使用什么类型的仪器?
在质谱分析中,对实验控制力是尤其重要的。一旦在周密的控制条件下得到离子,必须以适合的灵敏度将每个离子作为离散事件实施检测。极少量的气体载量使GC成为联用技术早期理想的选择,但仅仅适合20%的化合物分析。现今,我们在大多数情况下雾化LC洗脱液,将其作为质谱仪中导入被测物实施电离的方法,该技术要求确保真空环境。
任何质谱仪的一个重要设计元素是泵的容量。真空必须完全分布到仪器的所有稀薄大气区域,并且泵容量必须充足,以满足设计上的要求,比如离子入口的大小和需要去除蒸汽的量。
分析器:质谱仪的心脏分析器是分离或区分导入离子的仪器。在离子源可以形成正负离子,以及不带电的中性粒子。但是,在指定时刻仅能记录一种极性。现代的质谱仪能够在毫秒间转换极性,得到高保真记录,即使快速短暂事件,如典型的UPLC或GC分离中,峰仅仅大约1秒宽。
四级杆和扇形磁场
在1953年,西德物理科学家Wolfgang Paul和Helmut Steinwedel描述了四级杆质谱仪。在4根平行杆之间,叠加的射频(RF)和恒定的直流(DC)电势能够作为质谱分离器,或过滤器,仅限于特点质量范围的离子,以恒定振幅振荡,能够在分析器上收集。现代仪器制造商将四级杆瞄准到特定的应用中。单四级杆质谱仪要求基质干净,以避免无用离子的干扰,表现出非常好的灵敏度。
三重四级杆,或串联四级杆(参见四级杆),是将一个四级杆加到另一个附加的四级杆上,四级杆串联后能以各种方式发挥作用。一种途径是通过离子独有的质荷比(m/z)分离并检测复杂混合物中的目标离子。证实串联四级杆有效的另一途径是当与可控裂解分析联用时。这些分析通常将目标离子与其它分子(典型的气体,如氩)进行碰撞,母离子裂解成产物离子,MS/MS质谱仪通过其独特组成部分鉴别目标
化合物。
图 6:当设置过滤某一特定离子,那么其它质量的离子则会以多种方式中丢失,比如撞击到四级杆上,或直接偏离去检测器的轨道。四级杆分析器由四根杆组成,通常平行排列,材质为金属,比如钼合金。已投入
了大量的技术和研究,设计开发四级杆。按照离子在DC和RF场中的运动,将质量分类。通过在软件上改变参数,系统可改变场强,在任何指定时间内,某一m/z值的离子被过滤掉,或通过四级杆到达检测器。相比于一些质谱仪的设计,比如飞行时间(TOF)质谱仪,四级杆分辨率较低。而四级杆相对简单,容易使用,是具有较高实用性的质谱仪,能以相对低的成本提供各种接口。
在比较和说明MS的分析能力时,一些专业用语是必需的,在该入门指南的后续内容中将会给出完整的定义:
分辨力(通常缩写为"res"-质谱仪分离两种质量的能力):
- 低分辨力=单位质量=1000
- 较高或中等分辨力=1000到10000
- 高分辨力=10000+
- 非常高的分辨力=高达3-5百万Fragmentation
更详细的分辨率检查和我们怎样测定分辨率将在"质谱准确性和分辨率"章节说明。"精确质量"(Exact Mass)是化合物质量的理论值,而准确质量(Accurate Mass)是化合物质量的测量值,有相关的误差范围,比如5ppm。准确质量也经常用于针对具体的技术,而不是测得的质量。MS/MS - 描述了监测前体离子或碎片向产物离子转变的多种实验(多反应监测[MRM]和单反应监测[SRM]),总的趋势是在一台仪器上提高检测的选择性、专一性或灵敏度。即前后两个质量分析器,两极质谱分析在一台质谱仪器中实现。在三重四级杆质谱仪中有3套四级杆过滤器,但是仅有第1和第3套四极杆用作质量分析器。近来的设计完全将中间设备区分开(取代早期设计的四级杆),增加了更多的功能,通常将其改称为串联四级杆。第一套四级杆(Q1),作为质量过滤器,传输并加速选定离子,将其送向Q2(被称为碰撞室)。虽然在一些设计中,Q2类似于其它两套四级杆,RF施加在杆上的作用仅是传输,而不是质量选择。Q2中的压力较高,离子在碰撞室内与中性气体相碰撞。结果经CID发生裂解。碎片随后加速进入Q3,另一个质量过滤器,离子被排列后,进入检测器。
裂解CID也称为碰撞激活解离(CAD),为一种裂解机制,通过该机制在
气相中,分子离子裂解,通常在真空区域经电势加速到高动能,接着与中性气体分子碰撞,比如氦、氮或氩。部分动能通过碰撞而转化(或内化),这引起化学键的断裂,分子离子减小形成较小的碎片。一些类似的‘特别目的'的裂解方法,包括电子转移解离(ETD)和电子捕获解离(ECD)。
图 7:硫丹-β产物离子质谱图。237Da的前体离子从左边进入,在MS/MS碰撞室内裂解。关于MS谱的全扫描,数据系统仅能够显示目标碎片(不是得到的所有碎片),得到相对简单的图谱。您能控制破碎的限度,因此您能选择前体离子。