色谱—质谱联用技术及其在卫生理化检验标准中的应用

张冲

摘要：色谱法和质谱分析法的联用，能够充分发挥各自的优势，取长补短，在卫生理化检验中发挥着巨大作用，色谱-质谱联用分析技术是未来仪器分析和发展的重要方向。本文就色谱-质谱联用技术的发展历史和种类等进行了阐述，并对色谱-质谱联用技术的技术要点和质谱仪的分类方式等进行了分析，提出了卫生理化检验工作中选择色谱-质谱联用仪的几点建议，以供参考。

关键词：色谱法；卫生理化检验；质谱仪；离子源

色谱法是一种有效分离分析技术，特别适合于进行有机化合物的定量分析，但定性分析则比较困难；质谱是强有力的结构解析工具，特异性和灵敏度都较高，但在复杂有机化合物的分析上就会显得比较无能为力。将这两者进行联用是当前最为重要的分离和鉴定分析方法，能够大大提高分析仪器的性能，扩大了应用范围。

1 色谱-质谱联用技术的种类和发展历史

色谱-质谱联用技术是一种以色谱为分离手段，质谱为检测器的检验方式，在卫生理化检验中应用较广泛的为液相色谱-质谱联用（LC-MS）和气相色谱-质谱联用（GC-MS）[1]。GC-MS是一种比较成熟的技术，自1957年首次实现联用后，该技术获得了飞速发展。1965年出现商品仪器，1968年实现与计算机联用。在所有联用技术中气-质联用法最为普及，也发展得最完善。气-质联用仪是最早的联用仪器，但是有机物80%不能气化，其应用的范围还是相对较窄。液-质联用仪的不足之处是没有商品化的谱库可对比查询，只能自己建库或自己解析谱图。自1987年Smith等首次提出CE-MS联用方法以来，CE-MS对生物大分子的分类分析，具有较高的分离效率和高灵敏度，其应用受到广泛关注。

2 色谱-质谱联用技术的技术要点

色谱-质谱联用技术最为关键的就是“接口”问题。色谱-质谱联用技术的关键装置就是接口，其对接口的一般要求是：①能够对样品进行有效传递可进行有效的样品传递，进入下级仪器的样品量不少于全部的30%，以保持灵敏度；②样品通过接口具有良好的重现性，以保持整个分析的重现性；③接口对于前后两种仪器易于操作，接口本身的操作也要简单、方便，接口尽可能短；④样品通过接口时一般不发生化学变化，如发生变化，可以推断出变化前的结构和组成（如LC-MS的ESI和APCI接口）；⑤接口应保证色谱峰的完整，不使色谱峰加宽（即不影响分离柱效）。

除以上一般要求外，根据联用仪器的不同特点，GC-MS和LC-MS会有不同的要求。GC-MS常用的接口有直接插入式接口，还有隙透分离器、半透膜分离器、喷射分离器等。CE-MS与LC-MS相比较又有其不同的要求，CE流速很低，缓冲系统中具中等电导，分析毛细管两端均需保持电接触以确定CE的电场强度，溶质区带的毛细管外展宽必须减低至最小以保持高分离效能等。

3 质谱仪的基本结构和分类方式

质谱仪的基本组成主要包括真空系统、质量分析器、离子源、检测器和计算机控制系统等。按照离子源分类可用于色谱-质谱联用主要有以下几类：电子轰击电离源（EI）、化学电离源（CI）、快原子轰击电离源（FAB）、热喷雾源（TSI）、电喷雾源（ESI）、大气压化学电离源（APCI）、激光解析源（LD）等。離子源的结构和性能，与质谱仪的灵敏度和分辨率有密切关系，同时也决定了适合与哪种色谱仪器联接使用。

