淺談質(zhì)譜技術(shù)及其應(yīng)用

淺談質(zhì)譜技術(shù)及其應(yīng)用摘要：質(zhì)譜分析靈敏度高，分析速度快，被廣泛應(yīng)用于化學(xué)，化工，環(huán)境，能源，醫(yī)藥，運動醫(yī)學(xué)，刑事科學(xué)技術(shù)，生命科學(xué)，材料科學(xué)等各個領(lǐng)域。本文對質(zhì)譜儀原理進行了介紹，并敘述了質(zhì)譜儀的發(fā)展過程，對質(zhì)譜儀技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用進行了綜述，并對其發(fā)展提出了展望。關(guān)鍵詞：質(zhì)譜儀應(yīng)用發(fā)展1質(zhì)譜技術(shù)質(zhì)譜（又叫質(zhì)譜法）是一種與光譜并列的譜學(xué)方法，通常意義上是指廣泛應(yīng)用于各個學(xué)科領(lǐng)域中通過制備、分離、檢測氣相離子來鑒定化合物的一種專門技術(shù)。質(zhì)譜法在一次分析中可提供豐富的結(jié)構(gòu)信息，將分離技術(shù)與質(zhì)譜法相結(jié)合是分離科學(xué)方法中的一項突破性進展。在眾多的分析測試方法中，質(zhì)譜學(xué)方法被認為是一種同時具備高特異性和高靈敏度且得到了廣泛應(yīng)用的普適性方法。1.1質(zhì)譜原理質(zhì)譜分析是一種測量離子質(zhì)荷比（質(zhì)量-電荷比）的分析方法，其基本原理是使試樣中各組分在離子源中發(fā)生電離，生成不同荷質(zhì)比的帶電荷的離子，經(jīng)加速電場的作用，形成離子束，進入質(zhì)量分析器。在質(zhì)量分析器中，再利用電場和磁場使發(fā)生相反的速度色散，將它們分別聚焦而得到質(zhì)譜圖，從而確定其質(zhì)量。1.2質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展1910年，英國劍橋卡文迪許實驗室的湯姆遜研制出第一臺現(xiàn)代意義上的質(zhì)譜儀器。這臺質(zhì)譜儀的誕生，標志著科學(xué)研究的一個新領(lǐng)域一質(zhì)譜學(xué)的開創(chuàng)。第一臺質(zhì)譜儀是英國科學(xué)家弗朗西斯·阿斯頓于1919年制成的。阿斯頓用這臺裝置發(fā)現(xiàn)了多種元素同位素，研究了53個非放射性元素，發(fā)現(xiàn)了天然存在的287種核素中的212種，第一次證明原子質(zhì)量虧損。他為此榮獲1922年諾貝爾化學(xué)獎。1934年誕生的雙聚焦質(zhì)譜儀是質(zhì)譜學(xué)發(fā)展的又一個里程碑。在此期間創(chuàng)立的離子光學(xué)理論為儀器的研制提供了理論依據(jù)。雙聚焦儀器大大提高了儀器的分辨率，為精確原子量測定奠定了基礎(chǔ)。1.3質(zhì)譜技術(shù)的分類質(zhì)譜儀器一般由樣品導(dǎo)入系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器、檢測器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分組成。質(zhì)譜儀種類非常多，工作原理和應(yīng)用范圍也有很大的不同。從應(yīng)用角度，質(zhì)譜儀可以分為下面幾類：1）有機質(zhì)譜儀：由于應(yīng)用特點不同又分為：①氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）②液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS）③其他有機質(zhì)譜儀，主要有：基質(zhì)輔助激光解吸飛行時間質(zhì)譜儀（MALDI-TOFMS），傅里葉變換質(zhì)譜儀（FT-MS）2）無機質(zhì)譜儀，包括：①火花源雙聚焦質(zhì)譜儀。②感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）。③二次離子質(zhì)譜儀（SIMS）除上述分類外，還可以從質(zhì)譜儀所用的質(zhì)量分析器的不同，把質(zhì)譜儀分為雙聚焦質(zhì)譜儀，四極桿質(zhì)譜儀，飛行時間質(zhì)譜儀，離子阱質(zhì)譜儀，傅立葉變換質(zhì)譜儀等。2質(zhì)譜技術(shù)應(yīng)用由于質(zhì)譜分析具有靈敏度高，樣品用量少，分析速度快，分離和鑒定同時進行等優(yōu)點，因此，質(zhì)譜技術(shù)廣泛的應(yīng)用于化學(xué)，化工，環(huán)境，能源，醫(yī)藥，運動醫(yī)學(xué)，刑事科學(xué)技術(shù)，生命科學(xué)，材料科學(xué)等各個領(lǐng)域。