詞彙
以下術語清單源自整個業界的常見用法,是本入門讀本討論內容的輔助工具,包括不再常用的術語和技術。
豐度
若視為與紫外線偵測器所顯示吸光度相似的參數,則垂直方向上高於背景的訊號增加,表示該特定離子的出現次數增加(以質量單位校正x軸時),或有總離子存在(以時間或掃描次數校正水平軸時)。單一分析物或化合物碎斷產生之所有離子的訊號與基峰訊號之比(每個離子的相對豐度),用於確定碎斷模式與資料庫譜圖的貼合度,以利進行陽性鑑定。
ASAP(大氣壓固體分析探針)
McEwen和McKay以Horning在1970年代的研究為準開發出的樣品游離方法,使用標準APCI電漿,但是將樣品置於加熱氮氣流中形成離子。相當大量的樣品受熱揮發,與APCI電漿產生的亞穩態離子進行電荷交換形成離子。若使用準確質量量測儀器,可以對低濃度複雜混合物中的單一化合物進行相對明確的鑑定。另請參閱DART和DESI。
大氣壓游離(API)
這個術語常用於泛指電噴灑(ESI)和大氣壓化學游離(APCI)等技術,以及在大氣壓下操作的其他技術。
大氣壓化學游離(APCI)
最初稱為「溶劑介導的電噴灑」,更常成功應用於不容易直接從溶液中游離出來的中性分子。APCI在一個位於氣膠流對向位置的尖針上通入電流,以溶劑本身產生亞穩離子電漿,並在分析物通過該電漿時,將電荷從這些離子轉移到分析物上。加熱探針,LC或溶劑流通過加熱的探針時會產生氣膠。
大氣壓氣相層析
由杜邦(DuPont)公司的Charles McEwen於2002年開發而成。使用加熱的傳輸管線,可以將標準GC流出物引入質譜儀上的標準API(或ESI/APCI)源。因此,最好以GC進行分析的化合物能夠簡單快速地從ESI轉換成GC。游離模式可以是APCI或APPI。
大氣壓光致游離(APPI)
該技術於1980年代開發,但在2000年以後才得以商業化,當時發現氪氣燈會產生足夠的光子能量(最高大約10 eV),能夠游離非極性分析物,例如通常不適合ESI和APCI游離的PAH和類固醇。
基峰
通常是譜圖中強度最高的訊號峰,其他訊號峰都將與之比較;像EI這類能提供詳盡結構資訊的游離技術,基峰未必是母離子或分子離子。
校正
通常以恆定液流引入質量已知的物質,同時,質譜儀軟體在一組特定過濾條件(即四極桿儀器的RF/DC比)下擷取訊號。比較擷取到的訊號與參考檔案後,隨即在軟體中建立一個校正查詢表。接下來,軟體根據這份校正表將通過四極桿的質荷比分配給特定值。請見MS入門讀本的「定量與校正」一節。
CI(化學游離)
在低真空(0.4 torr)狀態下利用引入試劑誘發的碰撞,目的是促進分子離子的產生,通常還能提高靈敏度;因為這個過程的能量遠低於電子撞擊,游離碎斷程度較低,所以常稱為軟游離技術。請見電子游離。
DART(即時直接分析)
Robert Cody和其他人於2002年開發,應用類似於DESI,但功能方面則與APCI更密切相關。將樣品放置在基底上,再以帶電粒子轟擊樣品,帶電粒子的形成過程類似於APCI,即通過電漿形成亞穩態離子,再以加熱的氮氣直接輸送到目標。另請參閱「大氣壓GC」與「ASAP」部分所列的McEwen研究。
DESI(脫附電噴灑游離)
最早由Graham Cooks於2002年提出,是一種(通常)以惰性基底表面通過軟游離產生次級離子的方法。類似於MALDI,使用ESI探針以大約50o的入射角瞄準表面,以利離子進行化學濺射並進入質譜儀。實驗顯示該技術能直接從許多極性和非極性表面材料(皮膚、用於農藥殘留偵測的完整水果等)產生資訊,無需樣品製備。另請參閱「大氣壓GC」與「ASAP」部分所列的McEwen研究。
DIOS(矽材表面脫附游離)
曾經被視為在MALDI基底中製備樣品的替代技術,特別是就小分子而言,因為基底(裸露的矽材表面)不會產生干擾離子。在20世紀後期,由於難以生產板材且表面容易遭受污染的問題變得更加明顯,其商業潛力逐漸減弱。
EI(電子游離)
