各類質(zhì)譜儀的優(yōu)缺點(diǎn)分析 質(zhì)譜儀解決方案

第第頁各類質(zhì)譜儀的優(yōu)缺點(diǎn)分析質(zhì)譜儀解決方案1913年J.J.Thomson制成臺質(zhì)譜儀，用其發(fā)現(xiàn)了20Ne,22Ne同位素。1919年臺質(zhì)譜儀是英國科學(xué)家弗朗西斯阿斯頓于1919年制成的。阿斯頓用這臺裝置發(fā)現(xiàn)了多種元素同位素，研究了53個非放射性元素，發(fā)現(xiàn)了天然存在的287種核素中的212種，次證明原子質(zhì)量虧損。他為此榮獲1922年諾貝爾化學(xué)獎。早期的質(zhì)譜儀主要是用來進(jìn)行同位素測定和無機(jī)元素分析，二十世紀(jì)四十年代以后開始用于有機(jī)物分析，六十年代出現(xiàn)了氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，使質(zhì)譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域大大擴(kuò)展，開始成為有機(jī)物分析的重要儀器。計算機(jī)的應(yīng)用又使質(zhì)譜分析法發(fā)生了奔騰變化，使其技術(shù)更加成熟，使用更加方便。八十年代以后又出現(xiàn)了一些新的質(zhì)譜技術(shù)，如快原子轟擊電離子源，基質(zhì)輔助激光解吸電離源，電噴霧電離源，大氣壓化學(xué)電離源，以及隨之而來的比較成熟的液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀，感應(yīng)耦合等離子體質(zhì)譜儀，富立葉變換質(zhì)譜儀等。這些新的電離技術(shù)和新的質(zhì)譜儀使質(zhì)譜分析又取得了長足進(jìn)展。目前質(zhì)譜分析法已廣泛地應(yīng)用于化學(xué)、化工、材料、環(huán)境、地質(zhì)、能源、藥物、刑偵、生命科學(xué)、運(yùn)動醫(yī)學(xué)等各個領(lǐng)域。四極桿質(zhì)譜儀，QMSQMS是常見的質(zhì)譜儀器，定量能力突出，在GC-MS中QMS占絕大多數(shù)。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單、成本低；維護(hù)簡單；SIM功能的定量能力強(qiáng)；是多數(shù)檢測標(biāo)準(zhǔn)中采用的儀器設(shè)備。缺點(diǎn)：無串極能力，定性能力不足；分辨力較低(單位分辨)，存在同位素和其他m/z近似的離子干擾；速度慢；質(zhì)量上限低(小于1200u)。飛行時間質(zhì)譜儀，TOFMSTOFMS是速度快的質(zhì)譜儀，適合于LC-MS方面的應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)：分辨能力好，有助于定性和m/z近似離子的區(qū)別，能夠很好的檢測ESI電噴霧離子源產(chǎn)生多電荷離子；速度快，每秒2～100張高分辨全掃描(如50～2000u)譜圖，適合于快速LC系統(tǒng)(如UPLC)；質(zhì)量上限高(6000～10000u)。缺點(diǎn)：無串極功能，限制了進(jìn)一步的定性能力；售價高于QMS；較精密，需要認(rèn)真維護(hù)。三重四極桿質(zhì)譜儀，QQ質(zhì)譜給四極桿質(zhì)譜儀在保留QMS原有定量能力強(qiáng)的特點(diǎn)上，提供了串級功能，加強(qiáng)了質(zhì)譜的定性能力，檢測標(biāo)準(zhǔn)中常作為QMS的確認(rèn)檢測手段。優(yōu)點(diǎn)：有串極功能，定性能力強(qiáng)；定量能力非常好，MRM信噪比高于QMS的SIM；是常用的QMS結(jié)果確認(rèn)儀器；除一般子離子掃描功能外，Q還具有SRM、MRM、母離子掃描、中性丟失(Neutralloss)等功能(離子阱不行)對特征基團(tuán)的結(jié)構(gòu)研究有很大幫助。缺點(diǎn)：分辨力不足，容易受m/z近似的離子干擾；售價較高；需要認(rèn)真維護(hù)。四極離子阱，QTrap技術(shù)上而言，在傳統(tǒng)Q的四極桿中加入了輔助射頻，可以做選擇性激發(fā)。