质谱联用技术及应用摘要：色谱质谱联用是最具发展和应用前景的技术之一，克服了色谱难以获得结构信息和质谱需要预处理的缺点。

本文主要讲述了气相色谱-质谱联用、液相色谱-质谱联用及质谱-质谱联用技术的优点，以及质谱联用技术在生物、医药、化工、农业等领域的应用。

关键词：气相色谱-质谱联用、液相色谱-质谱联用、质谱-质谱联用质谱分析是一种测量离子荷质比（电荷-质量比）的分析方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。

在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。

色谱-质谱联用技术是当代最重要的分离和鉴定的分析方法之一。

色谱的优势在于分离，色谱的分离能力为混合物分离提供了最有效的选择，但色谱方法难以得到结构信息，其主要靠与标样对比达到对未知物结构的推定；在对复杂混合未知物的结构分析方面显得薄弱；在常规的紫外检测器上对于无紫外吸收化合物的检测和大量未知化合物的定性分析还需依赖于其他手段。

质谱法能提供丰富的结构信息，用样量又是几种谱学方法中用量最少的，但其样品需经预处理（纯化、分离），程序复杂、耗时长。

长期以来，人们为解决这两种技术的弱点发展了许多技术，其中色谱. 质谱联用技术是最具发展和应用前景的技术之一。

目前应用较多的是气相色谱-质谱（GC-MS）联用。

但是GC要求样品具有一定的蒸气压，只有20%的药品可不经过预先的化学处理而能满意地用气相色谱分离，多种情况下所研究的药物需要经过适当的预处理和衍生化，以使之成为易汽化的样品才能进行GC-MS分析。

而HPLC可分离极性的、离子化的、不易挥发的高分子质量和热不稳定的化合物，同时LC-MS联机弥补了传统LC检测器的不足，具有高分离能力，高灵敏度，应用范围更广和具有极强的专属性等特点，越来越受到人们的重视。

据估计已知化合物中约80%的化合物均为亲水性强、挥发性低的有机物，热不稳定化合物及生物大分子，这些化合物广泛存在于当前应用和发展最广泛、最有潜力的领域，包括生物、医药、化工和环境等方面，它们需要用LC分离。

因此，LC与MS的联用可以解决GC-MS无法解决的问题。

1．液相色谱-质谱联用技术色谱与质谱的联用集高效分离、多组分同时定性和定量为一体，是分析混合物最为有效的工具。

但是，由于许多有机化合物的高极性、热不稳定性、高分子量和低挥发度等原因，需要用液相色谱来分离，因此，LC和MS的联用在有机混合物分离分析中具有重要意义。

液相色谱-质谱联用技术的关键是接口技术[1]，首先是如何解决高压液相和低压气相间的矛盾。

质谱离子源的真空度常在1.33×10-2~10-5Pa,真空泵抽去液体的速度一般在10~20μl/min, 这与通常使用的高压液相色谱每分钟0.5毫升的流速相差甚远。

因此，去掉LC的流动相是LC-MS的主要问题之一。

另一个重要的问题是分析物的电离。

用LC分离的化合物大多是极性高，挥发度低，易热分解或大分子量的化合物。

经典的电子轰击电离（EI）并不适用于这些化合物。

自LC-MS研究以来，前后至少提出过27种以上接口技术，但是直到热喷雾电离（TSI）[2]、大气压化学电离（APCI）[3]、特别是电喷雾电离（ESI）[4]方法出现后，LC-MS的研究才有突破性的进展。

