三重四级杆液质联用技术及数据采集模式分析

苏佳丽

（长治市综合检验检测中心，山西 长治 046000）

液相色谱-质谱联用技术是将液相色谱的分离性能和质谱的质量分析能力结合在一起的一种分析化学技术。液质联用仪可用于很多领域，具有高灵敏度和选择性，通常用于复杂基质中的化合物鉴定和分析。

在有机质谱的发展历史中，待测物能否被离子化是质谱分析的首要条件，因此离子源的研究与改进一直是重点与难点。气相色谱质谱联用仪是20 世纪50年代至60 年代快速发展的一种分析鉴定类仪器，气相色谱质谱联用仪常用的电离源是化学电离源（CI）、电子轰击源（EI），然而化学电离源和电子轰击源并不能用于液相色谱质谱联用仪[1]。为了提高从液相色谱仪末端流出的液态流动相里的成份的离子化效率，并能成功进入质谱分析仪，科学家对液相色谱和质谱的接口处进行了大量的研究工作[2-4]。直到电喷雾离子源的出现，液相色谱质谱联用仪技术才得到普及。因此液质联用仪的差别主要由其所使用的离子源决定。现在液质联用仪主要配置电喷雾离子源和大气压化学电离源。本文主要介绍了三重四级杆质谱联用仪的离子传输、电喷雾离子源和大气压化学离子源的特点、质量分析器、图谱分析以及其数据采集模式，使液质联用仪的使用者更加深刻理解仪器的原理和运行，对故障排除及仪器维护起到很好的作用。

1 三重四级杆液质联用技术

1.1 离子传输

三重四级杆液质联用仪主要由液相系统、离子源、真空引入口、质量分析器、检测器五部分组成。化合物的传输路径为从液相色谱到质谱检测器，然后到数据输出。离子由离子源产生通过离子桥，再进入四级杆。离子源处于大气压环境，分析物在此转换成气相离子；真空导入接口处于低真空环境，离子由此传输入质谱；检测离子质荷比的质量分析器处于高真空环境。三重四级杆质谱也叫串联四级杆质谱，主要由MS1 和MS2 组成，MS1 和MS2 是质量分析器（四级杆），可过滤目标离子。

在检测器系统中，转换打拿极生成的电子碰击磷光屏，磷受激发发射光子，光子碰击位于光电放大器前端的光阴极，信号在放大器中被放大。数据系统接受信号，光电倍增器永久保存在真空环境下，有助于防止检测器污染，比常规电子倍增器寿命显著增强。

1.2 大气压电离（API）

大气压电离分为电喷雾电离和大气压化学电离两种。电喷雾电离的原理是液体从导电毛细管喷出，毛细管带高电压，产生带电液滴的喷雾。液滴蒸发、分裂直至离子蒸发成气相离子。大气压化学电离的原理是液体通过加热管蒸发，生成气相分子。电针加有高压生成离子化的氮原子电晕团，进而离子化溶剂，溶剂通过电荷转移电离分子。

1.2.1 电喷雾电离（ESI）

包含分析物的溶剂进入电喷雾探头，通过不锈钢毛细管。高DC 电压，也叫毛细管电压，加在不锈钢毛细管上。高电压引起液体离开毛细管时，液体表面生成静电。氮气（雾化气）从毛细管中间吹过。当溶剂离开毛细管时，雾化气吹去溶剂，生成细小的带电液滴喷雾。

当喷雾离开探头时，更多的氮气（脱溶剂气）吹过喷雾周围。脱溶剂气是加热的，有助于液滴变小，溶剂从表面蒸发，该过程称为离子蒸发。还有一种称作液滴分裂的理论，随着溶剂蒸发，溶剂表面的库仑排斥力越来越大，引起液滴爆炸，生成单个离子。液滴表面带多余的电荷，溶剂从液滴蒸发，液滴缩小直至表面电荷密度到达彼此间的排斥力大于液体表面张力，不足以将液滴聚合在一起，一系列更小的液滴从主液滴分裂出来。

电喷雾电离有两种电离机理，一种是离子解吸附，一种是电荷残余。离子解吸附即气相离子的生成，由液滴生成气相离子的模型，通过蒸发和分裂液滴体积变小。离子然后从液滴表面蒸发，表面活性的分子更容易生成电喷雾离子。电荷残余即液滴通过蒸发连续失去溶剂分子，直至仅剩带电电荷。

