谱育科技 | 液质质与ICP质谱二联机形态分析技术

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利用高效的分离技术（如UPLC）与原子光谱质谱技术（如ICP-MS）联用是目前常用的元素形态分析手段之一，但原子光谱质谱技术无法提供分析物的结构信息，元素总量或者浓度的相关信息已逐渐无法全面覆盖研究需要。而UPLC-MS/MS可获得到待测物质的分子质量和离子碎片的信息，有助于推断分析物的结构。图1 液相-ICP & ESI 质谱二联机示意图使用UPLC与ICP-MS/MS及ESI-MS/MS在线联用，可同时获得多维度的重要表征数据。如图1所示，将待测样品各组分经UPLC分离后，ICP-MS/MS和ESI-MS/MS两个质谱作为检测器通过远程电缆连接，允许同时开始运行检测。通过液相的保留时间及与标准物质的对比，可对已知的化合物形态进行定性，通过ICP-MS/MS、ESI-MS/MS同时获得元素定性定量、化合物母离子、子离子碎片等关键信息。UPLC与ICP-MS/MS及ESI-MS/MS在线联用使用UPLC与ICP-MS/MS及ESI-MS/MS在线联用，可同时获得多维度的重要表征数据。如图1所示，将待测样品各组分经UPLC分离后，ICP-MS/MS和ESI-MS/MS两个质谱作为检测器通过远程电缆连接，允许同时开始运行检测。通过液相的保留时间及与标准物质的对比，可对已知的化合物形态进行定性，通过ICP-MS/MS、ESI-MS/MS同时获得元素定性定量、化合物母离子、子离子碎片等关键信息。图2 液相-ICP & ESI 质谱二联机数据、原理示意图此方法具有对潜在未知化合物进行表征的能力。如图2所示，使用已知形态标准物质的保留时间进行定性的前提下，在一个新的保留时间下出现的未知形态组分同时在ICP-MS/MS与ESI-MS/MS的色谱图中出峰时，可根据ICP-MS/MS得到元素定性定量信息，而针对ESI-MS/MS提供的化合物结构碎片离子信息可通过筛选主要碎片离子峰，得到质荷比与相对丰度的信息，随后通过判断分子离子峰的碎片脱落行为、筛选亚稳离子、以重要离子质荷比的奇偶性为依据，判断此化合的裂解类型与过程，推断其官能团与骨架结构等信息，随后按多种对已知结构碎片及剩余结构碎片进行重组，得到可能的多类结构式，根据质谱或其它技术手段排除不可能存在的结构式，最终得到潜在可能的结构式①。上述离子碎片数据的解析步骤过程，均有成熟理论分析作为依据：有机分子在得到子离子的过程中，存在1）简单开裂（α-裂解、i-裂解、σ-裂解）；2）重排裂解：已有的麦氏重排和逆Diels-Alder开裂，以及低能碰撞诱导离解中键裂解过程中氢重排的9条规则②。应用案例以Se形态为例本文Se形为例，利用谱育科技UPLC-ICP&ESI-MS/MS二联质谱联用仪进行可行性验证与应用示例。UPLC条件优化本实验均采用谱育科技EXPEC 520型UPLC模块进行，详细色谱工作条件见表1.表1 液相色谱工作条件ICP-MS/MS条件优化在ICP-MS/MS中采用质量转移模式可有效消除Se所遭受的质谱干扰，显著降低检出限：通入反应气O2，将Se+离子转化为相应的SeO+产物离子的方法可以显著消除质谱干扰，其原理如下图所示。图3 O2反应模式下MS/MS质谱质量转移和干扰消除示意图ESI-MS/MS条件优化利用碰撞诱导解离产生的准分子离子信息及碎片离子信息，选择2~3个强度较大的特征产物离子建立MRM定量方法，即可实现对硒形态的分析测定。表2给出了这几种待测化合物的主要碎片结构信息。表2 硒代氨基酸化合物的主要碎片结构信息数据结果讨论首先分别使用UPLC-ICP-MS/MS和UPLC-ESI-MS/MS对四种Se形态的分析进行测定，结果如图4所示，硒代胱氨酸、甲基-硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸、硒代乙硫氨酸这4种硒形态完全分离，且峰形尖锐对称。图4 UPLC-ICP & ESI-MS/MS二联质谱联用仪测定4种Se形态的谱图利用UPLC-ICP-MS/MS和UPLC-ESI-MS/MS相结合的测试方式，结果如图4所示，上部分谱图为UPLC-ICP-MS/MS端出峰情况，下部分谱图为UPLC-ESI-MS/MS端出峰情况，4种硒形态的分离顺序完全一致，硒形态完全分离且分离度均大于1.5，相对保留时间最小误差约：0~0.3 min。参考文献刘密新等，仪器分析（第2版），清华大学出版社；Hiroshi Tsugawa,Hydrogen Rearrangement Rules:Computational MS/MS Fragmentation and Structure Elucidation Using MS-FINDER Software,Anal.Chem.2016,88,7946−7958.