超高压液相色谱-四级杆-飞行时间质谱仪的管理、维护与故障处理

韩 彬

(中国科学院植物研究所 公共技术服务中心，北京 100093)

液相色谱-质谱联用仪结合了液相色谱仪高效分离不同性质化合物的能力与质谱仪的组分鉴定能力，是分离分析复杂有机物组分的重要手段[1-5]. 1290超高效液相色谱-6540四级杆飞行时间串联质谱联用仪(UHPLC-Q-TOF MS)可应用于分子量1 000以下难挥发、热不稳定小分子化合物的检测分析. 为更好地维持仪器良好的运行状态，同时延长其使用寿命、节约耗材、降低运行成本，本文从仪器日常管理、维护保养及常见故障排除等方面进行了总结介绍.

1 日常管理

1.1 预约与测试

UHPLC-Q-TOF MS属于大型仪器，由专门技术人员负责，通常样品提供者提前就试验目的、材料准备和方案等与仪器管理者讨论沟通，确定可行性后给出样品处理的方法及注意事项. 在预约时间内，样品提供者将样品送到实验室交由仪器管理员进行测试及后期数据处理，直至给出最后结果. 数据处理好后，由测试人员使用格式化的存储系统进行拷贝.

液质联用仪属大型高端仪器，若操作不当，会污染甚至损坏仪器，从而影响样品的测试,原则上应由仪器管理者操作. 但由于其服务对象多、样品数量大，在节假日等非工作时间也需要对外开放，因此平台每年都会举办1-2次常规技术培训，培训的内容为仪器相关理论知识、样品制备及注意事项、仪器操作等，任何人均可免费参加，再经过多次的上机操作培训，培训合格后领取上岗证，方可在节假日独立上机测试.

1.2 样品制备注意事项

首先，送样人员必须提供样品性质、溶解体系、提取方法等信息. 样品溶液要确保无酶、蛋白等生物大分子，无表面活性剂，无不挥发性盐，以及是否过膜或离心、是否有毒等.

由于质谱检测灵敏度高，溶剂的纯度及交叉污染会严重影响试验结果的准确性，因此，推荐使用进口溶剂、玻璃容器、离心管等耗材，用品需单独使用，避免交叉污染. 禁止使用塑料容器盛装有机溶剂. 禁止洗涤剂清洗玻璃容器，推荐使用50%异丙醇溶液超声清洗或铬酸洗液(重铬酸钾15 g，纯水300 mL，浓硫酸3 000 mL)清洗.

针对不同物种的不同部位需调整和优化样品处理步骤. 以植物样本为例，通常选用新鲜植株或叶、花等，液氮研磨，直接或冷冻干燥后称量取样，加入提取溶剂萃取目标化合物. 对于极性较大的目标化合物而言，选用极性相对较大的甲醇、乙醇、水等提取；极性较小的化合物，选用极性相对较小的乙腈、丙酮等提取. 进样溶液需12 000 rpm高速离心或经0.22 μm滤膜过滤(纤维素膜用于水溶液过滤，尼龙膜和聚四氟乙烯膜是水相和有机相的通用型滤膜)，且溶液需与水、甲醇、乙腈高度互溶. 若溶液含有盐类，浓度不得超过10 mmol/L，推荐使用甲酸铵、乙酸铵等有利于化合物带电的挥发性盐类，禁止使用磷酸钠、氯化钾等不挥发性盐及表面活性剂. 禁止无机样品直接进样.

2 维护和保养

2.1 液相系统

2.1.1 流动相

由于仪器管路内径只有0.12 mm，因此对流动相的要求较高. 若流动相为色谱级别，建议0.22 μm滤膜过滤后使用，若为质谱级别可直接使用.

若流动相含盐，在每次试验后需用纯水或乙腈冲洗系统，排出盐类，避免腐蚀泵及管路. 长时间不用的流动相需及时更新，以免滋生的细菌污染系统. 更换流动相后，大流速(2～5 mL/min)冲洗3 min，以免引入气泡. 仪器虽自带除气装置，但建议对流动相进行超声除气，尤其是乙腈.

