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仪器百科之仪器类型简介-气相色谱质谱联用仪气相色谱质谱联用仪简介目前,色谱仪器在分析仪器中具有重要地位。
由于色谱仪的色谱柱具有的分离能力，把物质按保留时间大小进行分离，然后通过与标样保留时间进行对比的方法确定物质性质，因此对未知样品很难定性分析。
而质谱仪是直接测定物质的质量数与电荷的比值(m/z)在定性分析方面既准确又快速。
把色谱与质谱联合起来使用，气相色谱质谱联用仪（GC-MS)型式试验实际上是把质谱仪作为色谱仪的一个通用检测器来使用。
气相色谱质谱联用仪分类气相色谱质谱联用仪分类有多种。
1、按分析规模可分：小型气相色谱质谱联用仪和大型气相色谱质谱联用仪。
2、按分辨率可分：低分辨气相色谱质谱联用仪、中分辨气相色谱质谱联用仪和高分辨气相色谱质谱联用仪。
3、按质量分析器的时空属性可分：时间型气相色谱质谱联用仪和空间型气相色谱质谱联用仪。
4、按质量分析器的工作原理可分：气相色谱四极杆质谱联用仪、气相色谱离子阱质谱联用仪、气相色谱飞行时间质谱联用仪和气相色谱傅里叶变换质谱联用仪等。
5、按用途可分：生物气相色谱质谱联用仪、制药气相色谱质谱联用仪、化工气相色谱质谱联用仪、食品气相色谱质谱联用仪、医用气相色谱质谱联用仪和酒精气相色谱质谱联用仪等。
气相色谱质谱联用仪结构GC-MS主要由三部分组成：色谱部分、质谱部分和数据处理系统。
色谱部分和一般的色谱仪基本相同，包括有柱箱、汽化室和载气系统，也带有分流/不分流进样系统，程序升温系统、压力、流量自动控制系统等，一般不再有色谱检测器，而是利用质谱仪作为色谱的检测器。
在色谱部分，混合样品在合适的色谱条件下被分离成单个组分，然后进入质谱仪进行鉴定。
色谱仪是在常压下工作，而质谱仪需要高真空，因此，如果色谱仪使用填充柱，必须经过一种接口装置一分子分离器，将色谱载气去除，使样品气进入质谱仪。
如果色谱仪使用毛细管柱，则可以将毛细管直接插入质谱仪离子源，因为毛细管载气流量比填充柱小得多，不会破坏质谱仪真空。
质谱仪的种类质谱仪是一种用于分析样品化学组成和结构的仪器。
根据不同的工作原理和应用领域，可以将质谱仪分为以下几类：1. 质子传导质谱仪（Proton Transfer Reaction Mass Spectrometry，PTR-MS）：通过质子传导反应实现离子化的一种质谱仪，主要用于气相样品的分析。
2. 电离源种类：- 电子轰击电离质谱仪（Electron Impact Mass Spectrometry，EI-MS）：通过电子轰击样品分子使其离子化，常用于无机和有机化合物的分析。
- 化学电离质谱仪（Chemical Ionization Mass Spectrometry，CI-MS）：在电子轰击的基础上，加入化学反应物质使样品分子产生离子化，常用于高分辨质谱和毒理学分析。
- 电喷雾电离质谱仪（Electrospray Ionization Mass Spectrometry，ESI-MS）：通过液体喷雾中带有高电场分子使样品分子离子化，常用于生物大分子和极性化合物的分析。
- 大气压化学电离质谱仪（Atmospheric Pressure Chemical Ionization Mass Spectrometry，APCI-MS）：通过高压气雾中带有高电场分子使样品分子离子化，常用于半挥发性有机化合物的分析。
- 甲烷化化学离子化质谱仪（Methane Chemical Ionization Mass Spectrometry，MCI-MS）：使用甲烷作为化学反应物离子化样品分子，常用于大环化合物和天然产物的分析。
3. 质谱分析器种类：- 扇形时间质谱仪（Time-of-Flight Mass Spectrometer，TOF-MS）：根据质量-时间关系分析离子质量的质谱仪，具有高分辨率和高灵敏度的特点。
- 四极杆质谱仪（Quadrupole Mass Spectrometer，QMS）：通过调节电场和磁场的大小，选择性地将离子与质量-电荷比符合条件的通行，常用于快速扫描和全扫描分析。
化学分析中的质谱技术使用注意事项质谱技术作为一种重要的化学分析方法，在科学研究和工业应用中扮演着重要角色。
