質譜分析入門讀本

質譜儀的體積可能比一枚硬幣小，也可能大到足以填滿非常大的房間。儘管有各種不同的儀器類型適用於眾多不同的應用，但這些機器類型的某些運作原理仍是相同的。現在量測單位統稱道爾頓(Da)，不再使用其他單位，例如原子質量單位(amu)。1 Da =碳12 (¹²C)同位素單一原子質量的1/12。

過去人們認定質譜儀不能進行嚴謹的定量，因此嚴格限制質譜儀只能是定性裝置（用於鑑定化合物的輔助裝置）。不過，近期事實證明質譜儀是兼具定性和定量功能的儀器。

質譜儀可以量測分子的質量，但是必須先將分子轉換成氣相離子才行。因此，質譜儀會傳遞一個電荷給分子，產生帶電離子通量後，再將離子通量轉換成符合一定比例的電流，由數據系統讀取。數據系統會將電流轉換成數位資訊，製作出質譜圖。

要產生離子，可以依據目標分析物從數種方式中選擇適合的方式：

• 在平坦表面上雷射剝蝕溶於基質中的化合物，例如使用MALDI
• 與高能粒子或電子產生交互作用，例如電子游離法(EI)所發生的作用
• 作為傳輸過程的一個環節，例如我們所熟知的電噴灑(ESI)。在這個環節，液相層析的沖提液會接收到高壓，致使氣溶膠產生出離子。

接下來會按照離子的質荷比(m/z)分離、偵測和量測離子。此時會繪製與m/z相對的離子流（訊號），製作出質譜圖。小分子通常只帶一個電荷，因此m/z是質量(m)除以1。「1」是游離過程中加入的質子[表示為M+H+，若形成方式是損失一個質子，則是M-H-］，若離子的形成方式是損失一個電子，則以自由基陽離子[M+.]表示。質譜儀的準確度或量測實際質量的效能優劣未必相同，本入門讀物稍後的章節會加以討論。

大分子結構中會有一個以上的位置捕獲電荷。小胜肽通常可能會有兩個電荷(M+2H+)，而非常大的分子可能會有多個位點，可以運用單純演算法推問出質譜圖中呈現的離子質量。

我能分析多大的分子？

脫附方法（以本入門讀物的說明為準）延伸了分析非揮發性不穩定大分子的能力。在準確度0.01%的範圍內（或4 Da以內）例行偵測40,000道爾頓，能夠鑑定諸如轉譯後修飾之類的細微變化。多電荷態會延伸質譜儀的範圍，使其遠超出原本設計的上限而納入1,000,000 Da甚至更多的質量。

同位素與元素質譜分析

自然同位素豐度的表徵分析相當充分。儘管我們通常認為同位素相當穩定，但它們仍然能顯示出顯著且特徵性的變化。同位素比量測用於代謝研究（以富含同位素的元素做為示蹤劑），也用於會量測溫度造成氧氣和碳變化的氣候研究。就實務而言，這種量測會先將複雜分子碎成簡單的分子成分，再運用準確度相當高的功能進行量測，例如扇形磁場儀器所能發揮的功能（請見下節）。

元素分析通常以無機物原料為標的，目標是鑑定元素成分，而非結構，有時候會使用固態金屬樣品。放電（或是功率較低的輝光放電）裝置游離樣品時，常用感應耦合電漿(ICP)源。使用專用儀器進行兆分之一濃度偵測非常普遍。