疾控系统常用色质联用仪的选购与使用

上一篇 / 下一篇  2010-06-30 14:25:37 / 个人分类:质谱

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分析化学       仪器分析

 疾控系统中常见的色质联用仪主要有气相-质谱联用仪和液相-质谱联用仪。随着我国财政能力的日益增强和理化分析仪器的飞速发展,许多单位处于一个设备快速增长的高峰期,提出买质谱的单位也不少,下面针对疾控系统中色质联用仪的购买与应用问题谈下个人看法。

  一 为什么要购买色质联用仪。

  从技术层面来说,购买色质联用仪的目的主要有两方面:定性,灵敏度。

  谈到色质联用仪在定性方面的作用,就要先谈一下从色谱理论的逻辑缺陷。

  色谱定性和色谱定量都涉及到一个基本逻辑:“在两个流程的绝大多数因素都完全一致,则唯一不相同的那一个因素,最终导致了结果的不同”。

  色谱定量是依据这个逻辑(在各个条件都一致时,决定峰面积不同的唯一因素就是浓度的不同),色谱定性也是这样(在各个条件都一致时,决定保留时间不同的唯一因素就是组分的不同)。

  色谱定性最重要的依据就是色谱峰的保留时间(在绝大多数情况,这甚至是唯一的依据)。我们在定性时的色谱理论就是:“ 组分峰与标准峰保留时间相同,则判断该组分=标准物质”。注意,我们使用的是“相同”,而上面逻辑中的重点却是“不同”。

  要使这样的色谱理论合乎逻辑,必须加上至少一个限定:过程中的每个因素都能对结果产生特异性的作用。对于色谱来说,就是 “在定性时,每种不同的组份必须对应不同的保留时间”。

  然而,大量的实验结果告诉我们,不同的组份,往往会有相同或极为相近的保留时间。

  以上就是我们常说的“色谱定性可靠度不高”的由来,在色谱实验中,不同的保留时间对应不同的组份是成立的,但是反过来,相同的保留时间意味着相同的组份却是靠不住的。

  所以在实验中,排除是相当有信心的,而确认则在相当程度上是“靠天吃饭”,有一部分是凭撞大运。

  人们很早就意识到了这一点,也在想办法提高定性的准确性,所以有了加标确定法,双柱法,二极管阵列检测器等的运用,在这几种方法中,加标确认法在概念上就不正确,双柱法也近于隔靴搔痒,二极管阵列法能起有些作用,可惜特异性不高,也容易造成冤案。

  在色谱中引入质谱技术法后,大大增强了定性的可靠性。

  质谱法针对的是分子结构,信息特征且丰富,甚至在一定程度上可以摆脱标准物质的限制。

  下面谈下灵敏度。

  通用型检测器(如 FID和TCD)一般灵敏度有限,特异性检测器灵敏度较好但是检测范围有较大限制,而质谱检测器是一种既通用灵敏度又高的检测器。

  灵敏度取决于信号与背景,我们通常理解的增加灵敏度需要通过尽量提高待测物的信号值,作为一种通用型检测器,质谱仪的信号方面没有特别过人之处;但是它的长处却在于它能大大的降低检测背景从而数量级地提高检测灵敏度。

  检测背景,是检测器对样品基础成分响应的反应,作为通用检测器,产生响应在因素很多,所以背景会比较高,灵敏度受到限制;而质谱检测器通过对限定结构信息的检测,可以过滤掉大多数不需要的背景信息,例如气质联用的SIM方式和液质联用的MRM方式。

  二 疾控系统中常用色质联用仪的类型

  出于不同的使用目的,决定购买不同类型的色质联用仪。

  气质联用仪的分类有很多方法,按仪器尺寸可以分为大型、中型、小型;按仪器性能,可能分为研究级和检测级两类;按质谱技术,可以分为GC-MS(气相色谱-四级杆或磁质谱),GC-ITMS(气相色谱-离子阱质谱),GC-TOFMS(气相色谱-飞行时间质谱);按分辨率,可以分为高分辨(分辨率高于 5000),中分辨(分辨率在1000至5000之间),低分辨(分辨率低于1000)。

