什么是质谱法（ What is Mass Spectrometry）？

质谱法是一种用于化学鉴定的分析技术。通过对感兴趣的样品进行电离和碎裂，并测量所形成的产物的质量电荷比，可以看到一个 "化学指纹"，从而帮助找出化学结构。质谱法也可用于识别未知化合物。

质谱法与各种样品类型兼容，从气态样品到大型蛋白质。为了处理复杂环境中的样品，如血液、尿液或环境材料，质谱法还可以与几种互补的分析技术连在一起。1 这包括液相色谱法或气相色谱法，以便在质谱记录之前进行样品分离和制备。

广泛的电离源以及质谱与几种样品类型的兼容性使其成为许多应用的主力技术。法医、医药开发、化学生产和医疗诊断都使用质谱方法。

仪器和方法

一个标准的质谱仪由一个电离源、一个带有电场和磁场的飞行区和一个检测器组成。在入口处，样品被汽化，然后被电离。有时电离是通过在电子冲击过程中用电子轰击样品来进行。然而，其他电离方法，如质子转移或电喷雾电离，被视为 "软 "电离技术。

硬电离技术，如电子撞击，会使完整的母分子电离并产生高度的碎片。

一些分子，特别是具有许多弱键的较大的分子系统，将经历广泛的碎片化，以至于母分子不能再被检测到。较软的电离方法引起较少的碎片，通常对 "脆弱的 "生物物种更好。

电离过程不一定只是创造一个带单电的物种。由于质谱仪测量的是一个物种的质荷比，而不仅仅是质量，所以有时最好是将分析物的电荷量相乘。对于非常重的物种，如大的生物分子，使用多重电荷是特别常见的，因为大的质量使其难以检测到单电荷的物种。

一些更复杂的质谱仪器将有额外的组件，如离子阱，以提高可用于检测的带电物种的数量。

虽然质谱法是相当敏感的，但有些物种在一次电离事件中产生的离子不足以被检测到。

一旦带电物种被创造出来，离子就会飞过有电场或磁场的区域。电场用于加速所有的离子，直到它们具有相同的动能，而磁场，通常伴随着仪器中的一个弯曲部分，用于偏转带电粒子的路径，它们飞行的曲率半径取决于它们的质量电荷比。

质谱仪中的典型检测器包括电子倍增器、带成像板的光电倍增器或阵列检测器。后者甚至可以进行位置敏感的测量。

大多数光谱仪记录离子的总体飞行时间，然后使用已知的飞行时间校准，将其转换成质荷比的光谱。

用质谱法识别化学品

用质谱法鉴定化学品时使用母离子的质量，如果它能被检测到的话。许多质谱仪也有高度精确的质荷比检测。质量精度和分辨率越高，就越容易识别样品的元素组成，并对特定官能团的存在进行标本分析。

例如，醛和硫化物等化学官能团只相差0.035达。一个能够解决这个数量级的质量差异的质谱仪将为特定的化学物种提供一个独特的识别器。

另一个提高对化学分配的信心或获得样品的结构见解和元素组成的方法是使用碎片模式作为附加信息。

破碎模式和特定碎片离子的相对丰度反映了分子中化学键的相对强度。有可能找出某些官能团在整个化学结构中的位置，以及有关局部结合环境的性质和强度的东西。

质谱可以提供的物种信息意味着它现在被用作蛋白质组学的工具5，并用于识别复杂的化学混合物，其中可能有几个不同化合物的质谱重叠。这在法医样本中尤其常见。

参考资料

1. Maurer, H. H. (2006) Hyphenated mass spectrometric techniques – indispensable tools in clinical and forensic toxicology and in doping control. Journal of Mass Spectrometry, 41, 1399–1413. https://doi.org/10.1002/jms.1112
2. Traldi, P., Magno, F., Lavagnini, I., & Seraglia, R. (2006). Quantitative applications of mass spectrometry. John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1002/0470029021
3. Kind, T., & Fiehn, O. (2010). Advances in structure elucidation of small molecules using mass spectrometry. Bioanal Rev, 2, 23–60. https://doi.org/10.1007/s12566-010-0015-9
4. Eliuk, S., & Makarov, A. (2015). Evolution of Orbitrap Mass Spectrometry Instrumentation. Annual Reviews of Analytical Chemistry, 8, 61–80. https://doi.org/10.1146/annurev-anchem-071114-040325
5. Cunsolo, V., & Foti, S. (2019). Mass spectrometry in proteomics. Mass Spectrometry: An Applied Approach, 261–272. https://doi.org/10.1002/9781119377368.ch8

Written by Rebecca Ingle, Ph.D