有机质谱法及其应用

盛龙生教授是我国有机质谱及药物分析领域的知名专家，《有机质谱法及其应用》凝结了盛教授30多年的质谱研究和应用经验，是一部学术性和实用性并重的技术著作，特点如下：

 

本书分上下两篇，内容涵盖了有机质谱法的主要方面。上篇主要介绍有机质谱方法，包括有机质谱的概念术语、离子化方法、仪器、联用技术、数据处理和谱图解析。对基质辅助激光解吸/离子化（MALDI）和电喷雾离子化（ESI）等大气压离子化（API）和衍生技术、复杂样品分析数据的处理和挖掘、有机质谱的解析等进行了重点讨论。下篇介绍了有机质谱法在药物分析、食品安全、环境监测和生命科学等领域的应用，给出了基本应用原理及规律，同时辅以大量实例对分析过程做了详细阐述。本书可作为分析化学特别是质谱分析领域的初学者及入门不久的分析测试技术人员的学习用书，也可供食品、药品、农药、环境分析和生命科学领域的研究人员参考阅读。

盛龙生，中国药科大学研究员，博士生导师，我国质谱领域的知名专家，长期从事有机质谱法教学、科研及在药学等领域的应用工作，主要研究方向：质谱法及其联用技术的方法学和应用研究，包括色谱/质谱联用技术在中药、生物药物、合成药物及药物代谢和代谢组学中的应用研究。曾主持和参加过多项国家和省部级课题研究，研究成果荣获国家科技进步三等奖二项、农牧业技术改造一等奖1项、国家医药管理局科技进步一等奖1项、国家医药管理局科技进步一等奖1项。主编或参编了《药物分析》、《色谱质谱联用技术》、《液相色谱质谱联用技术在食品和药品分析中的应用》等10部著作。

