【中國儀器網 解決方案】1913年J.J.Thomson制成臺質譜儀,用其發現了20Ne,22Ne同位素。1919年臺質譜儀是英國科學家弗朗西斯·阿斯頓于1919年制成的。阿斯頓用這臺裝置發現了多種元素同位素,研究了53個非放射性元素,發現了天然存在的287種核素中的212種,次證明原子質量虧損。他為此榮獲1922年諾貝爾化學獎。
早期的質譜儀主要是用來進行同位素測定和無機元素分析,二十世紀四十年代以后開始用于有機物分析,六十年代出現了氣相色譜-質譜聯用儀,使質譜儀的應用領域大大擴展,開始成為有機物分析的重要儀器。計算機的應用又使質譜分析法發生了奔騰變化,使其技術更加成熟,使用更加方便。
八十年代以后又出現了一些新的質譜技術,如快原子轟擊電離子源,基質輔助激光解吸電離源,電噴霧電離源,大氣壓化學電離源,以及隨之而來的比較成熟的液相色譜-質譜聯用儀,感應耦合等離子體質譜儀,富立葉變換質譜儀等。這些新的電離技術和新的質譜儀使質譜分析又取得了長足進展。目前質譜分析法已廣泛地應用于化學、化工、材料、環境、地質、能源、藥物、刑偵、生命科學、運動醫學等各個領域。
四極桿質譜儀,QMS
QMS是常見的質譜儀器,定量能力突出,在GC-MS中QMS占絕大多數。
優點:結構簡單、成本低;維護簡單;SIM功能的定量能力強;是多數檢測標準中采用的儀器設備。
缺點:無串極能力,定性能力不足;分辨力較低(單位分辨),存在同位素和其他m/z近似的離子干擾;速度慢;質量上限低(小于1200u)。
飛行時間質譜儀,TOFMS
TOFMS是速度快的質譜儀,適合于LC-MS方面的應用。
優點:分辨能力好,有助于定性和m/z近似離子的區別,能夠很好的檢測ESI電噴霧離子源產生多電荷離子;速度快,每秒2~100張高分辨全掃描(如50~2000u)譜圖,適合于快速LC系統(如UPLC);質量上限高(6000~10000u)。
缺點:無串極功能,限制了進一步的定性能力;售價高于QMS;較精密,需要認真維護。
三重四極桿質譜儀,QqQ
QqQ質譜給四極桿質譜儀在保留QMS原有定量能力強的特點上,提供了串級功能,加強了質譜的定性能力,檢測標準中常作為QMS的確認檢測手段。
優點:有串極功能,定性能力強;定量能力非常好,MRM信噪比高于QMS的SIM;是常用的QMS結果確認儀器;除一般子離子掃描功能外,Q還具有SRM、MRM、母離子掃描、中性丟失(Neutral loss)等功能(離子阱不行)對特征基團的結構研究有很大幫助。
缺點:分辨力不足,容易受m/z近似的離子干擾;售價較高;需要認真維護。
四極離子阱,QTrap
技術上而言,在傳統Q的四極桿中加入了輔助射頻,可以做選擇性激發。就功能而言,為Q提供了多級串級的功能
優點:同時具備MRM、SRM、中性丟失和多級串級功能,非常適合于未知樣品的結構解析。
缺點:分辨力還是低了點。
線性離子阱,Linear Ion Trap
傳統3D離子阱的增強版本
優點:相對于傳統3D離子阱,靈敏度高10倍以上;多級串級質譜。
缺點:相對于QqQ,還是不能做MRM、中性丟失等特征基團篩選功能。
線型離子阱和三維離子阱的比較
這個比較可能是很少有的一邊倒的場面——線型離子阱的靈敏度、分辨力、速度、通量等指標均優于傳統的3D離子阱。
自從2003年Finnigan公司推出了LTQ線型離子阱之后,一時間眾多廠家的3D離子阱銷量下降很多。3D離子阱的市場被線型離子阱蠶食的非常嚴重,特別是在中國質譜市場,由于用戶愛追新潮、求大求好,線型離子阱在中國賣的很好。以至于在很多時候Bruker和Agilent的離子阱廣告都看不見了。但是實際上線型離子阱在國外并不是非常流行,特別是一些離子阱的老用戶,由于已經習慣了離子阱的指標,對于價錢高很多的線型離子阱往往只叫好不出手,寧可買只要3/5價錢的LCQ這種老式3D離子阱。
四極桿飛行時間串聯質譜,QTOF
QTOF以QMS作為質量過濾器,以TOFMS作為質量分析器。
優點:能夠提供高分辨譜圖;定性能力好于QqQ;速度快,適合于生命科學的大分子量復雜樣品分析。
缺點:成本高;需要仔細維護。
離子阱-飛行時間質譜,Trap TOF
以3D離子阱作為質量選擇器和反應器,結合了離子阱的多級質譜能力和飛行時間質譜的高分辨能力
優點:同時具有多級串級和高分辨能力,適合于未知樣品的定性工作,如糖蛋白的定性。
缺點:由于離子阱容量限制,對于混合樣品的靈敏度欠佳;定量能力弱。
磁質譜,Sector MS
磁質譜的定量能力是各種質譜中強的。現在已較少使用,僅用于地質元素和痕量二惡英的檢測。
優點:技術經典、成熟,NIST等MS庫采用的儀器;分辨力非常好(100k,m/&Delta m FWHM),干擾少;靈敏度高,定量能力是各種質譜中好的。
缺點:體積、重量大;售價很高;速度慢;維護復雜,很費電。
傅立葉變換質譜儀,FT-ICR-MS
質譜中的貴族,質量精度超級好,幾個月都不需要校正,但是價格也是貴的讓人心寒啊。傅立葉變換質譜儀的分辨能力高,常作為科學研究的裝備。
優點:能夠做多級串級,定性能力*;分辨力*;靈敏度很好。
缺點:體積重量大;售價*;速度也較慢;維護費用非常昂貴。
靜電場傅立葉變換質譜,Orbitrap
優點:高分辨,60k~120kFWHM,質量精度高;相對FT-ICR而言,價格稍低(~450kUSD)。
缺點:不能單獨做串級;分辨力、靈敏度、質量穩定性等離FT-ICR還有距離。
Orbitrap和FT-ICR-MS的技術比較:Orbitrap與原有的“超導磁鐵傅立葉變換離子回旋共振質譜”(SCFT-ICR-MS,常說的FTMS)有類似的地方也有許多不同。Orbitrap相當于一臺輕量級FTMS,它的維護簡單,相當于TOF;指標方面略遜于FTMS,但是比一般質譜要好。Orbitrap的分辨力比FTMS低。兩種質譜的采樣速度相當,但比TOF和四極桿、離子阱慢的多。Orbitrap和FTMS都可以通過減少采樣時間來提高速度,但這是以犧牲分辨力為代價的。
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