質(zhì)譜儀輸出解析

質(zhì)譜圖顯示出試驗中特定時間出現(xiàn)的特有離子，持續(xù)時間表示固體樣品在離子源長時間的燒蝕，或表示短暫的GC或LC峰的通過。軟件對幾種離子源有效。對具體的應(yīng)用通常設(shè)計對應(yīng)的軟件，比如代謝物的鑒定。軟件是迅速而有效的工具，能迅速處理大容量的數(shù)據(jù)，同時找出肉眼可能忽視的問題。軟件能利用適當(dāng)?shù)募记?，利用基本的化學(xué)性質(zhì)，幫助我們減少不確定性：含氮化合物的價電規(guī)則、鹵化物特征光譜、環(huán)雙鍵的計算等等，以得到我們認(rèn)為確定的結(jié)論。沒有任何單個應(yīng)用軟件能夠滿意的解答所有的問題。因此，實際能夠依靠的是操作人員所掌握的技能和判斷的能力。
簡單的小分子，比如二氧化碳(44Da)，僅由3個原子組成，產(chǎn)生非常簡單的質(zhì)譜。對于CO來說，分子離子也是最強(qiáng)的離子(稱為基峰)。在這張由大量內(nèi)部能量電離得到的碎片離子的譜圖中，出現(xiàn)的碎片離子是CO(m/z=28)和O(m/z=16)。在一些情況下，譜圖中，分子離子可能不是最強(qiáng)的峰。例如，在丙烷中(44Da)，因為碳碳鍵的斷裂，得到甲基和乙基碎片，乙基陽離子(m/z=29)是最強(qiáng)峰。這些很好表征了相互作用的離子，對這些碳?xì)浠衔锏淖V圖識別是非常有意義的。

同位素特征

因為質(zhì)譜儀按質(zhì)量數(shù)分離離子，當(dāng)質(zhì)譜儀具有足夠的分辨率，對指定元素區(qū)分同位素能容易的實現(xiàn)。通常以鹵化物為例，例如自然存在的溴是由比例接近50：50的同位素原子質(zhì)量分別為79和81Da的原子形成的混合物，Br2裂解成溴離子，在79和81m/z得到兩個相等大小的離子峰。

含偶數(shù)和奇數(shù)電子的離子

大多數(shù)有機(jī)化合物的總電子數(shù)為偶數(shù)，因為電子成對占據(jù)原子軌道。當(dāng)單個電子從分子中移出，總電子數(shù)變?yōu)槠鏀?shù)，成為自由基正離子。在質(zhì)譜圖中，分子離子通常是自由基陽離子(如在EI所示)，但是碎片離子可能是偶電子陽離子或奇電子自由基陽離子，這取決于中性（未帶電）碎片的丟失。最簡單和最常見的裂解是價鍵的斷裂，得到中性自由基(奇電子)和帶有偶電子的陽離子。丟失一個偶電子的中性片段，得到一個奇電子的自由基陽離子片段，這種裂解很少見。奇電子離子可以裂解成奇或偶電離子，但偶電離子碎片僅裂解成其它偶電子的離子，這可作為一條規(guī)則。
解析質(zhì)量譜圖的兩個水平途徑是整數(shù)質(zhì)量數(shù)據(jù)和精確質(zhì)量數(shù)據(jù)。在每種情況下，保留時間是附加的決定因素。準(zhǔn)確質(zhì)量的測定要基于計算得到的元素組成。為減少可能存在的候選分子式，結(jié)合運算法則的準(zhǔn)確同位素模型是近來準(zhǔn)確質(zhì)量測定可利用的方面。

解析和軟電離譜圖的表征

當(dāng)我們面對質(zhì)譜時，逆Diehls-Alder反應(yīng)和均裂/異裂釋放的能量被用來解離或斷裂化學(xué)鍵，產(chǎn)生特征碎裂，是我們思考的基礎(chǔ)。MS比較困難的部分是要回答FredW.McLafferty所提出的問題，他對我們理解解析規(guī)則作出了重要貢獻(xiàn)："我們測量的質(zhì)量是什么？"直到像MALDI和電噴霧等解吸技術(shù)開發(fā)后，該問題至少有時好像比較容易回答。容易程度要取決于是否樣品需要衍生，增加揮發(fā)性，便于GC/MS分析。由此通常的得到譜圖由衍生基團(tuán)主導(dǎo)幾乎沒有分子離子(因此需要CI)。在那種情況下，電噴霧和APCI的出現(xiàn)無疑幫助了帶但電荷小分子的分子量的確定。至少在那些情況下，MS測量的離子m/z值僅帶一個電荷。測得的被測物質(zhì)量作為分子離子的名義質(zhì)量(名義m/z值)，與分子的名義質(zhì)量相同。離子、分子或自由基的名義質(zhì)量是其元素組成中元素名義質(zhì)量的總和。元素的名義質(zhì)量是自然存在、最高豐度、穩(wěn)定同位素的整數(shù)質(zhì)量。

