質譜是怎樣做到定量的？

01-05

註：這裡的定量指的是待分析物的含量質譜可以通過分子量信息定性（結構），但根據我的理解，質譜信號的強度是和離子化難易相關，並不能反應待分析物的含量（定量）

任何物理量的定量過程都無非是和「尺子」去對比，質譜分析當然也不例外。

要實現質譜定量分析一般有兩種方法。

1. 外標法。

將待測物質A的標準品（特點是純度非常高，有時也可稱之為該物質的純品）用某種有機溶劑S稀釋成不同的濃度的標準溶液，分別取等量（一般是等體積）的這些不同濃度的標準溶液進行質譜分析。由此可以得到一組樣品量和信號值一一對應的數據，以其繪製成的曲線稱為標準曲線。現在就有了一把還不錯的尺子，然後就可以去拿要檢測的實際樣品R進行質譜分析了。根據標準曲線就可以由得到的信號值去反推物質A在該實際樣品R中的含量了。

2. 內標法。

將已知量待測物質A的同位素標記物I摻雜到實際樣品中去，然後進行質譜分析。同位素標記物一般是利用H原子的同位素氘，即A裡面的H在其同位素里都換成了氘，這樣通過A的化學式就能推算出，A和I的質譜峰的差別也就知道了。根據兩者信號的比值和I的實際摻雜量就能推算出A的質量。為什麼選擇同位素標記物進行標定呢？原因就是因為兩者之間的各種物理和化學屬性非常接近，除了分子量的差別幾乎可以認為一模一樣，因此就可以排除由於樣品中基質的干擾（離子抑制之類的）引起的誤差。值得一提的是這種情況在外標法里是無法避免的。

當然實際上為了簡化流程或者實在是不好找同位素標記物（實際上有大量的同位素標記物可以買到），或者節省成本以及其他原因，往往採用其他不是同位素的物質做標記物，當然標準還是要往物性相似上去貼的。這樣做出的定量結果，在一定程度上也是可以接受的。

按理說保持完整性還得分析個優缺點，不過今天不想分析了，不能為了科普不幹正事了。真是這一行的各位，直接去找本教材看看吧，都是常識。

1. 質譜信號強度與待分析物含量的關係

任何定量分析方法都需要建立實驗測量信號與待分析物的量的關係。很幸運的是，在質譜中，通常也可以建立這樣的關係，因此質譜信號是可以用於定量的。從題主的說明來看，Ta的疑惑主要在這裡。

既然問題是「質譜是怎樣做到定量的？」，我們不妨把質譜信號的產生按時間順序粗略分為三個步驟，即離子的產生，傳輸與檢測。

產生離子時，不同樣品分子的電離通常是相互獨立的。因此樣品量越多，其產生的離子也就越多。目前常用的各種離子化方法（EI、ICP、ESI、MALDI等）在實驗中（嚴格來說僅在一定濃度範圍內——術語是動態範圍，dynamic range）都至少滿足樣品量與產生離子量的正相關，一般情況下也可以進一步近似成線性相關。
傳輸離子時，簡單來說可以認為傳輸效率與被傳輸離子的量無關；（嚴格地說，被傳輸的離子太多時，相同電荷的互相排斥會造成離子束的「體積」變大，導致傳輸效率下降。這種影響在空間有限的離子阱中表現得更加明顯，因此在離子阱質譜中一個重要的技術就是適當控制進入儀器的離子數量，使其既不太少也不太多。）
檢測離子時，不論是使用光電倍增管的檢測器，還是檢測鏡像電流的檢測器（ICR/Oribtrap），其信號強度（在一定範圍內）均與離子數量大致線性相關。

廢話幾句，可能會使題主感覺質譜不能定量的原因之一是，我們看到的質譜圖常用相對強度作為縱坐標，即0-100%最強峰，而不展示信號的絕對強度。但在做質譜的時候，儀器記錄的當然是絕對強度（相對強度也是通過絕對強度換算出來的）。我們需要用絕對強度來定量時，就需要這部分平時不常看的信息了。

