全面的质谱基础知识普及-气质联用GC-MS仪器资料-一起下吧

发表于 2017-6-26 14:51:59

定量与校正
定量与校正
当化合物已知，像临床试验中，收集很多独立样品的统计数据，服用的药物和其目标代谢物已经完全表征，以上情况下不需要全扫描质谱图。但是，在复杂生理性的混合物中，要求非常高的灵敏度，因此设置质谱仪仅监测特定m/z值。(参见27页，SIR和MRM响应的比较)。因为离子连续流过三重或串联四级杆，所以没有必要限制离子流进入质量分析器。与之相反，离子阱有明确的有限容积，因此，需要防止过多的离子进入离子阱。不限制离子强度，结果在质谱图中会出现不想要的或意外的峰，这样当试图在GC/MS谱库中搜寻EI谱时将非常麻烦。离子阱的设计已经发生很大的改变，允许外部电离(在质量过滤器外获得离子，随后离子注入离子阱)，而不是内部电离(在质量过滤器电离)。设计的变更带来了一个问题，在阱中会发生离子分子反应，但同时对离子流有一定限制。甚至在MRM模式下，这种总离子流的自动调节机制会引起对单个色谱峰的不规则采样间隔。因此，最终，在复杂基质的痕量分析中，离子阱具有一定局限性，尤其当要求有极高的准确度和精确度时，在这种情况下，因为数据必须具有合理性，或必须符合定量分析的准确度和精确度的严格标准。
MS定量分析时，通常需要使用内标化合物。内标用于控制样品提取、LC进样和电离等过程的误差。如果没有内标物，各种重复试验中的RSD将比有内标物的重复实验高出10倍。最好的内标物是目标分子的同位素标记物。虽然合成这类分子非常昂贵，但是其有类似的提取回收率，色谱保留时间和质谱电离响应等。

校正
质谱学家使用校正化合物调整质量校正比例和离子相对强度，与已知被测物相匹配。所有质谱仪上都需进行这一操作，因为电子、表面的清洁度和实验室的周围条件可能影响质谱仪的有效测量能力。对一些在低分辨质谱仪上进行的要求不高的分析来说，校正可以较少，但仪器响应高低的检查要经常做。但是，高的质量准确度则要求对质量精度随时监控。
对GC/MS，常用的校正化合物是FC-43，也称为过氟三丁烷胺。其它的校正化合物混合物也被用于调整高分辨率质谱的校正比例。碘化铯钠(NaCsI)和聚乙二醇混合物是LCMS的校正物。在LCMS兼容的溶剂中，NaCsI以稳定状态流入或加入到质谱仪中，在整个4000Da的范围内产生一系列单同位素峰，可用于质量校正。含有可选择的标准肽、蛋白质、基质和溶剂等，用于对MALDI质谱仪进行校正、调谐和灵敏度检测的有效工具包已经商品化。Sigma Aldrich®公司已经这样一种用于蛋白质和肽复杂混合物的分析(700到66000Da)的一套试剂盒。
质量锁定
对于一些在TOF或类似的高质量精度的仪器上进行的对质量精度要求较高的测定时，需要随时严格监控仪器状态。温度的微小变化，可能导致质量数几个ppm的偏差。根据使用电离类型，使用一些一直存在的已知污染离子，可实现连续的质量校正。或者在整个分析过程中，对离子流定期取样，以实现随时校正。如果在色谱柱后，质谱进口之前的LC洗提液中，添加用于质量锁定的校正物，这通常引起不可控的结果，比如离子抑制，质量数干扰和溶剂效应等。TOF型质谱仪(第26页描述)能实现较低ppm的质量精度，对于傅里叶变换离子回旋共振(FTICR)质谱仪，如果控制进入系统的离子数，则可达到更高的质量精度。通过质量锁定对质量数实时校正可以去除用事先已建立的质量比例校正的质量误差。信号较弱有时是另一易被忽略的原因，可通过对LC峰各采样点进行平均进行校正。双电喷雾源是蛋白质组学研究或低水平代谢物鉴定的理想电离方式。这种方法使用两个独立ESI探针，使用可编程的步进马达驱动的振荡阻隔板，从校正喷雾(或参照)流中取样。在预设的间隔时间内从对照喷雾取样，并确保样品采集任务循环。取样阻隔板的位置被实时监测，以便指示出两液体的入口，对照和样品数据存储在独立的文件中。这种设计减少了被测物和参照物的相互影响。

