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二手LC-MS液相色谱-质谱联用-电喷雾电离ESI技术
发表时间:2019/3/22 17:02:55  |  点击率:10419

    大气压离子化技术(API)是一类软离子化方式,它的出现,成功地解决了二手LC-MS液相色谱和质谱联用的接口问题,使二手LC-MS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APCI,3种电离方式同时可作为二手LC-MS的接口。

二手LC-MS液相色谱-质谱联用 - 电喷雾电离ESI
    ESI过程中大致可以分为液滴的形成,去溶剂化,气相离子的形成3个阶段。
液滴的形成和雾化:样品溶液通过雾化器进入喷雾室,这时雾化气体通过围绕喷雾针的同轴,套管进入喷雾室, 由于雾化气体强的剪切力及喷雾室上筛网电极与端板上的强电压( 2~6 kV) ,将样品溶液拉出,并将其碎裂成小液滴。随着小液滴的分散,由于静电引力的作用,一种极性的离子倾向于移到液滴表面,结果样品被载运并分散成带电荷的更微小液滴。如果有液滴进入真空系统时,会引起噪声,因此,雾化器要以“正交”的方式喷雾进入真空的入口,能避免这种影响。
去溶剂化和离子的形成:进入喷雾室内的液滴,由于加热的干燥气-氮气的逆流使溶剂不断蒸发,液滴的直径随之变小,并形成一个“突出”使表面电荷密度增加。当达到Rayleigh( 雷利) 极限时,电荷间的库仑排斥力足以抵消液滴表面张力时, 液滴发生爆裂,即库仑爆炸,产生了更细小的带电液滴。
气相离子的形成:随着溶剂的继续蒸发,重复这一过程, 当液滴表面的电场强达到108 V/ cm3 时,裸离子从液滴表面发射出来, 即转变为气体离子。
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。经二手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。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,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。

 
                                    

  二手LC-MS 液相色谱和质谱联用 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)。
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ESI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。

 二手LC-MS液相色谱和质谱联用 电喷雾电离ESI的特点:
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。
  电喷雾应用范围广,可分析的物质包括:合成有机化合物、药物及其代谢产物、天然产物、违禁药物、蛋白质、糖类、核苷酸与DNA、类脂、聚合物、无机物及金属有机化合物、富勒烯、表面活性剂甚至是自组装膜与胶束等。以电喷雾为电离源的二手质谱还可以兼容多种样品引入方式,如二手液相色谱、毛细管电泳、超临界色谱、凝胶色谱及更多的其他进样方式。随着技术进步和理论研究的深入,电喷雾技术将在化学、材料科学、新药研发以及生命科学领域等发挥更加重要的作用。   

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