就功能而言，為Q提供了多級串級的功能優(yōu)點(diǎn)：同時具備MRM、SRM、中性丟失和多級串級功能，非常適合于未知樣品的結(jié)構(gòu)解析。缺點(diǎn)：分辨力還是低了點(diǎn)。線性離子阱，LinearIonTrap傳統(tǒng)3D離子阱的增強(qiáng)版本優(yōu)點(diǎn)：相對于傳統(tǒng)3D離子阱，靈敏度高10倍以上；多級串級質(zhì)譜。缺點(diǎn)：相對于Q，還是不能做MRM、中性丟失等特征基團(tuán)篩選功能。線型離子阱和三維離子阱的比較這個比較可能是很少有的一邊倒的場面線型離子阱的靈敏度、分辨力、速度、通量等指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)的3D離子阱。自從2023年Finnigan公司推出了LTQ線型離子阱之后，一時間眾多廠家的3D離子阱銷量下降很多。3D離子阱的市場被線型離子阱蠶食的非常嚴(yán)重，特別是在中國質(zhì)譜市場，由于用戶愛追新潮、求大求好，線型離子阱在中國賣的很好。以至于在很多時候Bruker和Agilent的離子阱廣告都看不見了。但是實(shí)際上線型離子阱在國外并不是非常流行，特別是一些離子阱的老用戶，由于已經(jīng)習(xí)慣了離子阱的指標(biāo)，對于價錢高很多的線型離子阱往往只叫好不出手，寧可買只要3/5價錢的LCQ這種老式3D離子阱。四極桿飛行時間串聯(lián)質(zhì)譜，QTOFQTOF以QMS作為質(zhì)量過濾器，以TOFMS作為質(zhì)量分析器。優(yōu)點(diǎn)：能夠提供高分辨譜圖；定性能力好于Q；速度快，適合于生命科學(xué)的大分子量復(fù)雜樣品分析。缺點(diǎn)：成本高；需要仔細(xì)維護(hù)。離子阱-飛行時間質(zhì)譜，TrapTOF以3D離子阱作為質(zhì)量選擇器和反應(yīng)器，結(jié)合了離子阱的多級質(zhì)譜能力和飛行時間質(zhì)譜的高分辨能力優(yōu)點(diǎn)：同時具有多級串級和高分辨能力，適合于未知樣品的定性工作，如糖蛋白的定性。缺點(diǎn)：由于離子阱容量限制，對于混合樣品的靈敏度欠佳；定量能力弱。磁質(zhì)譜，SectorMS磁質(zhì)譜的定量能力是各種質(zhì)譜中強(qiáng)的?，F(xiàn)在已較少使用，僅用于地質(zhì)元素和痕量二惡英的檢測。優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)經(jīng)典、成熟，NIST等MS庫采用的儀器；分辨力非常好(100k，m/DeltamFWHM)，干擾少；靈敏度高，定量能力是各種質(zhì)譜中好的。缺點(diǎn)：體積、重量大；售價很高；速度慢；維護(hù)復(fù)雜，很費(fèi)電。傅立葉變換質(zhì)譜儀，F(xiàn)T-ICR-MS質(zhì)譜中的貴族，質(zhì)量精度超級好，幾個月都不需要校正，但是價格也是貴的讓人心寒啊。傅立葉變換質(zhì)譜儀的分辨能力高，常作為科學(xué)研究的裝備。優(yōu)點(diǎn)：能夠做多級串級，定性能力極好；分辨力極高；靈敏度很好。缺點(diǎn)：體積重量大；售價極高；速度也較慢；維護(hù)費(fèi)用非常昂貴。靜電場傅立葉變換質(zhì)譜，Orbitrap優(yōu)點(diǎn)：高分辨，60k～120kFWHM，質(zhì)量精度高；相對FT-ICR而言，價格稍低(～450kUSD)。缺點(diǎn)：不能單獨(dú)做串級；分辨力、靈敏度、質(zhì)量穩(wěn)定性等離FT-ICR還有距離。Orbitrap和FT-ICR-MS的技術(shù)比較：Orbitrap與原有的“超導(dǎo)磁鐵傅立葉變換離子回旋共振質(zhì)譜”(SCFT-ICR-MS，常說的FTMS)有類似的地方也有許多不同。Orbitrap相當(dāng)于一臺輕量級FTMS，它的維護(hù)簡單，相當(dāng)于TOF；指標(biāo)方面略遜于FTMS，但是比一般質(zhì)譜要好。Orbitrap的分辨力比FTMS低。兩種質(zhì)譜的采樣速度相當(dāng)，但比TOF和四極桿、離子阱慢的多。Orbitrap和FTMS都可以通過減少采樣時間來提高速度，但這是以犧牲分辨力為代價的。質(zhì)譜儀的基本結(jié)構(gòu)和功能

