质谱方法学

A. 什么是质谱及质谱图质谱是怎样工作的

质谱（又叫质谱法）是一种与光谱并列的谱学方法，通常意义上是指广泛应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。质谱法在一次分析中可提供丰富的结构信息，将分离技术与质谱法相结合是分离科学方法中的一项突破性进展。在众多的分析测试方法中，质谱学方法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度且得到了广泛应用的普适性方法。质谱仪器一般由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统等部分组成。

B. 质谱的进展

1 电喷雾解吸电离技术（Desorption Electrospray Ionization）
2004 年，Cooks 等报道了基于电喷雾解吸电离（DESI）对固体表面进行非破坏性检测的新型质谱分析方法。
电喷雾产生的带电液滴及离子直接打到被分析物的表面，吸附在表面的待测物
受到带电离子的撞击从表面解吸出来并被电离，然后通过质谱仪的采样锥进入质量分析器，获得的质谱图与常规电喷雾质谱图十分相似，可以得到单个或多个电荷的分子离子。电喷雾解吸电离技术可视为电喷雾技术与解吸技术的结合，而又类似于二次离子质谱。不同的是，解吸电离技术和二次离子质谱技术都是在真空条件下完成，而电喷雾解吸电离过程是在大气压环境下完成。由于该方法无须样品预处理，能够对吸附在固体表面的爆炸物、色素、蛋白质等在大气压下进行离子化，甚至能够对薄层色谱表面的分析物进行直接检测，从而实现了利用质谱方法进行快速灵敏的测定。DESI 是一种新兴的离子源，其最大的优点是能够在大气压下对物质分子进行离子化，从而实现了对待测物的灵敏、快速、高选择性在线监测。电喷雾解吸电离方法应用广泛，可用于极性化合物、非极性化合物、高分子量化合物、低分子量化合物的测定。DESI-MS 可用于植物组织的天然产物分析，无需萃取等样品预处理过程；另外，该技术还已被用于蛋白质组学、代谢组学和诊断学、毒品检测等领域，均取得了很好的结果。值得一提的是，Cooks 课题组将DESI 与便携式质谱仪联用，并实现了对药物、植物组织、爆炸物、生化战剂模拟物、农用化学品的分析。
2 电晕放电实时直接分析电离技术（Corona Direct Analysis in Real Time， CDART）
2003年，美国科学家发明了电晕放电实时直接分析（Corona Direct Analysis in Real Time， CDART）离子化技术并成功地与带常压接口的飞行时间质谱相结合构成了新的质谱仪。采用这种质谱仪对各种气、液体和固体样品表面不作任何处理就可在大气压下直接进行实时分析，几秒钟内就可以得出结果，正好能使质谱技术满足科技领域对这些方面的迫切需求，因而被学术界认为是质谱技术发展方面的“下一次量子飞跃（next quantum leap）”和“革命性的离子源（revolutionary ion source）”。
质谱仪
将其与离子淌度谱仪（IMS）结合则有望发展出可用于现场检测的便携式专用仪器。 实时直接分析离子化源采用常压电晕放电办法使氦形成亚稳态的氦原子，或者使氮气形成振动激发态的氮分子（活化氮），这些高能组分在与样品分子接触时就可通过非弹性碰撞使后者离子化，将其引入质量分析器作进一步分析，即可获得所需要的被分析样品的质谱信息。CDART 技术最初（2003年春）由美国的JEOL 公司开发成功并将其用于该公司带常压接口的 AccuTOF 质谱仪。同年（2003 年）夏美国陆军设在马里兰州的 Edgewood 化学生物武器中心即开始对其作为化学武器检测器的能力进行评估。两者（JEOL 公司和 Edgewood 中心）的研究很快证明，这一新技术可用于数百种化学物质的鉴定，其中包括化学生物武器制剂及其相关化合物（包括其前体、添加剂、反应和降解产物及解毒副产物）、药品、代谢产物、氨基酸、多肽、寡糖、合成有机化合物和金属有机化合物、毒品、爆炸品及有毒工业化学品等。