质谱技术通过对样品中化合物的质量和相对丰度进行测量，可以提供有关样品成分和结构的重要信息。
然而，在使用质谱技术进行化学分析时，有一些注意事项需要遵守，以确保结果的准确性和可靠性。
首先，选择合适的质谱仪和检测模式非常重要。
质谱仪的种类繁多，包括质谱质谱仪（MS/MS）、气相色谱质谱仪（GC-MS）、液相色谱质谱仪（LC-MS）等。
不同的仪器和检测模式适用于不同类型的样品和分析目标。
使用者需要根据需要选择最合适的仪器和检测模式，以确保所得数据的可靠性和可比性。
其次，样品的准备和处理过程需严格控制。
质谱技术对样品的纯度和浓度要求高，任何杂质或者干扰物都可能对分析结果产生影响。
因此，在样品准备和处理过程中，需要进行适当的样品处理、提取、纯化等步骤，以确保样品的质量和纯度。
同时，样品的浓度也需要控制在合适的范围内，避免过高或过低的浓度对质谱仪的性能产生影响。
另外，仪器的使用和维护也是化学分析中质谱技术使用的重要环节。
质谱仪是一种复杂的仪器设备，需要经过专业的培训和操作才能熟练使用。
使用者需要了解和掌握仪器的各种参数和功能，设置适当的仪器条件和操作参数。
同时，定期进行仪器的校准和维护，确保仪器的稳定性和可靠性。
此外，及时更换仪器中的消耗品和关键部件，减少因仪器老化和磨损造成的影响，也是保证结果可靠性的重要步骤。
在进行质谱分析时，还需要注意样品的测量环境和条件。
质谱分析通常需要在高真空环境下进行，以避免空气中的干扰对实验结果的影响。
此外，适当的温度、湿度和压力等环境条件对实验结果也可能产生影响，因此需要掌握并控制这些条件。
同时，在进行质谱分析时，需要避免样品与仪器材料发生反应，导致结果的失真。
最后，在进行数据分析和结果解读时，需要谨慎对待。
质谱分析的数据量庞大，需要借助计算机和专业软件进行数据处理和解读。
质谱分析方法质谱仪种类很多，不同类型的质谱仪的主要差别在于离子源.离子源的不同决定了对被测样品的不同要求，同时所得到信息也不同。
质谱仪的分辨率也非常重要，高分辨质谱仪可以给出化合物的组成式，这对于未知物定性是至关重要的。
因此，在进行质谱分析前，要根据样品状况和分析要求选择合适的质谱仪。
目前，有机质谱仪主要有两大类：气相色谱-质谱联用仪和液相色谱-质谱联用仪，现就这两类仪器的分析方法叙述如下：GC-MS分析方法GC-MS分析条件的选择在GC—MS分析中，色谱的分离和质谱数据的采集是同时进行的。
为了使每个组分都得到分离和鉴定，必须设备合适的色谱和质谱分析条件。
色谱条件包括色谱柱类型（填充柱或毛细管柱），固定液种类,汽化温度,载气流量，分流比，温升程序等.设置的原则是:一般情况下均使用毛细管柱,极性样品使用极性毛细管柱，非极性样品采用非极性毛细管柱，未知样品可先用中等极性的毛细管柱，试用后再调整。
当然，如果有文献可以参考,就采用文献所用条件.质谱条件包括电离电压，电子电流，扫描速度,质量范围,这些都要根据样品情况进行设定。
为了保护灯绿和倍增器，在设定质谱条件时，还要设置溶剂去除时间,使溶剂峰通过离子源之后再打开灯绿和倍增器.在所有的条件确定之后，将样品用微量注射器注入进样口，同时启动色谱和质谱,进行GC-MS分析。
GC—MS数据的采集有机混合物样品用微量注射器由色谱仪进样口注入，经色谱柱分离后进入质谱仪离子原在离子源被电离成离子。
离子经质量分析器，检测器之后即成为质谱仪号并输入计算机.样品由色谱柱不断地流入离子源，离子由离子源不断的进入分析器并不断的得到质谱，只要没定好分析器扫描的质量范围和扫描时间，计算机就可以采集到一个个的质谱。
如果没有样品进入离子源,计算机采集到的质谱各离子强度均为0。
当有样品过入离子源时,计算机就采集到具有一定离子强度的质谱.并且计算机可以自动将每个质谱的所有离子强度相加。
显示出总离子强度，总离子强度随时间变化的曲线就是总离子色谱图,总离子色谱图的形状和普通的色谱图是相一致的。
高分辨质谱（High-Resolution Mass Spectrometry，HRMS）是一种分析化学技术，用于确定化合物的分子质量和结构。
高分辨质谱能够提供比常规质谱更高的分辨率和准确性，从而可以更精确地识别和定量化合物。
以下是一些常见的高分辨质谱的种类：1.飞行时间质谱（Time-of-Flight Mass Spectrometry，TOF-MS）：TOF-MS测量离子从离子源到检测器所需的飞行时间，以计算质量。
