田琴琴，朱 辉，黄正旭,3*，黄 保，邹 星，林利泉，李 辉，尹 琛

(1.暨南大学 质谱仪器与大气环境研究所，广东 广州 510632；2.昆山禾信质谱技术有限公司，江苏 昆山 215300；3.广东省大气污染在线源解析系统工程技术研究中心，广东 广州 510632；4.广州禾信仪器股份有限公司，广东 广州 510632)

液相色谱-质谱联用接口技术的研制及性能表征

田琴琴1，朱 辉2，黄正旭1,3*，黄 保4，邹 星4，林利泉4，李 辉4，尹 琛4

(1.暨南大学 质谱仪器与大气环境研究所，广东 广州 510632；2.昆山禾信质谱技术有限公司，江苏 昆山 215300；3.广东省大气污染在线源解析系统工程技术研究中心，广东 广州 510632；4.广州禾信仪器股份有限公司，广东 广州 510632)

自制了一套液相色谱-质谱联用接口，接口包含大气压接口、离子源及连接高效液相色谱进样器和质谱采集软件的电子通讯接口。成功地将赛默飞世尔高效液相色谱戴安U3000与团队自主研制的API-TOFMS10000相连。实验结果表明，自行搭建的液质联用仪有很好的稳定性(RSD=5.6%)，线性相关系数(r2)为0.995 8，线性范围为2～2 000 pg，定量下限为2 pg，检出限为0.5 pg。可明显检出吡罗昔康、茶碱和泼尼松3种标准药品。实验数据表明自行研发的液相色谱-质谱联用接口满足应用要求，搭建的液相色谱-质谱联用仪在生物化学、医药分析、食品安全、环境检测等领域具有应用潜力。

液相色谱-质谱联用仪；接口技术；大气压接口；离子源

液相色谱-质谱联用技术(LC-MS)以液相色谱作为分离系统，质谱为检测系统[1]。LC-MS结合了液相色谱仪有效分离热不稳定性及高沸点化合物的分离能力和质谱仪的组分鉴定能力，解决了极性大、挥发度低、热稳定性差的化合物的电离检测问题[2]，能够准确鉴定和定量分析复杂样品基质中的微量化合物，是一种分离分析复杂混合物的有效手段，在生物化学、医药分析、食品安全、环境检测等领域中发挥着越来越重要的作用[3-12]。

高效液相色谱仪与质谱仪的成功联用需要解决3大难题：①解决色谱到质谱的真空过渡问题；②离子源在雾化样品时需产生足够多的气相离子；③去除流动相中杂质对质谱造成的污染。因此高效液相色谱仪和质谱仪联机的关键是接口技术的开发。针对第一个难题，一些仪器厂商分别采用了取样锥或毛细管作为大气压接口的前半部分，采用小型四极杆、透镜或离子漏斗作为大气压接口的后半部分，有效地解决了真空过渡问题。为了减少样品对质谱的污染和提高雾化效果，仪器厂商对离子源进行了特殊设计，离子源喷雾与质谱口的角度有0°，60°和90° 3种，另外会采用加热辅气辅助去溶，采取加热辅气装置与喷雾同轴，或者加热辅气位于喷雾两侧，这些措施有效提高了样品雾化效果并减少了污染。

本文综合液相色谱-质谱联用技术的需求、特点及发展趋势，基于气体超音速膨胀、电喷雾、电路设计等已有原理[13-22]，研制了一款液质联用接口装置，包括大气压接口、离子源和电子通讯接口，成功将赛默飞世尔高效液相色谱戴安U3000和课题组自主研制的大气压电离飞行时间质谱仪API-TOFMS10000相连，通过对仪器性能的表征，证明该接口装置性能和市售商品仪器相当，能满足市场需求，展示了该联用仪在生物化学、医药分析、食品安全、环境检测等领域的应用潜力。

1 接口的研制

本文大气压接口和离子源的研制是基于自主研制的大气压电离飞行时间质谱仪(API-TOFMS10000)，大气压电离飞行时间质谱仪主要由离子源、大气压接口、离子传输装置、质量分析器及检测器组成。本文改进了大气压电离飞行时间质谱仪的大气压接口和离子源部分，使其与高效液相色谱联用时解决了灵敏度不高和高通量去溶效果不佳的问题，并制作了连接高效液相色谱和质谱的电子通讯接口，实现了液质联用检测采集自动化。

