三重四級桿液質聯(lián)用技術及數(shù)據(jù)采集模式分析

蘇佳麗

（長治市綜合檢驗檢測中心，山西 長治 046000）

液相色譜-質譜聯(lián)用技術是將液相色譜的分離性能和質譜的質量分析能力結合在一起的一種分析化學技術。液質聯(lián)用儀可用于很多領域，具有高靈敏度和選擇性，通常用于復雜基質中的化合物鑒定和分析。

在有機質譜的發(fā)展歷史中，待測物能否被離子化是質譜分析的首要條件，因此離子源的研究與改進一直是重點與難點。氣相色譜質譜聯(lián)用儀是20 世紀50年代至60 年代快速發(fā)展的一種分析鑒定類儀器，氣相色譜質譜聯(lián)用儀常用的電離源是化學電離源（CI）、電子轟擊源（EI），然而化學電離源和電子轟擊源并不能用于液相色譜質譜聯(lián)用儀[1]。為了提高從液相色譜儀末端流出的液態(tài)流動相里的成份的離子化效率，并能成功進入質譜分析儀，科學家對液相色譜和質譜的接口處進行了大量的研究工作[2-4]。直到電噴霧離子源的出現(xiàn)，液相色譜質譜聯(lián)用儀技術才得到普及。因此液質聯(lián)用儀的差別主要由其所使用的離子源決定?，F(xiàn)在液質聯(lián)用儀主要配置電噴霧離子源和大氣壓化學電離源。本文主要介紹了三重四級桿質譜聯(lián)用儀的離子傳輸、電噴霧離子源和大氣壓化學離子源的特點、質量分析器、圖譜分析以及其數(shù)據(jù)采集模式，使液質聯(lián)用儀的使用者更加深刻理解儀器的原理和運行，對故障排除及儀器維護起到很好的作用。

1 三重四級桿液質聯(lián)用技術

1.1 離子傳輸

三重四級桿液質聯(lián)用儀主要由液相系統(tǒng)、離子源、真空引入口、質量分析器、檢測器五部分組成?；衔锏膫鬏斅窂綖閺囊合嗌V到質譜檢測器，然后到數(shù)據(jù)輸出。離子由離子源產(chǎn)生通過離子橋，再進入四級桿。離子源處于大氣壓環(huán)境，分析物在此轉換成氣相離子；真空導入接口處于低真空環(huán)境，離子由此傳輸入質譜；檢測離子質荷比的質量分析器處于高真空環(huán)境。三重四級桿質譜也叫串聯(lián)四級桿質譜，主要由MS1 和MS2 組成，MS1 和MS2 是質量分析器（四級桿），可過濾目標離子。

在檢測器系統(tǒng)中，轉換打拿極生成的電子碰擊磷光屏，磷受激發(fā)發(fā)射光子，光子碰擊位于光電放大器前端的光陰極，信號在放大器中被放大。數(shù)據(jù)系統(tǒng)接受信號，光電倍增器永久保存在真空環(huán)境下，有助于防止檢測器污染，比常規(guī)電子倍增器壽命顯著增強。

1.2 大氣壓電離（API）

大氣壓電離分為電噴霧電離和大氣壓化學電離兩種。電噴霧電離的原理是液體從導電毛細管噴出，毛細管帶高電壓，產(chǎn)生帶電液滴的噴霧。液滴蒸發(fā)、分裂直至離子蒸發(fā)成氣相離子。大氣壓化學電離的原理是液體通過加熱管蒸發(fā)，生成氣相分子。電針加有高壓生成離子化的氮原子電暈團，進而離子化溶劑，溶劑通過電荷轉移電離分子。

1.2.1 電噴霧電離（ESI）

包含分析物的溶劑進入電噴霧探頭，通過不銹鋼毛細管。高DC 電壓，也叫毛細管電壓，加在不銹鋼毛細管上。高電壓引起液體離開毛細管時，液體表面生成靜電。氮氣（霧化氣）從毛細管中間吹過。當溶劑離開毛細管時，霧化氣吹去溶劑，生成細小的帶電液滴噴霧。

當噴霧離開探頭時，更多的氮氣（脫溶劑氣）吹過噴霧周圍。脫溶劑氣是加熱的，有助于液滴變小，溶劑從表面蒸發(fā)，該過程稱為離子蒸發(fā)。還有一種稱作液滴分裂的理論，隨著溶劑蒸發(fā)，溶劑表面的庫侖排斥力越來越大，引起液滴爆炸，生成單個離子。液滴表面帶多余的電荷，溶劑從液滴蒸發(fā)，液滴縮小直至表面電荷密度到達彼此間的排斥力大于液體表面張力，不足以將液滴聚合在一起，一系列更小的液滴從主液滴分裂出來。

電噴霧電離有兩種電離機理，一種是離子解吸附，一種是電荷殘余。離子解吸附即氣相離子的生成，由液滴生成氣相離子的模型，通過蒸發(fā)和分裂液滴體積變小。離子然后從液滴表面蒸發(fā)，表面活性的分子更容易生成電噴霧離子。電荷殘余即液滴通過蒸發(fā)連續(xù)失去溶劑分子，直至僅剩帶電電荷。

