随着“健康中国”战略的推进,医疗设备需不断创新提升精准度,满足民众健康需求。色谱仪和质谱技术作为重要工具,分别用于成分分离和高精度分析。色谱仪种类多,功能强;质谱技术灵敏度高,分析速度快,尤其在联用技术中展现了更广泛的应用前景。质谱仪作为高精尖设备,由多部件精密协作,实现高效分析。液相色谱-质谱联用技术结合了两者优势,为复杂混合物分析提供了强大支持。
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液相色谱-质谱(LC-MS)的工作原理
液相色谱-质谱(LC-MS)联用技术的研究开始于20世纪70年代,直到90年代才出现被广泛接受的商品接口及成套仪器。质谱分析是先将物质离子化,按离子的质荷比分离,然后测量各种离子谱峰的强度而实现分析目的的一种分析方法。以检测器检测到的离子信号强度为纵坐标,离子质荷比为横坐标所作的条状图就是我们常见的质谱图。
液相色谱-质谱(LC-MS)联用技术工作原理就是样品通过液相色谱分离后的各个组分依次进入质谱检测器,各组分在离子源被电离,产生带有一定电荷、质量数不同的离子。不同离子在电磁场中的运动行为不同,采用质量分析器按不同荷质比把离子分开,得到依荷质比顺序排列的质谱图。通过对质谱图的分析处理,可以得到样品的定性和定量结果。
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液相色谱-质谱(LC-MS)的组成
质谱仪包括真空系统、进样系统、离子源、质量分析器、检测器和数据处理系统
a)真空系统
质谱仪的离子源、质量分析器和检测器必须处于高真空状态。若真空度过低,则会造成离子源灯丝损坏、本底增高、图谱复杂化、干扰离子源的调节、加速极放电等问题。一般质谱仪都采用机械真空泵(前级低真空泵)预抽真空,再用高效率油扩散泵或分子涡轮泵(高真空泵)连续地运行以保持真空。只有在足够高的真空下,离子才能从离子源到达检测器,真空度不够则灵敏度低。
b)进样系统
进样系统是将分析样品引入到离子源的装置。进样方式包括直接进样和仪器联用的进样。色谱-质谱联用仪的接口和色谱仪组成了质谱的进样系统。
c)离子源
离子源将欲分析样品的原子或分子电离,得到带电离子,并对离子进行加速使其进入质量分析器。根据电离方式的不同,常用的有:电子轰击电离源(electron impact ionization source, EI);化学电离源(chemical ionization source, CI);快原子轰击电离源(fast atom bombardment source, FAB);电喷雾电离源(electrospray ionization source, ESI);大气压化学电离源(atmospheric pressure chemical ionization source, APCI);基质辅助激光解析电离源(Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization, MALDI)。
d)质量分析器
质量分析器是质谱仪的核心,质量分析器的作用是将离子源产生的离子按质荷比(m/z)顺序进行分离并排列。常用的质量分析器有:磁质量分析器(Magnetic Sector Analyzer);四极杆质量分析器(quadrupole mass analyzer);飞行时间质量分析器(time of flight, TOF );离子阱质量分析器(ion trap)。
e)检测器
质谱仪常用的检测器有直接电检测器、电子倍增器、闪烁检测器和微通道板等。电子倍增器运用质量分析器出来的离子轰击电子倍增管的阴极表面,使其发射出二次电子,再用二次电子依次轰击一系列电极,使二次电子获得不断倍增,最后由阳极接受电子流,使离子束信号得到放大。
f)数据处理系统
质谱仪都配有完善的计算机系统,不仅能快速准确的采集数据和处理数据,而且能监控质谱仪各单元的工作状态,实现质谱仪的全自动操作,并能代替人工进行化合物的定性和定量分析。
g)质谱图