质谱分析

质谱分析是一种强大的分析技术，用于测量离子的质荷比。它提供关于化合物分子结构和组成的信息，是物理化学领域的宝贵工具。此方法有助于识别未知物质，确定分子中元素的同位素组成，并阐明复杂化合物的结构。

质谱分析简介

质谱分析的基本原理很简单。样品被离子化，产生的离子根据其质荷比（m/z）进行分离。然后检测器记录这些离子，产生的质谱显示检测到的离子丰度与质荷比的关系。

该过程可以分为几个阶段：

• 离子化：从样品中生成离子。
• 加速：离子通过电场加速。
• 偏转：离子通过磁场偏转。
• 检测：检测离子并记录数据以产生质谱。

离子化技术

在质谱分析中使用各种离子化技术，每种技术适合不同类型的化合物：

电子电离（EI）

    m + e⁻ → m⁺ + 2e⁻
    

在电子电离中，电子束用于轰击样品分子，使其失去一个电子并形成正离子。EI是一种强烈的离子化技术，通常导致广泛的碎裂。

化学电离（CI）

    M + reagent⁺ → [M+H]⁺ + fragment
    

化学电离涉及气相中的离子-分子反应。首先，试剂气体（如甲烷）被电离，然后电离样品的分子。CI是一种比EI更温和的技术，通常产生完整的分子离子。

电喷雾电离（ESI）

电喷雾电离广泛用于极性和大型生物分子。将样品溶解在溶剂中，并通过带电针喷射形成细雾。溶剂蒸发后生成带电液滴，最终产生裸离子。

质谱分析器

质谱分析器根据质荷比分离离子。各种类型的分析器已被开发，每种都有其应用和优势：

四极质量分析器

四极质量分析器使用振荡电场选择性过滤离子。只有特定质荷比的离子通过检测器。由于其可靠性和简单性，四极分析器是常规定量分析的理想选择。

飞行时间（TOF）质谱分析器

在TOF质谱分析器中，离子被加速并允许通过管道流动。不同m/z比的离子在不同时间到达检测器。TOF分析器提供高质量精度，适用于大型生物分子。

磁扇质量分析器

磁扇分析器使用磁场根据离子速度分离离子。这些类型的分析器提供高质量分辨率，常用于高精度应用。

检测器

一旦分离，离子由检测器检测，测量每个离子束的强度。最常见的检测器类型是：

• 法拉第杯：一种简单的离子收集器，测量落在其上的离子引起的电流。适用于大电流。
• 电子倍增器：一种放大器，通过生成级联电子检测低离子电流。
• 微通道板（MCP）：用于高速和高灵敏度要求的离子信号放大。

案例研究：解释质谱图

考虑乙醇（C ₂ H ₅ OH）的质谱图。突出的峰值可能包括：

• m/z = 46：分子离子峰表示C ₂ H ₅ OH⁺。
• m/z = 31：表示_CH2OH⁺离子。
• m/z = 29：对应于C ₂ H ₅ ⁺离子。
• m/z = 28：表示一氧化碳（CO⁺）片段。

解释质谱图涉及理解碎裂模式，这有助于理解化合物的结构。

质谱分析的应用

质谱分析的多功能性使其在许多领域中具有价值：

蛋白质组学

质谱分析对于识别和量化复杂生物样品中的蛋白质至关重要，帮助发现生物标志物并理解疾病机制。

代谢组学

此技术识别生物系统中的代谢物，并提供关于疾病状况、药物反应和代谢途径的信息。

环境分析

质谱分析在微观层面检测环境中的污染物，确保符合健康法规。

法医学

用于药物测试、有毒物质分析和刑事调查中识别物质。

质谱分析的未来

离子化技术、质谱分析器和检测器的进步继续拓展质谱分析的应用和能力，提高灵敏度、精度和速度，对研究和工业产生巨大影响。

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