當(dāng)軟電離解吸技術(shù)ESI在1990年代初開始廣泛商業(yè)化時，該問題的回答變得更加不可捉摸。在MS"解吸技術(shù)出現(xiàn)之前"的年代，需要MS測定的大多數(shù)被測物的名義質(zhì)量，不超過500Da。對這些被測物，氫的存在造成的質(zhì)量缺失不是個問題。對絕大多數(shù)質(zhì)譜儀，m/z的上限介于650-800。因此，在那些解吸電離技術(shù)出現(xiàn)前，名義質(zhì)量和整數(shù)單同位素質(zhì)量是相同的數(shù)值。離子、分子或自由基的單同位素質(zhì)量是其元素組成中元素的單同位素質(zhì)量的總和。元素的單同位素質(zhì)量是最大豐度、自然存在、穩(wěn)定同位素的精確質(zhì)量。在解吸電離時代開始的時候，對較大分子和更高精確度的研究成為一個整體，因為技術(shù)不存在任何困難。僅在那個時侯，質(zhì)量缺失的問題變得非常重要。在僅能測定最接近整數(shù)m/z值的質(zhì)譜儀上，C50H102化合物的分子離子可以由m/z703的峰表示，不是m/z702，因為分子離子的單同位素質(zhì)量為702.7825，取整的整數(shù)為703。

500Da以上的測定中，在確定MS峰的m/z值時，質(zhì)量缺失可能是個嚴(yán)重的問題。需要記住，不管使用什么m/z分析器類型，質(zhì)譜儀是測量質(zhì)譜采集過程中特定時間出現(xiàn)的信號強(qiáng)度。測得的m/z值是特定化合物產(chǎn)生的已知m/z值離子相對于校正化合物到達(dá)檢測器時間的函數(shù)。

因為單同位素離子的質(zhì)量隨m/z刻度位置的變化而改變得出m/z整數(shù)值的質(zhì)譜儀實際上能夠每隔0.05m/z單位進(jìn)行測量。檢測強(qiáng)度可以是質(zhì)譜峰的頂點值或整個質(zhì)譜峰的強(qiáng)度之和。測得的m/z值是對質(zhì)量波譜峰最大值，實測m/z值取整。電子電離質(zhì)譜通常取決于全氟化合物，比如過氟三丁烷胺(名義分子量為671)，以校正m/z刻度。這是因為離子的整數(shù)質(zhì)量幾乎與其同位素質(zhì)量相同。

一旦離子的名義質(zhì)量超過1000Da，在質(zhì)譜圖上沒有實測的名義m/z值的峰。在此應(yīng)當(dāng)按與離子質(zhì)量虧損相等的量檢測名義質(zhì)量峰，彌補(bǔ)單一同位素質(zhì)量峰的缺失。對帶單個電荷的離子，質(zhì)量大于500Da，使用像電噴霧離子化結(jié)合四級桿或四級離子阱質(zhì)譜技術(shù)，這類質(zhì)譜儀在整個m/z刻度上具有單位分辨率，同位素峰可以清楚的分離。

在化合物的鑒定中，關(guān)于同位素所起的作用有很多討論，其中有一項討論發(fā)表在歐洲LCGC雜志上，起到了有益的平衡作用。"小分子LC-MS的同位素峰解析"(L.M.Hill，洲LCGC 19[4]，226-238[2006])基于低分辨率離子阱的研究工作。在該文章的相關(guān)部分，在使用離子阱時，作者對過度自信提出了警告："相比于QTOF或三重四級桿系統(tǒng)，離子阱用戶必須更加仔細(xì)。起始的+1同位素峰必須與污染物相分離...相比于離子阱的掃描分辨率，其俘獲的分辨率更低...排空離子阱...按質(zhì)量順序。"這不是意味不能使用離子阱，像所有儀器一樣，使用時必須理解其功能和局限性類似的，具有非常高分辨率的儀器，不能自動得到正確的答案。Kind和Fiehn論文中的一組數(shù)據(jù)(T.Kind和O.Fiehn，BMC生物信息學(xué)7234[2006])給人印象尤其深刻，并由此得出他們的結(jié)論(從160萬分子式的研究搜尋得出的結(jié)論)："僅僅有高質(zhì)量準(zhǔn)確度(1ppm)和高分辨力是不足夠的...僅有同位素豐度模式過濾器能夠減小候選分子式的數(shù)量。"僅有3ppm質(zhì)量準(zhǔn)確度的質(zhì)譜儀，2%同位素類型準(zhǔn)確度，通常能剔除超過95%的假候選分子式。這一性能甚至能超過0.1ppm的質(zhì)譜儀，如果這種儀器實際存在，那么也不具有同位素模式的功能。在質(zhì)量介于150Da與900Da之間，沒有同位素豐度信息，當(dāng)質(zhì)量準(zhǔn)確度從10ppm提高到0.1ppm，可列出的可能分子式：質(zhì)量準(zhǔn)確度10ppm時，從150Da的2個候選分子式的低點，到900Da的3447個候選分子式。質(zhì)量準(zhǔn)確度在1ppm時，候選分子數(shù)的高點(900Da)，將得到345個候選分子式。使用2%同位素豐度的準(zhǔn)確度，在900Da的候選數(shù)減少到18個候選分子式。研究結(jié)果也表明，對同位素采集允許5%精確度和5ppm的質(zhì)量準(zhǔn)確度，將減少到196個候選分子式。