另外，在談到色譜-質譜聯用方法時，待分析物與實驗測量信號的關係之中又多了一層色譜，即待分析物含量-&>色譜流出物中樣品含量-&>質譜信號。與EI譜圖分析以相對強度為主不同，在色譜-質譜聯用時，信號的絕對強度就成了我們天天都要關心的內容，因為質譜信號強度隨時間的變化就是實驗的色譜圖，通常以總離子強度或者某一特定質荷比離子的強度作圖。

2. 定量的兩種方法

說過了為什麼質譜可以定量，下面我們來看看具體的定量方法。常用的定量方法有兩種，外標法與內標法。

外標法

用已知量的標準樣品A和未知量的待測樣品A分別進行實驗；我們會得到以下三個信息：標準樣品的量（已知）；標準樣品的信號強度；待測樣品的信號強度。（假設樣品的響應=常數*濃度，從這三個信息即可算出待測樣品的量。）

為了更加精確地測定未知量的樣品，我們希望標準樣品的信號強度與待測樣品的信號強度盡量接近（以減少非線性響應的影響）。因此常用的外標法會測量一系列已知量的標準樣品，繪製一條工作曲線，再用擬合的方法確定未知樣的量。

內標法

外標法主要有以下兩方面的局限：1標樣和待測樣是獨立進行實驗的，實驗間的偶然誤差無法消除；2標樣和待測樣的基質（即除待分析物外的其它成分）不同，基質有可能會帶來不同的影響，也會產生誤差。

那麼，如果我們把已知量的標準樣品B直接加入待測樣品A，就可以把標準樣品和未知樣品的測定在同一次實驗和同樣基質中完成，也就消除了兩次實驗和基質不同造成的誤差，這就是內標法。

（如果加入的標準樣品和待測樣品是同種物質A，那麼由於它們不可區分，只通過一次實驗是不能定量待測樣的，這時我們在加入標樣前後分別進行兩次測量，即測量待測樣及待測樣+標樣的信號，即可計算出待測樣的量。）

3. 質譜相關的特殊定量細節

同位素稀釋

前面內標法的介紹中我們可以發現，最理想的內標物既要和待測樣相同（具有相同的響應係數）又要不同（儀器可以區分二者的信號），這對矛盾的集合體就是同位素內標。

由於不同同位素的化合物具有近似相同的物理化學性質，離子化時的響應通常也是相同的，而它們具有不同的質荷比m/z，即可在質譜中被區分出來。因此同位素標準品是最理想的內標物。

另外，由於某些元素的天然同位素分布有一定的比例，當我們加入一定量的同位素內標時，可以把對信號絕對強度的測量轉化為對信號相對比例的測量，從而提高實驗的準確性。

選擇反應監測

在不太複雜的體系中，我們只要按照分子量就可以定性某種化合物了。但對於複雜混合物（如石油產品/生物樣品）而言，很多化合物具有相同或相近的質量（同分異構體質量完全相同，有些化合物分子量非常接近，如CO和N2，要考慮儀器的質量解析度是否能區分二者），此時僅靠測量質量就不能確定這個化合物是否就是我們關心的「the one」了。

在串聯質譜 (Tandem MS) 儀器中，我們不僅可以把質譜儀理解為一個稱量離子的「天平」，它還具有了離子「鑷子」（選擇某個特定的離子把它分離出來）和「剪刀」（把某個/某些離子激活並打成碎片）的功能。

通過母離子和子離子的兩步選擇，我們可以在複雜體系中精確定位到我們關心的化合物，同時，兩次離子選擇還可減少複雜基質的干擾，降低背景雜訊（獲得更低的檢出限）並提高方法的動態範圍。因此選擇反應監測是目前色譜（氣相色譜/液相色譜）-質譜聯用中最常用的定量方法。

致謝和補充閱讀：

第一幅圖是自己的數據；後面幾幅圖來自Wikipedia，CC BY-SA 3.0(Creative Commons)