发表于 2017-6-26 14:52:45

LCMS适用的溶剂
LCMS适用的溶剂
通常根据目标化合物的溶解性和与LCMS中使用的各种电离技术的兼容性选择溶剂。在ESI和其它常压电离技术中，溶剂的挥发性和给质子的能力很重要。使用的主要质子溶剂像甲醇和其与水的混合物，比如1:1的甲醇水，或1:1的乙腈水(甲醇水混合物增加的粘度超过了纯净的水或甲醇，因为发生了放热反应)。当使用100%的水时，水相对低的蒸汽压可能对灵敏度不利。通过添加挥发性有机溶剂，降低表面张力，能提高灵敏度。表面活性剂，虽然能增加从喷雾液滴中释放出离子，但因其较高的质子亲和力，可能降低灵敏度。质子惰性的共溶剂，像10%DMSO水溶液和异丙醇，对一些化合物，能提高溶解度。在确保被测物比溶剂更偏碱性的前提下，甲酸通常以较低的水平(0.1%)添加，便于电离。一些酸，即使是很少量，像TFA，也可能限制灵敏度，但对增加一些化合物的溶解度可能是必需的。
在ESI电离模式中，缓冲液和盐(Na+，k+和磷酸盐)可降低蒸汽压，导致信号减弱。液滴的表面张力增加，挥发性降低，可用相对更易挥发的缓冲液，像醋酸铵，形成弱酸-碱对，进行补救。
选择溶剂需要考虑的问题
- 对于比溶剂更偏碱性的分子，气相中的溶剂将限制ESI电离。光电离除外(不是酸碱电离)，但受溶剂调节。
- 从电离区域去除溶剂和水蒸气，增加在大气压下电离化合物的种类。
- 相对于样品或溶解在液体中的目标被测物减少液体体积，将提高ESI的性能(如，使用较低流速)。
- 有用的溶剂
- 可接受的添加物
- 非挥发性盐(磷酸盐，硼酸盐，柠檬酸盐等等)
会在离子源沉积，阻塞毛细管，因此需要更多的清洗和维护操作。现代离子源设计，相比以往的设计，能较好地处理非挥发性物质。
- 表面活性试剂(表面活性剂/去垢剂)抑制电喷雾电离的效率
- 无机酸具有腐蚀性
- 三氟乙酸(TFA)
超过0.01%的水平时，会在一定程度上抑制阳离子电喷雾。大大的抑制了阴离子电喷雾。
- 三乙基胺(TEA)
高 PA(232千卡/摩尔)在m/z102处，产生强[M+H]离子。抑制弱碱性化合物阳离子的电喷雾。
- 四氢呋喃(THF)
100%的THF具有高可燃性，因此APCI和绝大多数接口技术使用氮气作为喷雾气。(使用空气可能引起爆炸危险。)会与PEEK®管反应。
离子抑制
离子抑制是质谱学家使用ESI作为电离方式时面对的比较多的具体问题之一。2001年，美国食品药品管理局(美国FDA)出版了工业生物分析有效方法指南(联邦注册号，66，100，28526)，表明确保分析质量的要求是不能妥协的。该条款指明了可用于评估离子抑制是否存在的几个实验方案。将基质提取后加标样品中的被测物的多反应监测(MRM)响应(峰面积或峰高)，与直接溶于纯流动相的被测物的多反应监测响应进行对比。基质中被测物的信号比在纯溶剂中的地，表明基质中存在干扰物质。
C.Mallet等发表的文章表明，在色谱图中被测物(和内标物)基质效应的存在。试验人员使用三通装置，将含有目标被测物及其内标物的溶液以连续进样方式引入质谱，将空白基质样品抽取物通过LC系统自动进样引入质谱后，连续的基线出现下降，表明连续进样的被测物的电离受到抑制，因为基质中有干扰物质存在。柱化学杂交柱化学和直径低于2微米的高选择性颗粒的使用，是色谱柱技术的一项革命性进步。这种杂交化学性质不依赖于可能引起离子抑制的流动相的改性，并且增加了颗粒的选择性。
超高压力LC与传统HPLC
通常称为UHPLC(超高压液相色谱)，J．Jorgenson教授(北卡罗来纳大学)的工作近来实现了这项技术的商业化，UHPLC为增加常规LCMS分析的信息量提供了可能。Waters公司对这项技术进行了商业化，称为UPLC技术，或超高效液相色谱，与HPLC相比，UPLC的峰容量增加，对HPLC中形成较宽峰的共流出物，可以在UPLC能够实现分离。将色谱峰形(通常条件下)浓缩成2秒或更短的谱带，为灵敏度的提高提供了可
能，有利于质谱响应，改善信噪比。UPLC技术的概念改变了传统LC分离实践中建立起来的一些熟知的参数，比如流速、颗粒大小，甚至对范第姆特曲线的理解。其工作压力从大约2000psi增加到高达20000psi，固定相颗粒直径小于2μm，接近1969年John Knox在其"Knox方程式"中理论极限。一些伴随出现的问题，象增大机械压力和过大的热效应等，促进了MS性能的提高，也稍微偏离了对理论结果的直觉。

