时间质谱
对时间质谱仪器的探究
摘要：质谱分析仪用来测定有机化学中分子结构和分子量,飞行时间质谱TOFMS ( Time of Flight Mass Spectrometry)以其分析速度快,分析质量范围广而在生命科学,分析化学等领域得到了广泛的应用。本文主要从时间质谱仪的构造，原理，发展历程、应用、发展趋势以及前景进行了探讨。
关键词：飞行时间质谱、联用技术、生物分析、基因工程、生命科学、药物代谢
正文：飞行时间质谱仪(time of flight mass spectrometry ,TOF-MS) 早在1955 年就商品化了,在1960 年代曾得到广泛应用,但是不久即
被分辨率和灵敏度更高的扇形磁场质谱仪和四极质谱仪所取代。其主要原因是分辨率低,缺乏在微秒级范围内记录和处理数据的技术。二次世界大战后,随着近代物理学、电子学、计算机、真空和机械加工等技术的进步,TOF-MS无论在性能上还是功能上都取得显著的进步。近年来空间聚焦、反射镜和垂直加速技术的发展使得飞行时间质谱的分辨率已经可以达到55000 ,而且数据采集速率也可高达4G/s。尤其值得注意的是由于基质辅助激光解吸离子化技术
(matrix-assistedlaser desorption ionization ,MALDI) 和电喷雾电离技术(electrospray ionization ,ESI) 的出现,使“古老”的飞行时间质谱仪得到了新生。以TOF-MS 技术搭建的分析平台分析速度快、灵敏度高和质量范围宽被广泛地应用于多肽、核酸、多糖等生物大分子的分子质量的测定、药物筛选、蛋白质的序列测定以及高分子
化合物的分子质量分布和末基端分析等。
TOFMS的主要构造及基本原理：
TOF - MS一般由离子源、飞行时间质量分析器、检测器、高真空系统及信号记录与处理系统等部分组成，其工作原理如下所示
TOF-MS 分析方法的原理非常简单。样品在离子源中离子化后即被电场加速，假设离子在电场方向上初始位移和初速度都为零，所带电荷数为q，质量数为m, 加速电场的电势差为V, 则加速后其动能应为：m v2 / 2= qe V (1)其中，v 为离子在电场方向上的速度。离子以此速度穿过负极板上的栅条，飞向检测器。离子从负极板到达检测器的飞行时间t，就是TOFMS进行质量分析的判据。在传统的线性TOFMS，离子沿直线飞行到达检测器；而在反射型TOFMS 中，离子经过多电极组成的反射器后反向飞行到达检测器，后者在分辨率方面优于前者。
飞行时间质谱的性能特点
(1)质量范围宽: TOF - MS从理论上讲,没有质量分析的上限,只是由
于高质量离子飞行速度慢,检测器对其响应不足及数据存储记忆有限等原因,使其实际分析质量范围受到限制, 但仍可达300 000 Da, 远大于四极杆和离子阱等质谱仪。
(2)分析速度快: TOF - MS作为脉冲型质量分析仪数据采集速度非常快,最高能达4 G/ s,近年来出现的超高效液相色谱技术(UPLC) ,使其与TOF相连后可使分析物的保留时间和色谱峰的宽度大为缩短,进一
步提高了样品分析速度。
( 3)分辨率高:TOF - MS属于高分辨质谱,其分辨率可达55 000,因此,可测出分子量小数点后第4位,可直接进行元素组成分析,算出分子式,而四极杆和离子阱等属于低分辨质谱,只能测出化合物的整数分子量,无法进行元素组成分析。
( 4)质量准确度高: TOF- MS全扫描方式检测的离子质量准确度要比一般质谱高100倍以上,精确质量测定时其精度可达5ppm,甚至更低。而四极杆等质谱由于受到仪器精度的限制,只能达半数质量。
(5)灵敏度高: TOF -MS的检测器可同时检测出全质量范围的离子,并且利用四极杆聚焦保证了最大的离子传输率,大大提高了其灵敏度。在fmol进样量下,选择离子扫描方式灵敏度要比四极杆等质谱低,但
在全质量扫描方式下远高于四极杆等质谱仪。
TOF-MS 技术及应用的发展历程
以离子的飞行时间作为判据进行质量分析的创意，是Stephensen 在1946 年提出来的。最初设计的是线性TOFMS。离子的飞行时间与其质量的平方根成正比。与其他类型的质谱仪相比，这种设计具有两个
突出的优点：(1)到达检测器的所有离子都能在一张图谱中显示出来，而不需要进行任何电压或电流的扫描, 这使快速测定成为可能，同时对被测对象没有质量数的限制；(2)离子运动中没有经过筛选，从而使离子源产生的离子绝大多数都可到达检测器，即离子传输效率很高，使高灵敏度成为可能。不过由此可能带来如下问题：离子在进入飞行区时的初始条件不可能完全一致，其产生的位置、时间、初始动能及初始速度方向的差异，都会造成飞行时间的延长或缩短。导致质谱峰扩宽，分辨率下降。很长一段时间，分辨率低成了阻碍飞行时间质谱技术发展的主要因素。此外时间信号的接收与处理技术落后也影响了TOFMS 的应用。
20 世纪80 年代中期以后生命科学的兴起和新药合成的迅速发
展急需相应的质谱分析方法。传统的质谱方法在解决此类分析时面临两大困难：1)少部分有机或大部分生物大分子样品用传统的电子或表面轰击的方式进行离子化，得不到谱图； 2) 分析这些物质，利用一般的质谱仪，灵敏度满足不了要求，而且对于质量巨大的分子，需要极高强度的磁场或电场。人们开始重新关注TOFMS。TOF-MS不必采用高强电场或磁场，加上各种大分子离子化方法相继诞生,所以它在有机、生物、药学及簇物理学的领域的应用就成为一种必然。由于其每秒钟可以产生多达上万张的质谱图，也使其在工业生产的过程控制和在线监测方面的应用成为可能。因此，TOFMS 技术在沉寂数十年以后又表现出巨大的生机。20世纪90年代TOF-MS的应用开始活跃。在生物学领域，各种MS-MS 联用技术使得分析内容不仅仅限于分子量的测
