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【质谱】液质联用&气质联用高手进阶,轻松解决各种问题!

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2020-01-02 09:04
来源:互联网
实验与分析
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  质谱具有很高的灵敏度和分辨率,在定性和定量方面有很有优势,所以现在配置质谱的实验室越来越多,质谱相对色谱来说,除了对环境的要求更高,操作和维护也更加繁琐,每个品牌不同系列的维护要求也不同,但质谱仪有些基本的维护操作,本文就总结下质谱仪日常需要做到的维护,基本适用大部分的液质联用仪。

  质谱仪工作环境

  质谱仪环境要求:

  ①周围无强烈震荡源及电磁感应装置;

  ②电源要求接地交流电;

  ③室温要求15~28℃;

  ④相对湿度要求20%~80%。

  可见使用过程中要特别注意室内温度和湿度的控制。一般没有外置飞行管的飞行时间质谱对环境的要求更严格,外部环境会直接影响质量轴的准确性。质谱仪采用两级抽气结构,前级为机械泵,后级为分子涡轮泵工作时先由前级泵,将真空腔内的压强降低几个数量级,再由后级泵降至工作所需压强。

  液质原理、分类、特点

  LC-MS原理概述

  液质联用以液相色谱作为分离系统,质谱为检测系统。样品在质谱部分和流动相分离,被离子化后, 经质谱的质量分析器将离子碎片按荷质比分开,经检测器得到质谱图。

  体现了色谱和质谱优势的互补,将色谱对复杂样品的高分离能力,与MS具有高选择性、高灵敏度及能够提供相对分子质量与结构信息的优点结合起来,在药物分析、食品分析和环境分析等许多领域得到了广泛的应用。

  常用的两大分类系统:

  一种是从质谱的离子源角度来划分,包括电喷雾离子源(ESI),大气压化学电离源(APCI),大气压光电离源(APPI)和基质辅助激光解吸电离源(MALDI)等。

  另一种是从质谱的质量分析器角度来划分,包括四极杆、离子阱、飞行时间(TOF)和傅立叶变换质谱等。ESI、APCI和APPI三种离子源大多与四极杆和离子阱质谱联用,是目前应用最广泛的几种液质联用仪。

  主要分析特点:

  LC-MS除了可以分析气质联用所不能分析的强极性、难挥发、热不稳定性的化合物之外,还具有以下几个方面的优点:

  分析范围广,MS几乎可以检测所有的化合物,比较容易地解决了分析热不稳定化合物的难题;

  分离能力强,即使被分析混合物在色谱上没有完全分离开,但通过MS的特征离子质量色谱图也能分别给出它们各自的色谱图来进行定性定量;

  定性分析结果可靠,可以同时给出每一个组分的分子量和丰富的结构信息;

  检测限低,MS具备高灵敏度,通过选择离子(SIM)检测方式,其检测能力还可以提高一个数量级以上;

  分析时间快,LC-MS使用的液相色谱柱为窄径柱,缩短了分析时间,提高了分离效果;

  自动化程度高,LC-MS具有高度的自动化。

  使用

  一、开机:

  质谱仪的开机首先开气,再开机械泵,再打开质谱仪的电源,等真空度达到后再开启分子涡轮泵,等真空度达到后才可以进行调谐校正,一般至少需要抽12个小时才能达到。每次开机后都需要校正后才能使用质谱仪。

  二、样品测试过程:

  1、与液相色谱联用时,流动相需要先用<0.45μm的膜过滤,需要区别有机膜和水膜,样品也同样需要过滤或者用>10000rpm的转速离心去掉固体杂质。

  2、流动相不能用难挥发的酸或盐,如磷酸盐和硼酸盐,液相常用的TFA会抑制离子电离,也不建议使用;表面活性剂在质谱中响应很高,尤其是ESI源,所以所有管和器具的清洗不能用洗洁精,用来改善分离和色谱峰形的离子对试剂也应慎用。与质谱联用时建议使用的是甲酸、乙酸、甲酸铵、乙酸铵和氨水等。

  3、根据选用的离子源调整液相方法,ESI源一般用0.3~0.6mL/min,常规HPLC分析柱的规格是5μm,4.6×250mm的,一般流速都是1mL/min,可以采用柱后分流的方式来调整进入质谱的流量。同时要根据进入质谱的流量和样品性质调整雾化气温度和雾化气的流量。

