質(zhì)譜(mass spectrometry,ms)的開發(fā)歷史要追溯到 20 世紀(jì)初，zui初的質(zhì)譜儀主要用來測(cè)定元素或同位素的原子量，隨著離子光學(xué)理論的發(fā)展，質(zhì)譜儀不斷改進(jìn)，其應(yīng)用范圍也在不斷擴(kuò)大，到 20 世紀(jì) 50 年代后期已廣泛地應(yīng)用于無機(jī)化合物和有機(jī)化合物的測(cè)定。進(jìn)入 80 年代后，材料學(xué)、精密機(jī)械、電真空和計(jì)算機(jī)等新興學(xué)科和技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了高性能質(zhì)譜儀器制造業(yè)的進(jìn)步。現(xiàn)今，質(zhì)譜分析技術(shù)已經(jīng)大量應(yīng)用到化學(xué)分析測(cè)試中。
(一) 質(zhì)譜定性分析
一張化合物的質(zhì)譜包含著有關(guān)化合物的很豐富的信息。在很多情況下，僅依靠質(zhì)譜就可以確定化合物的分子量、分子式和分子結(jié)構(gòu)。而且，質(zhì)譜分析的樣品用量極微，因此，質(zhì)譜法是進(jìn)行有機(jī)物鑒定的有力工具。當(dāng)然，對(duì)于復(fù)雜的有機(jī)化合物的定性，還要借助于紅外光譜，紫外光譜，核磁共振等分析方法。
1 相對(duì)分子質(zhì)量的測(cè)定
分子離子的質(zhì)荷比就是化合物的分子量。因此，在解釋質(zhì)譜時(shí)首先要確定分子離子峰，在判斷分子離子峰時(shí)要綜合考慮樣品來源，性質(zhì)等其他因素。如果經(jīng)判斷沒有分子離子峰或分子離子峰不能確定，則需要采取其它方法得到分子離子峰。
2 化學(xué)式的確定
利用一般的 ei 質(zhì)譜很難確定分子式。在早期，曾經(jīng)有人利用分子離子峰的同位素峰來確定分子組成式。有機(jī)化合物分子都是由 c、h、o、n 等元素組成的，這些元素大多具有同位素，由于同位素的貢獻(xiàn)，質(zhì)譜中除了有質(zhì)量為 m 的分子離子峰外，還有質(zhì)量為 m+1，m+2 的同位素峰。由于不同分子的元素組成不同，不同化合物的同位素豐度也不同，貝農(nóng)(beynon)將各種化合物(包括 c，h，o，n 的各種組合)的 m、m+1、m+2 的強(qiáng)度值編成質(zhì)量與豐度表，如果知道了化合物的分子量和 m、m+1、m+2 的強(qiáng)度比，即可查表確定分子式。例如，某化合物分子量為 m=150(豐度 100%)。 m+1 的豐度為 9.9%，m+2 的豐度為 0.88%，求化合物的分子式。根據(jù) beynon 表可知，m=150 化合物有 29 個(gè)，其中與所給數(shù)據(jù)相符的為 c9h10o2。這種確定分子式的方法要求同位素峰的測(cè)定十分準(zhǔn)確。而且只適用于分子量較小，分子離子峰較強(qiáng)的化合物，如果是這樣的質(zhì)譜圖，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行庫檢索得到的結(jié)果一般都比較好，不需再計(jì)算同位素峰和查表。因此，這種查表的方法已經(jīng)不再使用。
利用高分辨質(zhì)譜儀可以提供分子組成式。因?yàn)樘?、氫、氧、氮的原子量分別為 12.000000，10.07825，15.994914，14.003074，如果能測(cè)定化合物的分子量，可以由計(jì)算機(jī)輕而易舉的計(jì)算出所含不同元素的個(gè)數(shù)。目前傅立葉變換質(zhì)譜儀、雙聚焦質(zhì)譜儀、飛行時(shí)間質(zhì)譜儀等都能給出化合物的元素組成。
3 結(jié)構(gòu)鑒定
純物質(zhì)結(jié)構(gòu)鑒定是質(zhì)譜zui成功的應(yīng)用領(lǐng)域，通過對(duì)譜圖中各碎片離子、亞穩(wěn)離子、分子離子的化學(xué)式、m/z 相對(duì)峰高等信息，根據(jù)各類化合物的分裂規(guī)律，找出各碎片離子產(chǎn)生的途徑，從而拼湊出整個(gè)分子結(jié)構(gòu)。根據(jù)質(zhì)譜圖拼出來的結(jié)構(gòu)，對(duì)照其他分析方法，得出可靠的結(jié)果。
另一種方法就是與相同條件下獲得的已知物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)圖譜比較來確認(rèn)樣品分子的結(jié)構(gòu)。
(二)質(zhì)譜定量分析
1 同位素測(cè)量
分子的同位素標(biāo)記對(duì)有機(jī)化學(xué)和生命化學(xué)領(lǐng)域中化學(xué)機(jī)理和動(dòng)力學(xué)研究十分重要，而進(jìn)行這一研究前必須測(cè)定標(biāo)記同位素的量，質(zhì)譜法是常用的方法之一。如確定氘代苯 c6d6。的純度，通常、可用 c6d6+與 c6d5h+、c6d6h2+等分子離子峰的相對(duì)強(qiáng)度來進(jìn)行。對(duì)其他涉及標(biāo)記同位素探針、同位素稀釋及同位素年代測(cè)定工作都可以用同位素離子峰來進(jìn)行。
2 無機(jī)痕量分析
火花源的發(fā)展使質(zhì)譜法可應(yīng)用于無機(jī)固體分析，成為金屬合金、礦物等分析的重要方法，它能分析周期表中幾乎所有元素，靈敏度*，可檢出或半定量測(cè)定 10-9 范圍內(nèi)濃度。由于其譜圖簡(jiǎn)單且各元素譜線強(qiáng)度大致相當(dāng)，應(yīng)用十分方便。
