Mass spectrometry
测量离子质荷比以进行化学分析的技术。
质谱法（MS）是一种通过测量离子质荷比来进行分析的技术，其结果以质谱图形式呈现——即信号强度与质荷比的关系图。该谱图可用于确定样品的元素或同位素特征、粒子与分子的质量，并阐明化学性质或结构。该技术广泛应用于多个领域，既可分析纯样品，也可分析复杂混合物。
在典型流程中，固体、液体或气体样品被电离，通常通过电子束轰击实现。这可能导致分子碎裂成带正电的碎片，或在不碎裂的情况下带上正电荷。随后，这些离子根据其质荷比被分离，常见方法是通过电场或磁场加速，使相同质荷比的离子发生同等偏转。检测器（如电子倍增器）捕获带电粒子，所得数据以谱图形式显示。通过关联已知质量或特征碎裂模式，可识别原子或分子。
质谱法的历史始于1886年，当时尤金·戈尔德施泰因在气体放电中观察到带正电的“阳极射线”从阳极移开。威廉·维恩随后利用垂直的电场和磁场按荷质比分离这些射线，J.J.汤姆孙通过降低压力改进了装置，发明了质谱仪。早期仪器使用照相底板记录谱图或采用荧光屏。现代技术由阿瑟·杰弗里·登普斯特和F.W.阿斯顿于1918年和1919年提出。欧内斯特·O·劳伦斯开发的扇形质谱仪（称为卡留管）在曼哈顿计划中用于铀浓缩。后来的创新包括离子阱技术（1989年获得诺贝尔物理学奖）以及电喷雾电离和软激光解吸技术（2002年因其在生物大分子中的应用获得诺贝尔化学奖）。
质谱仪由五个部分组成：样品入口、离子源、质量分析器、检测器和数据系统。入口负责制备样品；离子源将部分样品转化为离子流；质量分析器按质荷比分离离子；检测器测量丰度，有时还提供空间信息。这种模块化设计允许
Quick Facts
- Field
- Analytical chemistry, physics
- Known for
- Measuring mass-to-charge ratio of ions; identifying chemical composition and isotopic ratios
- Key inventors
- Eugen Goldstein
- Wilhelm Wien
- J. J. Thomson
- Arthur Jeffrey Dempster
- F.W. Aston
- Ernest O. Lawrence
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背景与渊源
质谱法是一种用于测定离子质荷比的分析技术。结果以质谱图形式呈现，即强度与质荷比的关系图，用于确定样品的元素或同位素组成、粒子与分子的质量以及化合物的化学结构。在典型流程中，固体、液体或气体样品被电离，通常通过电子束轰击实现，这可能导致分子碎裂成带正电的碎片，或在不碎裂的情况下带上正电荷。随后，这些离子根据其质荷比被分离，例如通过电场或磁场加速，其中相同质荷比的离子经历同等偏转。通过电子倍增器等机制检测后，离子产生信号强度与质荷比的谱图。通过关联已知质量或特征碎裂模式，可识别原子或分子。该仪器由五个部分组成：样品入口、离子源、质量分析器、检测器和数据系统。离子源将部分样品转化为离子流，随后由质量分析器按质荷比分离。检测器测量每种离子的丰度，部分检测器还提供空间信息。
阅读指南
质谱法是一种基础性的分析技术，具有广泛的重要性。它通过测量离子的质荷比，能够识别元素、同位素和分子结构。其发展跨越一个多世纪，从戈尔德施泰因的阳极射线到现代电离方法，使蛋白质等大型生物分子的分析成为可能。该技术的灵活性体现在其五个组成部分——样品入口、离子源、质量分析器、检测器和数据系统——每个部分均可独立变化。应用范围涵盖纯样品到复杂混合物，包括与气相色谱（GC-MS）或液相色谱（HPLC-MS）联用。卡留管在曼哈顿计划中用于铀浓缩，凸显了其历史影响。离子阱和软电离技术获得的诺贝尔奖，强调了其持续演进。质谱法在化学、物理、生物学和医学中仍是精确组成与结构分析不可或缺的工具。