上篇 
有机质谱方法

1  概述 2

1.1  质谱法及基本术语 2

1.2  质谱法简史 4

1.3  质谱信息 5

1.3.1  准确质量 5

1.3.2  元素组成 6

1.3.3  同位素丰度 7

1.3.4  不饱和度 7

1.3.5  氮规律 7

1.3.6  质谱峰强度与质谱定量
8

参考文献 9

2  离子化方法（离子源） 10

2.1  电子轰击离子化（EI） 10

2.2  化学离子化（CI） 11

2.3  激光解吸离子化（LDI） 13

2.3.1  基质辅助激光解吸/离子化（MALDI） 13

2.3.2  表面增强激光解吸/离子化（SELDI） 18

2.3.3  表面辅助激光解吸/离子化（SALDI） 18

2.4  大气压离子化（API） 19

2.4.1  电喷雾离子化（ESI） 19

2.4.2  大气压化学离子化（APCI） 37

2.4.3  其他大气压离子化技术
38

参考文献 42

3  质谱仪器（质量分析器） 44

3.1  扇形磁场质谱仪 44

3.1.1  原理 44

3.1.2  性能及限制 45

3.2  四极质谱仪和四极离子阱质谱仪 46

3.2.1  基本原理——Mathieu方程 48

3.2.2  离子轨道的稳定区
50

3.2.3  线形离子阱（LIT） 52

3.3  飞行时间质谱法（TOF
MS） 52

3.3.1  基本原理 53

3.3.2  质量分辨率 53

3.3.3  质量测定 55

3.3.4  数据采集和灵敏度
55

3.3.5  脉冲正交引出和连续离子源 56

3.3.6  多次反射和多次旋转TOF
MS 56

3.4  傅里叶变换离子回旋共振质谱仪（FTICR MS） 57

3.4.1  基本原理 58

3.4.2  结构与实验程序 61

3.4.3  性能和影响因素 65

3.5  静电场轨道离子阱（Orbitrap） 68

3.5.1  轨道捕获和Kingdon阱 68

3.5.2  Orbitrap质量分析器 69

3.6  串联质谱法 72

3.6.1  离子的活化方法 72

3.6.2  串联质谱仪 75

3.6.3  杂交质谱仪 80

3.7  检测器 86

3.7.1  电子倍增器 86

3.7.2  微通道板 87

3.8  进样系统及联用技术 88

3.8.1  直接进样杆（DIP） 88

3.8.2  加热储槽进样器 89

3.8.3  气相色谱-质谱联用技术（GC-MS） 89

3.8.4  液相色谱-质谱法（LC-MS） 89

3.8.5  毛细管电泳-质谱联用技术（CE-MS） 94

3.8.6  离子淌度谱-质谱（IMS-MS） 94

参考文献 98

4  数据处理与发掘 101

4.1  色谱-质谱数据处理 101

4.1.1  背景扣除 101

4.1.2  提取离子色谱图（EIC） 102

4.1.3  产物离子过滤（PIF）及中性丢失过滤（NLF） 102

4.1.4  质量差值过滤（MDF） 104

4.1.5  同位素图形过滤（IPF） 107

4.1.6  分子特征提取（MFE） 107

4.2  数据库和质谱库检索
108

参考文献 109

5  质谱解析 110

5.1  分子离子和准分子离子
110

5.2  基本的裂解反应及机理
110

5.2.1  裂解 111

5.2.2  i裂解（电荷中心驱动的裂解） 111

5.3  大气压离子化质谱（API
MS）的解析 114

5.3.1  小分子化合物API
MS的解析 114

5.3.2  生物聚合物的MS
126

参考文献 138

　　