  4、样品测试结束后,需要清洗进样管路,清洗后停泵,待离子源温度降低后再选择待机状态。

  液质日常定期维护

  1、使用的稳压电源UPS,保证仪器电源电压稳定持续(特别是停电时对仪器的影响)。

  2、每天用异丙醇溶液冲洗系统和清洁雾化室,定期开震气阀震气(对于ESI源,至少每星期做一次;对于APCI源,每天做一次),保证毛细管洁净。

  3、流动相流速不要过高,ESI离子源不要超过0.5ml/min,APCI不要超过1.0ml/min。

  4、机械泵的泵油需要定期更换,一般半年更换一次,如果泵油看起来很脏,需要提前更换。更换泵油的时候需要将泵油全部倒出,再更换新的泵油,不同品牌的泵油不能混用。一般实验室的质谱仪都会在长假的时候进行大的维护。

  5、控制好样品运行的环境,包括温度和湿度。

  6、实验完毕后要清洗进样针、进样阀等,用过含酸的流动相后,色谱柱和离子源都要用甲醇/水冲洗。

  7、定期清洗样品锥孔,关闭隔断阀,取下样品锥孔,先用甲醇:水:甲酸(45:45:10)的溶液超声清洗10分钟,然后在分别用超纯水和甲醇各溶液超声清洗10分钟,待晾干后再安装到仪器上。

  8、流动相要现用现配,最好不要过夜,一定要新鲜。

  9、定期更换电子倍增器。

  气质联用维护

  1.气相色谱部分日常维护

  (1)载气和流路系统

  气相色谱质谱联用仪的载气是高纯的氦气,纯度大于99.999%,并且在测试过程中要有10%的钢瓶气保有量。每天要检查钢瓶压力,压力范围为0.5-0.9MPa,一般为0.6MPa。定期检查分子筛过滤器和捕集阱是否堵塞,堵塞会引起压力波动或升高。更换分子筛过滤器和捕集阱的周期是一年。当基线不稳,噪声变大时是流路系统维护与检查的时期,要及时检查与维护。

  管路的气密性也同样重要。在停止真空、关闭工作站和主机电源后,打开钢瓶总阀,调节减压阀使分压表刻度到700KPa,然后拧紧钢瓶总阀,并完全松开减压阀,此时记录总压表以及分压表的刻度值。经过一段时间,观察压力有无变化。如果分压表刻度下降则表明分压表到仪器间的载气管路漏气,如果总压表刻度下降则表明总压表到钢瓶总阀之间漏气。用检漏液仔细检查,确定漏气的部位,重新拧紧或更换新的减压阀。

  (2)色谱柱

  在使用色谱柱尤其是使用极性色谱柱时要除去载气中的氧,要注意在更换气瓶时不要混入空气,也可以在气体流路中安装氦气净化器。充分做好试样的前处理,不要使难于挥发的成分进入柱内,避免污染色谱柱。

  如果有鬼峰出现,可以先切除色谱柱前端的部分长度,并视基线和柱流失情况,适时老化色谱柱。老化色谱柱时事先设定接口温度高于柱温,柱温升到色谱柱的最高使用温度附近保持1-2小时。如还不能除去色谱柱柱内残留的难挥发的成分,可切掉连接进样口一侧的色谱柱30-50cm 左右,然后老化色谱柱。

  色谱柱不使用时,应该将色谱柱两端堵死,可将色谱柱的两端插入废弃的隔垫中,使色谱柱管内与外部空气隔离,避免空气破坏色谱柱内部涂层。

  当色谱柱的分离效率降低时,会影响到分离度,视情况更换新的色谱柱。

  2. 质谱日常维护

  (1)质谱真空检漏、调谐

  质谱仪的调谐是为了得到好的质谱数据,在进行样品测试前要进行质谱真空检漏、调谐。在开关机、换灯丝之后要做调谐,如仪器一直处于开机状态,1-2周要做一次调谐。调谐完之后要重新做标准曲线。

  检查水峰、氮峰,如果氮气m/z 28的峰高是水m/z 18峰高两倍以上,就有可能漏气。

  有可能造成氮气较高的原因有以下几种:

  ①如果刚更换了钢瓶或载气管路过滤器,可能由于载气管路中混入空气,会在刚开机时造成氮气峰较高。可加大分流比,吹扫10分钟后再进行漏气检查。

  ②如果载气管路中安装了氦气过滤器,使用一段时间后,由于过滤器饱和而释放氮气,会造成在漏气检查时氮气峰较高,这时需要更换新的氦气过滤器。

  ③如果氦气纯度不够,杂质中可能含有部分氮气,在峰检测时氮气峰会略高。

  当发现系统漏气时,必须找到漏气点。可以用进样针吸取少量石油醚,依次注射于进样口上部螺母、色谱柱两端接头和离子源前门处,并观察43质量数的峰高,如峰高明显增大,说明该部位有漏气。找到漏气点后,将其拧紧或重新连接好。

