三重四极杆液质联用仪基础知识和食品安全中的应用.ppt

三重四极杆液质联用仪基三重四极杆液质联用仪基础知识和食品安全中的应础知识和食品安全中的应用用液相色谱质谱联用内容第一部分 LCMSMS质谱基础知识第二部分 使用和维护第三部分 应用实例 第一部分 质 谱 基 础质谱仪的组成部分真空系统（分子涡轮泵和机械泵）真空系统（分子涡轮泵和机械泵）检测器检测器数据处理数据处理系统系统质量质量分析器分析器离子化离子化方式方式大气压QuadropoleIon Trap TOFMagneticFT-ICRObitrap进样系统进样系统 打拿级电子倍增器电喷雾离子化 ESI大气压化学离子化APCI大气压光离子化 APPI离子化接口液质联用的主要困难HPLCMS高压液相操作要求高真空液体进入离子源转变为大量气体只允许有限的气体进入离子传输系统常常使用无机盐缓冲盐需采用挥发性缓冲盐分子状态离子状态离子源（API大气压电离技术）离子源作用：1.将导入质谱仪系统的样品去溶剂化2.将离子源处的大气压与质谱仪系统一级真空阻隔开3.被分析物离子化或将溶剂中的离子转化成气相4.去除中性物质和带反极性电荷离子，否则会对分析 产生干扰离子源类型：1.电喷雾电离（ESI）2.大气压化学电离（APCI）3.大气压光电电离（APPI）离子化方式离子化方式硬电离Soft碎片信息APIEICIAPI（大气压离子化）软电离无或很少碎片信息电喷雾电离(ESI)基本原理离子传输毛细管 ESI 针+/-3kV喷雾口 溶剂挥发离子脱溶剂化 大气压液滴小液滴离子簇和不同离子族离子Ray Limit10cm2/V第一步：离子的产生待测物质在溶液中的状态（溶液化学）B+RCOOHBH+RCOO-HA+NH3A-+NH4有机碱有机酸第二步：雾化第三步：去溶剂化第四步:离子从溶剂的解吸附（气相离子的产生）为了把 ESI 灵敏度最大化，使用挥发性的缓冲液，不形成离子对。电荷密度10(8)V/cmAuxiliary Gas辅助气Sheath GasSheath Gas鞘鞘气气喷雾束5kVESI 喷嘴横截面喷嘴喷针ESI大气压化学电离(APCI)通过电晕放电离子化 大气压化学电离有三个过程 1.在放电电极电晕放电作用下，氮气载气和气化的液相色谱溶剂发生反应，产生预反应离子。O2+e-O2+.+2e-N2+e-N2+.+2e-2.通过一系列复杂反应，预反应离子与溶剂分子反应形成溶剂离子 H3O+和CH3OH+3.溶剂离子与被分析物分子反应，在正电离模式下，形成正的分子离子；在负的电离模式下，形成负的分子离子 H3O+Analyte (Analyte+H)+H2O OH-+Analyte (Analyte H)-+H2O 2004 Dr.Paul Gates,University of Bristol分析物M和溶剂挥发样品导入针鞘气通气管喷雾气体溶剂化加热锁电晕针放电区碰撞区进入质量分析器电晕放电区放大图电晕放电针高压大气压化学电离(APCI)APCI 探针离子传输毛细管APCI探针电晕针离子传输毛细管离子源接口大气压光电离(APPI)通过APCI探头去溶剂化、气化 借助紫外光灯源离子化 电离过程分两步：1.被分析物质与紫外光源发生相互作用（氪灯发射10.0到10.6电子伏特的光子）。如果被分析物质的电离势能（IP）小于光子能量，那么被分析物质被电离成分子离子 M+hv M+e-2.如果在质子溶剂介质中，分子离子会接受质子而形成M+H+离子 M+S M+H+S-HPAHs APPI 质谱图 离子源选择(需要考虑的化学因素)ESI(H-ESI):离子在液态中形成(Ions formed by solution chemistry?)对热不稳定化合物首选(Good for thermally labile analytes)对极性或半极性化合物首选(Good for polar/semi-polar analytes)可形成多电荷离子分析蛋白质、多肽等大分子物质（Good for large molecules(proteins/peptides)APCI/APPI:离子从气态中形成（Ions formed by gas phase chemistry）对易挥发、热稳定的化合物首选（Good for volatile/thermally stable）对弱极性或半极性化合物首选 （Good for non-polar/semi-polar）只可形成单电荷离子，可分析小分子化合物（Good for small molecules(steroids)APPI对化学结构中有共轭双键的化合物分析有利（Good for ions containing a chromophore(APPI)大气压下离子化适用范围103ESI-1(high polar)Non polarHigh polarMiddle polar分子量104105APPIAPCI(low