大氣壓離子化接口技術包括哪些技術

　　大氣壓離子化技術（API）是一類軟離子化方式，它的出現，成功地解決了液相色譜和質譜聯用的接口問題，使液相色譜-質譜聯用逐漸發展成為成熟的技術。API主要包括電噴霧離子化（ESI）、離子噴霧離子化（ISI）和大氣壓化學離子化（APCI）3種模式。它們的共同點是樣品的離子化在處于大氣壓下的離子化室完成，離子化效率高，大大增強了分析的靈敏度和穩定性。ESI，ISI和APCI3種電離方式同時可作為LC-MS的接口。

　　 API接口/離子源由五部分組成：①液體流入裝置或噴霧探針；②大氣壓離子源區，通過ESI、APCI或其他方式在此產生離子；③樣品離子化孔；④大氣壓至真空接口；⑤離子光學系統，在此將離子運送到質譜分析器。

　　1.電噴霧電離（ESI）

　　 在ESI中，離子的形成是被測分子在帶電液滴的不斷收縮過程中噴射出來的，即離子化是在液態下完成的。經液相色譜分離的樣品溶液流入離子源。在N2流下汽化后進入強電場區域，強電場形成的庫侖力使小液滴樣品離子化，借助于逆流加熱N2分子離子顆粒表面液體進一步蒸發，使分子離子相互排斥形成微小分子離子顆粒（見圖11-2-3）。這些離子可能是單電荷或多電荷，這取決于所得的帶有正、負電荷的分子中酸性或堿性基團的體積和數量。多電荷離子峰的形成使質量范圍為3000u的四極桿濾過器質譜儀也能檢測到生物大分子的準確分子量。

　　 在電噴霧過程中，溶液中一種極性離子（比如正離子）隨著噴出的霧滴而離去（見圖11-2-4），相反極性的離子（比如負離子）則留在毛細管的溶液中，如果毛細管為金屬材料并與高壓電源（Ve）的一極相連，那么留在毛細管中的這些離子會在金屬管壁上發生氧化或還原反應，通過這些電化學反應使溶液中電荷消失，從而維持連續地噴霧，例如OH-在金屬管壁上發生以下電化學反應：

　　伴隨電化學反應會有氣體產生，因此在電路的連接上應考慮此因素，否則在毛細管中會出現氣泡，影響電噴霧的穩定性。

　　要發生穩定的噴霧，需要滿足3個條件。

　　（1）毛細管末端要有足夠強的電場（Ee）。電場的作用如下。

　　①把溶液中正、負離子分開并使一種極性離子聚集在毛細管末端，因而噴出的霧滴主要是攜帶一種極性電荷，進而引起樣品分子離子化。

　　②強的電場與聚集在毛細管末端離子的相互作用使溶液發生電噴霧。

　　（2）毛細管中液體要有一定的流動線速度（臨界線速度），保持穩定的電噴霧。

　　（3）毛細管中溶液要含有一定量的電介質（離子）。在ESIMS中通常是在溶液中加入大約0.5%-1%（體積）乙酸，由于乙酸是揮發性的，不會引起堵塞，而且有利于被分析物形成質子化離子。

　　 電噴霧電離的特征之一是可生成高度帶電的離子而不發生碎裂，這樣可將質荷比降低到各種不同類型的質量分析儀都能檢測的程度。通過檢測帶電狀態，可計算離子的真實分子量。同時，解析分子離子的同位素峰也可確定帶電數和分子量，因同位素峰間的質荷比差與帶電數相對應。盡管ESI容許使用少量緩沖液和鹽，但這些物質可能與待測物形成加合物，導致產生難以指認的分子量或抑制待測物離子的形成。當樣品中不含鹽類和緩沖液時檢測情況較好。ESI的一大優勢是可方便地與分離技術聯用，例如在使用ESI離子化前使用HPLC和毛細管電泳（CE）可方便地除去待測物中的雜質。

　　 ESI具有極為廣泛的應用領域，如小分子藥物及其各種體液內代謝產物的測定，農藥及化工產品的中間體和雜質鑒定，大分子的蛋白質和肽類的分子量測定，氨基酸測序及結構研究以及分子生物學等許多重要的研究和生產領域，并以如下的特點得到了廣泛的認可。

　　（1）高的離子化效率對蛋白質而言接近100%。

　　（2）多種離子化模式供選擇ESI（+），ESI（-），APCI（+），APCI（-）

　　（3）對蛋白質和核酸等分子可產生穩定的多電荷離子，降低了質荷比值，從而使大于104Da的分子由于生成了多電荷離子，能在一般的四極桿質譜儀上檢測出來。蛋白質分子量測定范圍可高達105u甚至上106u。

