质谱定量分析
CMA资质认定
中国计量认证
CNAS认可
国家实验室认可
AAA诚信
3A诚信单位
ISO资质
拥有ISO资质认证
专利证书
众多专利证书
会员理事单位
理事单位
技术概述
质谱定量分析是一种基于质谱技术的高灵敏度分析方法，通过测量样品中目标化合物的质荷比（m/z）和离子信号强度，实现对目标物质的精准定量。该技术结合了质量分析的特异性和定量分析的准确性，已成为现代分析化学领域不可或缺的重要工具。质谱定量分析的核心原理在于将样品分子离子化，根据不同质荷比进行分离，再通过检测器记录离子信号强度，最终根据标准曲线法或内标法计算目标化合物的含量。
质谱定量分析具有多项显著优势：首先，其灵敏度极高，可达到飞克（fg）级别的检测限；其次，选择性优异，能够在复杂基质中准确识别目标分析物；第三，分析速度快，可实现高通量样品检测；第四，线性范围宽，可覆盖多个数量级的浓度范围。这些特点使质谱定量分析在生命科学、环境监测、食品安全、药物研发等众多领域得到广泛应用。
从技术发展历程来看，质谱定量分析经历了从单四极杆质谱到三重四极杆质谱，再到高分辨质谱的技术演进。三重四极杆质谱因其卓越的定量性能，目前仍是定量分析的主流选择。多反应监测（MRM）模式的引入，进一步提升了分析的特异性和灵敏度，使复杂样品基质中的痕量分析物检测成为可能。同时，高分辨质谱技术的发展，为非靶向筛查和确证分析提供了新的技术手段。
质谱定量分析方法的建立涉及多个关键环节，包括样品前处理方法的选择、质谱条件的优化、定量策略的确定以及方法学验证等。合理的方法开发和质量控制措施，是确保分析结果准确可靠的必要前提。随着仪器性能的不断提升和分析方法的日益成熟，质谱定量分析的应用边界正在不断拓展。
检测样品
质谱定量分析适用的样品类型极为广泛，涵盖生物样品、环境样品、食品样品、药品样品等多个领域。不同类型的样品具有不同的基质特点，对样品前处理方法的选择和分析条件的优化提出了不同要求。
在生物样品方面，质谱定量分析可处理的样品包括：
- 血液样品：包括全血、血清、血浆等，是临床检测和药物代谢动力学研究中最常用的样品类型
- 尿液样品：用于药物代谢物检测、毒物筛查及生物标志物分析
- 组织样品：包括动物组织和人体组织样本，用于药物分布研究和疾病标志物检测
- 细胞样品：培养细胞或原代细胞，用于代谢组学和蛋白质组学研究
- 唾液样品：无创采样方式，适用于药物检测和疾病筛查
- 头发样品：用于药物滥用检测和长期暴露评估
在环境样品方面，质谱定量分析可处理的样品包括：
- 水样：包括地表水、地下水、饮用水、工业废水等，用于有机污染物检测
- 土壤样品：用于持久性有机污染物、农药残留等检测
- 大气样品：包括大气颗粒物和气态污染物采样
- 沉积物样品：用于环境污染评估
- 生物监测样品：如鱼类、贝类等指示生物
在食品样品方面，质谱定量分析可处理的样品包括：
- 农产品：粮食、蔬菜、水果等，用于农药残留检测
- 畜禽产品：肉类、蛋类、乳制品等，用于兽药残留和非法添加物检测
- 水产品：鱼类、虾蟹类、贝类等，用于药物残留检测
- 加工食品：各类深加工食品，用于添加剂和污染物检测
- 保健食品：用于功效成分和非法添加物检测
在药品样品方面，质谱定量分析可处理的样品包括：
- 原料药：用于纯度和杂质分析
- 制剂产品：用于含量测定和溶出度研究
- 中药及天然产物：用于活性成分定量分析
- 生物制品：用于蛋白质、多肽等生物大分子分析
检测项目
质谱定量分析可开展的检测项目涵盖小分子化合物、大分子物质以及各类污染物等多个类别。根据检测目的和样品类型的不同，检测项目的选择也有所差异。
小分子化合物定量分析项目主要包括：
- 药物及代谢物：治疗药物监测、药物代谢动力学研究中的血药浓度测定、代谢物鉴定与定量
- 农药残留：有机氯农药、有机磷农药、氨基甲酸酯类农药、拟除虫菊酯类农药、新烟碱类农药等
- 兽药残留：抗生素类、抗寄生虫药、生长促进剂、激素类等
