结合了大气压电离技术与高分辨质谱的双重优势的GC-APCI-QTOF,克服GC-EI-MS的固有的缺点,得到越来越多的认可,被广泛应用于靶向筛查和非靶向分析中。
图1. GC-APCI-QTOF,布鲁克的456GC通过GC-APCI源与高分辨质谱连用
GC-APCI的历史
最初作为EI源的补充,GC-APCI的概念最早由Horning等人在上世纪70年代提出,在Horning最初的实验设计中,使用传统的填充柱通过APCI离子源与MS连用,其灵敏度已经可以达到皮克水平。在之后的80年代,一系列的GC-APCI研究成果相继发表,GC-APCI-MS被成功应用于环境样品中如二噁英,多环芳烃等持久性有机污染物的分析,所用的色谱柱也转而采用现代的玻璃毛细管柱和熔融石英柱。在最近的十年内,涉及GC-APCI的文献数量每年都在递增,尤其在代谢组学研究中,GC-APCI-QTOF已成为重要的研究工具。
图2. GC-APCI文献发表的统计,GC-APCI在最近十年里重新成为研究热点
GC-APCI工作原理
与GCMS的CI源离子化方式类似,GC-APCI工作时使用的氮气起类似于CI反应气的作用。在正离子模式下,通过电晕针放电,氮气失去电子成为自由基阳离子,自由基离子继而与水反应,形成水合氢离子。随后自由基离子或水合氢离子跟化合物反应,发生电荷或质子转移,最终生成化合物的(准)分子离子峰。图3. GC-APCI离子化的示意图(正离子模式)
与GC-EI-MS相比,GC-APCI-QTOF主要优势有以下几点:GC-APCI为软电离,不会产生源内碎裂,可以得到更强的(准)分子离子峰;
与ESI-QTOF的图谱类似,所得到(准)分子离子峰可以快速准确得到分子式信息;
进行MS/MS实验时,选择(准)分子离子作为母离子更容易,碰撞能量的设置也更灵活;
对色谱分离要求较低,无需基线分离即可完成分子式推测,不受共流出物的干扰;
(准)分子离子峰的响应,与碎裂后的EI图谱比,灵敏度更高;
图4. EI与GC-APCI质谱图的对比,异狄氏剂的EI图谱(上图)中几乎无法观察到分子离子峰,而在GC-APCI图谱(下图)里,分子离子峰为基峰
GC-APCI-QTOF解决方案
针对于环境污染物的分析,布鲁克将GC-APCI-QTOF分析流程作为HPLC-ESI-QTOF的重要补充,整合进目标物筛查方案TargetScreener中。筛查方案相应增加适用于GC-APCI分析的目标物数据库,其中包含326种化合物的分子信息(保留时间,精确质量,同位素分布,碎片离子),这使筛查方案中QTOF的分析范围得以进一步扩展。秉承TargetScreener方案的自动化分析思路,GC-APCI-QTOF分析流程中涉及到的软硬件及所有的方法均经过优化,方法包为“开箱即用”,简单易学的标准化操作可以快速准确得到筛查结果。目前GC-APCI-QTOF已成功应用于二噁英,多氯联苯,多环芳烃等环境污染物的分析中。
图5. TargetScreener4.0,包含GC-APCI-QTOF和LC-ESI-QTOF工作流程的筛查解决方案
在对于未知物的分析中,GC-APCI-QTOF采用与HPLC-ESI-QTOF类似的分析思路,通过对高分辨的准分子离子的测定来确定分子式,结合CID碎裂得到的MSMS碎片信息,可以进行离线或在线数据库的检索,最终完成化合物的结构确认。对于大量的无法通过EI谱库检索进行定性的化合物而言,GC-APCI-QTOF显然提供了更为可行的定性思路。