常見的電離方法了解

電子離子化[EI]

電子電離（EI）為很多人所熟知,。（在較早的時候稱為"電子撞擊"，但是從技術上來說不準確,。）EI,，通常將樣品暴露在70eV的電子下，被稱為"硬"技術,。電子與目標分子互作用的能量,，通常要比分子的化學鍵要強的多，因此分子發(fā)生電離,。過量的能量按照特定方式打開化學鍵,。結(jié)果產(chǎn)生能夠預見的、可鑒別的碎片,，通過這些碎片,，我們能夠推測出分子結(jié)構(gòu)。這些能量可將單個電子激發(fā),，從分子外層逸出,，形f成正離子自由基，得到豐富的碎片波譜,。不同于"較軟"的大氣壓電離技術,，波譜響應會受到離子源設計特征的影響，EI技術完全獨立于離子源的設計,。同一化合物在一臺EI質(zhì)譜儀產(chǎn)生的圖譜與另一臺EI質(zhì)譜儀得到的圖譜非常相似,，基于這一原理，可建立圖譜庫，將未知化合物的譜圖與參照譜圖比較,。

化學電離[CI]

分子過度裂解的稱為"軟"技術,。化學電離（CI）通過一較溫和的質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程生成離子,，有利于分子離子的生成,。將樣品暴露到大量的溶劑氣體，如甲烷形成質(zhì)子化的分子離子（M+H）,。反向過程將形成負離子,。在一些情況下，質(zhì)子被轉(zhuǎn)移到氣體分子上,，形成負離子（M-H）,。采用EI分析時，碎片豐富的化合物,，有時可采用CI分析,，以增加分子離子的豐度。類似于EI,，樣品必須具有熱穩(wěn)定性,，因為在離子源里，被測物需要加熱氣化,。對起始電離步驟,，CI的電離機理依賴于EI，但是在離子源里是有高壓化學反應氣體,，比如甲烷,、異丁烷或氨。比被測物（R）的濃度高很多反應氣體通過電子電離作用,，發(fā)生電離,，起初產(chǎn)生R+t，溶劑離子,。R+離子與中性R分子發(fā)生碰撞，形成穩(wěn)定的次級離子,，其具有反應性,，然后通過離子分子反應，使被分析物分子（A）離子化.

負離子化學電離[NCI]

對含捕獲電子基團（例如,，氟原子或硝基芐基）的被測物,，能形成負離子化學電離（NCI）。比EI的靈敏度提高了很多倍（據(jù)報道,，在某種情況下可提高100到1000倍以上）,。NCI廣泛應用于各種小分子，這些小分子通過或能夠被化學修飾，促進電子捕獲,。在負離子中,，有兩類主要的負離子形成機制：電子捕獲和反應物離子化學離子化。在CI條件下,，電負分子能夠捕獲熱電子,，產(chǎn)生負離子。實際上的負離子化學電離,，通過被測化合物（AH）與帶負電的反應離子（R-或R-）之間反應引起電離,。可能存在幾類離子分子反應的類型,，最常見的是脫質(zhì)子反應,。

氣相色譜[GC]

可能對很多人來說，第一次接觸質(zhì)譜是將其作為氣相色譜的檢測器,。GC/MS聯(lián)用儀類型的范圍已大大擴展,，超越早期儀器設計的范圍，在使用中滿足日漸嚴格的法規(guī)要求,，像環(huán)境分析,、食品安全篩查、代謝組學,，以及包括法醫(yī)學,、毒理學和藥物篩查的臨床應用。在過去,，兩種類型的質(zhì)譜主導著GC/MS分析：扇形磁場和單四極桿質(zhì)譜儀,。對于前者，可提供高分辨率和準確的質(zhì)量分析,，用于有極高靈敏度要求的分析中,。后者適合目標化合物的常規(guī)分析。

[ 液相色譜]