電噴霧電離的樣品，通常正電離的樣品有小分子極性化合物、肽和蛋白、藥物及代謝物、染料化合物，環(huán)境污染物、某些有機金屬、小分子糖類等。通常負電離的樣品是某些蛋白質、某些藥物的代謝物，寡核苷酸，某些糖和多糖。

電噴霧電離的優(yōu)點是相對分子質量確定和高分子量測量。適合于揮發(fā)性和非揮發(fā)性分析物，通過多電荷離子檢測高分子量化合物；適合于離子型/極性分析物，靈敏度高，定量分析；適合于毛細管高效液相色譜。缺點是在溶液中必須形成離子，在高鹽濃度的條件下，容易有離子抑制，流動相添加劑會影響電離。

1.2.2 大氣壓化學電離（APCI）

大氣壓化學電離主要用于檢測低分子量的單電荷物種，并且即使在低錐孔電壓下也能碎裂，可以使用非極性流動相。

樣品流過毛細管以細小噴霧狀進入加熱管，伴隨著霧化氣的輔助。加熱器幫助分析物和流動相快速蒸發(fā)。霧化氣及套管內(nèi)的氣體將蒸發(fā)的樣品帶出加熱器進入等離子放電區(qū)。電針將一小塊源區(qū)域的氮氣離子化，即等離子放電分析物分子與氮氣離子碰撞,通過電荷轉移生成分析物離子。

大氣壓化學電離的特點是更高溫度，破壞性電離；溶劑和分析物分子成氣相；離子化發(fā)生在等離子區(qū)；對于某些非極性分子，靈敏度高于電噴霧電離。

1.3 質量分析器

質量分析器即三重四極桿已成為復雜機質中痕量物質檢測的標準，隨著軟件和儀器的發(fā)展，用戶群越來越廣。三重四級桿可用于篩查或確定分析物的存在，它非常穩(wěn)定，但是不提供高分辨率。三重四級桿可解決一些定性分析，但不能用于完全未知樣品的分析物確認。

質量分析器由四根平行的金屬鉬金屬桿組成，桿的橫截面是圓形的，與中心軸等間距。DC 和RF 電壓同時加在桿上。相對的兩個桿組成一組，加相同的DC和RF 電壓，相鄰桿電壓振幅相同，極性相反。電壓的組合將離子根據(jù)質荷比（m/z）分開。在特定DC 和RF電壓條件下，僅有一種質荷比的離子有穩(wěn)定的運動軌道沿桿軸向運動，傳輸至檢測器?；谒臉O桿的工作模式，四極桿也叫質量過濾器。預四極將MS1 四極桿和離子源電磁場空間上分開，將MS2 四極桿和碰撞室電磁場空間上分開。不穩(wěn)定運動軌跡的離子更易撞在預四極上，可以防止四極桿的污染，確保質量選擇的最佳性能。

1.4 圖譜分析

將樣品溶液注入高效液相色譜系統(tǒng)，檢測器在固定的時間間隔進行一系列的測量以產(chǎn)生光譜。當看色譜圖的時候，沿著時間軸移動，可以在色譜運行過程中隨時查看光譜。沿著光譜移動，可以在任意位置看到色譜圖在收集范圍內(nèi)測量的離子。

2 數(shù)據(jù)采集模式

液質聯(lián)用儀的數(shù)據(jù)采集模式分為MS Modes 和MS/MS Modes 兩種模式。MS Modes 分為全掃描（MS Scan）和選擇離子監(jiān)測（SIR）；MS/MS Modes 分為子離子掃描（Product Ion Analysis）、母離子掃描（Parent Ion Analysis）、多反應監(jiān)測（Multiple Reaction Monitoring）及中性丟失（Neutral Loss Analysis）。具體采集模式見表1。

表1 液質聯(lián)用儀數(shù)據(jù)采集模式

液質聯(lián)用儀的數(shù)據(jù)采集模式有很多種，但是最常用的是MRM 模式。此模式下MS1 和MS2 都會起到質譜過濾器的作用，并且碰撞室的碰撞氣和電壓都打開，此模式主要用于定量分析。

操作時，進入MRM 模式，輸入母離子的質量數(shù)和子離子的質量數(shù)，單獨設置每個化合物的錐孔電壓和每個子離子的碰撞能量，設置采集時間，即可得到目標化合物的色譜圖和質譜圖。

3 結語

液質聯(lián)用儀在制藥、制造、大學和研究所、醫(yī)療、環(huán)境等領域廣泛使用，它是對化合物進行結構分析的重要手段。電噴霧離子源和大氣壓化學電離源是液質聯(lián)用儀的重要組成部分，掌握兩種電離源的原理對化合物的離子信號分析能起到很好的輔助。儀器的數(shù)據(jù)采集模式?jīng)Q定了質量分析器的運行模式，同時也影響數(shù)據(jù)采集形式，選擇合適的采集模式可以有效的提高對化合物的識別度。本文介紹了三重四級桿質譜聯(lián)用儀的離子傳輸、電噴霧離子源和大氣壓化學離子源的特點、質量分析器、圖譜分析以及其數(shù)據(jù)采集模式。液質聯(lián)用技術在不斷發(fā)展提高，在化工、醫(yī)藥生物等領域發(fā)揮著重要作用，同時為我國的技術創(chuàng)新提供了有力保障。