它具有很高的分辨率和快速的数据获取速度。
2.电子喷雾离子化质谱（Electrospray Ionization Mass Spectrometry，ESI-MS）：ESI-MS适用于生物分子分析，如蛋白质、肽段和核酸。
它产生的离子有助于高分辨质谱分析。
3.飞行时间-四极杆质谱（Time-of-Flight Quadrupole Mass Spectrometry，TOF-QMS）：TOF-QMS结合了TOF和四极杆技术，提供了高分辨质谱和离子选择的能力。
4.高分辨质谱仪（High-Resolution Mass Spectrometer）：这是一类专门设计用于高分辨质谱的仪器，例如Orbitrap、Ion Cyclotron Resonance（ICR）等。
5.磁扇质谱（Magnetic Sector Mass Spectrometry）：使用磁场将离子根据其质荷比分离，提供高分辨能力。
6.三重四极杆质谱（Triple Quadrupole Mass Spectrometry）：通常用于定量分析，可以选择性地过滤离子并测量其丰度。
7.四极杆-飞行时间质谱（Quadrupole Time-of-Flight Mass Spectrometry，Q-TOF-MS）：结合了四极杆的离子选择和TOF的高分辨能力，用于精确的质谱分析。
这些只是高分辨质谱技术中的一些常见种类。
每种技术都有其特定的优势和适用范围，根据需要选择适合的高分辨质谱方法可以帮助科学家准确地分析和解释复杂的样品。
微生物质谱鉴定质谱分析是一种通过测量离子质荷比（质量-电荷比），从而确定其质量的分析方法（通俗点讲，质谱就是一种类型的“秤”，只不过它称量的是离子的质量），在众多的分析测试方法中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。
质谱仪器一般由进样系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统等部分组成。
由于进样方式、离子源、质量分析器等的不同，质谱仪分为不同的种类，临床上常见的有液相色谱串联质谱（LC-MS-MS）、气相色谱串联质谱（GC-MS-MS）、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）等等。
我们通常所提到的微生物质谱法采用的就是基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱（MALDI-TOF MS）技术对微生物进行鉴定的方法。
MALDI-TOF MS的离子化方式是基质辅助激光解吸电离（MALDI），是一种“软电离”的方式，这种电离方式可以产生稳定的分子离子，因而是检测生物大分子的有效方法，广泛地运用于生物化学，尤其对蛋白质、核酸的分析研究已经取得了突破性进展。
那么，MALDI-TOF MS是如何进行样本检测的呢？首先，用一定强度的激光照射样品与基质形成的共结晶薄膜，基质从激光中吸收能量，与样品之间发生电荷转移使得样品分子电离。
离子在高压电场作用下加速进入飞行管中，小离子飞得快，先到达探测器，大离子飞得慢，后到达探测器，从而得出测定结果。
质谱为什么能够鉴定微生物？以细菌为例，细菌是原核生物的一类，是一类形状细短，结构简单，多以二分裂方式进行繁殖的原核生物，是在自然界分布最广、个体数量最多的有机体，是大自然物质循环的主要参与者。
细菌主要由细胞膜、细胞质、核质体等部分构成，有的细菌还有荚膜、鞭毛、菌毛等特殊结构。
MALDI-TOF MS之所以能够对细菌进行鉴定，是因为细菌的核糖体蛋白具有保守性，一般不会随生长条件的变化而变化，而不同细菌的核糖体蛋白指纹图谱具有各异性，指纹图谱中的某些峰具有属、种，甚至亚种特异性。
质谱仪的分类
质谱仪的分类
1、有机质谱仪
有机质谱仪基本工作原理：以电子轰击或其他的方式使被测物质离子化，形成各种质荷比（m/e）的离子，然后利用电磁学原理使离子按不同的质荷比分离并测量各种离子的强度，从而确定被测物质的分子量和结构。
有机质谱仪主要用于有机化合物的结构鉴定，它能提供化合物的分子量、元素组成以及官能团等结构信息。
分为四极杆质谱仪、离子阱质谱仪、飞行时间质谱仪和磁质谱仪等。
2、无机质谱仪