扇形磁場質(zhì)譜儀,，具有最具挑戰(zhàn)的GC/MS分析能力：環(huán)境或工業(yè)樣品中的二英,，或競技比賽中非法使用興奮劑的篩查。在扇形質(zhì)譜儀上能夠以飛克（fg）檢測水平進行高分辨率或選擇性的分析,。四極桿GC/MS系統(tǒng)推出不久,，在目標分析應用中就已取得認可。美國環(huán)境保護局（USEPA）要求對大量環(huán)境污染物樣品采用四極桿GC/MS質(zhì)譜儀分析,。因為這些分析應用的檢測極別僅在皮克到納克之間,，相對于扇形磁場來說，四極桿磁場的靈敏度較低,，但四極桿并沒因此受到限制,，相反,，采用四極桿可大大降低成本，方便使用,，并且便于攜帶,。

液相色譜[LC]

這是一項革命性的技術，為大約80%不能采用GC分析的化學物質(zhì)提供了分析途徑,，在近幾十年來促進了質(zhì)譜技術的顯著提高,。少數(shù)幾個模型被挑出來，開始實現(xiàn)MS與LC聯(lián)用,?？梢哉fLCMS聯(lián)用開始于1970年代，在1990年代早期,，我們今天所熟知的LCMS技術成熟起來,。很多現(xiàn)在我們使用的裝置和技術都直接來自那個時候。在1900年代早期,，俄國植物學家Mikhail S.Tswett定義了液相色譜技術,。他的研究工作主要是分離從植物萃取的葉色素，在他的研究中,，他用溶劑沖洗裝填微粒的柱子,。這是液相色譜最簡單的形式，被測物溶解的溶液（流動相或濃縮相）與溶液流過的裝填顆粒的床體（固定相）之間存在競爭作用,，液相色譜就是依靠這種可預測,、不斷再現(xiàn)且具有很高精確性的相互作用實現(xiàn)分離。近年來,，在色譜柱中裝填各種功能性組分,，以及能夠準確傳送流動相的溶劑輸送系統(tǒng)的發(fā)展，使得LC成為很多分析行業(yè)的支柱,。首字母縮略詞HPLC是由Csaba Horváth在1970年提出,，表明對液相色譜填充柱需要施加高壓，以引起液體流動,。從那以后,，液相色譜的效能不斷提高，較小顆粒的填料和較高的選擇性上都取得了發(fā)展,，將首字母縮略詞改為高效液相色譜,。

[ 電噴霧電離]

在2004年，色譜儀和柱技術得到進一步的發(fā)展,，提高了液相色譜的分離度,、分離速度和靈敏度,。使用較小顆粒填料的色譜柱（1.7微米）,、以15000psi（1000巴）的壓力輸送流動相的特殊設計色譜儀被稱為超高效液相色譜（UPLC^®技術）,。在1970年代，John Knox等研究人員已經(jīng)預測了UPLC所包含的很多技術特征,。Knox預測最佳顆粒直徑是1-2μm,，并且色譜對摩擦熱熱靈敏。在UPLC技術開發(fā)過程中,，必須解決如何制作抗干擾,、均一的小顆粒填料的技術。HPLC和UPLC的基本入門手冊,，可在www.waters.com/primers上找到,。

電噴霧電離[ESI]

"大氣壓電離"（API）的最重要的技術是ESI，ESI為各相關技術提供了基礎,，這些相關技術能在大氣壓,，而不是在真空（托）下形成離子。樣品溶解在極性溶劑中（一般比GC上使用的溶劑更難揮發(fā)）,，然后泵入不銹鋼毛細管,，不銹鋼上施加2000到4000V的電壓。當液體在大氣壓下,，從毛細管流出時,，液體被霧化，被霧化的液滴進一步去溶劑,，釋放出離子進入質(zhì)譜儀,。在靜電吸引和真空聯(lián)合效應下，誘導電離生成這些氣態(tài)離子,。