  对于一般的用户,最需要关注的在于离子化源,如 EI源,CI源,NCI源。

  EI源,是我们用的最多的一种,属于最中庸的一种选择。70 电子伏的标准谱库可以提供一个检索未知有机物的可能(如NIST Chemical Structures, Wiley Library, Standard pestcide Library , Pflger Drug Library),这里要注意,我们说的用质谱检测未知物,指的仅仅就是EI源的质谱,其它象CI源的或MS-MS的或者所有的液质,都不能检测未知物。 EI源的优势在于官能团的分析。

  选择EI源质谱主要目的是进行未知物的检测及常规己知物的检测确认,也适合新手入门学习,只是灵敏度有限,不适合进行甚低含量的检测。

  CI源,NCI源,如同一页纸的两面。前者的优势在于得到分子量的准确信息,特别是长链分子,如脂肪酸等,但是这时结构的信息就比较少。后者的优势在于使用时可能对电负性组份达到接近于ECD的水平,比较适合进行有机氯农药的检测与确证,但是它的检测局限性也就比较大。

  除离子源外,还有四级杆方面的区别,主要是单四级杆和串联四级杆的区别,配备MS-MS的气质在国内较少。

  在真空系统方面,有分子涡轮泵和扩散泵的区别。

  常见液质联用仪的分类更复杂一些。离子源就有多种,比较常用的有电喷雾电离(ESI)和大气压化学电离(APCI)等,但是最主要的区别在于检测方式,如离子阱,单极四极杆,串联四极杆和飞行时间等。

  离子阱的优势在于比较容易得到丰富的结构信息,对于生化和药物结构方面的实验比较适合,它的缺点在于基本不能定量且TRAP容易污染等,常不适合进行食品分析。

  单极质谱可以进行简单的结构分析,也可以进行定量分析,且价格不太高,属于经济适用型液质,对于检测物没有紫外吸收或简单结构判断的常量分析比较合适,但是灵敏度不太高,也容易受到杂质干扰。

  串联四级杆液质可以做到多级的结构分析,且由于扣除背景较好,能够进行超低含量的分析。适合进行低含量的检测。

  三 举例说明如何用好色质联用仪。

  气质联用仪相对简单,可以看作是气相色谱仪加一个质谱检测器,在安装、布局和使用上不会有过多特殊要求,复杂的是液质联用仪。

  从某仪器销售那里听到有一句话:“国内的色质联用仪,50%在睡大觉,剩下25%在乱用,15% 很少用,只有10%才是正常用” ,这样的说法很刺耳,但却不能否认他的真实性。

  要想使用好色质联用仪,应该从正确选型开始。

  首先谈下气质联用仪。

  疾控系统中的气质联用仪,至少有三分之二是以做未知农药为理由购买的,一般在购买后不久就会发现其灵敏度其实根本达不到所需要的检测要求。利用常规气质联用仪进行实际工作中的痕量农药尤其是未知农药是不现实的。但是,无心插柳柳成荫,它却很适合劳动卫生方面的检测,气质联用法非常适合于劳动卫生的检测,在实验室已有一台普通气相色谱仪的情况下,可以作为一个极好的补充手段。如果认识无误区并应用得当,完全可以达到取长补短,相互支持的效果。使其成为卫生检测中唯一最适合推广气质联用法的领域。 为什么说,车间空气的检测比较适合应用气质联用呢?首先,车间空气中的大多数待测成份易挥发,很容易在一个温度不需太高的进样口中汽化,并在毛细管柱中良好分离; 其次,车间空气中的大多数待测成份的分子量范围落在气质联用仪最适合检测的范围内,30-400之间;最后,车间空气中的大多数待测成份一般浓度相对较高,不需要一个苛刻的质谱参数即可得到良好的信号反应。(尤其对于溶剂分析更是如此)。

