氣相色譜-四極桿飛行時間串聯(lián)質(zhì)譜的使用與維護(hù)保養(yǎng)

許曉輝，杜銳滸，楊志敏，李晨曦，潘秀麗，張虹艷

(蘭州市食品藥品檢驗(yàn)所，甘肅 蘭州 730050)

氣相色譜-四極桿飛行時間串聯(lián)質(zhì)譜(GC-QTOF)作為一種新型的分析技術(shù)[1-3]，一方面繼承了飛行時間質(zhì)譜及串聯(lián)質(zhì)譜的檢測優(yōu)勢，另一方面結(jié)合氣相色譜的高分離效能，極大地拓寬了高分辨聯(lián)用質(zhì)譜技術(shù)在化合物定性分析上的應(yīng)用范圍，可以有效減少復(fù)雜基質(zhì)的信號干擾，實(shí)現(xiàn)低豐度未知組分的檢測，并通過多維數(shù)據(jù)定性技術(shù)，達(dá)到提高定性分析可靠性的目的，能夠顯著提高未知成分鑒別的準(zhǔn)確性，其實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)型檢測向非目標(biāo)型檢測的轉(zhuǎn)變.

本文從GC-QTOF的基本原理、校準(zhǔn)與調(diào)諧、開機(jī)和關(guān)機(jī)、定性與定量分析及維護(hù)保養(yǎng)4個方面進(jìn)行了總結(jié)與探討，以期對安捷倫GC-QTOF的使用提供參考.

1 QTOF的基本原理及校準(zhǔn)與調(diào)諧

QTOF的主要優(yōu)勢是測量質(zhì)量準(zhǔn)確，可消除基質(zhì)干擾，能夠用于結(jié)構(gòu)解析.QTOF的組成主要包括分析系統(tǒng)和真空系統(tǒng).分析系統(tǒng)由離子源、四極桿、碰撞池、離子束壓縮、脈沖發(fā)射器、飛行管和檢測器組成，真空系統(tǒng)由3個渦輪泵實(shí)現(xiàn).分析系統(tǒng)最重要部分是離子源，主要由離子源體、推斥極和聚焦透鏡組成.離子源體和推斥極構(gòu)成電離腔體，在電離腔中形成離子.從離子源體出來有燈絲、燈絲發(fā)射電子和電離樣品，經(jīng)透鏡聚焦，送入四極桿中.QTOF基本原理是離子源接收氣態(tài)樣品并使樣品分子轉(zhuǎn)變?yōu)殡x子，特定離子通過四極桿過濾進(jìn)入碰撞池發(fā)生碎裂產(chǎn)生碎片離子，碎片離子通過離子束壓縮送到脈沖發(fā)射器，在脈沖發(fā)射器作用下，碎片離子進(jìn)入飛行管，根據(jù)飛行時間就能推算離子的精準(zhǔn)質(zhì)量.在儀器正常使用前，需要進(jìn)行調(diào)諧和質(zhì)量校準(zhǔn).調(diào)諧是調(diào)節(jié)離子源、四極桿和飛行管參數(shù)，使儀器獲得理想的信號強(qiáng)度和分辨率.質(zhì)量校準(zhǔn)是根據(jù)已知標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)量來校準(zhǔn)質(zhì)量軸，對電子轟擊電離源(EI)，調(diào)諧和校準(zhǔn)使用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)都是一種穩(wěn)定、易揮發(fā)的化合物全氟三丁胺.一般來說，先調(diào)諧，后質(zhì)量校準(zhǔn).QTOF需要經(jīng)常校準(zhǔn)，但只有出現(xiàn)性能下降時才需要執(zhí)行調(diào)諧.當(dāng)調(diào)諧完畢，觀察調(diào)諧報告，看峰型和寬度，檢查質(zhì)量誤差.QTOF除EI源，還有化學(xué)電離源(CI).CI是一種使用反應(yīng)氣讓樣品分子形成質(zhì)子化的分子離子，和電子電離不同的是，電子電離需要使用70 eV的能量和樣品分子發(fā)生碰撞，通過碰撞生成正離子.電子電離是能量從電子轉(zhuǎn)移到樣品分子身上，而化學(xué)電離是通過燈絲發(fā)射的電子擊打在反應(yīng)氣上，使反應(yīng)氣電離，產(chǎn)生反應(yīng)氣離子.反應(yīng)氣離子再和樣品分子加和，產(chǎn)生樣品質(zhì)子化的分子離子.常用的反應(yīng)氣是甲烷，甲烷電離會形成17、29、41的二級特征離子，因此以甲烷做反應(yīng)氣的化學(xué)電離形成的分子離子為M+1，M+29，M+41，這3種分子離子豐度依次降低.一般來說，從電子電離源切換到化學(xué)電離源，先要調(diào)出化學(xué)電離調(diào)諧文件，其調(diào)諧步驟同電子電離源，由于化學(xué)電離源不能有水，而且更容易受污染，因此切換到化學(xué)電離源，要先烘烤8 h.烘烤的條件：離子源300 ℃，四極桿150 ℃，GC/MS接口280 ℃，然后再進(jìn)行調(diào)諧.由于化學(xué)電離源界面無診斷漏氣功能，要檢查漏氣，要先在電子電離源界面解決了，再切換到化學(xué)電離源.

