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質(zhì)譜儀簡介質(zhì)譜儀是如何工作的

時間：2020-08-04 來源：儀多多儀器網(wǎng) 作者：儀多多商城

質(zhì)譜儀又稱質(zhì)譜計。分離和檢測不同同位素的儀器。即根據(jù)帶電粒子在電磁場中能夠偏轉(zhuǎn)的原理，按物質(zhì)原子、分子或分子碎片的質(zhì)量差異進(jìn)行分離和檢測物質(zhì)組成的一類儀器. 質(zhì)譜儀以離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測器為核心。離子源是使試樣分子在高真空條件下離子化的裝置。電離后的分子因接受了過多的能量會進(jìn)一步碎裂成較小質(zhì)量的多種碎片離子和中性粒子。它們在加速電場作用下獲取具有相同能量的平均動能而進(jìn)入質(zhì)量分析器。質(zhì)量分析器是將同時進(jìn)入其中的不同質(zhì)量的離子，按質(zhì)荷比m/z大小分離的裝置。分離后的離子依次進(jìn)入離子檢測器，采集放大離子信號，經(jīng)計算機(jī)處理，繪制成質(zhì)譜圖。離子源、質(zhì)量分析器和離子檢測器都各有多種類型。質(zhì)譜儀按應(yīng)用范圍分為同位素質(zhì)譜儀、無機(jī)質(zhì)譜儀和有機(jī)質(zhì)譜儀；按分辨本領(lǐng)分為高分辨、中分辨和低分辨質(zhì)譜儀；按工作原理分為靜態(tài)儀器和動態(tài)儀器.

　　1913年J.J.Thomson制成臺質(zhì)譜儀，用其發(fā)現(xiàn)了20Ne,22Ne同位素。1919年臺質(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，次證明原子質(zhì)量虧損。他為此榮獲1922年諾貝爾化學(xué)獎。

　　早期的質(zhì)譜儀主要是用來進(jìn)行同位素測定和無機(jī)元素分析，二十世紀(jì)四十年代以后開始用于有機(jī)物分析，六十年代出現(xiàn)了氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，使質(zhì)譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域大大擴(kuò)展，開始成為有機(jī)物分析的重要儀器。計算機(jī)的應(yīng)用又使質(zhì)譜分析法發(fā)生了奔騰變化，使其技術(shù)更加成熟，使用更加方便。

　　八十年代以后又出現(xiàn)了一些新的質(zhì)譜技術(shù)，如快原子轟擊電離子源，基質(zhì)輔助激光解吸電離源，電噴霧電離源，大氣壓化學(xué)電離源，以及隨之而來的比較成熟的液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜儀，富立葉變換質(zhì)譜儀等。這些新的電離技術(shù)和新的質(zhì)譜儀使質(zhì)譜分析又取得了長足進(jìn)展。目前質(zhì)譜分析法已廣泛地應(yīng)用于化學(xué)、化工、材料、環(huán)境、地質(zhì)、能源、藥物、刑偵、生命科學(xué)、運動醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域。

　　四極桿質(zhì)譜儀，QMS

　　QMS是常見的質(zhì)譜儀器，定量能力突出，在GC-MS中QMS占絕大多數(shù)。

　　優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單、成本低；維護(hù)簡單；SIM功能的定量能力強(qiáng)；是多數(shù)檢測標(biāo)準(zhǔn)中采用的儀器設(shè)備。

　　缺點：無串極能力，定性能力不足；分辨力較低(單位分辨)，存在同位素和其他m/z近似的離子干擾；速度慢；質(zhì)量上限低(小于1200u)。

　　飛行時間質(zhì)譜儀，TOFMS

　　TOFMS是速度快的質(zhì)譜儀，適合于LC-MS方面的應(yīng)用。

　　優(yōu)點：分辨能力好，有助于定性和m/z近似離子的區(qū)別，能夠很好的檢測ESI電噴霧離子源產(chǎn)生多電荷離子；速度快，每秒2～100張高分辨全掃描(如50～2000u)譜圖，適合于快速LC系統(tǒng)(如UPLC)；質(zhì)量上限高(6000～10000u)。

　　缺點：無串極功能，限制了進(jìn)一步的定性能力；售價高于QMS；較精密，需要認(rèn)真維護(hù)。

　　三重四極桿質(zhì)譜儀，QqQ

　　QqQ質(zhì)譜給四極桿質(zhì)譜儀在保留QMS原有定量能力強(qiáng)的特點上，提供了串級功能，加強(qiáng)了質(zhì)譜的定性能力，檢測標(biāo)準(zhǔn)中常作為QMS的確認(rèn)檢測手段。

　　優(yōu)點：有串極功能，定性能力強(qiáng)；定量能力非常好，MRM信噪比高于QMS的SIM；是常用的QMS結(jié)果確認(rèn)儀器；除一般子離子掃描功能外，QQQ還具有SRM、MRM、母離子掃描、中性丟失(Neutral loss)等功能(離子阱不行)對特征基團(tuán)的結(jié)構(gòu)研究有很大幫助。

