大气压离子化接口技术包括哪些技术
大气压离子化技术（API）是一类软离子化方式，它的出现，成功地解决了液相色谱和质谱联用的接口问题，使液相色谱-质谱联用逐渐发展成为成熟的技术。API主要包括电喷雾离子化（ESI）、离子喷雾离子化（ISI）和大气压化学离子化（APCI）3种模式。它们的共同点是样品的离子化在处于大气压下的离子化室完成，离子化效率高，大大增强了分析的灵敏度和稳定性。ESI，ISI和APCI3种电离方式同时可作为LC-MS的接口。
API接口/离子源由五部分组成：①液体流入装置或喷雾探针；②大气压离子源区，通过ESI、APCI或其他方式在此产生离子；③样品离子化孔；④大气压至真空接口；⑤离子光学系统，在此将离子运送到质谱分析器。
1.电喷雾电离（ESI）
在ESI中，离子的形成是被测分子在带电液滴的不断收缩过程中喷射出来的，即离子化是在液态下完成的。经液相色谱分离的样品溶液流入离子源。在N2流下汽化后进入强电场区域，强电场形成的库仑力使小液滴样品离子化，借助于逆流加热N2分子离子颗粒表面液体进一步蒸发，使分子离子相互排斥形成微小分子离子颗粒（见图11-2-3）。这些离子可能是单电荷或多电荷，这取决于所得的带有正、负电荷的分子中酸性或碱性基团的体积和数量。多电荷离子峰的形成使质量范围为3000u的四极杆滤过器质谱仪也能检测到生物大分子的准确分子量。
在电喷雾过程中，溶液中一种极性离子（比如正离子）随着喷出的雾滴而离去（见图11-2-4），相反极性的离子（比如负离子）则留在毛细管的溶液中，如果毛细管为金属材料并与高压电源（Ve）的一极相连，那么留在毛细管中的这些离子会在金属管壁上发生氧化或还原反应，通过这些电化学反应使溶液中电荷消失，从而维持连续地喷雾，例如OH-在金属管壁上发生以下电化学反应：
伴随电化学反应会有气体产生，因此在电路的连接上应考虑此因素，否则在毛细管中会出现气泡，影响电喷雾的稳定性。
要发生稳定的喷雾，需要满足3个条件。
（1）毛细管末端要有足够强的电场（Ee）。电场的作用如下。
①把溶液中正、负离子分开并使一种极性离子聚集在毛细管末端，因而喷出的雾滴主要是携带一种极性电荷，进而引起样品分子离子化。
②强的电场与聚集在毛细管末端离子的相互作用使溶液发生电喷雾。
（2）毛细管中液体要有一定的流动线速度（临界线速度），保持稳定的电喷雾。
（3）毛细管中溶液要含有一定量的电介质（离子）。在ESIMS中通常是在溶液中加入大约0.5%-1%（体积）乙酸，由于乙酸是挥发性的，不会引起堵塞，而且有利于被分析物形成质子化离子。
电喷雾电离的特征之一是可生成高度带电的离子而不发生碎裂，这样可将质荷比降低到各种不同类型的质量分析仪都能检测的程度。通过检测带电状态，可计算离子的真实分子量。同时，解析分子离子的同位素峰也可确定带电数和分子量，因同位素峰间的质荷比差与带电数相对应。尽管ESI容许使用少量缓冲液和盐，但这些物质可能与待测物形成加合物，导致产生难以指认的分子量或抑制待测物离子的形成。当样品中不含盐类和缓冲液时检测情况较好。ESI的一大优势是可方便地与分离技术联用，例如在使用ESI离子化前使用HPLC和毛细管电泳（CE）可方便地除去待测物中的杂质。
ESI具有极为广泛的应用领域，如小分子药物及其各种体液内代谢产物的测定，农药及化工产品的中间体和杂质鉴定，大分子的蛋白质和肽类的分子量测定，氨基酸测序及结构研究以及分子生物学等许多重要的研究和生产领域，并以如下的特点得到了广泛的认可。
（1）高的离子化效率对蛋白质而言接近100%。
（2）多种离子化模式供选择ESI（+），ESI（-），APCI（+），APCI（-）
（3）对蛋白质和核酸等分子可产生稳定的多电荷离子，降低了质荷比值，从而使大于104Da的分子由于生成了多电荷离子，能在一般的四极杆质谱仪上检测出来。蛋白质分子量测定范围可高达105u甚至上106u。
（4）“软”离子化方式提供了一种对大分子灵敏度高，没有热降解的质谱测定方法，使热不稳定化合物得以分析并产生高丰度的准分子离子峰。
