質譜儀是一種很好的定性鑒定用儀器,目前,在有機質譜儀中,除激光解吸電離-feixingshijianzhipuyihefuliyebianhuanzhipuyizhiwai,suoyouzhipuyidoushiheqixiangsepuhuoyexiangsepuzuchenglianyongyiqi。zheyang,shizhipuyiwulunzaidingxingfenxihaishizaidingliangfenxifangmiandoushifenfangbian。同時,為了增加δ知物分析的結構信息,為了增加分析的選擇性,采用串聯質譜法(質譜-質譜聯用),也是目前質譜儀發展的一個方向。也就是說,目前的質譜儀是以各種各樣的聯用方式工作的。
質量分析器種類很多,最常用的是四極杆分析器(簡寫為Q),其次是離子阱分析器(Trap)和飛行時間分析器(TOF)。為了增加結構信息,大多采用具有串聯質譜功能的質量分析器,串聯方式很多,如Q-Q-Q,Q-TOF等。
為了得到更多的有關分子離子和碎片離子的結構信息,早期的質譜工作者把亞穩離子作為一種研究對象。所ν亞穩離子(metastable ion)是指離子源出來的離子,由於自身不穩定,前進過程中發生了分解,丟掉一個中性碎片後生成的新離子,這個新的離子稱為亞穩離子。這個過程可以表示為:m1+m2+ +N , 新生成的離子在質量上和動能上都不同於m1+ , 由於是在行進中途形成的,它也不處在質譜中m2的質量λzhi。yanjiuyawenliziduigaoqinglizidemuziguanxi,duijinyibuyanjiujiegoushifenyouyong。yushi,zaishuangjujiaozhipuyizhongshejilegezhonggeyangdecichanghedianchangliandongsaomiaofangshi,yiqiudedaozilizi,mulizihezhongxingsuipiandiushi。jinguanyawenlizinengtigongyixiejiegouxinxi,danshiyouyuyawenlizixingchengdejilvxiao,yawenfengtairuo,jianceburongyi,erqieyiqicaozuoyekunnan,yinci,houlaifazhanchengzaicichanghedianchangjianjiapengzhuanghuohuashi,renweidishilizisuilie,shefajiancezilizi,mulizi,jinerdedaojiegouxinxi。zheshizaoqidezhipu-質譜串聯方式。
隨著儀器的發展,串聯的方式越來越多。尤其是20世紀80年代以後出現了很多軟電離技術,如ESI、APCI、FAB、MALDI等,基本上都隻有準分子離子,û有結構信息,更需要串聯質譜法得到結構信息。因此,近年來,串聯質譜法發展十分迅速。
空間串聯和時間串聯。空kong間jian串chuan聯lian是shi兩liang個ge以yi上shang的de質zhi量liang分fen析xi器qi聯lian合he使shi用yong,兩liang個ge分fen析xi器qi間jian有you一yi個ge碰peng撞zhuang活huo化hua室shi,目mu的de是shi將jiang前qian級ji質zhi譜pu儀yi選xuan定ding的de離li子zi打da碎sui,由you後hou一yi級ji質zhi譜pu儀yi分fen析xi。而時間串聯質譜儀隻有一個分析器,前一時刻選定-離子,在分析器內打碎後,後一時刻再進行分析。本節將敘述各種串聯方式和操作方式。
質譜-質譜的串聯方式很多,既有空間串聯型,又有時間串聯型。空間串聯型又分磁扇型串聯,四極杆串聯,混合串聯等。如果用B表示扇形磁場,E表示扇形電場,Q表示四極杆,TOF表示飛行時間分析器,那ô串聯質譜主要方式有:
無論是哪種方式的串聯,都必須有碰撞活化室,從第一級MS分離出來的特定離子,經過碰撞活化後,再經過第二級MS進行質量分析,以便取得更多的信息。利用軟電離技術(如電噴霧和快原子轟擊)作為離子源時,所得到的質譜主要是準分子離子峰,碎片離子很少,因而也就û有結構信息。為了得到更多的信息,最好的辦法是把準分子離子“打碎”之後測定其碎片離子。在串聯質譜中采用碰撞活化分解(Collision activated dissociation, CAD)技術把離子“打碎”。碰撞活化分解也稱為碰撞誘導分解(Collision Induced dissociation, CID),pengzhuanghuohuafenjiezaipengzhuangshineijinxing,daiyouyidingnengliangdelizijinrupengzhuangshihou,yushineiqingxingqitidefenzihuoyuanzifashengpengzhuang,lizifashengsuilie。weileshilizipengzhuangsuilie,bixushilizijuyouyidingdongneng,duiyucishizhipuyi,lizijiasudianyakeyichaoguo1000V,而對於四極杆,離子阱等,加速電壓不超過100V,前者稱為高能CAD,後者稱為低能CID。二者得到的子離子譜是有差別的。1、三級四極質譜儀(Q-Q-Q)的工作方式和主要信息三級四極質譜儀有三組四極杆,第一組四級杆用於質量分離(MS1),第二組四極杆用於碰撞活化(CAD),第三組四極杆用於質量分離(MS2)。主要工作方式有四種。

圖中a為子離子掃描方式,這種工作方式由MSI選定-質量,CAD碎裂之後,由MS2掃描得子離子譜。b為母離子掃描方式,在這種工作方式,由MS2選定一個子離子,MS1掃描,檢測器得到的是能產生選定子離子的那些離子,即母離子譜。C是中性丟失譜掃描方式,在這種方式是MS1和MS2同時掃描。隻是二者始終保持一定固定的質量差(即中性丟失質量),隻有滿足相差-固定質量的離子才得到檢測。d是多離子反應監測方式,由MS1選擇一個或幾個特定離子(圖中隻選一個),經碰撞碎裂之後,由其子離子中選出一特定離子,隻有同時滿足MS1和MS2選定的一對離子時,才有信號產生。用這種掃描方式的好處是增加了選擇性,即便是兩個質量相同的離子同時通過了MS1,但仍可以依靠其子離子的不同將其分開。這種方式非常適合於從很多複雜的體係中選擇某特定質量,經常用於微小成分的定量分析。離子阱質譜儀的MS-MS屬於時間串聯型,它的操作方式見上圖,在A階段,打開電子門此時基礎電壓置於低質量的截止值,使所有的離子被阱集,然後利用輔助射頻電壓拋射掉所有高於被分析母離子的離子。進入B階段,增加基頻電壓,拋射掉所有低於被分析母離子的離子。以阱集即將碰撞活化的離子。在C階段,利用加在端電極上的輔助射頻電壓激發母離子,使其與阱內本底氣體碰撞,在D階段,掃描基頻電壓,拋射並接收所有CID過程形成的子離子,獲得子離子譜。以此類推,可以進行多級MS分析。由離子阱的工作原理可以知道,它的MS-MS功能主要是多級子離子譜,利用計算機處理軟件,還可以提供母離子譜,中性丟失譜和多反應監測(MRM)。FTMS的掃描方式是依據快速掃頻脈衝對所有離子“同時”激發。具有MS-MS功能的FTMS,其快速掃頻脈衝可以選擇性的留下頻率“缺口”,用頻率“缺口”選xuan擇ze性xing的de留liu下xia欲yu分fen析xi的de母mu離li子zi,其qi它ta離li子zi被bei激ji發fa並bing拋pao射she到dao接jie收shou極ji。然ran後hou使shi母mu離li子zi受shou激ji,使shi其qi運yun動dong半ban徑jing增zeng大da又you控kong製zhi其qi軌gui道dao不bu要yao與yu接jie收shou極ji相xiang撞zhuang。此ci時shi母mu離li子zi在zai室shi內nei與yu本ben底di氣qi體ti或huo碰peng撞zhuang氣qi體ti碰peng撞zhuang產chan生sheng子zi離li子zi。然ran後hou再zai改gai變bian射she頻pin頻pin率lv接jie收shou子zi離li子zi。還hai可ke由you子zi離li子zi譜pu中zhong選xuan一yi個ge離li子zi再zai做zuo子zi離li子zi譜pu。由you於yu離li子zi損sun失shi很hen少shao。因yin此ci,FTMS可以做到5-6級子離子譜。離(li)子(zi)在(zai)飛(fei)行(xing)過(guo)程(cheng)中(zhong)如(ru)果(guo)發(fa)生(sheng)裂(lie)解(jie),新(xin)產(chan)生(sheng)的(de)離(li)子(zi)仍(reng)然(ran)以(yi)母(mu)離(li)子(zi)速(su)度(du)飛(fei)行(xing)。