质谱分析法在化学分析中的应用

林伟宏 ,郭宁海 ,官宏才

摘要：作为社会发展的基础工作，化学分析检验工作需获得精准的数据及报告，并为后续工作提供重要的理论支撑，也是确保其他工作项目顺利开展的重要基础.化学分析在科研、工程技术、商贸和工业生产过程中必不可少。质谱分析法诞生于20世纪初，是目前化学分析中常用的一种分析方法。20世纪30年代离子光学理论建立之后，质谱分析仪诞生，进而促进了质谱分析法的发展。此后，质谱分析法的应用范围不断拓展，现已广泛应用在化学分析测试当中。对质谱分析法在化学分析中的应用进行研究，既是我们加深对质谱分析法的认知，提高其应用效果的需要，也是推动质谱分析法发展的需要。

关键词：质谱分析法；化学分析；应用

引言

化学分析技术是材料鉴别、定量分析的有效手段，主要通过化学实验，利用色谱技术、重量分析技术、光谱技术、滴定技术等，科学分析物质内部结构、组成及综合性能等各项指标，探究不同物质在化工生产中可能发生的化学反应。其中，色谱技术是目前应用最为广泛的检测分析技术，主要由红外光谱分析仪、原子吸收光谱法、液相色谱法等，检测周期短、所需样品数量少，能够实现物质精准鉴别；重量分析技术主要通过物质密度差异进行检测分析，常用于通用物质分析。与其他检测技术相比，化学分析激素具有准确度高、周期短的优势，且相关技术处于快速发展和高度普及阶段，在化工材料检测中应用较为普遍，能够为企业带来巨大经济效益。

1质谱分析法的应用原理

质谱分析法是借助专业的质谱仪测量化合物的离子质荷比，分析化合物结构的一种方法。分析前，先要对化合物离子化处理，然后依据“不同离子在电场或磁场中运动行为不同”的理论，把化合物中的离子按质荷比分开，最终得到化合物的质谱。再对化合物的质谱中呈现的各种信息进行综合分析，可以得出化合物的化合物结构。

2质谱分析法在化学分析中的应用

2.1电喷雾电离质谱法（ESI-MS）

ESI的原理是脂质溶液通过进样口进入离子源，采用机械力将溶液变为小液滴或气溶胶，喷入电离室进行电离。ESI-MS是通过对比离子强度对脂质进行定量分析的方法。其有以下优点：一是可将离子源用作分离设备，通过有选择地电离一类或一种特定脂质，高效率定量不同种类脂质或单一脂质分子，而无需LC，并可以减少离子抑制；二是灵敏度高于传统的质谱方法，可将检测限从pmol/L降低到nmol/L；三是重现性好。在有内标的情况下，直接进样法（指鸟枪法脂质组学）的重现性可大于95%。基于此，ESI-MS已经成功应用于研究生长、分裂和疾病状态下的细胞脂质组学。ESI-MS法，又名鸟枪法脂质组学，将基于直接进样的ESI-MS脂质测定方法命名为“鸟枪法脂质组学”。当前，鸟枪法脂质组学已成为脂质研究领域应用最广泛的方法之一。该方法的特点是分析物在恒定浓度的溶液中进行脂质的ESI-MS分析。其优点是在恒定浓度下，脂质在ESI中的离子流是恒定的，从而脂质之间的离子峰强度的比率恒定，不会因质谱仪或实验室不同而改变，脂质中各个分子之间以及不同类别的脂质分子之间的离子抑制是恒定的。上述优点使得研究人员能有充足时间来提高质谱信号/噪声比（S/N）。。鸟枪法脂质组学又分为三种方法：串联质谱鸟枪法脂质组学、高质量精度鸟枪法脂质组学和多维质谱鸟枪法脂质组学。

