色谱联用技术

色谱联用技术第2页,共56页，2024年2月25日，星期天

HPLC-MS是近些年出现的联用仪器，发展非常迅速，弥补了GC-MS只能测定挥发性或半挥发性物质的不足，使色谱－质谱联用技术得到了完善。GC-MS由于接口技术技术难度相对较小，因此，开发使用较早，而HPLC－MS接口技术技术难度较大，开发使用较晚。

HPLC-MS所提供的信息与GC-MS相同（TIC、MC、SIM、全扫描三维图等）。一、概述第3页,共56页，2024年2月25日，星期天

HPLC-MS的特点：

MS作为LC的检测器不仅能得到色谱数据，如：峰保留时间、峰高、峰面积等，同时亦可得到质谱信息。具体如下：1、质谱为通用性检测器，可测定不带生色团或荧光基团的化合物；2、质谱也是选择性检测器，用选择离子检测可一次完成定性、定量分析，且灵敏度很高。3、提高鉴别化合物的可信度；可准确分析色谱峰的纯度；确定分子量。4、可分析不适合GC-MS分析的亲水性强、热不稳定及生物蛋白化合物。5、在线分析，免去了色谱组分的收集，减少样品损失，缩短工作周期。6、适用范围宽，正相、反相、离子对及手性色谱均可使用。7、采用碰撞诱导解离技术(CID)以及多极质谱等可提供丰富的化合物结构信息。第4页,共56页，2024年2月25日，星期天第5页,共56页，2024年2月25日，星期天由于HPLC目前的应用极其广泛，特别是在我们药学专业应用更为普遍，所以LC-MS在使用上比GC-MS有更高的使用价值。第6页,共56页，2024年2月25日，星期天与GC-MS基本相同，最大的不同是接口不同。另外，LC-MS一般用来分析挥发性差，热不稳定的样品，应用范围增大。非极性化合物不能分析。（难以离子化）VacuumSystemSampleInletDetectorDataSystemMassAnalyserIonisationMethodAtmosphere二、LC-MS的工作原理第7页,共56页，2024年2月25日，星期天1.接口的重要性接口是HPLC与质量分析器之间的过渡装置并承担着离子化的任务。由于MS需在真空下操作，以便完成离子形成、分离、检测的过程。但是HPLC出口含有大量的流动相（溶剂）（0.2～2mL/min）。大量的流动相不得进入MS

？HPLC的流动相处在高压下，液体气化成气体，其膨胀系数约为1000倍以上。1mL流动相液体可气化成1000mL气体。流动相的去除是接口的主要任务之一。不如GC-MS接口成熟，历史较短。三、LC-MS的接口第8页,共56页，2024年2月25日，星期天2.接口的种类（离子化方法）热喷雾快原子轰击（FAB）电喷雾(API-±EI、ESI)√大气压化学源(API-±CI、APCI)√大气压光电离源(APPI)粒子束第9页,共56页，2024年2月25日，星期天①电喷雾电喷雾接口（ESI）工作原理:三个步骤：a、带电液滴的形成；b、溶剂蒸发和液滴碎裂；c、离子蒸发形成气态离子第10页,共56页，2024年2月25日，星期天a、带电液滴的形成色谱流出物经毛细管顶端喷出，形成扇状喷雾，再3~8kV的高电场作用下，形成高度电离、含有溶剂的试样微小液滴。b、溶剂蒸发和液滴碎裂液滴与干燥气作用，在干燥气的作用下，溶剂蒸发，离子向液滴表面移动，造成液滴表面的离子密度越来越大，当达到Rayleigh限时，液滴表面电荷产生的排斥力与液滴表面的张力大致相等，液滴非均匀破裂，分裂成更小的液滴，更小的液滴继续重复蒸发、电荷过剩和液滴分裂的过程。电喷雾接口（ESI）工作原理:第11页,共56页，2024年2月25日，星期天c、离子蒸发形成气态离子当液滴分裂至小于10nm时，其表面形成的电场足够强，电荷的排斥作用导致部分离子从液滴表面蒸发出来，最终以单电荷或多电荷离子形式从液滴中转移至气相，形成气相离子。第12页,共56页，2024年2月25日，星期天++++++++++-----++++++++++-----++++++--N2气流干燥ChargedDroplets电喷雾接口（ESI）液滴变化示意图:从毛细管喷出（在3～8kV电场作用下）气态试样离子++++++--气态试样离子试样＋－+－+Rayleigh限<10nm第13页,共56页，2024年2月25日，星期天参见备注以上过程是在大气压条件下进行的，在强电场驱使下，电离的溶质离子通过一个金属毛细管进入真空区，并电场作用不断加速聚焦进入质量分析器。ESI的垂直模式：第14页,共56页，2024年2月25日，星期天电喷雾接口的特点:主要给出准分子离子信息，（例如[M+H]＋、[M+Na]＋、[M−H]−、[M−Na]−等），以及大量的多电荷离子，而较少给出化合物的碎片离子；常用于强极性化合物及高分子化合物的测定，一般不适于非极性或弱极性化合物的分析；由于温度较低，因此较适用于热不稳定化合物；只能允许非常小的液体流量（0.2~1mL）。第15页,共56页，2024年2月25日，星期天②大气压化学源(API-±CI、APCI)大气压化学源工作原理

