質(zhi)譜(pu)分(fen)析(xi)本(ben)是(shi)一(yi)種(zhong)物(wu)理(li)方(fang)法(fa),其(qi)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)是(shi)使(shi)試(shi)樣(yang)中(zhong)各(ge)組(zu)分(fen)在(zai)離(li)子(zi)源(yuan)中(zhong)發(fa)生(sheng)電(dian)離(li),生(sheng)成(cheng)不(bu)同(tong)荷(he)質(zhi)比(bi)的(de)帶(dai)正(zheng)電(dian)荷(he)的(de)離(li)子(zi),經(jing)加(jia)速(su)電(dian)場(chang)的(de)作(zuo)用(yong),形(xing)成(cheng)離(li)子(zi)束(shu),進(jin)入(ru)質(zhi)量(liang)分(fen)析(xi)器(qi)。在(zai)質(zhi)量(liang)分(fen)析(xi)器(qi)中(zhong),再(zai)利(li)用(yong)電(dian)場(chang)和(he)磁(ci)場(chang)使(shi)發(fa)生(sheng)相(xiang)反(fan)的(de)速(su)度(du)色(se)散(san),將(jiang)它(ta)們(men)分(fen)別(bie)聚(ju)焦(jiao)而(er)得(de)到(dao)質(zhi)譜(pu)圖(tu),從(cong)而(er)確(que)定(ding)其(qi)質(zhi)量(liang)。第(di)一(yi)台(tai)質(zhi)譜(pu)儀(yi)是(shi)英(ying)國(guo)科(ke)學(xue)家(jia)阿(e)斯(si)頓(dun)(F.W.Aston,1877~1945)於1919年製成的。出手不凡,阿斯頓用這台裝置發現了多種元素同位素,研究了53個非放射性元素,發現了天然存在的287種核素中的212種,第一次證明原子質量虧損。他為此榮獲1922年諾貝爾化學獎。
質譜儀開始主要是作為一種研究儀器使用的,這樣用了20年nian後hou才cai被bei真zhen正zheng當dang作zuo一yi種zhong分fen析xi工gong具ju。它ta最zui初chu作zuo為wei高gao度du靈ling敏min的de儀yi器qi用yong於yu實shi驗yan中zhong,供gong設she計ji者zhe找zhao尋xun十shi分fen可ke靠kao的de結jie果guo。早zao期qi的de研yan究jiu者zhe們men忙mang著zhe測ce定ding精jing確que的de原yuan子zi量liang和he同tong位wei素su分fen布bu,不bu能neng積ji極ji地di去qu探tan索suo這zhe種zhong儀yi器qi的de新xin用yong途tu。
由於同位素示蹤物研究的出現,質譜儀對分析工作的用處就越發變得明顯了。氮在植物中發生代謝作用的生物化學研究要求用15N作(zuo)為(wei)一(yi)種(zhong)示(shi)蹤(zong)物(wu)。但(dan)它(ta)是(shi)一(yi)種(zhong)穩(wen)定(ding)的(de)同(tong)位(wei)素(su),不(bu)能(neng)通(tong)過(guo)密(mi)度(du)測(ce)量(liang)來(lai)精(jing)確(que)測(ce)定(ding),所(suo)以(yi)質(zhi)譜(pu)儀(yi)就(jiu)成(cheng)了(le)必(bi)要(yao)的(de)分(fen)析(xi)儀(yi)器(qi)。這(zhe)種(zhong)儀(yi)器(qi)在(zai)使(shi)用(yong)穩(wen)定(ding)的(de)13C示蹤物的研究中以及在基於穩定同位素鑒定的工作中也是很有用的。標準型的質譜儀到現在已經使用了大約45年。
40niandaiqijian,shiyougongyezaitinghunhewudefenxizhongkaishicaiyongzhipuyi。jinguanzhezhongzhiputuzaidingliangjieshishicunzaizhenanyikefudejisuanmafan,danzaiyoulegaosujisuanjihou,zhezhongyiqijiunengzaigongyefangmianhuodezhongdadechenggong。
