(五)质谱联用技术

质谱仪是一种很好的定性手段，但不适于复杂混合物的分析。色谱仪是一种很好的分离仪器，但定性能力较差，二者结合起来，则能发挥各自专长，使分离和鉴定同时进行。因此，早在20世纪60年代就开始了气相色谱一质谱联用技术的研究，并出现了早期的气相色谱-质谱联用仪。在70年代末，这种联用仪器已经达到很高的水平。同时开始研究液相色谱-质谱联用技术。在80年代后期，大气压电离技术的出现，使液相色谱-质谱联用技术达到了成熟阶段。目前，在有机质谱仪中，除激光解吸电离-飞行时间质谱仪和傅里叶变换质谱仪之外，所有质谱仪都是和气相色谱或液相色谱组成联用仪器。这样，使质谱联用技术无论在定性分析还是在定量分析方面都十分方便。同时，为了增加未知物分析的结构信息，为了增加分析的选择性，提高检测灵敏度，采用色谱-串联质谱法(质谱-质谱联用)，也是目前质谱仪发展的一个方向。

1.气相色谱-质谱联用仪(gas chromatography-mass spectrometer,GC-MS)

GC-MS主要由三部分组成：色谱部分、质谱部分和数据处理系统。色谱部分和一般的色谱仪基本相同，包括有柱箱、气化室和载气系统，也带有分流/不分流进样系统，程序升温系统、压力、流量自动控制系统等，一般不再有色谱检测器，而是利用质谱仪作为色谱的检测器。在色谱部分，混合样品在合适的色谱条件下被分离成单个组分，然后进入质谱仪进行鉴定。

色谱仪是在常压下工作，而质谱仪需要高真空，因此，如果色谱仪使用填充柱，必须经过一种接口装置—分子分离器，将色谱载气去除，使样品气进入质谱仪。如果色谱仪使用毛细管柱，则可以将毛细管直接插入质谱仪离子源，因为毛细管载气流量比填充柱小得多，不会破坏质谱仪真空。

GC-MS的质谱仪部分可以是磁式质谱仪、四极杆质谱仪，也可以是飞行时间质谱仪和离子阱质谱仪。目前使用最多的是四极杆质谱仪，离子源主要是EI和CI。

GC-MS的另外一个组成部分是计算机系统。由于计算机技术的提高，GC-MS的主要操作都由计算机控制进行，这些操作包括利用标准样品(一般用FC-43)校准质谱仪，设置色谱和质谱的工作条件，数据的收集和处理以及库检索等。这样，一个混合物样品进入色谱仪后，在合适的色谱条件下，被分离成单一组分并逐一进入质谱仪，经离子源电离得到具有样品信息的离子，再经分析器、检测器即得每个化合物的质谱。这些信息都由计算机储存，根据需要，可以得到混合物的色谱图、单一组分的质谱图和质谱的检索结果等。根据色谱图还可以进行定量分析。因此，GC-MS是有机物定性、定量分析的有力工具。

作为GC-MS联用仪的附件，还可以有直接进样杆和FAB源等，但是FAB源只能用于磁式双聚焦质谱仪。直接进样杆主要是分析高沸点的纯样品，不经过GC进样，而是直接送到离子源，加热汽化后，由EI电离。另外，GC-MS的数据系统可以有几套数据库，主要有NISI，库、Willey库、农药库、毒品库等。

2．液相色谱-质谱联用仪(liquid chromatography mass spectrometer LC-MS)

LC-MS联用仪主要由高效液相色谱、接口装置(同时也是电离源)、质谱仪组成。高效液相色谱与一般的液相色谱相同，其作用是将混合物样品分离后进入质谱仪。

LC-MS联用的关键是LC和MS之间的接口装置。接口装置的主要作用是去除溶剂并使样品离子化。早期曾经使用过的接口装置有传送带接口、热喷雾接口、粒子束接口等十余种，这些接口装置都存在一定的缺点，因而都没有得到广泛推广。20世纪80年代，大气压电离源用作LC和MS联用的接口装置和电离装置之后，使得LC-MS联用技术提高了一大步。目前，几乎所有的LC-MS联用仪都使用大气压电离源作为接口装置和离子源。大气压电离源(atmosphere pressure ionization,API)包括电喷雾电离源(electrospray ionization, ESI)和大气压化学电离源(atmospheric pressure chemical ionization, APCI)两种，二者之中电喷雾源应用最为广泛。