- 环境污染物：多环芳烃、多氯联苯、二噁英、内分泌干扰物、全氟化合物等
- 非法添加物：食品中非法添加的药物、工业原料、非食用物质等
- 毒素类：黄曲霉毒素、伏马毒素、赭曲霉毒素、玉米赤霉烯酮、脱氧雪腐镰刀菌烯醇等真菌毒素
- 添加剂：食品添加剂、饲料添加剂的含量测定
大分子物质定量分析项目主要包括：
- 蛋白质定量：绝对定量和相对定量，用于生物标志物验证和蛋白质药物分析
- 多肽定量：内源性肽段、药物肽的含量测定
- 氨基酸定量：游离氨基酸、水解氨基酸的分析
- 核酸定量：核苷酸、寡核苷酸及其代谢物的定量分析
- 糖类物质：单糖、寡糖、多糖及糖代谢中间产物的分析
临床检测项目主要包括：
- 新生儿遗传代谢病筛查：氨基酸代谢障碍、有机酸代谢障碍、脂肪酸氧化缺陷等
- 维生素检测：脂溶性维生素A、D、E、K及水溶性维生素B族、维生素C等
- 激素检测：甲状腺激素、性激素、肾上腺皮质激素、生长因子等
- 肿瘤标志物：蛋白质类标志物、代谢类标志物的定量分析
- 心血管标志物：同型半胱氨酸、脂肪酸、氧化应激指标等
代谢组学分析项目主要包括：
- 靶向代谢组学：特定代谢途径相关代谢物的定量分析
- 非靶向代谢组学：全谱代谢物筛查与半定量分析
- 脂质组学：脂质分子的定性定量分析
检测方法
质谱定量分析的方法选择需综合考虑样品性质、分析物特点、检测灵敏度要求以及基质干扰等因素。根据质量分析器的类型和检测策略的不同，质谱定量分析方法可分为多种类型。
三重四极杆质谱定量方法是目前应用最广泛的定量分析技术：
- 多反应监测模式（MRM）：通过监测特定的前体离子-产物离子转变对，实现高选择性、高灵敏度的定量分析，是三重四极杆质谱的标准定量模式
- 选择性反应监测模式（SRM）：原理与MRM相同，在不同厂商的仪器命名中有所差异
- 多反应监测-信息依赖性采集-增强子离子扫描（MRM-IDA-EPI）：在定量的同时获取二级质谱图，实现定性确证
高分辨质谱定量方法具有更高质量精度和分辨率：
- 全扫描模式：采集全质量范围内的离子信号，适用于非靶向筛查和回顾性分析
- 靶向选择离子监测：针对特定质量数进行高灵敏度检测
- 平行反应监测（PRM）：高分辨质谱的定量模式，可同时获取定量信息和确证信息
- 数据非依赖采集（DIA）：系统性采集所有离子的碎片信息，兼具定性和定量能力
定量策略主要包括外标法和内标法：
- 外标法：使用一系列已知浓度的标准溶液建立校准曲线，根据待测样品的信号强度计算浓度。操作简便，但易受基质效应和前处理损失的影响
- 内标法：向样品中加入已知量的内标物质，通过待测物与内标物的响应比值进行定量。可有效补偿样品前处理损失、基质效应和仪器波动，提高定量准确度
- 同位素稀释法：使用待测物的稳定同位素标记物作为内标，是最准确的定量方法，可消除大部分分析误差
- 标准加入法：向样品中添加不同量的标准品，外推计算原始含量，适用于严重基质干扰的情况
样品前处理方法是影响定量结果的关键因素：
- 液液萃取（LLE）：经典的样品净化方法，适用于中等极性至非极性化合物的提取
- 固相萃取（SPE）：高选择性、高富集效率的前处理方法，有多种填料可供选择
- 蛋白质沉淀（PPT）：操作简便快速，适用于生物样品中药物分析
- QuEChERS方法：快速、简便、廉价、有效、耐用、安全的样品前处理方法，广泛用于农药残留分析
- 固相微萃取（SPME）：集采样、萃取、浓缩、进样于一体的无溶剂技术
- 衍生化方法：通过化学反应改善待测物的色谱行为或质谱响应
方法学验证是确保定量结果可靠的重要环节，验证参数包括：
- 专属性/选择性：证明方法能够区分目标分析物与基质中的干扰成分
- 线性范围：确定方法响应与浓度之间的线性关系
- 准确度：以回收率表示，反映测定值与真实值的接近程度
- 精密度：包括重复性和中间精密度，反映多次测定结果的一致性
