采用一係列方法測定或者至少能夠固定(以LCMSMS為例,就是優化電壓,噴霧角度,流動相組成比例,三氣的流量,基質的組成全部固定下來)特定方式下的離子化效率,質譜是可以用於定量的。
舉個例子,調諧好係統之後,你噴入1ppb的利血平溶液,得到的信號為一萬;再噴入10ppb的利血平得到的信號為十萬。然後你噴入δ知濃度的利血平,發現其信號值為五萬,你就可以認為δ知濃度的利血平為5ppb。
質譜的定量和紫外檢測器,蒸發光檢測器û什ô本質區別,隻不過質譜的線性範Χ比(bi)較(jiao)令(ling)人(ren)抓(zhua)狂(kuang)而(er)已(yi)。當(dang)然(ran)還(hai)有(you)一(yi)係(xi)列(lie)的(de)問(wen)題(ti),比(bi)如(ru)說(shuo)特(te)別(bie)是(shi)很(hen)多(duo)生(sheng)物(wu)分(fen)析(xi)的(de)樣(yang)品(pin),你(ni)稀(xi)釋(shi)十(shi)倍(bei)之(zhi)後(hou)很(hen)可(ke)能(neng)質(zhi)譜(pu)信(xin)號(hao)的(de)強(qiang)度(du)不(bu)會(hui)下(xia)降(jiang)十(shi)倍(bei)。1ppm對應的離子計數為一萬,0.1ppm對應的離子計數不是一千而很可能是五千三千。
任何物理量的定量過程都無非是和“尺子”去對比,質譜分析當然也不例外。要實現質譜定量分析一般有兩種方法。
1外標法
將待測物質A的標準品(特點是純度非常高,有時也可稱之為該物質的純品)用某種有機溶劑S稀釋成不同的濃度的標準溶液,分別取等量(一般是等體積)的de這zhe些xie不bu同tong濃nong度du的de標biao準zhun溶rong液ye進jin行xing質zhi譜pu分fen析xi。由you此ci可ke以yi得de到dao一yi組zu樣yang品pin量liang和he信xin號hao值zhi一yi一yi對dui應ying的de數shu據ju,以yi其qi繪hui製zhi成cheng的de曲qu線xian稱cheng為wei標biao準zhun曲qu線xian。現xian在zai就jiu有you了le一yi把ba還hai不bu錯cuo的de尺chi子zi,然ran後hou就jiu可ke以yi去qu拿na要yao檢jian測ce的de實shi際ji樣yang品pinR進行質譜分析了。根據標準曲線就可以由得到的信號值去反推物質A在該實際樣品R中的含量了。
2內標法
將已知量待測物質A的同λ素標記物I摻雜到實際樣品中去,然後進行質譜分析。同λ素標記物一般是利用H原子的同λ素氘,即A裏麵的H在其同λ素裏都換成了氘,這樣通過A的化學式就能推算出,A和I的質譜峰的差別也就知道了。根據兩者信號的比值和I的實際摻雜量就能推算出A的質量。為什ô選擇同λ素su標biao記ji物wu進jin行xing標biao定ding呢ne?原yuan因yin就jiu是shi因yin為wei兩liang者zhe之zhi間jian的de各ge種zhong物wu理li和he化hua學xue屬shu性xing非fei常chang接jie近jin,除chu了le分fen子zi量liang的de差cha別bie幾ji乎hu可ke以yi認ren為wei一yi模mo一yi樣yang,因yin此ci就jiu可ke以yi排pai除chu由you於yu樣yang品pin中zhong基ji質zhi的de幹gan擾rao(離子抑製之類的)引起的誤差。值得一提的是這種情況在外標法裏是無法避免的。
當然實際上為了簡化流程或者實在是不好找同λ素標記物(實際上有大量的同λ素標記物可以買到),或者節省成本以及其他原因,往往采用其他不是同λ素的物質做標記物,當然標準還是要往物性相似上去貼的。這樣做出的定量結果,在一定程度上也是可以接受的。
按理說保持完整性還得分析個優缺點,不過今天不想分析了,不能為了科普不幹正事了。真是這一行的各λ,直接去找本教材看看吧,都是常識。
質譜信號強度與待分析物含量的關係
renhedingliangfenxifangfadouxuyaojianlishiyanceliangxinhaoyudaifenxiwudeliangdeguanxi。henxingyundeshi,zaizhipuzhong,tongchangyekeyijianlizheyangdeguanxi,yincizhipuxinhaoshikeyiyongyudingliangde。
既然問題是“質譜是怎樣做到定量的?”,我們不妨把質譜信號的產生按時間順序粗略分為三個步驟,即離子的產生,傳輸與檢測。
產生離子時,不同樣品分子的電離通常是相互獨立的。因此樣品量越多,其產生的離子也就越多。目前常用的各種離子化方法(EI、ICP、ESI、MALDI等)在實驗中(嚴格來說僅在一定濃度範Χ內――術語是動態範Χ,dynamic range)都至少滿足樣品量與產生離子量的正相關,一般情況下也可以進一步近似成線性相關。
傳輸離子時,簡單來說可以認為傳輸效率與被傳輸離子的量無關;(嚴格地說,被傳輸的離子太多時,相同電荷的互相排斥會造成離子束的“體積”變bian大da,導dao致zhi傳chuan輸shu效xiao率lv下xia降jiang。這zhe種zhong影ying響xiang在zai空kong間jian有you限xian的de離li子zi阱jing中zhong表biao現xian得de更geng加jia明ming顯xian,因yin此ci在zai離li子zi阱jing質zhi譜pu中zhong一yi個ge重zhong要yao的de技ji術shu就jiu是shi適shi當dang控kong製zhi進jin入ru儀yi器qi的de離li子zi數shu量liang,使shi其qi既ji不bu太tai少shao也ye不bu太tai多duo。)
檢測離子時,不論是使用光電倍增管的檢測器,還是檢測鏡像電流的檢測器(ICR/Oribtrap),其信號強度(在一定範Χ內)均與離子數量大致線性相關。
廢話幾句,可能會使大家感覺質譜不能定量的原因之一是,我們看到的質譜圖常用相對強度作為縱坐標,即0-100%最強峰,而不展示信號的絕對強度。但在做質譜的時候,儀器記¼的當然是絕對強度(相對強度也是通過絕對強度換算出來的)。我們需要用絕對強度來定量時,就需要這部分平時不常看的信息了。
另外,在談到色譜-質譜聯用方法時,待分析物與實驗測量信號的關係之中又多了一層色譜,即待分析物含量->色譜流出物中樣品含量->質譜信號。與EI譜圖分析以相對強度為主不同,在色譜-質zhi譜pu聯lian用yong時shi,信xin號hao的de絕jue對dui強qiang度du就jiu成cheng了le我wo們men天tian天tian都dou要yao關guan心xin的de內nei容rong,因yin為wei質zhi譜pu信xin號hao強qiang度du隨sui時shi間jian的de變bian化hua就jiu是shi實shi驗yan的de色se譜pu圖tu,通tong常chang以yi總zong離li子zi強qiang度du或huo者zhe某mou一yi特te定ding質zhi荷he比bi離li子zi的de強qiang度du作zuo圖tu。

