质谱入门指南

了解质谱分析

本入门指南涵盖与现代质谱实践相关的广泛主题，并解答了质谱使用和性能方面的一些常见问题。本指南中还提供了面向非专业人士的文章链接供深度阅读。本指南第一节介绍质谱仪的使用者，还介绍了使用质谱仪分析化合物时，化合物在离子源中是如何电离的。接下来介绍各种类型的质谱仪，并讨论质量精度和分辨率这些重要主题（分辨率指分辨密切相关的化合物之间的差异的能力）。本指南涵盖的主题还包括化学品、样品前处理和数据处理，以及当今最普及的MS实践形式所使用的一些术语定义。

质谱简史

1897年 - 现代质谱(MS)的问世要归功于英国曼彻斯特物理学家J.J. Thomson开展的阴极射线管实验。
1953年 - Wolfgang Paul因发明四极杆和四极杆离子阱荣获诺贝尔物理学奖。
1968年 - Malcolm Dole开发出了当时的电喷雾电离(ESI)技术，但并未引起广泛重视。由于在真空中产生气溶胶会形成蒸汽，因此这个方法一直被视为难以投入实际应用。冷凝相的液体气化之后体积可能会变为原来的100到1000倍（标准条件下1 mL/min的水可产生1 L/min的蒸汽）。
1974年 - Horning开发出了大气压化学电离(APCI)技术，该技术主要基于气相色谱(GC)开发，但并未得到广泛应用。
1983年 - Vestal和Blakely关于液体流加热的研究为人们所熟知，被称为“热喷雾”。该研究催生了如今的商业化热喷雾仪器。
1984年 - Fenn于这一年发表了自己关于ESI的研究成果，并在该成果的基础之上于1988年发表了另一项研究成果且荣获诺贝尔奖。

MS的使用者是谁？

在考虑使用质谱(MS)之前，您应该先考虑自己要开展的分析类型以及您期望得到的结果类型：

您是要分析蛋白质和肽这样的大分子，还是要获取水性小分子数据？
您是要在已确定的浓度水平寻找目标化合物，还是需要表征未知样品？
您当前的分离方法是否稳定？是否必须针对复杂的基质重新开发方法？
您是希望得到像“400 MW”这样精度为单位质量精度的结果，还是得到像“400.0125 MW”这样，精度达到5 ppm（即质量数为400时误差在2 mDa以内）的结果？
您是否每天要处理数百个样品？还是数千个样品？甚至上万个样品？

仪器性能越好，表征分析物的能力就越强。

包括化学、生物化学和物理学在内的多个学科及子学科的研究人员和从业人员都需要经常使用质谱分析。对于参与药物研发的制药行业从业人员而言，MS的专属性、动态范围和灵敏度有助于他们区分复杂基质中密切相关的代谢物，从而鉴定和定量代谢物。其中，MS在药物发现中的地位尤其关键，对于化合物鉴定、合成纯度测定以及早期药代动力学表征都必不可少。

生物化学家将MS的应用扩展到了蛋白质、肽和寡核苷酸分析。他们使用质谱仪监测酶反应、确认氨基酸序列，并比对收录了蛋白水解片段样品的数据库来鉴定大分子蛋白质。他们还使用氢-氘交换技术监测蛋白质折叠结构，以及生理条件下重要的蛋白质-配体复合物的形成。

此外，临床化学家也将MS用于药物测试和新生儿筛查，以取代某些准确性不理想的免疫检测方法。食品安全和环境领域的研究人员也在使用MS。他们和相关行业的同行出于一些相同的需求转而使用MS：PAH和PCB分析、水质研究以及测定食品中的农药残留。测定石油成分是一个复杂且成本高昂的过程，这一需求不仅推动了最早一批质谱仪的开发，还在持续推动该技术的重大进步。

目前已有多种电离技术可供MS从业人员选择，并且这些技术已应用于各种性能通过验证的仪器，稳定性出色且值得信赖。

参考文献：MS - The Practical Art, LCGC

Profiles in Practice Series: Metabolism ID and Structural Characterization in Drug Discovery, Vol.23, No.2, February 2005
- 文献要点：通过行业内两位出色的从业人员的讲述，说明和对比代谢物鉴定实践中使用的质谱方法。

Profiles in Practice Series: Stewards of Drug Discovery-Developing and Maintaining the Future Drug Candidates, Vol.23, No.4, April 2005
- 文献要点：针对候选药物化合物和库的开发和处理，从大型制药公司和小型专业公司的角度进行比较。

Profiles in Practice Series: A Revolution in Clinical Chemistry, Vol.23 No.8 August 2005
- 文献要点：医疗保健专家最近开始积极应用MS，并且将MS视为一种有望大幅提升患者信息准确性、信息获取速度和信息质量的手段，但这项工作仍在推进中。

Profiles in Practice Series: Advances in Science and Geopolitical Issues (Food Safety), Vol.23 No.10 October 2005
- 文献要点：随着仪器稳定性和灵敏度的提升，MS正在改变受监管检测项的实施方式，并产生了深远的全球影响。