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食品檢測實(shí)驗(yàn)室液相色譜-質(zhì)譜儀的選型（上）

上一篇 / 下一篇 2011-04-11 16:13:37/ 個(gè)人分類：我的經(jīng)驗(yàn)

　　前年根據(jù)目前食品 實(shí)驗(yàn)室分析工作的需求和網(wǎng)友的建議，寫了一篇博客“食品檢測實(shí)驗(yàn)室氣相色譜-質(zhì)譜儀的選型”。本文將根據(jù)筆者這些年來使用液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀(LC-MS)經(jīng)驗(yàn)和文獻(xiàn)、用戶、公司等介紹，對不同液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜儀設(shè)備的特性與配置再做一些介紹。

　　食品檢測實(shí)驗(yàn)室主要檢測任務(wù)是對有害殘留物進(jìn)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(guī)限量要求。液相色譜-四極質(zhì)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(dāng)然，對于一些限量值較高的項(xiàng)目還是能用的。因此，本文不對單四極質(zhì)譜儀做描述，主要介紹串接質(zhì)譜儀。

與LC聯(lián)用的主要MS類型有：四極質(zhì)譜(Q-MS)、離子阱質(zhì)譜(IT-MS)、飛行時(shí)間質(zhì)譜(TOF-MS)、傅立葉變換質(zhì)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(gè)領(lǐng)域?qū)C-MS技術(shù)的需求，特別是生物技術(shù)(蛋白質(zhì)分析)、制藥技術(shù)(藥物代謝分析)等，促進(jìn)了LC-MS技術(shù)有了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，LC與各種類型質(zhì)譜(包括多種類型的組合質(zhì)譜)的聯(lián)用，使LC-MS的聯(lián)用形式較之氣相色譜-質(zhì)譜(GC-MS)的更豐富，應(yīng)用的領(lǐng)域也更廣泛。圖1是現(xiàn)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(xué)電離源(APCI)的應(yīng)用覆蓋了絕大部分有機(jī)物分析領(lǐng)域。

圖1 不同離子化方式應(yīng)用于有機(jī)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(guī)模普及使用要晚近10年。這是由于LC-MS的接口比GC-MS要復(fù)雜的多。現(xiàn)將不同儀器的工作狀態(tài)列于表1中。

表1 不同儀器的工作狀態(tài)

儀器名稱	分析物狀態(tài)	工作狀態(tài)
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(tài)下工作，而MS則是在真空狀態(tài)下工作，為了完成二者的聯(lián)用，必須將正壓降為負(fù)壓。因而需要一個(gè)裝置進(jìn)行過渡，這個(gè)裝置通常稱為接口。從表1中還看到，GC和MS分析物的狀態(tài)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(wěn)定性好，現(xiàn)在GC通常采用0.25mm內(nèi)徑的毛細(xì)管柱，流量一般為1mL/min，現(xiàn)代質(zhì)譜用的分子渦輪泵(特別是雙分子渦輪泵配置)抽這點(diǎn)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(chǎn)生影響。

LC的液體狀態(tài)流動相與分析氣體狀態(tài)化合物的MS聯(lián)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(zhì)不僅要求真空泵的抽率足夠大(這點(diǎn)還比較容易做到)，而且在盡可能排除流動相物質(zhì)時(shí)，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(jīng)過幾代質(zhì)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(jìn)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(shí)驗(yàn)室必備的檢測儀器?，F(xiàn)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(xué)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(xì)的原理解釋可參考相關(guān)文章。

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

圖3 APCI工作原理，①溶劑通過加熱區(qū)蒸發(fā)成為液滴—②液滴通過放電針使離子帶電—③帶電離子進(jìn)入MS分析器

　現(xiàn)在儀器設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(jī)物分析。蛋白質(zhì)分析用納升電噴霧電離源(N- ESI)。APCI主要用于弱極性有機(jī)化合物的分析。此外，還有光電離源(APPI)，主要用于非極性有機(jī)化合物的分析，如多環(huán)芳烴等。

