串联质谱技术(MS/MS)作为现代质谱分析的重要手段，通过多级质量分析显著提升了分析的选择性和信息量。根据实现原理的不同，串联质谱主要分为空间串联和时间串联两大类型，每种类型又包含多种具体实现方式。本文将系统介绍这些串联方式的技术特点、工作原理及其在药物研发、临床诊断等领域的应用场景。
一、空间串联质谱技术
空间串联质谱采用多个物理分离的质量分析器通过碰撞室在空间上串联实现多级分析，是目前应用最广泛的串联方式。
1. 三重四极杆串联(QqQ)
- 结构组成：由三个四极杆组成(Q1-q2-Q3)，其中Q1和Q3为质量分析器，q2为碰撞室
- 工作模式：
- 子离子扫描：Q1选择母离子，q2进行CID裂解，Q3扫描子离子
- 母离子扫描：Q3固定子离子，Q1扫描可能的母离子
- 中性丢失扫描：Q1和Q3同步扫描，保持固定质量差Δm
- 多反应监测(MRM)：同时锁定特定母离子和子离子对，提高定量选择性
- 特点：定量能力突出，信噪比高，适合药物代谢等痕量分析
2. 混合型串联
- Q-TOF：四极杆与飞行时间质谱串联，兼具高裂解效率和高分辨率
- 磁扇型串联：采用扇形磁场(B)和电场(E)组合，如BEB、EBE等
- 特点：结合不同分析器的优势，如Q-TOF适合蛋白质组定性分析
二、时间串联质谱技术
时间串联质谱利用单个质量分析器的离子存储功能，通过时间序列实现多级分析。
1. 离子阱质谱
- 工作原理：
- 捕获并隔离特定m/z的母离子
- 施加辅助射频电压激发母离子与背景气体碰撞(CID)
- 扫描抛出并检测子离子
- 特点：
- 可进行多级MSⁿ分析(n≥3)
- 适合未知物结构解析
- 定量能力相对较弱
2. 傅里叶变换离子回旋共振(FT-ICR)
- 工作原理：
- 利用扫频脉冲选择性保留母离子
- 激发母离子碰撞裂解
- 通过傅里叶变换检测子离子
- 特点：
- 分辨率极高(>100,000)
- 可进行5-6级MS分析
- 仪器昂贵，维护复杂
三、特殊串联方式
1. 飞行时间串联(TOF/TOF)
- 结构：两个TOF分析器通过碰撞室串联
- 特点：高能碰撞解离，适合大分子分析
2. 线性离子阱-轨道阱杂合系统
- 结构：线性离子阱与Orbitrap组合
- 特点：兼具多级MS功能和高分辨率
四、技术比较与应用选择
| 指标 |
空间串联(QqQ) |
时间串联(离子阱) |
混合型(Q-TOF) |
| 分辨率 |
中等(单位质量) |
中等 |
高(>20,000) |
| 灵敏度 |
高 |
中等 |
高 |
| MSⁿ能力 |
n=2 |
n≥3 |
n=2 |
| 主要应用 |
定量分析 |
结构解析 |
定性定量兼顾 |
应用选择建议：
- 药物代谢研究：优选QqQ进行MRM定量
- 蛋白质组学：Q-TOF或离子阱-Orbitrap更适合
- 小分子结构鉴定：离子阱的多级MS能力有优势
串联质谱技术的持续创新使其在生命科学、环境监测等领域的应用不断深化。理解不同串联方式的特点，根据分析需求选择合适的技术路线，是获得理想分析结果的关键。随着杂合型质谱的发展，串联质谱正向着更高通量、更高分辨的方向不断进步。