2.1中藥代謝及其藥代動力學(xué)：1980年以來中藥代謝及其藥代動力學(xué)研究的深度和廣度有了較大幅度的提高，近年來由于液相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的迅猛發(fā)展，使得目前質(zhì)譜尤其是串聯(lián)質(zhì)譜已成為中藥代謝物研究和檢測的重要工具。藥物代謝研究是藥物開發(fā)過程中非常重要的一步，通常的做法是首先收集樣品，用溶劑提取或柱色譜或高壓液相色譜制備得到純品，再進一步對原藥和代謝物進行紫外、紅外、質(zhì)譜、核磁共振在國家科技部、中國科學(xué)院和教育部的聯(lián)合支持下，由中國科學(xué)院地球環(huán)境研究所與西安交通大學(xué)聯(lián)合籌建的西安加速器質(zhì)譜中心的一臺3MV的多核素分析加速器質(zhì)譜儀(Xi，an-AMS)及其樣品制備系統(tǒng)以地學(xué)、考古和生物醫(yī)學(xué)研究為主，多學(xué)科共享，近期以10Be和14C分析為主，且為盡快開展26Al和129I分析作技術(shù)準備。正常運行情況下，每年分析2500樣品，現(xiàn)代樣品的14C測量精度優(yōu)于0.5%,可達0.2％—0.3％，10Be探測靈敏度可達10-15量級。2.12載人航天由于陣列質(zhì)譜儀在體積、質(zhì)量、功耗等方面具有其它質(zhì)譜儀無與倫比的優(yōu)點，尤其是體積小、質(zhì)量輕、功耗低正好滿足載人航天以及長期宇宙飛行有效載荷越低越好的要求，決定了其在航天領(lǐng)域的應(yīng)用地位，廣泛應(yīng)用于航天器艙內(nèi)空氣監(jiān)控和醫(yī)學(xué)氣體監(jiān)測、艙內(nèi)污染物監(jiān)測、航天員出艙活動、地面模擬試驗以及其它宇宙探索等。2.13刑事科技上面敘述了質(zhì)譜儀能分辨同一元素的同位素，更能識別不同元素和化合物，只要是分析物質(zhì)成分的場合都可應(yīng)用在公安上物證檢驗，分析物證的成分，當然也在其應(yīng)用范圍之內(nèi)但在公安物證檢驗技術(shù)上有其特殊要求所用的物證樣品是微量的，甚至是超微量的樣品是復(fù)雜的混合物。一般分析法難于完成分析速度快準確率要求高質(zhì)譜分析技術(shù)都能滿足這些要求，迅速地判斷所分析的物質(zhì)名稱此項技術(shù)對刑偵技術(shù)部門來說，有著重要意義。3質(zhì)譜技術(shù)展望進入21世紀，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展對分析測試技術(shù)提出了新的挑戰(zhàn)。與經(jīng)典的化學(xué)分析方法和傳統(tǒng)的儀器分析方法不同，現(xiàn)代分析科學(xué)中，原位、實時、在線、非破壞、高通量、高靈敏度、高選擇性、低耗損一直是分析工作者追求的目標。在眾多的分析測試方法中，質(zhì)譜學(xué)方法被認為是一種同時具備高特異性和高靈敏度且得到了廣泛應(yīng)用的方法。電噴霧解吸電離技術(shù)、電暈放電實時直接分析電離技術(shù)和電噴霧萃取電離技術(shù)的提出，滿足了時代的需要，滿足了科學(xué)技術(shù)發(fā)展的要求，為復(fù)雜樣品的快速質(zhì)譜分析打開了一個窗口。便攜式質(zhì)譜儀是新型質(zhì)譜儀的研究熱點之一，便攜式質(zhì)譜儀的研究主要集中在離子化技術(shù)、質(zhì)量分析技術(shù)方面，檢測器多采用Detech公司和SGE公司的商品化檢測器。為適應(yīng)離子化技術(shù)、質(zhì)量分析技術(shù)的快速發(fā)展，開發(fā)高性能離子檢測技術(shù)已迫在眉睫，而低噪音、高穩(wěn)定性、寬質(zhì)量范圍、較低的質(zhì)量岐視、長壽命、低成本將是離子檢測技術(shù)發(fā)展中所要追求的目標。質(zhì)譜和光譜、核磁共振等方法是并列關(guān)系，暫時很少有交叉領(lǐng)域。實際上，質(zhì)譜和這些經(jīng)典譜學(xué)方法之間的交叉，也是應(yīng)該值得重視的研究領(lǐng)域。生物質(zhì)譜可提供快速、易解的多組分的分析方法，且具有靈敏度高、選擇性強、準確性好等特點，其適用范圍遠遠超過放射性免疫檢測和化學(xué)檢測范圍，生物質(zhì)譜在檢驗醫(yī)學(xué)中主要可用于生物體內(nèi)的組分序列分析、結(jié)構(gòu)分析