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磐合科仪：凝胶净化-液相色谱_串联质谱法测定化妆品中22种激素
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1 2 3 4 5 6 7 8 9 10高效液相色谱-质谱联用法
　　高效液相色谱-质谱联用法 高效液相色谱 质谱联用法 1 简述
高效液相色谱-质谱联用法（HPLC-MS）将高分离能力、使用范围广的液相色谱分离技
术（包括高效毛细管电泳、毛细管高效液相色谱）与高灵敏、高专属的质谱技术结合起来， 成为一种强有力、多用途的定性、定量分析工具。
目前，高效液相色谱-质谱联用法在药学领域主要应用于：药物（包括生物大分子）结
构信息的获取、分子量的确定；药物质量控制（尤其是药物杂质、异构体、抗生素组分的分 析，药物稳定性及降解产物研究）
；药物的体内过程分析、药物代谢产物研究、临床血药浓 度检测；代谢组学、蛋白组学、高通量药物筛选研究等。 2 仪器组成及原理
高效液相色谱-质谱联用仪器由高效液相色谱系统（进样系统） 、色谱-质谱接口（离子 源和真空接口） 、质量分析器等部分组成，图 1
是仪器的组成框架结构示意图。计算机系统 进样系统 离子源 真空接口 质量分析器 离子检测器 大气压区域 真空区域 图 1
高效液相色谱-质谱联用仪器组成示意图 经进样系统引入待测化合物，在离子源中生成各种气态正离子（或负离子） ；这些离子
经真空接口进入质量分析器，按质荷比（m/z）分离后，被离子检测器检测，检测信号经转
化、计算机系统处理后，获得待测化合物的质谱图；若待测样品经色谱分析后，被部分或全 部的依次引入离子源，将获得该待测样品的色谱图。
进样方式、离子源及质量分析器类型的选择取决于待测样品的性质、纯度。 2.1 进样方式 常采用直接进样或色谱分离后进样方式。 2.1.1
直接进样 待测化合物溶液受一定流速的高效液相色谱流动相的驱动、 或在流动 注射泵的作用下，进入离子化后，质量分析。 2.1.2
分离后进样 经高效液相色谱柱分离后的不同组分， 部分或全部导入离子源， 离 子化后，质量分析。 2.2 离子源
高效液相色谱与质谱实现联用，得益于接口技术的成熟和发展。大气压 离子化（Atmospheric Pressure
Ionization，API）是目前商品化的 HPLC-MS 仪中主药的接口 技术。该技术不仅有效地解决了 HPLC
流动相为流体、流速一般为 0.5~1.0ml，而 MS 需要 在高真空条件下操作的矛盾， 同时还时限了样品分子在大气压条件下的离子化。
大气压离子 化接口包括：①大气压区域，其作用为雾化 HPLC 流动相、去除溶剂和有机改剂、形成待测
物气态离子；②真空接口，其作用是将待测物离子从大气压区传送到高真空的质谱仪内部，
再由质量分析器将待测物离子按质/荷比（m/z）不同逐一分离，离子检测器测定。 电喷雾离子化（Electronspray
Ionization，ESI）和大气压化学离子化（Atomospheric Pressure Chemical
Ionization，APCI）是目前液-质联用仪常采用的大气压离子化方法，相应 的仪器部件分别为 ESI 源和 APCI 源。
2.2.1 电喷雾离子化（ESI） 待测溶液（如液相色谱流出物）通过一终端加有几千伏
高压的毛细管进入离子源，气体辅助雾化，产生的微小液滴去溶剂，形成单电荷或多电荷的
气态离子，如(M+H)+、(M+Na)+、(M+K)+、(M+NH4)+、(M-H)-以及(M+nH)n+、(M+nNa)n+、
(M-nH)n- 。这些离子再经逐步减压区域，从大气压状态传送到质谱仪的真空泵中。电喷雾 离子化可在 1?l/min~1ml/min
流速下进行， 适合记性化合物和分子量高达 100000 的生物大分
子研究，是液相色谱-质谱联用、高效毛细管电泳-质谱联用最成功的接口技术。 通常， 反相高效液相色谱常用的溶剂， 如水、
甲醇和乙腈等都十分有利于电喷雾离子化， 但纯水或纯有机溶剂作为流动相不利于去溶剂或形成离子； 在高流速情况下， 流动相含有少