图 20：由范第姆特曲线描述的线速度的变化，导致分离效能变化的趋势。由图可知，1.7μm直径颗粒色谱柱效能更好，且不随流速变化而改变。虽然所有色谱柱的证据表明在极端低线速度下会降低柱效，但是对HPLC我们所熟知的一个事实是，填料直径越小分离性能越好，并且随着线速度的增加，性能较少受到影响。在现在被称为‘传统'HPLC分离与UPLC分离的比较中，可以认为是一个关于技术怎样重新定义实验设计方法的事例。不但在原理上重新定义分离技术(速度快近4倍)，而且增强了选择性，揭示了一些常规HPLC无法看清的细节，比如在图中的咪达唑仑的代谢物。提高的分离度显示出葡萄糖苷酸的二次级代谢物，m/z=548.125。

图 21：技术的提高通常能揭示更多未知细节，比如单一葡萄糖苷酸代谢物的色谱峰。
咪达唑仑的氧化代谢是由肝脏细胞色素P450蛋白催化的。在上述药物结构式中，代谢氧化[羟化]最可能发生的分子内主要位点已使用红星标出。1对咪达唑仑在胆汁中的代谢物，使用HPLC/MS和UPLC/MS比较分析，发现在HPLC上有一名义m/z为548的色谱峰。但在UPLC/MS中，则分离出一对色谱峰，每个的准确质量值相同，m/z为548.1248。实测裂解确认这两个代谢物均为葡萄糖苷酸化代谢物。作者给出了完全
分离的两种物质准确质量对应的经验分子式，表明咪达唑仑在标示的位点发生双羟化，然后可能在一个位点发生O-甲基化，另一个与葡萄糖醛酸结合，反之亦然。