下篇  有机质谱法的应用

6  有机质谱法在药物分析中的应用
142

6.1  化学药物分析 142

6.1.1  合成药物质谱分析
142

6.1.2  药物的杂质分析
146

6.1.3  药物代谢研究 157

6.2  单克隆抗体药物分析
170

6.2.1  抗体药物的质谱分析法
170

6.2.2  糖苷的CE-MS分析 173

6.3  中药与天然药物分析
175

6.3.1  指纹图谱测定 175

6.3.2  药材中生物碱和黄酮成分的分析 178

6.3.3  中药挥发性成分分析
186

6.3.4  中药复方活性部位分析
193

6.3.5  复方制剂的药物代谢动力学 202

参考文献 207

7  有机质谱法在食品安全分析中的应用 208

7.1  乳制品中非法添加和农药、兽药残留分析 208

7.1.1  乳制品中的双氰胺和三聚氰胺分析 208

7.1.2  牛奶中的农药和兽药残留分析 210

7.2  肉类和蔬菜水果中农药、兽药和毒素分析 216

7.2.1  畜禽肉类中的兽药残留分析 216

7.2.2  蔬菜水果中的农药残留分析 222

7.3  真菌毒素和贝类毒素分析
230

7.3.1  食品中的真菌毒素分析
230

7.3.2  原多甲藻酸贝类毒素
235

参考文献 239

8  有机质谱法在环境监测中的应用
240

8.1  大气污染分析 240

8.1.1  大气颗粒物(PM10，PM2.5)中的多环芳烃分析 240

8.1.2  大气中的氯代和溴代二英/呋喃分析 243

8.2  沉积物/土壤有机污染物分析 249

8.2.1  沉积物中多环芳烃和有机氯农药分析 249

8.2.2  南极样品中有机氯农药
253

8.3  水中的有机污染物分析
257

8.3.1  水体中的多环芳烃分析
257

8.3.2  水中的除草剂 260

8.3.3  饮用水中药品和个人护理品分析 263

参考文献 269

9  有机质谱法在生命科学中的应用
270

9.1  蛋白质组学 270

9.1.1  阿尔茨海默病的蛋白质组学 270

9.1.2  半胱氨酸蛋白酶抑制剂的分析 276

9.2  代谢组学 281

9.2.1  儿童急性淋巴细胞白血病 282

9.2.2 “通心络”预防血管内皮功能异常 287

9.3  质谱成像 297

9.3.1  MALDI-MSI成像方法和技术 297

9.3.2  小鼠肝组织中的磷脂类分子的分布 301

9.3.3  小鼠脑下垂体中神经肽的AP-MALDI MSI 303

参考文献 306

随着我国经济和各项事业的发展，高等院校、研究院所、监测检验机构和大型企业等相继引进了大量先进的质谱仪器和有关设备。有机质谱法在我国得到了迅速的发展，已成为食品、药品、农药、环境分析和生命科学研究等领域必不可少的有力工具。另外，不断扩大的从业人员队伍需要得到进一步的培训。有机质谱法及其联用技术涉及广泛的原理、知识、方法和技能，需要结合实际工作不断地学习。编写本书的目的是希望借此能对初学者及入门不久的质谱工作者的成长有所帮助。上篇为方法篇。第1章概述中主要讨论的是质谱法的基本概念和术语，因为恰恰是这些基本的东西，往往不被重视，在市面上出现的中文仪器样本、应用报告和讲座中，常常出现不正确或不恰当的概念和术语。建议读者仔细阅读第1章中的有关内容，并参阅所附的参考文献：国际纯粹和应用化学联合会（IUPAC）2013年推荐的“有关质谱法的术语”，以及“准确质量测定：术语和数据处理”。在本书的其他章节中，涉及有关术语的，也已分别加以说明。质谱法的迅速发展，与仪器的进步及新的离子化方法的发展密切相关。离子化方法的研究是质谱法中活跃的领域。在第2章离子化方法中，电喷雾离子化（ESI）和基质辅助激光解吸/离子化（MALDI）是目前重要、应用范围广的两种技术，因此，对其离子化机理、实验方法及发展，如表面增强激光解吸/离子化（surface-enhanced laser desorption/ionization，SELDI）、表面辅助激光解吸/离子化（surface-assisted laser desorption/ionization，SALDI）、纳升电喷雾离子化（nano ESI）和原环境电喷雾离子化（native ESI）等均进行了讨论。其他大气压离子化方法，除了大气压化学离子化（APCI）、大气压光离子化（APPI）和大气压MALDI（APMALDI）外，解吸电喷雾离子化（desorption electrospray ionization，DESI）和直接实时分析（direct analysis in real time，DART）的发展引人注目，这两种敞开式离子源（ambient ionization）的出现，启发了众多相关技术的产生。也可以说它们是ESI相关技术、LDI相关技术、APCI相关技术和APPI相关技术。第3章讨论质量分析器，这是质谱仪的主体。质谱法是用质谱仪研究物质的方法。质谱仪涉及许多理论、方法和技术。本章中讨论了常用的各种质量分析器，包括分辨率的傅里叶变换离子回旋共振质谱仪（Fourier transform ion cyclotron resonance mass spectrometer，FTICR MS）和的静电场轨道离子阱（Orbitrap）。对串联质谱法和杂交仪器，结合实际详细讨论了质谱扫描或采集方式，并涉及碰撞诱导解离（CID）、电子捕获解离（ECD）和电子转移解离（ETD）等离子活化方法。进样系统或联用技术是样品分析的关键，本书讨论了LC-MS、GC-MS和CE-MS，并较详细地介绍了离子淌度谱仪（ion-mobility spectrometer，IMS）与液相色谱仪及质谱仪的联用（LC-IMS-MS），这是一种正在快速发展的强有力的分析系统。复杂样品的色谱-质谱数据处理是分析工作的一个重要环节。在基因组学之后，蛋白质组学、代谢组学等一系列组学研究的兴起，对色谱-质谱数据处理提出了更高的要求。因为以色谱-质谱法为基础的方法，在复杂样品中可能检出数以千计的谱峰，这样复杂的数据需要自动处理。在第4章中，我们结合应用实例，讨论了背景扣除、谱峰检测和成分鉴别等技术，包括提取离子色谱（EIC）、产物离子过滤（PIF）、中性丢失过滤（NLF）、质量差值过滤（MDF）、分子特征提取（MFE）、 数据库及质谱库检索等问题。第5章质谱解析中，除了基本的质谱裂解反应外，重点讨论了大气压离子化质谱（API MS）的解析，包括有机小分子API MS的解析及生物大分子质谱的解析。下篇是应用篇，主要介绍了有机质谱法在药物分析、食品安全、环境监测和生命科学四个方面的应用。这些领域的工作，在很大程度上促进了有机质谱的发展。在这些应用实例中，根据工作需要，采用了不同的方法、仪器和相关技术，以及数据处理、分析和解析，建议读者必要时与上篇中的有关内容联系起来，加深理解。笔者引用文献时，尽量保持应用实例主要内容的完整性，以供读者参考。复杂样品的预处理十分重要，由于篇幅限制，本书仅提供了经过优化后的终方法，对于优化过程，请读者阅读文献原文。在本书的每一章后，均列出了参考文献，以便读者深入学习。王颖博士对全书进行了核对并标注了图表的中英文，中国药科大学有关领导、仪器公司和笔者的同事、朋友对本书的编写给予了支持，化学工业出版社为本书的出版提供了资助，此处一并表示感谢！本书的内容涉及有机质谱仪器、方法、技术和应用的主要方面。因学识有限，不当之处请予以指正。　　编著者