LCMS碰撞的效率与纯度 - CID气体纯度的重要性

各位使用岛津质谱的老师都知道，在工程师上门安装之前我们会发送一份《岛津三重四级杆液相色谱质谱联用仪 LCMS-8045/8050 安装准备条件》的文件，这里面详细介绍了仪器从开始安装到日后使用过程中需要准备的条件，如用电的功率、实验台的承重以及气体的种类和纯度等等，其中有如下一个条件，尤其值得我们关注，如下图：

从上面的表格中我们可以清晰的看到，日常使用中我们不仅要准备氮气及空气，还有氩气，而且对氩气的纯度提出了明确的要求。究竟氩气在质谱分析中起到什么作用？它的纯度如果不符合要求又会给我们的分析检测工作带来哪些影响呢？要想更透彻地了解以上的疑问，我们首先要知道四极杆质谱仪的发展历程。

四极杆质谱仪的发展历程

在三重四极杆质谱联用仪实现商品化之前，很多检测者们普遍利用MS检测器可以提供化合物的结构及分子量等信息，且具有灵敏度高、分析速度快、分离能力强的特点对样品进行定性及定量分析。但是对于利用LC-MS分析体系十分复杂的样品时，如血液样品、药物代谢等，由于样品中有大量的保留时间相同、分子量也相同的干扰组分存在，使得利用单四极杆MS技术进行定性的操作变得越来越困难。为了消除其干扰，串联质谱的商品化发展步入快速多样的时代。

下面两张图片分别为岛津LCMS及LCMSMS质谱端的结构图。从图片中我们可以看出，在单四极杆质谱的四极杆及检测器间增加碰撞室及另一组四极杆质量分析器就构成了我们完整的三重四极杆质谱仪。

碰撞的原理

在碰撞安全的实验测试中，我们利用高速运动的汽车模拟发生事故时车辆对驾乘人员的身体保护，来检验车辆在出厂时是否达到乘用车国家标准的设计要求。从测试中我们可以看到，当高速运动的车辆与其它物体相撞时产生巨大的能量，造成车辆不同程度的受损和变形。而这正是符合能量守恒的直观体现，即动能转化为内能，而形变恰恰是能量转化的体现，从而在最大程度上保护驾乘人员的安全。

在串联质谱设计中，碰撞室的引入也是利用了这样的能量守恒原理。高速运动的带电粒子与垂直进入到碰撞室的大量气体分子碰撞，而这个气体通常选择惰性气体如氩气或者氮气等。

岛津选择更加稳定的单原子分子氩气做为碰撞气来实现高效碰撞诱导解离。在碰撞中，动能转化为内能，导致分子离子的键断裂，变成更小的碎片，并通过Q3质量分析器对所得的碎片离子进行质量分析及用于对原有的分子离子的结构判断。同时，分析学者们可以利用此特点进行高信噪比，低背景干扰的定量检测，即多反应离子监测（MRM）。在这个过程中，Q1执行前体离子的筛选，而Q3执行产物离子的筛选。从而为我们进行高可信度的定性和定量提供了检测手段。

氩气的纯度对检测结果的影响

要清楚这个原因，我们就要从氩气的工业生产方式说起。自然界空气中氩的含量约为0.934%，相比氮气和氧气的含量很低。如果只依靠从空气中分离效果明显不好。在不断的摸索中人们发现合成氨尾气中含氩3%~8%，含量是空气中的几倍，所以工业上一般从空气和合成氨尾气中提取氩气。由于合成氨尾气是由其弛放气和氨罐排放气组成，其组成为：60%~70%H2、20%~25%N2、3%~8%Ar、8%~12%CH4及约3%NH3。后续经一系列生产工艺—原料气净化、脱氢、脱甲烷和脱氮四步工序使氩气纯度符合我们的需求。纯度越高里面含有的其他气体杂质就越少。

前面的内容中我们说到，高速运动的带电粒子与惰性的气体分子碰撞使前体离子产生碎裂进而利用碎片进行定性或者定量。那么只要是惰性气体一定会碰撞出我们想要的产物离子吗？答案是否定的。

上面这个图片是我们日常接触很多的补钙物质主要成分，25羟基VD3的分子模型。从模型可以看出构成物质的微观组成包含有共价键、离子键、金属键、混合键，空间结构包含单键，双键，环化等等结构复杂。要想使他们在高速碰撞中产生碎裂，不仅取决于惰性气体的种类和压力，还与带电离子的初始动能及结构有关系。气体的分子结构直观的反映就是分子量和分子体积。由能量守恒定律可以得出，在碰撞过程中，分子量越大，动能在传递过程中转化为内能的效率也就越高。相反的，如果氩气纯度不高，含有的其他气体杂质进入碰撞室就会导致碰撞效率降低而影响仪器的灵敏度。同样的如果碰撞室污染就会使带电粒子在运行过程中的速度降低，进而影响碰撞能量的转化，造成信号的下降。所以一定要注意我们使用的氩气的纯度，并根据仪器的状态定期对其进行保养，使其能长久稳定的给您的生产提供高效的保障。