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4LC-MS分析条件的选择和优化

发布时间:2017-10-18 00:00 作者:中国标准物质网 阅读量:1325

1.影响质谱出峰及分析物检测灵敏度的因素

与GC-MS不同,LC-MS对标准材料需要较长时间的优化,许多参数要进行调整,以从很少量的珍贵样品中获得最佳谱图。值得注意的是,几个不同参数可以影响LC-MS分析的出峰情况及灵敏度,分析者常采用一次仅调整一个参数或者使用统计方法如单纯形法进行优化。以TSP LC-MS为例,影响质谱出峰及分析物检测灵敏度的因素有溶剂系统、电离(电解质为媒介的、放电、热丝)、进样杆和离子源温度、极性(正、负离子)、排斥极位置及电压或碎片化电极、共洗脱色谱峰等。

2.接口的选择

由于电离方式不同,ESI和APCI有各自的优缺点。也正是这些特点,使得这两种接口技术成为相互补充的分析方法。一般ESI适用于检测中等或者强极性的化合物,特别是强极性的小分子、氨基酸、多肽以及蛋白质类化合物,ESI分析往往能得到令人满意的结果。

APCI不适合检测多电荷、大分子化合物,其优势在于检测中等或者小极性的化合物。需要根据不同的化合物分子选取不同的检测方式,表12-4从多个方面对两种接口技术进行了比较。

表12-4ESI和APCI的比较

3.正、负离子模式的选择

在质谱仪中,可以根据被测化合物种类的不同,在ESI和APCI两种接口中选择不同的检测模式(正离子模式和负离子模式)。选择的一般性原则如下。

1)正离子模式

适合检测容易结合氢的样品分子(碱性样品分子、,如含有组氨酸以及精氨酸的多肽。在这种条件下,如果离子化效果不好,可加入适量的甲酸或者乙酸来酸化样品。如果样品分子的pK值是既定的,那么应至少将pH调至低于pK值2个单位。

2)负离子模式

适合检测容易失去氢的样品分子(酸性样品分子),如含有谷氨酸天冬氨酸的肽类。在这种条件下,如果离子化效果不好,可用氨水等弱碱性物质对样品分子进行碱化处理。如果样品分子的pK值是既定的,那么应至少将pH调至高于pK值2个单位。

此外,如果被测化合物分子含有多个仲氨基或叔氨基,应首先考虑使用正离子模式;如果样品分子中含有较多氯、硝基等强负电性基团,首先考虑使用负离子模式;对于酸碱性不能确定的化合物分子要采用两种模式兼顾。

4.流动相和流量的选择

对大多数LC-MS,系统所使用的溶剂和缓冲剂是有限制的。表12-5汇编了与TSP (LC-MS)有关的资料,这些限制也适用于其他接口。

表12-5对TSP(LC-MS)适用和不适用的溶剂和缓冲剂

LC-MS中,ESI和APCI通常选取甲醇、乙腈、水及其混合物作流动相,必要时可添加一些类似甲酸铵乙酸铵等易挥发盐的缓冲液。但LC-MS接口应避免进入不挥发的缓冲液,避免含磷和氯的缓冲液,含钠和钾的成分必须<lmmol/L(盐分太高会抑制离子源的信号和堵塞喷雾针及污染仪器),含甲酸(或乙酸)<2%,含三氟乙酸≤0.5%,含三乙胺<l%,含乙酸铵<10-5 mmol/L。

LC-MS中流量的大小对液相色谱和质谱之间成功联机分析起着至关重要的作用,流量大小的选取要充分考虑色谱柱内径、化合物极性大小以及流动相组成等因素。虽然ESI和APCI接口都有气体辅助设置,但是实验分析结果表明只有在较小流量下可提高离子化效率。因此,如果实验条件允许,最好采用内径相对较小的色谱柱。此外,为保证良好的分离效果,内径为0.3mm的液相色谱柱在大约10uL/min的流量下即可获得良好的分离效果;当内径为1.0mm时,流量控制在30~60uL/min方可获得良好的分离效果扩当内径为2.1mm时,控制流量在200~500uL/min方可获得良好的分离效果,而内径为4.6 mm的色谱柱,则在>700uL/min的流量下才能保证其分离度。采用2.1mm内径的柱子,用300~400uL/min的流量,流动相中有机溶剂比例较高时,可以保证良好的分离及纳克(ng)级的质谱检出。这在一般的样品分析中是一个比较实用的选择。