電感耦合等離子光源引入質(zhì)譜后(icp-ms)，有效地克服了火花源的不穩(wěn)定、重現(xiàn)性差、離子流隨時(shí)間變化等缺點(diǎn)，使其在無機(jī)痕量分析中得到了廣泛的應(yīng)用，icp-ms 是*的物質(zhì)量的準(zhǔn)確測(cè)量方法之一，尤其對(duì)于復(fù)雜基體樣品中痕量成分的準(zhǔn)確測(cè)量。
與此同時(shí)，二次離子質(zhì)譜和同位素稀釋質(zhì)譜在研究和應(yīng)用過程中，采用了多種新技術(shù)和新工藝，方法的靈敏度、精密度有了顯著改善。這些新、老方法的結(jié)合，形成了比較完善的分析方法和測(cè)試體系。
3 混合物的定量分析
利用質(zhì)譜峰可進(jìn)行各種混合物組分分析，在進(jìn)行分析的過程中，保持通過質(zhì)譜儀的總離子流恒定，以使用于得到每張質(zhì)譜或標(biāo)樣的量為固定值，記錄樣品和樣品中所有組分的標(biāo)樣的質(zhì)譜圖，選擇混合物中每個(gè)組分的一個(gè)共有的峰，樣品的峰高假設(shè)為各組分這個(gè)特定 m/z 峰峰高之和，從各組分標(biāo)樣中測(cè)得這個(gè)組分的峰高，解數(shù)個(gè)聯(lián)立方程，以求得各組分濃度。
用上述方法進(jìn)行多組分分析時(shí)費(fèi)時(shí)費(fèi)力且易引入計(jì)算及測(cè)量誤差，故現(xiàn)在一般采用將復(fù)雜組分分離后再引入質(zhì)譜儀中進(jìn)行分析，常用的分離方法是色譜法。
(1) 氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用(gc-ms)定量分析
由 gc-ms 得到的總離子色譜圖或質(zhì)量色譜圖，其色譜峰面積與相應(yīng)組分的含量成正比，若對(duì)某一組份進(jìn)行定量測(cè)定，可以采用色譜分析法中的歸一化法、外標(biāo)法、內(nèi)標(biāo)法等不同方法進(jìn)行。這時(shí)，gc-ms法可以理解為將質(zhì)譜儀作為色譜儀的檢測(cè)器。其余均與色譜法相同。與色譜法定量不同的是，gc-ms法可以利用總離子色譜圖進(jìn)行定量之外，還可以利用質(zhì)量色譜圖進(jìn)行定量。這樣可以zui大限度的去除其它組份干擾。
為了提高檢測(cè)靈敏度和減少其它組分的干擾，在gc-ms定量分析中質(zhì)譜儀經(jīng)常采用選擇離子掃描方式。對(duì)于待測(cè)組分，可以選擇一個(gè)或幾個(gè)特征離子，而相鄰組份不存在這些離子。這樣得到的色譜圖，待測(cè)組份就不存在干擾，同時(shí)有很高的靈敏度。用選擇離子得到的色譜圖進(jìn)行定量分析，具體分析方法與質(zhì)量色譜圖類似。但其靈敏度比利用質(zhì)量色譜圖會(huì)高一些，這是gc-ms 定量分析中常采用的方法。
(2) 液相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用(lc/ms)分析方法
lc-ms 分析得到的質(zhì)譜過于簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)信息少，進(jìn)行定性分析比較困難，主要依靠標(biāo)準(zhǔn)樣品定性，對(duì)于多數(shù)樣品，保留時(shí)間相同，子離子譜也相同，即可定性，少數(shù)同分異構(gòu)體例外。
用 lc-ms 進(jìn)行定量分析，其基本方法與普通液相色譜法相同。即通過色譜峰面積和校正因子(或標(biāo)樣)進(jìn)行定量。但由于色譜分離方面的問題，一個(gè)色譜峰可能包含幾種不同的組份，給定量分析造成誤差。因此，對(duì)于 lc-ms 定量分析，不采用總離子色譜圖，而是采用與待測(cè)組分相對(duì)應(yīng)的特征離子得到的質(zhì)量色譜圖或多離子監(jiān)測(cè)色譜圖，此時(shí)，不相關(guān)的組分將不出峰，這樣可以減少組份間的互相干擾，lc-ms 所分析的經(jīng)常是體系十分復(fù)雜的樣品，樣品中有大量的保留時(shí)間相同、分子量也相同的干擾組分存在。為了消除其干擾，lc-ms 定量的辦法是采用串聯(lián)質(zhì)譜的多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(mrm)技術(shù)。即，對(duì)質(zhì)量為 m1 的待測(cè)組份做子離子譜，從子離子譜中選擇一個(gè)特征離子 m2。正式分析樣品時(shí)，*級(jí)質(zhì)譜選定 m1，經(jīng)碰撞活化后，第二級(jí)質(zhì)譜選定 m2。只有同時(shí)具有 m1 和 m2 特征質(zhì)量的離子才被記錄。這樣得到的色譜圖就進(jìn)行了三次選擇：lc 選擇了組份的保留時(shí)間，*級(jí) ms 選擇了 m1，第二級(jí) ms 選擇了 m2，這樣得到的色譜峰可以認(rèn)為不再有任何干擾。然后，根據(jù)色譜峰面積，采用外標(biāo)法或內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量分析。此方法適用于待測(cè)組份合量低，體系組份復(fù)雜且干擾嚴(yán)重的樣品分析。