- 检测限（LOD）和定量限（LOQ）：方法能够检出和准确定量的最低浓度
- 基质效应：评估基质对分析物离子化的影响程度
- 稳定性：考察样品在不同条件下的稳定性
检测仪器
质谱定量分析所使用的仪器系统主要由进样系统、离子源、质量分析器和检测器等部分组成。根据质量分析器类型的不同，质谱仪可分为多种类型，各有其技术特点和应用优势。
三重四极杆质谱仪（Triple Quadrupole MS）是定量分析的黄金标准：
- 工作原理：由两级四极杆质量过滤器中间夹一个碰撞池组成，第一级四极杆选择前体离子，碰撞池进行碰撞诱导解离，第三级四极杆选择产物离子
- 技术优势：灵敏度高、动态范围宽、选择性优异、方法成熟稳定
- 典型应用：药物分析、临床检测、食品安全、环境监测等常规定量分析
- 代表产品：包括各主流厂商的三重四极杆质谱系统
四极杆-线性离子阱质谱仪（QTRAP）兼具定性和定量能力：
- 工作原理：在传统三重四极杆基础上，将第三级四极杆改进为线性离子阱
- 技术优势：可在MRM定量扫描的同时获取增强型子离子扫描图谱，实现定性确证
- 典型应用：需要同时定性确证的定量分析场景，如司法毒理、兴奋剂检测等
高分辨质谱仪（HRMS）提供更高质量精度和分辨率：
- 飞行时间质谱（TOF）：质量分辨率高，质量精度好，适用于全谱筛查
- 四极杆-飞行时间质谱：结合四极杆的选择性和TOF的高分辨率，可实现靶向定量和非靶向筛查
- 轨道阱质谱：超高分辨率，质量精度极高，适用于复杂样品分析和代谢组学研究
- 典型应用：未知物筛查、代谢组学、环境污染物筛查、食品安全非靶向筛查
离子源是影响质谱检测灵敏度的关键部件：
- 电喷雾电离源（ESI）：最常用的软电离技术，适用于极性化合物和大分子物质，可形成带电离子
- 大气压化学电离源（APCI）：适用于中等极性至非极性小分子化合物，耐基质能力强
- 大气压光电离源（APPI）：适用于非极性化合物的电离
- 电子轰击电离源（EI）：经典硬电离技术，产生丰富的碎片离子，配合标准谱库进行定性分析
- 化学电离源（CI）：软电离技术，产生分子离子峰，便于分子量推断
液相色谱-质谱联用系统（LC-MS）：
- 超高效液相色谱（UHPLC）：高压耐受，小颗粒填料，实现快速高效分离
- 二维液相色谱（2D-LC）：增加分离维度，适用于复杂样品分析
- 典型应用：药物分析、临床检测、代谢组学、食品安全等领域的极性化合物分析
气相色谱-质谱联用系统（GC-MS）：
- 单四极杆GC-MS：经典配置，适用于挥发性、半挥发性化合物的定性和定量分析
- 三重四极杆GC-MS/MS：提升选择性和灵敏度，降低化学噪声
- 典型应用：农药残留、环境污染物、香精香料、挥发性有机物分析
辅助设备也是质谱定量分析系统的重要组成部分：
- 自动进样器：实现样品的自动进样，提高分析通量和重复性
- 氮气发生器：提供质谱仪所需的高纯氮气
- 样品前处理设备：包括固相萃取仪、氮吹仪、自动液液萃取仪等
- 数据处理系统：专业的质谱数据采集和处理软件
应用领域
质谱定量分析凭借其高灵敏度、高选择性和宽线性范围等技术优势，在众多领域发挥着重要作用。随着仪器技术的进步和方法学的成熟，其应用领域仍在持续拓展。
临床诊断与治疗药物监测领域：
- 治疗药物监测（TDM）：免疫抑制剂、抗癫痫药、抗肿瘤药、抗生素等药物的血药浓度监测，指导临床个体化用药
- 新生儿筛查：通过干血斑样品检测氨基酸、酰基肉碱等指标，早期发现遗传代谢性疾病
- 维生素检测：准确测定人体内维生素水平，评估营养状态
- 激素检测：甲状腺功能、性激素水平、皮质醇等内分泌激素的精准定量
- 毒物检测：药物过量、中毒急救时的快速毒物筛查和定量
- 微生物鉴定：通过特征脂质标志物快速鉴定病原微生物
药物研发与质量控制领域：
- 药物代谢动力学研究：药物及其代谢物在体内的吸收、分布、代谢、排泄过程的定量研究
- 生物等效性研究：仿制药研发中血药浓度-时间曲线的定量分析
