質(zhì)譜儀是一種很好的定性鑒定用儀器，目前，在有機(jī)質(zhì)譜儀中，除激光解吸電離-飛行時(shí)間質(zhì)譜儀和傅立葉變換質(zhì)譜儀之外，所有質(zhì)譜儀都是和氣相色譜或液相色譜組成聯(lián)用儀器。這樣，使質(zhì)譜儀無論在定性分析還是在定量分析方面都十分方便。
同時(shí)，為了增加未知物分析的結(jié)構(gòu)信息，為了增加分析的選擇性，采用串聯(lián)質(zhì)譜法（質(zhì)譜-質(zhì)譜聯(lián)用），也是目前質(zhì)譜儀發(fā)展的一個(gè)方向。也就是說，目前的質(zhì)譜儀是以各種各樣的聯(lián)用方式工作的。
質(zhì)量分析器種類很多，最常用的是四極桿分析器（簡寫為Q），其次是離子阱分析器（Trap）和飛行時(shí)間分析器（TOF）。為了增加結(jié)構(gòu)信息，大多采用具有串聯(lián)質(zhì)譜功能的質(zhì)量分析器,串聯(lián)方式很多，如Q-Q-Q，Q-TOF等。
為了得到更多的有關(guān)分子離子和碎片離子的結(jié)構(gòu)信息，早期的質(zhì)譜工作者把亞穩(wěn)離子作為一種研究對象。所謂亞穩(wěn)離子(metastable ion)是指離子源出來的離子，由于自身不穩(wěn)定，前進(jìn)過程中發(fā)生了分解，丟掉一個(gè)中性碎片后生成的新離子，這個(gè)新的離子稱為亞穩(wěn)離子。這個(gè)過程可以表示為：m1+m2+ +N , 新生成的離子在質(zhì)量上和動能上都不同于m1+ , 由于是在行進(jìn)中途形成的，它也不處在質(zhì)譜中m2的質(zhì)量位置。研究亞穩(wěn)離子對搞清離子的母子關(guān)系，對進(jìn)一步研究結(jié)構(gòu)十分有用。于是，在雙聚焦質(zhì)譜儀中設(shè)計(jì)了各種各樣的磁場和電場聯(lián)動掃描方式，以求得到子離子，母離子和中性碎片丟失。盡管亞穩(wěn)離子能提供一些結(jié)構(gòu)信息，但是由于亞穩(wěn)離子形成的幾率小，亞穩(wěn)峰太弱，檢測不容易，而且儀器操作也困難，因此，后來發(fā)展成在磁場和電場間加碰撞活化室，人為地使離子碎裂，設(shè)法檢測子離子，母離子，進(jìn)而得到結(jié)構(gòu)信息。這是早期的質(zhì)譜-質(zhì)譜串聯(lián)方式。
隨著儀器的發(fā)展，串聯(lián)的方式越來越多。尤其是20世紀(jì)80年代以后出現(xiàn)了很多軟電離技術(shù)，如ESI、APCI、FAB、MALDI等，基本上都只有準(zhǔn)分子離子，沒有結(jié)構(gòu)信息，更需要串聯(lián)質(zhì)譜法得到結(jié)構(gòu)信息。因此，近年來，串聯(lián)質(zhì)譜法發(fā)展十分迅速。
空間串聯(lián)和時(shí)間串聯(lián)。空間串聯(lián)是兩個(gè)以上的質(zhì)量分析器聯(lián)合使用，兩個(gè)分析器間有一個(gè)碰撞活化室，目的是將前級質(zhì)譜儀選定的離子打碎，由后一級質(zhì)譜儀分析。而時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜儀只有一個(gè)分析器，前一時(shí)刻選定-離子，在分析器內(nèi)打碎后，后一時(shí)刻再進(jìn)行分析。本節(jié)將敘述各種串聯(lián)方式和操作方式。
串聯(lián)質(zhì)譜的主要串聯(lián)方式
質(zhì)譜-質(zhì)譜的串聯(lián)方式很多，既有空間串聯(lián)型，又有時(shí)間串聯(lián)型。空間串聯(lián)型又分磁扇型串聯(lián)，四極桿串聯(lián)，混合串聯(lián)等。如果用B表示扇形磁場，E表示扇形電場，Q表示四極桿，TOF表示飛行時(shí)間分析器，那么串聯(lián)質(zhì)譜主要方式有：
磁扇型串聯(lián)方式：BEB EBE BEBE等混合型串聯(lián)：BE-Q Q-TOF EBE-TOF無論是哪種方式的串聯(lián)，都必須有碰撞活化室，從第一級MS分離出來的特定離子，經(jīng)過碰撞活化后，再經(jīng)過第二級MS進(jìn)行質(zhì)量分析，以便取得更多的信息。利用軟電離技術(shù)（如電噴霧和快原子轟擊）作為離子源時(shí)，所得到的質(zhì)譜主要是準(zhǔn)分子離子峰，碎片離子很少，因而也就沒有結(jié)構(gòu)信息。為了得到更多的信息，最好的辦法是把準(zhǔn)分子離子“打碎”之后測定其碎片離子。在串聯(lián)質(zhì)譜中采用碰撞活化分解(Collision activated dissociation, CAD)技術(shù)把離子“打碎”。