23
其他重要应用：新物质检测
Ar
He
激光溅射金属铱，获得最高价态的氧化物
Nature, 2014, 514, 457.
24
其他重要应用：气溶胶质谱
利用质谱对气溶胶形貌、成分及形成机理进行探究
Nature, 2012, 486, 513
25
其他重要应用：太空探索
COSAC质谱检测彗星67P/Churyumov-Gerasimenko上的有机物
Chem. Rev., 2013, 113, 2309
19
重要应用：质谱成像
通过质谱成像可对肿瘤组织与正常组织区域进行区分
PNAS, 2014, 111, 14184
20
重要应用：质谱成像
多同位素质谱成像探究干细胞分裂及代谢
Nature, 2012, 481, 516. Nhomakorabea21
重要应用：质谱成像
3D 质谱成像技术提供了更多的分子空间分布信息
串级质谱 1966
电喷雾电离生物大分子 1984
质谱成像 1997
敞开式离子源 2004
飞行距离 质谱仪 2011
1870
1882 1894 1906 1918 1930 1942 1954 1966 1978 1990 2002 2014 …
1886 阳极射线
1912
1929
1946
质谱诞生 电子轰击 飞行时间
10
质谱重要应用
精密测量
原子、电子质量
生命科学
蛋白、脂质、代谢物
质谱成像
2D、3D成像 生物标志物
其它重要应用
化学反应监测、气溶胶质谱 11
重要应用：精密测量
Penning离子阱中， 通过测量和已知质 量样品的回旋运动 频率比，实现诺原 子质量的精确测量
Nature, 2010, 463, 785.
Science, 2015, 349, aab0689
26
质谱最新进展
离子源 质量分析器
27
敞开式离子源
电喷雾萃取 DESI-MS
实时直接分析 DART-MS
实现了复杂样品在大气常压环境下的原位实时分析
J. Proteome. Res., 2011, 10, 4054
14
重要应用：生命科学
利用大分子质谱技术获得了ATPases与脂及核苷酸作用本质
Science, 2011, 334, 380
15
重要应用：生命科学
利用高分辨质谱技术研究病毒结构
J. Am. Chem. Soc., 2014, 136, 7295
Philos. Mag. Ser., 1897, 44, 293
5
质谱诞生
同位素的发现
Aston 1922 化学奖 同位素质谱
照相版质谱发现了氖的两种同位 磁聚焦质谱仪获得了同位素规律的
素20Ne和22Ne
普遍存在
Philos. Mag. Ser., 1907, 13, 561. Phys. Rev., 1918, 11, 316
16
重要应用：生命科学
利用质谱技术探究单细胞水平上的分子代谢变化情况
PNAS, 2013, 110, 8790.
17
重要应用：生命科学
利用质谱技术糖的结构鉴定
Nature, 2015, 526, 241.
18
重要应用：质谱成像
无需任何标记 未知物鉴定 高灵敏度 高通量
质谱成像适用于小 分子代谢物、药物、脂 类和蛋白的分析，在生 物标志物的发现以及临 床研究中具有极大优势。
1906 物理奖 1922 化学奖 1939 物理奖 1989 物理奖 2002 化学奖 2002 化学奖
发现电子 同位素质谱 FT-ICR 离子阱质谱
ESI
MALDI
质谱仪构建
方法学构建
4
质谱诞生
电子的发现为质谱的诞生奠定了基础
Thomson 1906 物理奖
发现电子
阴极射线经狭缝后，电场偏转，打在荧光屏上。若在两金属板 间（D、E）施加一个匀强磁场平衡电场力，可得到该射线（电子） 的质荷比。后来采用照相板的方法检测，获得了腔体内残留气体 的质荷比，形成了质谱装置的雏形。
HPLC 傅里叶变换-离子回旋共振质谱仪 FT-ICR MS
8
生物大分子质谱
电喷雾电离 ESI-MS
基质辅助激光解吸电离 MALDI-MS
+ ++
+
实现了极性蛋白质生物大分子的“软”电离 9
串联质谱
CID ECD
ETD
串级质谱在物质结构鉴定方面起到了关键作用
Science, 2006, 312, 212
质谱发展的机遇与挑战
汇报提纲
一.质谱发展 二.重要应用 三.国内发展 三.未来走向
2
质谱发展
基础工作
电离方法 应用及分离技术 质量分析器
单聚焦磁质谱 1918
20Ne和22Ne分离 1913
阴极射线管 1870
电喷雾电离 1968
离子
回旋加速器 回旋共振
1931
1949
气相色谱 质谱联用 1952
6
质谱发展
现代质谱仪器结构
质量分析器
样品引入 离子源
探测器
Paul 1989 物理奖 离子阱质谱
样品引入
离子源
真空条件 质量分析器
探测器
仪器控制 数据记录和
分析
质谱在离子源，质量分析器，探测器等各方面均取得了很大的发展
质谱发展
Lawrence 1939 物理奖
FT-ICR
分辨率：千万量级
c
Atm. 1 mbar 10-1 mbar 10-3 mbar 10-6 mbar 10-8 mbar 10-10 mbar
12
重要应用：精密测量
Penning离子阱中，通过测量电子的回旋运动频率 和拉莫尔频率比，实现电子质量的精确测量
离子阱中实现微 波的自旋反转， 经过拟合可获得 反转频率，即 Larmor共振频率
回旋频率：共振抛出
Nature, 2014, 506, 467.
13
重要应用：生命科学
质谱已成为确定蛋白结构序列的利器
抛物线质谱仪 电离
质谱仪
发现电子 1897
双聚焦磁质谱 1934
1974 傅里叶变换 离子回旋共振
四极杆 离子阱 1953 二次离子质谱 1949
1999 轨道阱
基质辅助激光解吸电离源 1985
快原子轰击电离 1981
3
质谱相关诺贝尔奖
Thomson
Aston
Lawrence
Paul
Fenn
Tanaka
J. Proteomics, 2013, 90, 52
22
其他重要应用：化学反应监测
利用质谱检测化学反应中间体，推测化学反应机理
亲核反应机理
金属催化反应
气相反应可排除
团簇效应 对离子效应 溶剂效应
揭示有机化学反应的本质特征
探索新型高效的金属催化剂
Science 1998, 279, 1882; Science 1993, 260, 1446