超高效液相色谱-三重四极杆质谱联用仪的日常使用与维护_王金花.pdf

2023 年 第 1 期 化学工程与装备 2023 年 1 月 Chemical Engineering&Equipment 217 超高效液相色谱超高效液相色谱-三重四极杆质谱三重四极杆质谱 联用仪的日常使用与维护联用仪的日常使用与维护9 9 王金花，盛安然（山东农业大学资源与环境学院，山东 泰安 271018）摘摘 要：要：超高效液相色谱-三重四极杆质谱联用仪兼具液相的高效分离和质谱的定性定量能力，在分析领域占据重要地位。做好仪器的日常使用及维护工作能够维持良好的仪器状态、节约使用成本、更出色地完成教学科研实验。本文对赛默飞 Ultimate 3000 超高效液相色谱与三重四极杆质谱联用仪在日常使用和维护中的经验进行了总结，为其安全、高效使用提供重要的参考。关键词：关键词：超高效液相色谱；三重四极杆质谱；日常使用；维护 基金项目：基金项目：2021 年山东省教育厅本科教学改革研究项目“新工科建设背景下地方高校环境科学与工程类本科人才培养模式研究”（Z2021214）；2021 年度山东省教育厅研究生教育优质课程建设项目“污染控制与修复”（SDYKC21040）引引 言言 超高效液相色谱-三重四极杆质谱（UHPLC-TQMS）联用技术结合了 UHPLC 优越的组分分离能力与 TQMS 的组分定性和定量能力，使其成为一种常用的分析鉴定技术，常被用于环境监测中农药残留、环境激素、抗生素、全氟化合物等的检测1-7。由于大气、土壤、水源等环境中污染物的种类繁多8，且通常含量较低，这就要求 HPLC-TQMS 在使用时要保持高灵敏度、低检测限及高准确性的运行状态，因此，做好仪器的日常维护管理工作对于保持仪器的良好运行状态、最大限度的延长仪器的使用寿命、尽可能减少仪器耗材消耗、降低仪器运行成本至关重要9,10。本文对赛默飞公司的Ultimate 3000 超高效液相色谱与三重四极杆质谱（UHPLC-TSQ）联用在使用过程中的注意事项及日常维护进行总结，为安全、高效使用提供重要参考。1 1 仪器概述仪器概述 赛默飞UHPLC-TSQ包括UHPLC进样系统和TSQ质谱检测系统两大部分组成。待测样品先经过液相色谱柱分离，再依次通过质谱电喷雾离子源进行气化和离子化，最终进入质谱质量分析器进行组分检测。UHPLC-TSQ 的优势在于，耐受高压的液相色谱具有高效稳定的组分分离能力，TSQ 除具有一般质谱所拥有的离子扫描功能外，还具有选择反应监测模式（SRM）/多反应监测模式（MRM）、母离子扫描模式、子离子扫描模式、中性丢失扫描模式等四类扫描模式，其中SRM/MRM 是监测设置的母离子碎裂后产生的特定子离子，具有极高的离子选择性、高灵敏度、高重现性及高通量等优点，在组分的精确定量中应用最广。2 2 仪器日常管理与维护仪器日常管理与维护 2.1 液相部分 2.1.1 UHPLC 基本结构、原理 Ultimate 3000 UHPLC 通常由泵、自动进样器、柱温箱和检测器四部分组成，此外还有根据样品性质不同而不同的流动相和色谱柱。流动相在高压液相泵的泵压下匀速且连续的注入液相系统中，在流经自动进样器时，携带着定量环中的待分离组分进入色谱柱中，不同组分在色谱柱固定相和流动相中的分配系数不同，在两相中的运动存在差异，因而具有不同的洗脱时间。经过色谱柱分离后的组分进入到液相检测器中，通过检测器将不同组分的组成和含量转换成电信号进行监测，常用的检测器包括紫外检测器（UVD）、荧光检测器（FLD）、蒸发光散射检测器（ELSD）、示差折光检测器（RID）等，此外，质谱也可以作为一种特殊的液相检测器，对组分进行实时的定性和定量分析。2.1.2 日常维护及注意事项 在液相的日常使用中，需要针对待分离样品的性质选择合适的色谱柱、流动相及分离梯度，同时考虑到与质谱联用，部分质谱不耐受的色谱方法需慎重使用。（1）色谱柱的选择：需要根据待分离组分的特性选择合适的色谱柱。