液相色譜質譜聯用儀的詳細介紹與應用

液相色譜-質譜聯用儀（LC-MS，Liquid Chromatography-Mass Spectrometry）是一種結合液相色譜（LC）分離能力與質譜（MS）高靈敏度檢測能力的分析技術，廣泛應用于復雜混合物中化合物的定性和定量分析。以下是其詳細介紹與應用：

一、LC-MS的基本組成

1. 液相色譜（LC）部分

• 輸液系統：高壓泵輸送流動相（如甲醇/水）。

• 進樣器：自動/手動注入樣品。

• 色譜柱：反相C18柱、HILIC柱等，根據化合物極性選擇。

• 柱溫箱：控制分離溫度以提高重現性。

2. 接口（離子源）

• 電噴霧電離（ESI）：適合極性、大分子（如蛋白質、多肽）。

• 大氣壓化學電離（APCI）：適合弱極性小分子（如脂類、甾體）。

• 大氣壓光電離（APPI）：用于非極性化合物（如多環芳烴）。

3. 質譜（MS）部分

• 四極桿（Q）：低成本，適合靶向定量（如藥物代謝分析）。

• 飛行時間（TOF）：高分辨率，適合非靶向篩查（如代謝組學）。

• 離子阱（Ion Trap）：多級質譜（MS?）能力，用于結構解析。

• Orbitrap：超高分辨率（可達100萬+），用于復雜樣品。

• 質量分析器類型：

• 檢測器：電子倍增器（EM）或光電倍增管。

4. 數據處理系統

• 軟件用于峰識別、定量及數據庫比對（如NIST、mzCloud）。

二、LC-MS的核心優勢

• 高靈敏度：可檢測pg/mL級痕量物質。

• 高選擇性：通過多反應監測（MRM）排除基質干擾。

• 寬動態范圍：跨越4-6個數量級。

• 兼容復雜樣品：無需全部分離即可分析（如血液、環境樣品）。

三、主要應用領域

1. 制藥與生物醫藥

• 藥物代謝（DMPK）：研究藥物在體內的吸收、分布、代謝（ADME）。

• 雜質分析：檢測原料藥中的痕量降解產物。

• 生物大分子分析：單克隆抗體、多肽的定性/定量（如肽圖分析）。

2. 臨床診斷

• 新生兒篩查：遺傳代謝病標志物（如氨基酸、酰基肉堿）。

• 治療藥物監測（TDM）：如免疫抑制劑（他克莫司）、抗癲癇藥的血藥濃度檢測。

• 癌癥標志物：發現和驗證腫瘤相關代謝物（如膽堿、肌酐）。

3. 環境與食品安全

• 農藥殘留：蔬菜水果中有機磷的檢測。

• 環境污染物：水體中PPCPs（藥品和個人護理品）、微塑料添加劑。

• 食品添加劑：非法添加物（如三聚氰胺）。

4. 科研領域

• 代謝組學：疾病機制研究（如糖尿病、阿爾茨海默癥）。

• 蛋白質組學：翻譯后修飾（磷酸化、糖基化）分析。

• 法醫毒理學：血液/尿液中的毒物篩查。

四、LC-MS的局限性

• 基質效應：復雜樣品可能抑制/增強離子化效率（需優化前處理）。

• 成本高：儀器購置和維護費用昂貴。

• 技術門檻：需專業操作和數據分析能力。

五、前沿發展

• 聯用技術擴展：如LC-MS/MS與離子淌度（IM-MS）聯用，提升分離維度。

• 微型化：便攜式LC-MS用于現場檢測（如環境污染應急）。

• AI輔助：機器學習加速代謝物鑒定和通路分析。

六、典型分析流程

1. 樣品前處理：蛋白沉淀（乙腈）、固相萃取（SPE）、稀釋過濾。

2. LC分離：優化梯度洗脫程序（如5%~95%乙腈/水）。

3. MS檢測：選擇離子模式（SIM/MRM）或全掃描（Full Scan）。

4. 數據分析：積分峰面積、校準曲線定量、數據庫匹配。

總結

LC-MS憑借其強大的分離與鑒定能力，已成為現代分析化學的核心工具，尤其在生命科學、環境監測和精準醫療中需要。用戶需根據目標化合物性質（極性、分子量）選擇合適的離子源和質量分析器，并結合樣品前處理以優化結果。