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  • 發布時間:2019-11-01 16:52 原文鏈接: 質譜入門

    今天我們繼續了解學習有關質譜的其他問題,讓我們共同學習,共同進步,希望對大家有所幫助。 

    常見的樣品分離方法和樣品遞送方法

    1.氣相色譜(GC)

    可能對很多人來說,第一次接觸質譜是將其作為氣相色譜的檢測器。GC/MS聯用儀類型的范圍已大大擴展,超越早期儀器設計的范圍,在使用中滿足日漸嚴格的法規要求,像環境分析、食品安全篩查、代謝組學,以及包括法醫學、毒理學和藥物篩查的臨床應用。在過去,兩種類型的質譜主導著GC/MS分析:扇形磁場和單四極桿質譜儀。對于前者,可提供高分辨率和準確的質量分析,用于有極高靈敏度要求的分析中。后者適合目標化合物的常規分析。

    2.液相色譜(LC)

    這是一項革命性的技術,為大約80%不能采用GC分析的化學物質提供了分析途徑,在近幾十年來促進了質譜技術的顯著提高。少數幾個模型被挑出來,開始實現MS與LC聯用。可以說LCMS聯用開始于1970年代,在1990年代早期,我們今天所熟知的LCMS技術成熟起來。很多現在我們使用的裝置和技術都直接來自那個時候。

    在1900年代早期,俄國植物學家Mikhail S.Tswett定義了液相色譜技術。他的研究工作主要是分離從植物萃取的葉色素,在他的研究中,他用溶劑沖洗裝填微粒的柱子。這是液相色譜最簡單的形式,被測物溶解的溶液(流動相或濃縮相)與溶液流過的裝填顆粒的床體(固定相)之間存在競爭作用,液相色譜就是依靠這種可預測、不斷再現且具有很高精確性的相互作用實現分離。近年來,在色譜柱中裝填各種功能性組分,以及能夠準確傳送流動相的溶劑輸送系統的發展,使得LC成為很多分析行業的支柱。

    首字母縮略詞HPLC是由Csaba Horváth在1970年提出,表明對液相色譜填充柱需要施加高壓,以引起液體流動。從那以后,液相色譜的效能不斷提高,較小顆粒的填料和較高的選擇性上都取得了發展,將首字母縮略詞改為高效液相色譜。

    2004年,儀器和色譜柱技術的進一步發展極大地提高了液相色譜的分離度,速度和靈敏度。具有較小顆粒(1.7微米)的色譜柱和旨在提供15,000 psi(1,000 bar)流動相的專門功能的儀器已被稱為UPLC技術,代表了 “超高效液相色譜”。1970年代,諸如約翰·諾克斯(John Knox)這樣的調查人員預言了當前技術中所包含的大部分內容。諾克斯預測最佳粒徑為1-2μm,色譜法對摩擦熱具有熱敏感性。在開發可廣泛使用的UPLC的過程中,必然遇到了能夠開發出堅固,均勻的小顆粒的技術。

    大氣電離方法

    1.電噴霧電離[ESI]

    大氣壓電離(API)的最重要的技術是ESI,ESI為各個相關的技術提供了基礎,這些相關技術能在大氣壓,而不是在真空下形成離子。樣品溶解在極性溶劑中(一般比GC上使用的溶劑更難揮發),然后泵入不銹鋼毛細管,不銹鋼上施加2000到4000V的電壓。當液體在大氣壓下,從毛細管流出時,液體被霧化,被霧化的液滴進一步去溶劑,釋放出離子進入質譜儀。在靜電吸引和真空聯合效應下,誘導電離生成這些氣態離子。如下圖所示,位于前端的ESI探針,與MS離子入口垂直。當溶劑進入分析器的稀薄真空區域時,錐體或逆流氣通常輔助液滴去溶劑化。

    電勢從液體轉移到被分析物從而形成離子的機制仍然是個爭論的主題。在1968年,Malcolm Dole提出電荷殘留機制,在該機制中,他假定當液滴揮發時,液滴的電荷仍保持不變。液滴表面張力最終不能平衡電荷斥力,將小液滴炸裂成很多更小的液滴。持續發生這樣的庫侖力爆破,直到小液滴只含單一的被測物離子。當溶劑從最后形成的小液滴中揮發掉,即形成氣態離子。在1976年,Iribarne和Thomson提出了一個不同的模型,即離子揮發機制,在該機制中,通過庫侖裂解形成小液滴,這類似于Dole模型的形成方式。但是,按照離子揮發理論,在液滴表面的電場強度相當高,使溶劑化離子逸出液滴表面,并直接將其轉移進入氣相,形成氣態離子。實際上,這兩種機制可能協同起作用:對于大于3000Da的物質,電荷殘留機制起主導作用,而對于較低質量的分子,離子揮發機制起主導作用(參見R.Cole,"關于電噴霧電離質譜的一些原則",質譜雜志)。