LC-MS联用仪的质量分析器种类很多，最常用的是四极杆分析器(简写为Q)，其次是离子阱分析器(Trap)和飞行时间分析器(TOF)。因为LC-MS主要提供分子量信息，为了增加结构信息，LC-MS大多采用具有串联质谱功能的质量分析器，串联方式很多，如Q-Q-Q、Q-TOF等。

3.串联质谱

串联质谱可以分为两类：空间串联和时间串联。空间串联是两个以上的质量分析器联合使用，两个分析器间有一个碰撞活化室，目的是将前级质谱仪选定的离子打碎，由后一级质谱仪分析。而时间串联质谱仪只有一个分析器，前一时刻选定离子，在分析器内打碎后，后一时刻再进行分析。下面介绍各种串联方式和操作方式。

(1)串联质谱的主要串联方式质谱一质谱的串联方式很多，既有空间串联型，又有时间串联型。空间串联型又分磁扇型串联、四极杆串联、混合串联等。如果用B表示扇形磁场，E表示扇形电场，Q表示四极杆分析器，TOF表示飞行时间分析器，那么串联质谱主要方式有：

①空间串联磁扇型串联方式有BEB、EBE、BEBE等；四极杆串联方式有Q-Q-Q；混合型串联方式有BE-Q、QTOF、EBE-TOF等。

②时间串联离子阱质谱仪、回旋共振质谱仪。

无论是哪种方式的串联，都必须有碰撞活化室，从第一级MS分离出来的特定离子，经过碰撞活化后，再经过第二级MS进行质量分析，以便取得更多的信息。

(2)碰撞活化分解利用软电离技术(如电喷雾和快原子轰击)作为离子源时，所得到的质谱主要是准分子离子峰，碎片离子很少，因而也就没有结构信息。为了得到更多的信息，最好的办法是把准分子离子“打碎”之后测定其碎片离子。在串联质谱中采用碰撞活化分解(collision activated dissociation, CAD)技术把离子“打碎”。碰撞活化分解也称为碰撞诱导分解(collision induced dissociation, CID)，碰撞活化分解在碰撞室内进行，带有一定能量的离子进入碰撞室后，与室内惰性气体的分子或原子发生碰撞，离子发生碎裂。为了使离子碰撞碎裂，必须使离子具有一定动能，对于磁式质谱仪，离子加速电压可以超过1000V，而对于四极杆、离子阱等质谱仪，加速电压不超过100V，前者称为高能CAD，后者称为低能CID。二者得到的子离子谱是有差别的。

(3)三重四极杆质谱具有多种MS/MS功能：产物离子扫描、前体离子扫描、恒定中性丢失扫描、选择反应监测。

①产物离子(子离子)扫描产物离子扫描方式由MS¹选定-质量，CAD碎裂之后，由MS²扫描得子离子谱(图11-13)。此方式可以提供结构信息，但是有效周期短。

②前体(母离子)扫描在这种工作方式，由MS²选定一个子离子，MS¹扫描，检测器得到的是能产生选定子离子的那些离子，即母离子谱(图11-14)。此方式适于寻找产生特定碎片离子的化合物。

图11-13 产物离子扫描示意图

图11-14 母离子扫描示意图

③中性丢失扫描中性丢失谱扫描方式是MS¹和MS²同时扫描。只是二者始终保持一定固定的质量差(即中性丢失质量)，只有满足相差固定质量的离子才得到检测(图11-15)。此方式可以筛查能丢失特殊中性质量的化合物，但是有效周期短。

图11-15 中性丢失扫描示意图

④选择反应监测或多反应监测多离子反应监测方式，由MS¹选择一个或几个特定离子(图中只选一个)，经碰撞碎裂之后，由其子离子中选出一特定离子，只有同时满足MS¹和MS²选定的一对离子时，才有信号产生(图11-16)。用这种扫描方式的好处是增加了选择性，即便是两个质量相同的离子同时通过了MS¹，但仍可以依靠其子离子的不同将其分开。用于目标化合物监测，灵敏度高。

图11-16 多反应监测示意图

相关链接：质谱仪的结构和质量分析器（四）