液相層析質譜儀 (LC-MS) 的原理概況

液相層析質譜儀 (LC-MS) 是一項極為被廣泛使用的技術,其結合了液相層析儀 (LC) 的物理 分離特性、及質譜儀的質譜分析能力。液相層析質譜儀是一非常重要的分析技術,因為它同時具 有高靈敏度及正確性;相對於氣相層析質譜儀 (GC-MS),LC-MS 更具有可分析極廣大範圍物質 的優點,只要是熱不穩定、具有高分子極性或有高分子量的物質,皆可以用 LC-MS 來進行分析。

LC-MS 主要可分成三個部份:離子源 (ionization source)、質量分析器 (mass analyzer) 及偵測器 (detector)。

1

進入質譜儀的待分析物質,必須先經由離子源轉化成氣化的離子。兩種LC-MS最常見的離子化 方法為:電噴灑離子化 (electrospray ionization, ESI) 及大氣壓化學游離法 (atmospheric pressure chemical ionization , APCI)。電灑法主要是利用將所欲分析的樣本溶液,由一個前端施以高電壓的 毛細管噴灑而出,由於流經毛細管出口時受到電場作用,噴出的液滴會攜帶電荷。帶電荷液滴最終 形成帶有電荷的氣相離子,便可送至質譜儀的質量分析系統加以偵測。後者則是將化學電離原理延 伸到大氣壓下進行的電離方法。主要是分析中等極性以上的化合物,常用於分析藥物及代謝產物的 分析等。

質譜儀中的質量分析器依照離子質量與電荷的比值 (mass-to-charge ratio, m/z) 來進行離子的分離。最常見的質量分析器有:quadrupole, ion trap,及結合兩者之分析器 (如triple quadrupole, quadrupole time-of-flight, quadrupole linear ion trap)

超純水品質對於液相層析質譜儀分析實驗的影響

許多水中的污染物質可能會影響質譜儀分析結果及圖譜的品質。有些影響可以從HPLC部分找到 原因,然而有些則會針對質譜部分造成不良的影響。

可能影響液相層析質譜儀分析之污染物質:

  • 顆粒

顆粒可能影響HPLC幫浦和注射器,亦可能阻塞管柱,造成背壓增加。

  • 有機物質

水中的有機物質污染物可能造成層析分離結果的數種影響:

a. 有機物分子可能會堆積在層析管柱填充物的表面,減緩樣品和溶劑分子接觸管柱填充物孔洞裡 可結合處的速度。此會導致質量變動問題,解析度降低,甚至降低管柱的壽命。

b. 以超純水配製的沖提液中若含有機污染分子,可能會和樣品分子競爭結合在層析管柱填充物上 面或裡面的可結合基團,造成注射樣品及結合階段中,可結合的樣品分子減少,使致沖提步驟 較少的樣品分子可被沖洗下來。因此,配製層析分離溶液的超純水中,若含有有機污染物質, 將會降低分析性層析法的靈敏度。

c. 有機物質可能堆積在管柱上,並於分析中被沖提而形成圖譜上的污染峯 (contaminant/ghost peak)。

d. 如果有機污染物質的含量很高,此污染物質可能會扮演新的固定相 (stationary phase),造成 滯留時間 (retention time) 的偏移和訊號峯的拖尾變形 (tailing)。

e. 管柱中有機污染物質的累積,亦可能造成背壓的升高。 f. 由以上的原因可知,準確監控用於 HPLC 應用的水中有機污染含量非常重要,此項工作可由線 上TOC偵測器 (TOC monitor) 的測量而達成。

  • 膠體

膠體可以利用不可逆的方式吸附在固定相上,而造成固定相在管柱中失去原本的分離效能。

  • 細菌

細菌可能會堵塞管柱,並且釋放一些有機物質。

  • 離子的污染

離子的污染亦可能影響層析分離效果,因溶液中離子強度的改變可能影響某些分離效果。離子污 染可能產生的重大影響,是當某些金屬離子 (如鈉、鉀離子) 與樣品分子結合時,將造成圖譜判定 更加困難。

由以上可知,用來做為樣品稀釋、配製標準品或移動相的超純水中若含有污染物質,皆可能影 響實驗分析的結果。在這些污染物質中,特別以水中的有機性污染物質最應該被仔細地監控。

以 TOC 偵測器偵測數種 HPLC 等級瓶裝水中的有機物質含量,發現甚至有 TOC 大於 700 ppb 的情形 (表1)。以這些瓶裝水做為移動相A,並於 C18 管柱中以梯度方式進行沖提液沖提 (沒有任何 樣品注射,移動相 B 為 acetonitrile)。高 TOC 所代表的高有機物質污染,將導致 LC-MS 圖譜結果 中數個高背景峯的產生 (圖2)。

2

具有雙波長 (254/185 nm) 紫外燈的 Milli-Q 系統,可將表 1 及圖 2 結果的高 TOC 值有效降 低至 5 ppb。由圖 3 可知,若將 Milli-Q Gradient 系統的雙波長紫外燈打開 (粉紅曲線) 再關閉 (藍 色曲線),其純化所得的超純水於質譜圖譜中可得明顯不同的總離子數值 (total ion count, TIC),由 此可知雙波長紫外燈對降低有機物質的效果很大。當紫外燈關閉時產生的數個波峯及其強度,在紫 外燈打開時皆明顯的降低了。

3

其他種類的污染物質

  • 超純水的貯存

超純水的貯存可能造成物質釋出於水中。塑膠的容器一般會釋出有機物質和某些離子。玻璃容器 不會釋出如此多的有機物質,但會有離子釋出於水中。超純水的貯存亦會造成細菌的生長。

  • 溶劑的添加物

配製緩衝液的添加物如鹽類、酸及鹼,很普遍被使用,故亦可能影響質譜分析。

選擇適當的超純水系統做為 LC-MS 質譜分析用水

如何選擇適當的超純水系統做為 LC-MS 的分析應用? 有幾個因素需要考量 :

  • 分析方法
  • 實驗室分析方法所需用水量
  • 分析方法的偵測極限 (detection limits)
  • 純水系統需做確效與否
  • 實驗室純水系統的供水來源
  • 實驗室日常所需純水及超純水用量
  • 實驗室可擺放純水機台的空間
  • 線上即時監控系統: 確保純水品質保持在正常規格範圍內
  • 實驗室中是否有其他需要用超純水進行分析的實驗
  • 實驗室將來可能的擴展或升級

1. 資料來源: http://www.millipore.com/lab_water

4

電子報下載