質(zhì)譜儀是一種很好的定性鑒定用儀器，目前，在有機(jī)質(zhì)譜儀中，除激光解吸電離-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀和傅立葉變換質(zhì)譜儀之外，所有質(zhì)譜儀都是和氣相色譜或液相色譜組成聯(lián)用儀器。這樣，使質(zhì)譜儀無(wú)論在定性分析還是在定量分析方面都十分方便。
同時(shí)，為了增加未知物分析的結(jié)構(gòu)信息，為了增加分析的選擇性，采用串聯(lián)質(zhì)譜法（質(zhì)譜-質(zhì)譜聯(lián)用），也是目前質(zhì)譜儀發(fā)展的一個(gè)方向。也就是說(shuō)，目前的質(zhì)譜儀是以各種各樣的聯(lián)用方式工作的。
質(zhì)譜儀部分
質(zhì)量分析器種類(lèi)很多，最常用的是四極桿分析器（簡(jiǎn)寫(xiě)為Q），其次是離子阱分析器（Trap）和飛行時(shí)間分析器（TOF）。為了增加結(jié)構(gòu)信息，大多采用具有串聯(lián)質(zhì)譜功能的質(zhì)量分析器,串聯(lián)方式很多，如Q-Q-Q，Q-TOF等。
串聯(lián)質(zhì)譜的工作原理
為了得到更多的有關(guān)分子離子和碎片離子的結(jié)構(gòu)信息，早期的質(zhì)譜工作者把亞穩(wěn)離子作為一種研究對(duì)象。所謂亞穩(wěn)離子(metastable ion)是指離子源出來(lái)的離子，由于自身不穩(wěn)定，前進(jìn)過(guò)程中發(fā)生了分解，丟掉一個(gè)中性碎片后生成的新離子，這個(gè)新的離子稱(chēng)為亞穩(wěn)離子。
這個(gè)過(guò)程可以表示為：m1+m2+ +N , 新生成的離子在質(zhì)量上和動(dòng)能上都不同于m1+ , 由于是在行進(jìn)中途形成的，它也不處在質(zhì)譜中m2的質(zhì)量位置。研究亞穩(wěn)離子對(duì)搞清離子的母子關(guān)系，對(duì)進(jìn)一步研究結(jié)構(gòu)十分有用。于是，在雙聚焦質(zhì)譜儀中設(shè)計(jì)了各種各樣的磁場(chǎng)和電場(chǎng)聯(lián)動(dòng)掃描方式，以求得到子離子，母離子和中性碎片丟失。盡管亞穩(wěn)離子能提供一些結(jié)構(gòu)信息，但是由于亞穩(wěn)離子形成的幾率小，亞穩(wěn)峰太弱，檢測(cè)不容易，而且儀器操作也困難，因此，后來(lái)發(fā)展成在磁場(chǎng)和電場(chǎng)間加碰撞活化室，人為地使離子碎裂，設(shè)法檢測(cè)子離子，母離子，進(jìn)而得到結(jié)構(gòu)信息。這是早期的質(zhì)譜-質(zhì)譜串聯(lián)方式。
隨著儀器的發(fā)展，串聯(lián)的方式越來(lái)越多。尤其是20世紀(jì)80年代以后出現(xiàn)了很多軟電離技術(shù)，如ESI、APCI、FAB、MALDI等，基本上都只有準(zhǔn)分子離子，沒(méi)有結(jié)構(gòu)信息，更需要串聯(lián)質(zhì)譜法得到結(jié)構(gòu)信息。因此，近年來(lái)，串聯(lián)質(zhì)譜法發(fā)展十分迅速。
串聯(lián)質(zhì)譜法可以分類(lèi)
空間串聯(lián)和時(shí)間串聯(lián)。空間串聯(lián)是兩個(gè)以上的質(zhì)量分析器聯(lián)合使用，兩個(gè)分析器間有一個(gè)碰撞活化室，目的是將前級(jí)質(zhì)譜儀選定的離子打碎，由后一級(jí)質(zhì)譜儀分析。而時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜儀只有一個(gè)分析器，前一時(shí)刻選定-離子，在分析器內(nèi)打碎后，后一時(shí)刻再進(jìn)行分析。本節(jié)將敘述各種串聯(lián)方式和操作方式。
串聯(lián)質(zhì)譜的主要串聯(lián)方式
