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食品檢測實驗室液相色譜-質譜儀的選型（上）

上一篇 / 下一篇 2011-04-11 16:13:37/ 個人分類：我的經驗

　　前年根據目前食品 實驗室分析工作的需求和網友的建議，寫了一篇博客“食品檢測實驗室氣相色譜-質譜儀的選型”。本文將根據筆者這些年來使用液相色譜-質譜聯用儀(LC-MS)經驗和文獻、用戶、公司等介紹，對不同液相色譜-串聯質譜儀設備的特性與配置再做一些介紹。

　　食品檢測實驗室主要檢測任務是對有害殘留物進行分析，所以，對儀器首先要求有較高的靈敏度，以滿足法律法規限量要求。液相色譜-四極質譜(單四極)檢測靈敏度基本滿足不了殘留獸藥的限量要求。當然，對于一些限量值較高的項目還是能用的。因此，本文不對單四極質譜儀做描述，主要介紹串接質譜儀。

與LC聯用的主要MS類型有：四極質譜(Q-MS)、離子阱質譜(IT-MS)、飛行時間質譜(TOF-MS)、傅立葉變換質譜(FT-MS)。不同類型的MS串接起來，組合成多種豐富的形式，適用于各種不同目的的分析。

簡介

　　近年來隨著各個領域對LC-MS技術的需求，特別是生物技術(蛋白質分析)、制藥技術(藥物代謝分析)等，促進了LC-MS技術有了突飛猛進的發展，LC與各種類型質譜(包括多種類型的組合質譜)的聯用，使LC-MS的聯用形式較之氣相色譜-質譜(GC-MS)的更豐富，應用的領域也更廣泛。圖1是現在講到LC-MS常常要提到的，它說明大氣壓電離源，即：電噴霧電離源(ESI)+大氣壓化學電離源(APCI)的應用覆蓋了絕大部分有機物分析領域。

圖1 不同離子化方式應用于有機化合物分析的范圍，從非極性到極性，從小分子到大分子

　　與GC-MS相比，LC-MS商品化及大規模普及使用要晚近10年。這是由于LC-MS的接口比GC-MS要復雜的多。現將不同儀器的工作狀態列于表1中。

表1 不同儀器的工作狀態

儀器名稱	分析物狀態	工作狀態
GC	氣體	正壓（0~100 psi）
LC	液體	正壓（~1000 psi）
MS	氣體	真空（10^-4~10^-11 torr）

　　由表1可以看出，GC和LC都是在正壓狀態下工作，而MS則是在真空狀態下工作，為了完成二者的聯用，必須將正壓降為負壓。因而需要一個裝置進行過渡，這個裝置通常稱為接口。從表1中還看到，GC和MS分析物的狀態均為氣體，二者的相連顯然更容易些，而且GC-MS的流動相是氦氣，分子量小(m/z 4)，惰性氣體穩定性好，現在GC通常采用0.25mm內徑的毛細管柱，流量一般為1mL/min，現代質譜用的分子渦輪泵(特別是雙分子渦輪泵配置)抽這點氣不成問題，能夠很好的保持MS的真空度，不會對離子化和檢測產生影響。

LC的液體狀態流動相與分析氣體狀態化合物的MS聯用，難度要大的多。將液體汽化，其汽化后的體積約為原體積的500倍，排除如此大量的物質不僅要求真空泵的抽率足夠大(這點還比較容易做到)，而且在盡可能排除流動相物質時，還要盡可能減少被測物的丟失。所以，對接口的要求就非常高。在幾十年的研制過程中，推出了多種形式的接口，但檢測靈敏度均不太理想。經過幾代質譜人努力，推出了常壓電離源接口(API)，比較好的解決了流動相與被測物的分離，大大提高了離子化效率，提高了信/噪比(S/N)。從而加速了LC-MS商品化的進程。儀器性能的不斷提高滿足了食品中殘留獸藥分析的需要，使之成為食品檢測實驗室必備的檢測儀器。現在的商品化儀器基本都是配置API電離源，包括電噴霧電離源(ESI)和大氣壓化學電離源(APCI)。圖2是ESI電離的原理圖，圖3是APCI電離的原理圖。詳細的原理解釋可參考相關文章。

圖2 ESI工作原理，①液滴帶電—②溶劑蒸發液滴表面電荷密度增加—③離子濺射成為帶電離子進入MS分析器

圖3 APCI工作原理，①溶劑通過加熱區蒸發成為液滴—②液滴通過放電針使離子帶電—③帶電離子進入MS分析器

　現在儀器設計的ESI和APCI更換略有不同，但都非常方便。如AB SCIEX公司的ESI與APCI只是更換一下噴針即可，見圖4。

圖4 AB Sciex公司設計的離子源的ESI和APCI噴針，上方較長的為ESI噴針，下方較短的為APCI噴針

　　從圖1可以看到，ESI主要用于極性、大分子有機物分析。蛋白質分析用納升電噴霧電離源(N- ESI)。APCI主要用于弱極性有機化合物的分析。此外，還有光電離源(APPI)，主要用于非極性有機化合物的分析，如多環芳烴等。

