液相色谱质谱联用技术在药品质 量控制中的其应用

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激光解吸源（Laser Description，LD）
� 激光解吸源是利用一定波长的脉冲式激光照射样 品使样品电离的一种电离方式。被分析的样品置 于涂有基质的样品靶上,激光照射到样品靶上,基 质分子吸收激光能量，与样品分子一起蒸发到气 相并使样品分子电离。
� 激光电离源需要有合适的基质才能得到较好的离 子产率。因此，这种电离源通常称为基质辅助激 光解吸电离(Matrix Assisted Laser Description Ionization, 简称MALDI)。
液相色谱质谱联用技术在药品质 量控制中的其应用
浙江省食品药品检验研究院 杨伟峰
2013年4月5日
质谱的发展历史
英国物理学家J.J.Thomson ——1906年诺贝尔物理学奖获得者
《正电荷射线及其在化学分析中的应用》，1913： “撰写本书的主要宗旨之一是希望他能启发其他科 学家，特别是化学家尝试采用这个方法（质谱 法）。我深信化学中存在的许多问题可以凭借这 个方法得以解决。这个方法有惊人的灵敏度—— 甚至比光谱法还要灵敏的多”
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质谱的历史
1906年 J.J Thomson在实验中发现带电荷离子在电磁 场中的运动轨迹与它的质荷比(m/z)有关,并于1912年制 造出第一台质谱仪.
1946年 发明飞行时间质量分析器(Time-of-flight
Analyzer)
1953-1958年 出现四极杆质量分析器(Quadrupole)
提供大量的有用信息。
什么是质谱仪?
� 质谱仪是按照离子的质荷比(m/z)不同,来分离不同分子 量的分子.测定分子量进行成分和结构分析.
� 离子的生成方式有失去或捕获电荷(如:电子发射,质子 化或去质子化)
� 主要组成部分: 1.进样部分 2.离子源 3.质量过滤器(分析器) 4.离子检测器
第一部分 质谱原理简介
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� 加到喷嘴上的电压可以是正，也可以是负。通 过调节极性，可以得到正或负离子的质谱。其 中值得一提的是电喷雾喷嘴的角度，如果喷嘴 正对取样孔，则取样孔易堵塞。因此，有的电 喷雾喷嘴设计成喷射方向与取样孔不在一条线 上，而错开一定角度。这样溶剂雾滴不会直接 喷到取样孔上，使取样孔比较干净，不易堵塞。 产生的离子靠电场的作用引入取样孔，进入分 析器。
� 以上两种电离源主要用于液相色谱-质谱联用仪。
大气压离子化技术
电喷雾(ESI)
大气压化学电离源(APCI)
ò 化合物无需具有挥发性 J 化和物需具有一定的挥发性
ò 是分析热不稳定化和物的 J 化和物必需是热稳定的
首选方法
J 离子在气态条件中生成
ò 离子在溶液中以已生成 J 只生成单电荷离子
ò 除了生成单电荷离子之外
质量分析器(Mass analyzer)
� 质量分析器的作用是将离子源产生的离 子按m/z顺序分开并排列成谱。用于有机 质谱仪的质量分析器有磁式双聚焦分析 器，四极杆分析器，离子阱分析器，飞 行时间分析器，回旋共振分析器等。
双聚焦分析器（double focusing analyzer）
� 双聚焦分析器是在单聚焦分析器的基础 上发展起来的。因此，首先简单介绍一 下单聚焦分析器。单聚焦分析器的主体 是处在磁场中的扁形真空腔体。离子进 入分析器后，由于磁场的作用，其运动 轨道发生偏转改作圆周运动。其运动轨 道半径R可由下式表示：
串联四级杆质谱原理
ESI APCI
Linear
飞行时间质量分析器(Time of flight analyzer)
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� ESI是近年来出现的一种新的电离方式。它主 要应用于液相色谱-质谱联用仪。它既作为液相 色谱和质谱仪之间的接口装置，同时又是电离 装置。它的主要部件是一个多层套管组成的电 喷雾喷咀。最内层是液相色谱流出物，外层是 喷射气，喷射气常采用大流量的氮气，其作用 是使喷出的液体容易分散成微滴。另外，在喷 嘴的斜前方还有一个补助气喷咀，补助气的作 用是使微滴的溶剂快速蒸发。
液质联用的大气压化学电离源(APCI)接口
锥孔
透镜
高能打拿极/ 电子倍增器
毛细管 八极杆 四极杆
+
+ +
+
++
+ + + + + + + ++
+
Corona needle
热氮气
碎片碰撞电压（CID）
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APCI电离原理
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� 它的结构与电喷雾源大致相同，不同之处在于 APCI喷咀的下游放置一个针状放电电极，通过 放电电极的高压放电，使空气中某些中性分子 电离，产生H3O+，N2+，O2+ 和O+ 等离子，溶 剂分子也会被电离，这些离子与分析物分子进 行离子-分子反应，使分析物分子离子化，这些 反应过程包括由质子转移和电荷交换产生正离 子，质子脱离和电子捕获产生负离子等。