当前有成效的LC-MS技术多是集接口和电离于一身。

在去除大量LC溶剂的同时解决分析物的电离问题。

ESI方法的特点：（1）ESI对质谱分析的重要贡献之一是产生大量的多电荷离子。

质谱是测定质荷比。

在ESI以前的电离技术主要是产生单电荷离子，所测得的值即是离子的质量。

普遍使用的四极矩质谱的质荷比测量范围一般在3000以下。

磁质谱的测量范围一般在5000以下。

由于产生多电荷离子，离子的质量数落在一般的四极矩的测量范围之内，因此对于分子量在几万以上的生物大分子，传统的质谱是不可企及的。

ESI技术的出现使质谱在这方面的应用有了根本的改观。

（2）在ESI过程，几乎没有任何外能输给化合物，因此ESI是迄今为止最为柔和的电离方法。

ESI-MS谱图主要给出与准分子离子有关的信息，例如（在单电荷离子的情况下）MH+，MNa+，（M）nH+，[M-H]-，[M-Na]-，[（M）n-H]-等，很少给出化合物碎片。

这不利于化合物结构推导。

为了克服此不足，ESI常与MS-MS联用。

LC-ESI-MS当前应用最多的是测定多肽和蛋白质类化合物的分子量、氨基酸序列、肽谱以及蛋白质翻译后的修饰[5]。

这些化合物带有大量酸性或碱性中心，很容易带上多个电荷。

在溶液和pH值适当的情况下，电离效率可接近100%，因此特别适于LC-ESI-MS分析。

目前测量的蛋白质分子量已达108Da，测量精度可达0.01%或更高。

例如：中国中医科学院西苑医院实验中心的苗兰、孙明谦等人在双酶双碎裂条件下,建立了针对非标记液相色谱-质谱联用蛋白质组学的并行分析策略[6]。

2.气相色谱法-质谱联用技术气相色谱法–质谱法联用（英语：Gas chromatography–mass spectrometry，简称气质联用，英文缩写GC-MS)是一种结合气相色谱和质谱的特性，在试样中鉴别不同物质的方法。

气质联用色谱[7]是由两个主要部分组成：即气相色谱部分和质谱部分。

气相色谱使用毛细管柱，其关键参数是柱的尺寸（长度、直径、液膜厚度）以及固定相性质（例如，5％苯基聚硅氧烷）。

当试样流经柱子时，根据组分分子的化学性质的差异而得到分离。

分子被柱子所保留，然后，在不同时间（叫做保留时间）流出柱子。

流出柱子的分子被下游的质谱分析器做俘获，离子化、加速、偏向、最终分别测定离子化的分子。

质谱仪是通过把每个分子断裂成离子化碎片并通过其质荷比来进行测定的。

GC-MS把气相色谱和质谱这两部分放在一起使用要比单独使用那一部分对物质的识别都会精细很多很多倍。

单用气相色谱或质谱是不可能精确地识别一种特定的分子的。

通常，经质谱仪处理的需要是非常纯的样品，而使用传统的检测器的气相色谱（如，火焰离子化检测器）当有多种分子通过色谱柱的时间一样时（即具有相同的保留时间）不能予以区分，这样会导致两种或多种分子在同一时间流出柱子。

在单独使用质谱检测器时，也会出现样式相似的离子化碎片。

将这两种方法结合起来则能减少误差的可能性，因为两种分子同时具有相同的色谱行为和质谱行为实属非常罕见。

因而，当一张分子识别质谱图出现在某一特定的GC-MS分析的保留时间时，将典型地增高了对样品种感兴趣的被分析物的确定性。

GC-MS的使用包括药物检测[8]（主要用于监督药物的滥用）、火灾调查、环境分析、爆炸调查和未知样品的测定。

GC-MS也用于为保障机场安全测定行李和人体中的物质。

另外，GC-MS还可以用于识别物质中以前认为在未被识别前就已经蜕变了的痕量元素。

GC-MS已经被广泛地誉为司法学物质鉴定的金标方法，因为它被用于进行“专一性测试”。

所谓“专一性测试”就是能十分肯定地在一个给定的试样中识别出某个物质的实际存在。

而非专一性测试则只能指出试样中有哪类物质存在。

尽管非专一性测试能够用统计的方法提示该物质具体是那种物质，但存在识别上的正偏差。

今天电脑化的GC/MS仪器被广泛地用在水、空气、土壤等的环境检测[9]中；同时也用于农业调控、食品安全、以及医药产品的发现和生产中。

3．质谱-质谱（MS-MS）联用技术为了得到更多的有关分子离子和碎片离子的结构信息，早期的质谱工作者把亚稳离子作为一种研究对象。

所谓亚稳离子(metastable ion)是指离子源出来的离子，由于自身不稳定，前进过程中发生了分解，丢掉一个中性碎片后生成的新离子，这个新的离子称为亚稳离子。