量水或至少 20%~30%的有机溶剂有助于获得较高的分析灵敏度。其他适用的溶剂还包括四
氢呋喃、丙酮、分子量较大的醇类（如异丙醇、丁醇） 、二氯甲烷、二氯甲烷-甲醇混合物、
二甲亚砜及二甲基甲酰胺，但需注意二氯甲烷、二甲亚砜及二甲基甲酰胺等有机溶剂对 PEEK 材料管道的作用； 四氢呋喃易燃，
且对许多有机溶剂有良好的溶解性 （能溶解聚乙烯、 聚丙烯及氟树脂以外的所有有机化合物，特别是对聚氯乙烯、聚偏氯乙烯等） ，应慎用。烃
类（如正己烷） 、芳香族化合物（如苯）以及四氯化碳等溶剂不适合 ESI。 液相色谱常使用缓冲盐和添加剂来控制流动相
pH，以保证色谱峰适宜的分离度、保留 时间及峰形。但目前还没有一个真正的 LC-MS 接口完全兼容含不挥发缓冲盐和添加剂的流
动相，因此硫酸盐和磷酸盐应避免在 LC-MS 分析中使用。挥发性酸、碱、缓冲盐，如甲酸、 乙酸、氨水、醋酸铵、甲酸铵等，常常用于
LC-MS 分析。为减少污染，避免化学噪声和电 离抑制，这些缓冲呀或添加剂的量都有一定的限制，如甲酸、乙酸、氨水的浓度应控制在
0.01%~1%（V/V）之间；醋酸铵、甲酸铵的浓度最好保持在 20mmol/L 以下；强离子对试剂 三氟乙酸会降低 ESI
信号，若流动相中含有 0.1%（V/V） ，可以通过柱后加入含有 50%丙酸
的异丙醇溶液来提高分析灵敏度。虽然在通常情况下有必要出去多余的
Na+、K+，但 ESI
偶尔也需要加入一些阳离子，以帮助待测物生成（M+Na）+、
（M+K）+等加合离子，浓度为 10~50μmol/L
的钠、钾溶液是常用的添加剂。 2.2.2 大气压化学离子化（APCI） 流动相在热及氮气流的作用下雾化成气态，经由
带有几千伏高压的放电电极时离子化， 产生的气离子与待测化合物分子发生离子-分子反应， +
+ 形成单电荷离子如(M+H)
、(M+K)+、(M+NH4)+、(M-H)-。大气压化学离子化能
够在流速高达 2ml/min 下进行，是液相色谱-质谱联用的重要接口之一。 商业化的设计中，
电喷雾离子源与大气压化学离子源常共用一个真空接口， 很容易相互
更换。选择电喷雾离子化还是大气压化学离子化，分析者不仅要考虑溶液（如液相色谱流动
相）的性质、组成和流速，待测化合物的化学性质也至关重要。ESI 更适合于在溶液中容易
电离的电极化合物。碱性化合物很容易加合质子形成(M+H)+，而酸性化合物则容易丢失质
子形成(M-H)-；季铵盐和硫酸盐等已经是粒子性的化合物很容易被 ESI 检测到相应离子；含
有杂原子的聚醚类化合物以及糖类化合物也常常以阳离子加合物出现； 容易形成多电荷离子
的化合物、生物大分子（如蛋白质、多肽、糖蛋白、核酸等）均可以考虑使用 ESI 离子源。 APCI 常用于分析质量小于 1500
的小分子或非极性、 弱极性化合物 （如甾族化合物类固醇和 雌激素等）
，主要产生的是单电荷离子。相对而言，电喷雾离子化更适合于热不稳定的样品， 而大气压化学离子源易与正相液相色谱联用，如果特别需要使用
ESI 作正相 LC-MS 分析， 可以采用在色谱柱后添加适当的溶剂来实现。 许多中性化合物同时适合于电喷雾离子化及大
气压化学离子化，且均具有相当高的灵敏度。无论是电喷雾离子化还是大气压化学离子化， 选择正离子（positive
ion）或负离子（negative ion）电离模式，主要取决于待测化合物自身 性质。
离子源的性能决定了离子化效率，因此很大程度上决定了质谱检测的灵敏度。 2.3 质量分析器
在高真空状态下，质量分析器将离子按质荷比分离。根据作用原理
不同，常用的质量分析器有扇形磁场分析器、四极杆分析器、离子阱分析器、分形时间分析
器和傅里叶变换分析器（又称傅里叶变换-离子回旋共振分析器，FT-ICR，或 FT-MS） 。
质量范围、分辨率是质量分析器的两个主要性能指标，其他常用指标还有分析速度、离
子传输效率、质量准确度，其中质量准确度与质量分析器的分辨率及稳定性密切相关。质量
范围指质谱仪所能测定的质荷比的上限。分辨率（R）表示质谱仪分辨相邻的、质量差异很 小的峰的能力。以 m 及
m+△m 分别表示两相邻峰的质量，则分辨率 R=m/△m。分辨率也 常通过测定某独立峰（m）在峰高