与ESI相似，所不同的是通过电晕放电针首先使溶剂离子化，离子化的溶剂与待分析物气态分子发生离子交换反应，形成准分子离子，使分析物离子化。第16页,共56页，2024年2月25日，星期天150℃第17页,共56页，2024年2月25日，星期天[Sol+H]+＋M→[M＋H]+＋Sol（质子转移）或[Sol+H]－＋M→[M＋H]－＋SolSol+＋M→M+＋Sol或Sol－＋MH→M－＋SH（质子抽出）第18页,共56页，2024年2月25日，星期天

▲很少产生碎片，离子流集中在几种离子形式（一般为准分子离子），所以灵敏度高。

▲信息量少。

▲适用于有一定挥发性的中等极性或弱极性的样品，分子量2000以下。

▲允许使用流速高及含水量高的流动相；极易与RP－HPLC匹配。特点：第19页,共56页，2024年2月25日，星期天第20页,共56页，2024年2月25日，星期天第21页,共56页，2024年2月25日，星期天1.接口的选择四、LC-MS分析条件的选择和优化ESI和APCI是两个最常用的接口，他们各自有优缺点但相互补充。ESI的优势：适用于中等到强极性物质的测定；而弱极性或非极性物质无法测定；APCI的优势：适用于弱极性物质的测定。也可分析非极性化合物，但灵敏度较低。第22页,共56页，2024年2月25日，星期天第23页,共56页，2024年2月25日，星期天（1）正离子模式由在溶液中能够形成的离子极性决定离子的极化方式。如果在溶液中能够形成的离子为正离子，如碱性物质，则离子化模式选择为正离子模式。得到的准分子离子一般为[M+H]＋，其他也较常见的如[M+Na]＋、[M+NH4]＋、[M+Na+CH3OH]＋、[M+H+CH3OH]＋等。2.正负离子模式的选择正离子模式一般用乙酸（pH3~4）或甲酸（pH2~3）对样品进行酸化，若样品的pK值已知，pH至少低于pK值2个单位。第24页,共56页，2024年2月25日，星期天（2）负离子方式如果在溶液中能够形成的离子为负离子，如酸性物质，则离子化方式选择为负离子方式。得到的准分子离子一般为[M－H]－。负离子模式可以用氨水或三乙胺对样品进行碱化，pH至少高于样品pK值2个单位。对于酸碱性不明确的物质，可以先使用APCI（+）模式进行预试。第25页,共56页，2024年2月25日，星期天（1）种类：甲醇、乙腈、水和它们不同比例的混合物以及易挥发盐的缓冲溶液。3.流动相的种类及流量的选择若流动相需用缓冲溶液，该缓冲液最好具有挥发性，这样可减少缓冲盐在离子源内的沉积。第26页,共56页，2024年2月25日，星期天应当根据样品所需的极性以及样品的pH值，调节流动相的pH。蛋白酵素第27页,共56页，2024年2月25日，星期天流动相应当具有低的蒸发热和低的表面张力，以增强离子的解吸作用，离子化效率提高。（2）流速：和色谱柱的内径有关，内径越小流量越小。内径(mm)0.31.02.14.6流速(μl/min)1030~60200~500>700第28页,共56页，2024年2月25日，星期天MSD与DAD的比较椰子油（椰子油）（三甘油）五、HPLC-MS的灵敏度第29页,共56页，2024年2月25日，星期天氨基甲酸盐第30页,共56页，2024年2月25日，星期天六、LC-MS联用仪的真空第31页,共56页，2024年2月25日，星期天电喷雾是一种“软”电离技术，通常只形成准分子离子，提供分子量信息。但是在实际工作中，特别是对未知化合物的分析，不仅需要分子量，而且更需要尽可能多的化合物碎片信息。碰撞诱导解离（CID）可解决这一不足。这里所讲的CID是指“源内CID，In-SourceCID”。七、

