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  • 發布時間:2022-01-25 15:31 原文鏈接: 實驗室分析儀器液質聯用接口技術的分類與簡介

    液-質聯用接口技術主要是沿著三個分支發展的:

    ﹙1﹚流動相進入質譜直接離子化,形成了連續流動快原子轟擊技術等;

    ﹙2﹚流動相霧化后除去溶劑,分析物蒸發后再離子化,形成了“傳送帶式”接口和離子束接口等;

    ﹙3﹚流動相霧化后形成的小液滴解溶劑化,氣相離子化或者離子蒸發后再離子化,形成了熱噴霧接口、大氣壓化學離子化和電噴霧離子化技術等。有關液相質譜的接口技術和LC-MS 技術的發展,Niessen 曾經進行了較為詳細的綜述。

     

    一、液體直接導入接口

    1972 年,Tal'roze 等人提出了直接將色譜柱出口導入質譜的思想,當時稱之為毛細管入口界面。相繼有許多研究組開展這方面的研究,在1980 年這種液質接口已經用于商業化生產。為了避免非揮發溶劑的污染,Melera 使用一個小的橫隔膜對這一接口進行了改進,研制成了液體直接導入接口﹙direct liquid introduction interface﹚技術。該接口是將液相色譜的流動相沿著進樣桿流動,然后通過一個直徑為3-5&micro;m 的針孔,使液體射入質譜計的CI 離子源中。采用傳統的CI 離子源可以很容易地把色譜與質譜計相連或脫開。

     

    液體直接導入接口的優點是:接口簡單,造價低廉,可將非揮發性和熱不穩定性的化合物溫和地轉化成氣態,樣品以溶液狀態進入質譜形成了CI 條件,可得到分子量信息。缺點是:分流過程中需要減少大量的流動相,使用的隔膜經常堵塞。

     

    二、連續流動快原子轟擊

    1985 和1986 年,快原子轟擊﹙FAB﹚和連續流動快原子轟擊﹙CFFAB﹚接口技術相繼問世,并隨后投入了商業化生產。快原子轟擊是用加速的中性原子﹙快原子﹚撞擊以甘油調和后涂在金屬表面的有機物﹙"靶面"﹚,導致這些有機化合物的電離。分析物經中性原子的撞擊獲取足夠的動能以離子或中性分子的形式由靶面逸出,進入氣相,產生的離子一般是準分子離子。在此基礎上發展的連續流動快原子轟擊技術,得到更廣泛的應用。其甘油的濃度在2%-5%之間,比靜態的FAB使用的甘油量少,且測定過程中"靶面"得到不斷更新,其化學物理性質變化很小,同時經色譜分離后的共存物質不會同時出現在"靶面"上,因此大大降低了噪聲,信噪比提高,定量分析的重現性也得到改善。

     

    連續流動快原子轟擊接口的優點:是一種"軟"離子化技術,適用于分析熱不穩定、難以汽化的化合物,尤其是對肽類和蛋白質的分析在當時是最有效的。缺點是:只能在較低的流量下工作,一般小于5&micro;l/min,大大限制了液相柱的分離效果,流動相中使用的甘油會使離子源很快變臟,同時容易堵塞毛細管,混合物樣品中共存物質的干擾也會抑制分析物的離子化,降低靈敏度。

     

    三、“傳送帶式”接口

    1977 年,世界上第一臺商業化生產的液-質聯用接口就是使用傳送帶式﹙moving-belt, MB﹚技術,是由Mac Fadden 等人對前人研制的傳送線式接口技術的改進。該接口是液相的流動相不停地由傳送帶送入質譜離子源,傳送帶可根據流動相的組成進行調整。在傳送過程中,樣品閃蒸解離進入離子源,在進入離子源前通過兩個不同的泵和真空閥在減壓條件下加熱除去流動相,可以連接EI、CI 或FAB。在分析未知化合物時,可連接EI 分析,獲得的譜圖可以在質譜數據庫檢索。分析大分子生物樣品時,多選用FAB。在CI 條件下,當樣品與CI等離子體完全接觸的狀態下才可獲得最佳結果。

     

    傳送帶式接口的優點是:對揮發性溶劑的傳送能力高達1.5ml/min,對純水會減少至0.5ml/min;噴射裝置與傳送帶表面呈45o 夾角時,可以改善色譜積分曲線;非揮發性緩沖液可以從傳送帶上除去,可以使用非揮發性緩沖溶液;對樣品的收集率和富集率都較高。缺點是:傳送帶的記憶效應不易消除,檢測信號的背景值較高,只能分析熱穩定性的化合物。

     

    四、離子束接口

    離子束接口﹙ particle-beam interface,PB ﹚ 是從單分散氣溶膠界面﹙monodisperse aerosol generating interface for chromatography, MAGIC﹚發展來的。該接口將液相色譜的流動相在常壓下借助氣動霧化產生氣溶膠,氣溶膠擴展進入加熱的去溶劑室,此時待測分子通過一個動量分離器與溶劑分離,然后經一根加熱的傳送管進入質譜。分析物粒子在離子源與熱源室的內壁碰撞而分解,溶劑蒸發后釋放出氣態待測分子即可進行離子化。

     

    離子束接口的優點是:分析范圍比熱噴霧接口更寬,將電離過程與溶劑分離過程分開,更適合于使用不同的流動相,不同的分析物質;主要用于分析非極性或中等極性,分子量小于1,000 的化合物,在藥殘、藥物代謝分析、化工方面曾有許多成功的實例分析。其缺點是:靈敏度變化范圍大,線性響應的濃度范圍較窄,兩種化合物的協同洗脫會對響應產生不可預測的效應,使用高速氦氣造價太高,離子化手段仍然是電子轟擊,不適于分析熱不穩定的化合物。