2.1.2 色谱柱

试验前充分调研，选择合适的色谱柱，并清楚该色谱柱的液体流动方向及耐受pH、压力、流速等参数，且与后端质谱兼容. 新色谱柱建议用纯有机相低流速过夜活化，试验后建议用有机相冲洗色谱柱至少1 h，若不冲洗色谱柱则会残余较多非特异性吸附的物质，容易污染后续的测试样本，如图1所示. 色谱柱若长期不使用. 需保存在80%～90%的有机相中，纯有机相易快速挥发导致色谱柱填料暴漏于空气中影响其性能.

图1 色谱柱冲洗结果(a)测试样品, (b)冲洗色谱柱流出物, (c)空白样品残留Fig. 1 Elution results of chromatographic column

2.2 质谱部分

2.2.1 离子源

离子源每次试验后均需要使用50%异丙醇清洗，否则仪器检测灵敏度会明显下降. 试验完成后不要马上打开离子源，否则内外过高的温度差容易导致部件损坏.

测试样品量达到500～1 000个时，检测灵敏度会显著下降，如图2所示. 建议使用50%异丙醇超声清洗离子传输毛细管或更换新的离子传输毛细管. 清洗后用高纯氮气吹干备用.

图2 运行500个样品前后仪器响应对照Fig. 2 Contrast of instrument response before and after 500 samples running

2.2.2 真空泵

当真空泵油颜色较深时，要关机更换泵油，油面控制在刻度线约三分之二处为宜. 定期打开气振阀回流泵油，完成后关闭气振阀.

2.3 氮气发生器

氮气发生器的周期性维护主要包括废水的排放及定期更换气体过滤装置，对于延长其使用寿命、保证后端质谱需要的氮气纯度、降低维护成本至关重要.

氮气发生器以环境空气作为气体来源，过滤装置会阻挡有机污染物通过干燥气和雾化气进入质谱，所以必须定期更换，否则失效后，将严重影响仪器灵敏度和重现性.

当 “Service”灯亮时，需密切关注仪器状况，一般空压机还可以运行300～500 h，当“high duty”灯亮时，必须进行滤芯、垫片等的更换、维护. 每年至少更换一次过滤装置，可有效延长空压机的寿命，每次维护后，一般可运行4 000 h左右. 输出压力一般稳定为0.69 MPa，超出会导致仪器气路控制元件损坏.

3 常见故障排除

3.1 系统压力异常

3.1.1 压力曲线呈锯齿状

一般是系统内部引入了气泡，可先用流动相进行大流速(2～5 mL/min)冲洗3 min，然后有机相冲洗色谱柱，将残余气泡排出.

3.1.2 压力曲线异常偏低

可能是系统管路连接处出现了泄露，一般发生在色谱柱两端、质谱入口端、紫外检测器出入口两端等部位，用相应的扳手适度拧紧即可.

3.1.3 压力曲线异常偏高

一般是系统引入了无法溶解在流动相中的杂质颗粒，需逐级排查. 首先，考虑色谱柱前端或预柱堵塞，可用一新色谱柱替代，若比对压力值差别过大，则废弃旧柱. 其次，再考虑进样器堵塞，可将其切换至旁路观察，若压力值降低明显，则需将进样器卸下并浸于50%异丙醇中超声波清洗. 若考虑质谱入口端堵塞，需将连接处螺母拧开观察，若压力变化显著，需将质谱入口处过滤片取出浸于50%异丙醇中超声波清洗. 若以上排查后压力值无明显改善，需逐级排查各处连接管线，及时予以更换.

3.2 系统严重污染

3.2.1 聚合物污染

质谱采集数据显示有连续多个质量数(m/z)差值相同，则系统极有可能引入了聚合物，来源大多在样品制备过程中使用的低质量离心管、枪头和低纯度试剂等，建议更换.

3.2.2 流动相污染

质谱数据显示基线过高，提示系统污染，使用二通阀替代色谱柱，如无改善说明很可能是流动相被污染，来源大多为流动相配制时交叉污染、添加剂纯度低、放置时间过长等，建议重新配制.

3.2.3 色谱柱污染

运行空白样品后的数据显示基线高且有明显色谱峰出现，在排除流动相污染的前提下，极大可能是色谱柱污染，原因一般为测试样品量过大、非特异性吸附情况严重、有大量弱极性物质持续不断被缓慢洗脱等，建议使用乙腈/异丙醇(体积比为9∶1)以0.1 mL/min过夜冲洗.