(1)近20年nian來lai質zhi譜pu技ji術shu隨sui著zhe新xin穎ying電dian離li技ji術shu,質zhi量liang分fen析xi技ji術shu,與yu各ge種zhong分fen離li手shou段duan的de聯lian用yong技ji術shu以yi及ji二er維wei分fen析xi方fang法fa的de發fa展zhan,質zhi譜pu已yi發fa展zhan成cheng為wei最zui廣guang泛fan應ying用yong的de分fen析xi手shou段duan之zhi一yi。其qi最zui突tu出chu的de技ji術shu進jin步bu有you以yi下xia幾ji個ge方fang麵mian:
新的解吸電離技術不斷湧現,日趨成熟,可測分子量範圍越來越高,並逐步適用於難揮發、熱敏感物質的分析,例如海洋天然產物、微生物代謝產物,動植物二次代謝產物以及生物大分子的結構研究。最有發展前景的電離方法有:
①等離子解吸采用252Cfdeliejiesuipianzuoweiliziyuan,shiduotaihedanbaizhidengshengwudafenzibubiyanshenghuaerzhijiedianlijinxingzhiliangfenxi。tayufeixingshijianzhipuxiangpeihe,yichenggongdiyongyuxuduohechengduotaidezhipufenxi,bingyizaiyixieshiyanshizhongzuoweichangguifenxifangfalaijiandingduotaihedanbaizhi。muqiantadekefenxidezhiliangjixiandayueshi50000D。
②kuaiyuanzihongji,bayangpinfenzifangrudihuifaxingyetizhong,yonggaosuzhongxingyuanzilaijinxinghongji,keshidihuifaxingde,remingandefenzidianli,dedaozhizihuahuojianjinshulizihuadefenzilizi。youyuhenrongyizaicizhipuhuosijiganzhipushanganzhuangshiyong,yincidedaoguangfanyingyong,fenzilianghenrongyidadao3000—4000。如果與帶有後加速的多次反射陣列檢測器的高性能磁質譜配合使用,可測分子量可達到10000amn以上,最高記錄可達25000amn。
③激光解吸,利用CO2激光(10.6μm),Nd/YAG激光(1.06μm)dekuaisujiarezuoyongshinanhuifadefenzijiexidianli,yufeixingshijianzhipuhuolizihuixuangongzhenzhipuxiangpeihechenggongdifenxileyixiliedanbaizhihemeidefuhewu,bingchuangzaoledanbaizhifenzizhiliangfenxidezuigaojilu(Jack Bean Urease Mr~27萬)。
④電噴霧(electro spray,electrostatic spray,ion spray)bafenxiyangpintongguochangyadianliyuan,shifenziduozhongzhizihuaerdianli。youyushengchengduozhongzhizihuadefenzilizikesuoxiaozhihebi,yinciyigefenziliangweishuwandeshengwudafenzi,ruguodaishangjishige,shangbaigezhizi,zhihebikejiangdidao2000以yi下xia,可ke以yi用yong普pu通tong的de四si極ji杆gan質zhi譜pu儀yi分fen析xi,其qi次ci由you於yu得de到dao一yi組zu質zhi荷he比bi連lian續xu變bian化hua的de分fen子zi離li子zi峰feng,通tong過guo對dui這zhe些xie多duo電dian荷he分fen子zi離li子zi峰feng的de質zhi量liang計ji算suan可ke以yi得de到dao高gao度du準zhun確que的de平ping均jun分fen子zi量liang。