样品类型则遍及多孔混凝土、沥青、人体肌肤、钱币、航班登机卡、名片、水果、蔬菜、调味品、饮料、生物体液、树木和花草叶片、酒杯、常用实验室设备及服饰等。最近的研究更已经扩展到了像蛋白质的测定、聚合物的鉴别、橡胶中抗氧化剂的快速分析、食用油中脂肪的快速分析、粘结剂、水泥、树脂的快速分析、泥水中爆炸物的检测、西红柿表面番茄红素的测定、单个罂粟籽中鸦片的检测、辣椒中辣椒素的分布测定、葱片所释放出的不稳定化合物的检测、除草剂中痕量化合物的快速检测、桔子皮中
杀菌剂的检测等等。
3 电喷雾萃取电离技术（Extractive Electrospray Ionization）
陈焕文等在进行DESI-MS研究的基础上，创造性地提出了电喷雾萃取电离（EESI）技术。EESI技术最早用于液体样品的测定，由电喷雾产生的带电液滴及离子与雾化产生的样品液滴碰撞，样品溶液中的待测物被萃取出来并电离，待测物离子由毛细管接口引入质谱仪。
随后，陈焕文等成功地开展了基于 EESI-TOF-MS 方法和活体呼吸气体为样品的代谢组学方面的研究，研究结果被 Angew. Chem.杂志选中为VIP热点文章、并以封面配图的形式加速发表。实验在商品化ESI离子源上进行，气体样品由鞘气入口引入，与电喷雾产生的带电液滴及离子碰撞，待测物分子被萃取并离子化后，由毛细管引入质谱仪。因其别具匠心的设计和优异的性能，使得 EESI-MS 不仅具有质谱特有的高灵敏度和高特异性，而且能够承受各种形态的样品，而且不需要进行样品收集和分离，能够对生物样品进行活体、实时、在线分析。因此，给临床样品的快速质谱分析这一问题的解决提供了可能。从已经发表的结果来看，EESI-MS 不但能够检测呼吸气体中含有的极性分子和非极性分子，而且还能够检测挥发性和非挥发性分子。通过呼吸气体的活体在线的质谱分析，在1秒钟内即可以获得样品中所有这些分子的指纹谱图，而且可以对任何感兴趣的组分进行结构鉴定，确保了测量结果的可靠性。他们的研究结果表明，人体在极端饥饿或病理条件下将能够在呼出气体中检测到超乎寻常的大量尿素，这与体内采用蛋白质、脂肪来代替糖类供能的结果吻合，也给许多疾病的诊断提供了依据；当服用甜点后能够在呼出气体中检测到葡萄糖，为糖尿病等的诊断和研究提供了新的途径；数据也清楚地显示了健康亚洲人和欧洲人身体对啤酒的不同反应；并且展示了通过选择性分子-离子反应来进行某一类化合物的快速测定，比如口臭患者病因的检测等。实际上，EESI-M 可看作是分子水平上的闻诊。根据科学家的评价，该项研究结果清楚地展示了如果应用质谱仪来进行活体代谢组学研究，对人类多种疾病的诊断、治疗以及对生命活动的分子细胞学机制的研究提供前所未有的有效工具。2002年诺贝尔化学奖得主、ESI技术发明人John B. Fenn 教授认为这一技术（EESI）将被广泛应用，尤其是分析化学家将满怀感激，对此，毫不怀疑。Cooks 教授认为EESI开辟了临床诊断分析化学研究的新领域，对质谱学在临床医学方面的应用具有划时代的意义。该研究成果发表后，瑞士化学会会刊CHIMIA立即决定对其进行转载，欧美各国的众多学术期刊，包括英国Chemistry World，美国C&EN，德国科技在线，Medical News Today，Medilexicon，Hospitalsworldwide，Lab on a chip等媒体都以多种文字对此成果进行了报道，意在迅速引起各国相关行业人员的关注。

C. 什么是质谱，质谱分析原理是什么

质谱（又叫质谱法）是一种与光谱并列的谱学方法，通常意义上是指广泛应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。

质谱分析原理：将被测物质离子化，按离子的质荷比分离，测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。