定，而更倾向于分子的结构信息：氨基酸序列、糖基化位置等的确定。在基因组和蛋白组学的研究中，TOFMS的地位举足轻重；在分析化学领域，TOFMS可以做GC或LC或毛细管电泳的检测器;在工业生产中，TOFMS 可作为工艺过程控制的分析技术；在原子和分子物理学领域，TOFMS 可用于单分子和簇分子(或离子)反应动力学研究；在材料科学领域，TOF-MS可用来做陶瓷、半导体、特种合金、聚酯等材料的表面成分分析，研究表面物理化学变化过程；TOFMS与多种其他分析技术的联用也成为科学研究中的常用手段。单从质量分辨率来看，50 多年以前Cameron 等人报道的第一台成型的飞行时间质谱仪的分辨率
仅有2左右;采用激光辅助的反射型TOF-MS的分辨率可达35000之高；而目前空间聚焦、反射镜和垂直加速技术的发展使得飞行时间质谱的分辨率已经可以达到55000。
飞行时间质谱分析技术的应用
TOF-MS因其质量范围宽、分析速度快、分辨率和灵敏度高等优点,已广泛应用于药物筛选和药物代谢、中药成份分析以及多糖、多肽、蛋白质等小分子和生物大分子领域。
一、在化合物精确质量测定中的应用通过TOF- MS进行准确质量测定在化合物元素组成分析,尤其是串联质谱碎片离子分析中,越来越
成为一种强有力的工具。例如分子量是28的化合物究竟是N2、CO、C2H4 还是其他? 这种情况下采用具有高分辨率性能的TOF - MS技术能够准确测得化合物小数点后4位小数,可对整数质量相同的组分做进一步
的鉴定,进而消除非准确质量测定出现的假阳性结果,大大增强测定
结果的可信度。理论上讲如果某一化合物的质量数测量得足够准确,那么就能推断出一个唯一的元素组成(即分子式) ,因此,《美国化学会志》要求“分子量低于1 000的物质,其测量质量与计算质量的误差应在5 ppm以内”。目前市场上出现的TOF - MS的质量误差可小于3 ppm, 能更好的对有机小分子化合物和生物大分子进行准确质量测定和元
素组成分析。
二、在药物代谢产物鉴定上的应用药物在机体内的代谢主要包括吸收、分布、转化和排泄等过程,其中药物及其在各种复杂基质(血液、尿液、胆汁及生物组织)中代谢产物的分离、结构鉴定及痕量分析在新药研发中具有重要作用。目前,代谢产物结构鉴定主要利用串联质谱技术,而串联四极杆等质谱没有足够的质量准确度,不能给出母离
子和子离子的元素组成,因此,用于结构鉴定时不够准确,因为同分异构体以及其它代谢产物可能产生结构不同但质量相同的母离子,导致子离子谱的重叠。四极杆与TOF - MS串联则可以精确测定母体药物或代谢产物以及由碰撞诱导解离(CID)产生的碎片离子的准确质量,从
而获得其元素组成,进一步通过结构解析软件可以获得母体药物或代谢产物产生的碎片离子的化学结构,综合元素组成以及化学结构方面的信息进而得出具体的代谢产物。
三、在中药成分分析上的应用中药是一个非常复杂的体系,含有的化学成分往往种类众多、结构复杂、含量较低,相当一部分稳定性还差。采用常规方法鉴定中药的活性成分,需进行大量的提取、分离、纯化后,再进行四大光谱测定,确定化学结构,往往因信息量少等原因
分离不到感兴趣的化合物,而且整个过程耗时长、繁琐、目的性差。采用色谱质谱联用技术,先经过LC分离,再进行多级质谱检测,具有高效快速、灵敏度高、只需简单预处理样品等优点。利用TOF - MS技术还可以获得更多的化学信息,包括各种组分及其多级碎片离子的准确分子质量、元素组成以及对应的化学结构等,尤其适用于含量少、不宜分离或在分离过程中容易发生变化或损失的成分分析,使传统中药检测方法中容易被忽略的微量或痕量成分很容易被检测到,并通过大量的化学结构信息对其进行定性。
四、在代谢组学上的应用代谢组学是研究一个细胞、组织或器官中所有小分子代谢组分(MW < 1KD)集合的科学,反映细胞、组织或器官在外界刺激或遗传修饰下代谢应答的变化。进行代谢组学研究首先要采集生物样品(如尿液、血液、组织、细胞和培养液等) ,并进行生物反应灭活、预处理,而后运用核磁共振(NMR) 、色谱、质谱等方法检测其中代谢物的种类、含量、状态及其变化,得到代谢图谱,最后用多变量数据分析方法研究相关代谢物变化涉及的代谢途径和变化规律,并阐述生物体对相应刺激的响应机制、发现生物标记物。相对于NRM 灵敏度低、检测动态范围窄等弱点, TOF - MS具有高灵敏度和高分辨率的优势,并可对多个化合物同时进行快速分析与鉴定。因此, TOF - MS在代谢组学领域得到越来越广泛的应用。
五、在蛋白质组学上的应用蛋白质组学( p ro2teomics)主要研究蛋白质的特性,包括蛋白质表达水平、氨基酸序列、翻译后加工和蛋白质相互作用等,在蛋白质水平上了解细胞的各项功能、各种生理生
化过程以及疾病的病理过程等。目前蛋白质组研究主要包括蛋白质分离、鉴定、相互作用及作用方式研究等。其中,蛋白质鉴定技术对了解蛋白质的真正结构和功能是必不可少的步骤,目前常用的蛋白质鉴定技术有双向凝胶电泳技术、同位素标记亲和标签技术( ICAT) 、TOF - MS技术等,其中TOF-MS与MALDI电离源的成功结合,为分析多肽、蛋白质等生物大分子提供了便利,并广泛应用与多肽和蛋白质质量准确测定、纯度测定、肽质量指纹图和一级结构确证等方面,为蛋白质组作图、蛋白质组成分鉴定、蛋白质组数据库构建、新型蛋白质发掘、蛋白质差异显示、同功体比较等提供了新的快捷手段。
飞行时间质谱仪的发展趋势
【1】超高分辨高灵敏度仪器为解决多肽、蛋白、寡糖、DNA测序等生命科学领域中的前沿分析课题,需要发展特殊电离技术以及超高分辨、高灵敏度、大质量范围、多级串联的高档飞行时间质谱仪。MALD I与ESI等离子源与高分辨飞行时间质谱仪器联用是近年来应用于生