发表于 2017-6-26 14:53:23

专业用语汇编

专业用语汇编
下面的专业用语列表是从常见用法中衍生出来，适合整个行业，作为该入门指南讨论时的辅助材料，也包括一些不常用的用语和技术。
丰度
类似于UV检测器上的吸光度在背景值上信号的垂直增加，表示某特定离子的强度(当x轴被校正为质量单位)或存在的总离子强度(当水平轴被校正为时间或扫描)。单个被测物或化合物产生的所有碎片离子分别与基峰相比的值(每个离子的相对丰度)
被作为该化合物的特定碎裂模式，进行质谱图检索用于阳性鉴定。
准确测定的质量
以一定误差值测得的化合物质量数，如测量误差为5ppm。精确测定的质量通常也用于指具体的技术，而不是测量的质量。精确质量是化合物质量的准确理论值。
常压固体分析探针 (ASAP)
在1970年代，基于Horning的工作，由McEwen和McKay开发了这种形式的样品电离途径，使用标准的APCI等离子体，通过将样品放置入加热的氮气流中，形成离子。加热挥发非常多的样品，通过与APCI等离子体形成的亚稳定离子之间的电荷交换形成离子。使用质量精度高的质谱仪，能从复杂混合物中相对清楚的鉴定出低含量水平的单个化合物。也可参见DART和DESI。
大气压电离 (API)
该专业用语通常指的是，诸如电喷雾电离(ESI)、大气压化学电离(APCI)和其它在大气压下操作的技术。 大气压化学电离 (APCI)
原本称为溶剂介导的电喷雾，通常有效的应用于直接脱离溶液不易电离的中性分子。APCI在尖锐的针尖提供电流，被放置在进入的气雾流中，以建立来自溶液自身的亚稳离子等离子体，当被分析物通过等离子体时，将来自这些离子的电荷传递给被分析物。加热LC或溶剂流通过的探针，形成气溶胶。
常压气相色谱
由DuPont的Chales McEwen于2002年开发而来。使用加热的转移管线，GC流出物能够引入到质谱仪的标准API(或ESI/APCI)离子源。这便于那些适合用GC分析的化合物简单方便地从ESI向GC转换。电离方式可以是APCI或APPI。
大气压光电离 (APPI)
1980年代已被开发出，但是在2000年后，发现氪气灯能够产生10eV（大约）足够的光子能量，电离诸如PAH和甾体等通常不适合采用ESI和APCI电离的非极性被测物，
这项技术才被商业化。
基峰
通常指与波谱图中其它峰相比最强的峰；在能给出大量结构信息的电离技术中，比如EI，基峰可能不是母离子或分子离子。
校正
通常以恒定流速导入已知的物质，质谱仪软件按指定的过滤条件(例如，四级杆质谱仪的RF/DC比率)采集信号。将采集信号与参照文件比较后，在软件中建立校对查询表。然后将校正表作为通过四级杆质荷比的基准，分配具体数值。可参见"定量
和校对"章节。

电荷残留机制
该机制与电喷雾电离相关；1968年由Malcolm Dole第一次提出该理论，在该理论中，他假定当小液滴挥发时，其电荷仍然保持不变。液滴的表面张力最终不能平衡带电电荷的斥力，将小液滴炸裂成很多的更小液滴。持续发生库仑分解，直到小液滴只含单一的被测物离子。当溶剂从最后形成的小液滴中挥发掉，将形成气相离子。
化学电离(CI)
通过导入反应试剂，在低真空(0.4托)诱发碰撞，以增加分子离子的产率和提高灵敏度；因为这种电离，相比于电子撞击电离，是一能量非常低的过程，所得碎片减少，通常称为软电离技术。可参见电子电离中的相关内容。
碰撞诱导解离 (CID)
也称碰撞激活解离(CAD)，是气相中破碎成分子离子的一种机制，分子离子通过在真空区域加速(采用电势)到高动能，随后与中性分子，如氦、氮或氩，碰撞，碎裂形成碎片离子。一部分动能通过碰撞转化或内化，结果使化学键断裂，分子离子碎裂为更小的片段。一些类似的‘特殊目的'的破碎方法，包括电子转移解离(ETD)，电子捕获解离(ECD)。参见"生物分子电离方法"章节。
实时直接分析(DART)
2002年，由Robert Cody和其它研究人员开发出，在应用上类似于DESI，虽然在功能上更接近于APCI。样品放置在一种底物之上，通过类似于APCI的过程，形成的高能粒子，轰击样品。更确切的说，通过等离子体形成亚稳离子，再由加热后的氮气，直接将亚稳离子输送到靶点。也可参见常压GC和ASAP中列出的McEwen的研究工作。
延时提取 (DE)
为MALDI-TOF质谱仪开发的一项技术，在离子形成后，加速离子进入飞行管之前，冷却"并聚焦离子大约150纳秒。与未冷却的离子相比，冷却的离子具有较低的动能分布，当冷却离子进入TOF分析器时，冷却离子最终降低离子时间展宽，结果增加了分辨率和准确度。DE对大分子不具有显著的效益(例如，蛋白质>30000Da)。

