蘇佳麗

（長治市綜合檢驗(yàn)檢測中心，山西 長治 046000）

液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)是將液相色譜的分離性能和質(zhì)譜的質(zhì)量分析能力結(jié)合在一起的一種分析化學(xué)技術(shù)。液質(zhì)聯(lián)用儀可用于很多領(lǐng)域，具有高靈敏度和選擇性，通常用于復(fù)雜基質(zhì)中的化合物鑒定和分析。

在有機(jī)質(zhì)譜的發(fā)展歷史中，待測物能否被離子化是質(zhì)譜分析的首要條件，因此離子源的研究與改進(jìn)一直是重點(diǎn)與難點(diǎn)。氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀是20 世紀(jì)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(zhì)譜聯(lián)用儀常用的電離源是化學(xué)電離源（CI）、電子轟擊源（EI），然而化學(xué)電離源和電子轟擊源并不能用于液相色譜質(zhì)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(dòng)相里的成份的離子化效率，并能成功進(jìn)入質(zhì)譜分析儀，科學(xué)家對(duì)液相色譜和質(zhì)譜的接口處進(jìn)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(zhì)譜聯(lián)用儀技術(shù)才得到普及。因此液質(zhì)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(zhì)聯(lián)用儀主要配置電噴霧離子源和大氣壓化學(xué)電離源。本文主要介紹了三重四級(jí)桿質(zhì)譜聯(lián)用儀的離子傳輸、電噴霧離子源和大氣壓化學(xué)離子源的特點(diǎn)、質(zhì)量分析器、圖譜分析以及其數(shù)據(jù)采集模式，使液質(zhì)聯(lián)用儀的使用者更加深刻理解儀器的原理和運(yùn)行，對(duì)故障排除及儀器維護(hù)起到很好的作用。

1 三重四級(jí)桿液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)

1.1 離子傳輸

三重四級(jí)桿液質(zhì)聯(lián)用儀主要由液相系統(tǒng)、離子源、真空引入口、質(zhì)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(zhì)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(jìn)入四級(jí)桿。離子源處于大氣壓環(huán)境，分析物在此轉(zhuǎn)換成氣相離子；真空導(dǎo)入接口處于低真空環(huán)境，離子由此傳輸入質(zhì)譜；檢測離子質(zhì)荷比的質(zhì)量分析器處于高真空環(huán)境。三重四級(jí)桿質(zhì)譜也叫串聯(lián)四級(jí)桿質(zhì)譜，主要由MS1 和MS2 組成，MS1 和MS2 是質(zhì)量分析器（四級(jí)桿），可過濾目標(biāo)離子。

在檢測器系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)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(hào)在放大器中被放大。數(shù)據(jù)系統(tǒng)接受信號(hào)，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(qiáng)。

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(xué)電離兩種。電噴霧電離的原理是液體從導(dǎo)電毛細(xì)管噴出，毛細(xì)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(xué)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(tuán)，進(jìn)而離子化溶劑，溶劑通過電荷轉(zhuǎn)移電離分子。

1.2.1 電噴霧電離（ESI）

包含分析物的溶劑進(jìn)入電噴霧探頭，通過不銹鋼毛細(xì)管。高DC 電壓，也叫毛細(xì)管電壓，加在不銹鋼毛細(xì)管上。高電壓引起液體離開毛細(xì)管時(shí)，液體表面生成靜電。氮?dú)猓F化氣）從毛細(xì)管中間吹過。當(dāng)溶劑離開毛細(xì)管時(shí)，霧化氣吹去溶劑，生成細(xì)小的帶電液滴噴霧。

當(dāng)噴霧離開探頭時(shí)，更多的氮?dú)猓撊軇猓┐颠^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(gè)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(dá)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(jī)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(jī)金屬、小分子糖類等。通常負(fù)電離的樣品是某些蛋白質(zhì)、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(diǎn)是相對(duì)分子質(zhì)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(xì)管高效液相色譜。缺點(diǎn)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(dòng)相添加劑會(huì)影響電離。

1.2.2 大氣壓化學(xué)電離（APCI）

大氣壓化學(xué)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(dòng)相。

樣品流過毛細(xì)管以細(xì)小噴霧狀進(jìn)入加熱管，伴隨著霧化氣的輔助。加熱器幫助分析物和流動(dòng)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(jìn)入等離子放電區(qū)。電針將一小塊源區(qū)域的氮?dú)怆x子化，即等離子放電分析物分子與氮?dú)怆x子碰撞,通過電荷轉(zhuǎn)移生成分析物離子。

大氣壓化學(xué)電離的特點(diǎn)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(duì)于某些非極性分子，靈敏度高于電噴霧電離。

1.3 質(zhì)量分析器

質(zhì)量分析器即三重四極桿已成為復(fù)雜機(jī)質(zhì)中痕量物質(zhì)檢測的標(biāo)準(zhǔn)，隨著軟件和儀器的發(fā)展，用戶群越來越廣。三重四級(jí)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(jí)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(rèn)。

質(zhì)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(shí)加在桿上。相對(duì)的兩個(gè)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(zhì)荷比（m/z）分開。在特定DC 和RF電壓條件下，僅有一種質(zhì)荷比的離子有穩(wěn)定的運(yùn)動(dòng)軌道沿桿軸向運(yùn)動(dòng)，傳輸至檢測器?；谒臉O桿的工作模式，四極桿也叫質(zhì)量過濾器。預(yù)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(yùn)動(dòng)軌跡的離子更易撞在預(yù)四極上，可以防止四極桿的污染，確保質(zhì)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(shí)間間隔進(jìn)行一系列的測量以產(chǎn)生光譜。當(dāng)看色譜圖的時(shí)候，沿著時(shí)間軸移動(dòng)，可以在色譜運(yùn)行過程中隨時(shí)查看光譜。沿著光譜移動(dòng)，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(zhì)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(yīng)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(zhì)聯(lián)用儀數(shù)據(jù)采集模式

液質(zhì)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(huì)起到質(zhì)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(shí)，進(jìn)入MRM 模式，輸入母離子的質(zhì)量數(shù)和子離子的質(zhì)量數(shù)，單獨(dú)設(shè)置每個(gè)化合物的錐孔電壓和每個(gè)子離子的碰撞能量，設(shè)置采集時(shí)間，即可得到目標(biāo)化合物的色譜圖和質(zhì)譜圖。

3 結(jié)語

液質(zhì)聯(lián)用儀在制藥、制造、大學(xué)和研究所、醫(yī)療、環(huán)境等領(lǐng)域廣泛使用，它是對(duì)化合物進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析的重要手段。電噴霧離子源和大氣壓化學(xué)電離源是液質(zhì)聯(lián)用儀的重要組成部分，掌握兩種電離源的原理對(duì)化合物的離子信號(hào)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(zhì)量分析器的運(yùn)行模式，同時(shí)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(duì)化合物的識(shí)別度。本文介紹了三重四級(jí)桿質(zhì)譜聯(lián)用儀的離子傳輸、電噴霧離子源和大氣壓化學(xué)離子源的特點(diǎn)、質(zhì)量分析器、圖譜分析以及其數(shù)據(jù)采集模式。液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)在不斷發(fā)展提高，在化工、醫(yī)藥生物等領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用，同時(shí)為我國的技術(shù)創(chuàng)新提供了有力保障。