有時被誤認是電子與粒子(原子或分子)相互作用引起的「電子撞擊」游離;可以想成是一種「硬」游離技術,因為這項技術能夠提供足夠高的能量(kcal/mol)來破壞內部化學鍵結。游離電壓(通常為70eV)是指引起電子加速而誘發電子游離的電壓差。不同於CI,EI必須要在高真空狀態下執行,從而避免不受控的碰撞。分析器要在更高的真空狀態下操作(10-4~10-6 torr)。
電噴灑(ESI)
是一種所謂的「軟」游離技術,這是最廣為使用的大氣壓游離(API)技術。自1980年代後期開始,隨著相關研究將電子撞擊游離現象歸因於施加在導電管(不鏽鋼毛細管)上的過量能量(電壓範圍在3-5kV內)誘發管內液流超過其瑞利極限,並在離開導電管時形成氣膠,這項技術的商業意義得以凸顯。游離產生的噴霧(庫侖爆炸的結果)會使氣膠液滴去溶劑化,形成半徑約10微米的小液滴,導致氣膠液滴中的離子變多。這些離子通常是質子化離子,在正游離模式下以M+H+形式偵測,或在負離子模式下以M-H-形式偵測。
FAB(快速原子撞擊法)
是一種所謂的軟游離技術,通常會產生碎斷程度相當低的高強度分子離子。將分析物置於基質(通常是甘油)中,經由LC液流或以靜態方式流經探針,進入高能原子(通常是氙或碘化銫)的路徑。
這項技術對高達10,000 amu的生物分子表現出效力,但它更重要的應用也許是與扇形磁場質譜儀結合,用於確定精確質量(例如新型胜肽的精確質量)。這項技術的靈敏度非常好(低至fmol水平),且多年來已經發展出相當多與它相關的技術知識(靜態FAB)。要對這項技術駕輕就熟有一定難度,因為甘油會污染質譜儀離子源,導致質量較低的物質被甘油離子掩蓋。自從ESI問世後,現在已經鮮少使用這項技術。
場游離(FI)
FI提供的軟游離導致各種分析物極少或者不呈現碎斷狀態。這一點在石化應用中尤其重要,在這些應用中,由於會導致分析物碎斷(EI)或游離特性複雜(CI)等緣故,其他游離技術的實用性會受到限制。在諸如茚之類的有機化合物蒸汽中對施加了高電壓的細導線加熱,產生的結構沉積在導線表面,出現樹枝狀晶體,熱裂解後產生非常細的導電燈絲。對一個非常小的點施加高電位時,會在這個尖端產生非常強烈的電場,提供可以發生場游離的條件。
樣品分子會在FI發射器上出現大量碳樹枝狀晶體的尖端附近通過。FI發射器的位置相當接近一對中空的萃取桿。發射器保持在大地電位,向萃取桿施加相對較高的電壓(12 kV),在碳樹枝狀晶體的尖端週圍產生非常高的電場。GC管柱的位置相當接近發射器導線,並與導線排成一直線。在電場的影響之下,分子會發生價電子的量子穿隧效應,從而產生離子自由基。
FIA(流動注射分析)
這是經由LC進樣器但不加裝管柱的進樣方法(樣品通常在早期步驟中純化成餾分,從而消除譜圖中的干擾和複雜性)。LC單純發揮進樣裝置的功能。
燈絲
在電子游離中,與分析物交互作用並將其游離的電子來源於燈絲。燈絲通常以金屬線製成(扁線或圓線),當電流通過導致燈絲被加熱時,它能釋放70 eV電子。
碎片離子
母分子離子出現損失時產生的離子。解離碎片的總和等於母離子,在指定條件下一律會碎斷相同的內部鍵結,從而以可預測的模式碎斷(產生相同的碎片離子且每個離子的相對豐度相同)。另請參閱「特定MRM實驗產生的產物(子)離子」。
混成系統
通常是指結合兩種不同類型的儀器,例如早期的Micromass「混成系統」就結合了扇形磁場與四極桿儀器。現代的QTOF是結合了四極桿和TOF的混成系統。
離子
質譜儀只能以操縱的方式偵測離子質量,前提是該離子至少必須擁有一個電荷。若離子只有一個電荷(例如因電子損失導致分子以帶正電的陽離子自由基形式存在,或者添加質子或氫原子使其以帶正電的似分子離子形式存在),在低解析度方案中,我們可以認為它代表分子量。
離子流(總離子流)
根據離子源中產生之帶電粒子偵測到的電流。如果質譜儀設定成在100~500 Da的範圍內執行掃描,產生的總離子流是選定時間內離子源中該質量範圍內所有離子的總和。如果儀器設定成只偵測一種離子(選擇離子監測),產生的總離子流只會是每個選定條件下該離子的總和。