2.2化学试剂和仪器设备的控制

实验室化学试剂和仪器设备是分析检测工作的关键因素。1)分析检测过程中所用的相关化学试剂必需满足检测要求。例如，化学分析中常用到的实验室用水。国家标准将实验用水分为三个级别:一级水、二级水和三级水。每一级别用水适用的化学实验有明确规定:一级水用于有严格要求的分析实验，二级水用于无机痕量分析等实验，三级水用于一般化学分析实验。化学试剂应当分类存放，且存放环境要满足标准要求。在实验分析检测时，需要测定实验空白(试剂空白)，检测人员依据试验空白测定值的大小和离散程度判断化学试剂质量是否满足检测要求，在一定程度上可以反映出实验室专业技术人员的检测技术水平。2)仪器设备是化学分析检测工作的基础设施。确保实验数据准确要做到以下几点:①选用的仪器设备要满足检测要求，仪器设备精密度、测量上下限和基线噪声等参数要在一定范围内;②仪器设备要进行定期维护，并做好相关仪器使用记录和维护记录，发现问题应及时排查及时解决，以确保仪器设备的精准度和灵敏度;③需要有资质的机构对仪器设备做定期检定，以保证其量值的溯源性和有效性。需要指出的是，仪器设备包含实验室常用的普通玻璃器具。

2.3科学识别化学材料内在反应

传统化学分析技术无法准确检测物质化学成分，对此，化工检测人员积极利用新的化学分析技术，精准识别化学材料内在化学成分。例如，可以利用气相色谱法测定多环芳氢类化学反应中产生的各种物质，找出人体致癌和衰老原因。多环芳氢类物质是污染物重要组成，具有累积和隐蔽性特性，微量甚至痕量都会对人体健康造成影响，检测人员采用气相色谱法对其化学反应及反应速度进行检测，使用毛细管柱进行分离，进而快速分解其复杂组织，随后发现，其红外吸收峰几乎没有发生任何变化，而当波数到3346纳米时，随着时间变动，O-H伸缩振动吸收峰呈逐渐递减趋势，这说明该物质是影响人体老化重要因素之一。并且，采用气相色谱法检测多环芳氢类，获取的检测结果具有较高将密度和准确度，便于开展定量和定性分析，也符合当前环境监测及国家标准。或者，利用气相色谱技术科学测定脂肪酸类物质，传统滴定法只能测定溶液中的总混合酸量，无法测量其具体组成成分，采用气相色谱技术，能够快速测出废水中的脂肪酸含量，为有效控制化工生产各个环节和阶段提供依据，取得一定成效，脂肪酸回收率能够达到90%~107%。

3化学分析和仪器分析的发展趋势探析

基于历史原因，我国在基础化学领域发展时间较短，尤其是相较于欧美发达国家，还有更长的路要走，但是随着当前信息化智能化技术快速发展，传统的化学分析更多的要与先进技术进行融合创新，因此化学分析和仪器分析必然朝着信息化智能化方向发展。首先，化学分析是对样品宏观定量的重要基础分析，因此对于仪器依赖性较强，既要加大化学分析的专业化设备，运用强调仪器获取信息的准确性，并为下一步数据分析提供重要的信息来源，并注重化学分析的精细化分类，让专业化设备更广泛的运用在化学分析当中。其次，仪器分析则更加趋向于智能化和网络化方向发展，尽量采用新技术以及新材料，强调机械操作或电子操作代替人工操作，让仪器分析功能更加丰富，尽量避免人为操作失误。另外，随着当前智能网络快速发展，很多实验分析可以通过小型便携设备实现，并通过网络进行传输以及数据查询，可以更多地在食品药品检测、环境监测、生物防治等方面进行运用，极大地拓展了分析化学的应用范围，同时也提升、增加了应用渠道。

4  结语

总之，质谱分析法的灵敏度高、化合物用量低、能准确确定化合物的分子式的优点，现已为广泛应用于化学分析中。另外，要充分发挥计算机技术的优势，将计算机技术渗透质谱分析的关键环节，辅助质谱仪完成更加精确的测定。

参考文献：

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[2]卢海艳,张华,肖义坡,等.组织样品的直接质谱分析及其应用[J].分析测试学报,2017,36(2).