液質聯用(LC-MS)，液相色譜-質譜聯用技術，指液相色譜和質譜兩套分析系統的“聯用”。

色譜的優勢在于分離，為混合物的分離提供了最有效的選擇，但其難以得到物質的結構信息，主要依靠與標準品對比來判斷未知物，對無紫外吸收化合物的檢測還要通過其它途徑進行分析。質譜能夠提供物質的結構信息，用樣量也非常少，但其分析的樣品需要進行純化，具有一定的純度之后才可以直接進行分析。兩套系統聯用可發揮出更大的優勢。

液質聯用中的液相色譜

液相色譜的構造分為五大部分：進樣部分(手動進樣或自動進樣)，驅動液體流動的色譜泵，主導分離的色譜柱(有些配柱溫箱)，檢測器、數據采集和分析系統。

當同質譜聯用時，質譜成為液相色譜的檢測器，而為了同步數據采集及分析，色譜廠商通常開放接口，讓質譜廠商的軟件來控制液相色譜的進樣和分離，數據分析也交給質譜廠商。

液相色譜結構圖

當液質聯用時，通常在色譜柱前端加裝短的保護柱來延長色譜柱壽命。若固定相使用未經修飾的氧化硅顆粒或修飾其它高極性物質，如氨基或氰基，則成為正相色譜，適合分析極性較強的分析物，洗脫時可通過調配極性差異大的兩種流動相溶液(如水和乙腈)比例，而得到適當極性的單一流動相溶液進行等度洗脫。在復雜樣品中，若要獲得好的分離度，可以使用極性差異大的兩種流動相溶液(如水和乙腈)進行梯度洗脫。若固定相為經過C18、C8或苯基柱，則稱為反相色譜，適合分析低極性的化合物，亦可以進行等度或梯度洗脫。

在聯用中，大都使用內徑2.1mm或1mm的色譜柱，其流動相流速分別為約200-300 μL/min和50-75μL/min，有些情況下可使用4.6mm的色譜柱，其流動相流速為1mL/min，這時一般會在進入質譜前進行分流，讓少部分進入質譜，而大部分分流后可進行回收。

超高效液相色譜分離時，固定相顆粒從5μm降至3μm與1.7μm以下，這時分離效率更高，但同時需要超高壓液相泵(>400 bar或>6000psi)，這時分離時間縮短到數分鐘內且不損失分離效能。在超高效液質聯用時，其色譜峰底寬約在數秒內，因此在質譜方法設定上，需適當調整掃描速度以獲得足夠質譜圖數，從而完整描繪色譜峰。

納升級流速液質聯用常用于蛋白質組學等復雜微量樣品的分析。

降低柱內徑可以得到較低的死體積，同時柱效大幅提高。例如，若原本用2.1mm的色譜柱分析樣品，當轉換至使用內徑75μm毛細管柱且注入相同樣品濃度時，理論上樣品峰濃度將會增加至約784倍。因此使用毛細管色譜柱對于電噴霧質譜儀(濃度靈敏檢測器)的信號提升將非常顯著。此時，達到理想理論塔板數的最佳流速約為255 nL/min，理想進樣體積約24nL，這時需要更細微的注射器，不易實現。

目前普遍的做法是，利用柱前端在線預濃縮方式，將微升級的樣品體積濃縮在色譜柱的最前端以縮小樣品體積。另一方面，由于樣品承載量減少，超載的樣品量容易造成柱分離效率降低。為解決此問題，可在色譜分離柱的前端加入一個捕集柱(Trap Column)，捕集柱的功能包含了樣品預濃縮與去除過多的樣品量。為匹配納升級流速，一般需要納升電噴霧接口。商品化的納升級流速液質聯用構建上，常使用一個六通閥連接捕集柱與分離柱，在捕集柱進行預濃縮時同時去除大部分樣品中的鹽類，濃縮后洗脫樣品到分離柱進行樣品分離。