middle polar)ESI-2(multi iongeneration)质量分析器类型四级杆质量分析器(Quadrupole Mass Analyser)离子阱质量分析器(Ion Trap Mass Analyser,IT)飞行时间质量分析器(Time Of Flight Mass Analyser,TOF)傅立叶变换离子回旋共振质量分析器(Fourier Transform Ion Cyclotron Resonance，FT-ICR)静电场轨道阱质量分析器（Orbitrap）四极杆分析器qz=-qz=2eV mr2w2az=-az=4eU mr2w2+/-(U+Vocoswt)-/+(U+Vocoswt)离子束谐振离子非谐振离子四级杆稳定区域APEX(0.706,0.23699)XZ-stableYZ-stableMathieu 方程Full Scan-不同质量离子的稳定区间Sample3_03#1408RT:14.70AV:1 NL:3.33E7F:+c Full ms 30.00-1000.001002003004005006007008009001000m/z05101520253035404550556065707580859095100Relative Abundance69832523503385536818817538623914520612510995219265387295010020030040050060070080090001000200030004000500060007000RFDCm/z 100m/z 500m/z 1000RF,DC Scan Line四极杆扫描模式SCAN模式假设周期0.1s，则扫描速率为5000 amu/sSIM模式同时检测3个离子。假设周期0.3s，则花在每个离子上的时间分别是0.1s。四级杆质量分析器(Quadrupole Mass Analyser)理想的四极场为双曲线型，但加工的困难，往往用四根杆代替。Thermo获得专利的HyperQuad技术，实现真正的双曲线静电场四极质谱结构简单，价廉，体积小，易操作，无磁滞现象，扫描速度快，灵敏度高，适合于GC-MS,LC-MS。分辩率不高。Lecture 2.129串联质谱（QQQ）TSQ三重四极杆的仪器结构Ion Max离子源HESI-II/APCI吹扫挡锥可加热的金属离子传输管T-lens和Skimmer（Quantum系列）S-lens（Vantage)离子透镜组件Q0和Q00质量分析器Q1和Q3四极杆Q2碰撞池检测系统打拿极电子倍增器离子源离子透镜质量分析器检测系统信噪比改善，更丰富的结构信息 我们为什么做串联质谱信号噪声信造比分析的级数IntensityTSQ三重四极杆质谱的扫描模式扫描模式Q1Q2Q3目的全扫描扫描全部通过全部通过分子量信息选择离子扫描固定质荷比 m/z全部通过全部通过定量子离子扫描固定质荷比 m/z全部通过(+CE)扫描结构信息选择反应监测扫描固定质荷比 m/z全部通过(+CE)固定质荷比 m/z目标定量中性丢失扫描全部通过(+CE)扫描分析物筛选监测母离子扫描扫描全部通过(+CE)固定质荷比 m/z分析物筛选监测全扫描(Scan)Q1全扫描模式 Q1扫描仅用射频Q3仅用射频选择离子扫描(SIM)目的:对特定离子进行扫描（定量）Q1设定仅用射频Q3仅用射频选择反应监测（SRM)目的：对子离子进行定量扫描 Q2 Q1 Set RF Only+Ar Q3 SetQ1 Q3 Transition二级子离子全扫描 目的：对特定母离子的碎片离子进行全扫描设定Q1射频和氩气Q3扫描母离子扫描(PS)目的：检测产生特定碎片离子的母离子Q1扫描射频氩气设定Q3中性丢失扫描（二级质谱扫描）目的：化合物种类识别，例如磷酸化类化合物Q1扫描射频氩气Q3扫描TSQ三重四极杆质谱的特点及应用领域食品安全环境监测临床法医毒物分析药物研发转换打拿极正离子（或负离子）被推向转换打拿极。因此,会抛射出成比例的反电荷的离子束，包括电子。转换打拿极固定工作电压-15 kV(正离子模式)+15 kV(负离子模式)电子倍增器二级粒子进入倍增管每个电子打到倍增管表面时会投射出更多电子该过程的层叠效应会在正极产生电荷电荷代表离子产生的信号数据系统的信号数据系统的信号加高电压阳极杯阴极 第二部分使用和维护 流速 柱内径 1.0 mL/min 4.6 mm 0.5 mL/min 3.0 mm 0.2 mL/min 2.1 mm 50 mL/min 1.0 mm色谱柱和流速的选择 长度 内径 粒径 流速 作用EASY-Column,2cm,ID100m,5m 3L/min 捕集柱EASY-Column,10cm,ID75m,3m 300nL/min 分析柱常规色谱柱微流和纳流色谱柱流动相添加剂 酸性物质l不推荐使用无机酸（会导致源腐蚀）l推荐使用甲酸和乙酸 碱性物质l不推荐使用金属碱性化合物（会导致源腐蚀）l 推荐使用铵及氨水。