质谱仪是一种很好的定性鉴定用仪器,目前,在有机质谱仪中,除激光解吸电离-飞行时间质谱仪和傅立叶变换质谱仪之外,所有质谱仪都是和气相色谱或液相色谱组成联用仪器。这样,使质谱仪无论在定性分析还是在定量分析方面都十分方便。
同时,为了增加未知物分析的结构信息,为了增加分析的选择性,采用串联质谱法(质谱-质谱联用),也是目前质谱仪发展的一个方向。也就是说,目前的质谱仪是以各种各样的联用方式工作的。
质量分析器种类很多,最常用的是四极杆分析器(简写为Q),其次是离子阱分析器(Trap)和飞行时间分析器(TOF)。为了增加结构信息,大多采用具有串联质谱功能的质量分析器,串联方式很多,如Q-Q-Q,Q-TOF等。
一、十种质谱的比较
(一)四极杆质谱仪,QMS
QMS是最常见的质谱仪器,定量能力突出,在GC-MS中QMS占绝大多数。
优点:结构简单、成本低;维护简单;SIM功能的定量能力强;是多数检测标准中采用的仪器设备。
缺点:无串极能力,定性能力不足;分辨力较低(单位分辨),存在同位素和其他m/z近似的离子干扰;速度慢;质量上限低(小于1200u)。
(二)飞行时间质谱仪,TOFMS
TOFMS是速度最快的质谱仪,适合于LC-MS方面的应用。
优点:分辨能力好,有助于定性和m/z近似离子的区别,能够很好的检测ESI电喷雾离子源产生多电荷离子;速度快,每秒2~100张高分辨全扫描(如50~2000u)谱图,适合于快速LC系统(如UPLC);质量上限高(6000~10000u);
缺点:无串极功能,限制了进一步的定性能力;售价高于QMS;较精密,需要认真维护。
(三)三重四极杆质谱仪,QQQ
QQQ质谱给四极杆质谱仪在保留QMS原有定量能力强的特点上,提供了串级功能,加强了质谱的定性能力,检测标准中常作为QMS的确认检测手段。
优点:有串极功能,定性能力强;定量能力非常好,MRM信噪比高于QMS的SIM;是常用的QMS结果确认仪器;除一般子离子扫描功能外,QQQ还具有SRM、MRM、母离子扫描、中性丢失(Neutral loss)等功能(离子阱不行)对特征基团的结构研究有很大帮助。
缺点:分辨力不足,容易受m/z近似的离子干扰;售价较高;需要认真维护。
(四)四极离子阱,QTrap
技术上而言,在传统QQQ的四极杆中加入了辅助射频,可以做选择性激发;或者就功能而言,为QQQ提供了多级串级的功能。
优点:同时具备MRM、SRM、中性丢失和多级串级功能,非常适合于未知样品的结构解析。
缺点:分辨力还是低了点。
(五)线性离子阱,Linear Ion Trap
传统3D离子阱的增强版本。
优点:相对于传统3D离子阱,灵敏度高10倍以上;多级串级质谱。
缺点:相对于QQQ,还是不能做MRM、中性丢失等特征基团筛选功能。
(六)四极杆飞行时间串联质谱,QTOF
QTOF以QMS作为质量过滤器,以TOFMS作为质量分析器。
优点:能够提供高分辨谱图;定性能力好于QQQ;速度快,适合于生命科学的大分子量复杂样品分析。
缺点:成本高;需要仔细维护。
(七)离子阱-飞行时间质谱,Trap TOF
以3D离子阱作为质量选择器和反应器,结合了离子阱的多级质谱能力和飞行时间质谱的高分辨能力。
优点:同时具有多级串级和高分辨能力,适合于未知样品的定性工作,如糖蛋白的定性。
缺点:由于离子阱容量限制,对于混合样品的灵敏度欠佳;定量能力弱。
(八)磁质谱,Sector MS
磁质谱的定量能力是各种质谱中最强的。现在已较少使用,仅用于地质元素和痕量二恶英的检测。
优点:技术经典、成熟,NIST等MS库采用的仪器;分辨力非常好(100k,m/&Delta m FWHM),干扰少;灵敏度高,定量能力是各种质谱中最好的。
缺点:体积、重量大;售价很高;速度慢;维护复杂,很费电。
(九)傅立叶变换质谱仪,FT-ICR-MS
据说是质谱中的贵族,质量精度超级好,几个月都不需要校正。但是价格也是贵的让人心寒啊。傅立叶变换质谱仪的分辨能力最高,常作为高端科学研究的装备。
优点:能够做多级串级,定性能力极好;分辨力极高;灵敏度很好;
缺点:体积重量大;售价极高;速度也较慢;维护费用非常昂贵。
(十)静电场傅立叶变换质谱,Orbitrap
优点:高分辨,60k~120kFWHM,质量精度高;相对FT-ICR而言,价格稍低(~450kUSD);
缺点:不能单独做串级;分辨力、灵敏度、质量稳定性等离FT-ICR还有距离。
目前,质谱联用技术已经非常成熟,凭借其应用范围广、灵敏度高、分析速度快、信息量大、重现性好等特点被广泛应用于食品、药学、环境等领域。