杜智洋 陳楚群 郭向輝

質(zhì)譜分析儀的工作原理是將樣品通過進樣系統(tǒng)進入離子源，由于結(jié)構(gòu)性質(zhì)不同而電離為各種不同質(zhì)荷比(m/z)的分子離子和碎片離子，而后帶有樣品信息的離子被加速進入質(zhì)量分析器，不同的離子在質(zhì)量分析器中被分離，并根據(jù)帶電粒子在電場中能夠偏轉(zhuǎn)的原理，按質(zhì)荷比大小依次抵達檢測器，經(jīng)記錄即得到按不同質(zhì)荷比排列的離子質(zhì)量譜，即按離子質(zhì)荷比的大小依次排列形成的圖譜。串聯(lián)質(zhì)譜儀具有快速、靈敏、特異以及化學計量的獨到之處，可對化合物的結(jié)構(gòu)定性、對混合物的成分定量。串聯(lián)質(zhì)譜儀不僅能夠分析小分子，也可分析蛋白質(zhì)等大分子，其應用廣泛，目前主要進行氨基酸類代謝病、脂肪類代謝病和有機酸類代謝病等新生兒遺傳代謝病篩查[1]。

1 三重四極桿串聯(lián)線性離子阱質(zhì)譜儀結(jié)構(gòu)與原理

API3200MD三重四極桿串聯(lián)線性離子阱質(zhì)譜儀(美國AB SCIEX公司)主機由Turbo V離子源、三重四極桿串聯(lián)線性離子阱、分析器、分子泵、檢測器、控制和處理電路板、整機供電以及分子泵驅(qū)動器組成(圖1)。通過LC系統(tǒng)優(yōu)化離子源和化合物參數(shù)，提供精確低流速的(2～1000 μl/min)進樣。進樣到達主機Turbo V離子源加熱至750 ℃，在電暈針作用下被非均勻破裂，當破裂液滴在半徑≤10 nm時，電荷量積累互排斥產(chǎn)生庫倫爆炸，使得進樣液滴脫離出氣相離子，傳輸至質(zhì)量分析器中進行篩選和分析(圖2)。

圖1 API3200MD 三重四極桿串聯(lián)線性離子阱質(zhì)譜儀系統(tǒng)

圖2 API3200MD三重四極桿串聯(lián)線性離子阱質(zhì)譜儀工作流程

質(zhì)量分析器主要由離子傳輸、串聯(lián)線性三重四極桿、探測器和分子泵組成。在質(zhì)量分析器中，氣相離子到達一級四極桿Q1時，可通過調(diào)整電場強度對不同質(zhì)荷比離子進行篩選，以此可將不需要的氣相離子過濾。到達LINAC線性加速碰撞室Q2后，通過高氣壓使離子連續(xù)加速，由Q3內(nèi)四極桿擺放位置而形成梯度電場，使快速通過的離子形成螺旋前進軌跡，最終由檢測器捕獲離子進行檢測。由于不同質(zhì)荷比，不同的離子在電場中運動的線路會有差異，到達檢測器的時間也不同，形成不同質(zhì)荷比的到達時間差異測定圖譜，質(zhì)量分析器結(jié)構(gòu)見圖3。

圖3 質(zhì)量分析器結(jié)構(gòu)

2 故障案例分析

2.1 故障一

(1)故障現(xiàn)象。探測樣品所得數(shù)據(jù)值明顯偏低，使用質(zhì)控品再次測量仍未能得出有效質(zhì)譜。

(2)故障分析。樣品經(jīng)LC系統(tǒng)優(yōu)化后，使用針泵提供準確流速到離子源進行離子化，在離子源中，樣品被噴霧到加熱室中，使用加熱輔助氣，保證高流速。加熱到750 ℃后的樣品通過高壓的電噴霧針噴射出帶電荷的液滴，在電暈針幫助下使化合物在氣相中離子化，最終使化合物演變成氣態(tài)離子進入質(zhì)量分析器。根據(jù)故障現(xiàn)象可推斷為實際檢測到的樣品量不足，可能由于進樣針、LC系統(tǒng)(內(nèi)部管路)以及離子源堵塞所造成。

(3)故障處理。使用甲醇對進樣針、LC系統(tǒng)(內(nèi)部管路)以及離子源進行清潔，其中進樣針需要超聲清洗。離子源在拆卸后發(fā)現(xiàn)離子傳輸孔有焦化物堵塞，需甲醇清洗通孔。由于樣品中加熱到750 ℃就會有結(jié)焦物質(zhì)，因此需要定期清潔設備內(nèi)部的針、管路以及離子源等。清潔后安裝使用，經(jīng)質(zhì)控品測試，可正常得出質(zhì)譜，故障排除。