質(zhì)譜-質(zhì)譜的串聯(lián)方式很多，既有空間串聯(lián)型，又有時(shí)間串聯(lián)型?？臻g串聯(lián)型又分磁扇型串聯(lián)，四極桿串聯(lián)，混合串聯(lián)等。如果用B表示扇形磁場(chǎng)，E表示扇形電場(chǎng)，Q表示四極桿，TOF表示飛行時(shí)間分析器，那么串聯(lián)質(zhì)譜主要方式有：
①空間串聯(lián)
磁扇型串聯(lián)方式：BEB EBE BEBE等
四極桿串聯(lián)：Q-Q-Q
混合型串聯(lián)：BE-Q Q-TOF EBE-TOF
②時(shí)間串聯(lián)
離子阱質(zhì)譜儀
回旋共振質(zhì)譜儀
無(wú)論是哪種方式的串聯(lián)，都必須有碰撞活化室，從第一級(jí)MS分離出來(lái)的特定離子，經(jīng)過(guò)碰撞活化后，再經(jīng)過(guò)第二級(jí)MS進(jìn)行質(zhì)量分析，以便取得更多的信息。
碰撞活化分解
利用軟電離技術(shù)（如電噴霧和快原子轟擊）作為離子源時(shí)，所得到的質(zhì)譜主要是準(zhǔn)分子離子峰，碎片離子很少，因而也就沒(méi)有結(jié)構(gòu)信息。為了得到更多的信息，最好的辦法是把準(zhǔn)分子離子“打碎”之后測(cè)定其碎片離子。在串聯(lián)質(zhì)譜中采用碰撞活化分解(Collision activated dissociation, CAD)技術(shù)把離子“打碎”。
碰撞活化分解也稱(chēng)為碰撞誘導(dǎo)分解(Collision Induced dissociation, CID)，碰撞活化分解在碰撞室內(nèi)進(jìn)行，帶有一定能量的離子進(jìn)入碰撞室后，與室內(nèi)情性氣體的分子或原子發(fā)生碰撞，離子發(fā)生碎裂。為了使離子碰撞碎裂，必須使離子具有一定動(dòng)能，對(duì)于磁式質(zhì)譜儀，離子加速電壓可以超過(guò)1000V，而對(duì)于四極桿，離子阱等，加速電壓不超過(guò)100V，前者稱(chēng)為高能CAD，后者稱(chēng)為低能CID。二者得到的子離子譜是有差別的。
串聯(lián)質(zhì)譜法工作方式和主要信息
1、三級(jí)四極質(zhì)譜儀（Q-Q-Q）的工作方式和主要信息
三級(jí)四極質(zhì)譜儀有三組四極桿，第一組四級(jí)桿用于質(zhì)量分離(MS1)，第二組四極桿用于碰撞活化(CAD),第三組四極桿用于質(zhì)量分離(MS2)。主要工作方式有四種。
三級(jí)四極質(zhì)譜儀四種Ms-Ms工作方式
圖中a為子離子掃描方式，這種工作方式由MSI選定-質(zhì)量，CAD碎裂之后，由MS2掃描得子離子譜。b為母離子掃描方式，在這種工作方式，由MS2選定一個(gè)子離子，MS1掃描，檢測(cè)器得到的是能產(chǎn)生選定子離子的那些離子，即母離子譜。C是中性丟失譜掃描方式，在這種方式是MS1和MS2同時(shí)掃描。只是二者始終保持一定固定的質(zhì)量差(即中性丟失質(zhì)量)，只有滿(mǎn)足相差-固定質(zhì)量的離子才得到檢測(cè)。d是多離子反應(yīng)監(jiān)測(cè)方式,由MS1選擇一個(gè)或幾個(gè)特定離子(圖中只選一個(gè))，經(jīng)碰撞碎裂之后,由其子離子中選出一特定離子，只有同時(shí)滿(mǎn)足MS1和MS2選定的一對(duì)離子時(shí),才有信號(hào)產(chǎn)生。用這種掃描方式的好處是增加了選擇性，即便是兩個(gè)質(zhì)量相同的離子同時(shí)通過(guò)了MS1，但仍可以依靠其子離子的不同將其分開(kāi)。這種方式非常適合于從很多復(fù)雜的體系中選擇某特定質(zhì)量,經(jīng)常用于微小成分的定量分析。
2、離子阱質(zhì)譜儀MS-MS工作方式和主要信息
離子阱質(zhì)譜儀MS-MS工作方式