例如分离极性样品时，通常选择正相色谱柱或亲水相互作用色谱柱；分离非极性或弱极性样品，选择反相色谱柱；按分子量大小分离可以选择尺寸排阻色谱或凝胶排阻色谱等。与质谱联用时，不选择阳离子或阴离子等按离子强弱进行分离的色谱，这是因为这些色谱法流动相中的不可挥发性缓冲盐不仅影响质谱信号响应，还会腐蚀和污染质谱的硬件，造成质谱不可逆的损坏。除根据待分离样品性质选择色谱柱外，还需要考虑色谱柱的柱长、内径、填料的粒分析与测试分析与测试 DOI:10.19566/35-1285/tq.2023.01.048218 王金花：超高效液相色谱-三重四极杆质谱联用仪的日常使用与维护 径和孔径等。新购买的色谱柱在使用前应仔细阅读说明书，明确色谱柱所能承受的最大压力、适用的温度、pH 范围、最佳流速、色谱柱的保存方法等。另外，色谱柱在首次使用之前需要按说明书介绍的方法进行柱子的活化。（2）流动相的选择：色谱流动相的配制需要使用色谱级或质谱级的试剂。在流动相的配制过程中要防止试剂污染，配制好的流动相需要储存在专用的流动相瓶中，并注明溶液相关信息。在进行实验前，需要预先对流动相进行充分超声脱气，以免损坏色谱柱。进行液质联用时，流动相中应当避免加入非挥发性盐（如氯化钠、磷酸盐等）、表面活性剂、高浓度的三氟乙酸等；可适量加入甲酸铵、乙酸铵、碳酸氢铵等挥发性盐。为了提高质谱去溶剂效应，流动相中最好含有一定比例的甲醇、乙腈等有机相，若色谱柱不耐受有机试剂，也可在柱后混合有机相。（3）液相的维护：在日常使用中，要注意对液相的维护。例如更换流动相后，需要进行系统脱气，确保系统内没有气泡；脱气完成后，要及时将脱气阀关闭。对赛默飞Ultimate 3000 UHPLC 来说，色谱泵有一个后密封清洗功能，能够维护泵的正常运行。后密封清洗溶剂通常使用色谱级别水加入 5%左右的甲醇，即使在液相待机情况下，也需要保持清洗溶剂充足。在进样系统中，需要注意及时补充洗针液，防止待测样品污染。仪器用完高盐、高酸碱等流动相后，要立即使用纯水冲洗系统，避免仪器部件被腐蚀。仪器长时间不用时，使用甲醇将系统冲洗干净并保存。2.2 质谱部分 2.2.1 TSQ 结构和原理简介 TSQ 质谱是由电喷雾离子源、质量分析器以及检测器组成。其质量分析器是由三个串联的四极杆（Q）组成，其中第一个四极杆 Q1 和第三个四极杆 Q3 都可以用于组分的检测，第二个四极杆 Q2 中充满惰性气体，作为碰撞池进行二级质谱碎裂。2.2.2 TSQ 工作环境的要求 为保证仪器性能稳定，需要严格控制放置质谱的实验室条件：实验室温度应控制在 18-25 的恒温，且变化幅度要控制在 2/h；相对湿度为 40%-80%恒湿；实验室要密封防尘，并安装换气扇用于通风。TSQ 对供电的要求为 220 V交流电压，为防止突然停电和电压不稳定对仪器造成的损害，最好配备不间断电源（UPS）和隔离变压器。机械泵和离子源产生的废气应通过管路排到室外。此外，仪器四周应留出足够空间用于仪器散热、清扫和维修。2.2.3 TSQ 日常维护（1）开机关机：仪器开关机要严格按照开关机步骤执行。在开机前，应先确保实验室温度、湿度和卫生等符合仪器要求，其次要打开氮气与氩气钢瓶开关，保证气体供应，要检查真空泵泵油油量，最后还要确保实验室电路供电系统正常、隔离变压器和 UPS 能够正常运行。质谱开机时，可以使用密封垫堵住离子毛细传输管并过夜抽真空，以保证仪器能够达到足够的真空度；在开启电子开关后，要检查质谱前面板上的电源、真空和连接指示灯均为绿色，质谱与计算机连接信号正常，并进入计算机的质谱软件界面查看仪器状态，确保各项参数正常。开机完成后，切记将离子毛细传输管前端的密封垫取下，再进行质谱的扫描、校正等工作。关机时，应先将质谱设为待机状态，再依次关闭电子开关、真空开关，等待 3 分钟后，在将质谱主电源开关关闭，最后关闭计算机、UPS 和隔离变压器及气瓶阀门。（2）仪器调谐和校正：在质谱开机后和平时使用过程中，需要定期进行仪器的调谐与校正，保证质谱离子传输信号和质量范围保持在最佳水平。