气相色谱-四极杆飞行时间串联质谱的使用与维护保养

许晓辉，杜锐浒，杨志敏，李晨曦，潘秀丽，张虹艳

(兰州市食品药品检验所，甘肃 兰州 730050)

气相色谱-四极杆飞行时间串联质谱(GC-QTOF)作为一种新型的分析技术[1-3]，一方面继承了飞行时间质谱及串联质谱的检测优势，另一方面结合气相色谱的高分离效能，极大地拓宽了高分辨联用质谱技术在化合物定性分析上的应用范围，可以有效减少复杂基质的信号干扰，实现低丰度未知组分的检测，并通过多维数据定性技术，达到提高定性分析可靠性的目的，能够显著提高未知成分鉴别的准确性，其实现了目标型检测向非目标型检测的转变.

本文从GC-QTOF的基本原理、校准与调谐、开机和关机、定性与定量分析及维护保养4个方面进行了总结与探讨，以期对安捷伦GC-QTOF的使用提供参考.

1 QTOF的基本原理及校准与调谐

QTOF的主要优势是测量质量准确，可消除基质干扰，能够用于结构解析.QTOF的组成主要包括分析系统和真空系统.分析系统由离子源、四极杆、碰撞池、离子束压缩、脉冲发射器、飞行管和检测器组成，真空系统由3个涡轮泵实现.分析系统最重要部分是离子源，主要由离子源体、推斥极和聚焦透镜组成.离子源体和推斥极构成电离腔体，在电离腔中形成离子.从离子源体出来有灯丝、灯丝发射电子和电离样品，经透镜聚焦，送入四极杆中.QTOF基本原理是离子源接收气态样品并使样品分子转变为离子，特定离子通过四极杆过滤进入碰撞池发生碎裂产生碎片离子，碎片离子通过离子束压缩送到脉冲发射器，在脉冲发射器作用下，碎片离子进入飞行管，根据飞行时间就能推算离子的精准质量.在仪器正常使用前，需要进行调谐和质量校准.调谐是调节离子源、四极杆和飞行管参数，使仪器获得理想的信号强度和分辨率.质量校准是根据已知标准物质量来校准质量轴，对电子轰击电离源(EI)，调谐和校准使用的标准物质都是一种稳定、易挥发的化合物全氟三丁胺.一般来说，先调谐，后质量校准.QTOF需要经常校准，但只有出现性能下降时才需要执行调谐.当调谐完毕，观察调谐报告，看峰型和宽度，检查质量误差.QTOF除EI源，还有化学电离源(CI).CI是一种使用反应气让样品分子形成质子化的分子离子，和电子电离不同的是，电子电离需要使用70 eV的能量和样品分子发生碰撞，通过碰撞生成正离子.电子电离是能量从电子转移到样品分子身上，而化学电离是通过灯丝发射的电子击打在反应气上，使反应气电离，产生反应气离子.反应气离子再和样品分子加和，产生样品质子化的分子离子.常用的反应气是甲烷，甲烷电离会形成17、29、41的二级特征离子，因此以甲烷做反应气的化学电离形成的分子离子为M+1，M+29，M+41，这3种分子离子丰度依次降低.一般来说，从电子电离源切换到化学电离源，先要调出化学电离调谐文件，其调谐步骤同电子电离源，由于化学电离源不能有水，而且更容易受污染，因此切换到化学电离源，要先烘烤8 h.烘烤的条件：离子源300 ℃，四极杆150 ℃，GC/MS接口280 ℃，然后再进行调谐.由于化学电离源界面无诊断漏气功能，要检查漏气，要先在电子电离源界面解决了，再切换到化学电离源.

2 开机和关机

正确的开机和关机操作能够使仪器持续保持良好性能.

2.1 开机

开机前，打开高纯氮气瓶的气阀，确认输出压力为规定的压力.如果是使用的是Edwards机械油泵，要确认前级泵的气镇阀处于关闭状态.然后依次打开计算机、网络交换机电源、气相色谱仪电源和质谱仪电源.此时机械泵开始工作，仪器开始自检.自检完成后，启动仪器控制软件.

2.2 关机

关机时，在MassHunter采集软件右键点击Vent，Vent完成后退出MassHunter采集软件，关闭QTOF及GC电源、关闭电脑.关机后，建议不要关闭高纯氮，因为仪器关机后，不会消耗高纯氮气，但高纯氮气可以使整个管路保持正压，有效保护高纯氮的捕集阱不被环境空气污染.如果长时间关机，最好拨掉质谱的电源线，否则仪器的某些电路仍然带电.

3 定性与定量分析

QTOF采集有两种模式：飞行时间质谱(TOF)和目标QTOF模式.TOF模式类似与单四极杆，所有离子全部通过，均推送到飞行管部位，得到的是分子离子.目标QTOF模式是通过碰撞筛选，得到是碎片离子.