质量是物质的固有特征之一，不同的物质有不同的质量谱——质谱，利用这一性质，可以进行定性分析（包括分子质量和相关结构信息）；谱峰强度也与它代表的化合物含量有关，可以用于定量分析。

(3)质谱方法学扩展阅读

相关仪器：

质谱仪一般由四部分组成：

进样系统——按电离方式的需要，将样品送入离子源的适当部位；

离子源——用来使样品分子电离生成离子，并使生成的离子会聚成有一定能量和几何形状的离子束。

质量分析器——利用电磁场（包括磁场、磁场和电场的组合、高频电场、和高频脉冲电场等）的作用将来自离子源的离子束中不同质荷比的离子按空间位置，时间先后或运动轨道稳定与否等形式进行分离；

检测器——用来接受、检测和记录被分离后的离子信号。

一般情况下，进样系统将待测物在不破坏系统真空的情况下导入离子源（10-6～10-8mmHg），离子化后由质量分析器分离再检测；计算机系统对仪器进行控制、采集和处理数据，并可将质谱图与数据库中的谱图进行比较。

D. 质谱检测是什么

质谱检测是一种与光谱并列的谱学方法。

质谱（又叫质谱法）是一种与光谱并列的谱学方法，通常意义上是指广泛应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。

质谱分析是一种测量离子荷质比（电荷-质量比）的分析方法，其基本原理JosephJohnThomson是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。

在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。第一台质谱仪是英国科学家弗朗西斯·阿斯顿于1919年制成的。

阿斯顿用这台装置发现了多种元素同位素，研究了53个非放射性元素，发现了天然存在的287种核素中的212种，第一次证明原子质量亏损。他为此荣获1922年诺贝尔化学奖。

质谱的应用：

质谱技术发展很快。随着质谱技术的发展，质谱技术的应用领域也越来越广。由于质谱分析具有灵敏度高，样品用量少，分析速度快，分离和鉴定同时进行等优点，因此，质谱技术广泛的应用于化学，化工，环境，能源，医药，运动医学，刑侦科学，生命科学，材料科学等各个领域。

质谱仪种类繁多，不同仪器应用特点也不同，一般来说，在300C左右能汽化的样品，可以优先考虑用GC-MS进行分析，因为GC-MS使用EI源，得到的质谱信息多，可以进行库检质谱仪索。

毛细管柱的分离效果也好。如果在300C左右不能汽化，则需要用LC-MS分析，此时主要得分子量信息，如果是串联质谱，还可以得一些结构信息。

E. 什么是质谱，质谱分析原理是什么

质谱（又叫质谱法）是一种与光谱并列的谱学方法，通常意义上是指广泛应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。

质谱分析原理：将被测物质离子化，按离子的质荷比分离，测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。

质量是物质的固有特征之一，不同的物质有不同的质量谱——质谱，利用这一性质，可以进行定性分析（包括分子质量和相关结构信息）；谱峰强度也与它代表的化合物含量有关，可以用于定量分析。
质谱分析是一种测量离子质荷比（质量-电荷比）的分析方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。
质谱技术是一种鉴定技术，在有机分子的鉴定方面发挥非常重要的作用。它能快速而极为准确地测定生物大分子的分子量，使蛋白质组研究从蛋白质鉴定深入到高级结构研究以及各种蛋白质之间的相互作用研究。

F. 如何选择质谱分析方法

如何选择质谱分析方法？
——是用于研究蛋白，核苷酸还是小分子，这里也许有理想的答案

正如其它先进的技术一样，质谱技术冲击带来了市场的膨胀，造成了多选择性的产品，专业性的术语，这也就无形中增加了研究人员选择合适于他们的系统的困难性。正如西雅图Fred
Hutchinson癌症研究中心蛋白组主任Philip
Gafken所说的那样，“无论大家相信与否，这种技术并没有如它们所被应用的那样被逐渐的了解，研究人员没有认识到利用这种技术的真正目的。”

比如说三级四极质谱仪(Triple Quadrupole Mass Spectrom）是一种相对便宜一点，但扫描速率（scan
rate）也相对比较慢的质谱仪，而目前精良的傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（Fourier transform ion cyclotron
resonance，FTICR）则在精确性和分辨率都是首屈一指的，当然价钱也会比较贵。