图1 大气压接口结构示意图Fig.1 Schematic diagram of atmosphere pressure interface

1.1 大气压接口

大气压接口由毛细管和分子离子反应器装置(MIR)组成(图1)，详细的结构已有报道[23]，考虑到真空度、灵敏度等因素，采用了内径为0.5 mm，长为118 mm的金属毛细管。金属毛细管位于加热套筒中部，加热套筒内有加热棒和温度传感器，用于金属毛细管控温，达到进一步去除样品中溶剂的效果。MIR装置距毛细管末端1～2 mm处，为一组直径4 mm，长25 mm的多节式四极杆，置于聚焦极片(focus)和引出极片(out-plate)之间。分子离子反应装置(MIR)作为大气压接口的一部分，其主要功能除了提高离子化效率及真空过渡之外，还可使离子在一定的电压条件下，发生分子离子反应进而导致离子的碰撞诱导解离(Collision induced dissociation，CID)[24]，而母离子及碎片离子信息可为分子结构的分析提供参考，提高仪器定性能力。

图2 离子源结构示意图Fig.2 Schematic diagram of ESI source

1.2 离子源

传统电喷雾电离源的最佳进样通量为1～10 μL/min，而液相色谱与质谱联用的进样通量为μL级，传统电喷雾电离源在高通量进样的情况下，去溶效果不佳。为解决上述问题，本课题组自制了一套离子源(图2)，该装置包含离子源室、加热辅气装置、雾化器装置和废液废气排出口等。在电喷雾电离源的喷雾器两侧增加两个加热辅气装置，可根据需要自由调节加热辅气装置与喷雾的距离以及加热的温度。加热辅气装置使ESI源能适应10～1 000 μL/min流速范围，达到与LC联用的高通量要求。加热辅气装置加热路径短，加热效率高，能将气体加热至500 ℃高温，两束高温氮气流同时以60°对准喷雾，使样品得以充分快速去溶，达到有效去除溶剂的目的。采用金属毛细管喷针，克服了石英毛细管长时间使用针头塌陷及不能长时间高温烘烤的问题，同时高压可直接加在不锈钢喷针上，样品更易带电，雾化效果更好。另外离子源内部正下方设有排气口便于排出废气废液。

图3 电子通讯接口与自动进样器和采集软件连接的示意图Fig.3 Schematic diagram of the electronic communication interface with the autosampler and the acquisition software

1.3 电子通讯接口的制作

自行搭建的液质联用仪需通过电子通讯接口来实现全自动进样及样品检测。液相色谱自动进样器在进样时会发出进样信号，通过示波器检测到进样信号后对信号进行分析，然后采用电子通讯接口将进样信号转发为触发信号，触发采集软件开始采集样品，从而达到高效液相色谱仪一开始进样，质谱采集软件就开始采集样品的目的。电子通讯接口包括信号输入口、信号输出口和电路板，信号输入口与自动进样器相连，将进样信号传给电路板，电路板将进样信号转化为触发信号，通过信号输出口与质谱采集软件相连，控制软件的采集(图3)。

2 实验与结果

2.1 仪器与实验药品

赛默飞世尔高效液相色谱仪戴安U3000；大气压电离飞行时间质谱仪API-TOF MS10000(自主研发)；Sartorius万分之一天平购自赛多利斯科学仪器(北京)有限公司；实验标准品利血平(批号：32709)、甲醇(色谱纯，批号：I1510043)购于阿拉丁试剂有限公司，吡罗昔康(批号：100177-200603)购于中国食品药品检定研究院，茶碱、泼尼松购于中国药品生物制品检定所。

2.2 方法与结果

2.2.1色谱条件使用的色谱柱为Biopearl-HC Column C18(5 μm，2.1 mm×150 mm)；流动相为纯甲醇；流速为0.3 mL/min(稳定性实验时)和0.2 mL/min(线性范围实验时)。

2.2.2质谱条件电喷雾电离源(ESI)，采集模式：正模式和负模式，质荷比范围m/z30～1 000，优化后的质谱参数如表1所示。

表1 质谱参数Table 1 Mass spectrometry parameters

2.2.3溶液的制备精密称取利血平5 mg，置于250 mL容量瓶中，加适量甲醇使其溶解并稀释至刻度，摇匀，分别精密量取0.125、0.250、1.25、2.5 mL置于50 mL容量瓶中，加甲醇稀释至刻度，摇匀，分别得到0.05、0.1、0.5、1 mg/L的利血平溶液。精密量取0.1 mg/L利血平溶液各0.75、1.0、5.0 mL置于50 mL容量瓶中，加甲醇稀释至刻度，摇匀，分别得到0.001 5、0.002、0.01 mg/L的利血平溶液。精密称取吡罗昔康、茶碱和泼尼松各1 mg，分别置于100 mL容量瓶中，加甲醇适量使其溶解并稀释至刻度，摇匀，继续稀释分别得到0.001 mg/L的3种样品溶液。

2.2.4稳定性考察取0.002 mg/L的利血平溶液，每次进样10 μL，在3 h内连续进样100次，结果表明连续进样100次得到的相对标准偏差(RSD)为5.6%，有很好的稳定性。