50%处的峰宽作为△m 来计算，这种分辨率称为 FWHM （△m is designated as full width at
half maximum） 。通常，以 FWHM 计算的分辨率≥10000 时，称高分辨率，分辨率≤10000
为低分辨率，高分辨率质量分析器可以提供待测物分子的 准确质量，有利于推测该物质的元素组成。值得注意的是：不同分辨率的确切计算方法迄今
为止在质谱领域仍存在争议，因此出现不同类型的质量分析器使用不同内涵的分辨率定义，
如扇形磁场分析器、傅里叶变换分析器（又称离子回旋共振分析器）规定分辨率是能够使两 个相邻的、质量差异很小的峰之间形成
10%峰谷的能力；而四极杆分析器、离子阱分析器、 飞行时间分析器等多采用半峰宽（FWHM）测量分辨率。
四极杆分析器、离子阱分析器、飞行时间分析器是三种各具特色、且应用广泛的质量分
析器，本章节对他们的原理和特点作一简要介绍。根据拟获取信息类型的不同，质量分析器
还可以实现时间上和空间上两级以上质量分析的结合，即串联质谱（MS-MS） ，多级质量分 n 析的结合通常表示为 MS 。 2.3.1
四极杆分析器（Q）分析器四根平行排列的金属杆电极组成。直流电压（DC） 和射频电压（RF）作用于电极上，形成了高频震荡电场（四极场）
。在特定的直流电压和射 频电压条件下，仅一定质荷比的离子可以稳定地穿过四极场，到达检测器。改变直流电压和
射频电压大小，但维持它们的比值恒定，可以实现质谱扫描。 四极杆分析器的质量上限通常是 4000，分辨率约为
103，属低分辨质谱。四极杆分析器 具有扫描速度快，对真空度要求低的特点，是色谱-质谱联用中使用最为广泛的质量分析器。
采用扫描（scan） 、选择离子检测（Selected Ion Monitoring，SIM）等方式，单级四极杆分析
器可以获得待测物的定性和定量结果，因而广泛应用于制药工业，尤其是新药开发领域。 采用 RF-only
模式，四极杆分析器具有离子聚焦作用，因而可用于串联质谱（如三级四 极杆质谱）中的离子引导（ion
guide）和撞池（collision cell） 。 2.3.2 离子阱分析器（IT）
采用交变电场，离子阱在三维或两维空间中存储离子，因 而可实现时间上两级以上质量分析的结合，即多级串联质谱的分析。
四极离子阱（QIT）由两个以上端盖电极和位于它们之间的环电极组成。端盖电极处在 低电位，而环电极上施加射频电压（RF）
，以形成三维四极场。选择适当的射频电压，四极 场可以储存质荷比大于某特定值的所有离子。采用“质量选择不稳定性”模式，提高射频电 压值，
可以将离子质量从高到低依次射出离子阱。 挥发性待测化合物的离子化和质量分析可
以在同一四极场内完成。通过设定时间序列，单个四极离子阱可以实现多级质谱（MSn）的 功能。
线性离子阱（LIT）是二维四极离子阱，结构上等同于四极质量分析器，但操作模式与 三维离子阱相似。
四极线性离子阱具有更好的离子储存效率和储存容量， 可改善离子的喷射 效率及更快的扫描速度和较高的检测灵敏度。
离子阱分析器因其体积小巧，造价低廉，同时又具有多级 MS 的功能而广泛应用于 LC-MS 仪及 GC-MS 仪，
用于目标化合物的筛选、 药物代谢研究及蛋白质和多肽的定性分析。
由电喷雾离子化或基质辅助激光解吸离子化产生的生物大分子离子，可借助离子引导等方
式，进入离子阱分析器分析。离子阱分析器与四极杆分析器具有相近的质量上限，分辨率为 103~104，属低-中等分辨率仪器。 2.3.3
飞行时间分析器（TOF） 具有相同功能、不同质量的离子，因飞行速度不同而
实现分离。当飞行距离一定时，离子飞行需要的时间与质荷比的平方根成正比，质量小的离
子在较短时间到达检测器。为了测定飞行时间，将离子以不连续的组引入质量分析器，以明
确起始飞行时间。离子组可以由脉冲方式离子化（如基质辅助激光解吸离子化）产生，也可 通过门控系统将连续产生的离子流在给定时间引入飞行管。
现代飞行时间分析器具有质量分析范围宽（上限约 15000） 、离子传输效率高（尤其是 谱图获取速度快）
、检测能力多重、仪器设计和操作简便、质量分辨率高（~104）的特点。 可以进行准确质量测定，
