摘要：液相色譜-電噴霧質譜由于在速度、靈敏度和選擇性方面的優(yōu)勢，已成為藥物分析的首選技術。然而，電噴霧并不是一個通用化的電離技術。因此，同時具有電噴霧/大氣化學電離的液相色譜-質譜(LC-MS)系統(tǒng)可以用來提供大多數(shù)高效液相色譜(HPLC)分析物的質譜譜圖。

LC-MS with Simultaneous Electrospray and
Atmospheric Pressure Chemical Ionization

Wayne P. Duncan and Patrick D. Perkins

Abstract: Liquid chromatography-mass spectrometry with electrospray ionization is now the technique of choice in pharmaceutical analysisbecause of its speed, sensitivity and selectivity. However, electrospray is not a universal ionization technique. Accordingly, an LC-MS system with simultaneous electrospray and atmospheric pressure chemical ionization is shown to be capable of generating mass spectra of most HPLC analytes.

        目前，液相色譜- 電噴霧質譜聯(lián)用系統(tǒng)(LC-ESI-MS)已經(jīng)廣泛應用于高通量的藥物分析。LC -ESI-MS 能夠提供令人滿意的分析速度、靈敏度、選擇性和可靠性。大約80% 的化合物經(jīng)高效液相色譜(HPLC)分離后能在電噴霧質譜中得到檢測。在電噴霧源中響應較低的化合物可以在大氣壓化學電離源(A PCI)中被離子化。因此，大部分經(jīng)HPLC 分離的產(chǎn)物，如果其相對分子質量處于儀器可檢測的質量范圍內(nèi)，ESI和APCI便能將它們電離，并由質譜提供它們的譜圖。

        一般而言，待測物首先用ESI 源進行分析。如果響應值較低，再換用APCI 源。以前，這種更換必須先將液相色譜與質譜斷開，然后卸掉ESI 源并換上APCI 源，最后還必須對質譜進行重新調節(jié)。切換離子源和調節(jié)質譜會打斷或減慢工作流程，因此會使分析通量大大降低。解決方案之一就是配備兩臺具有不同離子源的質譜儀；對于不適合ESI 源分析的樣品可直接換用APCI-MS 分析。但是對于大多數(shù)實驗室而言，維護兩臺并行的分別配有ESI 源和APCI 源的LC-MS 系統(tǒng)所需要的費用過于昂貴，而且操作繁瑣。同時，實驗室還必須配備額外的人員以便在ESI 源不適用時通過APCI 源進行測定，既多費人力又多花時間。

1 電噴霧和大氣壓化學電離源的切換

        在高通量分析中，為了消除ESI 源和APCI 源之間切換所導致的效率降低，目前研究重點側重于離子源的結構改造，以實現(xiàn)兩種電離源之間的實時切換。為了實現(xiàn)這一目的，集成的離子源設計必須考慮到ESI 源和APCI 源的噴霧和電壓條件的兼容；同時，集成的離子源還必須具有與相應的專用離子源相當?shù)男阅?。解決方法之一是在ESI 源和APCI 源之間切換液相色譜的洗脫液，在集成離子源上依次在ESI 和APCI 的區(qū)域產(chǎn)生氣溶膠。在此基礎上發(fā)展出的另一個方法是利用單獨的噴霧器形成氣溶膠，然后切換源參數(shù)的電壓設置，周期性地提供ESI 源和APCI 源的合適條件。無論采用哪種方法，樣品離子一旦產(chǎn)生，就會在質譜的入口端聚集。雖然這些方法可以避免離子源之間人為地更換，但同時為了確保獲得的數(shù)據(jù)質量需要對HPLC 流速和數(shù)據(jù)采集進行限制，因而會降低整個系統(tǒng)的性能（見圖1）。