化新药和基因工程药物分析研究领域中的重要方法。MALD I在高真空中离子化并直接得到检测,灵敏度高,然而其电离机理复杂。ESI在大气压下离子化,但离子要从大气中引入真空,灵敏度较低,因此发展高效的真空接口成为重要的课题。
【2】小型台式仪器现在TOFMS已经在药物开发、基因排序和蛋白质研究中发挥重要作用。将来可能用于地铁、火箭和医生办公室,用来检验化学和生物的战剂,监测室内和宇宙空间站的空气质量,成为
诊断仪器,用于器官移植的快速DNA分析,从不同蛋白质表达中估计疾
病或从抗原分辨特种烈性传染病,这就需要发展小型化,对使用者友好及引入正在发展中的先进技术的综合型仪器。
TOFMS的应用前景
TOFMS分析技术的优越性在于其高灵敏度、大质量范围和极快的检测速度。可以预见，在21世纪的生命科学、原子与分子物理学、表面物理学、聚合物物理和化学、材料科学、分析化学和生态学领域的发展中，TOFMS 都将发挥重要的作用。TOFMS 在材料中多种痕量元素的同时分析、工业生产监控和自动化、生物制品质量监控、与气相色谱、液相色谱、电泳、离子阱及其它质谱联用用于复杂体系分离分析等技术将成为研究和应用的热点。
总结：通过查阅文献，我对飞行时间质谱仪有了进一步的了解，对于他的结构和工作原理有了进一步的认识，近几年科学的进步促进了时间质谱技术的进步，我相信，在不久的将来，飞行时间质谱仪会在人们的生产和生活上做出更大的贡献！我知道自己要学习的还有很多，这次的论文还不是很完善，但是，我会在以后的学习和生活中关注分析仪器的发展，争取将来在工作中为社会和国家做出属于自己的贡献！
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编制说明-飞行时间质谱校准规范-v12
国家计量技术规范规程制修订 《飞行时间质谱仪校准规范》 （报批稿） 编写说明 中国计量科学研究院 广东省计量科学研究院 南京市计量监督检测院 2013年5月
《飞行时间质谱仪校准规范》（报批稿） 编写说明 一、任务来源 根据国家质量监督检验检疫总局2009年国家计量技术法规计划（国质检量函〔2009〕393号）立项，由中国计量科学研究院、广东省计量科学研究院和南京市计量监督检测院共同承担《飞行时间质谱仪校准规范》的制定工作。 二、规范制定的必要性 飞行时间质谱仪是一种高分辨质谱仪，这类仪器的质量分析器是一个离子漂移管。由离子源产生的离子加速后进入无场漂移管，并以恒定速度飞向离子接收器。离子质量越大，到达接收器所用时间越长，离子质量越小，到达接收器所用时间越短，根据这一原理，可以把不同质量的离子按质荷比的大小进行分离。与高端的傅立叶变换离子回旋共振质谱仪、离子阱静电场轨道阱质谱仪相比，飞行时间质谱仪具有可检测的分子量范围大，扫描速度快，仪器结构简单，价格便宜等优势。近年来随着蛋白质组学和代谢组学的发展，各实验室飞行时间质谱仪的数量迅速增加，这些仪器除了被用于基础科研外，还被广泛地用于样品检测。据不完全统计，各个检测和校准实验室每年使用飞行时间质谱仪出具的报告数量达到1000份以上。根据《ISO/IEC 17025:2005 检测和校准实验室能力的通用要求》，检测校准实验中使用的分析设备都应当经过检定或校准，以保证仪器的准确性和测定结果的可溯源性，从而保证各个检测和校准实验室在不同时间、不同地点测定结果的准确、可比。飞行时间质谱仪由于没有检定规程或者校准规范，无法对仪器进行检定校准，已经成为当前实验室认可工作中的瓶颈之一。通过制定飞行时间质谱仪校准规范，实现仪器的校准，可以保证我国飞行时间质谱仪出具检测报告的准确有效，保护人民大众的健康，保证国际贸易的公平。 三、《飞行时间质谱仪校准规范》的制定过程 1、2008年4月28日，起草小组向主要飞行时间质谱仪生产厂家安捷伦、沃特斯、布鲁克、AB和岛津公司发函，要求其提供各自生产的各种型号的飞行时间质谱仪的质量数范围、质量准确度、信噪比、分辨力、质量数漂移、校准品等信息，作为规范制定时的参考。随后，各个厂家相继返回相应信息。
液相色谱-四极杆飞行时间质谱联用(HPLC-QTOF)
液相色谱-四极杆/飞行时间质谱联用（HPLC-QTOF） 一、开机 1.打开计算机，LAN Switch电源。 2.打开液相各个模块电源，打开质谱前面的电源开关，等待大约两分钟，当听到第二声溶剂阀切换的声音(表明质谱自检完成)后，仪器可以联机。 3.在计算机桌面上双击MassHunter采集软件图标，进入MassHunter工作站。 4.如果MassHunter工作站在之前曾经打开和关闭过，请确认在再次打开工作站之前，关闭MassHunter所有的进程；双击桌面上的图标，在弹出的窗口点击Shut Down，等待所有的Status都变为Terminated后，点击Close。然后再打开MassHunter工作站。注意：在MassHunter采集软件关闭后，再次打开之前，必须执行上面的操作，否则无法进入采集软件。 5. 点击Standby按钮，检查前级真空（典型值应≤2.5Torr）和高真空，等到高真空≤2×10-6Torr后，关闭工作站。 6. 进入仪器诊断软件界面，在菜单上选择Connection > Connect，输入IP地址 192.168.254.12，点击OK。 根据不同的情况，选择不同的Condition HV的模式。0.6 Hour Cycle (Quick Vent) 适用于Q-TOF短暂关机后的Condition，比如更换泵油，短时间停电等。2 Hour Cycle (Optics Service) 适用于对Q-TOF关机，进行简单维护后的Condition，比如清洗毖绅管等。8 Hour Cycle (TOF Service) 适用于对Q-TOF关机，进行比较长时间的维修后的Condtion，比如仪器出现故障后Agilent工程师上门维修后再次开机。13 Hour Cycle (Installation) 适用于Q-TOF安装时第一次开机后的Condtion；当者是比如长假关机后再次开机。 7. 标签栏显示Instrument ON/OFF界面，点击Condition HV。 8. 当Condition HV结束后，在File菜单上选择Connection > Disconnect，关闭TOF Diagnostics软件。 9. 重新进入MassHunter工作站。 二、调谐和校正