  考虑到疾控系统中理化检测的现状,气质联用仪的配置首选是EI电离源,四级杆类型。资金充裕时可以配上CI源,但是前题是与EI源要转换方便且互不影响(毕竟在绝大多数情况下是以EI源为主),至于DI方式,由于疾控系统中检测纯品很少,不推荐使用。同时,不推荐离子阱,MS-MS也不能作为首选。

  下面谈谈液质联用仪。

  在疾控系统中应用液质联用仪,应该把目的放在“微量的已知化学品的定量分析”上,不是药物,也不是生化,同时一定要做好定量。

  按这样的要求,三重四极杆的液质联用仪差不多是唯一的选择。配置的可选项也不多,主要是ESI和APCI,前面用得最多,后者要在和前者切换方便的前题下才可购买。同样,不建议买离子阱的和单极四级杆的,前者是因为定量问题,后者是定性与灵敏度的问题。

  三重四极杆液质的产品在国内主要以 MICROMASS、ABI、FINNIGAN为主,购买时要综合考虑到具体指标、在当地的服务能力和在当地用户的数量及口碑。在价格方面,建议能砍地越多越好,因为液质联用仪价格的水分很大,而且,千万不要以为成交价高就意味着以后的售后服务会好些,原因很简单,这些公司的销售和售后两个部门是独立运行的,销售挣再多的钱也不会转移到售后部门去。

  国内色质联用仪(尤其是液质联用仪)使用得不太好的主要原因,除了造型与定位外,还有一个常被忽视的原因就是实验室的设计。

  气质联用仪可以看作是气相色谱仪加上质量检测器的组合,使用时重点和难点还是在气相方面,对于仪器室环境的要求也不算太高。而液质联用仪(以三重四极杆质谱为例)的重点就在于质谱,液相色谱仪只是一个定量和进样的工具。但是液质联用仪要求长期开机(一次开机的周期至少是几个月),因此,仪器室的建设是否专业就比一般仪器要重要得多,这是决定液质仪能否做好、能否做久的基础。

  液质仪器室除墙地桌椅外,容易出问题的有“电、气、水、声”四方面。

  “电”

  良好的供电,是液质联用仪正常工作的最起码需要。我们需要良好的电压,良好的接地,良好的供电保证。这时,大功率的UPS是最根本的要求。功率可以选择6KVA或10KVA,时间至少要能保证2 小时。

  另外由于液质是属于平时不能轻易关机的仪器,所以一般都运行很长时间,对于仪器室内的其它设施如空调和排风扇,也要考虑如何保证安全。我的建议就是工作人员长时间离开时关排风扇和照明灯,空调则至少要安装两台,防止一台故障后温度突然升高对仪器的影响,同时两台空调也可以缓解长期运转造成的压力。

  “气”

  不同公司的液质联用仪需要不同的气源方案,如菲尼根公司的需要氮气和氦气,MICROMASS公司的需要氮气和氩气,而ABI公司的则只需要氮气。

  如果不想一天换一瓶气的话,使用杜瓦罐差不多是唯一的选择。由于杜瓦罐笨拙沉重,所以我们要在空间上给予换气工作以便利,如尽量使杜瓦罐能放在门口附近,杜瓦罐经过地方不能有什么易碰坏的物品。

  杜瓦罐在第一次启用时有一个准备过程,这时要注意升压阀是否开得太大,经常有人因为一开始总没有气出来就把气阀开得大大的,等气压上升时就会泄压,浪费严重。

  气的概念中还有一个“废气”的内容。

  废气包括挥发的流动相,机械泵工作时的油气,但最主要问题的是在接上液相时产生的。

  一般的液相会造成废液,只要有个瓶子收集起来就行,而液质则不同,液体全部气化,以每分钟几十升的废气形式存在,如此惊人的体积必须及时排出室外。

  “水”