2 電噴霧/大氣壓化學電離源的集成

        集成的多模式離子源（產(chǎn)品號G1978A，安捷倫公司，Palo Alto, CA）可在正離子或負離子模式下同步地或獨立地進行ESI 和APCI 分析。該設計將ESI 源產(chǎn)生的離子與不響應的中性分子分開，并將中性分子直接導入APCI電暈中進行離子化，這樣不同的離子化過程就會相對獨立，從而解決了ESI 源和APCI 源電壓和噴霧條件的兼容性問題。離子化以后，ESI 源和APCI 源產(chǎn)生的離子流匯合在一起并直接進入質量檢測器（見圖2）。圖3 的質譜圖說明當多模式離子源運行時，在不降低通量的同時能夠檢測到ESI 源和A PCI 源產(chǎn)生的所有離子。從表1 可以看出，對于相當廣泛范圍的分析物，多模式電離源能夠提供比專用離子源更高的性能。從圖3 的質譜圖可以看出，當采用多模式離子源進行同步掃描時，能夠檢測到ESI 源和APCI 源產(chǎn)生的所有離子，而且不會降低任何離子源的性能。

3 與高流速/快速色譜聯(lián)用

        為了提高分析通量，在液相色譜中采用高流速（快速色譜）已經(jīng)成為一種趨勢。當采用較高的流速時，必須采取適當?shù)拇胧﹣矸乐闺婋x源被流動相充溢。目前，常用的辦法是對流動相進行分流，但是該方法會產(chǎn)生大量的廢液，尤其當實驗室多臺儀器同時運行時。多模式質譜的設計本身能夠適合液相色譜的高流速，而不需要采用其他配件進行分流。在多模式質譜中為了確保APCI 的性能，離開ESI 區(qū)域的所有流動相必須全部被汽化。在多模式離子源的絕緣密封室內(nèi)安裝了一對較大的紅外加熱管，足以將2 mL/min 的100% 水的流動相全部蒸發(fā)（見圖2）。從圖4 中可以看出，多模式離子源不需要任何儀器調節(jié)就能夠適用于較寬的流速范圍。

4 數(shù)據(jù)質量

        ESI 源和APCI 源之間的切換操作中還存在一個潛在的問題，那就是色譜精確度的損失。離子源切換所需要的時間加大了質譜的工作量，從而延長了循環(huán)周期，減慢了數(shù)據(jù)采集的速率。圖5 給出了通過模擬工作循環(huán)時間得到的機械和電壓切換式離子源（圖1 所示）的數(shù)據(jù)質量比較。相比之下可以看出通過多模式離子源進行兩種模式的依次切換，并沒有顯著增大質譜的工作量，所以數(shù)據(jù)質量沒有降低（見圖5）。此外，采用機械和電壓切換式離子源，會導致靈敏度和選擇性降低，從而影響分析結果。但是采用多模式離子源依次進行ESI 和APCI 切換時，數(shù)據(jù)質量不受影響，從而能夠得到ppb 級的靈敏度（見圖6）。

5 通量的提高

        為了證明多模式離子源具有與專用離子源相近的性能，我們對多模式離子源和專用離子源的通量進行了比較。圖7 顯示了兩類離子源分析96 孔板樣品所需時間的比較。該實驗表明，與專用電噴霧電離源和大氣壓化學電離源所需時間相比，集成的電噴霧/ 大氣壓化學電離源在同時使用兩種模式時，能夠節(jié)省一半的分析時間。

6 結論和展望

        多模式離子源解決了少量分析物在ESI 源中不響應而得不到檢測的問題。由于多模式離子源能夠同時采集ESI 源和APCI 源的數(shù)據(jù)，所以不必考慮待測物的性質，也不會因為打斷分析流程而降低通量。

        多模式離子源的性能評測結果表明，該離子源能在保持較高靈敏度的基礎上，不需要改變?nèi)魏蝺x器硬件配置就能適用于較大范圍的流速。在未來的幾個月，我們將繼續(xù)開發(fā)多模式離子源在藥物研發(fā)中的應用范圍，包括在蛋白質組學方面。集成的電噴霧/ 大氣壓化學電離源能擴展檢測范圍，從而鑒定蛋白酶解物中更多的肽段序列。

        多模式離子源能顯著節(jié)省資金投入和操作強度，這一點在儀器較多的實驗室里表現(xiàn)得更為明顯。單臺多模式離子源質譜儀的價格比同時配備專用ESI 和APCI 離子源質譜儀的價格要低得多。多模式離子源質譜可以提供更高的分析通量，減少每次分析所需的費用及工作量，從而使用戶從中受益。

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