学习色谱之质谱

王中泰

学习色谱之质谱

“ 虽说质谱检测器，同紫外检测器一样，也是一种用于色谱分析的检测器，但，质谱可以通过对样品的离子的质荷比的分析来实现对化合物的定性，是新物质发现不可或缺的检测手段。”


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LC-MS，即液相色谱质谱联用，样品通过液相色谱分离后，进入质谱进行检测分析，GC-MS亦是如此。
质谱分析主要是通过对样品的离子的质荷比的分析来实现对样品进行定性和定量的一种方法。因此，质谱仪都必须有电离装置，把样品电离为离子，由质量分析装置把不同质荷比的离子分开，经检测器检测之后可以得到样品的质谱图，由于有机样品、无机样品和同位素样品等具有不同形态、性质和不同的分析要求，所以，所用的电离装置、质量分析装置和检测装置有所不同。但是，不管是哪种类型的质谱仪，其基本组成是相同的，都包括离子源、质量分析器、检测器和真空系统。


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1、真空系统(Vacuum System)
为了保证离子在离子源和分析器正常运行，消减不必要的离子碰撞，散射效应，复合反应和离子-分子反应，减小本底与记忆效应，质谱仪的离子源和分析器都必须处在优于10-5  mbar的真空中才能工作。一般真空系统由机械真空泵和分子涡轮泵组成。机械真空泵能达到的极限真空度为10-3 mbar，不能满足要求,必须依靠高真空泵——分子涡轮泵直接与离子源或分析器相连，抽出的气体再由机械真空泵排到体系之外。

2、离子源（Ion Source）
离子源的作用是将欲分析样品电离，得到带有样品信息的离子。质谱仪的离子源种类很多，现将主要的离子源介绍如下。

电喷雾源(ESI)
它的主要部件是一个多层套管组成的电喷雾针。最内层是液相色谱流出路，外层是喷射气，喷射气常采用大流量的氮气，其作用是使喷出的液体容易分散成微小液滴。另外，在喷针的斜前方还有一个补助气喷口，喷出高温氮气，补助气的作用是使微滴的溶剂快速蒸发。在微滴蒸发过程中表面电荷密度逐渐增大，当增大到某个临界值时，就会发生库伦爆炸，离子就可以从表面蒸发出来。离子产生后，借助于电喷针与锥孔之间的电压差，穿过取样孔进入分析器。ESI源主要适合分析极性、难挥发或热不稳定化合物。


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大气压化学电离源(APCI)
它的结构与电喷雾离子源大致相同，不同之处在于APCI喷针的下游放置一个针状放电电极，通过放电电极的高压放电，使空气中某些中性分子电离，产生H3O+，N2+，O2+ 和O+等离子，溶剂分子也会被电离，这些离子与分析物分子进行离子-分子反应，使分析物分子离子化，这些反应过程包括由质子转移和电荷交换产生正离子，质子脱离和电子捕获产生负离子等。APCI源主要适合小极性的挥发性化合物。



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3、质量分析器(Mass Analyzer)
质量分析器的作用是将离子源产生的离子按m/z顺序分开并排列成谱。用于质谱分析的质量分析器有磁式聚焦分析器，四极杆分析器，离子阱分析器，飞行时间分析器，回旋共振分析器等。

下图是四级杆质量分析器，由一组平行放置的四根金属棒构成，用陶瓷绝缘，交错地联结成两对，加以方向相反的直流(DC)和射频(RF)电压，加速离子进入分析器，并按质荷比和RF/DC值开始以一种复杂的形式振荡，稳定振荡的离子通过打拿极射到倍增器上被放大记录，不稳定振荡的离子打到四级杆上被中和，从而达到质量分离的目的。




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4、检测器（Detector）
质谱仪的检测主要使用电子倍增器，也有的使用光电倍增管。下图是电子倍增器示意图。由四极杆出来的离子打到高能打拿极产生电子，电子经电子倍增器产生电信号，记录不同离子的信号即得质谱。信号增益与倍增器电压有关，提高倍增器电压可以提高灵敏度，但同时会降低倍增器的寿命，因此，应该在保证仪器灵敏度的情况下采用尽量低的倍增器电压。由倍增器出来的电信号被送入计算机储存，这些信号经计算机处理后可以得到色谱图，质谱图及其它各种信息。



下面这个案例是一个大分子多肽的LC-MS检测结果。





上图为总粒子流图（TIC），其中9.74min为多肽目标峰，下图为9.74min目标峰的分子离子峰谱图，由于这是一个大分子多肽（司美格鲁肽），分子量为4113，可带多电荷，带n个电荷就+n，再除以n，可以检测到其分别带3个（1372）、4个（1029）、5个（823）电荷的分子离子峰，通过质谱检测结果可以确定9.74min峰为司美格鲁肽目标峰。