第di三san是shi這zhe種zhong多duo重zhong質zhi子zi化hua的de分fen子zi離li子zi峰feng可ke進jin一yi步bu誘you導dao碰peng撞zhuang活huo化hua,進jin行xing串chuan聯lian質zhi譜pu分fen析xi。第di四si是shi這zhe種zhong電dian離li技ji術shu的de樣yang品pin製zhi備bei要yao求qiu極ji低di,溶rong於yu生sheng物wu體ti液ye的de樣yang品pin分fen子zi或huoHPLC,CZE的流出液都可直接引入常壓電離源進行聯機檢測。
(2)各種聯用技術。色譜、電泳等分離方法與質譜分析相結合為複雜混合物的在線分離分析提供了有力的手段,GC-MS聯用技術的應用已得到充分的證明。近年來把液相色譜、毛細管電泳等高效分離手段與質譜連接已在分析強極性、低揮發性樣品的混合物方麵也取得了進步。主要的接口技術有:
①粒子束(particle beam),它能把液相色譜與質譜連接起來,其優點是得到的質譜與普通的EIMS譜十分接近,因此可以用標準譜庫的數據去檢索。缺點是要耗用大量的氦氣,並且隻能分析中等極性和中等分子量(2000以下)的分子。
②熱噴霧(thermospray),是目前與HPLC連接最廣泛使用的接口技術。它是一種軟電離技術,可測的分子量上限大約為8000amn,缺點是流速需要0.12ml/min,對於質譜分析來說仍嫌太大。
③連續流快原子轟擊(CF-FAB),利用適當孔徑的石英毛細管把液相色譜的流出液直接引入FAB電離源,進行連續的FAB-MS分析。由於它的流速小於5μl/min,與質譜儀更為匹配,因此具有更大的應用潛力。
④電噴霧。由於采用常壓電離源,因此很容易把微細徑柱液相色譜,甚至普通液相色譜(隻要有適當的分流裝置)通過它與質譜連接起來。最近藉此把毛細管區帶電泳與質譜連接起來也取得了成功,實現了高靈敏度(10~15mol),高分離效力(25萬理論塔板數)的聯用分析。這是一種極有希望,並很有發展前途的聯用技術。
(3)串(chuan)聯(lian)質(zhi)譜(pu)等(deng)二(er)維(wei)質(zhi)譜(pu)分(fen)析(xi)方(fang)法(fa)。如(ru)果(guo)把(ba)二(er)台(tai)質(zhi)譜(pu)儀(yi)串(chuan)聯(lian)起(qi)來(lai),把(ba)第(di)一(yi)台(tai)用(yong)作(zuo)分(fen)離(li)裝(zhuang)置(zhi),第(di)二(er)台(tai)用(yong)作(zuo)分(fen)析(xi)裝(zhuang)置(zhi),這(zhe)樣(yang)不(bu)僅(jin)能(neng)把(ba)混(hun)合(he)物(wu)的(de)分(fen)離(li)和(he)分(fen)析(xi)集(ji)積(ji)在(zai)一(yi)個(ge)係(xi)統(tong)中(zhong)完(wan)成(cheng),而(er)且(qie)由(you)於(yu)把(ba)電(dian)離(li)過(guo)程(cheng)和(he)斷(duan)裂(lie)過(guo)程(cheng)分(fen)離(li)開(kai)來(lai),從(cong)而(er)提(ti)供(gong)多(duo)種(zhong)多(duo)樣(yang)的(de)掃(sao)描(miao)方(fang)式(shi)發(fa)展(zhan)二(er)維(wei)質(zhi)譜(pu)分(fen)析(xi)方(fang)法(fa)來(lai)得(de)到(dao)特(te)定(ding)的(de)結(jie)構(gou)信(xin)息(xi)。
本法使樣品的預處理減少到最低限度,而且可以抑製幹擾,特別化學噪音,從而大大提高檢測極限。