飞行时间质谱系统产品技术要求
飞行时间质谱系统 本产品由主机和计算机（含分析软件）组成，其中主机主要由激光器、质量检测器、靶板、真空泵组和开关电源组成。 飞行时间质谱系统Clin-ToF-Ⅱ通过检测生物大分子的分子量，使用蛋白指纹图谱技术，用于对口腔分离的乳酸杆菌、变异链球菌以及白色念珠菌的鉴定。 1.1 产品名称 本仪器全称为飞行时间质谱系统（Clin-ToF-Ⅱ） 1.2 产品型号 1.3 产品结构组成 由主机和计算机（含分析软件）组成，其中主机主要由激光器、质量检测器、靶板、真空泵组和开关电源组成。 2.1外观 外壳应表面整洁，色泽均匀，无伤斑，裂纹等缺陷； 文字和标志应清晰可见；各指示或显示装置应准确清晰； 塑料件应无起泡、开裂、变形以及灌注物溢出现象； 控制和调节机构应灵活可靠，紧固部位应无松动。 2.2技术参数(性能要求) 2.2.1质量测量范围 质谱仪检测离子的质荷比范围为1540Da ～16950Da 。 2.2.2准确度 2.2.2.1内标法 以参考品B完成校对后，参考品A、C的质量漂移应在800ppm内；以参考品D完成校对后，参考品E的质量漂移应在1500ppm内；以参考品F完成校对后，参考品G的质量漂移应在800ppm内。 2.2.2.2外标法 参考品A、B、C、D、E、F、G分别点在靶板上邻近的两点，以其中一点的参考品进行校对，另一点内的参考品质量漂移应在1500ppm内。 2.2.3灵敏度 表示质谱仪在一定信噪比下能够出峰的所需样品量。浓度为10 fmol/μl 的参考品A、浓度为20 fmol/μl的参考品B、浓度为2pmol/μl的参考 品C、浓度为5pmol/μl的参考品D、浓度为10pmol/μl的参考品E条件下，检测参考品A、B、C、D、E，应有信噪比 (S/N) ＞3的出峰。 2.2.4分辨率 50 < 分辨率 < 3500。 2.2.5重复性 检测参考品A、B、C、D、E物质，重复15次实验，CV＜1%。 2.3系统功能
飞行时间质谱
飞行时间质谱技术及发展 前言：质谱分析是现代物理与化学领域使用的极为重要的工具。目前日益广泛的应用于原子能，石油以及化工，电子，医药等工业生产部门，农业科学研究部门及物理电子与粒子物理，地质学，有机，生物，无机，临床化学，考古，环境监测，空间探索等领域[1]。飞行时间质谱飞行时间质谱仪较其他质谱仪具有灵敏度好、分辨率高、分析速度快、质量检测上限只受离子检测器限制等优点，再配合电喷雾离子源基体辅助激光解析离子源[2]大气压化学电离源等离子源，使之成为当今最有发展前景的质谱仪。飞行时间质谱已用于研究许多国际最前沿的热点问题，是基因及基因组学、蛋白质及蛋白质组学、生物化学、医药学以及病毒学等领域中不可替代的有力工具，例如肽和蛋白分析、细菌分析、药物的裂解研究以及病毒检测。特别是在大通量、分析速度要求快的生物大分子分析中，飞行时间质谱成为唯一可以实现的分析手段，例如与激光离子源联用或作为二维气相色谱的检测器等。本文将介绍飞行时间质谱的基本原理、技术及仪器的发展历程。力求对该仪器技术有一个较清楚的认识，并对今后相关的研究工作提供建设性帮助。 1.飞行时间质谱的工作原理：TOF-MS分析方法的原理非常简单。这种质谱仪的 质量分析器是一个离子漂移管。样品在离子源中离子化后即被电场加速，由离子源产生的离子加速后进入无场漂移管，并以恒定速度飞向离子接收器，假设离子在电场方向上初始位移和初速度都为零，所带电荷数为q，质量数为m, 加速电场的电势差为V, 则加速后其动能应为： m v2 / 2= qe V 其中，v 为离子在电场方向上的速度。 离子以此速度穿过负极板上的栅条，飞向检测器。离子从负极板到达检测器的飞行时间t，就是TOFMS 进行质量分析的判据。在传统的线性TOFMS，离子沿直线飞行到达检测器；而在反射型TOFMS 中，离子经过多电极组成的反射器后反向飞行到达检测器，后者在分辨率方面优于前者。 2.飞行时间质谱的发展： 由于存在初始能量分散的问题，提高飞行时间质谱分辨率一直是研究者和仪器制造上努力的目标。仪器技术的进展也主要围绕这一目标进行。 2.1离子化技术的发展：最初TOFMS采用电子轰击的方法进行离子化。由电子枪产生的电子电离样品分子使其离解为离子，经加速形成离子束进入飞行区。这种方法可用于气、固、液体样品的分析。其缺点是：1)离子化时间较长，和一般离子的飞行时间数量级相近，容易引起大的误差；2)电子的电离及其进样方式，难以进行大分子样品的分析。目前这种离子化方式多用于小分子的分析。而新的电子发生方式如激光电子枪开始出现。后来脉冲离子发生器应用逐步广泛。用于固体或液体样品的重离子轰击、等离子体解吸(PDMS)及二次离子质谱(SIMS)属于此列。目前脉冲激光技术应用最广，包括激光解吸(LD)、共振激光离子化(RI)、共振加强单多光子离子化（RES/MPI）以及生化分析中常用的基质辅助激光解吸[4] (MALDI))等，适用于不同样品的分析。例如共振激光离子化可用于痕量金属元素的分析[3]。REMPI 则擅长复杂有机物的选择性离子化；MALDI的优点在于：1）可获得高的灵敏度，甚至能检测到离子化区的几个原子；2）对于热不稳定的生物大分子可实现无碎片离子化；3）对固体、液体表面分析，可以很好地控制离子化的位置或深度样品，分析时间大大缩短；4）可以与不同的离子化方式相结合。为解决多肽、蛋白、寡糖、DNA测序等生命科学领域中的前沿分析课题，需要发展特殊电离技术以及超高分辨、高灵敏度、大质量范围、多级串联的高档
