质谱仪是分离和检测带电物质的质量差异的一类仪器。离子化过程对质谱检测十分关键，只有将分析物变成带电离子并转移到气相中，才能被质谱仪检测到。目前的离子化有ESI、MALDI、APCI和APPI。质谱仪通常由离子源、真空接口、质量分析器和检测器组成。

一、质谱仪与质谱分析

质谱仪是根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按物质原子、分子或分子碎片的质量差异进行分离和检测物质组成的一类仪器。

质谱分析是先将物质离子化,按离子的质荷比分离,然后测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的一种分析方法。

工作原理：质谱仪离子源使试样分子在高真空条件下离子化，分子电离后因接受了过多的能量进一步碎裂成较小质量的多种碎片离子和中性粒子，它们在加速电场作用下获取具有相同能量的平均动能而进入质量分析器，质量分析器将同时进入其中的不同质量的离子，按质荷比m/e大小进行分离，分离后的离子依次进入离子检测器，采集放大离子信号，经计算机处理，绘制成质谱图。

二、结构与功能

质谱仪一般包括进样系统、离子源、质量分析器、离子检测器、真空系统和数据处理系统，其中，以离子源、质量分析器和离子检测器为核心。

1. 进样系统：将样品导入质谱仪。可分为直接进样和通过接口两种方式。

1) 直接进样：在室温和常压下，气态或液态样品可通过一个可调喷口装置以中性流的形式导入离子源。

2) 通过接口技术进样：目前质谱进样系统发展较快的是多种色谱-质谱联用的接口技术，将色谱流出物导入质谱，经离子化后供质谱分析。

2. 离子源：是使样品电离产生带电粒子束的装置，离子源是质谱仪的心脏部分。由于离子化所需要的能量随分子不同差异很大，因此，对于不同的分子应选择不同的电离方法。通常称能给样本较大能量的电离方法为硬电离方法，而给样本较小能量的电离方法为软电离方法，软电离方法适用于易破碎或易电离的样本。

3. 质量分析器：在离子源中产生的不同动能的正离子，在加速器中加速，增加能量后在质量分析器将带电离子根据其质荷比加以分离。

4. 离子检测器：检测器接收和检测分离后的离子，并对其输出信号进行放大。

5. 数据处理系统：运用工作站软件控制样品测定程序，采集数据与计算结果、分析与判断结果、显示和输出质谱图、数据储存与调用等。

6. 真空系统：在质谱仪中凡是有样品分子和离子存在的区域必须处于真空状态，以降低背景和减少离子间或离子与分子间碰撞所产生的干扰，且残余空气中的氧气还会烧坏离子源的灯丝。

三、国产质谱仪准确性对标国际“金标准”

2022年9月，国产质谱仪迎来好消息。由中国计量科学研究院院长方向领衔研制的“液相色谱串联质谱系统”获批我国医疗器械注册证。

该系统主要由液相色谱仪、四极杆—线形离子阱串联质谱仪和配套软件组成，这也是我国首台基于离子阱质谱实现医疗器械注册的自主创新质谱仪器。

质谱仪是按照离子的质荷比不同，分离不同的带电粒子并进行分析的一种精密、高效的多功能分析仪器。它根据带电粒子在电磁场中能够偏转的原理，按原子、分子或分子碎片的质量差异将物质进行分离、检测物质成分。质谱仪应用范围非常广。在食品、环境、临床、药物、国家安全等领域，它都因在分析检测过程中准确的定性和定量能力而备受青睐。近几年，全球市场对质谱仪的需求增长超过10%，中国市场的需求增长率更是远高于这一数字。

然而，长期以来，我国的质谱仪存在核心技术不足、“空心化”现象。“面对我国经济社会发展的需求，迫切需要研发具有自主知识产权的质谱仪器。”方向说。

方向长期从事质谱理论及仪器工程技术和化学、生物测量技术研究，他深知，研发自主可控的质谱仪，关键在于自主研制高水平质量分析器、高效离子源等核心部件和稳定的系统集成。近二十年如一日潜心科研，研发团队实现了多个创新。围绕质谱核心技术创新和整机工程化，团队先后攻克了高水平四极杆质量分析器、离子阱质量分析器、高效离子源、高性能射频高压电源、专用模块化测控系统等多个关键部件和核心技术，突破了可靠性、电磁兼容、电气安全、环境适应性、软件智能化等工程技术难题，实现了系列高可靠关键部件模块和质谱整机的工程化和产业化，整机性能指标达到国内领先水平。

尤其是在离子阱高准确定量方面，团队提出了四极场预分离和气相离子选择性富集新技术，实现目标子离子定向富集，有效降低了离子阱内空间电荷效应，将离子阱质谱仪的定量准确性发展到与国际“金标准”三重四极串联质谱同等水平，同时保持了离子分离富集的巨大优势，兼具优异准确性和灵敏度。

“通俗地说，离子阱体积小，就像一个陷阱一样，把离子给囚禁起来，从而实现对离子的同时捕获、富集和碎裂，而且还可以进行多级碎裂，提升测量准确性。”方向解释。

目前，该仪器已成功应用于系列生物标志物准确测量，入选中国科协2022年度优秀科研仪器案例。业界普遍认为，该仪器的获批，将高端色谱质谱联用仪全面国产化进程向前推进一大步，开辟了我国质谱仪器自主研发整体实力与国产化飞跃发展新局面。

文章来源： 国际在线,楚门的科研，月旭科技（上海）股份有限公司