EI稳定，操作方便，电流强度可精密控制，电离效率高，结构简单所得的质谱图是特征的，但是不能汽化或汽化时发生分解的有机物不能用。CI“软”电离方法，得到的質谱不是标准质谱，所以不能进行库检索；CI还可以用于负离子质谱（NCI），灵敏度要比正离子的质谱图高2～3个数量级。FAB 更加适合热不稳定、难气化的有机化合物分析，可以检测高分子量的有机化合物，主要用于磁式双聚焦质谱仪。TSI 主要特点是适应较大的液相色谱流速，较强的加热蒸发作用可以适应含水量较多的流动相，这是其它LC-MS接口，包括某些新近研发的接口也不具备的优点。ESI和APCI 都是“软”离子源，主要用于商品接口。LD通常称为基质辅助激光解吸电离（MALDI），适合于分析生物大分子，如肽、蛋白质、核酸等，与飞行时间质谱仪（TOF）组成MALDI-TOF具有较高的灵敏度，现在已经成为生物大分子分子量测定的有力工具。

按照质量分析器分类质谱仪主要有：扇形磁场质谱仪（MS-MS）、离子阱质谱仪（IT-MS）、四级杆质谱仪（Q-MS）、飞行时间质谱仪（TOF-MS）、傅立叶变换离子回旋共振质谱仪（FT-MS），串联质谱仪和多级质谱仪等，对应的就是使用相应的质量分析器[3]。

离子阱分析器结构小巧、重量轻，但早期质量分辨率很低，20世纪80年代以前较少使用，后来经过改进，近年在来越来越多的气-质联用仪中使用，离子阱基本不能定量且容易污染，常不适合进行食品分析。

4 色谱-质联用仪在卫生理化检验标准中的应用

卫生理化检验所用的检验标准涉及食品、水质、车间空气、化妆品、生物材料等领域，在上个世纪八十年代的标准方法中，由于国内技术和设备的落后，只有GB 5009.36-1985是采用GC-MS分析技术。它采用填充柱分离，EI电子轰击源，用全氟煤油的碎片离子分别监视N-亚硝基二甲胺等，结合它们的保留时间来定性，以示波器上该分子、离子的峰高来定量[3]。

为了适应当前检验技术需要，在《食品中化学污染物及有害因素监测技术手册》中给出了测定甲硫威等农药残留、雌激素和孕激素、脱氧雪镰刀烯醇及其衍生真菌毒素等16种邻苯二甲酸酯类、碱性橙和苏丹红等工业染料、喹诺酮等10多种操作方法，均使用电喷雾离子源（ESI）和四级杆质量分析器，用液相色谱-质谱串联仪器（LC-MS/MS）进行检测[5]。这些都为检验人员的实际工作提供了科学、有力的依据。

5 卫生理化检验工作中如何选择色谱-质谱联用仪

需要注意的是我们使用的谱图检索中的标准谱图，大多是用EI，在双聚焦磁质谱仪上作出的。其它像GC-MS采用CI源的、MS-MS的或者所有的LC-MS，都不能检测未知物，所以我们在采购和使用色谱-质谱联用仪时要注意以下一些问题。

选择GC-MS仪器时，从离子源考虑，EI源质谱适合新手入门学习，但是灵敏度有限，对于甚低含量的检测并不合适。NCI源对电负性组分具有较高的灵敏度，比较适合进行有机氯农药的检测，但是其检测局限性较大。CI源能够得到准确的分子量信息，但是关于结构的信息较少[5]。就目前来看，虽然这方面的卫生标准方法还不是很丰富，但是随着现代化高新技术的不断发展以及色谱-质谱联用技术自身优点的卓越表现，色谱-质谱联用技术必将在未来几年不断发展且在卫生理化检验分析中发挥越来越重要的作用。

参考文献：

[1]石文婷，伍贤进，王玺，等.气相色谱-质谱联用结合化学计量学方法分析光照对鱼腥草挥发性成分的影响[J].分析测试学报，2014，03（02）：127-132.

[2]李英，李成发，肖道清，等.气相色谱-质谱法同时测定塑料食品接触材料中25种芳香族伯胺的迁移量[J].色谱，2013，31（01）：46-52.

[3]蔡迪韦.气相色谱质谱联用在食品检验中的应用[J].生物技术世界，2015，02（01）：10.

[4]张自强，李岩.质谱技术在临床生化检测中的应用[J]检验医学，2015，09（05）：407-409.

[5]张春花.质谱分析在遗传代谢性疾病临床检验诊断中的应用[J].检验医学，2015，30（05）：410-415.

编辑/成森