- 药物质量控制：原料药和制剂中活性成分和杂质的定量分析
- 中药及天然产物分析：活性成分定量、指纹图谱分析、多组分同时测定
- 生物药分析：蛋白质、多肽、抗体等生物大分子的定量分析
食品安全检测领域：
- 农药残留检测：多农药残留同时筛查和定量，覆盖数百种农药化合物
- 兽药残留检测：动物源食品中抗生素、抗寄生虫药、激素类物质的残留监测
- 非法添加物检测：食品中非法添加药物、工业原料的筛查和定量
- 真菌毒素检测：粮油产品、饲料中多种真菌毒素的同时检测
- 食品添加剂检测：防腐剂、色素、甜味剂等添加剂的含量测定
- 营养成分分析：维生素、氨基酸、脂肪酸等功能成分的定量
环境监测领域：
- 持久性有机污染物监测：多氯联苯、二噁英、多环芳烃等POPs的环境浓度监测
- 新兴污染物检测：药物及个人护理品、内分泌干扰物、全氟化合物等新型污染物
- 农药环境行为研究：农药在环境中的迁移、转化和归趋研究
- 水质安全监测：饮用水、地表水中有机污染物的筛查和定量
- 土壤污染评估：污染场地土壤中有机污染物的定量分析
生命科学研究领域：
- 代谢组学研究：内源性小分子代谢物的全谱分析和定量
- 蛋白质组学研究：蛋白质的定量分析，包括标记定量和非标记定量策略
- 脂质组学研究：脂质分子的系统性分析和定量
- 转录组学研究：核苷酸、寡核苷酸及其代谢物的定量分析
司法鉴定与兴奋剂检测领域：
- 毒物鉴定：生物样品中滥用药物、毒品的定性和定量分析
- 兴奋剂检测：运动员尿样、血样中禁用物质的筛查和确证分析
- 酒精检测：血液、尿液中乙醇及相关代谢物的定量
- 微量元素检测：砷、汞、铅等有害元素的形态分析
化妆品及消费品检测领域：
常见问题
在实际应用过程中，质谱定量分析经常会遇到一些技术问题和操作困惑。以下针对常见问题进行详细解答，帮助用户更好地理解和应用该技术。
什么是基质效应？如何消除或降低基质效应的影响？
基质效应是指样品中共存物质对目标分析物离子化过程的影响，可能导致离子抑制或离子增强，从而影响定量结果的准确性。基质效应主要来源于生物样品中的蛋白质、磷脂、盐类等成分，以及环境样品中的腐殖酸等有机质。评估基质效应通常通过比较纯溶剂标准和基质匹配标准的响应来实现。消除或降低基质效应的方法包括：优化样品前处理方法，去除干扰物质；使用同位素内标进行补偿；改进色谱分离条件，使分析物与干扰物质分离；稀释样品降低基质浓度；采用标准加入法定量等。
如何选择合适的内标物质？
内标物质的选择直接影响定量结果的准确度。理想内标应具备以下特点：化学结构与待测物相似或相同，以获得相似的提取回收率和基质效应；保留时间与待测物接近，以便共同经历色谱分离过程；在样品中不存在，避免干扰测定；稳定性好，不影响样品分析。最理想的内标是待测物的稳定同位素标记物，如氘代、碳-13标记化合物，因为它们具有几乎相同的化学性质和色谱行为。当无法获得同位素内标时，可选择结构类似物作为替代内标，但需验证其补偿效果。
质谱定量分析的准确度和精密度有什么要求？
根据相关法规和技术规范，质谱定量分析的准确度和精密度有明确要求。一般而言，准确度以回收率表示，应控制在85%-115%范围内，在定量限附近可放宽至80%-120%。精密度以相对标准偏差（RSD）表示，批内精密度应不大于15%，批间精密度应不大于20%，定量限附近可放宽至不大于20%和不大于25%。具体要求可能因应用领域不同而有所差异，如生物分析方法验证、食品安全检测、环境监测等各有相应的技术规范标准。
如何确定方法的检出限和定量限？
检出限和定量限是评价方法灵敏度的重要指标。检出限通常定义为能够以一定置信度检出待测物的最低浓度，常用信噪比法（S/N≥3）或基于标准偏差的方法确定。定量限是能够准确定量测定的最低浓度，通常要求信噪比S/N≥10，同时满足准确度和精密度要求。确定检出限和定量限的方法包括：信噪比法、标准偏差法、校准曲线法等。在实际工作中，应根据具体的法规要求和分析目的选择合适的确定方法。
