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什么是质谱？
质谱分析 (MS) 涉及四个基本步骤：电离，通过质量分析仪进行离子分离，检测以及数据处理和分析。在现代质谱仪中，这些步骤由计算机软件管理。在电离后，分析物被传送到质谱仪的真空室中。在此，质量分析仪可根据离子的质荷比 (m/z) 进行分离。探测器在 m/z 的特定值下生成一个离子丰度的信号，该信号由探测器处理并通过计算机软件记录，得到的信号被测量由计算机软件记录。
使用某些 MS 技术，串联 MS 可以通过分离并切断具有内部能量的母离子来引起解离，从而产生碎片离子，然后作为MS/MS 碎片离子光谱进行测量。串联 MS 通常简写为 MS/MS 或 MS2。 此外，特定的 MS/MS 产物离子可分离并解离为更高阶的产品离子光谱 (称为 MS3)。可以重复此过程以获得更多的 MS 级别 (称为 MSn）。与色谱法联用时，例如液相色谱法，离子色谱<法或气相色谱法， MS 和 MSn 是用于化合物鉴别和定量的强大分析工具。
质谱主题
相关资源
电离
原子和分子必须先电离，然后才能在质量分析仪中进行乙藻，并通过其质荷比 (m/z) 进行检测。电离方法包括大气压化学电离 (APCI)，大气压光电离 (APPI) ，电子电离 (EI)，电喷雾电离 (ESI) ，化学电离 (CI) ，电感耦合等离子体 (ICP) 电离以及基质辅助激光解吸 / 电离 (MALDI)。根据样品特性和实验目标使用不同的电离方法。
质量分析仪的类型
质量分析仪示例包括单 四极杆，三重 四极杆，四极杆离子阱，轨道静电离子阱 (例如 Thermo Scientific Orbitrap 质量分析仪) ，傅里叶变换 电子共振 (FT-ICR) ，扇形磁场和飞行时间 (TOF)。不同质量分析仪在不同类型的实验中表现突出。例如，四极杆通常用于定量研究，而选择离子阱用于定性和结构工作。质 谱仪还可以组合使用，以创建可进行高级实验的串联混合型或 Thermo Scientific Tribrid 质谱仪，或改善实验结果和通量。
四极杆 分析仪使用应用于四个半 杆棒电极的 DC 和 RF 电压来创建电场，通过基于 m/z 的质量过滤器选择性地稳定特定离子的路径或破坏其稳定性。
当使用三极杆的线性系列时，得到的三重四极杆分析仪可同时过滤和分割离子流。在典型操作模式下，第一 (Q1) 和第三 (Q3) 四极杆作为质量过滤器，而第二 (Q2) 四极杆通过与氩气，氦气或氮气等中性气体碰撞解离子。
在这种配置中，可操作三重四极杆 MS 系统来执行选择的反应监测 (SRM)。SRM 是一种高度选择性数据采集模式，其中应用于 Q1 的 DC 和 RF 电压集可选择性地传输 以目标前体 m/z 值为中心的窄 m/z 范围。选定的母离子将 Q1 出口到 Q2 中，在这里，母离子与中性气体分子碰撞，在被称为碰撞诱导解离 (CID) 的过程中产生一系列子离子。子离子离开 Q2 进入 Q3 ，在该情况下， 对与特定碎片离子相关的窄 m/z 范围进行过滤，以供后续检测。驻留时间是三重四极杆质谱仪测量该 SRM 转换的离子强度所用的时间，通常约为 10 毫秒。
对于靶向筛选和定量，使用 SRM 执行串联 MS 可显著提高选择性，灵敏度，并且，如果监测的产物离子是目标化合物的诊断，则能够达到准确，稳健的靶向定量所需的特异性。获得的额外选择性减少了对大量样品制备的需求，提高了实验生产率。
三重四极杆系统提供的选择性水平对于药物检测，食品安全，环境分析以及临床和法医毒理学研究领域的目标化合物分析非常有价值。
从历史上看，质谱分析中使用的大多数四极杆离子阱都基于 Wolfgang Paul (1989 年诺贝尔和平奖共有的) 发明的模型。基于 Paul 的离子阱称为三维离子阱，使用频率 (RF) 电场捕获离子以进行分析。这些离子阱利用三个具有双曲面的电极来捕获离子：两个端盖电极和一个中心环电极。通过随时间改变的捕获电压的振幅，可按 m/z 的顺序从捕获器中扫描离子，这会导致特定 m/z 的离子形成不稳定的轨迹，或通过使用振荡场重新喷射补充物。
四极杆离子阱可以由二维几何体构建。这种捕获器通常被称为线性离子阱，采用四个并联排列的棒状电极， 通过对棒状电极施加射频电压 (在径向尺寸中提供限制)和对顶部透镜或棒状电机的外段施加直流电压 (在轴向尺寸中提供限制) ，将离子限制在细长的中央通道上。
离子阱的稳定性提供了高灵敏度，并且能够通过 MSn 选择和研究单个离子 / 分子反应因此，离子阱非常适合在代谢组学和脂质组学等领域以及翻译后修饰分析中发现和有针对性地分析分子和分子反应。