飞行时间质谱TOF原理(英文)
This analyser is commonly called the TOF. The TOF is used in single MS systems, with an LC introduction, with a GC introduction, or with MALDI ionisation. In MS/MS configuration, the TOF is associated to a quadrupole (QTof), or to another TOF (TOF-TOF) or to an Ion Trap (QIT/TOF). Principle of the time of flight analyser:In a Time–Of–Flight (TOF) mass spectrometer, ions formed in an ion source are extracted and accelerated to a high velocity by an electric field into an analyser consisting of a long straight ‘drift tube’. The ions pass along the tube until they reach a detector. After the initial acceleration phase, the velocity reached by an ion is inversely proportional to its mass (strictly, inversely proportional to the square root of its m/z value). Since the distance from the ion origin to the detector is fixed, the time taken for an ion to traverse the analyser in a straight line is inversely proportional to its velocity and hence proportional to its mass (strictly, proportional to the square root of its m/z value). Thus, each m/z value has its characteristic time–of–flight from the source to the detector. Time of Flight equations:The first step is acceleration through an electric field (E volts). With the usual nomenclature (m = mass, z = number of charges on an ion, e = the charge on an electron, v = the final velocity reached on acceleration), the kinetic energy (mv /2) of the ion is given by equation (1). mv /2 = z.e.E(1) Equation (2) follows by simple rearrangement. v = (2z.e.E/m)1/2(2) If the distance from the ion source to the detector is d, then the time (t) taken for an ion to traverse the drift tube is given by equation (3). t = d/v = d/(2z.e.E/m)1/2 = d.[(m/z)/(2e.E)] 1/2(3) In equation (3), d is fixed, E is held constant in the instrument and e is a universal constant. Thus, the flight time of an ion t is directly proportional to the square root of m/z (equation 4). t = (m/z) 1/2 x a constant(4) Equation (4) shows that an ion of m/z 100 will take twice as long to reach the detector as an ion of m/z 25: going through the reflectron, the dispersion of ions of the same m/z value is minimized, leading to a great improvement of resolution
快速气相色谱 飞行时间质谱联用仪