2 開機(jī)和關(guān)機(jī)

正確的開機(jī)和關(guān)機(jī)操作能夠使儀器持續(xù)保持良好性能.

2.1 開機(jī)

開機(jī)前，打開高純氮?dú)馄康臍忾y，確認(rèn)輸出壓力為規(guī)定的壓力.如果是使用的是Edwards機(jī)械油泵，要確認(rèn)前級泵的氣鎮(zhèn)閥處于關(guān)閉狀態(tài).然后依次打開計算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)電源、氣相色譜儀電源和質(zhì)譜儀電源.此時機(jī)械泵開始工作，儀器開始自檢.自檢完成后，啟動儀器控制軟件.

2.2 關(guān)機(jī)

關(guān)機(jī)時，在MassHunter采集軟件右鍵點(diǎn)擊Vent，Vent完成后退出MassHunter采集軟件，關(guān)閉QTOF及GC電源、關(guān)閉電腦.關(guān)機(jī)后，建議不要關(guān)閉高純氮，因?yàn)閮x器關(guān)機(jī)后，不會消耗高純氮?dú)猓呒兊獨(dú)饪梢允拐麄€管路保持正壓，有效保護(hù)高純氮的捕集阱不被環(huán)境空氣污染.如果長時間關(guān)機(jī)，最好撥掉質(zhì)譜的電源線，否則儀器的某些電路仍然帶電.

3 定性與定量分析

QTOF采集有兩種模式：飛行時間質(zhì)譜(TOF)和目標(biāo)QTOF模式.TOF模式類似與單四極桿，所有離子全部通過，均推送到飛行管部位，得到的是分子離子.目標(biāo)QTOF模式是通過碰撞篩選，得到是碎片離子.

在儀器上建方法時，色譜部分要關(guān)注分流不分流和溶劑效應(yīng)，后運(yùn)行，反吹.質(zhì)譜部分重點(diǎn)關(guān)注燈絲電流、采集速率和碰撞能量，一般要求采集一張質(zhì)譜圖, 一個瞬態(tài)是100 μs，采集5張/s質(zhì)譜圖，那么采集速率是0.2 s.一張質(zhì)譜圖有兩千個瞬態(tài)，即兩千個瞬態(tài)的疊加.一張質(zhì)譜圖是色譜圖上峰上的一個點(diǎn)，一個峰要大于15個點(diǎn).

如果QTOF定性分析已知化合物且總離子流圖的峰分離度好，則使用一級采集模式MS數(shù)據(jù)，主要結(jié)合低分辨的美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院質(zhì)譜庫(NIST)和高分辨的個人自定義質(zhì)譜庫(PCDL).而定性分析未知化合物，且得到的總離子流圖復(fù)雜，峰多而雜，相互交錯，通過質(zhì)譜離子提取，同一色譜峰的質(zhì)譜提取圖重疊趨勢不一致，表現(xiàn)出一個色譜峰里面含兩個甚至多個化合物，這時就得使用未知物分析軟件.當(dāng)一級MS數(shù)據(jù)無法通過譜庫檢索來定性，這時就需要打二級QTOF譜，根據(jù)二級碎片離子來倒推未知化合物.另一種情況是，當(dāng)使用QQQ無法確認(rèn)化合物，需要打二級譜來確認(rèn)疑似化合物.在定性方面，用的比較多的是PCDL庫和未知物分析軟件.在定量分析方面，所用數(shù)據(jù)為一級數(shù)據(jù)，建立方法步驟同QQQ相似.

