关于质谱仪常见的专业术语 名称解释

什么是总离子流色谱图

在深入探讨质谱分析技术时，有一个概念常被提及却又容易被误解，那便是总离子流图（严格来说并非传统意义上的色谱图，不过在日常交流中，有时也会被通俗地称为总离子流色谱图）。总离子流图的纵坐标数值高低，依旧代表着物质所产生的总离子信号强度，其与色谱峰面积比例存在相近的关系。不过，实际情况更为复杂，有时会出现离子流峰存在，但对应色谱峰却并不明显的情况，特殊状况更是屡见不鲜。

一个完整的总离子流图由众多峰组成，这些峰的出峰顺序严格遵循色谱出峰的先后顺序。当聚焦于同一个峰时，会发现它是由多种不同质荷比的碎片共同构成的。在质谱分析过程中，对于同一个离子流峰，其中不同质荷比的碎片会按照质荷比从小到大的顺序依次被检测到，进而形成一幅完整的质谱图。

需要明确的是，离子流图中的某一个点以及质谱图中的某一点，其所代表的物质并非一定是纯净的。这是因为色谱分离度和质谱分辨率这两个关键因素会对分析结果产生影响。当色谱柱的柱效足够高，且分析方法设计得足够合理时，总离子流图中某一个点所对应的物质就会越来越单一；同样，质谱图的分辨率越高，其某一点的峰纯度也就越高。

二次离子质谱法（SIMS）

二次离子质谱（SIMS）技术所采用的电离方法，与快原子轰击（FAB）技术有着一定的亲缘关系。在SIMS技术中，会生成一束带正电或负电的离子，但与FAB不同的是，它并不借助碰撞池将离子束转化为中性物质，而是直接利用这束离子去轰击样品的表面。在实际应用中，常用的离子有正电离子束的铯离子（Cs⁺）和氧离子（O₂⁺），以及负电离子束的氧负离子（O⁻）。其中，Cs⁺和O离子是由前文所描述的热电离和等离子体源产生的。

值得注意的是，Cs和O都属于反应性物种，并非惰性物质。在SIMS技术中，特意选择这两种离子是有原因的，因为它们会被植入到样品中，进而影响样品的化学和物理特性。具体而言，如果使用Cs⁺，或者使用O₂⁺或O⁻的正离子进行轰击，会导致样品更有效地产生负离子。

在直流源中，Cs和O光束最为常见。由于所使用的高加速电压较高，会使样品中的分子发生严重破碎，在分析过程中，几乎无法保留任何分子信息。因此，它们的使用被视为一种硬电离方法。

为了解决硬电离方法带来的问题，研究人员已经开发出了小型和大型团簇离子（如Au₃⁺、Bi₃⁺、C₆⁰⁺、Ar₂₀₀⁺）的脉冲源。这种方法被认为是一种更柔和的电离方法，能够在产生的质谱中提供更多的分子细节。这些脉冲源通常以脉冲模式进行操作，进一步减少了对样品表面的损害。

在SIMS仪器中，飞行时间（ToF）质谱仪、扇形磁场质谱仪和四极杆质谱仪都是常用的质量分析器。

检测器

在所有质谱系统中，检测器是一个至关重要的组成部分，它的作用是将质量分离后的离子电流转换为可测量的信号。根据不同的应用需求，如动态范围、空间信息保留、噪声水平以及对质量分析器的适用性等因素，会选择不同类型的检测器。

以下是几种常用的检测器：

• 电子倍增器（EM）：它由一系列离散金属板串行连接而成，能够将离子电流放大约10⁸倍，从而将其转换为可测量的电子电流。

• 法拉第杯（FC）：当离子撞击集电极时，会导致电子从地面流过电阻，由此产生的电阻上的电位降会被进一步放大，从而实现对离子信号的检测。

• 光电倍增管转换二极管：离子最初撞击到一个二极管上，引发电子发射。产生的电子随后撞击荧光屏，荧光屏释放出光子。这些光子再进入倍增器，在那里以级联的方式进行放大，其工作原理与电子倍增器（EM）类似。

• 阵列检测器：这一类检测器涵盖了广泛的类型和系统，包括能够同时测量不同m/z的多个离子的检测器，以及对位置敏感的离子检测的检测器。它们可以结合多种检测技术，以满足不同的分析需求。

质谱仪与其他技术结合

为了提高分析的灵敏度和方便结果的解释，气体和液体分离技术经常与质谱技术结合使用。液相色谱法（LC）、气相色谱法（GC）、毛细管电泳法（CE）和凝胶电泳法（GE）都是常见的例子。这些方法的组合在与电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）和实时直接分析质谱法（DART-MS）串联使用时尤为常见。

气相色谱质谱法（GC-MS）

气相色谱是一种重要的分析/分离技术，其工作原理是将复杂的化合物混合物注入色谱柱中，根据化合物的相对沸点和对色谱柱的亲和力进行分离。

然而，气相色谱法使用的高温条件使其不适合用于分析高分子量的化合物，如蛋白质，因为高温会使这些化合物变性。尽管如此，气相色谱法在石油化工、环境监测和修复以及工业化学等领域却有着广泛的应用。在这些应用中，样品可以是固体、液体或气态。

在完成分离后，化合物可以利用质谱技术进行进一步分析。例如，可以与电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）结合进行化合物鉴定，或者使用电子轰击电离（EI）或化学电离（CI）进行电离，并在飞行时间（ToF）质量分析器中进行分析。近年来，已有相关文献对GC-MS领域的最新进展进行了全面回顾。