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購買儀器前應(yīng)考慮的幾個(gè)因素

　　前面已經(jīng)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(diǎn)，各廠家的儀器也都各有特點(diǎn)，購買前一定要明確任務(wù)，做好調(diào)研工作，當(dāng)然還要考慮經(jīng)費(fèi)情況。殘留分析實(shí)驗(yàn)室應(yīng)綜合考慮儀器的性能以及儀器公司的技術(shù)支持：

　　1. 靈敏度高 特別要注意在檢測實(shí)際樣品時(shí)有較高的靈敏度，不要一味地追求指標(biāo)靈敏度，LC-MS的基質(zhì)效應(yīng)影響較GC-MS的大，所以僅用標(biāo)準(zhǔn)品還不能真正的衡量出一臺儀器的性能，有時(shí)標(biāo)準(zhǔn)品的與實(shí)際樣品的靈敏度能差兩個(gè)數(shù)量級。有條件可以用1、2個(gè)實(shí)際樣品到不同公司的儀器實(shí)測一下，這樣對比得到的結(jié)果更能說明儀器真實(shí)靈敏度。

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

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

　　4. 抗污染 由于食品(特別是動物源食品)基質(zhì)相當(dāng)復(fù)雜，分析過程中不可避免會污染儀器。因此，一方面儀器設(shè)計(jì)本身應(yīng)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(xì)管等。這樣的儀器操作和維護(hù)都比較簡單。

　　5. 分辨率，質(zhì)量精度 對于低分辨MS，如：Q-MS和IT-MS，分辨率、質(zhì)量精度不是重要指標(biāo)。但對于高分辨MS，如：FT-MS和TOF-MS這是非常重要的指標(biāo)。對于高分辨MS，質(zhì)量穩(wěn)定性比低分辨質(zhì)譜更重要，因?yàn)闇y量的質(zhì)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(yōu)化參數(shù)較色譜要多，通過優(yōu)化才能得到理想的靈敏度和分辨率。有的公司儀器MS的優(yōu)化是自動調(diào)諧，優(yōu)化后可達(dá)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(yīng)用好儀器。

　　7. 質(zhì)量范圍 殘留實(shí)驗(yàn)室主要的分析對象是獸藥、農(nóng)藥、添加劑、化學(xué)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(zhì)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(zhì)量數(shù)再高，對殘留分析沒有太多用途。但是，若做蛋白質(zhì)分析質(zhì)量數(shù)高還是有用的。

　　8. 分析速度快 現(xiàn)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(shí)驗(yàn)室儀器不多時(shí)，這種配置還是很不錯(cuò)的，分析效率高，而對整套儀器而言增加的費(fèi)用并不多。

　　9. 良好的售后服務(wù) 現(xiàn)在的售后服務(wù)包括兩方面，一是傳統(tǒng)意義上的儀器維修，二是近年來比較注重的應(yīng)用支持。進(jìn)入21世紀(jì)，LC-MS-MS剛開始在國內(nèi)推廣，AB Sciex公司最先推出應(yīng)用工程師到現(xiàn)場做技術(shù)支持，即：安裝工程師安裝完儀器后，應(yīng)用工程師到現(xiàn)場，一方面做操作軟件的培訓(xùn)，另一方面根據(jù)用戶的需求，與用戶一起建立1、2個(gè)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(yīng)用好這套儀器。相比過去傳統(tǒng)的將用戶集中到公司進(jìn)行培訓(xùn)更具針對性?，F(xiàn)在各公司也多采用這種培訓(xùn)方法了。

　　以上列舉了主要考慮的因素，而具體到各自實(shí)驗(yàn)室可能考慮的重點(diǎn)會有所不同。特別是當(dāng)已經(jīng)有了一套LC-MS-MS準(zhǔn)備購置第二套儀器時(shí)，還應(yīng)該考慮到實(shí)驗(yàn)室儀器的互補(bǔ)性，這樣才能解決更多遇到的分析問題。

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未完待續(xù)......

食品檢測實(shí)驗(yàn)室液相色譜-質(zhì)譜儀的選型(下)