Wikipedia (英語): Standard curve, Isotope dilution, Selected reaction monitoring

同一種化合物，他的離子化難度是一樣的，即電離能一樣，而對於MS的離子源來說，提供的能量是一定的，例如EI源一般是70eV，所以同一化合物進樣，其離子化程度可以看作是一定的，同比例的分子電離成分子離子，同比例的分子電離碎片離子。在質量分析器之後，（我預設大家都是熟悉它的，因此不展開）是檢測器，名字很長，我背不下來，它主要的作用是把離子的撞擊轉化為電信號，同一時間撞擊檢測器的離子越多，其輸出的信號強度越大，此信號的強度就是定量的依據。對信號進一步處理，同一時間段內的信號就是不同離子信號的集合，以最強的信號為100%作圖，就可以得到質譜圖，這是定性的依據。

以一系列已知濃度的目標物做一條標準曲線，線性關係好的話，我們就認為在這個濃度範圍，信號強度和目標物濃度符合此標準曲線函數，然後根據實際樣品中目標物信號強度帶入標準曲線函數，算出濃度

將已知量待測物質A的同位素標記物I摻雜到實際樣品中去，然後進行質譜分析。

樓主的擔心就是，「質譜信號的強度是和離子化難易相關，並不能反應待分析物的含量」。

所以必須要用同一種物質作為參比（同一種物質離子化，在相同條件下難易程度是一樣的），才能做到絕對定量。這就叫外標法定量。

後面很多人洋洋洒洒寫很多內標法，其實跟樓主的擔心沒什麼關係。等他弄明白這個才能做別的。

分析測試百科網

補充一下那位大美女的答案，定量先看一下樣品是否經過了色譜分離，如果是氣質聯用那麼就只能跟王力宏比了，作為男生對這個比喻保留一件。

還有就是等離子電離，EI之類的一股腦把東西電離了可以用內標和電離效率定量。

有些情況下可以用同步輻射光源來做，效果更好。

GC—MS

最近用液質聯用色譜測生物樣品含量

說說怎麼定量計算的過程…

首先用待測物質的標準品配製一系列不同濃度的溶液，進樣分析，在質譜工作站多反應檢測模式下積分該物質的峰面積，對應濃度建立標準曲線

然後取樣品進樣分析，同樣在多反應檢測模式下積分該物質的峰面積，帶入標準曲線就可以算出樣品中該物質的濃度…

至於如何確保定量的準確性…樣品中可以加入內標物，確保沒有樣品中沒有干擾即基質效應，質譜運行中還有參比溶液和校正溶液用於調諧或校正

樓主講的質譜指的是什麼？是與色譜或光譜聯用的檢測器還是棒針圖？還是別的？

就蛋白定量這塊來說完全可以做到，

不管是lael還是label-free，方法也很多，隨便搜搜關鍵詞都能出來一籮筐review……

其他化合物不太清楚。

HPLC做定量也會因為吸收波長問題而不精準，MS多做定性分析用，很多答主把定量問題都朝著定性去回答了

什麼選擇同位素標記物進行標定呢？原因就是因為兩者之間的各種物理和化學屬性非常接近，除了分子量的差別幾乎可以認為一模一樣，因此就可以排除由於樣品中基質的干擾（離子抑制之類的）引起的誤差。值得一提的是這種情況在外標法里是無法避免的。

補充一句，因為質譜的multi channel plate 檢測器並不像UV的PDA檢測器一樣穩定，信號的漲落非常大，所以加同位素內標是必須的。

同一時間撞擊檢測器的離子越多，其輸出的信號強度越大

同一時間撞擊檢測器的離子越多，其輸出的信號強度越大，此信號的強度就是定量的依據。對信號進一步處理，同一時間段內的信號就是不同離子信號的集合，以最強的信號為100%作圖，就可以得到質譜圖，這是定性的依據。

暈，費那勁用質譜定量，直接用液質聯用啊。

你的問題太籠統了

無機質譜儀有機質譜等離子質譜飛行質譜都是不一樣的

簡單來說，四級桿和串接桿是因為載入不同電壓的時刻允許通過的離子質量是一定的（與運動半徑有關）；飛行質譜是因為在磁場和電廠力作用下，不同電荷不同質量飛行時間不同；至於質譜儀的定性功能，無機來說離子的質量就代表原子序數，對於化合物來說，通過撕裂和化學變化（依次計算羥基、羰基等集團的個數）隨後對比資料庫，就能知道分子結構。