常定義為高度一樣的相鄰兩峰，當(dāng)兩峰的峰谷高度為峰高的10%時(shí)，兩峰質(zhì)量的平均值與它們的質(zhì)量差的比值。對于低、中、高區(qū)分率的質(zhì)譜，分別是指其區(qū)分率在100～2000、2000～10000和10000質(zhì)譜在藥物領(lǐng)域的主要應(yīng)用為藥物的定性鑒別、定量分析和構(gòu)造解析。假設(shè)一個(gè)中性分子喪失或得到一個(gè)電子，則分子離子的質(zhì)荷比與該分子質(zhì)量數(shù)一樣。使用高區(qū)分率質(zhì)譜可得到離子的準(zhǔn)確質(zhì)量數(shù)，然后計(jì)算出該化合物的分子式，或者用參照物作峰匹配可以確證分子量和分子式。分子離子的各種化學(xué)鍵發(fā)生斷裂后形成碎片離子，由此可推斷其裂解方式，得到相應(yīng)的構(gòu)造信息。質(zhì)譜用于定量分析，其選擇性、精度和準(zhǔn)確度較高?；衔锿ㄟ^直接進(jìn)樣或利用氣相色譜和液相色譜分別純化后再導(dǎo)入質(zhì)譜。質(zhì)譜定量分析用外標(biāo)法或內(nèi)標(biāo)法，后者精度高于前者。定量分析中的內(nèi)標(biāo)可選用類似構(gòu)造物質(zhì)或同位素物質(zhì)。前者本錢低，但精度和準(zhǔn)確度以使用同位素物質(zhì)為高。使用同位素物質(zhì)為內(nèi)標(biāo)時(shí)，要求在進(jìn)樣、分別和離子化過程中不會喪失同位素物質(zhì)。在使用FAB質(zhì)譜和LC/MS(熱噴霧和電噴霧)進(jìn)展定量分析時(shí)，一般都需要用穩(wěn)定的同位素內(nèi)標(biāo)。分析物和內(nèi)標(biāo)離子的相對豐度承受選擇離子監(jiān)測(只監(jiān)測分析物和內(nèi)標(biāo)的特定離子)的方式測定。選擇離子監(jiān)測相對全范圍掃描而言，由于離子流積分時(shí)間長而增加了選擇性和靈敏度。利用分析物和內(nèi)標(biāo)的色譜峰面積或峰高比得出校正曲線，然后計(jì)算樣品中分析物的色譜峰面積或它的量。解析未知樣的質(zhì)譜圖，大致按以下程序進(jìn)展。(一)解析分子離子區(qū)標(biāo)出各峰的質(zhì)荷比數(shù)，尤其留意高質(zhì)荷比區(qū)的峰。識別分子離子峰。首先在高質(zhì)荷比區(qū)假定分子離子峰，推斷該假定分子離子峰與相鄰碎片離子峰關(guān)系是否合理，然后推斷其是否符合氮律。假設(shè)二者均相符，可認(rèn)為是分子離子峰。分析同位素峰簇的相對強(qiáng)度比及峰與峰間的Dm值，推斷化合C1、Br、S、Si等元素及F、P、I推導(dǎo)分子式，計(jì)算不飽和度。由高區(qū)分質(zhì)譜儀測得的準(zhǔn)確分子量或由同位素峰簇的相對強(qiáng)度計(jì)算分子式。假設(shè)二者均難以實(shí)現(xiàn)時(shí)，則由分子離子峰喪失的碎片及主要碎片離子推導(dǎo)，或與其它方法協(xié)作。由分子離子峰的相對強(qiáng)度了解分子構(gòu)造的信息。分子離子峰的相對強(qiáng)度由分子的構(gòu)造所打算，構(gòu)造穩(wěn)定性大，相對強(qiáng)度就大。對于分子量約200的化合物，假設(shè)分子離子峰為基峰或強(qiáng)蜂，譜圖中碎片離子較少、說明該化合物是高穩(wěn)定性分子，可能為芳烴或稠環(huán)化合物。例如：萘分子離子峰m/z128為基峰，蒽醌分子離子峰m/z208也是基峰。分子離子峰弱或不消滅，化合物可能為多支鏈烴類、醇類、酸類等。(二)、解析碎片離子由特征離子峰及喪失的中性碎片了解可能的構(gòu)造信息。假設(shè)質(zhì)譜圖中消滅系列CnH2n+1峰，則化合物可能含長鏈烷基。假設(shè)消滅或局部消滅m/z77，66，65，51，