技术文档
质谱分辨率和分辨能力
“分辨率”和“分辨能力”
“高(质量)分辨率”和“分辨能力”这两个概念常常互相替换使用。高分辨率对于不同峰的分离是非常必要的，并且可以确保在某个特定检测条件下只有通种离子。它的测定既可以是精确质量数的确认，也可以是特异性的定量分析。高分辨率对于包含复杂基质的所有类型实验都尤为重要，例如，从某种基质(如生物体，环境样品)中提取的样品，因为这些样品中通常包含大量显著响应的背景离子。在这种情况下，仪器较高的分辨能力可从与目标离子等重的基质干扰中分析目标离子（图1）。
图1. 在15,000和80,000分辨率下，抗蚜威的MH+峰的分析
由于“分辨率”和“分辨能力”这两个词常被用来描述质谱仪性能，所以下面详细的介绍一下他们的定义。国际纯粹与应用化学联合会（IUPAC）定义：
质谱检测的分辨能力：区分质荷比非常接近的离子的能力。这种能力至少要用两处峰宽来表征，即位于50%和5%最大峰高处的峰宽，峰宽在单位测量下测量，分辨能力可表达为上述两处峰宽质量的函数。
质谱检测的分辨率（m/Δm）：10%峰谷定义：若质量分别为m和m-Δm的两个等高的峰由一个峰谷分开，且该峰谷的最低点高度为任何一峰高的10%；而对于质量大于m的类似的高峰，峰谷的最低点高度大于(以任何数量)任何一峰高的10%。峰宽定义：对于质谱图中一个质量为m的单电荷离子的单峰，分辨率可以用m/Δm表示。其中Δm为指定峰高处的峰宽，建议为50%、5%或0.5%最大峰高处的峰宽。对于一个孤立的对称峰，被记录的线性范围在5%和10%的峰高处之间，那么5%峰高处的峰宽定义在技术上与10%峰谷定义是相当的。一个通用的标准是将分辨率定义为半峰高处的全峰宽，有时缩写为半高宽(FWHM)。
“分辨率”一词与“分辨能力”基本上是可以互换使用的。事实上，分辨率和分辨能力的定义都是R = (m /Δm)，其差别就在于如何界定Δm。磁场质谱仪的分辨率通常由10%峰谷定义给出，其中Δm被定义为由10%峰谷分开的两个峰的质量差异。所有其他关于分辨率的定义都是基于单一峰值的。由于分辨率可以有多种方法定义，在比较数值之前要注意其定义。举例来说，在10%峰谷定义中Δm是基于真正的峰的分离，而5%峰高处的峰宽定义中Δm则是基于一个单一的峰然而测量（图2）。对于四极杆质谱、FT-ICR、Orbitrap和飞行时间质谱仪来说，最常用的分辨率衡量方法是遵循半高宽的定义，即使用50%峰高处的峰宽来衡量Δm（图2）。而使用半高宽的定义取得的数值自然总是大于使用“5%峰高处峰宽” (10%峰谷)定义取得的数值。事实上，要达到10%峰谷的质量分离标准，半高宽定义下的分辨率大约是10%峰谷定义下分辨率的两倍，这意味着20000的半高宽分辨率相当于10000的10%峰谷分辨率。一台分辨率为10,000(FWHM)的仪器能够分离m/z为500.0和500.1的离子，然而不能分离质荷比为1000.0和1000.1的离子。
图2. 不同分辨率定义的图示
如图3所示，分辨率数值是根据半高宽定义给出的，在图中可以看到一氧化碳和氮气的基线分离。要达到这种分离标准，根据10%峰谷定义则只需要2300的分辨率。然而，在一个分辨率只有2300(半高宽定义)的仪器上，单个的一氧化碳和氮气峰(绿色和蓝色)则被合并起来给出粗黑线勾勒的信号（图3左侧）。仪器的分辨率要至少达到5000 (半高宽定义)才能分离并准确测量每一个单峰的质量（图3右侧）。
仪器类型和质量分辨率
在以下所有例子中，“分辨率”和“分辨能力”将作为同义词应用，所有数值均基于半高宽定义。在线性离子阱(如Thermo Scientific的LTQ系列)和传输四极杆 (例如，Thermo Scientific的TSQ系列)质谱仪中，仪器的分辨率是随质量线性增加的，即仪器设置为单位分离，分离质荷比为100和101的分辨率为R=100/0.5=200；而分离质荷比为1 0 0 0和 1 0 0 1的分辨率相应增加到R=1000/0.5=2000。 这种分辨率设置叫做“单位质量分辨率”。飞行时间和双聚焦质谱仪(例如DFS 高分辨率磁场的GC/MS)在恒定分辨能力下运行。这意味着在整个质量范围内将使用相同的分辨率设置。Thermo Scientific的FT-ICR和Orbitrap ™系列质谱仪所运行中所使用的分辨能力是不断变化的。FT-ICR的质谱仪分辨率随质量增加而线性递减，而对于Orbitrap质谱仪来说，分辨率则是随质量平方根的增加而呈线性递减。例如：
Orbitrap质谱在m / z=400时分辨率为 100000，而在m / z=1600时分辨率则变为50000；
FT-ICR质谱在m / z=400时分辨率为 100000，而在m / z=1600时分辨率则变为25000。
高分辨率的重要性
高分辨质谱通常用来精确测定质量(分析元素组成) ，或者进行特异性的定量分析，在这两种情况下待测的都是一个质谱图中峰的中心质量。在定量分析中，想要得到准确的结果，就必须要有足够的分辨能力把目标分析物从任何可能的干扰信号中分离出来，如果仪器的分辨率达不到要求，就会出现假阳性或假阴性信号。图4显示的是酞酸丁酯和乙炔雌二醇分别在10,000和100,000分辨率下的质谱图。
另一应用高分辨率质谱的例子是对等重农药碘硫甲乙胺和对硫磷（质量差只有13.5mmu）的分析（图5）。在分辨率为50,000（FWHM）的时候，这二者可以被准确分辨出来，而且质量数也能够准确测定。但是在低分辨率设置时，碘硫甲乙胺的峰会向两个物质的混合峰处明显偏移，出现了超过40ppm的质量偏差。
图4. 低分辨率下荷尔蒙的假阴性检测结果（上图）和高分辨下的正确检测（下图） 图5. 在不同分辨率设置下两种农药的测定结果
本文来自Thermo公司”质量分辨率和分辨能力”一文，文章略有修改。