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食品检测实验室液相色谱-质谱仪的选型(上)

上一篇 / 下一篇  2011-04-11 16:13:37 / 个人分类:我的经验

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  • 文章来源:原创

  前年根据目前食品实验室分析工作的需求和网友的建议,写了一篇博客“食 品 检 测实验室气相色谱-质谱仪的选型”。本文将根据笔者这些年来使用液相色谱-质谱联用仪(LC-MS)经验和文献、用户、公司等介绍,对不同液相色谱-串联质谱仪设备的特性与配置再做一些介绍。

  食品检测实验室主要检测任务是对有害残留物进行分析,所以,对仪器首先要求有较高的灵敏度,以满足法律法规限量要求。液相色谱-四极质谱(单四极)检测灵敏度基本满足不了残留兽药的限量要求。当然,对于一些限量值较高的项目还是能用的。因此,本文不对单四极质谱仪做描述,主要介绍串接质谱仪。

      与LC联用的主要MS类型有:四极质谱(Q-MS)、离子阱质谱(IT-MS)、飞行时间质谱(TOF-MS)、傅立叶变换质谱(FT-MS)。不同类型的MS串接起来,组合成多种丰富的形式,适用于各种不同目的的分析。

简 介

  近年来随着各个领域对LC-MS技术的需求,特别是生物技术(蛋白质分析)、制药技术(药物代谢分析)等,促进了LC-MS技术有了突飞猛进的发展,LC与各种类型质谱(包括多种类型的组合质谱)的联用,使LC-MS的联用形式较之气相色谱-质谱(GC-MS)的更丰富,应用的领域也更广泛。图1是现在讲到LC-MS常常要提到的,它说明大气压电离源,即:电喷雾电离源(ESI)+大气压化学电离源(APCI)的应用覆盖了绝大部分有机物分析领域。

图1 不同离子化方式应用于有机化合物分析的范围,从非极性到极性,从小分子到大分子

  与GC-MS相比,LC-MS商品化及大规模普及使用要晚近10年。这是由于LC-MS的接口比GC-MS要复杂的多。现将不同仪器的工作状态列于表1中。

表1 不同仪器的工作状态

仪器名称分析物状态工作状态
GC气体正压(0~100 psi)
LC液体正压(~1000 psi)
MS气体真空(10-4~10-11 torr)

  由表1可以看出,GC和LC都是在正压状态下工作,而MS则是在真空状态下工作,为了完成二者的联用,必须将正压降为负压因而需要一个装置进行过渡,这个装置通常称为接口。从表1中还看到,GC和MS分析物的状态均为气体,二者的相连显然更容易些,而且GC-MS的流动相是氦气,分子量小(m/z 4),惰性气体稳定性好,现在GC通常采用0.25mm内径的毛细管柱,流量一般为1mL/min,现代质谱用的分子涡轮泵(特别是双分子涡轮泵配置)抽这点气不成问题,能够很好的保持MS的真空度,不会对离子化和检测产生影响。

      LC的液体状态流动相与分析气体状态化合物的MS联用,难度要大的多。将液体汽化,其汽化后的体积约为原体积的500倍,排除如此大量的物质不仅要求真空泵的抽率足够大(这点还比较容易做到),而且在尽可能排除流动相物质时,还要尽可能减少被测物的丢失。所以,对接口的要求就非常高。在几十年的研制过程中,推出了多种形式的接口,但检测灵敏度均不太理想。经过几代质谱人努力,推出了常压电离源接口(API),比较好的解决了流动相与被测物的分离,大大提高了离子化效率,提高了信/噪比(S/N)。从而加速了LC-MS商品化的进程。仪器性能的不断提高满足了食品中残留兽药分析的需要,使之成为食品检测实验室必备的检测仪器。现在的商品化仪器基本都是配置API电离源,包括电喷雾电离源(ESI)和大气压化学电离源(APCI)。图2是ESI电离的原理图,图3是APCI电离的原理图。详细的原理解释可参考相关文章。

图2 ESI工作原理,①液滴带电—②溶剂蒸发液滴表面电荷密度增加—③离子溅射成为带电离子进入MS分析器

图3 APCI工作原理,①溶剂通过加热区蒸发成为液滴—②液滴通过放电针使离子带电—③带电离子进入MS分析器

   现在仪器设计的ESI和APCI更换略有不同,但都非常方便。如AB SCIEX公司的ESI与APCI只是更换一下喷针即可,见图4。

图4 AB Sciex公司设计的离子源的ESI和APCI喷针,上方较长的为ESI喷针,下方较短的为APCI喷针

  从图1可以看到,ESI主要用于极性、大分子有机物分析。蛋白质分析用纳升电喷雾电离源(N- ESI)。APCI主要用于弱极性有机化合物的分析。此外,还有光电离源(APPI),主要用于非极性有机化合物的分析,如多环芳烃等。


