不懂这6个知识点，还学什么质谱！

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作者：知乎
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质谱技术是过去几十年中受到临床实验室认可并快速发展的最新技术, 近十年来影响了医学及临床实践的诸多领域。今天我们就来了解下质谱使用中一定要知道的6个知识点。
第1、质谱分析法
先将中性分子离子化，再顺次分离和记录各种离子的质荷比和丰度先将中性分子离子化，再顺次分离和记录各种离子的质荷比和丰度( 强度)，从而实现分析目的的一种分析方法。
第2、质谱
不同质荷比的离子经质量分析器分离，而后被检测并记录下来的谱图叫作质谱图。简称质谱。
质谱图的横坐标是质荷比(m/z) ，纵坐标是离子强度；
质谱法(Mass Spectrometry) 即质谱分析法， 一般亦简称为质谱；
质谱计(Mass Spectrometer): 采用顺次记录各种质荷比离子的强度的方式测量化合物质谱的仪器；
质谱仪(Mass Spectrography) : 采用干板记录方式，同时记录下所有离子的质谱仪器。


                                                         氯霉素的质谱图

第3、质谱基础知识
常用的质量单位
Da=Dalton(道尔顿)
质量单位,等于一个碳原子(12C)质量的十二分之一，约为1.66×10-24克；一克约为6×1023道尔顿。
amu=atomic mass unit ,原子质量单位
1amu=1Da



原子结构及其质量



原子量 * 国际协议赋予其确切的质量为12
原子量(C) = 0.9889(12.0000) + 0.0111(13.0033)= 12.011

一种元素的所有同位素的重量平均值叫作原子量。

同位素及同位素丰度
同位素即具有相同的原子序数而又具有不同的质量数的原子叫作同位素。
同位素丰度即自然界中某同位素原子所占的百分数叫做该同位素的天然丰度。

同位素表示法
质量数= 质子+ 中子



原子量 * 国际协议赋予其确切的质量为12
原子量(C) = 0.9889(12.0000) + 0.0111(13.0033)= 12.011
一种元素的所有同位素的重量平均值叫作原子量。
第4、怎样计算质量数、分子量
名义质量数
采用元素质量数的整数进行计算,例如:C=12,H=1,O=16
单同位素质量数或准确质量数
用丰度最大的同位素准确质量数计算
例如：12C=12，1H=1.0078，16O=15.9948
平均质量数或化学质量数
考虑到所有天然同位素丰度的该元素原子量来计算
例如：C=12.001，H=1.00794，O=15.9994
四极杆质谱获得的单电荷离子的m/z值，是单同位素质数，建议质谱峰标注到小数点后1位。



分子量的计算



分子量计算器
第5、质谱图的名词和术语
质荷比(mass charge ratio)
离子的质量( 以相对原子量单位计) 与它所带电荷(以电子电量为单位计以电子电量为单位计) 的比值, 叫作质荷比，简写为m/z。
质荷比是质谱图的横坐标。
质荷比是质谱定性分析的基础。
离子丰度 (Abundance of ions)
检测器检测到的离子信号强度。
离子相对丰度 (Relative abundance of ions)
以质谱图中指定质荷比范围内最强峰为100 ％, 其它离子峰对其归一化所得的强度其它离子峰对其归一化所得的强度。
标准质谱图均以离子相对丰度值为纵坐标。
谱峰的离子丰度与物质的含量相关。
标准质谱图均以离子相对丰度值为纵坐标。
谱峰的离子丰度与物质的含量相关,因此是质谱定量的基础。
基峰(Base peak)
在质谱图中，指定质荷比范围内强度最大的离子峰叫作基峰。基峰的相对丰度为100 ％
本底(Back ground)
在与分析样品的相同条件下，不送入样品时所检测到的质谱信号，包括化学噪声和电噪声。
总离子流图(Total ions current,TIC)
在选定的质量范围内, 所有离子强度的总和对时间或扫描次数所作的图。色质联用时, TIC 即色谱图。
质量色谱图(Mass chromatograph)
指定某一质荷比的离子强度对时间或扫描号所作的图。
二维数据(2D Data)
液质联用中, 只包含色谱图的数据, 例如用SIR ，MRM 方式采集的数据（没有质谱信息）。
三维数据(3D Data)
液质联用中, 同时包含色谱图和质谱图的数据, 例如用Full Scan方式采集的信息（有质谱信息）。
分子离子
分子失去一个电子生成的离子,其质荷比等于分子。其质荷比等于分子。
准分子离子
指与分子存在简单关系的离子, 通过它可以确定分子量。例如: 分子得到或失去一个氢生成的离子:(M+H) + ,(M-H) - 就是最常见的准分子离子。
碎片离子
分子离子裂解所生成的产物离子
母离子与子离子
任何离子进一步裂解产生了某离子, 则前者称为母离子，后者称为子离子。
单电荷离子与多电荷离子
只带一个电荷的离子叫单电荷离子,带两个或两个以上电荷的离子叫多电荷离子, 它们时常具有非整数质荷比。
同位素离子
由元素的重同位素构成的离子叫作同位素离子, 它们在质谱图中总是出现在相应的分子离子或碎片离子的右侧。
氮规则
当化合物不含氮或含偶数个氮原子时,该化合物的分子量为偶数该化合物的分子量为偶数,当化合物含奇数个氮原子时, 该化合物的分子量为奇数。
API电离方式使用氮规则时要将准分子离子还原成分子量后再使用。
全扫描(Full Scan )
检测一段质荷比范围离子的采集方式，由每个采样点提取一张质谱图。
扫描时间 (Scan Time )
Full Scan 方式采集数据的参数, 单位为秒,表示四极杆扫描某一范围质荷比离子的时间。
扫描延迟时间 (Inter Scan Delay)
Full Scan 方式采集数据的参数, 单位为秒,表示两次扫描之间的间隔。
选择离子监测(Selected Ion Record,SIR)
选择能够表征某物质的一个质谱峰进行检测。
驻留时间(Dwell Time )
SIR 方式采集数据时的一个参数, 单位为秒,表示四极杆放行该离子的时间。
MRM(Multiple Reaction Monitoring- 多反应检测)
串联质谱的一种采集方式,  同时以SIR方式检测母离子与子离子方式检测母离子与子离子, 特点是高选择性和高灵敏度相结合,适用于痕量目标监测物的定量分析。
第6、质谱仪器的名词和术语
离子源 (Ion source)
质谱仪器中使样品电离生成离子的部件。如：EI ，FAB，ESI ，APcI 等。
质量分析器 (Mass analyzer)
质谱仪器中使离子按其质荷比大小进行分离的部件。如；四极杆，离子阱，TOF 等。
离子检测器 (Ion detector)
质谱仪器中检测并放大离子丰度的部件。如：光电倍增器，电子倍增器，多通道板检测器等。