離子源
分析器前方離子流中的物理空間,也是分析物發生游離的位置。每種類型的介面各有專屬的內部幾何結構,以利發揮最好的結果。
同位素比
天然同位素豐度比通常假定能保持恆定和穩定,但在非常精確的量測之下,天然同位素豐度比會顯示出顯著且特有的變化。同位素比的量測適用於各類應用,例如以同位素富集元素做為示蹤劑的代謝研究;以有孔蟲中溫度依賴性氧碳同位素比量測值進行的氣候研究;以鉛、釹或鍶等元素的放射性同位素測定岩石年代;以及使用碳同位素比進行的物質來源測定(例如鑑定物質是天然物質還是石油合成物)。
這類應用通常會使用有多個固定偵測器(每個同位素一個)的單聚焦扇形磁場質譜儀。複雜化合物需在量測前還原成簡單分子,例如將有機化合物燃燒成CO2、H2O和N2。
基質輔助雷射脫附游離(MALDI)
這項技術使用雷射撞擊並激發含有分析物的基質,由Tanaka、Karas和Hillenkamp於1988年首度提出。目前已經證實這是游離超大胜肽和蛋白質分子的最佳方法,可以偵測完整分子。常用作飛行時間(TOF)儀器引入樣品的方案。
質荷比(m/z)
帶電粒子以其質量與離子電荷的比表示。在文獻和一般使用中,通常表示為「m/z」,其中,生成離子的分析物可使用原子質量單位(amu)、道爾頓或分子量(mw)標記。
平均自由徑
從離子進入分析器到偵測到該離子的距離。在真空狀態下操作時,有鑑於在稀薄空氣中碰撞之間的時間與分析離子所需的時間,平均自由徑相對較長。範例:
atm (1000 torr)空氣含3 x 1022個分子/cm
1 x 105 torr的腔室含3 x 1011個分子/cm
l ¸壓力 (torr) =最小平均自由徑(cm)
其中,l = 5 x 103 cm
分子離子
分子得到(陰離子)或丟失(陽離子)電子後產生的離子。另請參閱「似分子離子」。
多重反應監測(MRM)
三段四極桿質譜儀上特有的實驗模式,第一個四極桿(Q1)用於過濾母離子,中間的四極桿或「限用RF」的四極桿(Q2)用於誘發母離子與分子(通常是氣體,如氬氣)之間的碰撞,接著偵測該碰撞所產生的特定產物離子(Q3)。尤其適用於製藥業的高通量定量分析。
母離子
更恰當的詞彙是「前軀物」;是通常能與「分子離子」互換的術語。在MRM機制中,使用這個術語表示存在產物離子。請見「產物離子」。
粒子束(MAGIC、Thermabeam)
最初由美國喬治亞理工學院開發,由Browner等人命名為MAGIC(monodisperse aerosol generating interface for chromatography:用於層析分離的單分散氣膠生成介面)。這項技術後來經過改進,通稱為「粒子束」。將LC流加熱並霧化後去除溶劑。真空幫浦透過串聯式(通常是兩個)截取錐抽出溶劑蒸汽,得到「乾燥」的粒子,加速通過動量分離器並撞擊質譜儀離子源,產生類似於傳統GC-MS的碎片離子譜圖。這項技術現在也很少使用了。
探針(也稱固體探針或直接插入式探針)
穿過真空鎖插入質譜儀離子源的金屬桿。可以將樣品塗抹在探針尖端,再置入游離束的路徑中。通常用於EI及其他單一樣品人工實驗。也可以像FAB實驗一樣,將樣品塗抹在可增強游離效果的基質上,請見FAB。
產物離子
過去稱「子離子」,是在受控實驗條件下故意誘發前驅物離子(或「母離子」)與分子碰撞引起碎斷的結果。碰撞會產生專屬於前驅物離子的產物離子,可以當成陽性鑑定的方法。請見「多重反應監測(MRM)」。
似分子離子
通常是指分子與質子(例如M+H)或離子(例如來自移動相中常用銨鹽的M+NH4)的加合,會將相關分析物改變為某種相對容易鑑定的形式。分子帶上電荷後即可利用質譜儀操縱。
四極桿(Quad)
