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新一代混合线性离子阱质谱仪 质谱仪技术指标

时间:2020-07-30    来源:仪多多仪器网    作者:仪多多商城     
质谱分析手段在过去的十年中飞速发展,目前这种分析手段的应用几乎遍及每个角落。尤其是在生命科学领域中,质谱分析已经成为蛋白质以及小分子应用中必不可少的一种分析手段。

从技术的角度来说,大部分的质谱仪都无法获得所需要的所有信息,因此必须同时应用两种或更多的检测手段来达到最大的灵敏度和生产能力。例如四极和离子阱分析都是如此。对于某些应用来说,由于产物离子的灵敏性通常情况下不是很强,因此想要通过三倍的四极矩设备来获得高质量的谱图是非常困难的。这种灵敏性上的欠缺可以通过QqTOF技术来克服,这种技术能够提供附加的质谱信息,但是真实的前体和中性损失扫描实验以及可信赖的定量分析就很难实现了。尽管离子阱质谱仪(MS)可以实现多次敏感的质谱(MSn)实验,从而弄清楚反应机理,简化光谱的干扰。但是前面的问题对于三维离子阱技术来说同样无法避免。尽管如此,三维离子阱很容易发生过载现象(空间充电效应),这种现象可能导致质量漂移,分解损失以及光谱和校准曲线的非线性。因此,三维离子阱不适用于较大量的分析。所有这些在第一代混合线性离子阱/三倍四极质谱仪开发出以后都得到了改变,来自Applied Biosystems 和MDS SCIEX公司的Q TRAP LC/MS/MS系统,是在API 2000 LC/MS/MS平台的基础上开发出来的,产品已经投放市场,马上受到蛋白质以及药物开发质谱仪领域的广泛欢迎。


API 2000液相色谱质谱联用仪

这套设备比传统的三维离子阱质谱仪在技术上有着更多的优势,由于线性离子阱对离子的储存能力比传统的设备高出大约45倍,因此对于空间充电效应不是很敏感。同时,由于有了增强产物离子(EPI)检测系统,分子量较低的部分不会被忽略,由传统的多重反应调节(MRM)达到的灵敏度现在可以通过EPI扫描达到。由于在同一台设备上可以同时达到高灵敏性的数量和质量上的统一使得下面的工作成为可能:a)将原来必须在两台不同的质谱技术平台上进行的实验结合起来;b)轻而易举地获得原来不太容易得到的数据。


4000 Q TRAP LC/MS/MS

4000 Q TRAP LC/MS/MS系统的开发成功将这项技术更进了一步,对原有产品的数量要求不变,而根据应用领域的不同,灵敏度又提高了10~50倍,这套设备可以提供快速、自动化的、定性和定量的分析,应用的领域遍及制药、食品、环境、临床研究、法医学、毒物学以及代谢工业。系统的检测质量范围也更宽(质荷比达到2800),这使系统能够胜任移动修正之后(PTMs)的自动分析以及蛋白质认证和肽键的定量检测等工作。4000 Q TRAP系统有4种不同的离子源可供选择:TurboV离子源;DuoSpray离子源,这是TurboIonSpray和APCI在同一个离子源的结合,可以在两种离子化技术中实现快速切换(100ms);用于大气压光离子化的Photospray源以及用于生产线上和线下肽键和蛋白质分析的Nanospray源。同时还配有几种附加的软件包可供选择,例如用于自动检定和代谢特性检测的Metabolite ID,生物分析软件和用于蛋白质应用的ProID软件。

质谱仪在法庭毒物学中的应用

这套设备的威力可以从它在法庭毒物学的常规检查中的应用中体现出来,法庭毒物学的检查主要的目标如下:

■ 从血液、尿液以及唾液样品中检验和测定常规和非常规的药物含量
■ 在相同的色谱分离的同时获得药物成分的重要的结构信息,作为进一步确定的证据
■ 对检测到的任何药物分析可能相关的提取物并给出积极的证据