因(yin)此(ci)在(zai)直(zhi)線(xian)型(xing)漂(piao)移(yi)管(guan)中(zhong)觀(guan)測(ce)不(bu)到(dao)新(xin)生(sheng)成(cheng)的(de)離(li)子(zi)。如(ru)果(guo)采(cai)用(yong)帶(dai)有(you)反(fan)射(she)器(qi)的(de)漂(piao)移(yi)管(guan),因(yin)為(wei)新(xin)生(sheng)成(cheng)的(de)離(li)子(zi)與(yu)其(qi)母(mu)離(li)子(zi)動(dong)能(neng)不(bu)同(tong),可(ke)在(zai)反(fan)射(she)器(qi)中(zhong)被(bei)分(fen)開(kai)。這(zhe)種(zhong)操(cao)作(zuo)方(fang)式(shi)稱(cheng)為(wei)源(yuan)後(hou)裂(lie)解(jie)(Post source decomposition ,PSD)。通過PSD操作可以得到結構信息。因此,可以認為反射型TOFMS也具有MS-MS功能。
另外TOF-TOF串聯質譜儀已經出現。關於磁式質譜儀串聯和混合型串聯,小析姐後續也會進行相應的介紹。
QMS是最常見的質譜儀器,定量能力突出,在GC-MS中QMS占絕大多數。優點: 結構簡單、成本低;維護簡單;SIM功能的定量能力強;是多數檢測標準中采用的儀器設備。缺點: 無串極能力,定性能力不足;分辨力較低(單λ分辨),存在同λ素和其他m/z近似的離子幹擾;速度慢;質量上限低(小於1200u)。TOFMS是速度最快的質譜儀,適合於LC-MS方麵的應用。優點:分辨能力好,有助於定性和m/z近似離子的區別,能夠很好的檢測ESI電噴霧離子源產生多電荷離子;速度快,ÿ秒2~100張高分辨全掃描(如50~2000u)譜圖,適合於快速LC係統(如UPLC);質量上限高(6000~10000u);缺點:無串極功能,限製了進一步的定性能力;售價高於QMS;較精密,需要認真維護。QQQ質譜給四極杆質譜儀在保留QMS原有定量能力強的特點上,提供了串級功能,加強了質譜的定性能力,檢測標準中常作為QMS的確認檢測手段。優點:有串極功能,定性能力強;定量能力非常好,MRM信噪比高於QMS的SIM;是常用的QMS結果確認儀器;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)對特征基團的結構研究有很大幫助。缺點:分辨力不足,容易受m/z近似的離子幹擾;售價較高;需要認真維護。技術上而言,在傳統QQQ的四極杆中加入了輔助射頻,可以做選擇性激發;或者就功能而言,為QQQ提供了多級串級的功能。優勢:同時具備MRM、SRM、中性丟失和多級串級功能,非常適合於δ知樣品的結構解析。優點:相對於傳統3D離子阱,靈敏度高10倍以上;多級串級質譜.缺點:相對於QQQ,還是不能做MRM、中性丟失等特征基團篩選功能.QTOF以QMS作為質量過濾器,以TOFMS作為質量分析器。優點:能夠提供高分辨譜圖;定性能力好於QQQ;速度快,適合於生命科學的大分子量複雜樣品分析。以3D離子阱作為質量選擇器和反應器,結合了離子阱的多級質譜能力和飛行時間質譜的高分辨能力。
優點:同時具有多級串級和高分辨能力,適合於δ知樣品的定性工作,如糖蛋白的定性。
缺點:由於離子阱容量限製,對於混合樣品的靈敏度欠佳;定量能力弱。
磁質譜的定量能力是各種質譜中最強的。現在已較少使用,僅用於地質元素和痕量二惡英的檢測。優點:技術經典、成熟,NIST等MS庫采用的儀器;分辨力非常好(100k,m/&Delta m FWHM),幹擾少;靈敏度高,定量能力是各種質譜中最好的。缺點:體積、重量大;售價很高;速度慢;維護複雜,很費電。據說是質譜中的貴族,質量精度超級好,幾個月都不需要校正。但是價格也是貴的讓人心寒啊。傅立葉變換質譜儀的分辨能力最高,常作為高端科學研究的裝備。優點: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;維護費用非常昂貴。優點:高分辨,60k~120kFWHM,質量精度高;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、質量穩定性等離FT-ICR還有距離