一、質(zhì)譜法分析技術(shù)的基本原理

質(zhì)譜分析法(Mass Spectrometry，MS)，顧名思義是物質(zhì)分子的質(zhì)量譜，實(shí)際上是分離和測(cè)定分子的質(zhì)量、強(qiáng)度信息的一種物理方法，并由此表示物質(zhì)的成分與結(jié)構(gòu)。通過(guò)質(zhì)譜分析可以得到化合物的相對(duì)分子質(zhì)量、分子式以及元素組成等信息。質(zhì)譜分析具有樣品用量少，對(duì)樣品純度要求不高，且有很大的化合物譜庫(kù)信息，是一種十分常用的物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析方法。

質(zhì)譜分析法的基本原理是：首先將樣品中的分子電離，不同質(zhì)量離子在電場(chǎng)或磁場(chǎng)中，將按其質(zhì)量和所帶的電荷比(質(zhì)荷比，m/z)進(jìn)行的分離和排序，根據(jù)質(zhì)荷比的大小和相對(duì)強(qiáng)度形成有規(guī)則的質(zhì)譜，從而對(duì)物質(zhì)進(jìn)行結(jié)構(gòu)鑒定和定量分析。

二、質(zhì)譜分析的種類

(一)磁質(zhì)譜(Magrletic Field Mass Spectrometer，MF-MS)

磁質(zhì)譜是利用扇形電場(chǎng)和磁場(chǎng)分析器，將不同質(zhì)量的離子進(jìn)行相互分離。

磁質(zhì)譜的特點(diǎn)是：可實(shí)現(xiàn)很高的分辨率，對(duì)許多中、小分子質(zhì)量的化合物，可給出準(zhǔn)確的分子質(zhì)量、離子質(zhì)量及其元素組成，但儀器體積較大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價(jià)格昂貴，且使用和維護(hù)也較為麻煩。

(二)四級(jí)桿質(zhì)譜(Quadropole Mass Spectrometer，QUAD MS)

由四根棒狀電極組成質(zhì)量分析器，在兩對(duì)電極中間加交變射頻場(chǎng)，在一定的射頻電壓和射頻頻率下，只能允許一定質(zhì)量的離子通過(guò)四級(jí)分析器，而達(dá)到接收系統(tǒng)。

四級(jí)桿質(zhì)譜的特點(diǎn)是：儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，價(jià)格低廉，操作、維護(hù)容易，掃描響應(yīng)速度快，尤其適合與氣相色譜聯(lián)用。但其分辨率較低，分析的相對(duì)分子質(zhì)量范圍一般為1 000以內(nèi)。

(三)離子阱質(zhì)譜(Quadropole Ion Storage Trap Mass Spectrometer，QIST MS)

將樣品的離子引入并儲(chǔ)存在圓形電極和一組射頻電極組成的離子盒中，通過(guò)改變射頻逐個(gè)拉出所有的離子。

離子阱質(zhì)譜的特點(diǎn)：通過(guò)改變射頻場(chǎng)的電壓，即可實(shí)現(xiàn)多級(jí)質(zhì)譜聯(lián)動(dòng)掃描，即由母離子可以找到與之相關(guān)的子離子;儀器結(jié)構(gòu)緊湊，可聯(lián)氣相色譜或液相色譜檢測(cè)器而方便地成為聯(lián)用儀。

(四)飛行時(shí)間質(zhì)譜(Time-Of Flight Mass Spectrometer，TOF MS)

將離子加速并通過(guò)一個(gè)真空且無(wú)場(chǎng)區(qū)，不同質(zhì)量的離子由于具有不同的能量，在無(wú)場(chǎng)區(qū)的飛行時(shí)間長(zhǎng)短不同，因而可依次被收集和檢測(cè)出來(lái)。

飛行時(shí)間質(zhì)譜的特點(diǎn)：由于飛行距離可任意改變，且離子延遲引出技術(shù)等手段的使用，目前此方法的質(zhì)量分辨率為數(shù)千至上萬(wàn)。這種方法還有靈敏度高、掃描速度快等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用較為廣泛的一種質(zhì)譜方法。

三、質(zhì)譜分析過(guò)程和步驟

質(zhì)譜分析中所提供的相對(duì)分子質(zhì)量、元素組成和分子式的信息，對(duì)判定物質(zhì)結(jié)構(gòu)是很重要的。對(duì)結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單的分子，由質(zhì)譜給出豐富的碎片信息以及相對(duì)分子質(zhì)量、分子式等參數(shù)，分析各碎片間的相互關(guān)系，組合出可能的結(jié)構(gòu)單元，就可進(jìn)行結(jié)構(gòu)的初步推測(cè)。進(jìn)行質(zhì)譜分析時(shí)，以下三個(gè)問(wèn)題是需要特別注意的：①注意判斷質(zhì)譜提供的數(shù)據(jù)是否可靠;②注意判斷質(zhì)譜提供的信息是否合理;③注意分析基峰和較大強(qiáng)度的峰，識(shí)別質(zhì)譜分析中的記憶峰和儀器的本底峰等。只有在確認(rèn)了質(zhì)譜圖給出的信息完全可靠的前提下，進(jìn)行質(zhì)譜結(jié)構(gòu)的推測(cè)才具有實(shí)際意義。