电喷雾电离的样品，通常正电离的样品有小分子极性化合物、肽和蛋白、药物及代谢物、染料化合物，环境污染物、某些有机金属、小分子糖类等。通常负电离的样品是某些蛋白质、某些药物的代谢物，寡核苷酸，某些糖和多糖。

电喷雾电离的优点是相对分子质量确定和高分子量测量。适合于挥发性和非挥发性分析物，通过多电荷离子检测高分子量化合物；适合于离子型/极性分析物，灵敏度高，定量分析；适合于毛细管高效液相色谱。缺点是在溶液中必须形成离子，在高盐浓度的条件下，容易有离子抑制，流动相添加剂会影响电离。

1.2.2 大气压化学电离（APCI）

大气压化学电离主要用于检测低分子量的单电荷物种，并且即使在低锥孔电压下也能碎裂，可以使用非极性流动相。

样品流过毛细管以细小喷雾状进入加热管，伴随着雾化气的辅助。加热器帮助分析物和流动相快速蒸发。雾化气及套管内的气体将蒸发的样品带出加热器进入等离子放电区。电针将一小块源区域的氮气离子化，即等离子放电分析物分子与氮气离子碰撞,通过电荷转移生成分析物离子。

大气压化学电离的特点是更高温度，破坏性电离；溶剂和分析物分子成气相；离子化发生在等离子区；对于某些非极性分子，灵敏度高于电喷雾电离。

1.3 质量分析器

质量分析器即三重四极杆已成为复杂机质中痕量物质检测的标准，随着软件和仪器的发展，用户群越来越广。三重四级杆可用于筛查或确定分析物的存在，它非常稳定，但是不提供高分辨率。三重四级杆可解决一些定性分析，但不能用于完全未知样品的分析物确认。

质量分析器由四根平行的金属钼金属杆组成，杆的横截面是圆形的，与中心轴等间距。DC 和RF 电压同时加在杆上。相对的两个杆组成一组，加相同的DC和RF 电压，相邻杆电压振幅相同，极性相反。电压的组合将离子根据质荷比（m/z）分开。在特定DC 和RF电压条件下，仅有一种质荷比的离子有稳定的运动轨道沿杆轴向运动，传输至检测器。基于四极杆的工作模式，四极杆也叫质量过滤器。预四极将MS1 四极杆和离子源电磁场空间上分开，将MS2 四极杆和碰撞室电磁场空间上分开。不稳定运动轨迹的离子更易撞在预四极上，可以防止四极杆的污染，确保质量选择的最佳性能。

1.4 图谱分析

将样品溶液注入高效液相色谱系统，检测器在固定的时间间隔进行一系列的测量以产生光谱。当看色谱图的时候，沿着时间轴移动，可以在色谱运行过程中随时查看光谱。沿着光谱移动，可以在任意位置看到色谱图在收集范围内测量的离子。

2 数据采集模式

液质联用仪的数据采集模式分为MS Modes 和MS/MS Modes 两种模式。MS Modes 分为全扫描（MS Scan）和选择离子监测（SIR）；MS/MS Modes 分为子离子扫描（Product Ion Analysis）、母离子扫描（Parent Ion Analysis）、多反应监测（Multiple Reaction Monitoring）及中性丢失（Neutral Loss Analysis）。具体采集模式见表1。

表1 液质联用仪数据采集模式

液质联用仪的数据采集模式有很多种，但是最常用的是MRM 模式。此模式下MS1 和MS2 都会起到质谱过滤器的作用，并且碰撞室的碰撞气和电压都打开，此模式主要用于定量分析。

操作时，进入MRM 模式，输入母离子的质量数和子离子的质量数，单独设置每个化合物的锥孔电压和每个子离子的碰撞能量，设置采集时间，即可得到目标化合物的色谱图和质谱图。

3 结语

液质联用仪在制药、制造、大学和研究所、医疗、环境等领域广泛使用，它是对化合物进行结构分析的重要手段。电喷雾离子源和大气压化学电离源是液质联用仪的重要组成部分，掌握两种电离源的原理对化合物的离子信号分析能起到很好的辅助。仪器的数据采集模式决定了质量分析器的运行模式，同时也影响数据采集形式，选择合适的采集模式可以有效的提高对化合物的识别度。本文介绍了三重四级杆质谱联用仪的离子传输、电喷雾离子源和大气压化学离子源的特点、质量分析器、图谱分析以及其数据采集模式。液质联用技术在不断发展提高，在化工、医药生物等领域发挥着重要作用，同时为我国的技术创新提供了有力保障。