图4 利血平的线性范围Fig.4 The linear range of reserpine

图5 吡罗昔康、茶碱和泼尼松的质谱图Fig.5 Mass spectrum of piroxicam,theophylline and prednisone

2.2.5线性关系考察分别取空白(纯甲醇)、2、50、100、200、500、1 000、2 000 pg利血平溶液，每个量进样7次，记录峰面积，各个梯度平行进样峰面积的RSD分别为5.9%、6.9%、1.6%、1.4%、2.1%、1.6%和2.9%，表明方法具有很好的稳定性。以峰面积(y)对进样量(x,pg)进行回归分析，利血平的线性方程为y=648 538.48x- 9 481 329.71,r2=0.995 8。结果表明利血平在进样量2～2 000 pg范围内与峰面积的线性良好(图4)，线性范围达到3个数量级，与国际水平相当。

2.2.6定量下限与检出限对利血平溶液逐步稀释后，以0.002 mg/L利血平溶液进样1 μL,当信噪比为11时,测得利血平的定量下限(LOQ)为2 pg，进样7次的峰面积的RSD为5.9%。以3倍信噪比计算得出检出限(LOD)为0.5 pg。

2.2.7药品检测将0.001 mg/L的吡罗昔康、茶碱和泼尼松溶液分别进样检测，进样量为20 μL。泼尼松采用正离子模式，吡罗昔康和茶碱采用负离子模式进行UPLC-MS分析，3个成分的保留时间分别为7.67、6.25、6.00 min，准分子离子分别为m/z330.06、179.06、381.18。图5为3个成分的质谱图，3种药品均被成功检出，与已有文献[25-26]一致。

3 结 论

本文设计了一套液质联用接口，包括大气压接口和离子源，并制作了电子通讯接口，搭建了液质联用系统,并对仪器的性能指标进行了测试。实验结果表明，自行搭建的液质联用仪稳定性良好，RSD为5.6%，相关系数为0.995 8，检测范围达3个数量级，LOQ为2 pg，LOD为0.5 pg。自行研发的液质联用接口可满足应用要求，搭建的液质联用仪在生物化学、医药分析、食品安全、环境检测等领域具有较好的应用潜力。

[1] Gao J,Cheng X K,Ban L,Liu Y,Zhu S Q.Contemp.Chem.Res.(高佳,程晓昆,班璐,刘月,祝仕清.当代化工研究),2016,5:86-87.

[2] Yang Y,Jiang A L.Chin.J.HealthLab.Technol.(杨阳,蒋爱玲.中国卫生检验杂志),2003,(6):783-785.

[3] Bakhtiar R,Tse F L.RapidCommun.MassSpectrom.,2015,14(13):1128-1135.

[4] Zhang J Y,Qiao Y J,Zhang Q,Gao X Y,Lu J Q.Chin.J.Pharm.Anal.(张加余,乔延江,张倩,高晓燕,卢建秋.药物分析杂志),2013,2:349-354.

[5] Liu F Y,Liu F Q,Xie Y C,Yu Y J.DrugStandardsofChina(刘福艳,刘福强,谢元超,于英俊.中国药品标准),2008,6:443-446.

[6] Meng F F,Tian B P,Zhang G Y,Wang Y B.OccupationandHealth(孟凡飞,田葆萍,张光友,王育兵.职业与健康),2014,16:2344-2345,2348.

[7] An R.Mod.Sci.Instrum.(安蓉.现代科学仪器),2003,1:20-23.

[8] Liu R X,Guo D A,Ye M,Wang Q,Zhang J L.WorldSci.Technol.(刘荣霞,果德安,叶敏,王巧,张金兰.世界科学技术),2005,5:33-40,84.

[9] Liu X D，Liang Q L，Luo G A，Wang Y M.Chin.J.Pharm.Anal.(刘祥东,梁琼麟,罗国安,王义明.药物分析杂志),2005,1:110-116.

[10] Qi X C,Zhang H Y,Liang Q L,Wang Y M,Luo G A.Chin.Med.(齐小城,章弘扬,梁琼麟,王义明,罗国安.中成药),2009,1:106-112.

[11] Wang T.J.Agric.Catastrophol.(王缇.农业灾害研究),2013,6:55-57.

[12] Zhang W J,Li M M,Zhang F.ShandongChem.Ind.(张文君,李敏敏,张凤.山东化工),2014,11:121-122.

[13] Kim T,Udseth H R,Smith R D.Anal.Chem.,2000,72(20):5014-5019.

[14] Shaffer S A,Tang K,Anderson G A,Prior D C,Udseth H R,Smith R D.RapidCommun.MassSpectrom.,1997,11(16):1813-1817.