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購買儀器前應考慮的幾個因素

　　前面已經提到，由于LC-MS的MS部分為二級MS，不同類型MS的組合組成了多種類型MS，各種類型的MS有其各自特點，各廠家的儀器也都各有特點，購買前一定要明確任務，做好調研工作，當然還要考慮經費情況。殘留分析實驗室應綜合考慮儀器的性能以及儀器公司的技術支持：

　　1. 靈敏度高 特別要注意在檢測實際樣品時有較高的靈敏度，不要一味地追求指標靈敏度，LC-MS的基質效應影響較GC-MS的大，所以僅用標準品還不能真正的衡量出一臺儀器的性能，有時標準品的與實際樣品的靈敏度能差兩個數量級。有條件可以用1、2個實際樣品到不同公司的儀器實測一下，這樣對比得到的結果更能說明儀器真實靈敏度。

　　2. 質量穩定性好 通常我們是利用質譜檢測目標化合物的特征離子，因此，這些被檢測的特征離子各個參數(如：取簇電壓、碰撞能量、霧化氣流量、離子源溫度等)經優化將其輸入分析方法中，若儀器的質量穩定性不好，按照已確定的參數可能無法達到最優的檢測值，甚至找不到目標離子，這將出現假陰性，這樣的結果會出大問題的。對于低分辨質譜儀，好的1個季度，甚至半年校正一下質量軸即可，而差的每周都需要校正。

　　3. 離子化穩定性好 影響LC-MS離子化的因素較多，所以MS的定量重現性不及紫外檢測器(UV)。因此，在實際分析時，較好的穩定性有助于定量的重現性好，且線性的相關性好。

　　4. 抗污染 由于食品(特別是動物源食品)基質相當復雜，分析過程中不可避免會污染儀器。因此，一方面儀器設計本身應具有良好的抗污染性，另一方面儀器易污染部分便于拆洗，如：錐孔擋板、離子傳輸毛細管等。這樣的儀器操作和維護都比較簡單。

　　5. 分辨率，質量精度 對于低分辨MS，如：Q-MS和IT-MS，分辨率、質量精度不是重要指標。但對于高分辨MS，如：FT-MS和TOF-MS這是非常重要的指標。對于高分辨MS，質量穩定性比低分辨質譜更重要，因為測量的質量精度是ppm級的。通常FT-MS一周較正一次，而TOF-MS基本每天都要校正。

　　6. 操作方便 包括儀器操作和軟件操作兩方面。MS的優化參數較色譜要多，通過優化才能得到理想的靈敏度和分辨率。有的公司儀器MS的優化是自動調諧，優化后可達最佳值的90-95%，提高了效率，對于新手也非常方便，并能盡快掌握、應用好儀器。

　　7. 質量范圍 殘留實驗室主要的分析對象是獸藥、農藥、添加劑、化學有害物等，多為m/z小于500的小分子，僅有少量的聚醚類獸藥和生物毒素m/z 1000左右。LC-MS的質量范圍上限最小的也有m/z 1500，均能滿足殘留分析的要求。質量數再高，對殘留分析沒有太多用途。但是，若做蛋白質分析質量數高還是有用的。

　　8. 分析速度快 現在這些儀器公司都可以選配超高效(也有稱作超高壓、超快速等)LC，提高分析速度3-5倍。若實驗室儀器不多時，這種配置還是很不錯的，分析效率高，而對整套儀器而言增加的費用并不多。

　　9. 良好的售后服務 現在的售后服務包括兩方面，一是傳統意義上的儀器維修，二是近年來比較注重的應用支持。進入21世紀，LC-MS-MS剛開始在國內推廣，AB Sciex公司最先推出應用工程師到現場做技術支持，即：安裝工程師安裝完儀器后，應用工程師到現場，一方面做操作軟件的培訓，另一方面根據用戶的需求，與用戶一起建立1、2個檢測方法，通過建立方法，了解儀器性能，熟悉儀器操作步驟，掌握定性、定量方法。這使得用戶可以很快掌握并應用好這套儀器。相比過去傳統的將用戶集中到公司進行培訓更具針對性。現在各公司也多采用這種培訓方法了。

　　以上列舉了主要考慮的因素，而具體到各自實驗室可能考慮的重點會有所不同。特別是當已經有了一套LC-MS-MS準備購置第二套儀器時，還應該考慮到實驗室儀器的互補性，這樣才能解決更多遇到的分析問題。

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未完待續......

食品檢測實驗室液相色譜-質譜儀的選型(下)