质谱学,这一深刻影响多个学科领域的科学分支,其起源可追溯至物理学。随着科学的进步,它逐渐跨越学科界限,在多个领域中展现出其独特的价值。在1897年,英国杰出的科学家汤姆逊开创了质谱法,通过测定质荷比(m/z ...
质谱学,这一深刻影响多个学科领域的科学分支,其起源可追溯至物理学。随着科学的进步,它逐渐跨越学科界限,在多个领域中展现出其独特的价值。 在1897年,英国杰出的科学家汤姆逊开创了质谱法,通过测定质荷比(m/z)为化学分析领域揭开了新的篇章。他前瞻性地预言了质谱法在化学分析中的广阔应用前景,为后来的科学研究者提供了宝贵的启示。 经过近一个世纪的发展,质谱法不仅在物理、化学等基础研究领域取得了引人注目的成果,更在分析化学领域占据了举足轻重的地位。它已成为现代分析化学中不可或缺的重要手段,并在近代仪器分析技术的发展中占据了突出的地位。质谱法的精确性、灵敏度和广泛的应用范围,使其成为科学研究中不可或缺的工具,为人类探索自然奥秘提供了强大的支持。 在科学的浩瀚星空中,众多杰出的科学家们用他们的智慧和勇气书写着不朽的篇章。 1906年物理学奖得主J.J.Thoms于1897年勇敢地揭示了电子的存在,并通过对气体电导的深入研究,成功测定了电子的质荷比(m/z),为电子学的发展奠定了基石。 紧随其后,1911年物理学奖得主w.Wien在1898年利用磁场偏转技术,对阳极射线进行了深入的分析,首次确认了这些射线带正电荷的粒子,为粒子物理学的发展开启了新的篇章。 而在化学领域,1922年化学奖得主F.W.Aston于1919年凭借卓越的洞察力和创新精神,成功研制出第一台速度聚焦质谱仪器,并在此基础上发现了非放射性元素的同位素,为化学分析领域带来了革命性的突破。 随着科学的不断进步,质谱学技术也在不断发展和完善。1989年物理奖得主w.Paul与HS.Steinwedel于1953年共同提出了四极分析器和离子阱的概念,并在随后的研究中不断完善和深化这一技术。到了1980年,他们更是创造性地提出了离子阱质谱原理和技术,为质谱学的发展注入了新的活力。 而在离子碎裂过程的研究中,1992年化学奖得主R.A.Marcus利用准平衡理论,对离子的单分子碎裂过程进行了深入的解释,为 此外,质谱学在化学领域的应用也不断拓展。1996年,R.F.Curl、R.E.Smalley和H.W.Kroto等科学家利用质谱技术观察到激光轰击下产生的碳60,为碳材料科学的发展注入了新的动力。 进入21世纪,质谱学在生物大分子分析领域的应用也取得了突破性进展。2002年化学奖得主田中耕一于1987年利用MALDI技术成功测定了质量数高达72000Da的生物大分子,为生物大分子的研究提供了新的手段。而J.B.Fenn则通过电喷雾电离方法,为生物大分子的分析提供了新的思路和方法。 这些杰出的科学家们用他们的智慧和勇气,不断推动着质谱学的发展和应用,为人类科学事业的进步作出了巨大的贡献。 质谱的发展历程是一个充满创新与突破的过程,它跨越了多个学科领域,为科学研究和实际应用带来了深远的影响。以下是对质谱发展历程的详细介绍,包括关键时间节点和关键技术突破。 早期探索 质谱学的起源可以追溯到物理学领域。1897年,英国的汤姆逊发明了质谱法,并测定了质荷比(m/z),这一发现为质谱法在化学分析中的应用前景提供了启示。随后,质谱法逐渐在物理、化学等基础研究领域展现出其重要性。 关键技术突破与仪器发展 1919年,Francis William Aston在剑桥大学卡文迪实验室设计出第一台速度聚焦型质谱仪,该仪器能够测量出同位素的质量,并发现了许多元素的同位素,这标志着质谱技术在同位素研究领域的重大突破。 随着技术的不断进步,质谱仪的设计和性能也得到了显著提升。1935年,Mattauch与Herzog制造出双聚焦质谱仪,提高了质量分辨率及同位素测量精度。而在1953年,Paul和G.Demelt发明了四级杆质谱仪技术,Wiley和Mclarens制造出飞行时间质谱仪,这些创新都为质谱技术的进一步发展奠定了坚实的基础。 应用领域扩展 随着质谱技术的不断发展,其应用领域也逐渐扩大。从20世纪20年代开始,质谱技术开始应用于有机化合物分析,特别是高分子化合物的分析。到了30年代,质谱技术又开始应用于气体分析,包括气体混合物的分离和鉴定。随着时间的推移,质谱技术的应用范围进一步扩展到生物样品、生物大分子、环境样品以及临床医学等多个领域。 在生物样品分析方面,质谱技术从40年代的氨基酸、蛋白质和糖类的分析,逐渐发展到50年代的DNA和RNA的分析。而在环境科学领域,质谱技术从60年代开始应用于土壤、水和空气中的污染物的分析。到了70年代,质谱技术进一步应用于临床医学领域,如血液和尿液中代谢产物的分析。 技术创新与仪器性能提升 在技术创新方面,质谱技术不断取得新的突破。例如,1988年电喷雾质谱仪首次应用于蛋白质分析,为生物大分子的研究提供了新的手段。同时,离子阱技术的应用也为质谱技术的发展带来了新的突破,Hens G. Dohmelt和W. Paul因离子阱的应用而获得了1989年的诺贝尔物理奖。 此外,随着技术的不断创新,质谱仪的性能也得到了显著提升。例如,高分辨飞行时间质谱仪的出现,使得质谱分析在分辨率和精度方面达到了新的高度。 中国质谱技术的发展 在中国,质谱技术的发展也取得了显著的成就。早在1962年,北京分析仪器厂就研制成功了中国第一台同位素质谱仪,这是中国造质谱可追溯到的最早历史。随后,中国科学家在质谱技术的研发和应用方面不断努力,取得了多项重要成果。例如,华仪宁创与清华大学张新荣教授团队、宁波大学闻路红教授团队合作,成功研制出业界首套基于萃取法的单细胞代谢物分析质谱仪,这标志着中国在单细胞代谢分析领域取得了重要突破。 总结 回顾质谱技术的发展历程,我们可以看到这是一个不断创新和突破的过程。从早期的速度聚焦型质谱仪到现代的高性能质谱仪,从基础研究领域到多个应用领域的广泛应用,质谱技术都为科学研究和实际应用带来了深远的影响。未来,随着技术的不断进步和创新,质谱技术有望在更多领域发挥更大的作用,为人类社会的发展做出更大的贡献。 另附质谱编年史,如下表: 来源:质谱学堂 |