iTOFMS-1G/2G宣传稿 全二维气相色谱-飞行时间质谱联用仪GCxGC –TOFMS（iTOFMS-2G） 快速气相色谱-飞行时间质谱联用仪 Fast GC-TOFMS（iTOFMS-1G） 厦门质谱仪器仪表有限公司 2014年5月1日
一、介绍 厦门质谱仪器仪表有限公司（简称厦门质谱公司）传承了厦门大学三十余年质谱技术的研究经验与成果，曾研发成功国内首台高分辨率电喷雾离子源飞行时间质谱仪，是国内一家专注于飞行时间质谱器技术研发与生产的新兴企业。 iTOFMS-G系列是中国首款具有完全自主产权的商品化小型台式气相色谱-飞行时间质谱联用仪。它具有高分辨、高灵敏度和高采集速度的优异功能，实现了与全二维气相色谱/快速气相色谱的完美对接。iTOFMS-G的诞生代表了国产质谱进军通用型高端质谱仪器迈出了重要一步。 ●全二维气相色谱-飞行时间质谱联用技术（Comprehensive Two-dimensional Gas Chromatography-Time of Flight Mass Spectrometry, GCxGC TOFMS）是近十年以来，国际上发展最迅猛的色质联用技术之一，是色谱-质谱联用技术发展的一个最新趋势。相比于常规气质联用具有高通量、高分离度和高灵敏度等显著优势，是解决复杂体系中全组分和痕量组分分析的最佳方案，逐渐成为石油化工、香精香料、烟草酒业、食品安全、环境监测和中药鉴定等领域的必备分析仪器。 图1 GCxGC-TOFMS（iTOFMS-2G）的实物外观图 ●快速气相色谱-飞行时间质谱联用技术（Fast Gas Chromatography-Time of Flight
飞行时间质谱精确定标的方法
飞行时间质谱精确定标的方法利用飞行时间质谱(TOF)探测得到的数据文件截图如下面左图，导入Origin里如右图： 行号即为横坐标，代表飞行时间，每一行数值代表质谱图中相应点的信号强度，如下图： 我们用工具选取一个已知峰的信号，如水(H2O)，见下图，图中显示出该点行号为8642，信号强度为5855：
因为我们已知这个峰代表水(H2O)，那么就可以将飞行时间与质量对应起来。 首先我们要了解，质谱探测得到的信号所代表的是这个物种(H2O)的同位素峰([1]H2[16]O)，那么它的质量就不是平均分子量，而是由确定组成的核素相加得到的质量。 其次我们要了解，由于我们使用的是真空紫外光电离，那么形成的离子应该只带一个正电荷。 因此，质谱探测到的信号实际上是带一个正电荷的阳离子([1]H2[16]O+)。 我们使用下面这个软件来查询相应的m/z值，Measured mass表示质量数，Tolerence表示误差，单位为毫道尔顿，Charge on Molecule表示粒子所带电荷数，下图中的设置表示我们要查询质量数范围为[17.500, 18.500]，带1个正电荷的粒子的可能分子式及其精确质量：
结果给出[1]H2[16]O+的精确质量为18.010016。 将上表拷入Origin中，并做图拟合，步骤如下：
显示下图结果： 将结果粘贴于下表，A、B、C即为定标公式的参数，其含义为m/z=A+B*row+C*row^2： 可自行设计表格，将目标峰的横坐标转化为精确质量数m/z。
Q&A: 1行号究竟代表多少飞行时间？ 一行代表2ns，如行号5000，代表飞行时间10000ns。 这是通过P7888数据采集卡附带的采集软件MCDWin设置的，可以更改。 2怎么定更精确、更大范围的质量？ 本例只提供了定标方法，对于更精确、更大范围的质量定标，就要提供更多的数据点来拟合。可以通过如下两种途径： 2.1选取一个产物较多的质谱，利用已定好标的公式，计算相应产物或碎片峰的质量， 猜测其真实分子式，并将分子式与其实际质量添加入飞行时间-质量对应表中，重 新拟合得到更精确的定标公式。 2.2若大质量产物的分子式不容易猜测，那么通入少量大质量标准样品进行定标。大质 量标准样品推荐芳香烃化合物，比如萘、蒽、菲等，不推荐使用脂肪烃，进入腔 体后非常不易挥发。 3怎么做横坐标为质量数的质谱图？ 按下列步骤： 3.1在数据列左侧插入两列： 3.2将第一列填充为行号：
飞行时间质谱仪
河南师范大学 光 谱 分 析 论 文 专业：新联物理 年级：2011级 学号：11020274003 姓名：王冉
飞行时间质谱仪 质谱仪（Mass spectrometry）是对电离的原子、分子以及分子的碎片进行测量。质谱仪有磁式、四电极的与飞行时间的等多种类型。按照带电粒子在磁场或电场中的飘移，或他们移动能量来确定它们的荷质比。 在激光质谱检测中最常用的是四级质谱仪与飞行时间质谱仪Time of Flight Mass Spectrometer (TOF)，尤其是飞行时间质谱仪。飞行时间质谱仪是一种很常用的质谱仪。这种质谱仪的质量分析器是一个离子漂移管。由离子源产生的离子加速后进入无场漂移管，并以恒定速度飞向离子接收器。离子质量越大，到达接收器所用时间越长，离子质量越小，到达接收器所用时间越短，根据这一原理，可以把不同质量的离子按m/z值大小进行分离。 飞行时间质谱仪发展史：1948年A1E1Cameron和D1F1Eggers研制出世界上第一台飞行时间质谱仪实验样机,其直线飞行管长达10m,分辨率却不到5。初期由于质量分辨本领很低,很长时间未得到推广应用,但研究工作一直持续不断。值得注意的进展是1955年W1C1Wiley和I1H1Mclaren从理论上探讨限制TOFMS分辨率的两个主要因素,即初始空间分散和初始能量分散,并通过新型离子枪,双场加速和延迟引出的方法,将直线式飞行时间质谱仪的分辨率提高到300。但此后的20年,TOFMS的发展一直处于低谷,其分辨率在几百之内。直到1973年B1A1Marmylin引入静电反射器制成反射式飞行时间质谱仪,用离子
飞行时间质谱仪