同样流量下的流动注射分析比柱分离联用可得到更强的响应值,这是没有色谱柱洗脱损失所致。流动注射得到的全质谱常常混有不属于被测定化合物的离子,在使用流动注射时要予以注意。实际工作中可根据样品的纯度灵活地选用流动注射或柱分离方式。

5.辅助气体流量和温度的选择

雾化气对流出液形成喷雾有影响,干燥气影响喷雾去溶剂效果,碰撞气影响二级质谱的产生。操作过程中接口处干燥气体温度的选择以及优化是至关重要的,一般情况下干燥气体的温度高于被测样品分子沸点20℃为宜。对于某些热稳定性极差的化合物需要根据样品分子的性质选择更低的温度。与此同时,还要考虑液相色谱流动相的组成和比例,当流动相中有机相成分较多时应考虑降低干燥气体的温度并减小干燥气体的流量。此外,在温度选择时还应注意到加热干燥气体的设定温度往往低于千燥气体毛细管入口处的实际温度。

6.系统背景的消除

LC-MS的系统噪声要比GC-MS系统噪声大得多,这些噪声主要来自以下两个方面。①化学噪声:主要是由溶剂以及样品分子直接进入离子化室造成的;②电噪声:主要是由样品分子在高电场中的复杂行为造成的。

这两种噪声通常会淹没信号,以至于有时在TIC图上无法看到峰的出现。消除系统噪声在LC-MS分析中不是一件容易的事情,要从以下几个方面入手。

1).有机溶剂和水

市售的溶剂如甲醇乙腈等为色谱纯度时LC-MC分析效果最好,但它们在产生中所控制的主要指标为200nm附近的紫外吸收。对一些在ESI条件下可产生很强信号的杂质并没有加以控制,例如,无论是国产或是进口试剂中经常发现很强的增塑剂(邻苯二甲酸酯)信号m/zl49, m/z315、m/z391等,造成很高的背景。由于目前尚无电喷雾纯的溶剂上市,需要自己设法加以控制。

2).样品的纯化

血样、尿样、动物组织样品中含有大量的生物基质,它们对噪声的贡献在所有分析方法中都是同样存在的。因此LC-MS分析中大量的工作仍是样品的前处理,采用样品溶液直接进样进行LC-MS测定的效果并不一定理想。简单的固相萃取或液-液萃取即可将样品溶液中的大部分杂质除掉,既保护了分离柱又降低了背景。

3).系统的清洁

许多样品分子很容易污染质谱仪的进样管路、喷口、传输毛细管和金属环等元件,尤其是蛋白质。控制进样量和经常清洗这些部件是十分必要的。色谱柱的冲洗比在HPLC分析中要更认真、更频繁。输液管路最好用聚四氟乙烯管或无色聚醚醚酮管。不锈钢毛细管会吸附样品并造成碱金属离子污染问题(过度加成)。

4).氮气的纯度

制氮机产生的氮气或纯度99.9%的普通罐装氮气都必须经过分子筛以及活性炭纯化方可进入质谱。若有条件可用顶空(headspace)液氮罐为氮气源。

7.柱后补偿技术

在液相色谱分离条件与样品分子离子化条件相互矛盾时,柱后补偿技术或柱后修饰(post-column modification)通常在解决这些矛盾的过程中发挥着巨大作用:

1)通过调节进样溶液的pH,优化正负离子模式的检测条件,从而提高样品分子的离子化产率;

2)当流动相含水较多时可加入异丙醇以加快流动相的脱溶剂进程;

3)对于很难进行离子化反应的样品分子,可以在柱后添加50umol/L的乙酸铵溶液,以提高正离子化效率;

4)通过TFA-fix技术有效地解决三氟乙酸压制检测信号的问题;

5)当ESI接口与毛细管电泳联用时,可以用来调节流量;

6)可用柱后三通进行分流;

7)衍生化试剂的加入,为柱后衍生化提供了可能。

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