在仪器上建方法时，色谱部分要关注分流不分流和溶剂效应，后运行，反吹.质谱部分重点关注灯丝电流、采集速率和碰撞能量，一般要求采集一张质谱图, 一个瞬态是100 μs，采集5张/s质谱图，那么采集速率是0.2 s.一张质谱图有两千个瞬态，即两千个瞬态的叠加.一张质谱图是色谱图上峰上的一个点，一个峰要大于15个点.

如果QTOF定性分析已知化合物且总离子流图的峰分离度好，则使用一级采集模式MS数据，主要结合低分辨的美国国家标准与技术研究院质谱库(NIST)和高分辨的个人自定义质谱库(PCDL).而定性分析未知化合物，且得到的总离子流图复杂，峰多而杂，相互交错，通过质谱离子提取，同一色谱峰的质谱提取图重叠趋势不一致，表现出一个色谱峰里面含两个甚至多个化合物，这时就得使用未知物分析软件.当一级MS数据无法通过谱库检索来定性，这时就需要打二级QTOF谱，根据二级碎片离子来倒推未知化合物.另一种情况是，当使用QQQ无法确认化合物，需要打二级谱来确认疑似化合物.在定性方面，用的比较多的是PCDL库和未知物分析软件.在定量分析方面，所用数据为一级数据，建立方法步骤同QQQ相似.

4 维护保养

4.1 色谱部分

气相色谱方面主要关注载气(压力和捕集阱颜色)、进样口(隔垫、衬管和O型环)及色谱柱.一般情况下，载气氮气需用高纯氮气.使用前，检查钢瓶压力，载气压力在3 Mpa时就得对钢瓶进行更换，否则就会因为气体杂质的干扰导致被分析物峰型越来越差.更换高纯氮气瓶时，要把仪器放到Standby状态.进样垫和玻璃衬管在自动进样150次就需要更换，玻璃衬管里面的玻璃棉要分布均匀，玻璃棉处于衬管的中段.色谱柱使用前，设置梯度升温程序进行老化，但是要注意新色谱柱与旧色谱柱老化时间不一样，旧色谱柱老化时间最好控制在2 h，当出现保留时间漂移、鬼峰和拖尾峰时，应对色谱柱柱头部分进行切割，把脏的部分去掉.在安装完色谱柱的色谱端后，把色谱柱与质谱连接端放入有机溶剂中，检测有没有气泡产生，防止色谱柱被垫圈碎屑堵住.安装色谱柱时，进样口端深入4～6 mm，质谱连接口端深入5 mm.另外，也要关注洗液瓶有充足的洗液，废液瓶中的废液要及时倾倒.

4.2 质谱部分

质谱方面主要关注离子源和真空泵系统.清洗离子源时，要戴清洁的无粉手套，用色谱纯丙酮清洗所用工具以防污染.在拆离子源的时候，不要用力过大，不能触碰灯丝，取下的部件放入洁净的烧杯，倒入色谱纯丙酮超声清洗，最后烘干.其次是要对仪器状态进行全盘掌握，如有必要时就调谐，没必要时检查调谐，质量校准，调谐质量校准时都做记录，记录最小质量离子和需要的最大质量离子，通过每次使用前记录之间的对比，判断仪器是否正常.在调谐过程中，当调谐文件中同位素比例不合适，重现性差，自动调谐失败，有可能是离子源脏了.另外当仪器灵敏度下降，也有可能是进样口脏了，通常通过一些污染物的碎片离子来判断仪器中是否存在潜在的污染物.如隔垫的主要成分为二甲基聚硅氧烷，其主要质量离子有73、147、207等，当检测到73、147、207的质量离子，有可能是受到隔垫的污染.质谱的离子源变脏时，推斥极会被带负电的污染物降低其排斥能力，这时需要拆卸下离子源进行清洗，只清洗离子源金属部件.当质谱的质量匹配不正确时，就会出现故障，产生故障的主要原因是不正确的调谐文件，质谱没有达到热平衡，校正质量匹配出错.另外，平时使用仪器过程中，要时常关注检查真空状态，每次使用都对真空度做一个记录，以此来判断真空状态是否有异常.当泵油颜色变黄，需更换泵油.更换泵油时，要放空仪器，关掉电源，拧开排废油塞，待废油全部排光后再添加新油，添加泵油位置不能超过上限，否则仪器操作时可能会有多余的泵油从废气管喷出.在仪器使用过程中，要注意观察泵油油位的下限刻度线，在泵没有漏油的情况下，当泵油油位快要低于下限刻度线的时候，确保仪器处于Standby状态后，打开气镇阀，使泵油回流.总之，在使用GC-QTOF过程中，质谱部分要不定期进行维护，以保证仪器正常运行，维护内容及周期如表1所列.

表1 GC-QTOF质谱方面维护内容及周期

5 结语

在应用GC-QTOF过程中，除了要按规范操作仪器，正确使用仪器化学工作站及各种附带软件，还要维持仪器良好的运行状态，延长仪器使用寿命，对仪器进行有针对性的维护保养.日常维护由操作员负责，高难度的维护需联系仪器工程师上门进行.总之，不但要正确合规使用仪器，最重要的是做好日常的仪器维护保养.