这个过程可以表示为：m1+m2+ +N , 新生成的离子在质量上和动能上都不同于m1+ , 由于是在行进中途形成的，它也不处在质谱中m2的质量位置。

研究亚稳离子对搞清离子的母子关系，对进一步研究结构十分有用。

于是，在双聚焦质谱仪中设计了各种各样的磁场和电场联动扫描方式，以求得到子离子，母离子和中性碎片丢失。

尽管亚稳离子能提供一些结构信息，但是由于亚稳离子形成的几率小，亚稳峰太弱，检测不容易，而且仪器操作也困难，因此，后来发展成在磁场和电场间加碰撞活化室，人为地使离子碎裂，设法检测子离子，母离子，进而得到结构信息。

这是早期的质谱-质谱串联方式。

随着仪器的发展，串联的方式越来越多。

尤其是20世纪80年代以后出现了很多软电离技术，如ESI、APCI、FAB、MALDI等，基本上都只有准分子离子，没有结构信息，更需要串联质谱法得到结构信息。

因此，近年来，串联质谱法发展十分迅速。

串联质谱法可以分为两类：空间串联和时间串联。

空间串联是两个以上的质量分析器联合使用，两个分析器间有一个碰撞活化室，目的是将前级质谱仪选定的离子打碎，由后一级质谱仪分析。

而时间串联质谱仪只有一个分析器，前一时刻选定-离子，在分析器内打碎后，后一时刻再进行分析。

MS-MS与GC-MS的主要区别在于MS-MS中的分离过程实际上是瞬间完成的，离子源内混合物中所有组分是同时可被利用的。

这一主要差别就导致了MS-MS具有一些特殊的操作方式。

MS-MS法有四种主要的操作方式，它们是子离子扫描、母离子扫描或前体离子扫描、中性丢失碎片扫描和选择反映监测等。

MS-MS现在已经在多肽序列测定、药物代谢物鉴定、中草药有效成分鉴定、真菌毒素等方面得到了成功的应用。

液相色谱-质谱、质谱-质谱联用是继GC- MS 联用之后又一新兴的分离检测技术, 近来发展极为迅速。

它在生命科学、环境科学、法医学、商检等领域得到了广泛应用。

4.质谱联用技术的应用（1）药物及体内药物分析:药物[10]的是用来预防、诊断及治疗疾病的一类特殊物质, 与人们的健康和生命安危有极其密切的关系, 杂质检查及其限度控制是保证药品质量的一个重要方面。

使用LC -MS /MS可以简便地对药物中杂质加以监控。

Nicolas对抗癌药物DuP941 生产中有关杂质建立了LC-MS/ MS 指纹图谱, 不同生产的批次药物与已建立的谱图对照, 从而达到质量控制目的。

体内药物分析是测定体液(主要是血浆、血清或全血)中药物或其他代谢物浓度。

由于血液样品试样提供量少, 基质复杂, 在此混合物中分析某种微量成分(通常为(g/ mL 或ng/mL 水平)并加以鉴别, 常常是对分析化学家的挑战。

天然产物(中药材)成分复杂, 对这些产物的分析, 以及对其中活性成分鉴定确实困难。

而LC –MS/ MS 可对天然产物进行成分鉴定和测定, 如生晒参中人参皂甙、蒺藜中甾体皂甙、紫杉中紫杉醇、盾叶鬼臼根茎中木酚素和绿茶中儿茶素等。