（5）气动辅助电喷雾技术在接口中采用使得接口可与大流量（约1ml/min）的HPLC联机使用。
（6）仪器专用化学站的开发使得仪器在调试、操作、HPLC-MS联机控制、故障自诊断等各方面都变得简单可靠。
（7）ESI调节离子源（源内CID）电压可以控制离子的断裂，给出结构信息。
ESI的主要缺点是它只能接受非常小的液体流量（1-10μl/min），这一缺点已被1987年研制出来的离子喷雾接口（ISP）所克服（离子喷雾接口是一种借助气动的电喷雾接口，它可适应较高的流速）。ISP接口是将电喷雾器雾化和气动雾化结合在一起，因此也常被称为气动协助或高流速电喷雾。离子喷雾使用干气帘，流速可达2ml/min。ISP接口能够处理具有高水含量的流动相，并且可用梯度洗脱系统进行工作。
目前的电喷雾接口已经可安装在四极质谱、磁质谱和飞行时间质谱上，如惠普公司的HP5989B型四极质谱和HP1100LS-MS专用系统，Finigan公司的TSQ-7000四极质谱，MAT-95磁质谱和PE公司的PE-CIEX四极质谱等。
2.大气压化学电离（APCI）
用于LC-MS的APCI技术与传统的化学电离接口不同，它并不采用诸如甲烷一类的反应气体，而是借助电晕放电启动一系列气相反应以完成离子化过程，就其原理，它也可被称为放电电离或等离子电离。从液相色谱流出的样品溶液进入一具有雾化气套管的毛细管，被氮气流雾化，通过加热管时被气化。在加热管端进行电晕尖端放电，溶剂分子被电离，充当反应气，与样品气态分子碰撞，经过复杂的反应过程，样品分子生成准分子离子：
上式表示一种正离子模式的化学电离过程。R代表溶剂，M代表样品分子，MH+为生成的准分子离子。如果溶剂比样品碱性弱，则生成MRH+，都属于准分子离子。准分子离子也能以负离子模式生成准分子离子，主要应用于具有强的电子亲和力的化合物。样品分子的准分子离子经筛选狭缝，进入质谱计。整个电离过程是大气压条件下完成（图11-2-5为大气压化学电离接口示意）。
APCI形成的是单电荷的准分子离子，不会发生ESI过程中因形成多电荷离子而发生信号重叠、降低图谱清晰度的问题。由于要求样品分子气化，因而大气压化学电离的对象为弱极性的小分子化合物。可适应高流量的梯度洗脱的流动相。
APCI是一种大气压雾化技术，采用电晕放电方式使流动相离子化，能大大增加离子与样品分子的碰撞频率，因此，大气压化学电离灵敏度要比化学电离高3个数量级。由于离子源处于大气压下，所以它对LC系统的流速不强加任何限制。APCI是一种源的设计而不是接口的设计，有三种接口可用于APCIMS，其中加热雾化是最普通的一种。APCI为软电离技术，由于这种软电离方式缺乏碎片离子产生，为得到进一步的结构信息，需进行碰撞诱导断裂，这在接口中可完成。通过对其中电压的调节，可以得到不同断裂程度的质谱。通过串联质谱（MS-MS）技术获得使液相色谱-大气压化学电离串联质谱（LC-APCI-MS-MS）成为精确、细致分析混合物结构信息的有效技术。因为一级质谱的准分子离子是二级质谱进一步分裂的最佳母离子。
在大量生物样品的常规测试中，为了避免其中含有的不挥发性物质，如无机盐、蛋白质等对离子源的污染，产生了Z-spray和正交气相辅助ESI等离子源，这些离子源的共同特点是喷雾针与进样锥孔、环状电极不在一条轴线上，而是成一定的角度，有垂直式、转弯式、斜角式以及组合式。这些离子源的应用，大大减少了离子源的污染。
大气压电离技术的出现使LC-MS成为一种灵敏度高（pg级）、选择性强、样品用量少、分析速度快的仪器联用分析方法。
电喷雾源多电荷的形成使其成为蛋白质生物分子研究领域不可缺少的手段，该法的高灵敏度使生物学家能够在分子水平上研究蛋白质转移修饰，如糖基化、磷酸化、二硫键、脱酰氨基作用、蛋氨酸或色氨酸的氧化作用等，真正揭示结构与生物功能的关系。化学源对于极性较小的化合物（如烃类、醚类、醛类）也能获得理想的结果，在有机化合物分析中扮演重要角色，特别是在药物分析，从原材料筛选、生产过程中质量控制到成品纯度鉴定，从药物毒理、临床等领域都展现了一定的使用潜力。
