玩转质谱：液质(LCMS)中离子源电离的方式与选用

玩转质谱
液质（LCMS）中离子源电离的方式与选用
在质谱分析时，您有没有离子源选择困难症？质谱条件优化了半天，还达不到期望的响应值，甚至连响应都没有？那么如何选择化合物电离的离子源了？
其实液质常用的离子源，就是电喷雾电离（ESI），大气压化学电离（APCI）和大气压光电离（APPI）,接触最多的就是ESI，基本上适合大多数化合物的分析
▉电离方式
通过离子源有效地将带电分子转移到质谱仪中，是色谱分离后进行足够研究不同来源化合物分子的关键过程。

离子化：是样品要从液态中性分子转化为气态带电离子。

整个过程需在离子源中实现，离子再通过特殊接口进入真空系统。

分离技术、电离源的类型、化合物应用中的精选示例：
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自
1990年代以来，新一代大气压电离（API）来源开始商业化，溶解在
液体中的分析物可以更高的电离速率进行转移。

这些离子源通常是电喷雾电离（ESI），大气压化学电离（APCI）和大气压光电离（APPI）。

由于带电分子从溶液到气相的转移，ESI对于检测完整的蛋白质，肽，碳水化合物和其他大分子特别有用。

相反，APCI和APPI在检测小的有机分子（最初是不带电荷的）或疏水但稳定的肽及其他分子方面具有优势。

元素形态和定量的最新发展导致了新的质谱系统的引入。

电感耦合等离子体电离（ICP）是一种非常成熟的技术，用于表征包含更高原子元素的生物分子。

此外，元素分析仪（EA）可以用于检测低原子元素。

后一种系统是所谓的非色谱耦合电离技术，可将离子从固定表面转移到气相中（这一块没有接触过，有兴趣的小伙伴可研究下。

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如果分析物在液体中稀释，则ESI，APCI，APPI，EESI（萃取电喷雾电离）和CSI（冷喷雾电离）目前是通常与MS检测结合的技术。

其中ESI是最常用的，而其它离子源则用于更专门的分子应用。

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▉合适的离子源
为了选择合适的电离技术，最重要的参数是分子的行为和结构以及溶解溶液的性质的知识。

综合考虑两者，选择最合适的离子源将不再是问题。

那我们就一起来看看最常见的ESI与APCI源吧。

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ESI：电喷雾电离
常规分析中ESI是首选，适用化合物较多，通常是极性较大的化合物，可以形成多电荷离子。

迄今为止，ESI也是代谢产物鉴定及定量的首选方法，样品通过保持在高压下的电喷雾针喷射出带电荷的液滴,最终演变成气态离子。

此源是化合物在液相中离子化。

很多参数都会影响离子的形成过程，如分析物和溶液的特性：pKa，分析物浓度，溶液中其它电解质，电介质溶剂常数等等。

ESI离子化的过程:
a.雾化气(GS1)将液流吹成雾状液体,也就是雾化过程
b.离子喷雾电压(IS)促进形成的雾滴带电,带电雾滴蒸发变小，发生库伦爆炸，如此反复，由溅射和蒸发残渣两过程得到气态离子
c.辅助加热气GS2促进液滴蒸发,离子形成。

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优点：
o适合范围广:分析离子型/极性化合物、难挥发或热不稳定性化合物。

如药物代谢物，尤其是葡萄糖醛酸和其他II相代谢物。

o溶液中的分析物进行电离，因此非常适合于碱性或酸性化合物
o多电荷离子的形成,可以分析高分子量化合物
o灵敏度高
缺点：
o在溶液中必须形成离子
o流动相中缓冲盐的种类和浓度对灵敏度均有显著影响（离子抑制）,因此流动相的选择非常重要
o具有流速依赖性
o基质抑制现象较为明显
o可能产生放电现象
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离子源推荐参数
APCI:大气压化学电离
样品被喷雾到加热室中,在电晕针帮助下使化合物在气相中离子化。

