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技术|从零开始了解质谱仪的工作原理、类型和结果解释

2022-3-22 14:10| 编辑: 归去来兮| 查看: 2854| 评论: 0|来源: 诊断科学

摘要: 今天我们所熟知的质谱法(MS)是由三位杰出人物,Wilhelm Wien、J.J. THOMSON和Francis Aston的开创性工作的技术进步的结果。如果要选择一个标志着质谱诞生的决定性文献,Thomson在1907年发表的「On rays of positiv ...


今天我们所熟知的质谱法(MS)是由三位杰出人物,Wilhelm Wien、J.J. THOMSON和Francis Aston的开创性工作的技术进步的结果。如果要选择一个标志着质谱诞生的决定性文献,Thomson在1907年发表的「On rays of positive electricity」[1]的论文经常被考虑,然而还有许多其他值得关注的论文。


MS的历史本身就是一个引人入胜的故事,大家如果对此感兴趣,可以参考Griffiths[2]和Munzenberg[3]的文章,对这方面的知识有进一步的了解。


从早期开始,MS已经从重大的技术进步中获益。今天,MS在日常生活的许多不同方面发挥着作用。


当我们去看医生,抽出体液进行测试时,许多体液会被MS分析。构成我们所有电子设备基础的掺杂半导体使用MS作为质量控制过程的一部分。MS也大大加强了航空安全,我们在进入航站楼前的爆炸物检测,就是在MS的帮助下进行的,而且,MS也可以帮助发现我们食品供应中的毒素,这些应用几乎无穷无尽。


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什么是质谱检测,它是如何工作的?

About MS


质谱是一种化学分析形式,用于测量样品中原子和/或分子的质荷比(m/z)。它还能够区分同一元素的不同同位素。根据质谱仪的类型,这些测量通常可以用来确定样品成分的确切分子量,并识别未知化合物。


有许多不同类型的质谱仪,但它们都有三个共同的特点(图1)。首先是一些可以使样品中的原子或分子被电离的手段。中性物种不能被质谱仪中使用的电场引导,因此有必要产生离子。有许多不同的方法可以实现这一点,它们被统称为离子源。


图1 | MS的主要步骤和每个步骤的常见选择概要


所有质谱仪的第二个组成部分是质量分析器本身。有几种不同的方法可以测量离子的m/z比率。飞行时间(ToF)、扇形磁场和四极质量分析器是最常见的,每一种都有其自身的优势和限制。


所有质谱仪系统共有的最后一个部件是检测或计算特定m/z值的离子数量的手段。这些设备被称为检测器,它们也有几种不同的形式,最常见的是电子倍增器、法拉第杯、阵列检测器和电荷(感应)检测器。同样,每一种都有其特定的优势和劣势[4,5]。


最后一个需要考虑的因素是如何将离子源与样品耦合,以便产生用于测量的离子,特别是考虑到所有的质谱仪都必须在真空下操作。


在某些情况下,样品也将被安置在真空下,在其他情况下,样品将在大气压力下(一般被称为环境质谱技术),有些可能在引入电离室之前加入一些其他形式的分离技术。下面的章节将更详细地介绍质谱仪的这三个常见组成部分。


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离子源

About MS


电离对于任何质谱分析都是必不可少的,为此有许多适合不同样品类型和应用的方法。大体上,这些方法可以细分为气相方法、解吸方法和喷雾方法。以下是每种方法的概要。


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