� 大气压化学电离源主要用来分析中等极性的化 合物。有些分析物由于结构和极性方面的原 因，用ESI不能产生足够强的离子，可以采用 APCI方式增加离子产率，可以认为APCI是ESI 的补充。APCI主要产生的是单电荷离子，所以 分析的化合物分子量一般小于1000Da。用这 种电离源得到的质谱很少有碎片离子，主要是 准分子离子。
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� MALDI特别适合于飞行时间质谱仪(TOF), 组成MALDI-TOF。MALDI属于软电离技 术，它比较适合于分析生物大分子，如 肽、蛋白质、核酸等。得到的质谱主要 是分子离子，准分子离子。碎片离子和 多电荷离子较少。MALDI常用的基质有 2，5二羟基苯甲酸、芥子酸、烟酸、α氰基-4-羟基肉桂酸等。
� 1920年，Aston首先引入了“质谱”（mass spectrum）这一术语
� 1942年，才出现第一台商品质谱仪
� 相当长的时间用于同位素分析，二战时期美国用于原 子弹计划，分析235U和238U
� 有机质谱研究的真正兴起在50年代之后 � 60年代化学家认识到质谱在有机分子结构分析方面能
有机质谱仪分类：
� 液相色谱-四极杆质谱仪，液相色谱-离子阱质谱 仪，液相色谱-飞行时间质谱仪，以及各种各样的 液相色谱-质谱-质谱联用仪。
� 其他有机质谱仪，主要有：基质辅助激光解吸飞 行时间质谱仪（MALDI-TOFMS）；富立叶变换质 谱仪（FT-MS）
液相色谱-质谱
近年来，由于液相色谱-质谱(LC-MS)联用新技 术的不断出现，LC-MS已成为现代分析手段中必 不可少的组成部分。LC／MS的联用始于70年代， 90年代以来，由于大气压电离的成功应用以及质 谱本身的发展，液相色谱与质谱的联用，特别是 与串联质谱(MS/MS)的联用得到了极大的重视和 发展。
too small too big right
� 离子从离子源进入四极场后，在场的作 用下产生振动，如果质量为m，电荷为e 的离子从Z方向进入四极场，在电场作用 下其运动方程是：
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当离子的a, q值处于稳定三角形内部 时，这些离子振幅是有限的，因而可以 通过四极场达到检测器。在保持Vdc/Vrf 不变的情况下改变Vrf值，对应于一个 Vrf值，四极场只允许一种质荷比的离子 通过，其余离子则振幅不断增大，最后 碰到四极杆而被吸收。通过四极杆的离 子到达检测器被检测。
四极杆分析器(Quadrupole analyzer)
� 四极杆分析器由四根棒状电极组成。电 极材料是镀金陶瓷或钼合金。相对两根 电极间加有电压（Vdc+Vrf），另外两根 电极间加有-（Vdc+Vrf）。其中Vdc为直 流电压，Vrf为射频电压。四个棒状电极 形成一个四极电场。
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四级杆质谱原理
根据质量分析器分类
� 从质谱仪所用的质量分析器的不同，把 质谱仪分为双聚焦质谱仪，四极杆质谱 仪，飞行时间质谱仪，离子阱质谱仪， 傅立叶变换质谱仪等。
离子源（Ion source）
� 离子源的作用是将欲分析样品电离，得 到带有样品信息的离子。质谱仪的离子 源种类很多，现将主要的离子源介绍如 下。
还可以生成多电荷离子
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电喷雾(ESI)和大气压化学离子化(APCI)
ESI
APCI
ò 农药及残留化合物 ò 多肽及蛋白的分子量测定 ò 确定氨基酸序列 ò 多肽及蛋白的纯度分析 ò 单糖和多糖的结构分析 ò 中极性到高极性,包括离子化合物
的分析,如表面 ò 碱性药物 ò 小分子量样品 ò 类固醇, 雌激素 ò 单磺酸偶氮染料
� 改变Vrf值,可以使另外质荷比的离子顺序 通过四极场实现质量扫描。设置扫描范 围实际上是设置Vrf值的变化范围。当 Vrf值由一个值变化到另一个值时,检测器 检测到的离子就会从m1变化到m2，也 即得到m1到m2的质谱。
� Vrf的变化可以是连续的，也可以是跳跃 式的。所谓跳跃式扫描是只检测某些质 量的离子，故称为选择离子监测 （select ion monitoring SIM）。当样品 量很少，而且样品中特征离子已知时， 可以采用选择离子监测。这种扫描方式 灵敏度高，而且，通过选择适当的离子 使干扰组份不被采集，可以消除组分间 的干扰。SIM适合于定量分析，但因为 这种扫描方式得到的质谱不是全谱，因 此不能进行质谱库检索和定性分析。
电喷雾(ESI)的电离过程
带电液滴
+ +
+ -
+ -+
-+
--
+
+
++
溶剂蒸发
分析物离子
溶剂离子束
盐/离子对 中性化和物
Rayleigh Limit
Reached
-++---+-+++
++