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离子阱飞行时间质谱工作方式

   日期:2020-07-26     来源:互联网    作者:admin    浏览:74    评论:0    
核心提示:  随着国内医药行业的飞速发展,以及国内外大环境的要求,质谱作为一种非常有用的检测仪器以及手段,逐渐受到国内医药企业的重

  随着国内医药行业的飞速发展,以及国内外大环境的要求,质谱作为一种非常有用的检测仪器以及手段,逐渐受到国内医药企业的重视并不断普及。而其中的翘楚-高分辨质谱在药物研发方面,尤其是本人从事的药物杂质研究方面拥有着无与伦比的地位。然而,就质谱本身而言,不论是仪器维护还是应用研究,都需要有一定的理论基础,这就大大限制了其应用。所以作者希望通过系列文章,来增强同行们对于质谱的了解,以共同学习进步。

  就像标题所说的,今天内容是写给那些有高分辨质谱需要,但又不知道选择何种类型仪器的朋友们。对于一个对质谱了解不深,甚至没有实际使用经验的人来说,这真是个大问题。因为一台高分辨质谱,少则几百万,高端的如FT-ICR甚至有上千万的,如果买回来不能用或用不好,确实是一种浪费。(比如作者在某次与同行交流的过程中发现,有些医药企业买来具有多级质谱功能的高分辨质谱来做一级检测;还有些科研院校本着只做不解的原则,让完全没有基础的学生进行数据处理和解析......)

  常见的高分辨质谱就原理而言,主流主要有两种:飞行时间质谱和FT-ICR质谱。其中,后者则是目前市面上精度最高的质谱,但由于其价格高昂,体积大、维护成本高,使得其在企业中的应用几乎为零。作者读博期间,导师曾有一台FT质谱,占据了整整一个实验室。磁体同核磁共振仪类似,需要用液氮低温保存才能提供高磁场。某次,据说一师兄在维护时不小心把扳手吸到了磁体上,导致仪器寿终正寝,这台千万级的仪器,就这么挂了......

  对于医药企业来说,飞行时间质谱无疑是更好的选择,不仅价格低,还因为体积小,方便与液相系统联用,精度的话对于1000Da以下的药物小分子足够了。目前市场主流的飞行时间质谱有Q-TOF和IT-TOF两种(有人会说,不是还有MALDI-TOF么?MALDI主要用于做蛋白质/高分子研究,本文就不提了)。有幸的是,这两种质谱作者都使用过,所以就他们的优缺点一一加以说明,供有需要的朋友参考。

  首先,作为大头,Q-TOF质谱可能是目前药企里面使用最多的高分辨质谱了。该类仪器将四极杆-飞行管两种质量检测器联用,可以最高进行二级质谱数据的采集(当然,通过源内CID手段,也可以进行假三级质谱的采集)。

  作者使用的是Agilent 6500系列高分辨质谱,主要优点有:

  1.Mass Hunter软件逻辑清晰,操作简单,非常适合初学者。该软件也支持多个数据间的参照对比,使用方便;

  2.由于仪器原理的原因,碰撞池的碰撞条件,包括气压和碰撞能量可控,二级质谱图重现性好,方便用于二级碎片指纹谱的研究,这一点在对于药企来言很重要;

  3.一级质谱数据精度高;

  4.离子源有ESI、APCI等,且由于独特的设计,抗污能力好;

  5.四级杆质谱定量效果较好。

  该仪器不足的地方有:

  1.只能打到二级,对于未知结构的化合物解析而言尚有不足;

  2.离子源更换麻烦;

  3.配套的液相系统问题较多,比如系统压力高等;

  4.由于没有使用脉冲累积技术,灵敏度较低。

  综上,该仪器比较适合用于日常样品检测和结构确认、二级质谱库的建立以及一些结构简单的杂质研究。

  作为Q-TOF的竞争对手,IT-TOF算得上是一种比较有特色的高分辨质谱,目前市面上只有岛津一家有售。该质谱将离子阱-飞行时间两种质量检测器联用,可以进行多级质谱数据的采集,也是市面上唯一一台可以做多级质谱同时还有一定高分辨率的飞行时间质谱仪。实际上,在多级质谱这一块,Thermo的LTQ也具有很强的竞争力。LTQ由于采用线性离子阱,使其定量能力大大增强,多级碎片的信号也很好。但无奈啊,人家岛津在离子阱后面接的是飞行管,使得碎片离子的检测精度大大增强,定性能力不可同日而语。

  总体而言,IT-TOF的优势有:

  1.可以打多级,可以打多级,可以打多级,这点很重要,所以说三遍;

  2.碎片离子的检测精度高于一般低分辨质谱,这在定性上非常非常有帮助;

  3.采用了八级杆脉冲累积技术(以后会有相应介绍),使得其灵敏度非常好;

  4.液相系统耐用,操作方便;离子源结构简单,更换容易,清洗维护也很轻松;

  5.校正液和调谐液什么的可以自己配置,省了一笔维护开销。

  不足的地方:

  1.软件复杂且不人性,不方便上手,尤其在数据处理这一项,拖了整体的后腿(话说这帮日本人做软件也是那么死脑筋);

  2.离子源由于设计原因,易导致后续离子光学组件的污染。虽然清洗不算麻烦,但频繁开关机也是很头疼的;

  3.由于飞行管长度及仪器设计的原因,导致仪器的精度不高,误差通常在10ppm左右(人家Q-TOF误差一般不到1ppm),且没有使用Mass Lock,对环境要求高;

  4.多级数据的采集条件需要摸索,有时候得到一张很好看的多级图很难,且多级图谱的重现性不好。

  综上,IT-TOF比较适合用于未知样品的检测,尤其是药物代谢产物或药物杂质的研究,同时对使用者的要求极高。

1.jpg

  注:红色部分就是IT-TOF的飞行管,横置整合在仪器里面(Q-TOF的飞行管一般竖置,且长度普遍很高,有的能顶到天花板)


 
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