由准确质量数能够进一步获得分子离子或碎片离子的元素组成， 是
该质量分析器的一个特别优势。飞行时间质谱仪已称为生物大分子分析的主流技术。 2.3.4 串联质谱仪
串联质谱仪分时间上串联或空间上串联两种类型， 较之一级操作状 态的质量分析器，
串联质谱仪可以提供待测化合物的丰富的结构信息以及更加专属的的定量 结果。 三级四极杆串联质谱仪是空间串联质谱仪的典型代表，图 2
示意了该仪器的工作原理。 第一级质量分析器（MS1，Q1）选取的前体离子，进入碰撞室（Q2） ，与碰撞气体（如 Ar、
N2、He）碰撞活化、裂解，产生的碎片离子倍第二级质量分析器（MS2，Q3）分析、获得二 级质谱。 离子源 MS1 CID 一级质谱
前体离子 MS2 二级质谱 图 2 三级四极杆串联质谱仪工作原理示意图
实际应用中，空间串联质谱仪可以通过产物离子扫描（product-ion scan） 、前体离子扫 描 （precursor-ion
scan） 中性丢失扫描 、 （neutral-loss scan） 及选择反应检测 （Selected-Reaction
Monitoring，SRM）等方式获取待测化合物的结构信息和定量数据，这些检测方法的原理示 意如图
3。目前空间串联质量分析器的主要模式有：磁式质谱质量分析器串联（EB、BE、 EBE，其中 E 代表电场，B 代表磁场）
；三级四极杆质量分析器串联（Q-Q-Q） ；飞行时间质 量分析器串联（TOF-TOF）
；混合串联（Q-TOF、EBE-TOF、IT-FTICR） 。
在时间串联质谱（离子阱分析器、离子回旋共振分析器）中，前体离子的选取、裂解及 碎片离子的分析在同一质量分析器中完成。 但需要注意的是：
时间串联质谱仪不能进行前体 离子扫描和中性丢失扫描。 串联质谱技术在未知化合物的结构解析、 复杂混合物的鉴定、 碎片裂解途径的阐明以及
低浓度生物样品的定量分析方面具有很大优势。 采用前体离子扫描方式， 可以在固定某质荷 比产物离子的情况下，
搜索出待测物样品中能够产生该质谱碎片离子的所有结构类似物； 通
过产物离子扫描，可以获得药物、杂质或污染物的前体离子的结构信息，有助于未知化合物 的鉴定；
产物离子扫描还可用于肽和蛋白质碎片的氨基酸序列检测。 由于代谢物可能包含作
为中性丢失碎片的相同基团（如羧酸类均易丢失中性二氧化碳分子） ，采用中性丢失扫描，
串联质谱技术可用于寻找具有相同结构特征的代谢物分子。 若丢失的相同碎片是离子， 则前
体离子扫描方式可帮助寻找到所有丢失该碎片离子的前体离子。 检测方法 产物离子扫描 MS1 碰撞池 MS2 set at
precursor m/z=mp 前体离子扫描 scanned scanned set at produce m/z=m1
中性丢失扫描 set at m/z=mp Scanned set at m/z=mp-m Scanned 选择反应检测 set at
precursor set at product 图 3 串联质谱检测方法原理示意图 当质谱与色谱联用时，
若色谱仪未能将化合物完全分离， 串联质谱法可以通过选择性的
测定某组分的特征性离子，获取该组分的结构和量的信息，而不会受到共存组分的干扰。如
在药物代谢动力学研究中，待测药物的某离子信号可能被基质中其他化合物的离子信号掩 盖，采用“选择反应离子检测（SRM） ”方式，通过
MS1 和 MS2，选择性的检测一定的前体 离子和产物离子，可实现复杂生物样本中待测化合物的专属、灵敏度的定量测定。当同时检
测两对及以上的前体离子-产物离子时，选择反应检测（SRM）又称为多反应监测（MRM） ，
可以同时、专属、灵敏度地定量测定供试品中多个组分。 2.4 离子检测器 通常为光电倍增器或电子倍增器。电子倍增器（又称转换拿极，
conversion dynode）首先将离子流转换为电流，再将信号多级放大后转化为数字信号，计算 机处理，获得质谱图。 2.5
真空系统 离子的质量分析必须在高真空状态下进行。质谱仪的真空系统一般为 机 械 泵 和 涡 轮 分 子 泵 组 合 构 成 差 分 抽
气 高 真 空 系 统 ， 真 空 度 需 达 到 10-3~10-6Pa ， 即 10-5~10-8mmHg。 2.6 数据处理
