串联质谱仪使用步骤

串联质谱仪（MS/MS）使用流程详解：从样品引入到数据解读

串联质谱技术（Tandem Mass Spectrometry, MS/MS）凭借其的选择性、灵敏度和定性定量能力，已成为生命科学、药物研发、环境监测及食品安全等领域不可或缺的分析工具。对于实验室、科研、检测及工业界的专业人士而言，熟练掌握其操作流程是获得可靠实验结果的关键。本文将结合实际操作经验，为您梳理串联质谱仪的标准使用步骤，并辅以关键数据参数，旨在提供一份详尽且易于参考的指南。

样品准备与引入

合格的样品是分析成功的步。

• 样品预处理： 根据目标分析物的性质，进行适当的提取、纯化和衍生化。例如，蛋白质样品常需酶解成肽段，小分子化合物可能需要液液萃取或固相萃取。优化的前处理能够显著降低基质干扰，提高检测灵敏度。
• 溶剂选择： 推荐使用高纯度的色谱级溶剂，如乙腈、甲醇、水及少量酸（如甲酸、乙酸）或碱（如氨水）作为流动相。溶剂的pH值对离子化效率有直接影响，一般在2-5之间有利于正离子模式，在8-10之间有利于负离子模式。
• 样品导入：
  • 液相色谱-串联质谱（LC-MS/MS）： 将预处理后的样品注入液相色谱系统。色谱柱的选择（如C18、C8）和流动相梯度优化至关重要，目标是实现目标化合物与基质成分的有效分离。流速通常控制在0.2-1.0 mL/min，根据色谱柱尺寸和仪器设计进行调整。
  • 直接进样： 对于部分高浓度、低基质干扰的样品，可采用注射泵直接进样。进样量一般在1-10 µL，取决于样品浓度和检测需求。
  
  

仪器调谐与参数优化

准确的仪器调谐和参数优化是保证数据质量的基础。

• 离子化模式选择：
  • 电喷雾电离（ESI）： 最常用的接口，适用于极性及半极性分子。可通过调整鞘气流速（通常为10-40 L/min）、辅助气流速（通常为0-10 L/min）、毛细管电压（+3.0 to +5.0 kV for positive mode, -3.0 to -5.0 kV for negative mode）和离子源温度（通常为40-80 °C）来优化。
  • 大气压化学电离（APCI）： 适用于非极性至中等极性、挥发性较低的化合物。
  
  
• 质量分析器调谐：
  • 一级质量分析器（Q1）： 设定待选择的母离子（Precursor Ion）的质量数（m/z）。
  • 碰撞池（CID/HCD）： 设定碰撞能量（Collision Energy, CE）。CE值需要根据目标离子的电荷状态和结构进行优化，通常在10-50 eV之间，以获得特征性的碎片离子。
  • 二级质量分析器（Q3）： 设定待检测的产物离子（Product Ion）的质量数（m/z）。
  
  
• MRM（多反应监测）方法建立： 确定母离子-子离子的组合。例如，若目标化合物的分子离子为m/z 300，其特征性碎片离子为m/z 150和m/z 200，则可设定监测[300 -> 150]和[300 -> 200]这两个反应。对于定量分析，通常选择一个高丰度、特异性强的母离子-子离子对作为定量离子，再选择一个或多个作为定性离子。

数据采集

根据实验目的选择合适的采集模式。

• 选择离子监测（SIM）： 仅检测特定母离子或产物离子。
• 多反应监测（MRM）： 同时监测多个预设的母离子-子离子对。这是定量分析最常用的模式，具有极高的选择性和灵敏度。例如，针对一种药物及其代谢物，可同时设定多个MRM通道，用于同时定量。
• 全扫描（Full Scan）： 扫描一定范围内的质荷比，用于未知物的鉴定和谱图分析。
• 数据依赖性采集（DDA）/数据独立性采集（DIA）： 在扫描一级质谱后，自动或按预设规则对选定的母离子进行二级质谱（MS/MS）扫描，用于化合物的鉴定和结构解析。

数据分析与解读

从海量数据中提取有价值的信息。

• 定性分析：
  • 保留时间（RT）： 与标准品进行比对，确定化合物的身份。
  • 母离子和产物离子： 匹配数据库中的质谱碎片模式。一级质谱提供分子量信息，二级质谱提供结构片段信息。
  • 同位素峰： 观察并分析分子离子峰及其同位素峰的丰度比，辅助判断元素组成。
  
  
• 定量分析：
  • 外标法： 绘制标准曲线，根据样品中目标化合物的峰面积（或峰高）与其浓度进行关联。
  • 内标法： 加入已知浓度的内标物，根据目标化合物与内标物的峰面积比值进行定量，可校正样品引入和基质效应。
  • 数据处理软件： 利用专业的色谱-质谱联用软件（如Waters MassLynx, Agilent MassHunter, Thermo Fisher Scientific Xcalibur）进行峰积分、定性和定量计算。
  
  

仪器维护与质量控制

规范的维护是保证仪器稳定运行和数据可靠性的必要环节。

• 日常维护： 定期清洁离子源、更换进样针、检查真空系统。
• 定期维护： 根据仪器手册要求，进行内部校准、更换密封件、清洁传输管等。
• 质量控制（QC）： 每次实验前、中、后运行质控样品，监测仪器稳定性、灵敏度和精密度。常用QC样品包括标准品溶液、基质对照品等。

通过以上步骤的规范操作，能够大程度地发挥串联质谱仪的性能，为科研和生产提供高质量的分析数据。