　　（4）“軟”離子化方式提供了一種對大分子靈敏度高，沒有熱降解的質譜測定方法，使熱不穩定化合物得以分析并產生高豐度的準分子離子峰。

　　（5）氣動輔助電噴霧技術在接口中采用使得接口可與大流量（約1ml/min）的HPLC聯機使用。

　　（6）儀器專用化學站的開發使得儀器在調試、操作、HPLC-MS聯機控制、故障自診斷等各方面都變得簡單可靠。

　　（7）ESI調節離子源（源內CID）電壓可以控制離子的斷裂，給出結構信息。

　　 ESI的主要缺點是它只能接受非常小的液體流量（1-10μl/min），這一缺點已被1987年研制出來的離子噴霧接口（ISP）所克服（離子噴霧接口是一種借助氣動的電噴霧接口，它可適應較高的流速）。ISP接口是將電噴霧器霧化和氣動霧化結合在一起，因此也常被稱為氣動協助或高流速電噴霧。離子噴霧使用干氣簾，流速可達2ml/min。ISP接口能夠處理具有高水含量的流動相，并且可用梯度洗脫系統進行工作。

　　 目前的電噴霧接口已經可安裝在四極質譜、磁質譜和飛行時間質譜上，如惠普公司的HP5989B型四極質譜和HP1100LS-MS專用系統，Finigan公司的TSQ-7000四極質譜，MAT-95磁質譜和PE公司的PE-CIEX四極質譜等。

　　2.大氣壓化學電離（APCI）

　　 用于LC-MS的APCI技術與傳統的化學電離接口不同，它并不采用諸如甲烷一類的反應氣體，而是借助電暈放電啟動一系列氣相反應以完成離子化過程，就其原理，它也可被稱為放電電離或等離子電離。從液相色譜流出的樣品溶液進入一具有霧化氣套管的毛細管，被氮氣流霧化，通過加熱管時被氣化。在加熱管端進行電暈尖端放電，溶劑分子被電離，充當反應氣，與樣品氣態分子碰撞，經過復雜的反應過程，樣品分子生成準分子離子：

　　 上式表示一種正離子模式的化學電離過程。R代表溶劑，M代表樣品分子，MH+為生成的準分子離子。如果溶劑比樣品堿性弱，則生成MRH+，都屬于準分子離子。準分子離子也能以負離子模式生成準分子離子，主要應用于具有強的電子親和力的化合物。樣品分子的準分子離子經篩選狹縫，進入質譜計。整個電離過程是大氣壓條件下完成（圖11-2-5為大氣壓化學電離接口示意）。

　　 APCI形成的是單電荷的準分子離子，不會發生ESI過程中因形成多電荷離子而發生信號重疊、降低圖譜清晰度的問題。由于要求樣品分子氣化，因而大氣壓化學電離的對象為弱極性的小分子化合物。可適應高流量的梯度洗脫的流動相。

　　 APCI是一種大氣壓霧化技術，采用電暈放電方式使流動相離子化，能大大增加離子與樣品分子的碰撞頻率，因此，大氣壓化學電離靈敏度要比化學電離高3個數量級。由于離子源處于大氣壓下，所以它對LC系統的流速不強加任何限制。APCI是一種源的設計而不是接口的設計，有三種接口可用于APCIMS，其中加熱霧化是最普通的一種。APCI為軟電離技術，由于這種軟電離方式缺乏碎片離子產生，為得到進一步的結構信息，需進行碰撞誘導斷裂，這在接口中可完成。通過對其中電壓的調節，可以得到不同斷裂程度的質譜。通過串聯質譜（MS-MS）技術獲得使液相色譜-大氣壓化學電離串聯質譜（LC-APCI-MS-MS）成為精確、細致分析混合物結構信息的有效技術。因為一級質譜的準分子離子是二級質譜進一步分裂的最佳母離子。

　　 在大量生物樣品的常規測試中，為了避免其中含有的不揮發性物質，如無機鹽、蛋白質等對離子源的污染，產生了Z-spray和正交氣相輔助ESI等離子源，這些離子源的共同特點是噴霧針與進樣錐孔、環狀電極不在一條軸線上，而是成一定的角度，有垂直式、轉彎式、斜角式以及組合式。這些離子源的應用，大大減少了離子源的污染。

　　 大氣壓電離技術的出現使LC-MS成為一種靈敏度高（pg級）、選擇性強、樣品用量少、分析速度快的儀器聯用分析方法。

　　 電噴霧源多電荷的形成使其成為蛋白質生物分子研究領域不可缺少的手段，該法的高靈敏度使生物學家能夠在分子水平上研究蛋白質轉移修飾，如糖基化、磷酸化、二硫鍵、脫酰氨基作用、蛋氨酸或色氨酸的氧化作用等，真正揭示結構與生物功能的關系。化學源對于極性較小的化合物（如烴類、醚類、醛類）也能獲得理想的結果，在有機化合物分析中扮演重要角色，特別是在藥物分析，從原材料篩選、生產過程中質量控制到成品純度鑒定，從藥物毒理、臨床等領域都展現了一定的使用潛力。