化合物的质谱是以测得离子的质荷比（m/z）为横坐标，以离子强度为 纵坐标的谱图。采用 Scan
方式，色谱-质谱联用分析可以获得不同组分的质谱图；以色谱保 留时间为横坐标， 以各时间点测得的总离子强度为纵坐标，
可以测得待测混合物的总离子流 色谱图（Total Ion Current Chromatogram，TIC）
。当固定检测某离子或某些的质荷比，对整 个色谱流出物进行选择性检测时，将得到选择离子检测色谱图（Selected-Ion
Monitoring Chromatogram，SIMC） 。
计算机系统用于控制仪器，记录、处理并储存数据。当配有标准谱库软件时，计算机系 统可以将测得的化合物质谱与标准谱库中图谱比较，
进而可以获得相应化合物可能的分子组 成和结构的信息。 3 仪器检定 参考国家教育委员会“JJG（教委）003-1996
有机质谱仪检定规程”进行检定。 4 操作及注意事项 4.1 流动相的准备 流动相应避免使用非挥发性添加剂、无机酸、金属碱、盐及表面
活性剂等试剂。色谱流动相一般选择色谱纯级甲醇、乙腈、异丙醇等；水应充分除盐，如超
纯水、或多次石英器皿重蒸水。流动相的添加剂，如甲酸铵、乙酸铵、甲酸、乙酸、氨水、
碳酸氢铵应选择分析纯级以上的试剂，慎用三氟乙酸。挥发性酸、碱的浓度应控制在 0.01%~1%（V/V）之间，盐的浓度最好保持在
20mmol/L 以下。 4.2 样品的准备 所有样品必须过滤，盐浓度高的样品应预先进行脱盐处理。鉴于高
浓度和离子化能力很强的样品容易在管道残留形成污染， 难以消除， 未知样品分析时应遵循
浓度宁稀勿浓、由低到高的规律。采用直接进样方式时，样品溶液的浓度一般不宜高于 20 μg/ml，若浓度高于 100μg/ml
时信号值仍偏小，应考虑所用条件、参数、离子检测模式等 是否合适，仪器状态是否正常等。混合样品一般不宜采用直接进样方式分析。 4.3
离子源的准备 根据待测样品的性质选择合适的离子源、检测离子的极性和模式 及参数。在开机前完成离子源的更换和安装。 4.4 流速的选择
应根据离子化方式的不同，选择导入离子源的液体流速，并采用恰
当的接口参数辅助流动相挥发，减少对质谱的污染，提高检测灵敏度。尽管电喷雾离子化可 在 1μl/min~1ml/min
流速下进行，大气压化学离子化容许的流速可达 2ml/min，常规 ESI 分 析的适宜流速为 0.1~0.3ml/min，APCI 为
0.2~1.0ml/min。当色谱分离因采用常规柱而使用较
大的流动相流速时，需在色谱柱后对洗脱液分流，仅将一定比例的液体引入离子源分析。 4.5 气体的要求 碰撞气应为惰性气体（如氩气）
；氮气主要作为雾化气。 4.6 开机测定 液质联用仪工作温度一般应维持在 15~25℃，相对湿度小于 70%。 4.6.1
打开文雅电源，检查输出电压在 22V±10V，频率为 50Hz，稳定 15min，同时检 查碰撞气及氮气出口压力，应符合规定值。
4.6.2 按照仪器的使用要求，启动计算机、液相色谱、质谱仪、注意质谱仪应先抽真空 至仪器真空度达到要求后方能进行测定。
为确保质谱真空系统良好的工作状态， 真空泵泵油 以及涡轮分子泵油芯需定期更换。 4.6.3 仪器稳定后，
质谱仪采集质量校准用标准物质的质谱图， 检查仪器质量数标定的 可靠性。 4.6.4 仪器工作条件的选择 色谱条件的确定根据样品情况，
选择合适的色谱柱。 确定 正相火反相的流动相体系、梯度洗脱条件及洗脱速度。优化液相色谱条件，实现混合样品的 良好分离。
质谱条件的确定根据样品性质，选择适宜的离子源及离子化参数以及质谱分析条件。 将确定的色谱条件及质谱条件贮存为计算机文件。 4.6.5
样品分析 4.6.5.1 定性分析 单级质谱分析通过选择合适的 Scan 参数来测定待测物的质谱图。
串联质谱分析则选择化合物的准分子离子峰， 通过优化质谱参数， 进行二级或多级质谱扫描， 获得待测物的质谱。
高分辨质谱可以通过准确质量测定获得分子离子的元素组成， 低分辨质
谱信息结合待测化合物的其他分子结构的信息，可以推测出未知待测物的分子结构。 4.6.5.2 定量分析