  调谐完成后要评价调谐报告:

  ①检查峰的形状是否有明显的分叉、是否对称;

  ②检查半高峰宽的值是否在0.6±0.1范围内;

  ③检查检测器电压是否超过1.5kV,与前一次调谐数据对比,相差0.2-0.3kV是可以的,如相差太大需重新调谐;

  ④最强峰是m/z 69,其峰强度是否最少是m/z 28峰强度的2倍;

  ⑤m/z 502的相对强度比率是否大于2%。以上几点都符合,表明此次调谐数据是可用的。

  (2) 机械泵更换泵油

  机械泵更换泵油的周期是3000小时。在停止真空、关闭工作站和主机电源后更换泵油。将机械泵放到高于地面的位置,将废液瓶对准位于机械泵下端的排油口,打开位于机械泵上端的注油口,拧开排油口的塞子,排出泵油。等排出全部泵油后,拧紧排油口的塞子,缓慢加入新的泵油,加入油的液面接近最大液面处,拧紧塞子,将机械泵放在原来位置。等仪器正常启动后,选择重置消耗品对话框,将泵油使用时间清零。

  (3) 清洗离子源 离子源污染会造成重现性不良,应及时清洗离子源。进行离子源操作时需要戴清洁的手套。清洗离子源分为以下三个步骤:

  ①取出离子源。停止真空后,拧松真空舱旋钮,拉开舱门,用镊子拔下排斥极挡片,把导线移到左边,把离子源安装杆放在离子源上,用一字螺丝刀把离子源的两个固定螺丝拧松一圈,再用镊子把离子源的固定卡具先向右再向下移动到固定位置,用一字螺丝刀把两个固定螺丝完全拧开,用安装杆取出离子源。

  ②清洗离子源。把离子源放在洁净的纸上,取下安装杆,分开排斥极套装和离子源盒。用研磨砂纸反复擦拭离子源盒的内部和两侧圆孔,擦拭排斥极的平面、侧边的圆周面,用洗耳球清除表面沙尘后,在丙酮溶液中超声清洗30min,然后在400℃的马弗炉中老化一小时。组装排斥极套装,将排斥极安装在离子源盒上,把离子源安装杆拧紧到离子源盒上。

  ③安装离子源。把固定好的离子源安装回仪器腔体中,先把离子源两个固定螺丝拧紧,再拧松一圈,用镊子按先向上再向左的顺序把离子源卡具拨回,拧紧两个固定螺母,卸下离子源安装杆。用镊子把导线装回排斥极,确认排斥极导线接触好,排斥极导线与其他导线不能相互接触,确认离子源卡具在初始位置,拧紧固定离子源的螺丝。关闭舱门,仪器正常启动后,在工作站中,重置消耗品对话框,离子源使用时间清零。

  (4) 更换灯丝

  停止真空后,拧松真空舱旋钮,拉开舱门,用镊子小心地拔掉要更换灯丝的两根导线,将导线拨到左边,用一字螺丝刀拧松螺母,用镊子取下螺母,然后用镊子取下灯丝,更换新灯丝,用镊子装上新灯丝并固定好,用镊子装上灯丝的固定螺母并拧紧。将两根灯丝导线连接在灯丝上,并用镊子把两根导线往灯丝方向推,使紧密接触,无短路。关闭舱门,旋紧真空舱旋钮。仪器正常使用后,将灯丝之前的使用时间清零。

  影响灯丝使用寿命的因素有以下几点:

  ①真空度是否良好。一般情况下真空启动半小时后才能打开灯丝,在真空度不好时打开灯丝,会加快灯丝消耗。

  ②真空是否存在漏气,真空漏气会加快灯丝的氧化和消耗。

  ③样品浓度会影响灯丝的寿命,长期分析高浓度样品会加快灯丝消耗。

  ④灯丝与离子源应安装在正确位置,如位置有偏差,会导致灯丝变形而缩短寿命。

  ⑤溶剂切除时间设置不合适,在出溶剂时打开灯丝,会加快灯丝消耗。

  ⑥清洗离子源时离子源上下两个电子导入孔清洗不干净,会导致电子导入效率降低,从而加快灯丝消耗。

  结束语

  本文详细阐述了液质联用、气质联用几个关鍵部件在使用的过程中可能会出现的问题,并说明了解决问题的办法。为了保证仪器的正常运行,要根据各部件的维护周期定期检查,严格按照操作规程更换配件和保养仪器。 在仪器使用维护的过程中你有哪些心得和小窍门欢迎留言分享。

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