圖 4：位于前端的ESI探針簡易圖,，與MS離子入口垂直。當溶劑進入分析器的稀薄真空區(qū)域時,，錐體或逆流氣通常輔助液滴去溶劑化,。

電勢從液體轉(zhuǎn)移到被分析物從而形成離子的機制仍然是個爭論的主題。在1968年,，Malcolm Dole提出電荷殘留機制,，在該機制中，他假定當液滴揮發(fā)時,，液滴的電荷仍保持不變,。液滴表面張力最終不能平衡電荷斥力，將小液滴炸裂成很多更小的液滴,。持續(xù)發(fā)生這樣的庫侖力爆破,，直到小液滴只含單一的被測物離子。當溶劑從最后形成的小液滴中揮發(fā)掉,，即形成氣態(tài)離子,。在1976年,，Iribarne和T homson提出了一個不同的模型，即離子揮發(fā)機制,，在該機制中,，通過庫侖裂解形成小液滴，這類似于Dole模型的形成方式,。但是,，按照離子揮發(fā)理論，在液滴表面的電場強度相當高,，使溶劑化離子逸出液滴表面,，并直接將其轉(zhuǎn)移進入氣相，形成氣態(tài)離子,。實際上,，這兩種機制可能協(xié)同起作用：對于大于3000Da的物質(zhì)，電荷殘留機制起主導作用,，而對于較低質(zhì)量的分子,，離子揮發(fā)機制起主導作用（參見R.Cole，"關于電噴霧電離質(zhì)譜的一些原則",，質(zhì)譜雜志,，35，763-772[2000]）,。

液相色譜的流出物,，以電荷平衡狀態(tài)進入ESI探針。因此當溶劑離開ESI探針,，溶劑需攜帶有凈電荷,。為了確保ESI具有連續(xù)性，必須通過電化學反應給溶液充電,，將電子轉(zhuǎn)移到電極表面,。在其它的效應中，該過程可能引起溶液pH值的變化,。據(jù)推測,，在陽離子模式時，帶正電液滴離開噴霧器,，電極（氧化作用）必定要吸收電子,。（在陰離子模式下，則相反,。）電活性電極的表面面積,、電流大小和化學品種類及其電極電勢的特性都將產(chǎn)生影應。

總的來說,，ESI是一高效過程,。不過,，反應的活化量和能量差異對不同的物種是不同的。溶液流速和使用的電流對每個液滴形成也有限制,。分子間的競爭以及目標被測物抑制效應也較為常見。

圖 5：離子形成之后,，離子被"拖"過電勢梯度（電場）,，到達計數(shù)板。

擴展ESI的基本理論,，比如將液體的體積極端的減小,，例如在納噴霧時，液體體積流速減少到30nL/min,，這已經(jīng)證實可提高效率,，尤其在蛋白質(zhì)和氨基酸這種樣品非常寶貴、稀少的研究中,。

大氣壓化學電離[APCI]

雖然大氣壓化學電離（APCI）技術與ESI同時發(fā)布,，但是在1985年Fenn的研究成果發(fā)布，ESI很快商業(yè)化,，而直到此時,，APCI也沒有廣泛被采用。在1973年,，Horning首次提出APCI,，采用包括HPLC在內(nèi)的各種導入技術，分析揮發(fā)性組分,。APCI的附加功能是,，將ESI難以轉(zhuǎn)化為氣相離子的被測物，即那些極性很小且易揮發(fā)的被測物經(jīng)濃縮相（或液體）導入質(zhì)譜儀,。不同于ESI,，APCI通過在熱的氣流中蒸發(fā)引導液，將中性被測物轉(zhuǎn)化為氣相,?；瘜W電離依賴于電荷在反應離子和目標分子之間的轉(zhuǎn)移，產(chǎn)生可被分析的目標離子,。大多數(shù)情況下,，以陽離子模式在目標分子與小的H+離子之間形成加合物，雖然與鹽的加合物也比較常見,。

