液质联用系统
基础知识

从常规分析到药物发现，LC/MS 均可胜任

质谱能够解答两大主要问题：“我的样品中有什么？”以及“我的样品中有多少？”根据所需的选择性和灵敏度不同，可能需要使用不同类型的液质联用系统。

单四极杆

单四极杆液质联用系统

简便易用的高选择性单四极杆液质联用系统是常规定量和质量控制应用的理想选择。使用质谱检测作为传统液相色谱检测器的替代或补充具有多个优势。单四极杆液质联用系统比紫外检测更灵敏。它可以根据质荷比进行区分，并且可以连接至其他分离技术，如超临界流体色谱 (SFC)、毛细管电泳 (CE) 和离子色谱 (IC)。

质谱仪可以在 SIM 或扫描模式下运行。这两种模式各自的优点如下。

选择离子监测模式 (SIM)

在 SIM 模式下，质谱参数设置为监测几种特定的质荷比 (m/z)。这种特异性使检测器能够花费更多时间对每个目标 m/z 值进行采样，从而显著提高灵敏度。此外，数据点之间的分析周期通常短于扫描模式，通过最佳峰形分析提高了定量精密度和准确度。

由于必须预先设置要采样的 m/z 值，因此 SIM 最常用于靶向分析。对于包含多种目标化合物的分析，可以对 SIM 离子采样选择进行时间编程，以匹配化合物洗脱时间窗口。

SIM 很少用于定性分析，因为不采集除采样的那些 m/z 值以外的数据。

扫描模式

在扫描模式下，仪器在短时间内（即 2 s）检测质量数范围（即 50–2000 m/z）内的信号。在此扫描期间，MS 依次读取在较窄质量间隔内检测到的信号，直至覆盖整个质量数范围。存储的谱图表示在整个质量数范围内检测到的信号。由于记录全质谱图，因此扫描模式通常用于定性分析，或者在事先不清楚所有分析物质量数时用于定量分析。

样品可通过注入或通过 HPLC 引入 MS 中。使用 HPLC 时，重要的是匹配峰宽和分析周期，具体取决于扫描范围。为了获得正确的峰定义，峰越窄，则总分析周期必须越短。为实现较短的总分析周期，您可能需要缩小扫描范围。

三重四极杆

三重四极杆液质联用系统

对于靶向高灵敏度分析，三重四极杆液质联用系统是首选技术。它也被称为串联四极杆液质联用系统（或 LC/MS/MS、LC/TQ 或 LC/QQQ）。

其高灵敏度的关键在于能够用一个四极杆 (Q1) 分离离子，在碰撞池中将其碎片化，然后在串联四极杆 (Q2) 中分离出其中一种碎片离子。这种技术被称为 MS/MS，它在保留目标离子的同时大大降低了化学噪音。

多反应监测 (MRM) 是所用的主要 MS/MS 模式。它对特定目标化合物具有高选择性和灵敏度，因此可用于复杂基质中的目标物定量。其工作原理如下：

MRM 模式

母离子选择：在 MRM 中，首先设置第一个四极杆来过滤目标离子（母离子）。母离子穿过第一个四极杆，与选择离子监测 (SIM) 实验类似。
碰撞诱导解离 (CID)：当母离子进入碰撞室时，施加能量并与惰性气体分子发生碰撞。这个过程称为碰撞诱导解离 (CID)，可重现地生成更多离子碎片，称为子离子。
子离子分离：第二个四极杆的参数设置为仅允许特定子离子通过到达检测器。这个多步骤过程称为 MRM 离子对，它对目标分析物具有高选择性。通常，在色谱图中测量丰度最高的 MRM 离子对以进行定量，并将其称为定量离子或目标离子对。
添加定性离子对：为了增强方法的可信度并确保信号来自预期目标物，您可以添加更多针对特定分析物的 MRM 离子对。这些额外的离子对称为定性离子对。除定量离子对以外，通常使用一至三个定性离子对。
利用软件工具实现自动化：开发 MRM 方法可能比开发 SIM 或扫描方法更复杂。但 MassHunter Optimizer 等软件工具能够在安捷伦 LC/MS/MS 仪器上自动完成该过程。

飞行时间质谱

飞行时间高分辨率质谱

液相色谱/四极杆飞行时间质谱 (LC/Q-TOF) 具有出色的分辨能力和质量数准确度，与 LC/MS 和 LC/MS/MS 所记录的单位质谱测量结果有所不同。LC/Q-TOF 仪器提供丰富的信息，可用于化合物鉴定。