離子阱質(zhì)譜儀的MS-MS屬于時(shí)間串聯(lián)型，它的操作方式見(jiàn)上圖，在A階段,打開(kāi)電子門(mén)此時(shí)基礎(chǔ)電壓置于低質(zhì)量的截止值，使所有的離子被阱集,然后利用輔助射頻電壓拋射掉所有高于被分析母離子的離子。進(jìn)入B階段，增加基頻電壓，拋射掉所有低于被分析母離子的離子。以阱集即將碰撞活化的離子。在C階段，利用加在端電極上的輔助射頻電壓激發(fā)母離子，使其與阱內(nèi)本底氣體碰撞，在D階段，掃描基頻電壓,拋射并接收所有CID過(guò)程形成的子離子，獲得子離子譜。以此類(lèi)推,可以進(jìn)行多級(jí)MS分析。由離子阱的工作原理可以知道，它的MS-MS功能主要是多級(jí)子離子譜，利用計(jì)算機(jī)處理軟件，還可以提供母離子譜,中性丟失譜和多反應(yīng)監(jiān)測(cè)（MRM）。
3、傅里葉變換質(zhì)譜儀MS-MS工作方式和主要信息
FTMS的掃描方式是依據(jù)快速掃頻脈沖對(duì)所有離子“同時(shí)”激發(fā)。具有MS-MS功能的FTMS，其快速掃頻脈沖可以選擇性的留下頻率“缺口”，用頻率“缺口”選擇性的留下欲分析的母離子，其它離子被激發(fā)并拋射到接收極。然后使母離子受激，使其運(yùn)動(dòng)半徑增大又控制其軌道不要與接收極相撞。此時(shí)母離子在室內(nèi)與本底氣體或碰撞氣體碰撞產(chǎn)生子離子。然后再改變射頻頻率接收子離子。還可由子離子譜中選一個(gè)離子再做子離子譜。由于離子損失很少。因此，F(xiàn)TMS可以做到5-6級(jí)子離子譜。
4、飛行時(shí)間質(zhì)譜儀的源后裂解
離子在飛行過(guò)程中如果發(fā)生裂解，新產(chǎn)生的離子仍然以母離子速度飛行。因此在直線型漂移管中觀測(cè)不到新生成的離子。如果采用帶有反射器的漂移管，因?yàn)樾律傻碾x子與其母離子動(dòng)能不同，可在反射器中被分開(kāi)。這種操作方式稱(chēng)為源后裂解（Post source decomposition ，PSD）。通過(guò)PSD操作可以得到結(jié)構(gòu)信息。因此，可以認(rèn)為反射型TOFMS也具有MS-MS功能。
另外TOF-TOF串聯(lián)質(zhì)譜儀已經(jīng)出現(xiàn)。關(guān)于磁式質(zhì)譜儀串聯(lián)和混合型串聯(lián)，小析姐后續(xù)也會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的介紹。
十種質(zhì)譜大比拼
1、 四極桿質(zhì)譜儀，QMS
QMS是最常見(jiàn)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(jiǎn)單、成本低；維護(hù)簡(jiǎn)單；SIM功能的定量能力強(qiáng)；是多數(shù)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中采用的儀器設(shè)備。
缺點(diǎn): 無(wú)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）。
2、飛行時(shí)間質(zhì)譜儀，TOFMS
TOFMS是速度最快的質(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(cè)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(wú)串極功能，限制了進(jìn)一步的定性能力；售價(jià)高于QMS；較精密，需要認(rèn)真維護(hù)。
3、三重四極桿質(zhì)譜儀，QQQ
QQQ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(jí)功能，加強(qiáng)了質(zhì)譜的定性能力，檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中常作為QMS的確認(rèn)檢測(cè)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，QQQ還具有SRM、MRM、母離子掃描、中性丟失（Neutral loss）等功能（離子阱不行）對(duì)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(jià)較高;需要認(rèn)真維護(hù).