碰撞活化分解也稱為碰撞誘導(dǎo)分解(Collision Induced dissociation, CID)，碰撞活化分解在碰撞室內(nèi)進(jìn)行，帶有一定能量的離子進(jìn)入碰撞室后，與室內(nèi)情性氣體的分子或原子發(fā)生碰撞，離子發(fā)生碎裂。為了使離子碰撞碎裂，必須使離子具有一定動能，對于磁式質(zhì)譜儀，離子加速電壓可以超過1000V，而對于四極桿，離子阱等，加速電壓不超過100V，前者稱為高能CAD，后者稱為低能CID。二者得到的子離子譜是有差別的。串聯(lián)質(zhì)譜法工作方式和主要信息1、三級四極質(zhì)譜儀（Q-Q-Q）的工作方式和主要信息三級四極質(zhì)譜儀有三組四極桿，第一組四級桿用于質(zhì)量分離(MS1)，第二組四極桿用于碰撞活化(CAD),第三組四極桿用于質(zhì)量分離(MS2)。主要工作方式有四種。
圖中a為子離子掃描方式，這種工作方式由MSI選定-質(zhì)量，CAD碎裂之后，由MS2掃描得子離子譜。b為母離子掃描方式，在這種工作方式，由MS2選定一個(gè)子離子，MS1掃描，檢測器得到的是能產(chǎn)生選定子離子的那些離子，即母離子譜。C是中性丟失譜掃描方式，在這種方式是MS1和MS2同時(shí)掃描。只是二者始終保持一定固定的質(zhì)量差(即中性丟失質(zhì)量)，只有滿足相差-固定質(zhì)量的離子才得到檢測。d是多離子反應(yīng)監(jiān)測方式,由MS1選擇一個(gè)或幾個(gè)特定離子(圖中只選一個(gè))，經(jīng)碰撞碎裂之后,由其子離子中選出一特定離子，只有同時(shí)滿足MS1和MS2選定的一對離子時(shí),才有信號產(chǎn)生。用這種掃描方式的好處是增加了選擇性，即便是兩個(gè)質(zhì)量相同的離子同時(shí)通過了MS1，但仍可以依靠其子離子的不同將其分開。這種方式非常適合于從很多復(fù)雜的體系中選擇某特定質(zhì)量,經(jīng)常用于微小成分的定量分析。2、離子阱質(zhì)譜儀MS-MS工作方式和主要信息
離子阱質(zhì)譜儀的MS-MS屬于時(shí)間串聯(lián)型，它的操作方式見上圖，在A階段,打開電子門此時(shí)基礎(chǔ)電壓置于低質(zhì)量的截止值，使所有的離子被阱集,然后利用輔助射頻電壓拋射掉所有高于被分析母離子的離子。進(jìn)入B階段，增加基頻電壓，拋射掉所有低于被分析母離子的離子。以阱集即將碰撞活化的離子。在C階段，利用加在端電極上的輔助射頻電壓激發(fā)母離子，使其與阱內(nèi)本底氣體碰撞，在D階段，掃描基頻電壓,拋射并接收所有CID過程形成的子離子，獲得子離子譜。以此類推,可以進(jìn)行多級MS分析。由離子阱的工作原理可以知道，它的MS-MS功能主要是多級子離子譜，利用計(jì)算機(jī)處理軟件，還可以提供母離子譜,中性丟失譜和多反應(yīng)監(jiān)測（MRM）。3、傅里葉變換質(zhì)譜儀MS-MS工作方式和主要信息FTMS的掃描方式是依據(jù)快速掃頻脈沖對所有離子“同時(shí)”激發(fā)。具有MS-MS功能的FTMS，其快速掃頻脈沖可以選擇性的留下頻率“缺口”，用頻率“缺口”選擇性的留下欲分析的母離子，其它離子被激發(fā)并拋射到接收極。然后使母離子受激，使其運(yùn)動半徑增大又控制其軌道不要與接收極相撞。此時(shí)母離子在室內(nèi)與本底氣體或碰撞氣體碰撞產(chǎn)生子離子。然后再改變射頻頻率接收子離子。還可由子離子譜中選一個(gè)離子再做子離子譜。由于離子損失很少。因此，F(xiàn)TMS可以做到5-6級子離子譜。離子在飛行過程中如果發(fā)生裂解，新產(chǎn)生的離子仍然以母離子速度飛行。因此在直線型漂移管中觀測不到新生成的離子。如果采用帶有反射器的漂移管，因?yàn)樾律傻碾x子與其母離子動能不同，可在反射器中被分開。這種操作方式稱為源后裂解（Post source decomposition ，PSD）。通過PSD操作可以得到結(jié)構(gòu)信息。因此，可以認(rèn)為反射型TOFMS也具有MS-MS功能。
另外TOF-TOF串聯(lián)質(zhì)譜儀已經(jīng)出現(xiàn)。關(guān)于磁式質(zhì)譜儀串聯(lián)和混合型串聯(lián)，小析姐后續(xù)也會進(jìn)行相應(yīng)的介紹。