隨著質(zhì)譜(massspectrometry，MS)、紅外光譜及核磁共振等定性分析手段的發(fā)展，目前主要采用在線的聯(lián)用技術(shù)，即將色譜法與其它定性或結(jié)構(gòu)分析手段直接聯(lián)機(jī)，來解決色譜定性困難的問題。氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用(GC-MS)是較早實(shí)現(xiàn)商品化的色譜聯(lián)用儀器。目前，小型臺式GC-MS已成為很多實(shí)驗(yàn)室的常規(guī)配置。

質(zhì)譜儀的基本結(jié)構(gòu)和功能：

質(zhì)譜系統(tǒng)一般由真空系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、離子源、質(zhì)量分析器、檢測器和計算機(jī)控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(工作站)等部分組成。

質(zhì)譜儀的離子源、質(zhì)量分析器和檢測器必須在高真空狀態(tài)下工作，以減少本底的干擾，避免發(fā)生不必要的分子-離子反應(yīng)。質(zhì)譜儀的高真空系統(tǒng)一般由機(jī)械泵和擴(kuò)散泵或渦輪分子泵串聯(lián)組成。機(jī)械泵作為前級泵將真空抽到10-1～10-2Pa，然后由擴(kuò)散泵或渦輪分子泵將真空度降至質(zhì)譜儀工作需要的真空度10-4～10-5Pa。雖然渦輪分子泵可在十幾分鐘內(nèi)將真空度降至工作范圍，但一般仍然需要繼續(xù)平衡2小時左右，充分排除真空體系內(nèi)存在的諸如水分、空氣等雜質(zhì)以保證儀器工作正常。

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀的進(jìn)樣系統(tǒng)由接口和氣相色譜組成。接口的作用是使經(jīng)氣相色譜分離出的各組分依次進(jìn)入質(zhì)譜儀的離子源，接口一般應(yīng)滿足如下要求：

(a)不破壞離子源的高真空，也不影響色譜分離的柱效;

(b)使色譜分離后的組分盡可能多的進(jìn)入離子源，流動相盡可能少進(jìn)入離子源;

(c)不改變色譜分離后各組分的組成和結(jié)構(gòu)。

離子源的作用是將被分析的樣品分子電離成帶電的離子，并使這些離子在離子光學(xué)系統(tǒng)的作用下，匯聚成有一定幾何形狀和一定能量的離子束，然后進(jìn)入質(zhì)量分析器被分離。其性能直接影響質(zhì)譜儀的靈敏度和分辨率。離子源的選擇主要依據(jù)被分析物的熱穩(wěn)定性和電離的難易程度，以期得到分子離子峰。電子轟擊電離源(EI)是氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀中較為常見的電離源，它要求被分析物能氣化且氣化時不分解。

質(zhì)量分析器是質(zhì)譜儀的核心，它將離子源產(chǎn)生的離子按質(zhì)荷比(m/z)的不同，在空間位置、時間的先后或軌道的穩(wěn)定與否進(jìn)行分離，以得到按質(zhì)荷比大小順序排列的質(zhì)譜圖。以四極質(zhì)量分析器(四極桿濾質(zhì)器)為質(zhì)量分析器的質(zhì)譜儀稱為四極桿質(zhì)譜。它具有重量輕、體積小、造價低的特點(diǎn)，是目前臺式氣相色譜—質(zhì)譜聯(lián)用儀中常用的質(zhì)量分析器。

檢測器的作用是將來自質(zhì)量分析器的離子束進(jìn)行放大并進(jìn)行檢測，電子倍增檢測器是色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀中常用的檢測器。

計算機(jī)控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(工作站)的功能是快速準(zhǔn)確地采集和處理數(shù)據(jù);監(jiān)控質(zhì)譜及色譜各單元的工作狀態(tài);對化合物進(jìn)行自動的定性定量分析;按用戶要求自動生成分析報告。

標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)譜圖是在標(biāo)準(zhǔn)電離條件——70eV電子束轟擊已知純有機(jī)化合物得到的質(zhì)譜圖。在氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀中，進(jìn)行組分定性的常用方法是標(biāo)準(zhǔn)譜庫檢索。即利用計算機(jī)將待分析組分(純化合物)的質(zhì)譜圖與計算機(jī)