串聯質譜技術對於利用上述各種解吸電離技術分析難揮發、熱(re)敏(min)感(gan)的(de)生(sheng)物(wu)分(fen)子(zi)也(ye)具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)的(de)意(yi)義(yi)。首(shou)先(xian)解(jie)吸(xi)電(dian)離(li)技(ji)術(shu)一(yi)般(ban)都(dou)使(shi)用(yong)底(di)物(wu),因(yin)此(ci)造(zao)成(cheng)強(qiang)的(de)化(hua)學(xue)噪(zao)音(yin),用(yong)串(chuan)聯(lian)質(zhi)譜(pu)可(ke)以(yi)避(bi)免(mian)底(di)物(wu)分(fen)子(zi)產(chan)生(sheng)的(de)幹(gan)擾(rao),大(da)大(da)降(jiang)低(di)背(bei)景(jing)噪(zao)音(yin),其(qi)次(ci)解(jie)吸(xi)電(dian)離(li)技(ji)術(shu)一(yi)般(ban)都(dou)是(shi)軟(ruan)電(dian)離(li)技(ji)術(shu),它(ta)們(men)的(de)質(zhi)譜(pu)主(zhu)要(yao)顯(xian)示(shi)分(fen)子(zi)離(li)子(zi)峰(feng),缺(que)少(shao)分(fen)子(zi)斷(duan)裂(lie)產(chan)生(sheng)的(de)碎(sui)片(pian)信(xin)息(xi)。如(ru)果(guo)采(cai)用(yong)串(chuan)聯(lian)質(zhi)譜(pu)技(ji)術(shu),可(ke)使(shi)分(fen)子(zi)離(li)子(zi)通(tong)過(guo)與(yu)反(fan)應(ying)氣(qi)體(ti)的(de)碰(peng)撞(zhuang)來(lai)產(chan)生(sheng)斷(duan)裂(lie),因(yin)此(ci)能(neng)提(ti)供(gong)更(geng)多(duo)的(de)結(jie)構(gou)信(xin)息(xi)。
近年來把質譜分析過程中的電離和碰撞斷裂過程分離開來的二維測定方法發展很快,主要的儀器方法有以下幾種。
①串聯質譜法(tandem MS),常見的形式有串聯(多級)四極杆質譜,四極杆和磁質譜混合式(hybride)串聯質譜和采用多個扇形磁鐵的串聯磁質譜。
②傅裏葉變換質譜(FT-MS),youjiaolizihuixuangongzhenpu,taliyongdianlishengchengdelizizaicichangzhonghuixuangongzhen,tongguofuliyebianhuandedaozhexielizidezhiliangpu,zhezhongpuyiguoquyouyudianlizaochengzhenkongjiangdiyuhuixuangongzhenyaoqiugaozhenkongtiaojianxiangmaodun,xingnengbunengguoguan。jinnianlaiyouyufenlidianliyuanjishuriquchengshu,zhezhongfenxifangfadedaojiaodafazhan,tadeyoudianshihenrongyizuodaoduojichuanlianzhipufenxi,muqiankefenxizhiliangfanweiyida5萬左右,分辨力也可達1萬。
③整分子氣化和多光子電離技術(LEIM-MUPI),它ta是shi在zai微wei激ji光guang解jie吸xi電dian離li技ji術shu的de發fa展zhan中zhong最zui近jin出chu現xian的de一yi種zhong新xin方fang法fa。它ta把ba解jie吸xi和he電dian離li二er個ge環huan節jie在zai時shi間jian和he空kong間jian上shang分fen離li開kai來lai,分fen別bie用yong二er個ge激ji光guang器qi進jin行xing解jie吸xi和he電dian離li。使shi用yong紅hong外wai激ji光guang器qi來lai實shi現xian整zheng分fen子zi氣qi化hua,使shi用yong可ke調tiao諧xie的de紫zi外wai激ji光guang器qi對dui電dian離li過guo程cheng實shi行xing寬kuan範fan圍wei的de能neng量liang控kong製zhi,從cong而er得de到dao從cong電dian離li(隻顯示分子離子)到各種程度不同的硬電離質譜,並成功地用於生物大分子的序列分析。
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