二、液质仪器基本构造及原理质谱分析过程:样品通过进样系统进入离子源,将样品离子化变为气态离子混合物,由于结构性质不同而电离为各种不同质荷比(m/z)的分子离子和碎片离子,而后,带有样品信息的离子碎片被加速进入质量分析器,不同的离子在质量分析器中被分离并按质荷比大小依次抵达检测器,经纪录即得到按不同质荷比排列的离子质量谱,也就是质谱(mass spectrum)。
质谱的基本结构质谱仪一般由进样系统、电离源、质量分析器、真空系统和检测系统构成。
(一)进样系统在液质联用中一般有两种进样方式。
第一种是输注,即用注射器泵(syringe pump)将样品溶液直接缓慢输入到离子源。这种方法虽然简便、快速,但是需要相对多的样品,且难以实现自动进样分析。
第二种是流动注射,即将样品溶液注入HPLC进样系统,由LC泵缓慢推动溶剂将样品溶液直接注入离子源。这种方法既简便、快速,样品溶液的用量较小,易于实现自动进样分析。
(二)电离源液质联用中最常用的电离源有大气压电喷雾电离源(ESI)和大气压化学电离源(APCI),两者同属于大气压电离(API)技术,其离子化过程发生在大气压下。
1、电喷雾(ESI) 工作原理:电喷雾电离(ESI)是在液滴变成蒸汽,产生离子发射的过程中形成的,溶剂由
液相泵输送到ESI Probe,经其内的不锈钢毛细管流出,这时给毛细管加2-4kv的高压,由于高压和雾化气的作用,流动相从毛细管顶端流出时,会形成扇状喷雾,使液滴生成含样品和溶剂离子的气溶胶。
电喷雾离子化可分为三个过程:
1)
形成带电小液滴:由于毛细管被加高压,造成氧化还原反应,形成带电液滴。
2)
溶剂蒸发和小液滴碎裂:溶剂蒸发,离子向液滴表面移动,液滴表面的离子密度越来越大,当达到Rayleigh (瑞利)极限时,即液滴表面电荷产生的库仑排斥力于液滴表面的张力大致相等时,液滴会非均匀破裂,分裂成更小的液滴,在质量和电荷重新分配后,更小的液滴进入稳定态,然后再重复蒸发、电荷过剩和液滴分裂这一系列过程。
3)
形成气相离子:对于半径<10nm的液滴, 液滴表面形成的电场足够强,电荷的排斥作用最终导致部分离子从液滴表面蒸发出来,而不是液滴的分裂,最终样品以单电荷或多电荷离子的形式从溶液中转移至
气相,形成了
气相离子。
ESI的特点 *软电离, 产生准分子离子
正离子:(M+H)+,(M + NH4) +,(M + Na) +,(M + K) +…
负离子:(M -H)–,(M + CH3COO)–,(M + Cl)–…
*对很多种类的化合物都有很高的灵敏度
*高分子量生物大分子和聚合物产生多电荷离子
(M + nH)n+
(M - nH)n–
*低分子量化合物一般产生单电荷离子(失去或得到一个质子)
*高分子量生物大分子和聚合物产生多电荷离子
*几乎没有碎片离子
*可能生成加合物和/或多聚体
常见的是溶剂加合物和NH4+(M+18), Na+(M+23),和K+(M+39) 加合物
*灵敏度取决于化合物本身和基质
2、大气压化学电离 (APCI)工作原理:APCI电离是在大气压条件下利用尖端高压(电晕)放电促使溶剂和其他反应物电离、碰撞,及电荷转移等方式,形成一个反应气等离子区,样品分子通过等离子区时,发生质子转移,形成了(M+H) 或(M-H)离子或加和离子。
大气压化学电离可分为以下两个步骤:
1.快速蒸发:液流被强迫通过一根窄的管路使其得到较高的线速度,给毛细管高温加热及雾化气的作用使液流在脱离管路的时候蒸发成气体
2.
气相化学电离(电晕放电):通过电晕放电,达到
气相化学电离
APCI的特点 *软电离,产生准分子离子
正离子:(M+H)+,(M + NH4)+,….
负离子:(M-H)–,(M + CH3COO)–,(M + Cl)–,…
*主要产生单电荷离子,几乎没有碎片离子,纯
气相离子化过程,只产生极少的添加离子
*受基质影响较小 (相对于ESI), 质谱图不受缓冲盐及其缓冲力变化的影响
*与ESI相比适于极性较小的化合物, 一般适合分析挥发性化合物,也常分析从中性到极性的化合物
*热不稳定化合物可能会发生降解
*可能生成加合物和/或多聚体; 一般是溶剂加合物及NH4+ (M+18), Na+ (M+23), 和 K+(M+39)加合物
*流速范围大,从0.2 到2.0mL/min ,而不用分流。