液质联用和气质联用如何选择？
液质联用（LC-MS）和气质联用（GC-MS）的选择主要取决于待测物的性质和分析需求。LC-MS适用于极性、热不稳定、难挥发的化合物，如大部分药物、代谢物、氨基酸、多肽等，样品前处理相对简单，无需衍生化。GC-MS适用于挥发性、半挥发性、热稳定的化合物，如农药、环境污染物、香精香料等，对于极性强的化合物可能需要衍生化处理。从定量性能来看，GC-MS的分离效率高，重现性好；LC-MS的应用范围更广，生物样品分析优势明显。实际工作中，可根据目标化合物性质、基质类型、检测要求等因素综合考虑选择。
如何保证质谱定量分析结果的可信度？
保证质谱定量分析结果的可信度需要从多个环节进行质量控制：首先，建立经过完整方法学验证的分析方法，确保方法的专属性、灵敏度、准确度、精密度等指标满足要求；其次，建立完善的质量控制体系，包括空白样品、质控样品、校准曲线的常规监测；第三，使用同位素内标或合适的替代内标，补偿样品处理和分析过程中的变异；第四，定期进行仪器性能维护和校准，确保仪器处于正常工作状态；第五，分析人员应具备专业的技术能力和质量意识；最后，实验室应通过能力验证、实验室间比对等方式持续评估和改进检测能力。
什么是多反应监测（MRM）模式？有什么优势？
多反应监测（MRM）模式是三重四极杆质谱仪的特有工作模式，通过选择特定的前体离子-产物离子转变对进行监测。其工作过程为：第一级四极杆选择设定的前体离子通过，其他离子被过滤；碰撞池中对前体离子进行碰撞诱导解离，产生碎片离子；第三级四极杆选择特定的产物离子通过并进入检测器。MRM模式的优势包括：极高的选择性，两级质量选择大大降低了背景噪声和干扰；高灵敏度，噪声降低使信噪比显著提高；高通量，可同时监测多个离子转变对；线性范围宽，动态范围可达4-5个数量级。这些特点使MRM成为复杂基质中痕量目标物定量分析的首选方法。
高分辨质谱能否用于定量分析？与三重四极杆相比有何特点？
高分辨质谱完全可以用于定量分析，且具有独特的优势和特点。与三重四极杆质谱相比，高分辨质谱的优势包括：高质量精度和质量分辨率，可区分标称质量相同但精确质量不同的化合物；全扫描数据采集，可进行回顾性分析，无需重新进样即可分析最初未纳入分析目标的化合物；同时获得定性信息，高分辨质谱图可提供化合物的确证信息。然而，在传统定量分析应用中，三重四极杆质谱仍具有灵敏度高、方法成熟、成本较低等优势。高分辨质谱更适合于非靶向筛查、未知物鉴定、复杂基质分析等应用场景。随着技术进步，高分辨质谱的定量性能正在不断提升，在某些领域已可与传统三重四极杆质谱相媲美。
样品前处理方法如何选择？
样品前处理方法的选择需要综合考虑样品类型、待测物性质、检测灵敏度要求、分析通量等因素。对于生物样品，血浆/血清常用蛋白质沉淀、液液萃取或固相萃取；尿液样品可直接稀释进样或经固相萃取净化；组织样品需经均质、提取后再净化。对于环境样品，水样常用液液萃取或固相萃取；土壤/沉积物需经索氏提取、加速溶剂萃取或超声提取后再净化。对于食品样品，农药残留分析常用QuEChERS方法；兽药残留多采用固相萃取方法。选择原则是在保证回收率和净化效果的前提下，尽量简化操作步骤，提高分析效率。同时，要考虑方法的重现性、成本和环保因素。
质谱定量分析的校准曲线如何建立？
校准曲线的建立是定量分析的核心环节。校准曲线应覆盖预期的样品浓度范围，包括空白和至少5-6个非零浓度点（线性范围较宽时可适当增加）。校准曲线的制备方式包括：外标法，用纯溶剂配制系列标准溶液；基质匹配标准曲线，用空白基质配制标准系列；标准加入法，在样品中添加不同量的标准品。校准曲线的拟合方式常用线性回归或加权线性回归（权重系数通常为1/x或1/x²，以改善低浓度点的拟合效果）。校准曲线的相关系数一般要求r²≥0.99。每批分析都应建立新的校准曲线，并使用质控样品验证校准曲线的有效性。