在过去,这种类型的分析通常在MRM模式的三倍四极设备上进行,对选定的大量目标化合物进行分析。同时,为了获得结构方面的信息,还需要应用三维离子阱设备,因为这套设备检测的灵敏性同时具有MS3的能力。尽管如此,有了4000 Q TRAP系统以后,所有的信息都可以通过这一套系统,在一次检测过程中完成。检测过程由信息独立获取(IDA)软件包控制,这套软件包已经集成到Analyst1.4软件中。IDA软件将扫描的曲线信息和工艺的选择联系起来,能够充分发挥离子以及中性损失等特殊检测的优势,并扩大数据采集范围。图2就是IDA软件处理的在LC分析完整周期过程中的多级实验,在所有IDA离子选择的标准中,特殊的质量和保留时间(SMART)过滤器可以应用在感兴趣的离子的包含和排除中。当需要MS/MS确认时,可以在具有相同原子量的情况下或者快速特殊分析中提供给用户最大的灵活性。可以加入增强的轰击分离作为进一步确定的扫描,这样可以得到更高精确度的质谱信息。这种信息对于检测后的应用(前体和中性损失)带有1~5个电荷的离子测定和同位素比例测量尤其有效,因为这种情况下的普通检测通常很难得到有用的信息。由于4000 Q TRAP系统具有搜集三维质谱数据的能力,回路中有了两级附属物。由于有了LINAC碰撞单元,系统同样可以进行多重MRM转换,这样就可以对大量的化合物进行同时检测而不会损失灵敏度。在下面的例子中(见图2和图3),一份尿液样品中被检测出有九种常规的镇静剂。5分钟的液相色谱(LC)梯度检测以500μl/min的速度运行,9种镇静剂都被显示出来,对每一种都采用MRM转移。当在特定的MRM转移过程中检测到信号时,软件就会自动获取增强的产物离子MS/MS质谱信息,能够提供每种镇静剂的结构信息。通过在一套系统中进行实验以及采用类似IDA的自动化软件工具在一次LC运行中进行分析,成功地压缩了样品分析时间,不同的质谱分析平台也不需要改变LC运行的条件。

与此类似,成功地将灵敏的三倍四极矩和离子阱检测结合到一次分析中在对后移动修正(PTM)进行认证和排序时有一定优势,尤其是在磷酸化作用中更是如此。对于磷酸化作用的分析,能够检测到一个质荷比为79的负离子碎片,代表了从含磷的肽键中脱离了一个单独的磷酸分子。这种前体离子扫描在自动化IDA中用于综合检测。在前体扫描中存在的离子随后自动在带有增强的分解扫描的正离子中自动分析,然后,采用高灵敏度的MS/MS扫描分析来确定含磷的肽键以及磷酸化的位置。Pro ID软件用于检测蛋白质的形成来了解每个肽键以及确定肽键调整的位置。

4000 Q TRAP系统提供了一台能够同时满足灵敏性,数量和质量要求的设备。

该设备能够提供了卓越的质量性能以及灵敏性和定量所需的较宽的动力学范围。配套的应用软件非常强大,并且易于操作,可以保证二十四小时连续高强度的工作,由于实现了完全自动化生产,这套设备也大大地提高了生产效率。

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作者系质谱小分子,制药和临床研究部门的市场经理,Applied Biosystems,2910 AHNiruwerkerk a/d ljisse,荷兰
  1913年J.J.Thomson制成台质谱仪,用其发现了20Ne,22Ne同位素。1919年台质谱仪是英国科学家弗朗西斯·阿斯顿于1919年制成的。阿斯顿用这台装置发现了多种元素同位素,研究了53个非放射性元素,发现了天然存在的287种核素中的212种,次证明原子质量亏损。他为此荣获1922年诺贝尔化学奖。
 
  早期的质谱仪主要是用来进行同位素测定和无机元素分析,二十世纪四十年代以后开始用于有机物分析,六十年代出现了气相色谱-质谱联用仪,使质谱仪的应用领域大大扩展,开始成为有机物分析的重要仪器。计算机的应用又使质谱分析法发生了奔腾变化,使其技术更加成熟,使用更加方便。
 
  八十年代以后又出现了一些新的质谱技术,如快原子轰击电离子源,基质辅助激光解吸电离源,电喷雾电离源,大气压化学电离源,以及随之而来的比较成熟的液相色谱-质谱联用仪,感应耦合等离子体质谱仪,富立叶变换质谱仪等。这些新的电离技术和新的质谱仪使质谱分析又取得了长足进展。目前质谱分析法已广泛地应用于化学、化工、材料、环境、地质、能源、药物、刑侦、生命科学、运动医学等各个领域。
 
