質譜儀是一種高精度的分析儀器，其核心功能是通過測量帶電粒子的質量來對物質進行定性和定量分析。它廣泛應用于化學、生物、環境、醫藥、材料等多個領域。

質譜儀的核心原理

1. 電離過程：
   樣品（氣體、液體或固體）在離子源中被電離，生成帶電離子（如電子電離EI、電噴霧電離ESI、基質輔助激光解吸電離MALDI等）。

• 例如：電噴霧電離（ESI）適合分析極性、熱不穩定的代謝物，能將溶液中的分子轉化為氣態離子。

2. 質量分析：
   帶電離子進入質量分析器（如四極桿、飛行時間、離子阱等），在電磁場作用下按質荷比（m/z）分離。

• 例如：飛行時間質譜儀（TOF）通過測量離子飛行時間差異來分離不同質量離子，分辨率高，適合未知代謝物鑒定。

3. 檢測與數據處理：
   分離后的離子被檢測器捕獲并轉換為電子信號，生成質譜圖。通過解析質譜圖，可獲得物質的分子量、結構、含量等信息。

質譜儀能測什么？

質譜儀可分析的物質類型極其廣泛，包括但不限于：

1. 有機物：

• 分子量與結構：如藥物分子、代謝物、環境污染物（多環芳烴、農藥等）。

• 官能團分析：通過碎片離子信息推斷分子結構（如質譜-質譜聯用技術MS/MS）。

2. 無機物：

• 元素分析：電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）可測定重金屬（鉛、汞、鎘等）含量，檢測限低至微克/升級。

• 同位素比值：用于地質年代測定、核科學研究和污染物溯源（如硝酸鹽的氮氧同位素分析）。

3. 生物大分子：

• 蛋白質：通過酶解肽段分析蛋白質種類（如Orbitrap質譜儀），支持定量蛋白質組學（iTRAQ/TMT標記技術）。

• 代謝物：鑒定代謝物種類及含量，區分同分異構體（如疾病標志物發現）。

4. 復雜混合物：

• 色譜-質譜聯用：如氣相色譜-質譜（GC-MS）用于分離揮發性有機物，液相色譜-質譜（LC-MS）分析熱不穩定化合物。

質譜儀的應用領域

1. 環境監測：

• 檢測大氣中的VOCs、PM2.5成分，水體中的多環芳烴，土壤中的重金屬污染。

2. 生物醫藥：

• 藥物代謝研究、生物標志物定量（如癌癥診斷中的蛋白質標記物）。

• 蛋白質翻譯后修飾分析（如磷酸化、甲基化）。

3. 食品安全：

• 檢測農藥殘留、非法添加劑、過敏原及微生物污染。

4. 材料科學：

• 分析納米材料尺寸分布、表面修飾及其在生物環境中的行為。

5. 法醫學：

• 毒物分析、藥物濫用檢測及代謝物鑒定（如體液中有害物篩查）。

技術優勢

• 高靈敏度：可檢測極低濃度化合物（如ng/L級）。

• 高分辨率：區分質量數相近的同分異構體。

• 高通量：結合自動化進樣系統，一次實驗分析大量樣本。

• 精準定量：同位素標記技術（如iTRAQ）實現蛋白質相對定量。

總結

質譜儀通過其電離、分離和檢測技術，成為揭示物質奧秘的工具。無論是分析復雜的環境污染物，還是探索生命體內的分子機制，質譜儀都為科學研究與工業應用提供了強有力的支持。隨著技術進步，其應用領域仍在不斷拓展，未來將在更多領域發揮關鍵作用。