Gafken说道，“人们总是倾向于购买一些顶级的产品，但是事实上，这些应用中很大一部分都能由一些相对便宜一点的仪器来完成”，所以我们需要购买适用于各自需要的正确仪器。

1.Protein Chemist级

对于protein
chemist而言，需要得到的仅仅就是知道他在研究的是什么。通过分析一种蛋白的免疫共沉淀的成份，或者利用二维电泳识别特殊的蛋白斑点，protein
chemist就可以了解这种蛋白质的生物学特性了。对于这种应用，快速而并不需要太精确的方法就可以满足需要了。

推荐系统：MALDI+TOF

理由：肽指纹图谱（PePtide Mass Fingerprinting，PMF）和基质辅助激光解析电离飞行时间(matrix-assisted
laser desorption ionization-time of flight，MALDI-TOF)质谱是可以考虑的首选方法。

TOF是一种简单的质谱分析系统，灵敏度高，能进行从10原子质量单位到上百上千单位的片段分析。另一个TOF的优点就是分析的速度，伊利诺斯大学的化学副教授Neil
Kelleher就表示“这就是它为什么能与MALDI配合工作的原因，你可以以一种高重复率在激光上操作，每秒获得许多光谱。”

而MALDI则是一种首先就可以考虑的方法，但是并不适合如何人，来自华盛顿大学的化学教授，Journal of the American
Society for Mass Spectrometry杂志的编辑Michael
Gross就说，“如果你的免疫共沉淀中有20或30个蛋白，每一个有50条特殊带，那么你就有1000条带，利用MALDI并不能在气相中打到全部的”，为了得到更多的信息，必需要考虑一个可以提供序列详细信息的任意构造，比如MALDI-TOF-TOF，或者一个更加灵敏的仪器——离子捕获。

2. 灵敏级

难题总是出在事实本质的详细内容当中，对于蛋白而言，那就是指翻译后修饰了。比如说，假设你正在研究包含有乙酰化和三甲基化修饰的组蛋白，但是一个标准的质谱也许无法区别出这两种修饰，这时就需要高精度的仪器了，这种仪器能获得二位或者四位小数位的报告。

推荐系统：LC+ESI+FTICR with ECD

理由：准确度高的仪器可以区别对于所谓的正常（nominal-mass）仪器而言相同的分子，一般认为选择液相色谱（liquid
chromatography，LC）与电喷雾电离化（electrospray ionization，ESI），以及傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（Fourier
transform ion cyclotron resonance，FTICR）相结合能达到高精度和高灵敏度的要求。也许还需要电子捕获解离技术（electron
capture dissociation，ECD）来获得可重复的结果。

虽然经典的碰撞诱导解离技术(collision inced dissociation，CID）介导的串联质谱方法可以进行斑点修饰（spot
modifications），但是对于识别包含了修饰的蛋白残基而言，这并不是一种理想的方法，这主要是由于解离蛋白的时候常常会降解多肽的蛋白修饰，然而ECD则可以保持这种修饰的完整性。不过来自辛辛那提大学的Patrick
Limbach提出一个忠告：这些仪器偏差范围小，因此可能会丢失掉一些未预期到的情况，比如天冬酰胺残基的脱酰胺，或者磷酸化。

G. 质谱原理

其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。

第一台质谱仪是英国科学家弗朗西斯·阿斯顿于1919年制成的。阿斯顿用这台装置发现了多种元素同位素，研究了53个非放射性元素，发现了天然存在的287种核素中的212种，第一次证明原子质量亏损。他为此荣获1922年诺贝尔化学奖。