河南师大学 光 谱 分 析 论 文
专业：新联物理 年级：2011级 学号：11020274003 ：王冉 飞行时间质谱仪 质谱仪（Mass spectrometry）是对电离的原子、分子以及分子的碎片进行测量。质谱仪有磁式、四电极的与飞行时间的等多种类型。按照带电粒子在磁场或电场中的飘移，或他们移动能量来确定它们的荷质比。 在激光质谱检测中最常用的是四级质谱仪与飞行时间质谱仪Time of Flight Mass Spectrometer (TOF)，尤其是飞行时间质谱仪。飞行时间质谱仪是一种很常用的质谱仪。这种质谱仪的质量分析器是一个离子漂移管。由离子源产生的离子加速后进入无场漂移管，并以恒定速度飞向离子接收器。离子质量越大，到达接收器所用时间越长，离子质量越小，到达接收器所用时间越短，根据这一原理，可以把不同质量的离子按m/z值大小进行分离。
飞行时间质谱仪发展史：1948年A1E1Cameron和D1F1Eggers 研制出世界上第一台飞行时间质谱仪实验样机,其直线飞行管长达10m,分辨率却不到5。初期由于质量分辨本领很低,很长时间未得到推广应用,但研究工作一直持续不断。值得注意的进展是1955年W1C1Wiley和I1H1Mclaren从理论上探讨限制TOFMS分辨率的两个主要因素,即初始空间分散和初始能量分散,并通过新型离子枪,双场加速和延迟引出的方法,将直线式飞行时间质谱仪的分辨率提高到300。但此后的20年,TOFMS的发展一直处于低谷,其分辨率在几百之。直到1973年B1A1Marmylin引入静电反射器制成反射式飞行时间质谱仪,用离子反射器抵消同一质荷比不同初始能量的离子飞行时间的分散,使得TOFMS的分辨率有较大突破达到3000。另一项重要的革新则是1987年发明的垂直引入技术,不仅提高离子传输效率还为各种离子源与飞行时间分析器相联提供一个通用接口。此后伴随着快电子技术、大面积检测器技术、计算机技术和机械加工工艺的不断进步,TOFMS的性能也不断提高。1998年A1F1Dodonov等设计一台垂直引入反射式TOFMS,其质量分辨率达到20000以上。该技术的出现使TOFMS进 入一个前所未有的快速发展阶段。 在飞行时间质谱仪里，以往多采用单场推斥脉冲，但现在多采用双推斥脉冲。采用双推斥脉冲可以保证不增加离子的空间分散和能量分散，这对提高仪器的分辨率非常重要。使用正负双推斥脉冲就相当于把原有的脉冲峰峰值增加了一倍，可以克服传统的单脉冲在提高脉冲
飞行时间质谱系统产品技术要求yixinbochuang
飞行时间质谱系统 适用范围：飞行时间质谱系统Clin-ToF-Ⅱ通过检测生物大分子的分子量，使用蛋白指纹图谱技术，用于对口腔分离的乳酸杆菌、变异链球菌以及白色念珠菌的鉴定。 1.1 产品名称 本仪器全称为飞行时间质谱系统（Clin-ToF-Ⅱ） 1.2 产品型号 1.3 产品结构组成 由主机和计算机（含分析软件）组成，其中主机主要由激光器、质量检测器、靶板、真空泵组和开关电源组成。 2.1外观 外壳应表面整洁，色泽均匀，无伤斑，裂纹等缺陷； 文字和标志应清晰可见；各指示或显示装置应准确清晰； 塑料件应无起泡、开裂、变形以及灌注物溢出现象； 控制和调节机构应灵活可靠，紧固部位应无松动。 2.2技术参数(性能要求) 2.2.1质量测量范围 质谱仪检测离子的质荷比范围为1540Da ～16950Da 。 2.2.2准确度
2.2.2.1内标法 以参考品B完成校对后，参考品A、C的质量漂移应在800ppm内；以参考品D完成校对后，参考品E的质量漂移应在1500ppm内；以参考品F完成校对后，参考品G的质量漂移应在800ppm内。 2.2.2.2外标法 参考品A、B、C、D、E、F、G分别点在靶板上邻近的两点，以其中一点的参考品进行校对，另一点内的参考品质量漂移应在1500ppm内。 2.2.3灵敏度 表示质谱仪在一定信噪比下能够出峰的所需样品量。浓度为10 fmol/μl 的参考品A、浓度为20 fmol/μl的参考品B、浓度为2pmol/μl的参考品C、浓度为5pmol/μl的参考品D、浓度为10pmol/μl的参考品E条件下，检测参考品A、B、C、D、E，应有信噪比 (S/N) ＞3的出峰。 2.2.4分辨率 50 < 分辨率 < 3500。 2.2.5重复性 检测参考品A、B、C、D、E物质，重复15次实验，CV＜1%。 2.3系统功能 2.3.1具有移入和移出样品靶功能 打开控制软件运行MALDI MS程序，进出靶板。 2.3.2具有提供真空检测环境的功能 可利用内置真空计检测工作状态下飞行管内部的真空度。 2.3.3选择实验条件功能
时间质谱
对时间质谱仪器的探究 摘要：质谱分析仪用来测定有机化学中分子结构和分子量,飞行时间质谱TOFMS ( Time of Flight Mass Spectrometry)以其分析速度快,分析质量范围广而在生命科学,分析化学等领域得到了广泛的应用。本文主要从时间质谱仪的构造，原理，发展历程、应用、发展趋势以及前景进行了探讨。 关键词：飞行时间质谱、联用技术、生物分析、基因工程、生命科学、药物代谢 正文：飞行时间质谱仪(time of flight mass spectrometry ,TOF-MS) 早在1955 年就商品化了,在1960 年代曾得到广泛应用,但是不久即 被分辨率和灵敏度更高的扇形磁场质谱仪和四极质谱仪所取代。其主要原因是分辨率低,缺乏在微秒级范围内记录和处理数据的技术。二次世界大战后,随着近代物理学、电子学、计算机、真空和机械加工等技术的进步,TOF-MS无论在性能上还是功能上都取得显著的进步。近年来空间聚焦、反射镜和垂直加速技术的发展使得飞行时间质谱的分辨率已经可以达到55000 ,而且数据采集速率也可高达4G/s。尤其值得注意的是由于基质辅助激光解吸离子化技术 (matrix-assistedlaser desorption ionization ,MALDI) 和电喷雾电离技术(electrospray ionization ,ESI) 的出现,使“古老”的飞行时间质谱仪得到了新生。以TOF-MS 技术搭建的分析平台分析速度快、灵敏度高和质量范围宽被广泛地应用于多肽、核酸、多糖等生物大分子的分子质量的测定、药物筛选、蛋白质的序列测定以及高分子
