物理化学的工具与方法
质谱法(mass spectrometry)
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想象用「弹射」来给小东西称重:把它们弹过房间,看每一个飞多远——轻的小石子飞得远,重的几乎不动。质谱法对分子做的就是类似的事。它给分子带上电荷,把它们射过电场或磁场,再按飞行如何依赖于质量来分类——于是你实际上就给单个分子称了重。
更准确地说,质谱法是一种技术:它把分子电离(变成带电粒子),按质荷比把离子分开,再数出每个值处落下多少个。结果是一张质谱:在特定质量处出现的一组峰。由于分子常在途中碎裂成特征性的碎片,这些峰的图案不仅揭示总质量,也提供关于结构的线索。
为什么重要:它是化学中最灵敏、信息最丰富的工具之一,能从微乎其微的样品中鉴定出物质,并区分质量几乎相同的分子。一个提醒:该方法测的是离子的质量,而不是直接测中性分子,而且碎裂可能很复杂——读懂一张谱图需要细心,因此常与色谱法搭配,先把混合物分离开。
一家反兴奋剂实验室取来运动员的尿液,先用色谱法分离,再把每个分离出的成分送入质谱仪。一种违禁药物会以它精确质量处的峰、加上一组碎片峰的指纹出现,即使是痕量也能明确无误地鉴定出来。
通过给分子及其碎片称重,质谱法能从痕量中说出物质的名字。
被分离的是质荷比,而不是单纯的质量。带两倍电荷的离子会出现在表观质量一半的位置,所以同一个分子可能出现在好几个位置。这不是缺陷而是特点:这些峰之间的间距本身就揭示了电荷,从而揭示像蛋白质这样的大分子的真实质量。
又称
另见