采用选择离子检测（SIM）或选择反应检测（SRM） 、多反应监测
（MRM）等方式，通过测定某一特定离子或多个离子的丰度，并于已知标准物质的响应比
较，质谱法可以实现高专属性、高灵敏度的定量分析。外标法和内标法是质谱常用的定量方 法， 内标法具有更高的准确度。
质谱法所用的内标化合物可以是待测化合物的结构类似物或 稳定同位素标记物。 4.6.6 测定后仪器维护
液相色谱-质谱仪使用完毕，应断开色谱、质谱的连接部分；
按照液相色谱的维护要求，清晰色谱体系，使色谱柱保存在适宜的介质（如甲醇:水=7:3）
中；离子源的清洁注意不要引入外来污染，如使用了注射泵，应对注射器及管路进行清理；
质谱仪通常置于待机状态、备用；如需关机，应按照相应仪器规定的程序进行。 5 分析报告 完成 HPLC-MS
分析后，除按要求提供待测样品的不同色谱图、质谱图、定性分析及定
量分析数据外，还应记录以下项目：①分析日期，时间，温度；②仪器厂商及型号；③样品
名称、来源、溶剂、浓度及进样量；④液相色谱柱参数、流动相组成及液相色谱操作参数； ⑤接口及质谱操作参数；⑥操作人员签名。 起草人：冯
芳（中国药科大学）
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&&质谱介绍及质谱图的解析[搜集整理]
质谱介绍及质谱图的解析[搜集整理]
介绍及图的解析
法是将被测物质离子化，按离子的质荷比分离，测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。质量是物质的固有特征之一，不同的物质有不同的质量谱——，利用这一性质，可以进行定性分析（包括分子质量和相关结构信息）；谱峰强度也与它代表的化合物含量有关，可以用于定量分析。
仪一般由四部分组成：进样系统——按电离方式的需要，将样品送入离子源的适当部位；离子源——用来使样品分子电离生成离子，并使生成的离子会聚成有一定能量和几何形状的离子束；质量分析器——利用电磁场（包括磁场、磁场和电场的组合、高频电场、和高频脉冲电场等）的作用将来自离子源的离子束中不同质荷比的离子按空间位置，时间先后或运动轨道稳定与否等形式进行分离；检测器——用来接受、检测和记录被分离后的离子信号。一般情况下，进样系统将待测物在不破坏系统真空的情况下导入离子源（10-6～10-8mmHg），离子化后由质量分析器分离再检测；计算机系统对仪器进行控制、采集和处理数据，并可将图与数据库中的谱图进行比较。
一、 进样系统和接口技术
将样品导入仪可分为直接进样和通过接口两种方式实现。
1. 直接进样
在室温和常压下，气态或液态样品可通过一个可调喷口装置以中性流的形式导入离子源。吸附在固体上或溶解在液体中的挥发性物质可通过顶空分析器进行富集，利用吸附柱捕集，再采用程序升温的方式使之解吸，经毛细管导入仪。
对于固体样品，常用进样杆直接导入。将样品置于进样杆顶部的小坩埚中，通过在离子源附近的真空环境中加热的方式导入样品，或者可通过在离子化室中将样品从一可迅速加热的金属丝上解吸或者使用辅助解吸的方式进行。这种方法可与电子轰击电离、化学电离以及场电离结合，适用于热稳定性差或者难挥发物的分析。
目前进样系统发展较快的是多种/联用的接口技术，用以将流出物导入，经离子化后供分析。主要技术包括各种喷雾技术（电喷雾，热喷雾和离子喷雾）；传送装置（粒子束）和粒子诱导解吸（快原子轰击）等。
2. 电喷雾接口
带有样品的流动相通过一个带有数千伏高压的针尖喷口喷出，生成带电液滴，经干燥气除去溶剂后，带电离子通过毛细管或者小孔直接进入质量分析器。传统的电喷雾接口只适用于流动相流速为1～5μl/min的体系，因此电喷雾接口主要适用于微柱。同时由于离子可以带多电荷，使得高分子物质的质荷比落入大多数四极杆或磁质量分析器的分析范围（质荷比小于4000），从而可分析分子量高达几十万道尔顿（Da）的物质。
3. 热喷雾接口
存在于挥发性缓冲液流动相（如乙酸铵溶液）中的待测物，由细径管导入离子源，同时加热，溶剂在细径管中除去，待测物进入。其中性分子可以通过与中的缓冲液离子（如NH4+）反应，以化学电离的方式离子化，再被导入质量分析器。热喷雾接口适用的液体流量可达2ml/min，并适合于含有大量水的流动相，可用于测定各种极性化合物。由于在溶剂挥发时需要利用较高温度加热，因此待测物有可能受热分解。
