色谱质谱联用技术

相关概念介绍气相色质联用液相色质联用色谱法质谱分析法质谱分析法是通过对被测样品离子质荷比（m/z）的测定来进行分析的一种方法。被分析的样品首先要离子化，然后利用不同离子在电场或磁场运动行为的不同，把离子按m/z分开而得到质谱，并得到样品的定性定量结果。m/z15294357859911314271产生正离子同时被加速按不同质荷比分离得到离子信号质谱仪原理图当被加速的离子进入质量分析器时，磁场再对离子进行作用（与其飞行方向垂直），使每个离子做弧形运动。由离子动能产生的离心力(mv2/R)与由磁场产生的向心力(Bzv)相等（质谱基本方程）z2BRmmzRBV222RBzm2mvz2V常见离子化方式：电子轰击离子化(EI)化学离子化(CI)电喷雾电离（ESI）场致离子化(FI)场解吸离子化(FD)负离子化学离子化(NICI)++气体分子试样分子+准分子离子电子(M+1)+;(M+17)+;(M+29)+;化学电离示意图10电喷雾电离（ESI）常见质量分析器有：单聚焦磁场分析器双聚焦磁场分析器四极杆质量分析器飞行时间质量分析器离子阱质量分析器体积大，不适于小型化体积小，操作简单；分辨率中等；四极杆质量分析器用途有机质谱无机质谱同位素质谱原理单聚焦质谱双聚焦质谱四极质谱飞行时间质谱质谱分类质谱特点质谱是分子离子及碎片离子的质量与其相对强度的谱谱图与分子结构有关，与电磁波的波长和分子内某种物理量的改变无关质谱是唯一可以给出分子量,确定分子式的方法,对化合物的结构鉴定至关重要。质谱法进样量少,灵敏度高,分析速度快单独使用局限性仪器联用联用意义离线在线嵌入联用方式色谱质谱色质联用分离能力强定性鉴定能力强鉴定有机复杂混合物组分和结构气相色质液相色质气相色质联用简介气相色谱质谱大气压高度真空接口对接口的要求：减少GC色谱柱的体积流速至能够维持质量分析仪高真空的程度载气的选择性分离色谱分离的维持常见接口类型：分子分离器开口分流接口直接接口半透膜分离器分子分离器原理图开口分流接口扫描速度没和色谱仪联接的质谱仪一般对扫描速度要求不高。和气相色谱仪联接的质谱仪，由于气相色谱峰很窄，有的仅几秒钟时间。一个完整的色谱峰通常需要至少六个以上的数据点。这样就要求质谱仪有较高的扫描速度，才能在很短的时间内完成多次全质量范围的质量扫描。另一方面，要求质谱仪能很快地在不同的质量数之间来回转换，以满足选择离子检测的需要。痕量污染物分析法庭科学天然物质和食品应用随着人类社会的不断发展，科学的不断进步，人们对生存环境中的痕量污染物的分析研究越来越重视。此类样品基体复杂，所含的未知组分多，且多为痕量分析范围。GC-MS是目前环境分析中判定未知化合物及其结构最有效的方法。已广泛应用于大气、水、土壤、沉积物、生物样品和化工产品等介质中各种有机污染物的痕量检测、鉴定和证实。痕量污染物分析痕量污染物分析黄成等人采用固相萃取一衍生化气相色谱质谱法(GC/MS)测定某制药厂污水中的雌酮(E1)、雌二醇(E2)、雌三醇(E3)和乙炔基雌二醇(EE2)4种雌激素化合物。检出限为1.8～4.7ng/L，相对标准偏差为2.3%～9.1%。目标化合物的加标回收率为(94.0±2.9%～(101±3.8)%。AaronM.Peck和KeriC.Hornbuckle运用GC/MS检测北美洲河水中，空气中的人造麝香的含量，水中的含量为0-5ng/L,河面上空空气中的含量0-14ng/m3。JeffreyW.A.Charrois等运用GC/MS检测了应用水中亚硝胺类化合物（NDMA）的含量，检测限在0.4-1.6ng/L之间，水中亚硝胺类化合物含量为0-180ng/L。痕量污染物分析GC-MS用于血、尿、体液或毛发中各种毒品（如大麻、海洛因、可卡因等）或血、尿中挥发性有机物（如甲醇、乙醇、氯仿等）的控制，为疑难案件的鉴定和审定，提供了有力的证据。另外，运动员尿样中兴奋剂的检测和案件中安眠镇定药物的检测和鉴定，GC-MS也是必备的手段。法庭科学Chiarotti等对样品的顶空固相微萃取的处理后，气质联用对47份可卡因样品中的溶剂残留进行同时定性定量的分析，提供了可卡因的全部化学特征，成为监测各种不同可卡因的有效方法。法庭科学金永春等建立了同时检测人血液中摇头丸、异戊巴比妥、司可巴比妥、咖啡因、安眠酮、美沙酮、吗啡、安定、氯氮平、艾司唑仑10种常见毒品的气相色谱-质谱新方法，并对提取溶剂及其组成配比、体系pH值、超声振荡提取时间等样品预处理条件以及色谱柱等GC-MS分析条件进行考察和优化。法庭科学天然物质和食品各种天然物质（如中草药、植物挥发油、昆虫性信息素和各种花香）有效成分的研究，烟、酒和饮料中风味物质（如脂肪酸、醇和酯等）和有害物质（如甲醇、农药和苯并芘等）的检测，还有药物及其临床化学的检验及鉴定，GC-MS也是十分有效的手段。