2.2 故障二

(1)故障現(xiàn)象。開機“READY”燈不亮，四極桿串聯(lián)離子阱負壓未達到工作要求，無法啟動。

(2)故障分析。由于三重四極桿串聯(lián)線性離子阱使用分子泵作為潔凈抽真空，分子泵的后級則由常規(guī)負壓泵進行抽真空。分子泵利用高速旋轉(zhuǎn)的動葉輪將動量傳給氣體分子，使氣體產(chǎn)生定向流速而抽氣的真空泵。渦輪分子泵優(yōu)點：①啟動快，循環(huán)的時間短，可連續(xù)長時間工作；②能使用各種射線照射，耐大氣沖擊；③無氣體存儲、返流和解吸效應，油蒸氣無污染或污染較少，能獲得清潔超高真空；④使用方便，無需要閥門、管道、阱、以及閥門控制器等真空元件。但對沉積物敏感的缺點，會影響葉片和軸承不平衡而造成磨損，所以其后級需要連接常規(guī)負壓泵進行抽真空。

由于四極桿串聯(lián)離子阱負壓沒未達到工作要求，則需要檢查2個泵是否正常工作。檢查發(fā)現(xiàn)分子泵未啟動工作，驅(qū)動變頻器PWR黃燈未亮，檢查其供電電源與驅(qū)動變頻器。測量供電電源時發(fā)現(xiàn)24 Vdc引腳只輸出4 Vdc，斷開驅(qū)動變頻器后供電電源空載輸出24 Vdc。由于該電源輸出負載電流可達14.6 A，使用24 V 150 W小燈泡和電流表測試其負載，小燈泡可正常亮起，電壓穩(wěn)定24 Vdc、6 A輸出。接電開機后，該24 Vdc開關電源一直工作，分子泵是否啟動工作由主板信號控制，因此懷疑驅(qū)動變頻器故障。

(3)故障處理。該驅(qū)動變頻器型號為LEYBOLD TD300(德國Oerlikon公司)，其參數(shù)為0～24 V，160 W，0～1500 Hz。經(jīng)檢修發(fā)現(xiàn)該變頻器內(nèi)部輸入初級濾波電容鼓起變形，更換電容后接電試機，“PWR”黃燈正常亮起，接收到抽真空信號后“STS”綠燈亮起，質(zhì)量分析器開始抽真空，當負壓達到設備要求后，主機的“STADY”燈亮起，可開始正常工作，故障排除。

2.3 故障三

(1)故障現(xiàn)象。工作時顯示的質(zhì)譜只有一條“0”直線。

(2)故障分析。導致此故障現(xiàn)象為質(zhì)量分析器中無高壓產(chǎn)生或探測器故障。質(zhì)量分析器中高壓產(chǎn)生板無高壓輸出，導致氣相離子未能被吸引到離子傳輸路徑，從而無離子進入三重四極桿，而氣相離子需要經(jīng)過質(zhì)量分析器后才能到達探測器，因此需要明確高壓產(chǎn)生板HVPS板工作是否正常。

(3)故障處理。經(jīng)檢測高壓產(chǎn)生板在輸入24 Vdc正常情況下無高壓輸出，同時該高壓輸出線絕緣良好，因此判斷為該高壓產(chǎn)生板故障。該高壓產(chǎn)生板輸入24 Vdc后經(jīng)LM340T15穩(wěn)壓15 Vdc輸出到各電路工作，高壓產(chǎn)生部分采用三路相同的震蕩高壓電路，由MC34072AP震蕩信號產(chǎn)生后，經(jīng)過BA11三極管功率驅(qū)動使得變壓器工作，再由多組二極管和電容進行升壓進而產(chǎn)生高壓輸出。當板上探測高壓產(chǎn)生正常后，閉合繼電器進行外部輸出，由于產(chǎn)生高壓僅用于氣相離子在真空中的吸引，所以功率負載低。經(jīng)檢查LM340T15輸出異常，更換后高壓產(chǎn)生板高壓工作輸出正常，故障排除。

3 小結(jié)

質(zhì)譜是一種測量離子荷質(zhì)比(電荷-質(zhì)量比)的分析方法，可用來分析同位素成分、有機物構(gòu)造及元素成分等。質(zhì)譜法在一次分析中可提供豐富的結(jié)構(gòu)信息，將分離技術與質(zhì)譜法相結(jié)合是分離科學方法中的一項突破性進展。在眾多分析測試方法中，質(zhì)譜法被認為是一種同時具備高特異性和高靈敏度且得到廣泛應用的普適性方法，在高分子化學、有機化學及藥學等領域中顯示出獨特潛力和應用前景，已成為廣大科技工作者研究分析大分子質(zhì)量、純度及結(jié)構(gòu)的理想工具。

隨著質(zhì)譜儀的使用推廣，臨床工程技術人員綜合分析故障現(xiàn)象和總結(jié)維修方法，保障測量的精準度，降低故障的發(fā)生率，以保證設備良好運行。