實驗分析儀器--液相色譜-質譜聯用儀組成
液相色譜或質譜儀器類型很多,用途不同,但多數儀器的組成結構基本相同。它們是液相色譜系統、質譜系統及數據處理系統等。以LC-MS (四極桿)聯用儀器為例其主要的構成如圖一所示。只要采用適當的連接方式,將色譜柱出口和質譜進樣口連接起來,即可成為液相色譜和質譜聯用的系統。去掉連接件,將色譜柱接回到色譜檢測器,仍是可獨立使用的液相色譜和質譜儀。
1-液相入口;2-霧化噴口;3-離子源;4-高壓放電針;5-毛細管;6-CID區;7-錐形分析器;8-八極桿;9-四極桿;10-HED檢測器
圖一 液相色譜-質譜的基本結構
在專用型液相色譜-質譜聯用商品儀器尚未普及時,一些實驗室使用的聯用系統都是這樣構成的。如今已經有許多配置不同、性能各異的專用型液相色譜-質譜聯用儀器,供不同用途選擇。不同廠家各種型號的LC-MS聯用儀器多達幾十種,有小型臺式的液相色譜-單四極(single quadrupole)質譜或三重四極(triple quadrupole)質譜聯用儀,液相色譜-離子阱(ion traps)質譜聯用儀,液相色譜-飛行時間(time of flight,TOF)質譜聯用儀(LC/TOF)以及液相色譜-扇形磁場(magnetic sector)質譜聯用儀等。
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一、高效液相系統
高效液相色譜儀一般包括四個部分:高壓輸液系統、進樣系統、分離系統和檢測系統。此外,還可以根據一些特殊的要求,配備一些附屬裝置,如梯度洗脫、自動進樣及數據處理裝置等,見圖二。
圖二 HPLC流程圖
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高效液相色譜系統是構成液質聯用儀的重要組成部分,這部分可以參考有關液相色譜部分的具體內容。由于要與質譜聯用,其在流動相組成、色譜條件等方面與常規的液相色譜之間存在著一定的不同。在液質聯用過程中,為了加快樣品的分析過程,在液相上通常采用了梯度程序洗脫過程,通常的液質聯用中配置了二元泵或四元泵系統。
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色譜柱是實現樣品分離的重要部件,在液質聯用中根據使用方法、離子源的種類等的不同所選擇的色譜柱也有一定的區別。對于分析型的液相色譜而言如果質譜選擇了ESI離子源,建議使用內徑小于4.6 mm的微徑柱,如果質譜選擇了大氣壓化學電離源(APCI),建議使用內徑為4.6 mm的色譜柱。
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二、質譜系統
液質聯用儀是實現樣品液相分離并檢測過程的儀器,無論液質聯用儀的類型如何變化,構成質譜系統的5個基本組成部分皆是相同的,它們是接口、電離源、真空系統、檢測系統及數據處理系統。
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電離源是將引入的樣品轉化為正或負離子,并使之加速,聚焦為離子束的裝置。電離樣品分子所需要的能量隨分子類型的不同而變化,因此,應根據分子的類型選擇與之適配的電離源。
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根據樣品離子化方式和電離源能量高低,通常可將電離源分為:
(1)硬源:離子化能量高,伴有化學鍵的斷裂,譜圖復雜,可得到分子官能團的信息,如電子轟擊,快原子轟擊。
(2)軟源:離子化能量低,產生的碎片少,譜圖簡單,可得到分子量信息,如化學電離源(CI),電噴霧電離源(ESI),大氣壓化學(APCI)電離源。
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質譜儀中所有部分均要處于高度真空的條件下(10-4 Pa -10-6 Pa),其作用是減少離子碰撞損失。真空度過低,將會引起:大量氧會燒壞離子源燈絲;引起其它分子離子反應,使質譜圖復雜化;干擾離子源正常調節;用作加速離子的幾千伏高壓會引起放電。
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液相色譜-質譜聯用質量分析器的作用就是將不同離子碎片按質荷比m/z分開,將相同m/z的離子聚集在一起,組成質譜。質量分析器類型:磁分析器、飛行時間、四極桿、離子捕獲等。
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技術原理