LC/Q-TOF 分辨率可生成精确到小数点后至少 4 位的精确质量信息数据。这种精密度很重要，因为原子的质量数或化合物的分子量并非整数（有时在简化描述中会表示为整数）。例如，氧的精确质量数为 15.9949 原子质量单位 (amu)，而不是 16 amu。

实测质量数与理论质量数之间的典型误差在 1–5 ppm 范围内，能够区分质量数非常相似的物质。

与高分辨率视频类似，高分辨率精确质谱 (HRAM) 能够捕获或定义可能显得模糊或与低分辨率 LC/MS 和 LC/MS/MS 合并的质谱细节。

飞行时间 (TOF) 分析仪

在飞行时间 (TOF) 质量分析仪中，将均匀的电磁力同时施加至所有离子，使它们加速穿过飞行管。

较轻的离子移动速度较快，最先到达检测器。离子的质荷比 (m/z) 由其到达时间决定。

飞行时间 (TOF) 质量分析仪能够分析宽质量数范围内的离子，并以极高的精密度测量到达时间，从而实现高分辨率。

全扫描模式

全扫描模式，也称为总离子传输 (TTI) 或总离子色谱 (TIC)，通常用于 LC/Q-TOF 系统中。该系统无需四极杆分离即可运行，允许所有母离子穿过飞行管并到达检测器。由于所有信息均得到捕获，因此该模式对于回顾性分析尤为有用。

LC/Q-TOF 系统还可以在半靶向或全靶向模式下运行，通过使用四极杆和碰撞池进行 MS/MS 实验来提高选择性。此外，它们还为常规定量分析提供了可靠的测量。

LC/MS 离子源

几乎所有 LC/MS 离子源的工作原理都是将带电物质加合到中性分子上。这种电离形式与 GC/MS 的不同之处在于分子本身不会失去电子。但是，它可以获得加合物，通常是 H+ 质子（对于正离子），或者失去质子（对于负离子）。因此，LC/MS 可以在不使样品分析物降解的情况下生成离子，从而能够检测分析物的完整质量数。这一过程也称为软电离。

分析物极性和分子量决定了离子源。电喷雾电离 (ESI) 可用于分析携带多电荷的样品（如蛋白质、多肽和寡核苷酸）。它还可以分析携带单电荷的样品（如小分子药物、农药和代谢物）。大气压化学电离 (APCI) 适用于各种具有中等分子量的极性和非极性分析物。

电喷雾电离喷射流大气压化学电离多模式离子源

温和地电离大、小极性分子

借助电喷雾电离 (ESI)，雾化器可用于从溶剂流中形成细粒子气溶胶喷雾，并在含有分析物分子的液滴上诱导电荷。加热干燥气包裹气溶胶喷雾，帮助蒸发溶剂（脱附）。快速蒸发的液滴与升高的净电荷相结合，引起“库伦爆炸”，导致单个分析物离子与加合物配对（例如 [M + H]⁺，一种质子化分子）。这些离子穿过毛细管采样孔进入质量分析仪中。ESI 具有生成多电荷离子的增强能力，可以检测非常大的分子 (> 150 kDa)。它是极性分析物的理想选择。

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大幅提高对多种样品类型的灵敏度

安捷伦喷射流高灵敏度离子源 (AJS) 是一项基于电喷雾电离的专有技术。它使用超热氮气来改善液滴去溶剂效果和离子生成，从而获得更强的信号并降低噪音。此外，它为大多数分析物提供了更高的灵敏度，且响应达到标准 ESI 的五倍或甚至更高。

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可靠地分析不适合电喷雾的化合物

大气压化学电离 (APCI) 的工作原理是将液相色谱洗脱物喷入大气压下的加热挥发装置（通常为 250–400 °C）中。所得气相溶剂分子被电晕针所释放的电子电离。然后，溶剂离子通过化学反应将电荷转移到分析物分子（化学电离）。这些分析物离子穿过毛细管采样孔进入质量分析仪中。APCI 适用于各种极性和非极性分子。与电喷雾相比，它不太适合分析可能热不稳定的生物大分子。

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不需再在信息量与通量之间妥协

安捷伦多模式离子源 (MMI) 是一种突破性的 LC/MS 技术，将 ESI 和 APCI 融入单一离子源中。它本质上用作 ESI 源，喷入电晕放电针，可产生化学电离物质。性能可能略低于任一单独的离子源，但它使非极性和极性分析物通过单一离子源得到电离，而无需更换或停机。MMI 可在仅 ESI、仅 APCI 或混合模式下运行，功能极其多样。

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