  四极杆质谱仪,QMS
 
  QMS是常见的质谱仪器,定量能力突出,在GC-MS中QMS占绝大多数。
 
  优点:结构简单、成本低;维护简单;SIM功能的定量能力强;是多数检测标准中采用的仪器设备。
 
  缺点:无串极能力,定性能力不足;分辨力较低(单位分辨),存在同位素和其他m/z近似的离子干扰;速度慢;质量上限低(小于1200u)。
 
  飞行时间质谱仪,TOFMS
 
  TOFMS是速度快的质谱仪,适合于LC-MS方面的应用。
 
  优点:分辨能力好,有助于定性和m/z近似离子的区别,能够很好的检测ESI电喷雾离子源产生多电荷离子;速度快,每秒2~100张高分辨全扫描(如50~2000u)谱图,适合于快速LC系统(如UPLC);质量上限高(6000~10000u)。
 
  缺点:无串极功能,限制了进一步的定性能力;售价高于QMS;较精密,需要认真维护。
 
  三重四极杆质谱仪,QqQ
 
  QqQ质谱给四极杆质谱仪在保留QMS原有定量能力强的特点上,提供了串级功能,加强了质谱的定性能力,检测标准中常作为QMS的确认检测手段。
 
  优点:有串极功能,定性能力强;定量能力非常好,MRM信噪比高于QMS的SIM;是常用的QMS结果确认仪器;除一般子离子扫描功能外,QQQ还具有SRM、MRM、母离子扫描、中性丢失(Neutral loss)等功能(离子阱不行)对特征基团的结构研究有很大帮助。
 
  缺点:分辨力不足,容易受m/z近似的离子干扰;售价较高;需要认真维护。
 
  四极离子阱,QTrap
 
  技术上而言,在传统QQQ的四极杆中加入了辅助射频,可以做选择性激发。就功能而言,为QQQ提供了多级串级的功能
 
  优点:同时具备MRM、SRM、中性丢失和多级串级功能,非常适合于未知样品的结构解析。
 
  缺点:分辨力还是低了点。
 
  线性离子阱,Linear Ion Trap
 
  传统3D离子阱的增强版本
 
  优点:相对于传统3D离子阱,灵敏度高10倍以上;多级串级质谱。
 
  缺点:相对于QqQ,还是不能做MRM、中性丢失等特征基团筛选功能。
 
  线型离子阱和三维离子阱的比较
 
  这个比较可能是很少有的一边倒的场面——线型离子阱的灵敏度、分辨力、速度、通量等指标均优于传统的3D离子阱。
 
  自从2003年Finnigan公司推出了LTQ线型离子阱之后,一时间众多厂家的3D离子阱销量下降很多。3D离子阱的市场被线型离子阱蚕食的非常严重,特别是在中国质谱市场,由于用户爱追新潮、求大求好,线型离子阱在中国卖的很好。以至于在很多时候Bruker和Agilent的离子阱广告都看不见了。但是实际上线型离子阱在国外并不是非常流行,特别是一些离子阱的老用户,由于已经习惯了离子阱的指标,对于价钱高很多的线型离子阱往往只叫好不出手,宁可买只要3/5价钱的LCQ这种老式3D离子阱。
 