无机质谱仪与有机质谱仪工作原理不同的是物质离子化的方式不一样，无机质谱仪是以电感耦合高频放电（ICP）或其他的方式使被测物质离子化。
一、质谱仪种类非常多，工作原理和应用范围也有很大的分歧。
从应用角度，质谱仪可以分为下面几类：
1、有机质谱仪
由于应用特点分歧又分为：
①气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）在这类仪器中，由于质谱仪工作原理分歧，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（LC-MS）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。
③其他有机质谱仪，主要有：基质辅助激光解吸飞行时间质谱（MALDI-TOFMS），富立叶变换质谱仪（FT-MS）
2、无机质谱仪
包含：
①火花源双聚焦质谱仪。
②感应耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）。
③二次离子质谱仪（SIMS）
除上述分类外，还可以从质谱仪所用的质量分析器的分歧，把质谱仪分为双聚焦质谱仪、四极杆质谱仪、飞行时间质谱仪、
离子阱质谱仪、傅立叶变换质谱仪等。
二、质谱仪中离子源的分类
质谱分析是一种丈量离子荷质比（电荷-质量比）的分析方法，其基来源根基理是使试样中各组分在离子源中发生电离，天生分歧荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进进质量分析器。
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。
离子源的性能决定了离子化效率，很大程度上决定了质谱仪的灵敏度。
罕见的离子化方式有两种：一种是样品在离子源中以气体的形式被离子化，另一种为从固体概况或溶液中溅射出带电离子。
1.电感耦合等离子体离子化（ICP）
等离子体是由自由电子、离子和中性原子或分子组成，总体上成电中性的气体，其内部温度高达几千至一万度。
样品由载气携带从等离子体焰炬中心穿过，迅速被蒸发电离并通过离子引出接口导进到质量分析器。
样品在极高温度下完全蒸发和解离，电离的百分比高，因此几乎对所有元素均有较高的检测灵敏度。
由于该条件下化合物分子结构已经被破坏，所以ICP仅适用于元素分析。
2.大气压电离源（API）
API是液相色谱/质谱联用仪最经常使用的离子化方式。
罕见的大气压电离源有三种：大气压电喷雾（APESI），大气压化学电
离（APCI）和大气压光电离（APPI）。
电喷雾离子化是从往除溶剂后的带电液滴形成离子的过程，适用于轻易在溶液中形成离子的样品或极性化合物。
因具有多电荷能力，所以其分析的分子量范围很大，既可用于小分子分析，又可用于多肽、蛋白质和寡聚核苷酸分析。
APCI是在大气压下利用电晕放电来负气相样品和活动相电离的一种离子化技术，要求样品有一定的挥发性，适用于非极性或低、中等极性的化合物。
由于极少形成多电荷离子，分析的分子量范围受到质量分析器质量范围的限制。
APPI是用紫外灯取代APCI的电晕放电，利用光化作用将气相中的样品电离的离子化技术，适用于非极性化合物。
由于大气压电离源是独立于高真空状态的质量分析器之外的，故分歧大气压电离源之间的切换非常方便。
3.化学电离（CI）
引进一定压力的反应气进进离子化室，反应气在具有一定能量的电子流的作用下电离或者裂解。
天生的离子和反应气分子进一步反应或与样品分子发生离子分子反应，通过质子交换使样品分子电离。
经常使用的反应气有甲烷，异丁烷和氨气。
根据反应气压力分歧，化学电离源分为大气压、中气压（0.1～10mmhg）和低气压（10-6mmhg）三种。
大气压化学电离源适合于色谱和质谱联用，检测灵敏度较一般的化学电离源要高2～3个数目级，低气压化学电离源可以在较低的温度下分析难挥发的样品，并能使用难挥发的反应试剂，但是只能用于傅里叶变换质谱仪。
4.快原子轰击（FAB）
将样品分散于基质（经常使用甘油等高沸点溶剂）制成溶液，涂布于金属靶上送进FAB离子源中。
将经强电场加速后的惰性气体中性原子束（如氙）对准靶上样品轰击。
基质中存在的缔合离子及经快原子轰击发生的样品离子一起被溅射进进气相，并在电场作用下进进质量分析器。