[15] Mo T,Hu F,Zhu H,Huang Z X,Guo C J,Gao W.J.Instrum.Anal.(莫婷,胡帆,朱辉,黄正旭,郭长娟,高伟.分析测试学报),2014,33(3):307-312.

[16] Mo T.ImproveandCharacterizeaDesktopTime-of-FlightMassSpectrometerwithAtmosphericPressureInterface.Shanghai：Shanghai University(莫婷.台式大气压接口飞行时间质谱仪的改进及表征.上海：上海大学),2014.

[17] Gao W,Huang Z X,Guo C J,Nian H Q,Dong J G,Fu Z,Chen S D,Zhou Z.J.Chin.MassSpectrom.Soc.(高伟,黄正旭,郭长娟,粘慧青,董俊国,傅忠,陈少得,周振.质谱学报),2008,4:209-212,217.

[18] Guo C J,Huang Z X,Gao W,Nian H Q,Zhou Z.Anal.Instrum.(郭长娟,黄正旭,高伟,粘慧青,周振.分析仪器),2007,2:17-21.

[19] Huang Z X.PrincipleandDesignofHighMassResolvingPowerTime-of-FlightMassSpectrometerwithOrthogonalExtraction.Guangzhou:Graduate University of Chinese Academy of Sciences(黄正旭.高分辨垂直引入式飞行时间质谱仪原理及设计.广州:中国科学院研究生院),2009.

[20] Zhu H,Guo C J,Zhang S F,Huang Z X,Gao W,Nian H Q,Fu Z,Zhou Z．J.Instrum.Anal.(朱辉,郭长娟,张绍飞,黄正旭,高伟,粘慧青,傅忠,周振.分析测试学报),2011,30(8):927-932.

[21] Ye Q L,Hu F,Sun N,Guo C J,Zhu H,Mo T,Huang Z X,Zhou Z.J.Instrum.Anal.(叶启亮,胡帆,孙宁,郭长娟,朱辉,莫婷,黄正旭,周振.分析测试学报),2014,33(10):1166-1172.

[22] Qing J,Huang Z X,Zhang Y,Zhu H,Tan G B,Gao W,Yang P Y.Analyst,2013,138(12):3394-3401.

[23] Guo C J,Huang Z X,Gao W,Nian H Q．Eur.J.MassSpectrom.,2007,13:249-257.

[24] Papayannopoulos I A.MassSpectro.Rev.,1995,14(1):49-73.

[25] Li X Q,Lu Y,Wang T J,Yin G,Han D Q,Jiang K.ChinaMed.Herald.(黎雪清,鲁艺,王铁杰,殷果,韩东岐,江坤.中国医药导报),2015,12(6):86-90.

[26] Ling X,Xu Z M,Tan H J,Chen Q.Chin.J.Pharm.Anal.(凌霄,许竹梅,谭会洁,陈青.药物分析杂志),2007,(12):1920-1923.

Development and Characterization of LC-MS Interface Technology

TIAN Qin-qin1,ZHU Hui2,HUANG Zheng-xu1,3*,HUANG Bao4,ZOU Xing4,LIN Li-quan4,LI Hui4,YIN Chen4

(1.Institute of Mass Spectrometry and Atmospheric Environment,Jinan University,Guangzhou 510632,China;2.Kunshan Hexin Mass Spectrometry Technology Co.,Ltd.,Kunshan 215300，China;3.Guangdong Provincial Engineering Research Center for On-line Source Apportionment System of Air Pollution,Guangzhou 510632,China;4.Guangzhou Hexin Instrument Co.,Ltd.,Guangzhou 510632,China)

A homemade LC-MS interface was developed.The interface included atmospheric interface,ion source and electronic communication interface which connected to high-performance liquid chromatography and mass spectrometry′s software.The team self-developed API-TOFMS 10000 was successfully linked to Thermo Fisher Scientific Diana U3000.Experimental results showed that the self-built LC-MS was operated with a good stability(RSD=5.6%),the linear correlation coefficient(r2) was 0.995 8,the detection range:2-2 000 pg,the limit of quantitation:2 pg,and the detection limit:0.5 pg.Piroxicam,theophylline and prednisone could be obviously detected.The experimental data showed that the self-developed LC-MS interface could meet the testing requirements,and the self-built LC-MS has an application potential in biochemistry,pharmaceutical analysis,food safety,environmental detection etc.

LC-MS;interface technology;atmospheric pressure interface;ion source

2017-06-19；

2017-09-06

广州市产学研项目(201604010065)；广州市产学研项目(201604040007)；广州珠江新星项目(201710010005)资助

*

黄正旭，博士，副研究员，研究方向：质谱仪器研究，Tel:020-85225991，E-mail:zx.huang@hxmass.com

10.3969/j.issn.1004-4957.2017.12.010

O657.7；O657.63

A

1004-4957(2017)12-1476-05