质谱仪是用来测什么的？带您了解质谱仪的核心原理

质谱仪是一种高精度的分析仪器，其核心功能是通过测量带电粒子的质量来对物质进行定性和定量分析。它广泛应用于化学、生物、环境、医药、材料等多个领域。

质谱仪的核心原理

1. 电离过程：
   样品（气体、液体或固体）在离子源中被电离，生成带电离子（如电子电离EI、电喷雾电离ESI、基质辅助激光解吸电离MALDI等）。

• 例如：电喷雾电离（ESI）适合分析极性、热不稳定的代谢物，能将溶液中的分子转化为气态离子。

2. 质量分析：
   带电离子进入质量分析器（如四极杆、飞行时间、离子阱等），在电磁场作用下按质荷比（m/z）分离。

• 例如：飞行时间质谱仪（TOF）通过测量离子飞行时间差异来分离不同质量离子，分辨率高，适合未知代谢物鉴定。

3. 检测与数据处理：
   分离后的离子被检测器捕获并转换为电子信号，生成质谱图。通过解析质谱图，可获得物质的分子量、结构、含量等信息。

质谱仪能测什么？

质谱仪可分析的物质类型极其广泛，包括但不限于：

1. 有机物：

• 分子量与结构：如药物分子、代谢物、环境污染物（多环芳烃、农药等）。

• 官能团分析：通过碎片离子信息推断分子结构（如质谱-质谱联用技术MS/MS）。

2. 无机物：

• 元素分析：电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）可测定重金属（铅、汞、镉等）含量，检测限低至微克/升级。

• 同位素比值：用于地质年代测定、核科学研究和污染物溯源（如硝酸盐的氮氧同位素分析）。

3. 生物大分子：

• 蛋白质：通过酶解肽段分析蛋白质种类（如Orbitrap质谱仪），支持定量蛋白质组学（iTRAQ/TMT标记技术）。

• 代谢物：鉴定代谢物种类及含量，区分同分异构体（如疾病标志物发现）。

4. 复杂混合物：

• 色谱-质谱联用：如气相色谱-质谱（GC-MS）用于分离挥发性有机物，液相色谱-质谱（LC-MS）分析热不稳定化合物。

质谱仪的应用领域

1. 环境监测：

• 检测大气中的VOCs、PM2.5成分，水体中的多环芳烃，土壤中的重金属污染。

2. 生物医药：

• 药物代谢研究、生物标志物定量（如癌症诊断中的蛋白质标记物）。

• 蛋白质翻译后修饰分析（如磷酸化、甲基化）。

3. 食品安全：

• 检测农药残留、非法添加剂、过敏原及微生物污染。

4. 材料科学：

• 分析纳米材料尺寸分布、表面修饰及其在生物环境中的行为。

5. 法医学：

• 毒物分析、药物滥用检测及代谢物鉴定（如体液中有害物筛查）。

技术优势

• 高灵敏度：可检测极低浓度化合物（如ng/L级）。

• 高分辨率：区分质量数相近的同分异构体。

• 高通量：结合自动化进样系统，一次实验分析大量样本。

• 精准定量：同位素标记技术（如iTRAQ）实现蛋白质相对定量。

总结

质谱仪通过其电离、分离和检测技术，成为揭示物质奥秘的工具。无论是分析复杂的环境污染物，还是探索生命体内的分子机制，质谱仪都为科学研究与工业应用提供了强有力的支持。随着技术进步，其应用领域仍在不断拓展，未来将在更多领域发挥关键作用。