如用惰性气体离子束（如铯或氩）来取代中性原子束进行轰击，所得质谱称为液相二次离子质谱（LSIMS）。
5.电子轰击电离（EI）
气化后的样品分子进进离子化室后，受到由钨或铼灯丝发射并加速的电子流的轰击发生正离子。
离子化室压力坚持在10-4～10-6mmhg。
轰击电子的能量大于样品分子的电离能，使样品分子电离或碎裂。
电子轰击质谱能提供有机化合物最丰富的结构信息，有较好的重现性，其裂解规律的研究也最为完善，已经建立了数万种有机化合物的尺度谱图库可供检索。
其缺点在于不适用于难挥发和热稳定性差的样品。
6.场电离（Field Ionization，FI）和场解吸（Field Desorption，FD）
FI离子源由间隔很近的阳极和阴极组成，两极间加上高电压后，阳极四周发生高达107～108v/cm的强电场。
接近阳极的气
态样品分子发生电离形成正分子离子，然后加速进进质量分析器。
对于液体样品（固体样品先溶于溶剂）可用FD来实现离子化。
将金属丝浸进样品液，待溶剂挥发后把金属丝作为发射体送进离子源，通过弱电流提供样品解吸附所需能量，样品分子即向高场强的发射区扩散并实现离子化。
FD适用于难气化，热稳定性差的化合物。
FI和FD均易得到分子离子峰。
7.基质辅助激光解吸离子化（MALDI）
将溶于适当基质中的样品涂布于金属靶上，用高强度的紫外或红外脉冲激光照射可实现样品的离子化。
此方式主要用于可达100000DA质量的大分子分析，仅限于作为飞行时间分析器的离子源使用。
三、质谱仪中质量分析器的分类
质谱的基来源根基理是使试样中各组分在离子源中发生电离，天生分歧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。
质量分析器将带电离子根据其质荷比加以分离，用于纪录各种离子的质量数和丰度。
质量分析器的两个主要技术参数是所能测定的质荷比的范围（质量范围）和分辨率。
由两个端盖电极和位于它们之间的类似四极杆的环电极构
成。
端盖电极施加直流电压或接地，环电极施加射频电压（RF），通过施加适当电压就可以形成一个势能阱（离子阱）。
根据RF电压的大小，离子阱就可捕获某一质量范围的离子。
离子阱可以储存离子，待离子累积到一定数目后，升高环电极上的RF 电压，离子按质量从高到低的次序依次离开离子阱，被电子倍增监测器检测。
目前离子阱分析器已发展到可以分析质荷比高达数千的离子。
离子阱在全扫描模式下仍然具有较高灵敏度，而且单个离子阱通过期间序列的设定就可以实现多级质谱（MSN）的功能。
离子源中天生的离子通过扇形磁场和狭缝聚焦形成离子束。
离子离开离子源后，进进垂直于其前进方向的磁场。
分歧质荷比的离子在磁场的作用下，前进方向发生分歧的偏转，从而使离子束发散。
由于分歧质荷比的离子在扇形磁场中有其特有的运动曲率半径，通过改变磁场强度，检测依次通过狭缝出口的离子，从而实现离子的空间分离，形成质谱。
具有相同动能，分歧质量的离子，因其飞行速度分歧而分离。
假如固定离子飞行间隔，则分歧质量离子的飞行时间分歧，质量小的离子飞行时间短而首先到达检测器。
各种离子的飞行时间与质荷比的平方根成正比。
离子以离散包的形式引进质谱仪，这样可以同一飞行的出发点，依次丈量飞行时间。
离子包通过一个脉冲或者一个栅系统连续发生，但只在一特定的时间引进飞行
管。
新发展的飞行时间分析用具有大的质量分析范围和较高的质量分辨率，尤其适合蛋白等生物大分子分析。
因其由四根平行的棒状电极组成而得名。
离子束在与棒状电极平行的轴上聚焦，一个直流固定电压（DC）和一个射频电压（RF）作用在棒状电极上，两对电极之间的电位相反。
对于给定的直流和射频电压，特定质荷比的离子在轴向稳定运动，其他质荷比的离子则与电极碰撞湮灭。
将DC和RF以固定的斜率变更，可以实现质谱扫描功能。
四极杆分析器对选择离子分析具有较高的灵敏度。
在一定强度的磁场中，离子做圆周运动，离子运行轨道受共振变换电场限制。
当变换电场频率和回旋频率相同时，离子稳定加速，运动轨道半径越来越大，动能也越来越大。
当电场消失时，沿轨道飞行的离子在电极上发生交变电流。
对信号频率进行分析可得出离子质量。
将时间与相应的频率谱利用计算机经过傅里叶变换形成质谱。
其优点为分辨率很高，质荷比可以精确到千分之一道尔顿。
分析化学闫潇娜 20101085。