4 維護(hù)保養(yǎng)

4.1 色譜部分

氣相色譜方面主要關(guān)注載氣(壓力和捕集阱顏色)、進(jìn)樣口(隔墊、襯管和O型環(huán))及色譜柱.一般情況下，載氣氮?dú)庑栌酶呒兊獨(dú)?使用前，檢查鋼瓶壓力，載氣壓力在3 Mpa時就得對鋼瓶進(jìn)行更換，否則就會因?yàn)闅怏w雜質(zhì)的干擾導(dǎo)致被分析物峰型越來越差.更換高純氮?dú)馄繒r，要把儀器放到Standby狀態(tài).進(jìn)樣墊和玻璃襯管在自動進(jìn)樣150次就需要更換，玻璃襯管里面的玻璃棉要分布均勻，玻璃棉處于襯管的中段.色譜柱使用前，設(shè)置梯度升溫程序進(jìn)行老化，但是要注意新色譜柱與舊色譜柱老化時間不一樣，舊色譜柱老化時間最好控制在2 h，當(dāng)出現(xiàn)保留時間漂移、鬼峰和拖尾峰時，應(yīng)對色譜柱柱頭部分進(jìn)行切割，把臟的部分去掉.在安裝完色譜柱的色譜端后，把色譜柱與質(zhì)譜連接端放入有機(jī)溶劑中，檢測有沒有氣泡產(chǎn)生，防止色譜柱被墊圈碎屑堵住.安裝色譜柱時，進(jìn)樣口端深入4～6 mm，質(zhì)譜連接口端深入5 mm.另外，也要關(guān)注洗液瓶有充足的洗液，廢液瓶中的廢液要及時傾倒.

4.2 質(zhì)譜部分

質(zhì)譜方面主要關(guān)注離子源和真空泵系統(tǒng).清洗離子源時，要戴清潔的無粉手套，用色譜純丙酮清洗所用工具以防污染.在拆離子源的時候，不要用力過大，不能觸碰燈絲，取下的部件放入潔凈的燒杯，倒入色譜純丙酮超聲清洗，最后烘干.其次是要對儀器狀態(tài)進(jìn)行全盤掌握，如有必要時就調(diào)諧，沒必要時檢查調(diào)諧，質(zhì)量校準(zhǔn)，調(diào)諧質(zhì)量校準(zhǔn)時都做記錄，記錄最小質(zhì)量離子和需要的最大質(zhì)量離子，通過每次使用前記錄之間的對比，判斷儀器是否正常.在調(diào)諧過程中，當(dāng)調(diào)諧文件中同位素比例不合適，重現(xiàn)性差，自動調(diào)諧失敗，有可能是離子源臟了.另外當(dāng)儀器靈敏度下降，也有可能是進(jìn)樣口臟了，通常通過一些污染物的碎片離子來判斷儀器中是否存在潛在的污染物.如隔墊的主要成分為二甲基聚硅氧烷，其主要質(zhì)量離子有73、147、207等，當(dāng)檢測到73、147、207的質(zhì)量離子，有可能是受到隔墊的污染.質(zhì)譜的離子源變臟時，推斥極會被帶負(fù)電的污染物降低其排斥能力，這時需要拆卸下離子源進(jìn)行清洗，只清洗離子源金屬部件.當(dāng)質(zhì)譜的質(zhì)量匹配不正確時，就會出現(xiàn)故障，產(chǎn)生故障的主要原因是不正確的調(diào)諧文件，質(zhì)譜沒有達(dá)到熱平衡，校正質(zhì)量匹配出錯.另外，平時使用儀器過程中，要時常關(guān)注檢查真空狀態(tài)，每次使用都對真空度做一個記錄，以此來判斷真空狀態(tài)是否有異常.當(dāng)泵油顏色變黃，需更換泵油.更換泵油時，要放空儀器，關(guān)掉電源，擰開排廢油塞，待廢油全部排光后再添加新油，添加泵油位置不能超過上限，否則儀器操作時可能會有多余的泵油從廢氣管噴出.在儀器使用過程中，要注意觀察泵油油位的下限刻度線，在泵沒有漏油的情況下，當(dāng)泵油油位快要低于下限刻度線的時候，確保儀器處于Standby狀態(tài)后，打開氣鎮(zhèn)閥，使泵油回流.總之，在使用GC-QTOF過程中，質(zhì)譜部分要不定期進(jìn)行維護(hù)，以保證儀器正常運(yùn)行，維護(hù)內(nèi)容及周期如表1所列.

表1 GC-QTOF質(zhì)譜方面維護(hù)內(nèi)容及周期

5 結(jié)語

在應(yīng)用GC-QTOF過程中，除了要按規(guī)范操作儀器，正確使用儀器化學(xué)工作站及各種附帶軟件，還要維持儀器良好的運(yùn)行狀態(tài)，延長儀器使用壽命，對儀器進(jìn)行有針對性的維護(hù)保養(yǎng).日常維護(hù)由操作員負(fù)責(zé)，高難度的維護(hù)需聯(lián)系儀器工程師上門進(jìn)行.總之，不但要正確合規(guī)使用儀器，最重要的是做好日常的儀器維護(hù)保養(yǎng).