化合物的分子质量分布和末基端分析等。 TOFMS的主要构造及基本原理： TOF - MS一般由离子源、飞行时间质量分析器、检测器、高真空系统及信号记录与处理系统等部分组成，其工作原理如下所示 TOF-MS 分析方法的原理非常简单。样品在离子源中离子化后即被电场加速，假设离子在电场方向上初始位移和初速度都为零，所带电荷数为q，质量数为m, 加速电场的电势差为V, 则加速后其动能应为：m v2 / 2= qe V (1)其中，v 为离子在电场方向上的速度。离子以此速度穿过负极板上的栅条，飞向检测器。离子从负极板到达检测器的飞行时间t，就是TOFMS进行质量分析的判据。在传统的线性TOFMS，离子沿直线飞行到达检测器；而在反射型TOFMS 中，离子经过多电极组成的反射器后反向飞行到达检测器，后者在分辨率方面优于前者。 飞行时间质谱的性能特点 (1)质量范围宽: TOF - MS从理论上讲,没有质量分析的上限,只是由
飞行时间质谱(TOF-MS)操作规程
飞行时间质谱操作规程 一，靶板清洗程序 1.用丙酮冲洗靶板直到去除所有可见的样品残余 2.用1%甲酸溶液超声10分钟 3.用去离子水超声10分钟 4.用分析纯丙酮超声10分钟 5.用分析纯甲醇超声10分钟 6.放入盒中，自然干燥 二，样品制备 基质选择及配置标准溶液 本实验室现有基质如下： 3-Indoleacetic acid （IAA），3-Hydroxypicolinic acid （HPA），Trihydroxyanthracene （DI），2,5-Dihydroxybenzoic acid （DHB），2',4',6'-Trihydroxyacetophenone monohydrate （THAP），2',6'-Dihydroxyacetophenone （DHAP），2-(4-Hydroxyphenylazo)benzoic acid (HABA)， 根据测试人样品特点，参考相应文献报道，选择合适基质（以下表格仅供参考） Dissolve 10 mg in 1 mL of mixed solution of acetonitrile and 0.1% TFA (2:3). Most samples such as protein, DNA, sugar, lipid and synthetic high polymer For 1 mg of high polymer, dissolve 10 mg and 1 mg of NaCl, LiCl or KCl in demineralized water. Polar synthetic high polymer (All become Na, Li or K added ions.) Gentisic acid, Aldrich 14,935-7 2,5-Dihydroxybenzoic acid (DHB) (C7H6O4:154.1) Dissolve 108 mg and 16 mg of ammonium citrate dibasic in a 50% acetonitrile solution. Single stranded DNA, RNA of 50 mer or more For 1 mg of high polymer, dissolve 10 mg in chloroform or THF. Non-polar synthetic high polymer Dithranol, Sigma D-2773 1,8-Dihydroxy-9[10H]-anthraceno ne (C14H10O3:226.2) For 1 mg of high polymer, dissolve 10 mg and 1 mg of silver trifluoroacetate in chloroform or THF. Non-polar synthetic high polymer (All become Ag added ions.) Remarks: 1, 由于本仪器主要用于合成化合物的表征，故以以上两种基质使用最为广泛。 2, 基质溶液应当在每次测试前配制，如需放置隔夜，请储存于闭光、低温条件（冰箱） 三，点样 It is necessary to use methods of dropping to a sample plate that are suitable for different samples or matrices individually. This section describes the following three basic methods. Dropping method (1): Usually used. Dropping method (2): Used to drop a large amount of the same sample to samples. (Standard sample in the auto analysis mode, etc.) Dropping method (3) : Used for solid samples.