生物分子電離方法
用于生物大分子鑒定的電離技術已經(jīng)成熟,，這類技術電離方式比較溫和，不會將生物分子打碎,。在生物分子分析和蛋白組學中公認有兩個"能量沉積"過程,，分別是電子捕獲解離(ECD)2和電子轉(zhuǎn)移解離(ETD)3,。兩種電離法都可以斷裂鄰近電子捕獲位點的化學家鍵，不同于其它裂解過程,，比如碰撞誘導解離(CID),，斷裂的鍵在分子內(nèi)不是最不穩(wěn)定的。實測的斷裂對肽序列的依賴性較低,，因此在肽骨架中,，大多數(shù)氨基酸之間的斷裂往往不依賴于分子大小。在肽的ECD和ETD中,，最主導的裂解形成c和z離子,。ECD已證實，對不穩(wěn)定的翻譯后修飾分析有效,，比如磷酸化作用和O-糖基化,，以及完整蛋白的裂解分析。當結(jié)合酰胺氫/氘交換分析時,，已表明ESI質(zhì)譜法能進一步輔助闡明溶液中蛋白的結(jié)構(gòu)細節(jié),。使用較少量樣品，由電荷狀況分布和ESI在蛋白質(zhì)上形成的一系列多電荷離子,，可以得到較大蛋白的溶液組成信息,，而通過其它技術，比如紫外圓二色光譜(CD)和色氨酸熒光不容易實現(xiàn)(但是通常將這些和其它相關技術,，比如核磁共振,，聯(lián)合使用)。其它技術只能測定溶液大量蛋白的平均屬性,，而采用MS的另外一個好處是能提供瞬間或折疊中間體的結(jié)構(gòu)細節(jié),。

其他電離方式

其他電離方式

純凈化合物可置于進樣棒或固體探針的頂端，導入離子源,。隨著加熱,，樣品升華或蒸發(fā)，進入氣相,。在大多數(shù)情況下,，按此法接著發(fā)生電離。但是在一些情況下,，電離與升華或蒸發(fā)同時發(fā)生,。

大氣壓光電離(APPI)
- 被測物直接或摻雜劑輔助光量子電離，電離電勢低于10eV(主要由氪氣燈的光量子能量輸出),。LC通常使用的溶劑電離電勢大于10eV,。在實驗室中，APPI是主要的API替代方法之一，因為APPI擴展了非極性被測物的電離范圍,，可以電離那些ESI和APCI有效電離的化合物,。

基質(zhì)輔助激光解吸(MALDI)
- 是一種軟電離技術，用于完整蛋白,、肽和大多數(shù)其它生物分子(寡核苷酸,、碳水化合物、天然產(chǎn)物和脂),，以及異質(zhì)樣品的分析(復雜生物樣品的分析,，比如蛋白水解消化物)。
- 高能的光量子與混入有機基質(zhì)的樣品之間的相互作用,，通常具有低于皮克摩爾的靈敏度。
- 在1988年,，由Tanaka,，Karas和Hillenkamp第一次推出的技術。

快原子轟擊(FAB)
- 軟電離的早期方式,，使用銫離子流,，從溶解在甘油或類似基質(zhì)的樣品噴射出離子。解吸附
- 等離子體解吸附(PD)：核裂解片段與沉積在金屬箔上的固體樣品的相互作用,。
- 次級離子MS(SIMS)：高速離子撞擊沉積在金屬板上薄層樣品,，或包含在液體基質(zhì)的薄層樣品(液體SIMS)。
- 場解吸：對沉積在支撐物上的樣品,，施加高梯度場,。
- 解吸附電噴霧電離(DESI)：像實時直接分析(DART )、大氣壓固體分析探針(ASAP)等緊密相關的技術,，以及其它近來進入市場的技術,，這些技術往往通過在一個表面的二次相互作用得到離子。在DESI中,，帶能液體流對準沉積在平面上的樣品,，在大氣壓下引起二次電離。