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飞行时间质谱技术及发展
前言:质谱分析是现代物理与化学领域使用的极为重要的工具。 目前日益广泛的应用于原子
能,石油以及化工, 电子,医药等工业生产部门, 农业科学研究部门及物理电子与粒子物理,
地质学,有机,生物,无机,临床化学,考古,环境监测,空间探索等领域 [1] 。飞行时间质
谱飞行时间质谱仪较其他质谱仪具有灵敏度好、 分辨率高、 分析速度快、 质量检测上限只受
离子检测器限制等优点, 再配合电喷雾离子源基体辅助激光解析离子源 [2] 大气压化学电离源
等离子源, 使之成为当今最有发展前景的质谱仪。 飞行时间质谱已用于研究许多国际最前沿
的热点问题,是基因及基因组学、蛋白质及蛋白质组学、 生物化学、医药学以及病毒学等领
域中不可替代的有力工具, 例如肽和蛋白分析、 细菌分析、 药物的裂解研究 以及病毒检测。
特别是在大通量、 分析速度要求快的生物大分子分析中, 飞行时间质谱成为唯一可以实现的
分析手段, 例如与激光离子源联用或作为二维气相色谱的检测器等。 本文将介绍飞行时间质
谱的基本原理、 技术及仪器的发展历程。 力求对该仪器技术有一个较清楚的认识, 并对今后
相关的研究工作提供建设性帮助。
: TOF-MS 分析方法的原理非常简单。这种质谱仪的
质量分析器是一个离子漂移管。样品在离子源中离子化后即被电场加速,由离子源产生
的离子加速后进入无场漂移管,并以恒定速度飞向离子接收器,假设离子在电场方向上
初始位移和初速度都为零,所带电荷数为 q,质量数为 m, 加速电场的电势差为 V, 则加速
后其动能应为:
m v2 / 2= qe V
其中, v 为离子在电场方向上的速度。
离子以此速度穿过负极板上的栅条,飞向检测器。离子从负极板到达检测器的飞行时间 t,
就是 TOFMS 进行质量分析的判据。在传统的线性 TOFMS ,离子沿直线飞行到达检测器;
而在反射型 TOFMS 中,离子经过多电极组成的反射器后反向飞行到达检测器,后者在分
辨率方面优于前者。
:
由于存在初始能量分散的问题, 提高飞行时间质谱分辨率一直是研究者和仪器制造上努力的
目标。仪器技术的进展也主要围绕这一目标进行。
 离子化技术的发展: 最初 TOFMS 采用电子轰击的方法进行离子化。 由电子枪产生的
电子电离样品分子使其离解为离子, 经加速形成离子束进入飞行区。 这种方法可用于气、 固、
液体样品的分析。其缺点是: 1)离子化时间较长,和一般离子的飞行时间数量级相近,容易
引起大的误差; 2) 电子的电离及其进样方式,难以进行大分子样品的分析。目前这种离子化
方式多用于小分子的分析。 而新的电子发生方式如激光电子枪开始出现。 后来脉冲离子发生
器应用逐步广泛。用于固体或液体样品的重离子轰击、等离子体解吸 (PDMS) 及二次离子质
谱(SIMS) 属于此列。 目前脉冲激光技术应用最广, 包括激光解吸 (LD) 、共振激光离子化 (RI) 、
共振加强单多光子离子化 ( RES/MPI )以及生化分析中常用的基质辅助激光解吸
[4]
(MALDI))
等,适用于不同样品的分析。 例如共振激光离子化可用于痕量金属元素的分析 [3] 。REMPI