　　缺點：分辨力不足，容易受m/z近似的離子干擾；售價較高；需要認(rèn)真維護(hù)。

　　四極離子阱，QTrap

　　技術(shù)上而言，在傳統(tǒng)QQQ的四極桿中加入了輔助射頻，可以做選擇性激發(fā)。就功能而言，為QQQ提供了多級串級的功能

　　優(yōu)點：同時具備MRM、SRM、中性丟失和多級串級功能，非常適合于未知樣品的結(jié)構(gòu)解析。

　　缺點：分辨力還是低了點。

　　線性離子阱，Linear Ion Trap

　　傳統(tǒng)3D離子阱的增強(qiáng)版本

　　優(yōu)點：相對于傳統(tǒng)3D離子阱，靈敏度高10倍以上；多級串級質(zhì)譜。

　　缺點：相對于QqQ，還是不能做MRM、中性丟失等特征基團(tuán)篩選功能。

　　線型離子阱和三維離子阱的比較

　　這個比較可能是很少有的一邊倒的場面——線型離子阱的靈敏度、分辨力、速度、通量等指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)的3D離子阱。

　　自從2003年Finnigan公司推出了LTQ線型離子阱之后，一時間眾多廠家的3D離子阱銷量下降很多。3D離子阱的市場被線型離子阱蠶食的非常嚴(yán)重，特別是在中國質(zhì)譜市場，由于用戶愛追新潮、求大求好，線型離子阱在中國賣的很好。以至于在很多時候Bruker和Agilent的離子阱廣告都看不見了。但是實際上線型離子阱在國外并不是非常流行，特別是一些離子阱的老用戶，由于已經(jīng)習(xí)慣了離子阱的指標(biāo)，對于價錢高很多的線型離子阱往往只叫好不出手，寧可買只要3/5價錢的LCQ這種老式3D離子阱。

　　四極桿飛行時間串聯(lián)質(zhì)譜，QTOF

　　QTOF以QMS作為質(zhì)量過濾器，以TOFMS作為質(zhì)量分析器。

　　優(yōu)點：能夠提供高分辨譜圖；定性能力好于QqQ；速度快，適合于生命科學(xué)的大分子量復(fù)雜樣品分析。

　　缺點：成本高；需要仔細(xì)維護(hù)。

　　離子阱-飛行時間質(zhì)譜，Trap TOF

　　以3D離子阱作為質(zhì)量選擇器和反應(yīng)器，結(jié)合了離子阱的多級質(zhì)譜能力和飛行時間質(zhì)譜的高分辨能力

　　優(yōu)點：同時具有多級串級和高分辨能力，適合于未知樣品的定性工作，如糖蛋白的定性。

　　缺點：由于離子阱容量限制，對于混合樣品的靈敏度欠佳；定量能力弱。

　　磁質(zhì)譜，Sector MS

　　磁質(zhì)譜的定量能力是各種質(zhì)譜中強(qiáng)的?，F(xiàn)在已較少使用，僅用于地質(zhì)元素和痕量二惡英的檢測。

　　優(yōu)點：技術(shù)經(jīng)典、成熟，NIST等MS庫采用的儀器；分辨力非常好(100k，m/&Delta m FWHM)，干擾少；靈敏度高，定量能力是各種質(zhì)譜中好的。

　　缺點：體積、重量大；售價很高；速度慢；維護(hù)復(fù)雜，很費電。

　　傅立葉變換質(zhì)譜儀，F(xiàn)T-ICR-MS

　　質(zhì)譜中的貴族，質(zhì)量精度超級好，幾個月都不需要校正，但是價格也是貴的讓人心寒啊。傅立葉變換質(zhì)譜儀的分辨能力高，常作為科學(xué)研究的裝備。

　　優(yōu)點：能夠做多級串級，定性能力極好；分辨力極高；靈敏度很好。

　　缺點：體積重量大；售價極高；速度也較慢；維護(hù)費用非常昂貴。

　　靜電場傅立葉變換質(zhì)譜，Orbitrap

　　優(yōu)點：高分辨，60k～120kFWHM，質(zhì)量精度高；相對FT-ICR而言，價格稍低(～450kUSD)。

　　缺點：不能單獨做串級；分辨力、靈敏度、質(zhì)量穩(wěn)定性等離FT-ICR還有距離。

　　Orbitrap和FT-ICR-MS的技術(shù)比較：Orbitrap與原有的“超導(dǎo)磁鐵傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜”(SCFT-ICR-MS，常說的FTMS)有類似的地方也有許多不同。Orbitrap相當(dāng)于一臺輕量級FTMS，它的維護(hù)簡單，相當(dāng)于TOF；指標(biāo)方面略遜于FTMS，但是比一般質(zhì)譜要好。Orbitrap的分辨力比FTMS低。兩種質(zhì)譜的采樣速度相當(dāng)，但比TOF和四極桿、離子阱慢的多。Orbitrap和FTMS都可以通過減少采樣時間來提高速度，但這是以犧牲分辨力為代價的。

典型的質(zhì)譜儀，一般由樣品導(dǎo)入系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器和檢測器組成，此外，還含有真空系統(tǒng)和控制及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等輔助設(shè)備。

質(zhì)譜儀的分類，怕你不知道，還是再總結(jié)下吧。

1 . 有機(jī)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）

在這類儀器中，由于質(zhì)譜儀質(zhì)譜儀工作原理不同，又有氣相色譜-四極質(zhì)譜儀、氣相色譜-飛行時間質(zhì)譜儀、氣相色譜-離子阱質(zhì)譜儀等。

（2）液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS）

同樣，有液相色譜-四器極質(zhì)譜儀、液相色譜-離子阱質(zhì)譜儀、液相色譜-飛行時間質(zhì)譜儀，以及各種各樣的液相色譜-質(zhì)譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀。

（3）其他有機(jī)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(jī)質(zhì)譜儀：

包括：火花源雙聚焦質(zhì)譜儀（SSMS）、感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）、二次離子質(zhì)譜儀（SIMS）等。