质谱定义及质谱发展历程

质谱定义

　　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。第一台质谱仪是英国科学家弗朗西斯·阿斯顿于1919年制成的。出手不凡，阿斯顿用这台装置发现了多种元素同位素，研究了53个非放射性元素，发现了天然存在的287种核素中的212种，第一次证明原子质量亏损。他为此荣获1922年诺贝尔化学奖。

　　工作原理　

　　待测化合物分子吸收能量（在离子源的电离室中）后产生电离，生成分子离子，分子离子由于具有较高的能量，会进一步按化合物自身特有的碎裂规律分裂，生成一系列确定组成的碎片离子，将所有不同质量的离子和各离子的多少按质荷比记录下来，就得到一张质谱图。由于在相同实验条件下每种化合物都有其确定的质谱图，因此将所得谱图与已知谱图对照，就可确定待测化合物。

　　质谱仪器　

　　利用运动离子在电场和磁场中偏转原理设计的仪器称为质谱计或质谱仪。前者指用电子学方法检测离子，而后者指离子被聚焦在照相底板上进行检测。质谱法的仪器种类较多,根据使用范围,可分为无机质谱仪和有机质谱计。常用的有机质谱计有单聚焦质谱计、双聚焦质谱计和四极矩质谱计。目前后两种用得较多，而且多与气相色谱仪和电子计算机联用。

　　发展历史

　　从J.J. Thomson制成第一台质谱仪，到现在已有近90年了，早期的质谱仪主要是用来进行同位素测定和无机元素分析，二十世纪四十年代以后开始用于有机物分析，六十年代出现了气相色谱-质谱联用仪，使质谱仪的应用领域大大扩展，开始成为有机物分析的重要仪器。计算机的应用又使质谱分析法发生了飞跃变化，使其技术更加成熟，使用更加方便。八十年代以后又出现了一些新的质谱技术，如快原子轰击电离子源，基质辅助激光解吸电离源，电喷雾电离源，大气压化学电离源，以及随之而来的比较成熟的液相色谱-质谱联用仪，感应耦合等离子体质谱仪，富立叶变换质谱仪等。这些新的电离技术和新的质谱仪使质谱分析又取得了长足进展。目前质谱分析法已广泛地应用于化学、化工、材料、环境、地质、能源、药物、刑侦、生命科学、运动医学等各个领域。

　　1885年W.Wien在电场和磁场中实现了正粒子束的偏转。

　　1912年J.J.Thompson使用磁偏仪证明氖有相对质量20和22的两种同位素存在。

　　最初的精密仪器由在1918年J.Dempster和F.W.Aston在1919年制作的，用于测量某些同位素的相对丰度。这也是世界上第一台质谱仪器。

　　从30年代起，离子光学理论的逐步发展，使得仪器性能在很大程度上得到改善，为精确测定相对原子质量奠定了基础。其中，Mattauch和R.Herzog在1935年首先阐述了双聚焦理论，做出了卓越贡献，1935年，Mattauch根据这一理论制成了双聚焦质谱仪。

　　1934年丹普斯特首先证明了火花离子源用于质谱分析的可能性，并通过实验证明其灵敏度更高，适用性更广。1951年Gorman等首先采用电测法来记录波动性大的火花质谱，并用样品证明了此法的可靠性。1957年英国联电科学仪器公司（AEI）生产了第一台商售的马陶赫-赫佐格型双聚焦质谱仪。自此，世界各国竞相发展质谱仪。

　　我国解放前质谱技术处于空白。1969年，中国科学院上海冶金所、上海电子光学技术研究所、中国科学院科学仪器厂、北京分析仪器厂先后研制成功了双聚焦火花离子质谱仪。1975年，上海新跃仪表厂制成采用二次离子质谱技术的ZLF-300型直接成象离子分析仪。1977年，中国科学院科学仪器厂和天津大学先后制成飞行时间质谱仪。目前，我国诸多生产厂可以生产多种型式的质谱仪，如同位素质谱仪、双聚焦质谱仪、离子探针质谱仪、飞行时间谱仪、四极质谱仪、色谱-质谱联用仪等。

　　50年代以来，质谱技术获得了多方面的发展，主要表现在：

　　离子光学理论的进一步完善。1960年对离子在磁场和电场中的运动轨迹，已发展到二级近似计算方法。1972年，T.Mastuo和H.Wollnik等合作完成了考虑边缘场的三级轨迹计算法。这些为质谱仪器的设计提供了强有力的计算手段。

　　由于近代物理学、真空技术、材料科学、计算机及精密机械等方面的进展，使质谱仪器的应用领域不断地扩展。

　　目前质谱技术向扩大测定的相对质量范围的方向发展，已适应生命科学（包括生物化学、生物技术、临床分析、新陈代谢研究等）的发展要求。

　　质谱－－质谱联用技术的发展。此技术与色谱－－质谱联用技术相比，具有响应时间快、不需要用一套复杂的接口装置和可获得亚稳态跃迁离子的全质谱信息等特点。

　　赛默飞世尔科技，在08年9月23日召开的新闻发布会上隆重宣布，全球第一台TSQ Vantage三重四极杆液质联用仪已在药明康德新药开发有限公司中国工厂成功安装。利用稳定的新型离子源、第二代离子光学系统和双曲面四级杆，Thermo Scientific TSQ Vantage™质谱提供了比市场上其它同类产品高出10倍的灵敏度和最低的化学噪音。同时，对于小分子、生物分子和多肽的定量，具有更好的重现性和精密度。