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质谱入门

2019.11.01

LC/MS的溶剂及其注意事项

通常根据目标化合物的溶解性和与LCMS中使用的各种电离技术的兼容性选择溶剂。在ESI和其它常压电离技术中,溶剂的挥发性和结合质子的能力很重要。

使用的主要质子溶剂像甲醇与水的混合物,比如1:1的甲醇水,或1:1的乙腈水,甲醇水混合物粘度超过了水或甲醇,因为在混匀时候发生了放热反应。当使用100%的水时,水相对低的蒸汽压可能对灵敏度产生不利。通过添加挥发性有机溶剂,降低表面张力,能提高灵敏度。表面活性剂虽然能增加从喷雾液滴中释放的离子,但因其较高的质子亲和力,可能降低灵敏度。非质子助溶剂,像10% DMSO水溶液和异丙醇,对某些化合物,能提高溶解度。在确保被测物比溶剂更偏碱性的前提下,甲酸通常以较低的水平(0.1%)添加到溶剂中,以便于电离。一些酸,即使是很少量,例如TFA,也可能限制灵敏度,但对增加一些化合物的溶解度可能是必需的。

在ESI电离模式中,缓冲液和盐(Na+,K+和磷酸盐)可降低蒸汽压,导致信号减弱。可以通过使用相对较易挥发的缓冲液,例如由弱酸碱对形成的乙酸铵,来弥补液滴表面张力的增加以及由此导致的挥发性降低。

选择溶剂需要考虑的问题

1、对于比溶剂更偏碱性的分子,气相中的溶剂将限制ESI电离。光电离除外(不是酸碱电离),但易受溶剂调节。

2、从电离区域去除溶剂和水蒸气,增加在大气压下电离化合物的种类。

3、相对于样品或溶解在液体中的目标被测物减少液体体积,将提高ESI的性能(如,使用较低流速)。

4、使用合适的溶剂,如水、乙腈、甲醇、乙醇、丙醇、异丙醇等

5、使用合适的添加剂,如醋酸、甲酸、氢氧化铵、甲酸铵(盐浓度等于或小于10 mM)、醋酸铵(盐浓度等于或小于10 mM)

6、非挥发性盐,如磷酸盐,硼酸盐,柠檬酸盐等会在离子源沉积,阻塞毛细管,因此需要更多的清洗和维护操作。现代离子源设计,相比以往的设计,能较好地处理非挥发性物质。

7、注意表面活性试剂,表面活性剂、去垢剂能够抑制电喷雾电离的效率。

8、无机酸具有腐蚀性,三氟乙酸(TFA)超过0.01%的水平时,会在一定程度上抑制阳离子电喷雾。大大的抑制了阴离子电喷雾。三乙基胺(TEA)在高PA(232千卡/摩尔)在m/z102处,产生强M+H离子。抑制弱碱性化合物阳离子的电喷雾。四氢呋喃(THF),100%的THF具有高可燃性,因此APCI和绝大多数接口技术使用氮气作为喷雾气,使用空气可能引起爆炸危险。

离子抑制与化学选择

离子抑制是质谱学家使用ESI作为电离方式时面对的比较多的具体问题之一。2001年,美国食品药品管理局(FDA)出版了工业生物分析有效方法指南,表明确保分析质量的要求是不能妥协的。该条款指明了可用于评估离子抑制是否存在的几个实验方案。将基质提取后加标样品中的被测物的多反应监测(MRM)响应,峰面积或峰高,与直接溶于纯流动相的被测物的多反应监测响应进行对比。基质中被测物的信号比在纯溶剂中的低,表明基质中存在干扰物质。

C.Mallet等发表的文章表明,在色谱图中被测物(和内标物)基质效应的存在。试验人员使用三通装置,将含有目标被测物及其内标物的溶液以连续进样方式引入质谱,将空白基质样品提取物通过LC系统自动进样引入质谱后,连续的基线出现下降,表明连续进样的被测物的电离受到抑制,因为基质中有干扰物质存在。分析柱和直径低于2微米的高选择性颗粒的使用,是色谱柱技术的一项革命性进步。这种化学性质不依赖于可能引起离子抑制的流动相的改性,并且增加了颗粒的选择。

UPLC与传统HPLC

超高压液相色谱通常称为UPLC,北卡罗来纳大学的J.Jorgenson教授的工作实现了这项技术的商业化,UPLC为增加常规LCMS分析的信息量提供了可能。Waters公司对这项技术进行了商业化,称为UPLC技术,或超高效液相色谱,与HPLC相比,UPLC的峰容量增加,对HPLC中形成较宽峰的流出物,可以在UPLC上实现分离。通常条件下,将色谱峰形浓缩成2秒或更短的谱带,为灵敏度的提高提供了可能。

这有利于质谱响应,改善信噪比。UPLC技术的概念改变了传统LC分离实践中建立起来的一些熟知的参数,比如流速、颗粒大小,甚至对范第姆特曲线的理解也改变了。其工作压力从大约2000psi增加到高达20000psi,固定相颗粒直径小于2μm,接近1969年John Knox在其Knox方程式中的理论极限。这也伴随出现了问题,象增大机械压力和过大的热效应等,促进了MS性能的提高,也偏离了对理论结果的检测。

由范第姆特曲线描述的线速度的变化,导致分离效能变化的趋势。由下图可知,1.7μm直径颗粒色谱柱效能更好,且不随流速变化而改变。虽然所有色谱柱的证据表明在极端低线速度下会降低柱效,但是对HPLC我们所熟知的一个事实是,填料直径越小分离性能越好,并且随着线速度的增加,性能较少受到影响。

    在现在被称为传统HPLC分离与UPLC分离的比较中,可以认为这是一个关于怎样重新定义实验设计方法的事例。不但在原理上重新定义分离技术,速度快近4倍,而且增强了选择性,揭示了一些常规HPLC无法看清的细节,比如在图中的咪达唑仑的代谢物。提高的分离度显示出葡萄糖苷酸的二次级代谢物,其m/z=548.125。


达唑仑的氧化代谢是由肝脏细胞色素P450蛋白催化的。在上述药物结构式中,代谢氧化即羟基化最可能发生的分子内主要位点已使用红星标出。对咪达唑仑在胆汁中的代谢物,使用HPLC/MS和UPLC/MS比较分析,发现在HPLC上有m/z为548的色谱峰。但在UPLC/MS中,则分离出一对色谱峰,每个峰的准确质量值相同,m/z为548.1248。实测确认这两个代谢物均为葡萄糖苷酸化代谢物。作者给出了完全分离的两种物质准确质量对应的经验分子式,表明咪达唑仑在标示的位点发生双羟化,然后可能在一个位点发生O-甲基化,另一个与葡萄糖醛酸结合。

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