常用的質(zhì)譜分析過(guò)程如下：

(1)研究所有可能得到的樣品信息：包括樣品的來(lái)源、樣品的化學(xué)性質(zhì)、光學(xué)性質(zhì)等。

(2)分析分子離子峰的正確性：分子離子峰應(yīng)是質(zhì)譜圖中的高質(zhì)量峰。

(3)判斷分子中含碳、氫以及其他雜原子的數(shù)目：根據(jù)分子離子質(zhì)量數(shù)和同位素的豐度進(jìn)行判別。

(4)找出奇電子離子：分析奇電子離子與分子離子之間的關(guān)系。

(5)譜圖分析：分析分子的穩(wěn)定性、各峰間的相互關(guān)系以及所含的特征碎片離子。

(6)列出可能的分子式：根據(jù)高質(zhì)量離子、低質(zhì)量離子和各種特征離子相互間的關(guān)系，計(jì)算分子的不飽和度，分析可能的分子結(jié)構(gòu)式。

(7)進(jìn)行圖譜解析：參考標(biāo)準(zhǔn)化合物圖譜或類似化合物圖譜，并考慮裂解機(jī)理進(jìn)行圖譜分析。

(8)譜庫(kù)檢索：每個(gè)質(zhì)譜數(shù)據(jù)庫(kù)均儲(chǔ)存了較多的圖譜，且一般都是棒狀圖。數(shù)據(jù)的檢索較為方便，某些質(zhì)譜數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)智能化檢索與解析程序已能夠完成實(shí)際的分析需要。一般采用純度、匹配系數(shù)和逆匹配系數(shù)反映檢索結(jié)果的可信程度。

①純度：指檢索出的已知物圖譜與未知分析物之問(wèn)的符合程度。若兩張圖譜完全一致，則純度表示為1000;當(dāng)純度大于900時(shí)，檢索結(jié)果才是基本可被接受的。

②匹配系數(shù)：指未知圖譜中包含已知圖譜的程度。匹配系數(shù)的大值為l000，提示已知圖譜中的所有峰都在未知圖譜中出現(xiàn)，且兩圖中各對(duì)應(yīng)峰的強(qiáng)度比例也相同;匹配系數(shù)越大，則檢索結(jié)果的可信度也越高。

③逆匹配系數(shù)：與匹配系數(shù)相反，指已知圖譜中包含未知圖譜的程度。

應(yīng)當(dāng)指出的是，計(jì)算機(jī)譜庫(kù)檢索法也存在一定的局限性，主要表現(xiàn)在：

①現(xiàn)有的質(zhì)譜庫(kù)僅有電子電離型離子源(EI)的數(shù)據(jù)，對(duì)在不同儀器、不同實(shí)驗(yàn)條件下得到的結(jié)果，譜圖的重現(xiàn)性不好。

②對(duì)結(jié)構(gòu)相近的同系物和同分異構(gòu)體的區(qū)分較為困難。

③若樣品的純度不夠時(shí)，雜質(zhì)峰的存在會(huì)帶來(lái)檢索的誤差。

四、質(zhì)譜分析技術(shù)在食品分析中的應(yīng)用

目前，質(zhì)譜技術(shù)是進(jìn)行天然產(chǎn)物分子結(jié)構(gòu)分析為靈敏和可靠的方法之一。質(zhì)譜不僅可以給出化合物的相對(duì)分子質(zhì)量、分子式，而且還能提供化合物的結(jié)構(gòu)類型等重要信息。由于質(zhì)譜的高分辨率，因此在進(jìn)行物質(zhì)結(jié)構(gòu)分析時(shí)，具有較好的靈敏性、選擇性和準(zhǔn)確性。

圖10 6所示為從一種發(fā)霉食品中分離出來(lái)的有毒物質(zhì)的高分辨質(zhì)譜圖，由此圖進(jìn)行有毒物質(zhì)可能的結(jié)構(gòu)分析如下。

由M+(m/z 186)的高分辨數(shù)據(jù)得出分子式為C9H18N202(理論計(jì)算值為186.1368，實(shí)際值為186.1375，僅偏差0.7mu)，其不飽和度為2;m/z 30峰，其組成為CN4(30.0311)和NO+(29.9980);m/z 42峰為C2H4N+(42.0344);由此可判斷兩個(gè)氮原子一個(gè)構(gòu)成了胺基、一個(gè)構(gòu)成了亞硝基，另外包含一個(gè)氧并有一個(gè)不飽和鍵。

初步推測(cè)這個(gè)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)為：

分析m/z43峰，高分辨數(shù)據(jù)提示其包含CH3CO+(43.0187)和C3H7+(43.0549)組成，說(shuō)明另一個(gè)氧是一個(gè)乙?；?R1和R2的其余部分則為飽和結(jié)構(gòu)。此外，m/z 98峰的組成為C6H12N+(98.0966)，即R1由C5H11組成，低端偶電子離子m/z 29、43、57、71也證明了這一點(diǎn);其他部分應(yīng)與乙?；餐M成R2，分為兩種可能性，即：

從高強(qiáng)度的M-43(M-CH3CO)峰分析，應(yīng)符合胺類 斷裂的情況，因此，(Ⅱ)結(jié)構(gòu)更為合理。即由羰基產(chǎn)生的 斷裂得到m/z43峰，而不是(M一43)峰。

從(M一57)峰(m/z129.0672)分析，C15H11部分丟失的是C4H9提示出R1應(yīng)與N原子直接相連接的C上沒(méi)有支鏈，因此得出結(jié)論，該化合物的結(jié)構(gòu)為：

關(guān)注本網(wǎng)官方微信 隨時(shí)閱讀專業(yè)資訊