(7)质谱方法学扩展阅读

质谱仪的种类：

①气相色谱-质谱联用仪

在这类仪器中，由于质谱仪工作原理不同，又有气相色谱-四极质谱仪，气相色谱 -飞行时间质谱仪，气相色谱-离子阱质谱仪等。

②液相色谱-质谱联用仪同样，有液相色谱-四器极质谱仪，液相色谱-离子阱质谱仪，液相色谱-飞行时间质谱仪，以及各种各样的液相色谱-质谱-质谱联用仪。

质谱法特别是它与色谱仪及计算机联用的方法，已广泛应用在有机化学、生化、药物代谢、临床、毒物学、农药测定、环境保护、石油化学、地球化学、食品化学、植物化学、宇宙化学和国防化学等领域。

用质谱计作多离子检测，可用于定性分析，例如，在药理生物学研究中能以药物及其代谢产物在气相色谱图上的保留时间和相应质量碎片图为基础，确定药物和代谢产物的存在；也可用于定量分析，用被检化合物的稳定性同位素异构物作为内标，以取得更准确的结果。

H. 质谱什么意思

质谱（又叫质谱法）是一种与光谱并列的谱学方法，通常意义上是指广泛应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。质谱法在一次分析中可提供丰富的结构信息，将分离技术与质谱法相结合是分离科学方法中的一项突破性进展。在众多的分析测试方法中，质谱学方法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度且得到了广泛应用的普适性方法。质谱仪器一般由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统等部分组成。
质谱分析是一种测量离子荷质比（电荷-质量比）的分析方法，其基本原理 Joseph John Thomson
是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。第一台质谱仪是英国科学家弗朗西斯·阿斯顿于1919年制成的。出手不凡，阿斯顿用这台装置发现了多种元素同位素[1]，研究了53个非放射性元素，发现了天然存在的287种核素中的212种，第一次证明原子质量亏损。他为此荣获1922年诺贝尔化学奖。

I. 质谱法的原理&如何看质谱图

1、质谱就是真空中,利用电子束轰击待测化学物质的分子,将该分子打散,打成一个一个的带电荷的分子离子片段,再根据质谱仪上各个分子离子片段的出峰位置和强度,最终显示出各个离子的分子量以及相应浓度。

2、看质谱图,只要看特征峰就好了,不要每个峰都知道是什么,只有自己想要的峰。

化学物质的分子中,单纯依靠质谱来判断是否有某种化学分子存在的情况几乎不存在,更重要的是做为一种辅助监测手段。不过懂得看质谱图,利用质谱分析,还是有必要。

3、最右面的峰是全分子的离子峰,是化学物质的分子失去1个质子产生的峰,最右面的分子量最大了,显然分子片段不可能比全分子的分子量大,所以最右侧峰应该是大约相对分子量的数值。

氧上面加上正号,不一定是失去电子,多数情况下是氧又和一个质子（H+）结合了,从而多了一个正电荷。

(9)质谱方法学扩展阅读:

质谱中主要离子峰:

从有机化合物的质谱图中可以看到许多离子峰，这些峰的m/z和相对强度取决于分子结构，并与仪器类型，实验条件有关。质谱中主要的离子峰有分子离子峰、碎片离子峰、同位素离子峰、重排离子峰及亚稳离子峰等。正是这些离子峰给出了丰富的质谱信息，为质谱分析法提供依据。

J. 质谱检测是什么

质谱是一种与光谱并列的谱学方法，通常意义上是指广泛应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。质谱法在一次分析中可提供丰富的结构信息，将分离技术与质谱法相结合是分离科学方法中的一项突破性进展。

在众多的分析测试方法中，质谱学方法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度且得到了广泛应用的普适性方法。质谱仪器一般由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统等部分组成。

(10)质谱方法学扩展阅读：

质谱分析法对样品有一定的要求。进行GC-MS分析的样品应是有机溶液，水溶液中的有机物一般不能测定，须进行萃取分离变为有机溶液，或采用顶空进样技术。

有些化合物极性太强，在加热过程中易分解，例如有机酸类化合物，此时可以进行酯化处理，将酸变为酯再进行GC-MS分析，由分析结果可以推测酸的结构。如果样品不能汽化也不能酯化，那就只能进行LC-MS分析了。进行LC-MS分析的样品最好是水溶液或甲醇溶液，LC流动相中不应含不挥发盐。对于极性样品,一般采用ESI源，对于非极性样品,采用APCI源。