  四极杆飞行时间串联质谱,QTOF
 
  QTOF以QMS作为质量过滤器,以TOFMS作为质量分析器。
 
  优点:能够提供高分辨谱图;定性能力好于QqQ;速度快,适合于生命科学的大分子量复杂样品分析。
 
  缺点:成本高;需要仔细维护。
 
  离子阱-飞行时间质谱,Trap TOF
 
  以3D离子阱作为质量选择器和反应器,结合了离子阱的多级质谱能力和飞行时间质谱的高分辨能力
 
  优点:同时具有多级串级和高分辨能力,适合于未知样品的定性工作,如糖蛋白的定性。
 
  缺点:由于离子阱容量限制,对于混合样品的灵敏度欠佳;定量能力弱。
 
  磁质谱,Sector MS
 
  磁质谱的定量能力是各种质谱中强的。现在已较少使用,仅用于地质元素和痕量二恶英的检测。
 
  优点:技术经典、成熟,NIST等MS库采用的仪器;分辨力非常好(100k,m/&Delta m FWHM),干扰少;灵敏度高,定量能力是各种质谱中好的。
 
  缺点:体积、重量大;售价很高;速度慢;维护复杂,很费电。
 
  傅立叶变换质谱仪,FT-ICR-MS
 
  质谱中的贵族,质量精度超级好,几个月都不需要校正,但是价格也是贵的让人心寒啊。傅立叶变换质谱仪的分辨能力高,常作为科学研究的装备。
 
  优点:能够做多级串级,定性能力极好;分辨力极高;灵敏度很好。
 
  缺点:体积重量大;售价极高;速度也较慢;维护费用非常昂贵。
 
  静电场傅立叶变换质谱,Orbitrap
 
  优点:高分辨,60k~120kFWHM,质量精度高;相对FT-ICR而言,价格稍低(~450kUSD)。
 
  缺点:不能单独做串级;分辨力、灵敏度、质量稳定性等离FT-ICR还有距离。
 
  Orbitrap和FT-ICR-MS的技术比较:Orbitrap与原有的“超导磁铁傅立叶变换离子回旋共振质谱”(SCFT-ICR-MS,常说的FTMS)有类似的地方也有许多不同。Orbitrap相当于一台轻量级FTMS,它的维护简单,相当于TOF;指标方面略逊于FTMS,但是比一般质谱要好。Orbitrap的分辨力比FTMS低。两种质谱的采样速度相当,但比TOF和四极杆、离子阱慢的多。Orbitrap和FTMS都可以通过减少采样时间来提高速度,但这是以牺牲分辨力为代价的。
等离子体质谱仪的那些特点

    等离子体质谱仪是专门用来检测食品中的金属元素。工作人员称,只要把水样装在试管里,开动仪器后,通过一根很细的检测刷插入到试管中,然后再输送到工作台中,铅、砷、铬、汞等重金属的含量很快就会在电脑系统上显示出来。

    两大软件助手功能实现智能化快速分析

    创建分析方法只需要选择测定的目标元素,之后使用一个代表性的样品进行定性分析,方法开发助手自动选择更佳的质量数、自动推荐内标元素及质量数,并自动给出校正曲线样品的浓度范围。

 

    诊断助手基于测定的所有质量数数据自动诊断干扰,以确定出现的问题。

    高稳定性、优异的灵敏度和低干扰

    碰撞池技术使干扰降至更低,从而实现了高灵敏度,进样系统和离子传输界面维护简单,保证稳定性。另外,系统支持联用技术LC-ICPMS。

    等离子体质谱仪样品要求:

    1.溶液中溶解的总固体量<0.4%,即4000ppm(mg/L)。

    2.溶液中有机物的含量不能太高,否则会引起严重的基体效应和有机物燃烧后的碳粒沉积并堵塞锥口,导致灵敏度和稳定性下降。

    3.溶液中待测元素的浓度不能太高。元素的计数一般小于5000000cps,否则要进行稀释。一般要求固体样品中元素含量≤0.01%,液体样品≤1ppm。ICP-MS分析主要以微量和痕量分析为主,并非万能。

    4.溶液中应保持一定的酸度,以防止金属元素水解后产生沉淀。一般以一定浓度(1%~5%)的HNO3为介质。

    5.溶液中尽量不含高沸点的H2SO4和H3PO4介质,以免损坏锥口,避免S、P带来的多原子离子干扰。

    6.溶液中不含HF,否则会损坏石英玻璃材料的雾化器和雾室以及锥口,若使用HF则必须通过加热等手段将HF酸赶尽。

    7.样品必须消解彻底,不能有混浊,经0.45μm或0.22μm微孔滤膜过滤或离心后取上清液进行测试。

    等离子体质谱仪主要特点如下:

    仪器运行成本降低70%

    由于采用了Mini炬管和Eco模式,ICPMS-2030运行成本降至业界较低。专有的Mini炬管的耗气量只是标准炬管的约三分之二。待机状态时,高频输出被切换到Eco模式,启动样品分析后可立即切换到分析模式。

    普氩即可稳定运行,不需要使用高纯氩气。使用三年普氩,可节省数十万元的成本。

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