天然物质和食品罗曼等对山苍子油进行水蒸气重蒸馏1次后，用乙醚萃取2次再进行GC-MS分析，共分离出63个峰，鉴定出46个化学单体组分。李天飞等采用索氏提取技术对烟叶末样品的挥发性成分进行提取，用GC/MS和双柱复检法对烟叶中的核心香气成分进行了定性、半定量分析，质谱共鉴定了65种香气成分。气质联用（GC-MS)是最早商品化的联用仪器，有广泛的应用。用电子轰击方式得到的谱图可与标准谱库对比。前面的介绍可以看到由于分析时样品需要气化，所以它也有一定的局限性。小分子易挥发热稳定能气化液质联用（LC-MS)主要可解决如下几方面问题：极性化合物的分析测定；不挥发性化合物分析测定；热不稳定化合物的分析测定；大分子量化合物（包括蛋白、多肽、多聚物等）的分析测定；但是，没有商品化的谱库可对比查询，只能自己建库或自己解析谱图液相色质联用简介技术问题条件选择应用HPLCMS高压液相操作要求高真空液体进入离子源转变为大量气体只允许有限的气体进入离子传输系统质量范围无限制测定质量取决于m/z和质谱仪的类型常常使用无机盐缓冲剂需采用挥发性缓冲盐LC/MS联用的主要困难LC/MS经过约30年的发展，直至采用了大气压离子化技术之后，才发展成为可常规应用的重要分离分析方法。大气压条件下的质谱离子化技术（API)，包括点喷雾离子化（ESI）和大气压化学离子化（APCI)等技术。现在，应用最广泛的是ESI技术。ESI将溶液中的离子转变为气相离子包括三个步骤：在喷雾毛细管尖端产生带点雾滴；通过溶剂蒸发和雾滴分裂使带电雾滴变小，这一过程反复进行，直至生成很小的带电雾滴；由很小带电雾滴产生气相离子。ESI主要过程APCI质谱仪LC-MS条件选择流动相的选择甲醇、乙腈、水及其不同比例的混合物易挥发盐的缓冲液，如甲酸铵、乙酸铵等易挥发酸碱（调节pH值）如甲酸、乙酸和氨水等常用不挥发缓冲液含磷和氯的缓冲液每升含钠和钾＜1mmol甲/乙酸＜2%三氟乙酸≤0.5%三乙胺＜1%醋酸铵＜10-5mmol/l注意避免抑制离子源信号堵塞喷雾针污染仪器接口的选择：ESI适合于中等极性到强极性的化合物分子，特别是那些在溶液中能预先形成离子的化合物和可以获得多个质子的大分子（如蛋白质）APCI不适合可带多个电荷的大分子，其优势在于弱极性或中等极性的小分子的分析。扫描方式的选择正负离子模式全扫描方式（Q1扫描）母离子扫描选择离子扫描（SRM模式）母离子分析可用来鉴定和确认类型已知的化合物，药物代谢研究正离子使用于碱性样品，负离子适用于酸性样品用于鉴别是否有未知物，并确认一些判断不清的化合物用于结构判断(得到化合物的二级谱图即碎片离子)和选择离子对作多种反应监测流量和色谱柱的选择不加热ESI的最佳流速是1—50ul／min，应用4.6mm内径LC柱时要求柱后分流，目前大多采用l—2.1mm内径的微柱。APCI的最佳流速～lml／min，常规的直径4.6mm柱最合适。LC-MS应用肽和蛋白质1988年，JohnFenn教授在美国质谱年会上发表了用ESI和低质量范围的四极质谱仪分析从胰岛素至40kDa醇脱氢酶等一系列的肽和蛋白质得到的ESI质谱合成药物、抗生素及有关物质鉴定潘寻（2011）等人采用超声萃取、固相萃取及高效液相色谱-质谱联用技术(LC-MS),建立了活性污泥中3类共9种抗生素(包括5种磺胺类、3种四环素类及1种大环内酯类)的同时分析方法。该方法被成功地应用于北京市两家污水处理厂活性污泥中的抗生素残留分析,5种目标抗生素被检出。杨思敏（2012）等人建立了高效液相色谱-质谱联用技术快速筛选和鉴定黄芩甲醇提取物中抗氧化活性成分的方法，成功地从黄芩甲醇提取物中筛选并鉴定出了黄芩苷、千层纸素A-7-O-Β-D-葡萄糖醛酸苷、汉黄芩苷和千层纸素A4种较强的抗氧化活性成分。中药和天然药物分析彭炳先等人采用GC-MS研究姜花块根中挥发油的化学成分，结合计算机检索共鉴定出46个化学成分，主要为萜类和倍半萜衍生物。盛静等采用GC-MS测定杭白菊中有机氯、有机磷、氨基甲酸酯和拟除虫菊酯类等32种农药残留。药物代谢动力学及代谢物研究崔升淼等人建立大鼠肝微粒体中葛根素及其代谢物的液相色谱质谱测定法,并研究葛根素在大鼠肝微粒体中的药物代谢动力学。余俊先等人采用LC一MS法研究了异钩藤碱在猫体内的代谢,发现代谢物为异钩藤碱的加氢还原产物,这种产物不稳定,加热易裂解。多维液相色谱-质谱在蛋白质组学中的应用赵丽娜（2008）等人利用二维液相色谱联用基质辅助激光解吸离子化飞行时间串联质谱和二维液相色谱联用电喷雾串联质谱的多维液相色谱质谱的组合分析，完成了志贺菌所有四个血清群代表株的全基因组序列分析工作,这使其成为一个理想的蛋白组基因组学研究对象。靳文海等人用二维液相色谱对人血浆样品首先进行蛋白质水平上的分级,收集到的组分分别酶解后再利用毛细管液相色谱—电喷雾—串连质谱分析,在人类蛋白质组学组织(HUPO)建议的较为严格的数据库搜索标准下,成功鉴定到了1292种蛋白质。