質(zhì)譜法的原理和應(yīng)用

【專家解說】：原理　 　　待測化合物分子吸收能量（在離子源的電離室中）后產(chǎn)生電離，生成分子離子，分子離子由于具有較高的能量，會進(jìn)一步按化合物自身特有的碎裂規(guī)律分裂，生成一系列確定組成的碎片離子，將所有不同質(zhì)量的離子和各離子的多少按質(zhì)荷比記錄下來，就得到一張質(zhì)譜圖。由于在相同實(shí)驗(yàn)條件下每種化合物都有其確定的質(zhì)譜圖，因此將所得譜圖與已知譜圖對照，就可確定待測化合物用電場和磁場將運(yùn)動的離子（帶電荷的原子、分子或分子碎片）按它們的質(zhì)荷比分離后進(jìn)行檢測的方法。測出了離子的準(zhǔn)確質(zhì)量，就可以確定離子的化合物組成。這是由于核素的準(zhǔn)確質(zhì)量是一多位小數(shù)，決不會有兩個核素的質(zhì)量是一樣的，而且決不會有一種核素的質(zhì)量恰好是另一核素質(zhì)量的整數(shù)倍。 應(yīng)用　 　　質(zhì)譜中出現(xiàn)的離子有分子離子、同位素離子、碎片離子、重排離子、多電荷離子、亞穩(wěn)離子、負(fù)離子和離子－分子相互作用產(chǎn)生的離子。綜合分析這些離子，可以獲得化合物的分子量、化學(xué)結(jié)構(gòu)、裂解規(guī)律和由單分子分解形成的某些離子間存在的某種相互關(guān)系等信息。 　　質(zhì)譜法特別是它與色譜儀及計算機(jī)聯(lián)用的方法，已廣泛應(yīng)用在有機(jī)化學(xué)、生化、藥物代謝、臨床、毒物學(xué)、農(nóng)藥測定、環(huán)境保護(hù)、石油化學(xué)、地球化學(xué)、食品化學(xué)、植物化學(xué)、宇宙化學(xué)和國防化學(xué)等領(lǐng)域。近年的儀器都具有單離子和多離子檢測的功能，提高了靈敏度及專一性，靈敏度可提高到10(克水平。用質(zhì)譜計作多離子檢測，可用于定性分析，例如，在藥理生物學(xué)研究中能以藥物及其代謝產(chǎn)物在氣相色譜圖上的保留時間和相應(yīng)質(zhì)量碎片圖為基礎(chǔ)，確定藥物和代謝產(chǎn)物的存在；也可用于定量分析，用被檢化合物的穩(wěn)定性同位素異構(gòu)物作為內(nèi)標(biāo)，以取得更準(zhǔn)確的結(jié)果。 　　在無機(jī)化學(xué)和核化學(xué)方面，許多揮發(fā)性低的物質(zhì)可采用高頻火花源由質(zhì)譜法測定。該電離方式需要一根純樣品電極。如果待測樣品呈粉末狀，可和鎳粉混合壓成電極。此法對合金、礦物、原子能和半導(dǎo)體等工藝中高純物質(zhì)的分析尤其有價值，有可能檢測出含量為億分之一的雜質(zhì)。 　　利用存在壽命較長的放射性同位素的衰變來確定物體存在的時間,在考古學(xué)和地理學(xué)上極有意義。例如,某種放射性礦物中有放射性鈾及其衰變產(chǎn)物鉛的存在，鈾238和鈾235的衰變速率是已知的，則由質(zhì)譜測出鈾和由于衰變產(chǎn)生的鉛的同位素相對豐度，就可估計該軸礦物生成的年代。 　　近年來質(zhì)譜技術(shù)發(fā)展很快。隨著質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展,質(zhì)譜技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也越來越廣。由于質(zhì)譜分析具有靈敏度高，樣品用量少，分析速度快，分離和鑒定同時進(jìn)行等優(yōu)點(diǎn)，因此，質(zhì)譜技術(shù)廣泛的應(yīng)用于化學(xué)，化工，環(huán)境，能源，醫(yī)藥，運(yùn)動醫(yī)學(xué)，刑偵科學(xué)，生命科學(xué)，材料科學(xué)等各個領(lǐng)域。 　　質(zhì)譜儀種類繁多，不同儀器應(yīng)用特點(diǎn)也不同,一般來說，在300C左右能汽化的樣品，可以優(yōu)先考慮用GC-MS進(jìn)行分析，因?yàn)镚C-MS使用EI源，得到的質(zhì)譜信息多，可以進(jìn)行庫檢索。毛細(xì)管柱的分離效果也好。如果在300C左右不能汽化，則需要用LC-MS分析，此時主要得分子量信息，如果是串聯(lián)質(zhì)譜，還可以得一些結(jié)構(gòu)信息。如果是生物大分子，主要利用LC-MS和MALDI-TOF分析，主要得分子量信息。對于蛋白質(zhì)樣品，還可以測定氨基酸序列。質(zhì)譜儀的分辨率是一項重要技術(shù)指標(biāo)，高分辨質(zhì)譜儀可以提供化合物組成式，這對于結(jié)構(gòu)測定是非常重要的。雙聚焦質(zhì)譜儀，傅立葉變換質(zhì)譜儀，帶反射器的飛行時間質(zhì)譜儀等都具有高分辨功能。 　　質(zhì)譜分析法對樣品有一定的要求。進(jìn)行GC-MS分析的樣品應(yīng)是有機(jī)溶液，水溶液中的有機(jī)物一般不能測定，須進(jìn)行萃取分離變?yōu)橛袡C(jī)溶液，或采用頂空進(jìn)樣技術(shù)。有些化合物極性太強(qiáng)，在加熱過程中易分解，例如有機(jī)酸類化合物，此時可以進(jìn)行酯化處理，將酸變?yōu)轷ピ龠M(jìn)行GC-MS分析，由分析結(jié)果可以推測酸的結(jié)構(gòu)。如果樣品不能汽化也不能酯化，那就只能進(jìn)行LC-MS分析了。進(jìn)行LC-MS分析的樣品最好是水溶液或甲醇溶液，LC流動相中不應(yīng)含不揮發(fā)鹽。對于極性樣品,一般采用ESI源，對于非極性樣品,采用APCI源。 　　質(zhì)譜的分類： 電子轟擊質(zhì)譜FAB-MS，場解吸附質(zhì)譜FD-MS，快原子轟擊質(zhì)譜FAB-MS，基質(zhì)輔助激光解吸附飛行時間質(zhì)譜MALDI-TOFMS，電子噴霧質(zhì)譜ESIMS等等，不過能測大分子量的是基質(zhì)輔助激光解吸附飛行時間質(zhì)譜MALDI-TOFMS和電子噴霧質(zhì)譜ESIMS，其中基質(zhì)輔助激光解吸附飛行時間質(zhì)譜MALDI-TOFMS可以測量的分子量達(dá)100000.