同时具有电喷雾/ 大气压化学电离的液相色谱- 质谱联用系统
摘要：液相色谱-电喷雾质谱由于在速度、灵敏度和选择性方面的优势，已成为药物分析的首选技术。然而，电喷雾并不是一个通用化的电离技术。因此，同时具有电喷雾/大气化学电离的液相色谱-质谱(LC-MS)系统可以用来提供大多数高效液相色谱(HPLC)分析物的质谱谱图。
LC-MS with Simultaneous Electrospray and
Atmospheric Pressure Chemical Ionization
Wayne P. Duncan and Patrick D. Perkins
Abstract: Liquid chromatography-mass spectrometry with electrospray ionization is now the technique of choice in pharmaceutical analysisbecause of its speed, sensitivity and selectivity. However, electrospray is not a universal ionization technique. Accordingly, an LC-MS system with simultaneous electrospray and atmospheric pressure chemical ionization is shown to be capable of generating mass spectra of most HPLC analytes.
目前，液相色谱- 电喷雾质谱联用系统(LC-ESI-MS)已经广泛应用于高通量的药物分析。LC -ESI-MS 能够提供令人满意的分析速度、灵敏度、选择性和可靠性。大约80% 的化合物经高效液相色谱(HPLC)分离后能在电喷雾质谱中得到检测。在电喷雾源中响应较低的化合物可以在大气压化学电离源(A PCI)中被离子化。因此，大部分经HPLC 分离的产物，如果其相对分子质量处于仪器可检测的质量范围内，ESI和APCI便能将它们电离，并由质谱提供它们的谱图。
一般而言，待测物首先用ESI 源进行分析。如果响应值较低，再换用APCI 源。以前，这种更换必须先将液相色谱与质谱断开，然后卸掉ESI 源并换上APCI 源，最后还必须对质谱进行重新调节。切换离子源和调节质谱会打断或减慢工作流程，因此会使分析通量大大降低。解决方案之一就是配备两台具有不同离子源的质谱仪；对于不适合ESI 源分析的样品可直接换用APCI-MS 分析。但是对于大多数实验室而言，维护两台并行的分别配有ESI 源和APCI 源的LC-MS 系统所需要的费用过于昂贵，而且操作繁琐。同时，实验室还必须配备额外的人员以便在ESI 源不适用时通过APCI 源进行测定，既多费人力又多花时间。
1 电喷雾和大气压化学电离源的切换
在高通量分析中，为了消除ESI 源和APCI 源之间切换所导致的效率降低，目前研究重点侧重于离子源的结构改造，以实现两种电离源之间的实时切换。为了实现这一目的，集成的离子源设计必须考虑到ESI 源和APCI 源的喷雾和电压条件的兼容；同时，集成的离子源还必须具有与相应的专用离子源相当的性能。解决方法之一是在ESI 源和APCI 源之间切换液相色谱的洗脱液，在集成离子源上依次在ESI 和APCI 的区域产生气溶胶。在此基础上发展出的另一个方法是利用单独的喷雾器形成气溶胶，然后切换源参数的电压设置，周期性地提供ESI 源和APCI 源的合适条件。无论采用哪种方法，样品离子一旦产生，就会在质谱的入口端聚集。虽然这些方法可以避免离子源之间人为地更换，但同时为了确保获得的数据质量需要对HPLC 流速和数据采集进行限制，因而会降低整个系统的性能（见图1）。
2 电喷雾/大气压化学电离源的集成
集成的多模式离子源（产品号G1978A，安捷伦公司，Palo Alto, CA）可在正离子或负离子模式下同步地或独立地进行ESI 和APCI 分析。该设计将ESI 源产生的离子与不响应的中性分子分开，并将中性分子直接导入APCI电晕中进行离子化，这样不同的离子化过程就会相对独立，从而解决了ESI 源和APCI 源电压和喷雾条件的兼容性问题。离子化以后，ESI 源和APCI 源产生的离子流汇合在一起并直接进入质量检测器（见图2）。图3 的质谱图说明当多模式离子源运行时，在不降低通量的同时能够检测到ESI 源和A PCI 源产生的所有离子。从表1 可以看出，对于相当广泛范围的分析物，多模式电离源能够提供比专用离子源更高的性能。从图3 的质谱图可以看出，当采用多模式离子源进行同步扫描时，能够检测到ESI 源和APCI 源产生的所有离子，而且不会降低任何离子源的性能。
3 与高流速/快速色谱联用
为了提高分析通量，在液相色谱中采用高流速（快速色谱）已经成为一种趋势。当采用较高的流速时，必须采取适当的措施来防止电离源被流动相充溢。目前，常用的办法是对流动相进行分流，但是该方法会产生大量的废液，尤其当实验室多台仪器同时运行时。多模式质谱的设计本身能够适合液相色谱的高流速，而不需要采用其他配件进行分流。在多模式质谱中为了确保APCI 的性能，离开ESI 区域的所有流动相必须全部被汽化。在多模式离子源的绝缘密封室内安装了一对较大的红外加热管，足以将2 mL/min 的100% 水的流动相全部蒸发（见图2）。从图4 中可以看出，多模式离子源不需要任何仪器调节就能够适用于较宽的流速范围。
4 数据质量
ESI 源和APCI 源之间的切换操作中还存在一个潜在的问题，那就是色谱精确度的损失。离子源切换所需要的时间加大了质谱的工作量，从而延长了循环周期，减慢了数据采集的速率。图5 给出了通过模拟工作循环时间得到的机械和电压切换式离子源（图1 所示）的数据质量比较。相比之下可以看出通过多模式离子源进行两种模式的依次切换，并没有显著增大质谱的工作量，所以数据质量没有降低（见图5）。此外，采用机械和电压切换式离子源，会导致灵敏度和选择性降低，从而影响分析结果。但是采用多模式离子源依次进行ESI 和APCI 切换时，数据质量不受影响，从而能够得到ppb 级的灵敏度（见图6）。
5 通量的提高
为了证明多模式离子源具有与专用离子源相近的性能，我们对多模式离子源和专用离子源的通量进行了比较。图7 显示了两类离子源分析96 孔板样品所需时间的比较。该实验表明，与专用电喷雾电离源和大气压化学电离源所需时间相比，集成的电喷雾/ 大气压化学电离源在同时使用两种模式时，能够节省一半的分析时间。
6 结论和展望
多模式离子源解决了少量分析物在ESI 源中不响应而得不到检测的问题。由于多模式离子源能够同时采集ESI 源和APCI 源的数据，所以不必考虑待测物的性质，也不会因为打断分析流程而降低通量。
多模式离子源的性能评测结果表明，该离子源能在保持较高灵敏度的基础上，不需要改变任何仪器硬件配置就能适用于较大范围的流速。在未来的几个月，我们将继续开发多模式离子源在药物研发中的应用范围，包括在蛋白质组学方面。集成的电喷雾/ 大气压化学电离源能扩展检测范围，从而鉴定蛋白酶解物中更多的肽段序列。
多模式离子源能显著节省资金投入和操作强度，这一点在仪器较多的实验室里表现得更为明显。单台多模式离子源质谱仪的价格比同时配备专用ESI 和APCI 离子源质谱仪的价格要低得多。多模式离子源质谱可以提供更高的分析通量，减少每次分析所需的费用及工作量，从而使用户从中受益。
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