为什么流动相中要加甲酸?

在含有质谱法的国标中，我们可以经常看到流动相中需要加入甲酸。不知道各位读者有没有想过，甲酸作为质谱分析中的一个重要角色，其作用具体是什么呢？好像很多的物质测定都需要用到它，其他酸可以替代它吗？今天作者就以化学反应平衡的角度来分享这个问题。

首先，很多接触过质谱法的分析测试人员都会知道，甲酸是一种比较好的质子供体，其0.1%比例的水溶液，酸性适中，不会损伤色谱柱，而且易挥发，也不会污染质谱。但什么时候需要添加，什么时候不需要添加，这需要我们先了解甲酸是如何在质谱中起作用的。

根据路易斯酸碱理论的定义，含有孤对电子的物质，如化合物中含有N、O原子，可提供孤对电子，被H⁺的空轨道接收，发生酸碱反应。如典型的例子：NH₃与H⁺结合，生成NH₄⁺，在质谱离子化的过程中也发生着同样类似的反应，如下图。

克百威的胺基N原子在离子源中，与甲酸提供的H⁺结合，形成带一个正电荷的母离子，这是一个可逆反应。为什么是可逆反应，因为离子化程度不可能达到100%，反应平衡取决于反应物的浓度。因此，为了提供母离子的响应，让反应平衡往右移，需要通过甲酸为体系提供H⁺，从而增大反应物的浓度。那么，如果是增大目标物的浓度呢？母离子的响应强度也不是不会增加，但这显然是不可行的，因为目标物浓度过大，会污染质谱，导致后续的测定容易出现残留，呈现假阳性。同时，对于含量较低的样品，称样量和富集倍数也会大大增加实验难度。

既然我们明白了甲酸的作用，那么我们可以暂且得出两个结论。第一，如果目标物中含有N和O原子的情况，我们可以考虑在流动相中加入甲酸以提供母离子响应，当然不一定百分百有用。第二，对于母离子形式是[M-H]^-而不是[M+H]⁺的目标物，加甲酸的话，可能还会抑制反应往右移，因为母离子形式是[M-H]^-需要的是脱氢，而不是加氢。

现在还有一个问题，甲酸是否能被其他酸替代呢？如上述提到的，首先甲酸是弱酸，其水溶液的酸性也比较适中，不会损伤色谱柱；其次，甲酸属于易挥发的酸，在高温条件下容易挥发，不会在离子源中残留。当然符合这些条件的还有乙酸，但是从解离常数来看，甲酸的pKa为3.77，乙酸的pKa为4.74，因此甲酸酸性更强，同等摩尔量的甲酸和乙酸，甲酸能提供的H⁺数量也更多，所以甲酸更适合。

以上是为什么流动相中要加甲酸的原因和情况，作者经验较浅，不一定全面，欢迎大家讨论~