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购买仪器前应考虑的几个因素

  前面已经提到,由于LC-MS的MS部分为二级MS,不同类型MS的组合组成了多种类型MS,各种类型的MS有其各自特点,各厂家的仪器也都各有特点,购买前一定要明确任务,做好调研工作,当然还要考虑经费情况。残留分析实验室应综合考虑仪器的性能以及仪器公司的技术支持:

  1. 灵敏度高   特别要注意在检测实际样品时有较高的灵敏度,不要一味地追求指标灵敏度,LC-MS的基质效应影响较GC-MS的大,所以仅用标准品还不能真正的衡量出一台仪器的性能,有时标准品的与实际样品的灵敏度能差两个数量级。有条件可以用1、2个实际样品到不同公司的仪器实测一下,这样对比得到的结果更能说明仪器真实灵敏度。

  2. 质量稳定性好   通常我们是利用质谱检测目标化合物的特征离子,因此,这些被检测的特征离子各个参数(如:取簇电压、碰撞能量、雾化气流量、离子源温度等)经优化将其输入分析方法中,若仪器的质量稳定性不好,按照已确定的参数可能无法达到最优的检测值,甚至找不到目标离子,这将出现假阴性,这样的结果会出大问题的。对于低分辨质谱仪,好的1个季度,甚至半年校正一下质量轴即可,而差的每周都需要校正。

  3. 离子化稳定性好  影响LC-MS离子化的因素较多,所以MS的定量重现性不及紫外检测器(UV)。因此,在实际分析时,较好的稳定性有助于定量的重现性好,且线性的相关性好。

  4. 抗污染   由于食品(特别是动物源食品)基质相当复杂,分析过程中不可避免会污染仪器。因此,一方面仪器设计本身应具有良好的抗污染性,另一方面仪器易污染部分便于拆洗,如:锥孔挡板、离子传输毛细管等。这样的仪器操作和维护都比较简单。

  5. 分辨率,质量精度   对于低分辨MS,如:Q-MS和IT-MS,分辨率、质量精度不是重要指标。但对于高分辨MS,如:FT-MS和TOF-MS这是非常重要的指标。对于高分辨MS,质量稳定性比低分辨质谱更重要,因为测量的质量精度是ppm级的。通常FT-MS一周较正一次,而TOF-MS基本每天都要校正。

  6. 操作方便   包括仪器操作和软件操作两方面。MS的优化参数较色谱要多,通过优化才能得到理想的灵敏度和分辨率。有的公司仪器MS的优化是自动调谐,优化后可达最佳值的90-95%,提高了效率,对于新手也非常方便,并能尽快掌握、应用好仪器。

  7. 质量范围  残留实验室主要的分析对象是兽药、农药、添加剂、化学有害物等,多为m/z小于500的小分子,仅有少量的聚醚类兽药和生物毒素m/z 1000左右。LC-MS的质量范围上限最小的也有m/z 1500,均能满足残留分析的要求。质量数再高,对残留分析没有太多用途。但是,若做蛋白质分析质量数高还是有用的。

  8. 分析速度快   现在这些仪器公司都可以选配超高效(也有称作超高压、超快速等)LC,提高分析速度3-5倍。若实验室仪器不多时,这种配置还是很不错的,分析效率高,而对整套仪器而言增加的费用并不多。

  9. 良好的售后服务   现在的售后服务包括两方面,一是传统意义上的仪器维修,二是近年来比较注重的应用支持。进入21世纪,LC-MS-MS刚开始在国内推广,AB Sciex公司最先推出应用工程师到现场做技术支持,即:安装工程师安装完仪器后,应用工程师到现场,一方面做操作软件的培训,另一方面根据用户的需求,与用户一起建立1、2个检测方法,通过建立方法,了解仪器性能,熟悉仪器操作步骤,掌握定性、定量方法。这使得用户可以很快掌握并应用好这套仪器。相比过去传统的将用户集中到公司进行培训更具针对性。现在各公司也多采用这种培训方法了。

  以上列举了主要考虑的因素,而具体到各自实验室可能考虑的重点会有所不同。特别是当已经有了一套LC-MS-MS准备购置第二套仪器时,还应该考虑到实验室仪器的互补性,这样才能解决更多遇到的分析问题。

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未完待续......

食品检测实验室液相色谱-质谱仪的选型(下)


TAG: lcms 质谱 食品检测

维尼 引用 删除 维尼   /   2011-04-25 15:19:25
好文章!赞
维尼 引用 删除 维尼   /   2011-04-25 15:19:16
5
学海无涯乐作舟 引用 删除 zzl   /   2011-04-14 02:35:45
博主好文章!顶起来!
larry 引用 删除 larry   /   2011-04-12 15:30:14
ddddd
miracle 引用 删除 miracle   /   2011-04-11 18:40:07
5
 

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