解离-电喷雾电离 (DESI)
在2002年，Graham Cooks第一次描述了该电离技术，将其作为从惰性基质表面(通常条件下)产生软次级离子的方式。该技术类似于MALDI，使用ESI探针，以相对于惰性基质表面大约50度的入射角瞄准，使离子化学喷射，进入质谱仪。已表明不需样品制备，能得到直接来自很多极性和非极性表面材料的信息(皮肤，完整水果上检测药物残留等等)。也可参见常压GC和ASAP中列出的McEwen的研究工作。
硅上的脱吸电离 (DIOS)
曾经被视为MALDI制备样品的基质替代物，尤其对小分子，因为基底(裸露的硅表面)不产生干扰离子。在1990年代后期，其商业潜力减小，因为板的制造存在难处，并且表面容易被污染。

发表于 2017-6-26 14:53:44

直流电流
当描述四级杆作为质量过滤器怎样工作时，这一专业用语通常与"射频"联合使用。在1953年，Wolfgang Paul证明在4根平行杆之间，将射频(RF)和恒定直流电流(DC)电势叠加，可作为质量分离器或过滤器，只有特定质量范围的离子，可以恒定振幅振荡，通过四极杆而被分析器收集。
电子电离 (EI)
有时错误地称为"电子撞击"电离，这种电离技术是电子与颗粒(原子或分子)相互作用的结果；该技术被认为是‘硬'电离技术，因为电离过程中传递大量能量，破坏分子内部化学键，破坏这些化学键需要高达千卡/摩尔的能量。电离电压(通常70eV)指的是引起电子加速的电压差，该电压诱导电子电离。不同于CI，EI通常在高真空下工作，以避免不可控的碰撞。分析器也在非常高的真空下工作(10-4到10-6托)。
电喷雾电离 (ESI)
为所谓的‘软'电离技术。大气压电离(API)是已被广泛使用的技术。自从1980年代后期以来，该技术显示出显著的商业价值，这要归功于，对引导流体在其内部流动的导电管(不锈钢毛细管)施加过多的能量(电压范围在3-5千伏)，当液体从导电管经过时，超过瑞利极限，形成气溶胶而被射出，产生包含离子，半径大约为10微米的气溶胶液滴。通常离子被质子化，以M+H的阳离子模式或M-H的负离子模式，被检测。