     

    五、熱噴霧接口

    熱噴霧接口﹙thermo spray interface﹚是從20 世紀70 年代中期開始在美國休斯頓大學實驗室立項研究,旨在解決在液相和質譜之間傳送1ml/min 流速水溶液流動相的難題,可使用EI和CI兩種離子化源。在最初的設計中非常復雜,直到1987 年后的五年內才得到突飛猛進的發展。該接口是將液相色譜的流動相通過一根電阻式加熱毛細管進入一個加熱的離子室,毛細管內徑約0.1mm,比液體直接導入接口的取樣孔大很多。毛細管的溫度調節到溶劑部分蒸發的程度,產生蒸汽超聲噴射,在含有水溶劑的情況下,噴射中含有夾帶荷電小液滴的霧狀物。由于離子室是加熱的,并由前級真空泵預抽真空,當液滴經過離子源時繼續蒸發變小,有效地增加了荷電液滴的電場梯度。最終使其成為自由離子而從液滴表面釋放出去,通過取樣錐內的小孔離開熱噴霧離子源。

     

    熱噴霧接口的優點是:可以減少進入質譜的溶劑量,對不揮發的分析物分子也可電離,可以接受的溶劑流量大致范圍為0.5~2.5ml/min,但不允許有不揮發性緩沖溶液。缺點是:該接口技術的重現性較差,受溶劑成分、取樣桿溫度及離子源溫度的影響;是一種軟電離技術,在譜圖中只有分子離子峰,碎片非常少;對分析物要求有一定的極性,流動相中要有一定量的水,對熱穩定性差的化合物有明顯的分解作用。

     

    六、電噴霧離子化技術

    電噴霧﹙ESI﹚技術作為質譜的一種進樣方法起源于20 世紀60 年代末Dole等人的研究,直到1984 年Fenn實驗組對這一技術的研究取得了突破性進展。1985 年,將電噴霧進樣與大氣壓離子源成功連接。1987 年,Bruins 等人發展了空氣壓輔助電噴霧接口,解決了流量限制問題,隨后第一臺商業化生產的帶有API 源的液-質聯用儀問世。ESI 的大發展主要源自于使用電噴霧離子化蛋白質的多電荷離子在四極桿儀器上分析大分子蛋白質,大大拓寬了分析化合物的分子量范圍。

     

    ESI 源主要由五部分組成:

    ﹙1﹚流動相導入裝置

    ﹙2﹚真正的大氣壓離子化區域,通過大氣壓離子化產生離子

    ﹙3﹚離子取樣孔

    ﹙4﹚大氣壓到真空的界面

    ﹙5﹚離子光學系統,該區域的離子隨后進入質量分析器。在ESI 中,離子的形成是分析物分子在帶電液滴的不斷收縮過程中噴射出來的,即離子化過程是在液態下完成的。液相色譜的流動相流入離子源,在氮氣流下汽化后進入強電場區域,強電場形成的庫侖力使小液滴樣品離子化,離子表面的液體借助于逆流加熱的氮氣分子進一步蒸發,使分子離子相互排斥形成微小分子離子顆粒。這些離子可能是單電荷或多電荷,取決于分子中酸性或堿性基團的體積和數量。

     

    電噴霧離子化技術的突出特點是:可以生成高度帶電的離子而不發生碎裂,可將質荷比降低到各種不同類型的質量分析器都能檢測的程度,通過檢測帶電狀態可計算離子的真實分子量,同時,解析分子離子的同位素峰也可確定帶電數和分子量。另外,ESI 可以很方便地與其它分離技術聯接,如液相色譜、毛細管電泳等,可方便地純化樣品用于質譜分析。因此在藥殘、藥物代謝、蛋白質分析、分子生物學研究等諸多方面得到廣泛的應用。其主要優點是:離子化效率高;離子化模式多,正負離子模式均可以分析;對蛋白質的分析分子量測定范圍高達105 以上;對熱不穩定化合物能夠產生高豐度的分子離子峰;可與大流量的液相聯機使用;通過調節離子源電壓可以控制離子的斷裂,給出結構信息。

     

    七、大氣壓化學離子化技術

    大氣壓化學離子化﹙APCI﹚技術應用于液-質聯用儀是由Horning 等人于20 世紀70 年代初發明的,直到20 世紀80 年代末才真正得到突飛猛進的發展,與ESI 源的發展基本上是同步的。但是APCI 技術不同于傳統的化學電離接口,它是借助于電暈放電啟動一系列氣相反應以完成離子化過程,因此也稱為放電電離或等離子電離。從液相色譜流出的流動相進入一具有霧化氣套管的毛細管,被氮氣流霧化,通過加熱管時被汽化。在加熱管端進行電暈尖端放電,溶劑分子被電離,充當反應氣,與樣品氣態分子碰撞,經過復雜的反應后生成準分子離子。然后經篩選狹縫進入質譜計。整個電離過程是在大氣壓條件下完成的。

     

    APCI 的優點是:形成的是單電荷的準分子離子,不會發生ESI 過程中因形成多電荷離子而發生信號重疊、降低圖譜清晰度的問題;適應高流量的梯度洗脫的流動相;采用電暈放電使流動相離子化,能大大增加離子與樣品分子的碰撞頻率,比化學電離的靈敏度高3 個數量級;液相色譜-大氣壓化學電離串聯質譜成為精確、細致分析混合物結構信息的有效技術。


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