了解質譜
本入門指南覆蓋了現代質譜實踐相關的大部分主題，并解答了質譜使用和性能方面的一些常見問題。文中還提供了便于深入學習相關文章的鏈接。第一部門內容討論誰使用質譜儀的問題，接著講述化合物在離子源怎樣被電離，以便于質譜儀分析。然后通過對質量準確性和分辨率等重要主題的討論，或我們怎樣區分緊密相關化合物之間的差別，來講述各種類型的質譜儀。本指南涉及化學、樣品制備和數據處理，以及當今流行的MS應用中一些專業用語的定義。
誰要使用質譜？
在考慮使用質譜儀（MS）之前，應當考慮您分析工作的類型、您預期獲得的結果等：
- 您分析的是像蛋白質、肽等大分子，還是獲取水溶性小分子的數據？
- 您在確定的水平尋找目標化合物，還是表征未知樣品？
- 針對復雜基質，您當前的分離技術抗干擾能力強嗎，或者您必須開發新的方法？
- 您要求單位質量精度（比如400 MW），或5 ppm的質量精度（比如，400.0125 MW或質量為400時準確度為2 mDa）？
- 您必須每天處理幾百個樣品？上千個樣品？上萬個樣品？Who Uses MS?
圖1：表征被測物特征的能力隨質譜性能的增加而增強。
化學、生物化學和物理學領域的各學科和分支學科的研究人員和專業技術人員通常會用到質譜分析。醫藥工業領域的工作人員在進行藥物發現和藥物開發時需要利用MS的特異性、動態范圍及其靈敏度，區分復雜基質中緊密相關的代謝物，從而鑒定并量化代謝物。尤其是在藥物的開發過程中，藥物需要進行鑒定、純化，確定早期的藥代動力學，MS已經證實是不可或缺的工具。生物化學家擴展了MS的使用領域，將其應用到蛋白、肽和寡核苷酸的分析中。使用質譜儀，生物化學家們能夠監測酶的反應，確定氨基酸序列，并通過包含有蛋白裂解片段衍生物樣品數據庫鑒別大分子蛋白。生物化學家通過氫－氘交換在生理條件下形成重要的蛋白-配體的復合物，監測蛋白質的折疊。臨床化學家在藥物檢測和新生兒篩查中也應用MS，取代結果不確定的免疫分析。食品安全和環境研究人員也是這樣。他們跟行業中相關的企業工作人員一樣，也使用MS，比如：PAH和PCB分析，水質量分析，及食品農藥殘留分析。確定油組成是一項復雜且昂貴的工作，這刺激了早期質譜儀的發展，并不斷推動該技術的繼續創新。現今，MS的專業人員可以在各種質譜儀、一系列完善可靠的電離技術中進行選擇。
什么是質譜？質譜是怎樣工作的？
質譜儀可以比一枚硬幣小，也可以裝滿非常大的房間。雖然不同儀器類型有不同的應用，但是其工作原理相同。測量單位為道爾頓（Da），代替其它單位，比如原子質量單位（amu）。1Da=單個碳12（12C）同位素原子質量的1/12。以前認為質譜儀不具定量能力，僅能作為定性設備，輔助化合物的鑒定。但現今，已經證實質譜兼具定性和定量功能。只有分子轉化為氣相離子后，質譜儀才能測量其質量。為了達到這一目的，質譜儀使分子帶上電荷，然后將帶電離子流轉化為數據系統能夠識別的成比例電流。數據系統將這一電流轉化為數字信息，得到質譜圖。
圖 2：a)像色譜圖形一樣，當總離子電流隨時間改變時，總離子電流（TIC）的豐度增加。b)每個峰的數字部分表示此刻的離子，其構成了離子電流，離子電流通常被稱為輪廓圖或連續采集。X或‘時間'軸為質荷比（m/z），在圖譜中（比如同位素）能讀出相鄰離子的分辨率。c)輪廓圖譜通常縮減為‘棒狀圖，從每個峰的頂點降低質心，形成棒狀圖，從而減小存放文件的大小，有利于增加分辨信息。對目標分析物，有很多適合的方式，使其電離成離子：
1) 在平面上，激光激發溶解在基質中的化合物，比如基質輔助激光解吸離子化（MALDI）法。
2) 通過與帶有能量的離子或電子的相互作用，比如電子轟擊離子化（EI）。
3) 自身輸送過程的一部分，像我們已熟知的電噴霧電離（ESI），在此種電離中，從液相色譜流出的洗脫液經高電壓作用，從氣溶膠中形成離子。
例子按照其質荷比（m/z），進行分離、檢測而得到測量。將相對離子流（信號）與m/z制圖，得到質譜圖。小分子通常僅帶單一電荷：因此m/z是質量與1的比值。"1"表示在離子化過程中增加了一個質子（表示為M+H+，或如果丟失一個質子表示為M-H-），或如果丟失一個電子形成離子，被稱為自由基正離子（M+）。質譜儀的準確性，或質譜儀怎樣測量實際真實的質量，可在本入門指南的后續章節中看到。較大分子自身結構的多個位點可捕獲電荷。小肽通常能帶2個電荷（M+2H+），而非常大的分子具有多個位點，可使用簡單的算法，推斷譜圖中表示的離子質量。
圖 3：當準確校正后，低分辨率的質譜儀也可以得到非常準確的質量，但是因為較多的數據擠占了有限的分辨空間，因此不能提供更多的譜圖信息。常見的含有9個氨基酸的Bradykinin多肽的代謝片段（BK1-5或Arg-Pro-Pro-Gly-Phe），ACE（血管緊縮素轉化酶）用于擴張血管的抑制劑，可攜帶2個電荷（單個電荷或M+H的單同位素值為573.3149，而雙電荷峰，或M+2H為287.1614）。戴帶雙電荷的同位素峰，也會擠占有效的分辨空間。
能夠分析的分子有多大？
解吸電離擴展了分析的能力，可分析分子量大、非揮發性、易碎的分子。對分子量40,000Da的常規檢測，其準確度可達0.01%，（即質量偏差在4Da）允許過程中發生較小變化的測定，比如蛋白質的翻譯后修飾。可帶多個電荷擴展了質譜儀的測量范圍，可以超越其設計的上限，可檢測1000000Da或更大的質量。
同位素和元素的質譜儀
天然同位素豐度已清楚的表征。雖然通常認為豐度比較穩定，但是同位素豐度可能出現顯著的特征性改變。在代謝研究中，應用同位素比例測定（同位素豐富的元素作為示蹤劑），在氣候研究中，測量溫度依賴性氧和碳的變化。在實際中，使用高準確性的質譜儀，測量前，將復雜分子轉化為簡單分子化合物，這樣轉化后的化合物能通過扇形磁質譜儀檢測。元素分析通常針對無機材料，確定元素組成，而不是結構，在一些情況下，可分析固體金屬樣品。常見于誘導偶合等離子體（ICP）源，放電器（或較低能量的發光放電）電離樣品。在萬億分之一（ppt）水平使用專用儀器檢測較為常見。