元素分析
离子、分子或自由基的名义质量是，其基本组成元素名义质量的总和。准确质量测定基于计算的基本组成，但是‘元素分析'通常针对无机材料-只确定基本的组成，不确定结构-在一些情况下，可分析固体金属样品。诱导偶合等离子体(ICP)源通常通过放电(或较低能量的发光放电)电离样品。在万亿分之一水平使用精密仪器检测则不常见。
精确质量
化合物质量的准确理论值。‘准确测定质量'是化合物的质量测定值，存在测量误差，如5ppm。准确测定质量也通常是指具体的技术，而不是测量的质量。
快原子轰击 (FAB)
是较早的所谓的软电离技术之一，轰击的结果通常有密集的分子离子，并且几乎不发生碎裂。被测物放入流动的基质中(通常是甘油)，或更常见置于探针的顶端，然后将其置于高能原子的路径上-通常是氙或碘化铯。该技术对分子量大于10000原子单位的生物分子有效，但可与扇形磁场联用的特点更加重要，使用这种联用技术，能够确定准确的质量，比如新合成的肽。灵敏度可能非常高(低飞摩尔水平)。这项技术可能难于掌握，甘油污染质谱仪离子源，甘油离子的存在，可能掩盖较低的质量。自从ESI引入后，该技术很少使用。
场电离 (FI)
FI为软电离技术，对大量的各种被测物，几乎没有碎裂作用。该技术对石油化学方面的应用尤其显著，在这个领域里，采用其它电离技术会有局限性，因为存在碎裂(EI)问题或其电离特点复杂(CI)。带高电压的一根细金属丝，在有机化合物蒸汽中，比如茚，被加热。产生的呈树突状沉积在金属丝表面的结构，被热分解，生成非常纤细的传导纤丝。当在非常纤细的点，施加高电势，将在其尖端产生非常强的电场，这就提供了发生
场电离的条件。样品分子贴近通过FI发射极形成的大量碳树突状结晶的尖端。FI发射极与一对空提取杆贴近放置。发射极为地电势，提取杆施加相对高的电压(12kv)，这样在碳树突状结晶的尖端周围，形成非常高的电场。GC柱紧靠发射极金属丝，并与其成一直线。在电场的作用下，出现分子价电子的量子通道，释放出离子基。
流动注射分析 (FIA)
这是通过LC进样器导入样品的分析(通常事先纯化，去掉干扰物，减少结果谱图的复杂性)，但是不接色谱柱。LC只作为样品导入装置。
细丝
在电子电离中，细丝是电子的来源，电子与被测物相互作用，引起电离。通常由金属丝制成(扁平或圆形)，在电流加热时，释放出70eV的电子。
碎片离子
碎片离子是由母体分子离子发生碎裂产生。解离出的所有碎片的质量数之和等于母离子的质量数，在指定的条件下，以可预测的方式，断裂相同的内键，分子碎裂方式是可以预测的(碎片离子相同，其相对丰度也相同)。也可参见从具体MRM试验得到的产物(子代)离子。
气相离子
为了质谱仪能够工作和采集，被测物必须实现从静止状态像离子状态转换。如该手册所述，有很多途径完成这一转换-一些途径采用比较激烈方式产生碎片，而另外的一些途径能保持被测物完好。能量作用于被测物，在气相产生离子，跟在LC中根据冷凝相用于被测物分离的过程完全相反。

均方根误差测定(RMS)
为评估仪器质量准确测量功能(类似于预期使用)的综合方法，数值上等于均方根或RMS误差。RMS误差按下列关系计算，在此Eppm是ppm误差，n是考察质量的个数。RMS =n
扫描
通过计算机调整控制电压(DC和RF)，在指定的范围内，随时间扫描(检测)给定质量范围内的任何带电颗粒。能够检测多种带电离子则会降低灵敏度，因为检测器能够响应一些目标离子，但检测器却被设置在其它的检测范围。参见选定离子的监测，四级杆和离子电流章节的内容。
选定离子的监测(SIM)
也称为选定离子的记录(SIR)；也可参阅四级杆和扫描。在四级杆上，能够调节DC和RF电压设置，仅让一个带电颗粒通过(单质荷比)到达检测器。结果噪音显著减少，当灵敏度显著增加时，出现信号(此m/z的所有颗粒始终被检测)，这完全以检测不到混合物中的其它质荷比的颗粒为代价。热喷雾虽然文献报道这种类型的接口已有一段时间，但是直到1980年代早期才普及。Vestal和Blakely应值得赞赏，因为他们在LC和MS之间首次建立了实际可行，完全商业化的接口技术。大约流速1mL/min的LC溶剂在探针中，被加热(绝缘管大约1-2英尺长，75-150微米的内径)，形成的蒸汽喷入质谱仪。质谱仪中的气溶胶液滴被进一步去溶剂，形成离子，进入分析器(以适合的角度喷射)，会受到透镜电压的影响。参见扫描，离子电流。

仪器资料 · 发表于 2017-7-4 07:04:08

珍惜生命，果断回帖；酌一杯清茶，品一起下吧资源

仪器资料 · 发表于 2017-7-12 21:48:20

我帶著醬油瓶路過一起下吧的，還是忍不住小手一抖！

仪器资料 · 发表于 2017-7-23 11:56:46

确实是难得好帖啊，讓我涕流滿面，頂頂一起下吧先

仪器资料 · 发表于 2017-8-5 20:28:54

额，為神馬現在才發現一起下吧的資源啊~@_@

仪器资料 · 发表于 2017-8-20 22:34:52

么有分，谁能送我点搬砖数值啊::>_<::

仪器资料 · 发表于 2017-9-6 15:26:22

我帶著醬油瓶路過一起下吧的，還是忍不住小手一抖！