質(zhì)譜是什么？質(zhì)譜法有哪些應(yīng)用？
實(shí)驗(yàn)室k / 2019-08-05
質(zhì)譜(mass spectrum)是按照帶電粒子(即離子)的質(zhì)量對電荷的比值大小依次排列形成的譜圖。由于質(zhì)量是物質(zhì)的一種基本屬性，因此，質(zhì)量的測定顯然是人們認(rèn)識世界和改造世界的重要課題之一。研究物質(zhì)質(zhì)譜的科學(xué)稱為質(zhì)譜學(xué)(mass spectroscopy)。
從本質(zhì)上講，質(zhì)譜不屬于波譜范疇，是物理粒子的質(zhì)量譜，因此沒有波譜學(xué)中常見的透光率和波長等概念，但是在儀器結(jié)構(gòu)原理中，有類似于光學(xué)中的聚焦、色散等所謂離子光學(xué)(ion optics)概念。例如復(fù)合光經(jīng)棱鏡分光后便可在聚焦平面上得到按波長長短順序排列的波譜圖，而質(zhì)譜的形成過程，從表觀上看與此相類似。當(dāng)物質(zhì)的分子在質(zhì)譜儀器的離子源中以某種方式電離后，所形成的正離子在高壓電場作用下加速飛行。此時(shí)含有不同質(zhì)量的離子束，經(jīng)過質(zhì)量分析器(其作用類似棱鏡分光)，即按質(zhì)量與電荷比值的大小順序依次排列，然后采用照相方式或電學(xué)方式記錄，即可得到質(zhì)譜圖。
為了形象地說明質(zhì)譜的形成，我們不妨作如下的設(shè)想，用一汽槍裝上鉛彈，對準(zhǔn)一只玻璃瓶發(fā)射，結(jié)果瓶被擊碎，我們按此碎片的大小將其排列起來(即如同質(zhì)量與電荷之比的排列所得到的質(zhì)譜圖)。同時(shí)，我們也可探索這些碎片之間的相互聯(lián)系，用碎片再拼構(gòu)成原來的瓶子。在上述的設(shè)想中，可把玻璃瓶看成是有機(jī)化合物的分子，鉛彈則代表撞擊電子，這就是質(zhì)譜形成過程的形象比喻。此外，根據(jù)碎片之間的相互聯(lián)系再拼構(gòu)成原來的玻璃瓶，這就成為利用質(zhì)譜圖所提供的信息來確定化合物分子結(jié)構(gòu)的重要手段。
質(zhì)譜法(mass spectrometry)在原子能、分析化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、藥物學(xué)、生物化學(xué)、毒物學(xué)、環(huán)境科學(xué)等許多領(lǐng)域中是必不可少的手段之一。質(zhì)譜技術(shù)應(yīng)用于藥物學(xué)及有機(jī)化學(xué)的結(jié)構(gòu)分析，是從五十年代后期開始，主要應(yīng)用于下列幾個(gè)方面：
1.有機(jī)化合物分子量的測定 利用高分辨率質(zhì)譜可以準(zhǔn)確測定分子量，并由此可以進(jìn)一步得到化合物分子中C、H、O、N等元素的化學(xué)組成，從而定出分子式。
2.確定有機(jī)化合物的分子結(jié)構(gòu) 根據(jù)簡單的質(zhì)量計(jì)算，特別是根據(jù)亞穩(wěn)離子的計(jì)算，可得到分子離子與碎片離子或者碎片離子與碎片離子之間的相互聯(lián)系，各種離子的元素組成，以及分子的裂解方式與結(jié)構(gòu)的關(guān)系等的信息，從而為確定化合物的結(jié)構(gòu)提供依據(jù)。
3.有機(jī)化合物的元素分析 質(zhì)譜法在其他科學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用也很廣泛，如測定同位素。大家知道，一種化學(xué)元素可能有幾個(gè)化學(xué)性質(zhì)相同的同位素，然而使用通常的分析方法只能得到元素分析的結(jié)果。質(zhì)譜法不但可得到各同位素的質(zhì)量，而且還可以分析各同位素的相對含量。
此外，對于真空系統(tǒng)中殘余氣體的分析，如在核工業(yè)、電子工業(yè)及真空技術(shù)中的氣體分析，質(zhì)譜法是一有力的工具。在醫(yī)學(xué)方面，可利用質(zhì)譜法分析人體呼吸氣體，為診斷疾病提供信息。
應(yīng)用質(zhì)譜法有許多特點(diǎn)：
(1)樣品用量少：一般分析樣品僅需試樣1μg甚至更少(1×10(-9次方)g)，便可得到解析譜圖所需的信息。這為中藥提取物的分析帶來了極大的方便。
(2)分析速度快：一般幾分鐘內(nèi)即可完成對一個(gè)復(fù)雜有機(jī)化合物樣品的分析。
(3)分析范圍廣：可對氣體、液體、固體及半導(dǎo)體等進(jìn)行分析；在質(zhì)量范圍方面，測定下限為1個(gè)原子質(zhì)量單位，并可分辨相對質(zhì)量差為幾十萬分之一的兩種質(zhì)量。
(4)靈敏度高，精密度好。
(5)儀器復(fù)雜，造價(jià)昂貴。
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