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液质联用离子源 ,质量分析器种类,单四极和三重四极比较

更新更新时间:2021-08-09

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液质联用离子源 ,质量分析器种类,单四极和三重四极比较

                 上海连桥生物科技有限公司


液质联用(LC-MS)一般用来对不挥发性化合物,极性化合物,热不稳定化合物,大分子量化合物(包括蛋白、多肽、多聚物等)进行分析测定,其离子源种类比较多,今天主要来看下大气压电喷雾电离ESI、大气压化学电离APCI、大气压光电离APP

ESI 为电喷雾,即样品先带电再喷雾,带电液滴在去溶剂化过程中形成样品离子,从而被检测,对于极性大的样品效果好一些;电喷雾电离源是一种软电离方式,即便是分子量大,稳定性差的化合物,也不会在电离过程中发生分解,它适合于分析极性强的大分子有机化合物,如蛋白质、肽、糖等。电喷雾电离源的最大特点是容易形成多电荷离子。这样,一个分子量为10000Da的分子若带有10个电荷,则其质荷比只有1000Da,进入了一般质谱仪可以分析的范围之内。根据这一特点,目前采用电喷雾电离,可以测量分子量在300000Da以上的蛋白质。

APCI 为大气压力化学电离源,样品先形成雾,然后电晕放电针对其放电,在高压电弧中,样品被电离,然后去溶剂化形成离子,最后检测,对极性小的样品效果较好。大气压化学电离源主要用来分析中等极性的化合物。有些分析物由于结构和极性方面的原因,用ESI不能产生足够强的离子,可以采用APCI方式增加离子产率,可以认为APCIESI的补充。APCI主要产生的是单电荷离子,所以分析的化合物分子量一般小于1000Da。用这种电离源得到的质谱很少有碎片离子,主要是准分子离子。


大气压光电离源,适用于弱极性的化合物,如多环芳烃等


ESI 的软电离程度较APCI 的还小,但其应用范围较APCI 的大,只有少部分ESI 做不出,可以用APCI 辅助解决问题,但是APCI还是不能解决所有ESI 解决不了的问题,一般用ESI APPI 搭配使用比 ESI APCI 的应用范围更广一些。


APCIESI源都能分析许多样品,而且灵敏度相似,很难说出哪一种更合适。同时至今没有一个确切的准则判断何时使用某一种电离方式更好。但是通常认为电喷雾有利于分析生物大分子及其它分子量大的化合物,而APCI更适合于分析极性较小的化合物。

ESIAPCI共同点

1、使用高电压元件和雾化气喷雾法产生离子


2、通常产生(M+H)+(M-H)-等准分子离子


3、产生极少的碎片,但可以控制产生结构碎片


  1. 非常灵敏的电离技术。

不同点:


1、生成离子的方式不同,ESI:液相离子化;APCI:气相离子化

2、样品兼容性

ESI:极性化合物和生物大分子

APCI:非极性,小分子化合物(相对ESI而言)且有一定挥发性

ESI的适用范围要远远大于APCI

APCI缺点

1.有限的结构信息

2.易发生热裂解

3.低质量时化学噪声大

4.不适合做分子量大于1000的化合物


质量分析器的功能是将离子源产生的离子,按照其质荷比m/z进行分离、检测,得到化合物特征的质量信息。其中四级杆是zui常yong的质量分析器。四级杆又主要有单四极和三重四极两种


单四级

四极杆质量分析器是由四根严格平行并与中心轴等间隔的圆柱形或者双曲面柱状电极构成的正、负两组电极,其上施加直流(DC)和射频(RF)电压,产生一个动态电场即四极场。 离子在四极场的运动轨迹由马修(Mathieu)方程解束确定.满足方程稳定解的即有稳定振荡的离子能通过四极场。精确地控制四极电压变化,使定质荷比(mz)的离子通过正、负电极形成的动态电场到达检测器,对于电压变化的每一个瞬间,只有一种质荷比的离子能够通过,其质荷比正比于射频电压RF的振幅,m/z=[k’/Ω2r2]V,所以质量分析器也被称为质量过滤器。        

四极杆质量分析器的质量扫描范围可以达到1 200amu扫描速度可以达到12 500 amu/s。结构上有圆柱形和双曲面之分,其中双曲面结构的四极杆能够产生*符合理论设计的四极场。四极杆的材质多为金属钼,也有石英镀金的四极杆。

金属钼材质的设计一般无需加热,而石英镀金的四级杆则需加热, 这主要是有材质之间的热膨胀系数决定的。

                       三重四级

三重四极杆质量分析器是将三组多极杆串联起来,第一根和第三根四极杆是质量分析器,通常称为MSlMS2;中间的一根多极杆是碰撞反应池,通常采用六极杆的设计。

  SIM模式大幅度提高了单四极杆质谱的灵敏度,但是由于SIM的方法并不能完quan解jue干扰的问题,灵敏度受到一定程度的限制。三重四极杆质量分析器就是专门为了这一目的而设计的。

三重四极杆质量分析器具有多种数据采集方式,除了单四极杆具有的ScanSIM模式外,三重四极杆质量分析器还可以进行产物离子扫描(Product Ion Scan)、多反应离子监测(Multiple Reaction MonitoringMRM)、母离子扫描(Precursor Ion Scan)、中性丢失扫描(Neutral Loss Scan)

  由于三重四极产生的碎片离子特异性较强,较单四极的非特异性碎片离子,定性能力更强。

                 质量分析器种类

液质联用在使用中经常会用到的质量分析器有四级杆,飞行时间和离子肼,那么我们来看下每种质量分析器的应用。

                 应用领域

四级杆分析器较多的应用于药物分析,要进行定性定量的分析。飞行时间质量分析器和离子肼主要是应用于代谢领域研究,以定性为主,定量次之。

原理

1、四级杆分析器主要由四根棒状电极组成,一般使用的是金属钼材质,通过射频电源改变电压来筛选离子,电场遵循马绍尔方程。

2、飞行时间质量分析器无需电场或磁场,通过离子漂移管,给离子以加速电压,通过离子的飞行时间来确定离子荷质比,飞行时间与离子质量平方根成正比,在所加电压能量相同的情况下,离子质量越大则到达检测器所需时间就越长;

3、离子肼主体是由一个环电极加上下两个盖电极组成的,也遵循马绍尔方程。质量扫描方式与四级杆类似,在恒定的直流电压和射频电压的比值下,改变射频电压来获取质谱。

优势

TOF:给出的分子量比较准确,对大分子有优势;主要用于定性、也可以用于定量,但灵敏度没有三重四*。

离子阱:优势也在定性,尤其对可能未知物的确认,如合成后的产物及杂质、体内的可能代谢产物。同TOF一样,主要用于定性、也可以用于定量,但灵敏度就没有三重四*,分子量范围较三重四极窄。它较TOF的最大特点:可以对离子进行进一步的碎裂,以便确定其官能团、结构等。


三重四极:优势是定量,灵敏度高、选择性佳,同时也可做一些物质定性。


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