質(zhì)譜儀是一種高精度的分析儀器，其核心功能是通過(guò)測(cè)量帶電粒子的質(zhì)量來(lái)對(duì)物質(zhì)進(jìn)行定性和定量分析。它廣泛應(yīng)用于化學(xué)、生物、環(huán)境、醫(yī)藥、材料等多個(gè)領(lǐng)域。

質(zhì)譜儀的核心原理

1. 電離過(guò)程：
   樣品（氣體、液體或固體）在離子源中被電離，生成帶電離子（如電子電離EI、電噴霧電離ESI、基質(zhì)輔助激光解吸電離MALDI等）。

• 例如：電噴霧電離（ESI）適合分析極性、熱不穩(wěn)定的代謝物，能將溶液中的分子轉(zhuǎn)化為氣態(tài)離子。

2. 質(zhì)量分析：
   帶電離子進(jìn)入質(zhì)量分析器（如四極桿、飛行時(shí)間、離子阱等），在電磁場(chǎng)作用下按質(zhì)荷比（m/z）分離。

• 例如：飛行時(shí)間質(zhì)譜儀（TOF）通過(guò)測(cè)量離子飛行時(shí)間差異來(lái)分離不同質(zhì)量離子，分辨率高，適合未知代謝物鑒定。

3. 檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理：
   分離后的離子被檢測(cè)器捕獲并轉(zhuǎn)換為電子信號(hào)，生成質(zhì)譜圖。通過(guò)解析質(zhì)譜圖，可獲得物質(zhì)的分子量、結(jié)構(gòu)、含量等信息。

質(zhì)譜儀能測(cè)什么？

質(zhì)譜儀可分析的物質(zhì)類(lèi)型極其廣泛，包括但不限于：

1. 有機(jī)物：

• 分子量與結(jié)構(gòu)：如藥物分子、代謝物、環(huán)境污染物（多環(huán)芳烴、農(nóng)藥等）。

• 官能團(tuán)分析：通過(guò)碎片離子信息推斷分子結(jié)構(gòu)（如質(zhì)譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)MS/MS）。

2. 無(wú)機(jī)物：

• 元素分析：電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）可測(cè)定重金屬（鉛、汞、鎘等）含量，檢測(cè)限低至微克/升級(jí)。

• 同位素比值：用于地質(zhì)年代測(cè)定、核科學(xué)研究和污染物溯源（如硝酸鹽的氮氧同位素分析）。

3. 生物大分子：

• 蛋白質(zhì)：通過(guò)酶解肽段分析蛋白質(zhì)種類(lèi)（如Orbitrap質(zhì)譜儀），支持定量蛋白質(zhì)組學(xué)（iTRAQ/TMT標(biāo)記技術(shù)）。

• 代謝物：鑒定代謝物種類(lèi)及含量，區(qū)分同分異構(gòu)體（如疾病標(biāo)志物發(fā)現(xiàn)）。

4. 復(fù)雜混合物：

• 色譜-質(zhì)譜聯(lián)用：如氣相色譜-質(zhì)譜（GC-MS）用于分離揮發(fā)性有機(jī)物，液相色譜-質(zhì)譜（LC-MS）分析熱不穩(wěn)定化合物。

質(zhì)譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域

1. 環(huán)境監(jiān)測(cè)：

• 檢測(cè)大氣中的VOCs、PM2.5成分，水體中的多環(huán)芳烴，土壤中的重金屬污染。

2. 生物醫(yī)藥：

• 藥物代謝研究、生物標(biāo)志物定量（如癌癥診斷中的蛋白質(zhì)標(biāo)記物）。

• 蛋白質(zhì)翻譯后修飾分析（如磷酸化、甲基化）。

3. 食品安全：

• 檢測(cè)農(nóng)藥殘留、非法添加劑、過(guò)敏原及微生物污染。

4. 材料科學(xué)：

• 分析納米材料尺寸分布、表面修飾及其在生物環(huán)境中的行為。

5. 法醫(yī)學(xué)：

• 毒物分析、藥物濫用檢測(cè)及代謝物鑒定（如體液中有害物篩查）。

技術(shù)優(yōu)勢(shì)

• 高靈敏度：可檢測(cè)極低濃度化合物（如ng/L級(jí)）。

• 高分辨率：區(qū)分質(zhì)量數(shù)相近的同分異構(gòu)體。

• 高通量：結(jié)合自動(dòng)化進(jìn)樣系統(tǒng)，一次實(shí)驗(yàn)分析大量樣本。

• 精準(zhǔn)定量：同位素標(biāo)記技術(shù)（如iTRAQ）實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)相對(duì)定量。

總結(jié)

質(zhì)譜儀通過(guò)其電離、分離和檢測(cè)技術(shù)，成為揭示物質(zhì)奧秘的工具。無(wú)論是分析復(fù)雜的環(huán)境污染物，還是探索生命體內(nèi)的分子機(jī)制，質(zhì)譜儀都為科學(xué)研究與工業(yè)應(yīng)用提供了強(qiáng)有力的支持。隨著技術(shù)進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域仍在不斷拓展，未來(lái)將在更多領(lǐng)域發(fā)揮關(guān)鍵作用。