APCI 适合极性较小的化合物，不适合热不稳定化合物，只能形成单电荷离子。

如卤化类似物和芳香族化合物可以用APCI分析，而对ESI没有响应或响应很小。

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APCI离子化的过程:
a.电晕针放电使离子源内的
N2或02带电
b.N2或02转移电荷到气态溶剂分子上
c.带电的气态溶剂分子转移电荷到气态样品上
优点：
o有一定挥发性的中等极性或低极性的小分子化合物
o对溶剂选择、流速和添加物的依赖性较小，与传统ESI（0.1-0.5mL/min）相比，APCI通常具有更高的流速[1-2mL/min]。

o不易受到离子的抑制
缺点：
o有可能发生热裂解，如葡萄糖醛酸可能会分解并以质子化苷元的形式出现
o样品需要有一定的挥发性
o适合分析分子量小于2000Da的样品
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离子源推荐参数
▉喷雾的溶剂和添加剂
必须考虑在喷雾液中使用挥发性盐和有机溶剂。

特别是对于ESI（APCI 对溶剂不太敏感），喷雾过程会受到所谓的信号抑制的负面影响。

大多数问题是由喷雾溶液中不存在电离溶剂和不挥发化合物引起的。

两者都会导致无效的水滴收缩；后者通过形成盐簇而导致分析物分子量的变化，如果盐的浓度在毫摩尔范围内，也会导致分析物离子的中和。

另外大量的其他添加剂（如蛋白质，有问题的酸（如三氟乙酸）或还原剂）也不适用。

如果准备喷雾溶液，则必须牢记其他问题：
1、如果不使用缓冲液，由分析物引起的pH值会发生变化，从而导致电离效率的变化，从而失去定量测量的稳定性
2、如果使用复杂基质，则使用基质进行分析时，信号有可能增强或抑制
3、不可避免的非挥发性化合物的浓度，应将其保持在尽可能低的水平。

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在上述所有方面，APCI的影响都较小。

但是，由于电离条件的限制，APCI仅对极性较小的化合物与热稳定化合物具有有限的用途。

此外，必须考虑喷雾分析物，溶剂和溶剂添加剂的化学和物理行为，并且还必须进行一些仪器的优化程序。

注意事项：
o流动相不能有不挥发的盐，如磷酸盐，硼酸盐
o不能有强离子抑制剂，如离子对试剂，进样瓶之类因避免用洗涤剂洗。

o流动相改性一般用甲酸，乙酸，氨水，醋酸铵
o三氟乙酸TFA，可以改善色谱峰型，但是会抑制质谱的信号。

尤其是负离子模式
o三乙胺会抑制正离子模式的信号
▉其它
o请注意，每个供应商为自己的离子源设置使用不同的命名法。

o考虑要分析的分子；考虑分子结构（例如杂原子或芳族骨架），极性基团（例如通过质子亲和力）和分子内结合强度，以选择适用于您的条件和分析物的合适电离技术
o考虑分析物的溶解和喷涂溶剂；考虑粘度，pH值，分析物的溶剂化能，挥发性，复合物形成性质，热容，所形成液滴的表面张力，初始液滴尺寸（纳米或微米），然后您将知道是否可以获得有效的离子转移到您的质谱仪中o考虑一下溶液成分，例如盐，酸，蛋白质和其他添加剂；考虑会通过形成配合物而对喷雾和电离过程产生负面影响的分子的数量和性质，减慢液滴收缩，中和气相离子，经常消耗气相中的质子。

通常，对于ESI喷雾过程，
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非挥发性添加剂的总量不应在毫摩尔区域，而对于APCI和APPI，其含量可能会高得多
o考虑技术参数；液体流速有多高？溶液是什么样的？喷雾条件，例如喷雾气体的压力和温度，电子能量（APCI）等
最后，请考虑良好的色谱分离（喷雾前）和分析仪中正确的MS条件（喷雾后）。

这样就成功完成了以离子源为关键元素的质谱分析程序。

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