液相色谱-质谱联用技术（LC/MS）：从原理到精准定量分析

在复杂基质中对有机物和有机金属物种进行定性与定量分析，液相色谱-质谱联用（LC/MS）技术无疑是一件不可或缺的分析利器。尽管液相色谱有时会与电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）联用进行元素分析，但本文的焦点将集中于其在有机物分析中的主流应用，即与电喷雾电离（ESI）或大气压化学电离（APCI）质谱的结合。

通常，分析流程采用反相液相色谱，并使用挥发性溶剂和添加剂，将其与配备了ESI或APCI离子源的质谱仪直接对接。当目标分析物为离子型或强极性物种时，ESI往往是首选的电离方式；而对于极性较弱的物种，APCI则可能表现出更好的适应性。如果质谱仪具备通过碰撞诱导解离（CID）进行串联质谱分析（MS/MS）的能力，那么对子离子的选择性检测将为整个分析过程带来无与伦比的特异性。

技术工作原理

液相色谱的基本原理在此不作赘述。在LC/MS联用系统中，核心环节在于液相色谱柱的流出液如何转化为可被质谱仪检测的离子。

流出液进入质谱离子源后，会经历以下两种主流的电离路径之一：

1. 电喷雾电离（ESI）：流出液通过一个带高电荷的毛细管喷口，形成带电的雾滴。当雾滴在电场中行进时，溶剂分子不断蒸发，导致雾滴表面的电荷密度急剧增大，最终将电荷转移给分析物分子，形成气相离子。
2. 大气压化学电离（APCI）：利用电晕放电使溶剂分子离子化，这些被离子化的溶剂分子随即作为化学电离试剂，通过与分析物分子发生一系列离子-分子反应，将电荷高效地转移给分析物。

完成电离和去溶剂化后，生成的气相离子通过一个小孔进入质谱仪的高真空系统。在真空环境中，离子依据其质荷比（m/z）被分离，这通常由四极杆、离子阱、磁扇区、飞行时间（TOF）或离子回旋共振等不同类型的质量分析器实现。离子最终由电子倍增器或离子倍增器等检测器进行检测。

应用范畴与技术权衡

LC/MS与LC/MS/MS的应用范围极广，几乎可以处理任何可以想象的基质，分析对象从强极性的多肽、寡核苷酸，一直覆盖到弱极性的硝基多环芳烃等。

在许多应用场景，特别是药物代谢物、激素等极性物质的分析中，LC/MS已在很大程度上取代了气相色谱-质谱（GC/MS），其优势主要体现在两个方面：

首先，样品前处理流程得到极大简化。LC/MS分析通常无需对分析物进行衍生化，并且从基质中分离分析物的过程也更为快捷。当然，对于成分极为复杂的基质，在注入LC/MS系统前，一定程度的样品净化处理仍然是必要的。

其次，灵敏度通常更高，这使得对痕量物质的定量分析更为精准。

ESI和APCI都属于“软电离”技术，其产生的分子离子峰强度高，而碎片离子极少，这与GC/MS中许多分析物会发生显著碎裂的情况形成鲜明对比。这一特性既是优点，也可能成为短板。一方面，离子强度集中在少数几个离子上，显著提升了检测灵敏度。但另一方面，如果被监测的离子恰好存在干扰，分析人员将缺少像GC/MS中那样丰富的碎片离子作为备选定量离子。

那么，如何解决这个潜在的特异性问题？答案就是串联质谱（MS/MS）。通过选择性地分析特定母离子-子离子的跃迁，几乎总能找到一个不受显著干扰的离子对，从而确保分析的专一性。

定性与可溯源的定量分析

定性分析 LC/MS是强大的定性分析工具。利用ESI源，该技术被广泛应用于蛋白质的表征。而LC/MS/MS则在蛋白质组学研究中发挥着更深远的作用，甚至可以用于解析氨基酸序列，在药物代谢产物的鉴定中同样表现出色。

可溯源的定量分析 利用LC/MS技术可以获得极为出色的定量结果。当使用同位素标记的分析物作为内标时，测量精密度通常可以达到0.5%至5%的水平。然而，最终的准确度取决于多个环环相扣的因素：

• 校准：必须使用已知纯度的分析物标准品和内标的混合物进行校准。因此，对所用标准品的纯度有准确的认知至关重要。
• 基质效应：必须确保分析物从样品基质中被完全释放出来，并与添加的内标达到平衡。
• 测量特异性：必须保证检测信号完全来自目标分析物，不受任何干扰物的影响。

要同时满足上述所有条件，尤其是在处理复杂生物样本或环境样品时，对实验设计、方法开发和数据解读都提出了极高的要求。这正是专业检测实验室的核心价值所在。

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对于定量而言，同位素内标法是黄金标准。但在某些情况下，如果找不到合适的同位素内标，使用与分析物结构非常接近且在色谱上能够完全分离的类似物作为内标，有时也能获得令人满意的结果。