4. 离子喷雾接口
在电喷雾接口基础上，利用气体辅助进行喷雾，可提高流动相流速达到1ml/min。电喷雾和离子喷雾技术中使用的流动相体系含有的缓冲液必须是挥发性的。
5. 粒子束接口
将流出物转化为气溶胶，于脱溶剂室脱去溶剂，得到的中性待测物分子导入离子源，使用电子轰击或者化学电离的方式将其离子化，获得的为经典的电子轰击电离或者化学电离图，其中前者含有丰富的样品分子结构信息。但粒子束接口对样品的极性，热稳定性和分子质量有一定限制，最适用于分子量在1000Da以下的有机小分子测定。
6. 解吸附技术
将微柱与粒子诱导解吸技术（快原子轰击，二次粒子）结合，一般使用的流速在1～10μl/min之间，流动相须加入微量难挥发液体（如甘油）。混合液体通过一根毛细管流到置于离子源中的金属靶上，经溶剂挥发后形成的液膜被高能原子或者离子轰击而离子化。得到的图与快原子轰击或者二次离子的图类似，但是本底却大大降低。
二、 离子源
离子源的性能决定了离子化效率，很大程度上决定了仪的灵敏度。常见的离子化方式有两种：一种是样品在离子源中以气体的形式被离子化，另一种为从固体表面或溶液中溅射出带电离子。在很多情况下进样和离子化同时进行。
1. 电子轰击电离（EI）
气化后的样品分子进入离子化室后，受到由钨或铼灯丝发射并加速的电子流的轰击产生正离子。离子化室压力保持在10-4～10-6mmHg。轰击电子的能量大于样品分子的电离能，使样品分子电离或碎裂。电子轰击能提供有机化合物最丰富的结构信息，有较好的重现性，其裂解规律的研究也最为完善，已经建立了数万种有机化合物的标准谱图库可供检索。其缺点在于不适用于难挥发和热稳定性差的样品。
2. 化学电离（CI）
引入一定压力的反应气进入离子化室，反应气在具有一定能量的电子流的作用下电离或者裂解。生成的离子和反应气分子进一步反应或与样品分子发生离子分子反应，通过质子交换使样品分子电离。常用的反应气有甲烷，异丁烷和氨气。化学电离通常得到准分子离子，如果样品分子的质子亲和势大于反应气的质子亲和势，则生成［M+H］+，反之则生成［M-H］+。根据反应气压力不同，化学电离源分为大气压、中气压（0.1～10mmHg）和低气压（10-6mmHg）三种。大气压化学电离源适合于和联用，检测灵敏度较一般的化学电离源要高2～3个数量级，低气压化学电离源可以在较低的温度下分析难挥发的样品，并能使用难挥发的反应试剂，但是只能用于傅里叶变换仪。
3. 快原子轰击（FAB）
将样品分散于基质（常用甘油等高沸点溶剂）制成溶液，涂布于金属靶上送入FAB离子源中。将经强电场加速后的惰性气体中性原子束（如氙）对准靶上样品轰击。基质中存在的缔合离子及经快原子轰击产生的样品离子一起被溅射进入，并在电场作用下进入质量分析器。如用惰性气体离子束（如铯或氩）来取代中性原子束进行轰击，所得称为二次离子（LSIMS）。
此法优点在于离子化能力强，可用于强极性、挥发性低、热稳定性差和相对分子质量大的样品及EI和CI难于得到有意义的的样品。FAB比EI容易得到比较强的分子离子或准分子离子；不同于CI的一个优势在于其所得有较多的碎片离子峰信息，有助于结构解析。缺点是对非极性样品灵敏度下降，而且基质在低质量数区（400以下）产生较多干扰峰。FAB是一种表面分析技术，需注意优化表面状况的样品处理过程。样品分子与碱金属离子加合，如［M+Na］和［M+K］，有助于形成离子。这种现象有助于生物分子的离子化。因此，使用氯化钠溶液对样品表面进行处理有助于提高加合离子的产率。在分析过程中加热样品也有助于提高产率。
在FAB离子化过程中，可同时生成正负离子，这两种离子都可以用进行分析。样品分子如带有强电子捕获结构，特别是带有卤原子，可以产生大量的负离子。负离子已成功用于农药残留物的分析。
4. 场电离（field ionization，FI）和场解吸（field desorption，FD）