QMS是最常見的質(zhì)譜儀器，定量能力突出，在GC-MS中QMS占絕大多數(shù)。優(yōu)點(diǎn): 結(jié)構(gòu)簡單、成本低；維護(hù)簡單；SIM功能的定量能力強(qiáng)；是多數(shù)檢測標(biāo)準(zhǔn)中采用的儀器設(shè)備。缺點(diǎn): 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(zhì)量上限低（小于1200u）。二、飛行時(shí)間質(zhì)譜儀，TOFMSTOFMS是速度最快的質(zhì)譜儀，適合于LC-MS方面的應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)：分辨能力好，有助于定性和m/z近似離子的區(qū)別，能夠很好的檢測ESI電噴霧離子源產(chǎn)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(tǒng)（如UPLC）;質(zhì)量上限高（6000～10000u）；缺點(diǎn)：無串極功能，限制了進(jìn)一步的定性能力；售價(jià)高于QMS；較精密，需要認(rèn)真維護(hù)。QQQ質(zhì)譜給四極桿質(zhì)譜儀在保留QMS原有定量能力強(qiáng)的特點(diǎn)上，提供了串級功能，加強(qiáng)了質(zhì)譜的定性能力，檢測標(biāo)準(zhǔn)中常作為QMS的確認(rèn)檢測手段。優(yōu)點(diǎn)：有串極功能，定性能力強(qiáng);定量能力非常好，MRM信噪比高于QMS的SIM;是常用的QMS結(jié)果確認(rèn)儀器;除一般子離子掃描功能外，QQQ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(tuán)的結(jié)構(gòu)研究有很大幫助。缺點(diǎn)：分辨力不足，容易受m/z近似的離子干擾;售價(jià)較高;需要認(rèn)真維護(hù)。技術(shù)上而言，在傳統(tǒng)QQQ的四極桿中加入了輔助射頻，可以做選擇性激發(fā)；或者就功能而言，為QQQ提供了多級串級的功能。優(yōu)勢：同時(shí)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(jié)構(gòu)解析。傳統(tǒng)3D離子阱的增強(qiáng)版本.優(yōu)點(diǎn)：相對于傳統(tǒng)3D離子阱，靈敏度高10倍以上;多級串級質(zhì)譜.缺點(diǎn)：相對于QQQ，還是不能做MRM、中性丟失等特征基團(tuán)篩選功能.六、 四極桿飛行時(shí)間串聯(lián)質(zhì)譜，QTOFQTOF以QMS作為質(zhì)量過濾器，以TOFMS作為質(zhì)量分析器。優(yōu)點(diǎn)：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(xué)的大分子量復(fù)雜樣品分析。缺點(diǎn)：成本高;需要仔細(xì)維護(hù)。七、離子阱-飛行時(shí)間質(zhì)譜，Trap TOF以3D離子阱作為質(zhì)量選擇器和反應(yīng)器，結(jié)合了離子阱的多級質(zhì)譜能力和飛行時(shí)間質(zhì)譜的高分辨能力。
優(yōu)點(diǎn)：同時(shí)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(diǎn)：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(zhì)譜的定量能力是各種質(zhì)譜中最強(qiáng)的�，F(xiàn)在已較少使用，僅用于地質(zhì)元素和痕量二惡英的檢測。優(yōu)點(diǎn)：技術(shù)經(jīng)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(zhì)譜中最好的。缺點(diǎn)：體積、重量大;售價(jià)很高;速度慢;維護(hù)復(fù)雜，很費(fèi)電。九、傅立葉變換質(zhì)譜儀，F(xiàn)T-ICR-MS據(jù)說是質(zhì)譜中的貴族，質(zhì)量精度超級好，幾個(gè)月都不需要校正。但是價(jià)格也是貴的讓人心寒啊。傅立葉變換質(zhì)譜儀的分辨能力最高，常作為高端科學(xué)研究的裝備。優(yōu)點(diǎn)：能夠做多級串級，定性能力極好;分辨力極高;靈敏度很好;缺點(diǎn)：體積重量大;售價(jià)極高;速度也較慢;維護(hù)費(fèi)用非常昂貴。十、 靜電場傅立葉變換質(zhì)譜，Orbitrap優(yōu)點(diǎn)：高分辨，60k～120kFWHM，質(zhì)量精度高；相對FT-ICR而言，價(jià)格稍低（～450kUSD）；缺點(diǎn)：不能單獨(dú)做串級；分辨力、靈敏度、質(zhì)量穩(wěn)定性等離FT-ICR還有距離。
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