质谱入门指南

什么是质谱？质谱是怎样工作的？

质谱仪可能小如一枚硬币，也可能占据一个非常大的房间。尽管各种仪器类型用于截然不同的应用，但它们的一部分工作原理仍是相同的。现已采用道尔顿(Da)取代其他术语（例如amu）作为质谱测量单位。1 Da = 一个碳12 (¹²C)同位素原子质量的1/12。

过去质谱仪只用作辅助化合物鉴定的定性设备，人们一度认为它不能准确定量。但近年来，质谱仪已被证实是一种集定性和定量能力于一体的仪器。

使用质谱仪测定分子的质量时必须先将分子转化为气相离子。为此，质谱仪会向分子传递电荷，并将由此产生的带电离子流转换为成比例的电流，然后通过数据系统读取该电流。数据系统将电流转换为数字信息，以质谱图的形式呈现。

a)以类似色谱图的形式呈现出不断增大的总离子流(TIC)丰度随时间推移而发生的变化。b)峰的每个数字切片都代表当时构成离子流的离子，这通常被称为轮廓图或连续采集。此时x轴（或“时间”轴）是质荷比(m/z)，很明显可以看出分辨谱图中相邻离子（如同位素）的能力。c)轮廓图质谱图通常又可简化为“棒状图”，棒状图由从每个峰顶点处绘制的质心表示，能够减少存储文件的大小，有利于增加分辨率信息。

可以通过多种适合目标分析物的方式生成离子：

将溶于基质的化合物上样至平坦表面进行激光烧蚀，例如MALDI
让化合物与高能粒子或电子相互作用，例如电子轰击电离(EI)
将电离作为传输过程本身的一部分，例如我们已经了解的电喷雾电离(ESI)技术会对液相色谱仪的洗脱液施加高压，从而在气溶胶中生成离子

质谱仪将根据离子的质荷比(m/z)对离子进行分离、检测和测定。绘制相对离子流（信号）与m/z的关系图，生成质谱图。小分子通常只带一个电荷：因此m/z是质量(m)除以1的值。“1”代表电离过程中添加的质子[表示为M+H+，如果通过失去质子形成离子，则为M-H-]，如果离子是通过失去电子形成的，则表示为自由基正离子[M+.]。不同质谱仪的准确度或实际测定真实质量的能力可能会有所不同，相关内容请参阅本入门指南的后面部分。

较大的分子在其结构内的多个位置捕获电荷。小分子肽通常可带两个电荷(M+2H+)，而非常大的分子有许多位点，因此可以通过简单的算法来推断谱图出现的离子的质量。

经正确校准后，低分辨率仪器可以提供非常准确的质量数，但由于分辨率空间有限，随着数据堆集，可提供的有关谱图的信息也逐渐减少。缓激肽（一种9氨基酸肽）的常见代谢片段BK1-5（即Arg-Pro-Pro-Gly-Phe，是一种ACE（血管紧张素转化酶）抑制剂，用于扩张血管）可携带两个电荷（单电荷(M+H)产生单同位素质量数573.3149，而双电荷版本(M+2H)的质量数为287.1614）。同位素带双电荷，也开始填充可用的分辨率空间。

可分析的分子大小上限是多少？

解吸方法（已在本入门指南中介绍）扩展了分析大分子、非挥发性、易碎分子的能力。在40,000 Da范围内以0.01%的准确度（或4 Da以内）进行常规检测可以确定微小的变化，例如翻译后修饰。多电荷态使质谱仪远远超出其设计范围上限，包括1,000,000 Da及以上的质量。

同位素和元素质谱

天然同位素丰度已得到充分表征。尽管通常认为该参数较稳定，但它仍然可以显示出显著的特征差异。同位素比测定被用于代谢研究（使用富含同位素的元素作为示踪剂）以及气候研究（测定与温度相关的氧和碳变化）。在实际应用中，使用高精度功能（如扇形磁场仪器上的功能）分析复杂分子之前要先将其碎裂为简单的分子组分（请参阅下一节）。

元素分析通常用于分析无机材料 - 旨在确定元素组成，而非结构 - 在某些情况下使用固体金属样品。在使用放电装置（或低功率辉光放电装置）来电离样品的应用中，电感耦合等离子体(ICP)离子源很常用。使用专用仪器在ppt水平行检测的应用并不少见。