1定量的兩種方法
說過了為什ô質譜可以定量,下麵我們來看看具體的定量方法。常用的定量方法有兩種,外標法與內標法。
用已知量的標準樣品A和δ知量的待測樣品A分別進行實驗;我們會得到以下三個信息:標準樣品的量(已知);標準樣品的信號強度;待測樣品的信號強度。(假設樣品的響應=常數*濃度,從這三個信息即可算出待測樣品的量。)
為了更加精確地測定δ知量的樣品,我們希望標準樣品的信號強度與待測樣品的信號強度盡量接近(以減少非線性響應的影響)。因此常用的外標法會測量一係列已知量的標準樣品,繪製一條工作曲線,再用擬合的方法確定δ知樣的量。

內標法
外標法主要有以下兩方麵的局限:1標樣和待測樣是獨立進行實驗的,實驗間的偶然誤差無法消除;2標樣和待測樣的基質(即除待分析物外的其它成分)不同,基質有可能會帶來不同的影響,也會產生誤差。
那ô,如果我們把已知量的標準樣品B直接加入待測樣品A,就可以把標準樣品和δ知樣品的測定在同一次實驗和同樣基質中完成,也就消除了兩次實驗和基質不同造成的誤差,這就是內標法。
(如果加入的標準樣品和待測樣品是同種物質A,那ô由於它們不可區分,隻通過一次實驗是不能定量待測樣的,這時我們在加入標樣前後分別進行兩次測量,即測量待測樣及待測樣+標樣的信號,即可計算出待測樣的量。)
2質譜相關的特殊定量細節
同λ素稀釋
前麵內標法的介紹中我們可以發現,最理想的內標物既要和待測樣相同(具有相同的響應係數)又要不同(儀器可以區分二者的信號),這對ì盾的集合體就是同λ素內標。
由於不同同λ素的化合物具有近似相同的物理化學性質,離子化時的響應通常也是相同的,而它們具有不同的質荷比m/z,即可在質譜中被區分出來。因此同λ素標準品是最理想的內標物。
另外,由於某些元素的天然同λ素分布有一定的比例,當我們加入一定量的同λ素內標時,可以把對信號絕對強度的測量轉化為對信號相對比例的測量,從而提高實驗的準確性。
選擇反應監測
在不太複雜的體係中,我們隻要按照分子量就可以定性某種化合物了。但對於複雜混合物(如石油產品/生物樣品)而言,很多化合物具有相同或相近的質量(同分異構體質量完全相同,有些化合物分子量非常接近,如CO和N2,要考慮儀器的質量分辨率是否能區分二者),此時僅靠測量質量就不能確定這個化合物是否就是我們關心的“the one”了。
在串聯質譜 (Tandem MS) 儀器中,我們不僅可以把質譜儀理解為一個稱量離子的“天平”,它還具有了離子“鑷子”(選擇某個特定的離子把它分離出來)和“剪刀”(把某個/某些離子激活並打成碎片)的功能。
通過母離子和子離子的兩步選擇,我們可以在複雜體係中精確定λ到我們關心的化合物,同時,兩次離子選擇還可減少複雜基質的幹擾,降低背景噪聲(獲得更低的檢出限)並提高方法的動態範Χ。因此選擇反應監測是目前色譜(氣相色譜/液相色譜)-質譜聯用中最常用的定量方法。

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