FI离子源由距离很近的阳极和阴极组成，两极间加上高电压后，阳极附近产生高达10+7～10+8V/cm的强电场。接近阳极的气态样品分子产生电离形成正分子离子，然后加速进入质量分析器。对于液体样品（固体样品先溶于溶剂）可用FD来实现离子化。将金属丝浸入样品液，待溶剂挥发后把金属丝作为发射体送入离子源，通过弱电流提供样品解吸附所需能量，样品分子即向高场强的发射区扩散并实现离子化。FD适用于难气化，热稳定性差的化合物。FI和FD均易得到分子离子峰。
5. 大气压电离源（API）
API是/联用仪最常用的离子化方式。常见的大气压电离源有三种：大气压电喷雾（APESI），大气压化学电离（APCI）和大气压光电离（APPI）。电喷雾离子化是从去除溶剂后的带电液滴形成离子的过程，适用于容易在溶液中形成离子的样品或极性化合物。因具有多电荷能力，所以其分析的分子量范围很大，既可用于小分子分析，又可用于多肽、蛋白质和寡聚核苷酸分析。APCI是在大气压下利用电晕放电来使样品和流动相电离的一种离子化技术，要求样品有一定的挥发性，适用于非极性或低、中等极性的化合物。由于极少形成多电荷离子，分析的分子量范围受到质量分析器质量范围的限制。APPI是用灯取代APCI的电晕放电，利用光化作用将中的样品电离的离子化技术，适用于非极性化合物。由于大气压电离源是独立于高真空状态的质量分析器之外的，故不同大气压电离源之间的切换非常方便。
6. 基质辅助解吸离子化（MALDI）
将溶于适当基质中的样品涂布于金属靶上，用高强度的或脉冲照射可实现样品的离子化。此方式主要用于可达100000Da质量的大分子分析，仅限于作为飞行时间分析器的离子源使用。
7. 电感耦合等离子体离子化（）
等离子体是由自由电子、离子和中性原子或分子组成，总体上成电中性的气体，其内部温度高达几千至一万度。样品由载气携带从等离子体焰炬中央穿过，迅速被蒸发电离并通过离子引出接口导入到质量分析器。样品在极高温度下完全蒸发和解离，电离的百分比高，因此几乎对所有元素均有较高的检测灵敏度。由于该条件下化合物分子结构已经被破坏，所以仅适用于。
三、 质量分析器
质量分析器将带电离子根据其质荷比加以分离，用于纪录各种离子的质量数和丰度。质量分析器的两个主要技术参数是所能测定的质荷比的范围（质量范围）和分辨率。
1. 扇形磁分析器
离子源中生成的离子通过扇形磁场和狭缝聚焦形成离子束。离子离开离子源后，进入垂直于其前进方向的磁场。不同质荷比的离子在磁场的作用下，前进方向产生不同的偏转，从而使离子束发散。由于不同质荷比的离子在扇形磁场中有其特有的运动曲率半径，通过改变磁场强度，检测依次通过狭缝出口的离子，从而实现离子的空间分离，形成。
2. 四极杆分析器
因其由四根平行的棒状电极组成而得名。离子束在与棒状电极平行的轴上聚焦，一个直流固定电压（DC）和一个射频电压（RF）作用在棒状电极上，两对电极之间的电位相反。对于给定的直流和射频电压，特定质荷比的离子在轴向稳定运动，其他质荷比的离子则与电极碰撞湮灭。将DC和RF以固定的斜率变化，可以实现功能。四极杆分析器对选择离子分析具有较高的灵敏度。
3. 离子阱分析器
由两个端盖电极和位于它们之间的类似四极杆的环电极构成。端盖电极施加直流电压或接地，环电极施加射频电压（RF），通过施加适当电压就可以形成一个势能阱（离子阱）。根据RF电压的大小，离子阱就可捕获某一质量范围的离子。离子阱可以储存离子，待离子累积到一定数量后，升高环电极上的RF电压，离子按质量从高到低的次序依次离开离子阱，被电子倍增监测器检测。目前离子阱分析器已发展到可以分析质荷比高达数千的离子。离子阱在全模式下仍然具有较高灵敏度，而且单个离子阱通过时间序列的设定就可以实现多级（MSn）的功能。
4. 飞行时间分析器
具有相同动能，不同质量的离子，因其飞行速度不同而分离。如果固定离子飞行距离，则不同质量离子的飞行时间不同，质量小的离子飞行时间短而首先到达检测器。各种离子的飞行时间与质荷比的平方根成正比。离子以离散包的形式引入仪，这样可以统一飞行的起点，依次测量飞行时间。离子包通过一个脉冲或者一个栅系统连续产生，但只在一特定的时间引入飞行管。新发展的飞行时间分析器具有大的质量分析范围和较高的质量分辨率，尤其适合蛋白等生物大分子分析。
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