GB/T 6041-2020 质谱分析方法通则 质谱分析技术原理与应用 质谱分析法

一、定义与基本原理

质谱分析（Mass Spectrometry，MS）是一种用于测量离子质荷比（m/z）的分析技术。其基本原理是将样品分子转化为气态离子，然后根据离子的质荷比进行分离和检测。

在典型的质谱仪中，首先使样品分子汽化，然后通过离子源（如电子轰击离子源、电喷雾离子源等）使分子离子化，产生带有一定电荷的离子。这些离子在电场或磁场的作用下，按照质荷比的大小进行分离，Zui后被检测器检测到，得到质谱图。质谱图是以质荷比（m/z）为横坐标，离子相对丰度为纵坐标的图谱，它可以提供关于样品分子的分子量、分子式、结构等信息。

例如，在电子轰击离子源中，高能电子束与气态样品分子相互作用，使分子失去一个电子形成分子离子（M⁺），分子离子还可能进一步裂解产生各种碎片离子。这些离子在质量分析器中被分离并检测，不同的碎片离子反映了分子的不同结构部分，从而帮助推断分子的结构。

二、应用范围

1.  化学领域有机化合物结构鉴定：可以确定有机化合物的分子式、官能团和化学键的信息。例如，在药物研发中，通过质谱分析可以确定新合成药物的结构，验证其是否符合预期的化学结构。

a.  反应监测：用于监测化学反应的进程和产物。例如，在有机合成反应中，可以通过质谱分析跟踪反应原料的消耗和产物的生成情况，从而优化反应条件。

2.  生物领域蛋白质组学研究：能够对蛋白质进行鉴定、定量和翻译后修饰分析。例如，通过质谱技术可以确定蛋白质的氨基酸序列，研究蛋白质在不同生理和病理状态下的表达差异。

a.  代谢组学研究：用于分析生物体内小分子代谢物的组成和变化。比如，在疾病诊断方面，通过分析患者血液或尿液中的代谢物图谱，寻找疾病相关的生物标志物。

3.  环境科学领域环境污染物检测：可以检测大气、水和土壤中的有机污染物、重金属等有害物质。例如，在水环境监测中，质谱分析能够检测水中微量的农药残留、多环芳烃等污染物。

a.  环境样品溯源：帮助确定污染物的来源。通过分析污染物的成分和特征，追溯其可能的排放源，为环境治理提供依据。

4.  材料科学领域材料成分分析：用于分析材料的化学组成，包括金属材料、高分子材料等。例如，在高分子材料的研发中，质谱分析可以确定聚合物的分子量分布和组成单元。

a.  材料表面分析：可以研究材料表面的化学成分和结构。比如，在金属材料的腐蚀研究中，通过质谱分析材料表面的腐蚀产物，了解腐蚀的机理。

三、质谱分析检测项目

1.  分子量测定通过观察质谱图中的分子离子峰（M⁺）来确定样品分子的分子量。对于一些简单的化合物，分子离子峰可能是基峰（相对丰度Zui高的峰），但对于复杂化合物，分子离子峰可能会因为分子的裂解而相对较弱。在这种情况下，需要通过分析碎片离子峰的质量差值来推断分子离子峰的位置，从而确定分子量。

2.  分子式确定结合分子量信息和高分辨率质谱仪提供的jingque质荷比数据，可以计算出可能的分子式。高分辨率质谱能够jingque测量离子的质荷比，误差可达到百万分之几，从而区分具有相同整数质荷比但元素组成不同的离子。例如，C₂H₄和 N₂的整数质荷比都是 28，但它们的jingque质荷比不同，通过高分辨率质谱可以准确区分。

3.  结构解析分析质谱图中的碎片离子峰是结构解析的关键。不同的离子化方式和质量分析器会产生不同的碎片离子，这些碎片离子反映了分子的化学键断裂方式和结构特征。通过与已知化合物的质谱图库进行比对，或者根据碎片离子的形成规律进行推断，可以确定分子的结构。例如，在有机化合物中，某些官能团（如羰基、羟基等）在离子化和裂解过程中有特定的反应方式，产生具有特征质荷比的碎片离子。

4.  定量分析基于质谱信号强度与样品中化合物浓度之间的关系进行定量分析。在选择合适的内标物（一种与待测物化学性质相似、但能与待测物区分开的化合物）的情况下，可以提高定量分析的准确性。例如，在药物代谢研究中，通过比较药物及其代谢产物的质谱信号强度与已知浓度的标准品信号强度，来确定药物和代谢产物在生物样品中的含量。

四、质谱分析检测流程

1.  样品制备根据样品的性质和分析目的选择合适的样品制备方法。对于固体样品，可能需要溶解、研磨或提取等操作；对于液体样品，可能需要稀释、过滤或富集等处理。例如，在生物样品分析中，蛋白质样品可能需要进行酶解处理，将蛋白质分解为肽段，以便更好地进行质谱分析。

2.  进样将制备好的样品引入质谱仪。常见的进样方式有直接进样、液体进样和气体进样等。例如，对于液体样品，通常采用电喷雾离子源（ESI）进样，样品溶液在高电场作用下形成带电液滴，液滴在去溶剂化过程中产生气态离子，进入质谱仪。

3.  离子化通过离子源使样品分子离子化。离子源的选择取决于样品的性质和分析要求。如前所述，电子轰击离子源（EI）适用于挥发性有机化合物，能够产生丰富的碎片离子，有利于结构解析；电喷雾离子源（ESI）则适用于生物大分子和极性化合物的离子化，能够产生多电荷离子，扩大了质谱仪的检测分子量范围。

4.  质量分析离子在质量分析器中根据质荷比进行分离。常见的质量分析器有四极杆质量分析器、飞行时间质量分析器（TOF）和离子阱质量分析器等。四极杆质量分析器通过调节电场使特定质荷比的离子通过，实现离子的筛选和分离；飞行时间质量分析器则是根据离子在飞行管中的飞行时间来确定质荷比，具有高分辨率和快速分析的特点。

5.  检测与数据处理分离后的离子被检测器检测，产生电信号，经过放大和转换后形成质谱数据。然后使用专业的质谱分析软件对数据进行处理，包括峰识别、峰强度测量、质荷比校准等操作，Zui终得到质谱图和相关的分析结果。

五、质谱分析检测标准

GB/T 6041 - 2020《质谱分析方法通则》是质谱分析的重要标准，它规定了质谱分析方法的一般原则、术语和定义、仪器设备、样品处理、分析步骤、结果表示和报告等内容。这个标准的目的是确保质谱分析的准确性、可靠性和可比性。在实际应用中，除了遵循这个通则外，不同的行业和具体的分析任务可能还需要参考其他相关的标准，如在食品安全检测领域，需要遵循食品中有害物质检测的相关标准，这些标准会对质谱分析的具体方法、检测限、定量方法等进行详细规定，以保证检测结果能够满足食品安全监管的要求。