碰撞诱导解离（CID）技术第32页,共56页，2024年2月25日，星期天参见备注惰性气体第33页,共56页，2024年2月25日，星期天没有商业谱库第34页,共56页，2024年2月25日，星期天缩氨酸第35页,共56页，2024年2月25日，星期天（TandemMassSpectrometry）由两个以上的质量分析器串联而成。简称串联质谱。常见的为：三级四极杆质谱1.空间上的串联质谱（tandem-in-space）八、多极质谱（串联质谱）第36页,共56页，2024年2月25日，星期天API4000三重四级杆质谱仪示意图第37页,共56页，2024年2月25日，星期天第38页,共56页，2024年2月25日，星期天CID单四极杆与串连四极杆质谱对比第39页,共56页，2024年2月25日，星期天第40页,共56页，2024年2月25日，星期天第41页,共56页，2024年2月25日，星期天串联质谱基本功能：（各种扫描方式）（1）Q1全扫描（2）母离子（precursorion）扫描初始离子扫描（3）子离子（ProductIon）扫描（4）中性碎片丢失扫描（5）多重反应监测（MultipleReactionMonitoringMRM）第42页,共56页，2024年2月25日，星期天各种扫描方式的原理解释：Q1FullScan(Start–Stop)(Q1全扫描)Q1alwaysusedassingleMSanalyzerUsedprimarilyforident.ofprecursorion第43页,共56页，2024年2月25日，星期天SIM-SelectedIonMonitoring

(选择离子监测)UsedtooptimizeanalyzerforspecificionsSIMusedforquantitativeanalysesQ1SIMusedto“optimize”precursorionMaximizesignalinpreparationforMS/MS第44页,共56页，2024年2月25日，星期天选择离子监测：

SIM用于检测已知或目标化合物，比全扫描方式能得到更高的灵敏度。这种数据采集的方式一般用于定量。若几种目标化合物用同样的数据采集方式监测，那么可以同时测定几种离子.第45页,共56页，2024年2月25日，星期天PrecursorIonScan(母离子扫描)Q1sweepsagivenmassrange,Q3isfixedUsedtodeterminethe“origin”ofparticularproduction(s)createdinthecollisioncellFrequentlyusedfordrugmetaboliteidentification(commonproductionobservedinthemetabolites)m3+fixedm1+scanned第46页,共56页，2024年2月25日，星期天ExampleofPrecursorIonSpectrum600900120015001800m/z,amu587.5745.6895.6802.4633.4520.31105.01704.4600900120015001800m/z,amu3.0e66.0e69.0e61.2e7Intensity,cps608.3520.3802.4600900120015001800m/z,amu3.0e46.0e49.0e4Intensity,cpsPrecursorsionof86Q1Scan745.6第47页,共56页，2024年2月25日，星期天母离子扫描的作用母离子分析可用来鉴定和确认类型已知的化合物，尽管它们的母离子的质量可以不同，但在分裂过程中会生成共同的子离子，这种扫描功能在药物代谢研究中十分重要。第48页,共56页，2024年2月25日，星期天ProductIonScan(子离子扫描)Afteridentification,theprecursorionissentintothecollisioncellandfragmentedbyCIDQ1isfixed,Q3sweepsagivenmassrangeUsedforstructuralelucidation（结构确认）Firststeptodevelopingquantitativemethodm3+scannedm1+fixed第49页,共56页，2024年2月25日，星期天ExampleofProductIonSpectrumEphedrine（麻黄碱）,MW=165M+1第50页,共56页，2024年2月25日，星期天中性丢失扫描中性丢失扫描分析可用来鉴定和确认类型已知的化合物，也可以帮助进行未知物结构判断。例如：18-H2O，28-CO，30-HCOH，32-CH3O