Orbitrap 质谱分析仪是一种基于改良的 Kingdon 离子阱设计的轨道静电离子阱。它由中心轴状电极组成，周围有外部的桶形电极。外电极侧向分流为两半对称。静电电压施加到内电极和外电极中的任一个或两个， 产生电场，使注入内部和外部电极之间的环形空间的离子围绕中心电极进行轨道运动，并 沿着中心轴定义的尺寸进行谐波来回运动。谐波运动频率是离子 m/z的特征。
被困在Orbitrap 分析器中的离子来回运动会在外电极的分裂半处产生图像电流，该电流被处理以确定 ons 的频率和丰度。存在数百或数千个不同 质荷比m/z 的离子 会引发非常复杂的图像电流 (有时称为瞬态) ，这种电流通过被称为傅立叶变换的数学过程进行解析并转换为质谱。Orbitrap 质谱分析仪的高分辨率功能是由于可在 MHz 频率下精确测量以及精确的时间测量。
基于 Orbitrap 的质谱仪被用于靶向和非靶向分析，这些应用从高分辨率 / 精确质量分析中获益，包括生物标记物发现，蛋白质组学，代谢，食品安全和环境检测，临床研究和法医毒理学领域中的未知化合物
现在有三种仪器的组合，旨在满足日常研究和分析实验室的需求，为科学探索和目标定量提供更高级别的洞察。凭借出色的性能和运行一致性，以及市场领先的分辨能力，我们的下一代高分辨率准确质量（HRAM）四极杆-Orbitrap质谱仪能够在不牺牲最大性能的情况下提供易于使用的体验。
什么是时间飞行（TOF）质量分析仪
飞行时间 (TOF) 质量分析仪根据离子在已知距离内的飞行时间分离不同质量的离子。离子被创建出来，然后通过光学元件以相等的动能脉冲输出到飞行管中。因为相同动能的轻离子比重离子传输速度快，所以它们到达探测器的时间用于确定 质荷比（m/z）
四极杆 TOF 质谱仪将四极杆质量过滤器(Q1) 和碰撞室 (Q2) 与 TOF 质谱分析仪相结合，以产生 MS/MS 谱图。Q1 可以通过操作传输所有离子，或作为质量过滤器，根据 m/z 选择特定的离子。离开碰撞室后，离子按上述方式通过 TOF进行 分析。
什么是混合质量分析仪？
各种质谱仪可在一台质谱仪内组合使用，以实现不同分离，分辨率和检测目标的高级实验。例如， Thermo Scientific Orbitrap Exploris 480 质谱仪包含一个四极杆质量过滤器，能够更好的选择母离子，然后将其注入并通过 Orbitrap 质谱分析仪将母离子进样到 HRAM 检测。Orbitrap 质谱分析仪可以分辨具有几乎相同 m/z 值的光谱峰。此外，该仪器还包含 HCD 碰撞池，可有效地裂解离子，从而明确确认分子特征。
还有许多其他混合型质谱仪组合了不同的质量分析仪，包括：
- Q-TOF ：四极杆 + 飞行时间 (TOF)
- Q-Trap ：四极杆 + 离子阱
- Q Exactive 质谱仪：四极杆 + Orbitrap质谱分析仪
这些混合型质谱仪结合了每个质量分析仪的最佳特性，可提供额外的分析性能和多功能性。
如 Thermo Scientific Orbitrap Eclipse 质谱仪的 Tribrid 质谱仪将四极杆，线性离子阱和 Orbitrap 质谱分析仪结合用于 MS ， MS2 ， MSn 分析，这提供了更多的裂解能力，以便更深入的样品分析
分子解离
为了更好地了解分子的结构特性，在 MS 分析之前，应使用解离技术将其分解为碎片。额外的碎片离子峰提供了分子指纹，可以帮助科学家确定其分子结构。在诊断和应用实验室中，可能会使用几个分解阶段来确认化合物的身份。了解更多关于分子解离技术的信息。
检测
在质量过滤器中使用m /z基础分析仪后，可使用包括电子倍增器，闪烁器，转换表节点或法拉第杯等多种检测器检测离子。在这些情况下，探测器通过产生电子和光子来增加由入射 产生的信号。
此外， Orbitrap 和某些其他质谱分析仪，离子检测是通过离子运动在质谱分析仪的电极上诱导的图像电流进行的。通过傅里叶变换技术，将复杂图像电流转换成质谱。这种方法采用多重测量而非直接测量，以提高分辨率和信噪比 (称为 Fellgett 的优势)。
数据处理和分析
除了提供对复杂 MS 仪器和方法参数的控制外，计算软件还可用于执行数据处理，并从大量生成的原始 MS 数据中产生的有用的结果。有许多软件工具可供选择。软件工具的选择取决于：
- 质量分析仪，例如四极杆质量过滤器与 Orbitrap
- 分析的样品类型，例如小分子对比大分子或复杂对比相对简单混合物
- 分析的目标，例如：化合物鉴定与定量
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