4、 四極離子阱，QTrap
技術(shù)上而言，在傳統(tǒng)QQQ的四極桿中加入了輔助射頻，可以做選擇性激發(fā)；或者就功能而言，為QQQ提供了多級(jí)串級(jí)的功能.
優(yōu)勢(shì)：同時(shí)具備MRM、SRM、中性丟失和多級(jí)串級(jí)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).
5、線性離子阱，Linear Ion Trap
傳統(tǒng)3D離子阱的增強(qiáng)版本.
優(yōu)點(diǎn)：相對(duì)于傳統(tǒng)3D離子阱，靈敏度高10倍以上;多級(jí)串級(jí)質(zhì)譜.
缺點(diǎn)：相對(duì)于QQQ，還是不能做MRM、中性丟失等特征基團(tuán)篩選功能.
6、 四極桿飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜，QTOF
QTOF以QMS作為質(zhì)量過(guò)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QQQ;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).
7、離子阱-飛行時(shí)間質(zhì)譜，Trap TOF
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(jí)質(zhì)譜能力和飛行時(shí)間質(zhì)譜的高分辨能力
優(yōu)點(diǎn):同時(shí)具有多級(jí)串級(jí)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(duì)于混合樣品的靈敏度欠佳;定量能力弱.
8、 磁質(zhì)譜，Sector MS
磁質(zhì)譜的定量能力是各種質(zhì)譜中最強(qiáng)的。現(xiàn)在已較少使用，僅用于地質(zhì)元素和痕量二惡英的檢測(cè)。
優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)經(jīng)典、成熟，NIST等MS庫(kù)采用的儀器;分辨力非常好（100k，m/&Delta m FWHM），干擾少;靈敏度高，定量能力是各種質(zhì)譜中最好的.
缺點(diǎn)：體積、重量大;售價(jià)很高;速度慢;維護(hù)復(fù)雜，很費(fèi)電.
9、傅立葉變換質(zhì)譜儀，F(xiàn)T-ICR-MS
據(jù)說(shuō)是質(zhì)譜中的貴族，質(zhì)量精度超級(jí)好，幾個(gè)月都不需要校正。但是價(jià)格也是貴的讓人心寒啊。
傅立葉變換質(zhì)譜儀的分辨能力最高，常作為高端科學(xué)研究的裝備。
優(yōu)點(diǎn)：能夠做多級(jí)串級(jí)，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(jià)極高;速度也較慢;維護(hù)費(fèi)用非常昂貴.
10、 靜電場(chǎng)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(duì)FT-ICR而言，價(jià)格稍低（～450kUSD）；
缺點(diǎn)：不能單獨(dú)做串級(jí)；分辨力、靈敏度、質(zhì)量穩(wěn)定性等離FT-ICR還有距離。