最通用的質譜儀類型的基本功能。四根電極桿(通常直徑不大於1吋,長度不大於12吋),在兩個環中彼此平行(間距約1吋)。對電極桿施以DC(直流電)和RF(射頻)電壓過濾粒子,或讓特定的帶電粒子沿電極桿長度通過。RF/DC條件變化會影響不同質量(帶相關電荷)的粒子。電極桿兩兩對立相連,在RF源的作用下,每一組輪流成為正極和負極。
在指定的校正設定下,只有具對應質荷比的粒子能夠通過(以m/z表示;大約與分子量相當)。在相同的設定下,較重的粒子會偏離電極,不會被偵測器偵測到(電壓設定幾乎沒有影響),較輕的粒子則會被困住,無法到達出口,因此會被偵測到。四極桿可以在<103秒內改變和穩定電場,能隨著掃描時間的推移測得多個分子量,儘管因此會偵測到較少符合任何指定分子量條件的帶電粒子。
解析度(10%峰谷法)
兩個相鄰且訊號值約略相等的質量之間的最小間隔,用於讓質譜儀區分不同質荷比的離子。最常用於扇形磁場質譜儀;與下列比值相等:
兩個粒子的平均質量
兩個粒子的質量差異
解析度(M/ΔM)
更常用的計算方法是,指定質量除以半高全寬(FWHM)處的解析度。前面的定義(10%方法)在扇形磁場儀器中很普遍,而且要求相鄰質量的強度必須相同。例如,四極桿常用的FWHM解析度值是0.6 amu。若是使用質荷比3000(相當於道爾頓或amu)處擷取到的峰進行量測,則相當於解析度5000。這兩種技術的結果大致相當,這種方法所產生的值通常是峰低法的兩倍。
質量
50%峰高處的峰寬
掃描
另請參閱監測選定的離子、四極桿和離子流。電腦在指定時間內調整控制電壓(直流和射頻),用於掃描(偵測)指定範圍內的任何帶電粒子。想要偵測多個離子往往必須犧牲靈敏度,這是因為如果將偵測器設定成偵測範圍內的任何其他區域,偵測器就不一定能夠偵測到您需要的一部分粒子。
選擇離子監測(SIM)
又稱「選擇離子記錄」(SIR);另請參閱四極桿和掃描。可以調整四極桿上的直流和射頻電壓設定,只將一個帶電粒子(單一質荷比)傳遞到偵測器。結果雜訊急劇下降,使訊號隨著靈敏度急劇增加而出現(一直偵測到符合該m/z的所有粒子),但會完全偵測不到混合物中的任何其他粒子。
熱噴灑
雖然這種類型的介面已經在文獻中多次出現,但它真正開始普及的時間是在1980年代初。在探針(約1–2呎長、內徑75–150微米的絕緣管)中加熱流速約1 ml/min的LC溶劑,將產生的蒸汽噴入質譜儀中。質譜儀內氣膠液滴去溶劑化後產生的離子進入分析器(與噴霧成直角),並受到透鏡電壓的影響(請見「掃描」和「總離子流」)。
如此產生的譜圖稱為軟游離譜圖,因為這種方式產生的碎斷幾乎沒有意義。會產生高強度的分子離子,雖然單一離子在某些背景和混合物中可能沒有什麼優勢,但確有利於以高靈敏度進行高分子量鑑定和過濾目標離子,以利進一步進行碎斷(MS/MS)。文獻記載這項技術分析維生素D代謝物的靈敏度可達pmol水平。在1990年代初APCI改進之前,人們通常會選擇這種介面,用於強極性分析物的應用,例如代謝物研究,但液體中有機物含量越多,效果就越不好。
例行作業已經不再使用這項技術。
飛行時間(TOF)質譜儀
一種質量分析器,能依離子得到相同動能後通過無場真空區域所花的時間分離不同質荷比的離子。離子的速度取決於離子的質荷比,因為離子是以固定的距離行進,所以可以按照它到達偵測器所需的時間確定質荷比,質量越大的離子需要的時間就越長。
調諧
通常是指將介面透鏡和流動氣體進行最佳化處理,從而按照一組特定的操作條件讓特定分析物得到理想訊號值。「調諧」與「校正」相反,校正是定義質量擷取與報告功能。設定透鏡與相關電路的硬體加上建立軟體查詢表,可以讓儀器的訊號值保持穩定,並依據校正流(如PEG或NaCsI)的已知質量進行修正。
真空 (torr)
相當於1 mmHg(1 psi=51.7 torr=0.069 bar或atm)。質譜儀的分析器部分通常必須保持在10--4 torr以上,才能產生游離粒子需要的離散通道。趨向於大氣的壓力會導致離子-分子交互作用,從而在下游進一步偵測到帶電粒子時會產生隨機結果。在受控條件下,化學游離(CI)之類的技術在低真空(壓力較高)的狀態下會誘發這種碰撞。