通常，使用质谱主设备进行调谐校正，在调谐校正前，需要将质谱喷雾电压、鞘气压力、辅助气压力及毛细管温度设置为调谐校正参数，并需要进行离子源喷雾稳定性测试，以确保调谐校正过程中离子束稳定。调谐校正完成后，要及时保存调谐校正文件，并使用50%甲醇水溶液冲洗管路及质谱中残留的校正液。（3）离子源和离子传输系统维护：离子源是溶液去溶剂并且形成离子的区域。仪器使用一段时间后，离子源源区、喷针、毛细传输管及离子透镜系统中容易附着缓冲盐结晶、碳化物等“脏东西”，造成离子化和离子传输效率降低，影响质谱响应，因此需要定期对离子源及离子传输系统进行清洗。建议每周使用 50%甲醇水溶液作为流动相冲洗喷针及离子源源区内部，使用 20%甲酸、50%甲醇水溶液超声清洗毛细传输管。在清洗毛细传输管时，要先将传输管温度冷却至100 以下再进行离子毛细传输管的拆装，避免造成毛细管的烫伤和损坏。质谱的离子透镜系统的清洗需要根据仪器的使用频率决定，清洗 skimmer 和 tube lens 时，要将质谱关闭，待仪器冷却后再将 API Stack 取出，并将 skimmer 和tube lens 分别小心拆下，先用无尘纸蘸甲醇进行擦拭，再放入 50%甲醇水溶液中超声清洗，清洗过程中要注意避免硬物碰撞，清洗完成后使用氮气将这些部件吹干再进行安装，安装时一定要将 tube lens 和 skimmer 的限位针分别准确插入孔中，确保两者都安装到位后再将 API Stack 装回仪器。清洗完离子透镜系统开机后，需要重新进行质谱的调谐与校正。（4）其他：除上述维护外，在日常使用是还有几点需要注意。如每天使用前应检查氮气和氩气输出压力及气瓶压力，保证做样时气体供应充足；每周需要对真空泵进行震气，每月检查真空泵泵油油位，必要时及时添加，每隔半年至一年更换泵油；每月对质谱的防尘海绵进行清洗，保证质谱散热；在短暂停电后要检查 UPS 供电状态是否正常，较长时间停电应及时关闭仪器。2.3 仪器管理 液相色谱-三重四极杆质谱属于大型精密仪器设备，操作人员需要进行培训后才可独立操作。仪器的正常运行除做 王金花：超高效液相色谱-三重四极杆质谱联用仪的日常使用与维护 219 好日常维护外，操作的胆大细心也很关键。除配备专业老师对仪器进行日常管理及操作外，为了提高仪器的使用率、鼓励学生自主实验。许多高校建立大型仪器开放使用平台，经过培训的学生也可以进行自主操作实验。以我院 UHPLC-TSQ为例，根据仪器培训教材及工程师现场培训编写仪器基础操作说明，并定期对学院有需要的课题组的老师和同学开展仪器使用培训，对于需要自主上机的个人除仪器使用培训外，还要进行仪器的操作上机和日常维护考试，考试合格后才可获得自主上机操作权限。3 3 结结 语语 现代化大型仪器设备在当代高校实验教学中占据十分重要的地位。本文以我院超高效液相色谱与三重四极杆质谱联用仪在仪器维护与管理上的经验进行探索与总结，帮助仪器管理人员更好的维持仪器运行状态；最大限度节约的仪器使用成本和延长仪器使用寿命；更便捷的协助师生服务教学与科研。参考文献参考文献 1 王琳,姜大伟,许海鹏,等.超高效液相色谱-三重四极杆质谱法在检测水中农药残留的应用J.中国高新科技,2021(19):94-95.2 罗洲飞,徐梦薇,陆静,等.高效液相色谱-三重四极杆串联质谱测定环境水样中 20 种环境内分泌干扰物J.环境化学,2020,39(7):1923-1933.3 赵瑞霞,刘仲.固相萃取-超高效液相色谱-质谱联用法检测水中 14 种环境激素的方法研究J.中国卫生检验杂志,2021,31(23):2843-2847.4 孙慧婧,李佩纹,张蓓蓓,等.大体积直接进样-超高效液相色谱-三重四极杆质谱法测定水中7大类42种抗生素残留J.色谱,2022,40(4):333-342.5 李欣,李刚,管雪丽,等.超高效液相色谱-三重四级杆质谱法测定水中的青霉素J.干旱环境监测,2022,36(1):1-5