    液相色譜的流出物,以電荷平衡狀態進入ESI探針。因此當溶劑離開ESI探針,溶劑需攜帶有凈電荷。為了確保ESI具有連續性,必須通過電化學反應給溶液充電,將電子轉移到電極表面。在其它的效應中,該過程可能引起溶液pH值的變化。據推測,在陽離子模式時,帶正電液滴離開噴霧器,電極(氧化作用)必定要吸收電子。(在陰離子模式下,則相反。)電活性電極的表面面積、電流大小和化學品種類及其電極電勢的特性都將產生影應。

    總的來說,ESI是一高效過程。不過,反應的活化量和能量差異對不同的物種是不同的。溶液流速和使用的電流對每個液滴形成也有限制。分子間的競爭以及目標被測物抑制效應也較為常見。離子形成之后,離子被"拖"過電勢梯度(電場),到達計數板。如下圖。

    2.大氣壓化學電離[APCI]

    雖然大氣壓化學電離(APCI)技術與ESI同時發布,但是在1985年Fenn的研究成果發布,ESI很快商業化,而直到此時,APCI也沒有廣泛被采用。在1973年,Horning首次提出APCI,采用包括HPLC在內的各種導入技術,分析揮發性組分。APCI的附加功能是,將ESI難以轉化為氣相離子的被測物,即那些極性很小且易揮發的被測物經濃縮相(或液體)導入質譜儀。不同于ESI,APCI通過在熱的氣流中蒸發引導液,將中性被測物轉化為氣相。化學電離依賴于電荷在反應離子和目標分子之間的轉移,產生可被分析的目標離子。大多數情況下,以陽離子模式在目標分子與小的H+離子之間形成加合物,雖然與鹽的加合物也比較常見。

    3.生物分子電離方法

    用于生物大分子鑒定的電離技術已經成熟,這類技術電離方式比較溫和,不會將生物分子打碎。在生物分子分析和蛋白組學中公認有兩個"能量沉積"過程,分別是電子捕獲解離(ECD)和電子轉移解離(ETD)。兩種電離法都可以斷裂鄰近電子捕獲位點的化學鍵,不同于其它裂解過程,比如碰撞誘導解離(CID),斷裂的鍵在分子內不是最不穩定的。實測的斷裂對肽序列的依賴性較低,因此在肽骨架中,大多數氨基酸之間的斷裂往往不依賴于分子大小。在肽的ECD和ETD中,最主導的裂解形成c和z離子。ECD已證實,對不穩定的翻譯后修飾分析有效,比如磷酸化作用和O-糖基化,以及完整蛋白的裂解分析。當結合酰胺氫/氘交換分析時,已表明ESI質譜法能進一步輔助闡明溶液中蛋白的結構細節。使用較少量樣品,由電荷狀況分布和ESI在蛋白質上形成的一系列多電荷離子,可以得到較大蛋白的溶液組成信息,而通過其它技術,比如紫外圓二色光譜(CD)和色氨酸熒光不容易實現(但是通常將這些和其它相關技術,比如核磁共振,聯合使用)。其它技術只能測定溶液大量蛋白的平均屬性,而采用MS的另外一個好處是能提供瞬間或折疊中間體的結構細節。

    4.其他電離方法

    純凈化合物可置于進樣棒或固體探針的頂端,導入離子源。隨著加熱,樣品升華或蒸發,進入氣相。在大多數情況下,按此法接著發生電離。但是在一些情況下,電離與升華或蒸發同時發生。

    4.1大氣壓光電離(APPI)

    被測物直接或摻雜劑輔助光量子電離,電離電勢低于10eV(主要由氪氣燈的光量子能量輸出)。LC通常使用的溶劑電離電勢大于10eV。在實驗室中,APPI是主要的API替代方法之一,因為APPI擴展了非極性被測物的電離范圍,可以電離那些ESI和

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