关于飞行时间质谱（TOF MS）的基础知识
LCMS-9030
现代高分辨质谱领域最常用的质量分析器之一是TOF分析器，它是Time Of Flight的简称。
Time Of Flight
打个比喻，一群身材和力气相似的人去打保龄球（离子），假设大家丢保龄球方向和力度是一样的，保证保龄球获得相同的初始动能。由于保龄球质量大小不一样，到达终点的时间不一样。质量越大，到达终点时间越长，如下图。
通过测量从丢出去那一刻到终点的时间（飞行时间），去计算除这个球（离子）的质量（质荷比），便是TOF分析器的基本原理。
好了，接下来我们讲一些干货，一起回顾一下教科书上的公式解释这一规律。教科书上公式：
公式的意义是电荷在电场中的电势能转化成动能；其中q是电荷，U是电势差，m是离子的质量，V是速度；
L是离子飞行的距离，也就是质谱硬件的飞行管长度，是固定值；t是离子从获取初动能开始飞行到检测器所需要的飞行时间；Z是离子所携带的电荷数，e是元电荷；
从上述公式可知，飞行距离L越大，m/z的变化值随着飞行时间t的变化越小，有利于提高仪器的分辨率。若要实现高分辨性能，质谱必须要配置较长的飞行腔体，让离子拥有充足的飞行距离，以达到高分辨的目的。
另外，我们知道离子的质荷比m/z与飞行时间t存在上述函数关系。仪器一开始记录的是离子从起点飞到终点的时间t，之后根据质荷比—飞行时间标准曲线，转换成我们所需要的质荷比。平时所做的调谐，其中一个内容，就是建立这一条标准曲线（调谐过程仪器自动创建并保存在调谐文件里）。
创建（质荷比m/z）—（飞行时间t）的标准曲线
以岛津LCMS-9030仪器，NaI作为调谐液为例。
打开手动调谐：
点击上图的“手动调谐”按钮：
选择上图的“NaI(标准样品瓶)”，待有信号响应时，点击“TOF校正”。
根据实际测量值，填满表格中5个离子的TOF值，完成了负离子的8kHz下的手动校正。
然后通过切换到正离子模式
最终完成剩余的正模式8kHz、正模式2kHz以及负模式2kHz条件下TOF校正。
然后点击“调谐结果”，点击“是”保存手动调谐结果。
最后，点击“自动调谐”，自动执行后保存调谐文件即可。
高分辨质谱定性基础 — 利用同位素分布推断
由上述公式可知，质谱通过飞行时间t的测定，获取的是离子的质荷比值m/z，若要知道求离子的相对分子量m，还要知道该离子所携带的电荷数z的值。
相邻同位数峰的质荷比差值的倒数，就是该离子携带的电荷数（这是重点！重点！重点！）。
举个例子，对于下面带1个负电荷的阴离子：
其质谱图如下：
显然，同位数峰之间的差值是1个单位，对应携带的电荷数是1个。如果再丢失1个氢离子，则变为：
其质谱图如下：
相邻同位数峰之间的差值是约0.5个单位，对应离子携带的电荷数是2个。
依此类推，当我们获得的质谱图上，同位素分布相邻峰的质荷比差值约为0.33（0.25）时，我们可以判定该离子携带的电荷为3（4）个。
了解待测离子的电荷数后，还需要与理论上的同位数分布比例进行比较。这里可依靠分析软件Insight、分子式预测软件等进行匹配度分析，这里不详细展开说明。
高分辨质谱定性基础 — 高准确度的质荷比m/z
高分辨率的质谱意味着拥有更精准m/z质荷比，准确度到达更低的小数位。岛津的两款Q-TOF MS——LCMS-9030和LCMS-9050均属于高分辨质谱。我们可以再举个例子说明高分辨质谱的好处。
对于利血平的准分子离子峰（基峰[M+H]+），理论值是609.2807，普通低分辨质谱测出结果为609.3（误差33ppm）。如下图，质荷比为609.3对应的可能性有很多种。
对于LCMS-9050高分辨质谱测出的结果为609.2802（误差0.8ppm），精确到小数后第3位，它的误差远远低于低分辨质谱，在推断分子式时确性更高。
高分辨TOF类型质谱的定性基础，除了上述提到的同位素分布、（准）分子离子峰准确度以外，还有结合二级碎片离子分析，比如岛津LCMS-9030/9050，它们是四级杆+碰撞室+TOF的串联型质谱，再比如岛津LCMS- IT- TOF，它是离子阱+碰撞室+TOF的串联型质谱。
更多干货请扫下方二维码持续关注我们的公众号以及小程序，我们下期再见！
刘昊良
■ 资深质谱工程师