表面活性剂l 洗涤剂和其他表面活性剂会抑制离子化 三氟乙酸(TFA)l 可以提高色谱分辨率，但无论是正离子化还是负离子化模式，都会抑制离子化 三乙胺/三甲胺(TEA/TMA)l 在负离子化模式下，可以加强去质子化作用。Buffers 缓冲液l当使用非挥发缓冲液，应该使用吹扫挡锥l如果可能，尽量避免使用非挥发液相色谱添加物质，例如：碱金属磷酸盐 硼酸盐 柠檬酸盐l如果使用缓冲盐，应该经常清洗离子传输管和Q00。供质子体质子受体 改善色谱分离离子对试剂缓冲溶液 液质联用添加剂与缓冲液总结Acetic Acid(0.1%,v/v)Formic Acid(0.1%,v/v)Ammonium HydroxideAmmonia SolutionsTrichloroacetic Acid(0.02%v/v)Trifluoroacetic Acid(0.02%v/v)Triethylamine(0.02%v/v)Trimethlyamine(0.02%v/v)Ammonium Acetate(10 mM)Ammonium Formate(99%)氮气 气体压力：690 140 kPa(100 20 psi),0.40.6 MPa氩气:Ultra-high purity(99.995%)，氩气超高纯(99.995%)气体压力：135 70 kPa(20 10 psi),99.995%)压力Gas pressure:135 70 kPa(20 10 psi),0.15 Mpa2.检查离子规压力，确认真空系统处于可操作状态，小于610-6 Torr 3.移走离子传输毛细管入口上的保护垫或放电针，重新检查前级泵(1.0 2.0 Torr)，和离子规压力，确认真空系统在可操作条件。4.检查温度(46)和湿度(40 60%)；5.检查数据系统的磁盘空间 推荐维护日程1.冲洗样品管路和大气压电离探针（电喷雾和大气压化学电离）；2.设定系统在待机状态；3.清洗离子吹扫锥和离子传输毛细管；4.设定离子传输毛细管温度200 ;5.使用真空隔离垫或者放电针堵上离子传输毛细管口;6.废液瓶废液倒掉;每日维护-使用后维护使用后维护如何冲洗样品传输管路等？（ESI模式下）按以下步骤设定ESI 参数 1)设定喷雾电压为02)设定鞘气流速为303)设定辅助气流速为54)设定流动相为水和甲醇50：50，开启液相泵使流动相进入大气压电离源5)使流动相流过样品传输管路，以及大气压电离源15分钟6)15分钟后，关闭液相的流动相，保持五分钟7)5分钟之后，将质谱仪打到待机状态 推荐维护日程每日维护-使用后维护推荐维护日程如何清洗样品传输管线？（APCI模式下）按以下步骤设定APCI 参数：1)设定大气压化学电离源放电电流为0 2)设定鞘气流速为303)设定辅助气流速54)设定大气压化学电离汽化温度为500 5)设定液相流动相为水与甲醇50：50溶液，以500 l/min 的流速流入离子源 6)使流动相流入样品传输管路，大气压电离探针15分钟7)15分钟后，关闭流动相，保持五分钟 8)5分钟后，将质谱仪处于待机状态 每日维护-使用后维护推荐维护日程 每周维护：1)检查机械泵泵油水平线；2)如果必要，添加泵油；3)打开机械泵的排气阀，约半个小时；4)半个小时候，关闭排气阀；推荐维护日程每月维护：检查氩气罐压力，如果必要更换气瓶 1)检查TSQ是否需要校正 2)检查空气过滤器，如果必要应该清洗。3)如果泵每天运转24小时，每月有一天要检查：每三/六个月-更换机械泵油。附 仪器状态指示器在质谱仪前面板上的右上角装置有6个指示灯PowerVacuumCommunicationSystemScan绿色：供给真空系统和电子组件的电压灯黄色：涡轮分子泵转速在750 Hz，可以安全打开离子规。灯绿色：在分析器腔室内的压力在或低于810-6 Torr黄灯：建立一个通信连接绿灯：质谱和数据系统通信连接黄色：MS待机状态绿色：仪器开机闪烁兰光：质谱开机运行并扫描Syringe Pump绿色注射泵启动黄色泵达到行程尾端附 仪器状态指示器在转换/进样阀上的前面板安装另外两个指示灯LoadInjectDetectorWaste指示灯进样位置指示切换位置标签手动按钮转换/进样阀按钮和发光指示灯附 Power Panel电源板主电源开关电子服务器开关真空系统开关总电源输入前级泵电源重启按钮机械泵放空阀以太网第三部分 应用实例 Q0Q1双曲面四极杆Q3双曲面四极杆90度弯曲的Q2碰撞室离子源检测器TSQ三重四级杆质谱仪食品和饲料中霉菌毒素的检测LC&MS条件SRMH-ESIH-ESIH-SRM校准曲线 0.1-1000ppb黄曲霉毒素B1Enabling customers to make the world healthiercleanersafer谢 谢结束结束