  液质联用仪在流动相中会使用一定的水,但这并不会造成什么问题。真正的问题是在使用杜瓦罐时造成的。

  杜瓦罐里装的是液氮,在气化时罐外会结冰,有时结冰的数量还相当多。当冰融化时,水会在地面流淌,对于有单独的气瓶室或者离仪器比较远则没有什么影响,但是如果杜瓦罐放在仪器边上,则流淌的水可能会造成很大的麻烦。

  另一个概念就是液质用的水,不是有了纯水机就可以,还必需是保养得当的纯水机。

  最后一个有关“水”的概念是由于长期开空调造成的冷冻水,这时,一台抽湿机就成为必备的设施。

  “声”

  一般的色谱仪都是比较安静的,即使是气质联用仪,真空到了一定程度后噪音也不明显。但是液质联用仪的噪音已经属于“无法忍受”之列。这时比较好的办法就是造一个软墙,将仪器和操作者隔离开。如果仪器室过于狭小,可以购买带排风机的密封箱(有商品卖),也能降低不少。

  仪器能否用好,工作人员的因素至关重要。如果工作环境使人难以忍受或不愿长呆,仪器能否用好也是可想而知的。

  四 使用好色谱联用仪的一些细节。

  1 开机与关机

  不论是气质联用仪还是液质联用仪,在开机方面,都强调机械泵开启后,一级真空到达一定程度方可启动分子涡轮泵。在关机时,一定要等离子源的温度降下来为止,再停分子涡轮泵,待其转速降低至近乎全停时才能关机械泵。

  一般的气质联用仪都有固定的开关机程序,由工作站操作控制开关机过程原则是有些液质联用仪则需要手工操作,这时要特别小心。

  3 干净的问题

  气质联用仪对于样品的试剂的干净程度与普通气相实验没什么区别,只要能上ECD的样品,气质就肯定没问题。

  最要注意“干净”的是液质联用仪,主要表现在(1)流动相要干净。国产的试剂就想也不要想了,进口的都不能保证一定好用,特别是流动相用的水,一定要干净。(2)样品前处理要尽量干净。(当然干净与效率和回收是成反比的,要综合考虑)。最好能配上十通阀,将非出峰时间的流动相排除于质谱之外。(3)在满足灵敏度的前提下,流动相的用量也要尽量少(摸索条件时尽量考虑普通液相),进样量尽量小,进样浓度尽量低,在针泵模式时,浓度最好不要超过1 ppm,而做样品时的样液浓度应该更低。(4)离子源要常清洗干净,样品量大时,每天清洗一次也不过分。(5)做完样品后,在冲柱开始前,记得把柱出口的管路拧下来,毕竟让这些废液进入质谱腔中是毫无意义的。

  4 连接管路

  气质联用仪的管路基本固定,需要注意的是气相柱进入质谱腔中的长度要求比较严格,一般有专门的要求或工具度量。

  对于使用液质联用仪时,常规液相的管路安装好后就是相对固定的,一般除了换柱外,操作者不会对管路进行拆接工作。而液质由于存在着针泵进样方式,所以管路经常需要有拆接行为,凡是我们经常动的地方就是仪器经常出问题的地方, “虚接”,“渗漏”等问题很隐蔽,有时很不好找。

  5 液质联用仪与普通液相色谱仪的区别

  液质联用仪所用的液相色谱仪与普通的液相在结构上没有什么区别,但是在使用时却有不少限制。(1)流动相组成受限制。如不能用不挥发的缓冲盐和有酸类,象磷酸和磷酸盐是禁止使用的。因此,液质联用仪用的多是甲酸、乙酸、醋酸铵之类。 (2)流量有一定的限制,如ESI源不能超过0.5ml/min,就算是APCI也最好不超过1ml /min。否则就要接上三通分流  (3)最后才用液相。对于气质联用仪来说,必须通过气相色谱仪进样(能直接进样的不多)。而液质联用仪在最后一步才需要连接液相,条件摸索时只需要一个针泵就行了。

 

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TAG: 色质联用仪 选购 疾控系统

坚如磐石 引用 删除 shanxilrx   /   2010-07-16 19:32:22
很好的东西,收藏了~
 

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