科学仪器学科与技术进展的研究报告
(三)质谱仪及其分析技术的新进展
质谱分析技术是探索物质组分和结构的最有力手段，在引发的物理、化学、生物的一系列科学突破中起着关键作用，所以诺贝尔奖曾于1906、1911、1922、1989、1992和2002年度，授予与质谱仪和质谱分析理论有关的7位科学家。
离子化技术和质量分析器是质谱技术的核心，前者是把待分析样品分子转化为离子，后者是把离子按其质量分离并分别测量它们的数目，构成质谱图。
1.离子化技术的新进展
离子化新技术主要包括电喷雾(Electrospray Ionization, ESI)和基质辅助激光解吸电离(Matrix Assisted Laser Desorption Ionization, MALDI)两项离子化技术。这两项离子化技术、近年来又取得以下重要的进展。
(1)解吸电喷雾电离(DESI)是ESI技术的延伸。溶剂(含少量电介质)流入雾化器的毛细管，喷出的带电雾滴及离子在雾化气的带动下，轰击处于对面的样品靶，将靶上的样品解吸并电离成离子。DESI的最大特点是无需提取、分离等繁杂的样品前处理，而且离子化是在大气压下进行，能在很短的时间内完成样品的分析，灵敏度也很高。DESI的特点使这一技术可在检测爆炸物、化学战剂、毒品等方面得到重要应用。
实时直接分析(DART) 是与DESI类似的离子化技术，它使用激发态氦原子作为离子化试剂，也有很高的灵敏度。
(2)硅表面上解吸电离(DIOS) 是用电化学方法腐蚀硅片，形成多孔(微孔)表面，将样品涂于硅片表面，再置于激光的照射下，可使样品解吸并电离。
MALDI需要使用基质，这些基质产生大量的质谱峰，构成很高的背景，使分析发生困难。DIOS 不使用基质，因而背景十分干净，有利于分析小分子。用DIOS分析药物WIN，得到清晰的质谱图。DIOS 用于分析蛋白质也可提高氨基酸序列的覆盖率。DIOS 还有较高的耐盐性。
最近研究揭示，硅片上刻槽或将金属片腐蚀成多孔，只要槽或孔的尺寸在亚微米级，就具有无基质激光电离的性能。
(3)飞行时间二次离子质谱(TOF—SIMS)的离子源，在提高质量分辨水平方面取得突破进展，最重要的是该技术特别适用于有机物表面分析，大面积成像和有机物深度分析，适合生命科学需求。
2.质量分析器的新进展
质量分析器的研究朝两个方向发展，一是发展新型高分辨率的质量分析器，二是质量分析器的微型化。近年来有以下新进展：
(1)轨道离子阱(Orbitrap) 。其最大特点是无磁场、无高频电场，只用静电场，属静电场离子阱。轨道离子阱的分辨率高达15万，质量测量准确度可优于2 ppm。在制作成本以及运行维持费上，比离子回旋共振质谱低很多。这种质谱仪在药物研究、蛋白质组学和代谢组学等重大研究领域迅速得到广泛应用。
(2)质量分析器微型化。在 Oak Ridge National Laboratory 工作的 Mike Ramsey 和 Bill Whitten 以及在 Nanofabrication Laboratory at Bell Laboratories 工作的 Stanley Pau 3人合作，在25 mm2 的芯片上制作了 256 个微型离子阱阵列。这种微型离子阱可在 10-4 Torr 低真空下工作，可免去使用昂贵的涡轮泵。这种微型质譜仪将来可能进入医生诊所，成为临床诊断的仪器。
3.质谱各种联用技术的进展
Perkin Elmer 2006年推出新一代的Clarus 600 GC/MS，以柱温箱设计为例，提高升温和降温速率，缩短循环时间，提高样品分析效率和仪器投资回报率。其中EI和PCI/NCI的灵敏度指标也处于行业先进水平。
热电公司推出最新四级杆气质联用仪DSQ Ⅱ，配置了最新的离子源和检测系统，定量分析的线性范围超过6个数量级，扫描速度达到11,000amu/sec;组合式傅立叶变换—离子回旋共振质谱仪FTICR—LTQFT Ultra，该仪器质量精确度达到亚ppm级，分辨率超过750,000。
岛津公司推出新一代的GC/MS—QP2010 plus，采用独立加温的高效离子源，大容量排气泵，ODLenS的检测器等技术。
安捷伦科技公司新一代气质联用仪 —— 5975 inert MSD，此系统具有全新的用户界面，可以通过电子方式共享各种应用方法。该系统的推出，使用户可从网上下载分析方法而不用自行创建，从而加快了实验室之间各种方法的转移和标准化。分析工作者还可以利用最新版的软件，将原来的5973系列MSD方法转移到新的5975 inert MSD中。
4. 我国质谱仪研发的进展
我国近几年起步研发和销售通用的质谱仪。东西分析仪器公司已小批量投产GC/MS3100(四极质谱)，国家标准物研究中心正研发MSQ-1000平板直线离子质谱，上海精料与复旦大学联合开发了MS-800ESI-TOFO。上海大学和上海科创色谱公司联合研发成功GC-TOF-MS。这些国产仪器将在食品安全、药检、商检、农林、化工、生命科学等领域得到广泛应用。
质谱技术发展趋势：
(1)向高精密方面发展。
(2)向小型质谱仪发展。在各类质谱中，生物质谱成为有机质谱中最活跃、最具有生命力的前沿研究领域之一。小型质谱主要以四级杆、离子阱和飞行时间质谱为主。广泛地应用于环境、农业、食品、药检、公共安全。各类质谱仪全球市场状况可参考美国SDI公司2006年出版的《实验室生命科学和分析仪器工业市场分析与展望》。
