直接测量发酵过程中的呼吸商（RQ）介绍近五年来，生物工业发展的增长速度一直保持在15%以上。比起传统的合成小分子药物，基于发酵的大分子药物发展更为快速。这也对产品研发和生产过程全方面提出了更多的质量控制要求。质谱仪在发酵产品的研发和生产中起到了重要作用。不仅仅在医药工业，在生物燃料、生物清洁剂、生物降解塑料等应用领域，质谱仪的强大分析效能也起到了积极作用。呼吸商的重要性通过监测发酵尾气，我们能获得大量的细胞代谢信息。气体组分会随着细胞对营养源的利用情况发生变化。呼吸商（RQ）是表示细胞代谢的一个数值，定义为二氧化碳的生成速率比上氧气的消耗速率。RQ值表示了二氧化碳和氧气产生与消耗量根据营养源的代谢情况。碳水化合物（一般分子式为CnH2nOn）是一种重要的营养源，比如，n=6时分子式为C6H12O6，是葡萄糖，我们通过下式来描述葡萄糖的代谢反应：对于葡萄糖，RQ是消耗6分子的O2产生了6分子的CO2，等于1。如果用硬脂酸代替葡萄糖，这个代谢反应就变成了：对于硬脂酸，RQ是消耗了26分子的O2产生了18分子的CO2，等于0.7。我们可以通过简单的比较RQ值来比较细胞在不同的条件下（温度、pH、搅拌、营养水平等）的代谢情况。我们可以通过Avogadro常数（在标准压力和温度下为1019分子/cm3）将分子数转换成体积：由于转换系数在分子和分母中都出现，我们可以简单地使用二氧化碳的释放体积除以氧气的消耗体积替代分子数量。传统的专用气体分析仪（测量氧气使用顺磁，测量二氧化碳使用红外）用于测量发酵罐进气和尾气中的氧气及二氧化碳。分析结果以体积百分比浓度或体积ppm表示，RQ的计算式为：CER定义为二氧化碳产生速率，OUR定义为氧气消耗速率。流速的测量误差限制了RQ的精确度：质量流量计的典型准确度是±5%。另外，顺磁分析和红外分析的速度相对慢，限制了单台仪器能够监测的发酵罐数量。如果测量进气和尾气的不是同一台设备，也会导致RQ的测量误差。质谱的优势分析速度：四极杆质谱仪可以在几秒钟内给出空气中四种主要组分（氮气，氧气，氩气，二氧化碳）的测试结果。因此，一台仪器可以同时监测多个发酵罐。包括通道切换、冲洗，质谱仪可以在10~20s给出一个RQ值。空气进气和发酵罐尾气使用同一台仪器测量，数据之间的对比也更为方便容易，数据的准确度更好。宽动态范围：质谱仪的宽动态范围可以精确测量ppm~100%浓度范围的气体组分。而其他的分析技术要求覆盖测量范围的多点浓度校正。在一些例子中，甚至要求不同的分析仪器如测量空气中浓度约为300ppm的二氧化碳，测量尾气中百分浓度水平的二氧化碳。精确的RQ计算，无需测量流速：质谱仪不仅可以测量呼吸气体，也可以测量氮气和氩气。我们可以消除流速测量误差的影响。对于最典型的发酵，氮气在整个过程中既没有消耗也没有产生，如果：（进气中氮气的体积百分含量*进气流速）=（尾气中氮气的体积百分含量*尾气流速），那么：尾气流速=（进气中氮气的体积百分含量*进气流速）/尾气中氮气的体积百分含量我们可以通过下式计算CER与OUR：那么RQ（不需要知道流速）：注意，尽管这个公式中RQ计算用到的氮气浓度修正值与典型计算用到的流速修正值方法是完全一样的，但分子和分母并不是CER和OUR。更准确的说，是CDI和OXR，指的是二氧化碳的增长和氧气的减少。表1使用氮气浓度校正计算RQ实例（MS的现场采集数据）如果发酵过程中消耗或者产生了氮气（例如：固氮微生物），那么进气和出气中氩气的浓度变化可用于流速的修正。