了解質譜
本入門指南覆蓋了現(xiàn)代質譜實踐相關的大部分主題，并解答了質譜使用和性能方面的一些常見問題。文中還提供了便于深入學習相關文章的鏈接。第一部門內容討論誰使用質譜儀的問題，接著講述化合物在離子源怎樣被電離，以便于質譜儀分析。然后通過對質量準確性和分辨率等重要主題的討論，或我們怎樣區(qū)分緊密相關化合物之間的差別，來講述各種類型的質譜儀。本指南涉及化學、樣品制備和數(shù)據(jù)處理，以及當今流行的MS應用中一些專業(yè)用語的定義。
誰要使用質譜？
在考慮使用質譜儀（MS）之前，應當考慮您分析工作的類型、您預期獲得的結果等：
- 您分析的是像蛋白質、肽等大分子，還是獲取水溶性小分子的數(shù)據(jù)？
- 您在確定的水平尋找目標化合物，還是表征未知樣品？
- 針對復雜基質，您當前的分離技術抗干擾能力強嗎，或者您必須開發(fā)新的方法？
- 您要求單位質量精度（比如400 MW），或5 ppm的質量精度（比如，400.0125 MW或質量為400時準確度為2 mDa）？
- 您必須每天處理幾百個樣品？上千個樣品？上萬個樣品？Who Uses MS?
圖1：表征被測物特征的能力隨質譜性能的增加而增強。
化學、生物化學和物理學領域的各學科和分支學科的研究人員和專業(yè)技術人員通常會用到質譜分析。醫(yī)藥工業(yè)領域的工作人員在進行藥物發(fā)現(xiàn)和藥物開發(fā)時需要利用MS的特異性、動態(tài)范圍及其靈敏度，區(qū)分復雜基質中緊密相關的代謝物，從而鑒定并量化代謝物。尤其是在藥物的開發(fā)過程中，藥物需要進行鑒定、純化，確定早期的藥代動力學，MS已經證實是不可或缺的工具。生物化學家擴展了MS的使用領域，將其應用到蛋白、肽和寡核苷酸的分析中。使用質譜儀，生物化學家們能夠監(jiān)測酶的反應，確定氨基酸序列，并通過包含有蛋白裂解片段衍生物樣品數(shù)據(jù)庫鑒別大分子蛋白。生物化學家通過氫－氘交換在生理條件下形成重要的蛋白-配體的復合物，監(jiān)測蛋白質的折疊。臨床化學家在藥物檢測和新生兒篩查中也應用MS，取代結果不確定的免疫分析。食品安全和環(huán)境研究人員也是這樣。他們跟行業(yè)中相關的企業(yè)工作人員一樣，也使用MS，比如：PAH和PCB分析，水質量分析，及食品農藥殘留分析。確定油組成是一項復雜且昂貴的工作，這刺激了早期質譜儀的發(fā)展，并不斷推動該技術的繼續(xù)創(chuàng)新。現(xiàn)今，MS的專業(yè)人員可以在各種質譜儀、一系列完善可靠的電離技術中進行選擇。
什么是質譜？質譜是怎樣工作的？
質譜儀可以比一枚硬幣小，也可以裝滿非常大的房間。雖然不同儀器類型有不同的應用，但是其工作原理相同。測量單位為道爾頓（Da），代替其它單位，比如原子質量單位（amu）。1Da=單個碳12（12C）同位素原子質量的1/12。以前認為質譜儀不具定量能力，僅能作為定性設備，輔助化合物的鑒定。但現(xiàn)今，已經證實質譜兼具定性和定量功能。只有分子轉化為氣相離子后，質譜儀才能測量其質量。為了達到這一目的，質譜儀使分子帶上電荷，然后將帶電離子流轉化為數(shù)據(jù)系統(tǒng)能夠識別的成比例電流。數(shù)據(jù)系統(tǒng)將這一電流轉化為數(shù)字信息，得到質譜圖。
圖 2：a)像色譜圖形一樣，當總離子電流隨時間改變時，總離子電流（TIC）的豐度增加。b)每個峰的數(shù)字部分表示此刻的離子，其構成了離子電流，離子電流通常被稱為輪廓圖或連續(xù)采集。X或‘時間'軸為質荷比（m/z），在圖譜中（比如同位素）能讀出相鄰離子的分辨率。c)輪廓圖譜通常縮減為‘棒狀圖，從每個峰的頂點降低質心，形成棒狀圖，從而減小存放文件的大小，有利于增加分辨信息。對目標分析物，有很多適合的方式，使其電離成離子：
1) 在平面上，激光激發(fā)溶解在基質中的化合物，比如基質輔助激光解吸離子化（MALDI）法。
2) 通過與帶有能量的離子或電子的相互作用，比如電子轟擊離子化（EI）。
3) 自身輸送過程的一部分，像我們已熟知的電噴霧電離（ESI），在此種電離中，從液相色譜流出的洗脫液經高電壓作用，從氣溶膠中形成離子。
例子按照其質荷比（m/z），進行分離、檢測而得到測量。將相對離子流（信號）與m/z制圖，得到質譜圖。小分子通常僅帶單一電荷：因此m/z是質量與1的比值。"1"表示在離子化過程中增加了一個質子（表示為M+H+，或如果丟失一個質子表示為M-H-），或如果丟失一個電子形成離子，被稱為自由基正離子（M+）。質譜儀的準確性，或質譜儀怎樣測量實際真實的質量，可在本入門指南的后續(xù)章節(jié)中看到。較大分子自身結構的多個位點可捕獲電荷。小肽通常能帶2個電荷（M+2H+），而非常大的分子具有多個位點，可使用簡單的算法，推斷譜圖中表示的離子質量。
圖 3：當準確校正后，低分辨率的質譜儀也可以得到非常準確的質量，但是因為較多的數(shù)據(jù)擠占了有限的分辨空間，因此不能提供更多的譜圖信息。常見的含有9個氨基酸的Bradykinin多肽的代謝片段（BK1-5或Arg-Pro-Pro-Gly-Phe），ACE（血管緊縮素轉化酶）用于擴張血管的抑制劑，可攜帶2個電荷（單個電荷或M+H的單同位素值為573.3149，而雙電荷峰，或M+2H為287.1614）。戴帶雙電荷的同位素峰，也會擠占有效的分辨空間。
能夠分析的分子有多大？
解吸電離擴展了分析的能力，可分析分子量大、非揮發(fā)性、易碎的分子。對分子量40,000Da的常規(guī)檢測，其準確度可達0.01%，（即質量偏差在4Da）允許過程中發(fā)生較小變化的測定，比如蛋白質的翻譯后修飾。可帶多個電荷擴展了質譜儀的測量范圍，可以超越其設計的上限，可檢測1000000Da或更大的質量。
同位素和元素的質譜儀
天然同位素豐度已清楚的表征。雖然通常認為豐度比較穩(wěn)定，但是同位素豐度可能出現(xiàn)顯著的特征性改變。在代謝研究中，應用同位素比例測定（同位素豐富的元素作為示蹤劑），在氣候研究中，測量溫度依賴性氧和碳的變化。在實際中，使用高準確性的質譜儀，測量前，將復雜分子轉化為簡單分子化合物，這樣轉化后的化合物能通過扇形磁質譜儀檢測。元素分析通常針對無機材料，確定元素組成，而不是結構，在一些情況下，可分析固體金屬樣品。常見于誘導偶合等離子體（ICP）源，放電器（或較低能量的發(fā)光放電）電離樣品。在萬億分之一（ppt）水平使用專用儀器檢測較為常見。