分辨率(Resolution，R):
在给定样品的条件下,仪器对相邻两个质谱峰的区分能力。





仪器在质量数m附近能够分辨的最小相对质量差△m
在相同离子质量数上，分辨率越高，能够分辨的△m越小，测定的质量精度越高。
在相同的分辨率下，测量高质量数离子的质量精度低，测量低质量数离子的质量精度高。
换言之，在相同的质量精度要求下，测定较高质量的离子，要求较高的分辨率。
灵敏度(Sensitivity)
在规定条件下，对选定化合物产生的某一质谱峰，仪器对单位样品所产生的响应值。
灵敏度是质谱仪器对样品量感测能力的评定指标。实验中常以信噪比表示。在某些类型的质谱仪器中, 灵敏度与分辨率 成反比例关系,, 提高分辨率的同时, 会降低灵敏度, 反之亦然。
绝对灵敏度和相对灵敏度
有机质谱常用某种标准样品的最小检测量来衡量灵敏度参数。当测试条件相同时, 所用的样品量越小,表明仪器的灵敏度越高。表明仪器的灵敏度越高, 这种方法就是绝对灵敏度法。
而相对灵敏度法是衡量仪器检测含于其它物质中的极微样品的能力, 通常用ug/ml(ppm), ng/ml(ppb) 表示,相对灵敏度与进样量有关, 增加进样量能增加样品的绝对量,使仪器较容易地检测出样品的信号。
信噪比
信噪比(S/N= Signal to Noise Ratio):谱峰(信号)强度与噪音强度的比值
噪音强度的测量
PtP(peak to peak): 峰到峰噪音值,选取一段基线的噪音最大值。
RMS(Root Mean Square): 均方根噪音值,选取一段基线噪音的均方根值。
灵敏度必须在指定的相同条件下(浓度,分辨率,流速,进样体积和被检测离子等等)测定才有可比性。
质量范围(Mass range)
质谱仪器能测量的离子质量下限与上限之间的一个范围。离子质量的单位即原子质量单位(amu)。
质量歧视效应(Mass discriminationeffects)
质谱仪器中的一些部件，例如质量分析器、离子检测器，对不同质量的离子产生偏差响应的现象。
气相色谱与质谱联用(GC-MS)
气相色谱仪和质谱仪的在线联用技术，可用于挥发性混合物的快速分离与定性。
液相色谱与质谱联用(LC-MS)
高效液相色谱与质谱的在线联用技术。液相色谱作为质谱的特殊进样器; 反过来,也可把质谱看作是液相色谱的检测器。
质谱- 质谱联用(MS-MS)
指质谱与质谱的在线联用, 也称串联质谱例如:Q-Q( 三重四极串联 ),Q-TOF。
接口(Interface)
用于协调联用的两种仪器的输出和输入状态的硬件设备。
软电离技术(Soft Ionization)
化学电离、大气压电离等低能量电离方式的总称。
质谱技术是一个大学问，还有很多概念需要我们了解，希望小伙伴的以后的工作中多多积累，能够更好地了解和使用质谱。
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