液質聯用中的質譜

質譜主要由樣品入口、離子源、質量分析器、檢測器、數據系統、質量分析器和檢測器(許多質譜的離子源)均在真空中，由真空泵來提供所需真空度。

質譜主要測定的是帶電離子的質量，即質荷比(m/z)。在液質聯用中，樣品入口即液相色譜的流出端接入離子源，在離子源和質量分析器之間的離子傳輸也挺重要。

質譜結構示意圖

質譜離子化方法

? 電噴霧電離(ESI)

電噴霧離子源能夠將溶液中的帶電離子在大氣壓下，經由電噴霧過程轉換為氣相離子，再導入質譜儀分析。除了大分子的分析，電噴霧也適用于分析極性小分子，并具有高靈敏度，同時非常容易與HPLC在線聯用，因此是LC-MS的最主要離子源接口。

? 納噴霧電離(Nanospray Ionization)

利用石英毛細管制成內徑約1μm的噴嘴，可在25nL/min極低流速下穩定電噴霧，這即被稱為納噴霧離子源。這時的噴針和入口方向是平行甚至直對質譜入口，且能承受溶液中較高濃度鹽類污染物的影響，基質效應較不明顯。廣泛用于蛋白質組學研究中，且近年來出現了很多納升流速的液相色譜儀，從而使LC-MS稱為微量分析的利器。

? 大氣壓化學電離(APCI)

將原GC-MS上使用的CI化學電離方法擴展到大氣壓下進行，基本原理是離子/分子反應，但APCI借助電暈放電產生試劑離子。此方法利用高電壓(5-6kV)金屬針放電產生等離子體區域，通常以氮氣作為試劑氣體，經由電暈放電產生一次離子，再與汽化的溶劑反應，產生二次反應氣體粒子，再與溶質進行離子/分子反應，如發生質子轉移反應，從而使被分析物離子化。APCI更適用于弱極性/中等極性的小分子，其在僅有電場作用的ESI下難以離子化。

? 大氣壓光致電離(APPI)

利用光能激發氣態被分析物分子，使其離子化為自由基離子，或進一步將被分析物質子化生成離子。APPI有時也使用摻雜劑如甲苯、丙酮來幫助被分析物離子化，具有分析極低極性或非極性物質的能力。

? 常壓敞開式電離

解吸電噴霧電離(Desorption Electrospray Ioniztion，DESI)和 實時直接分析(Direct Analysis in Real Time，DART) 統稱為常壓敞開式離子化(Ambient Ionization)。常壓敞開式離子化法適合分析存在于物體表面的物質，可在現場分析，分析速度快，在環境檢測、食品安全、犯罪物證鑒定、臨床標志物檢測等需要快速現場分析的領域具有前景；在近年來高熱度的質譜成像、空間定位組學等領域發表了許多前沿成果。

液質聯用中的質譜：質量分析器

在離子源離子化后，離子經過離子傳輸部分(習慣上稱為Q0區)進入后續的質量分析器。

質量分析器有這七種：扇形磁場、四極桿、離子阱、飛行時間、FTICR、Orbitrap、Astral。扇形磁場常配合EI源使用，所以在LC-MS中不再介紹。下面分別介紹其它6種。

? 四極桿Quadruple

其原理是控制離子隨著交流(AC)、直流(DC)電場運動。在特定電場作用下，離子運動軌跡與質荷比有關，如果運動軌跡不穩定就會撞擊分析器的電極或偏離電場區無法被利用。簡而言之，通過控制電場可選擇特定質荷比的離子穩定地通過四極桿到達檢測器。

? 離子阱Ion Trap

屬于四極質量分析器，不同的是在z軸增加了一個束縛場，形成一個可以捕獲離子的三維電場。它由一對環形電極和一對上下對稱的端蓋電極組成，這些電極的幾何形狀為雙曲面。當離子阱要捕獲所有離子時，常關閉直流電場僅保留交流電場。當掃描離子時，在環形電極加入射頻場(即交流電場)，而上下端蓋電極則同時接地。通過掃描環形電極的交流電場可使離子逼近不穩定區而離開離子阱進入檢測器。

? 二維線性離子阱Linear Trap

三維離子阱的容量較小，有效捕獲區域小，為了增加離子阱的容量、提升靈敏度、分辨率等性能，質譜學家們設計了二維線性離子阱，即在二維四極桿的軸向方向，用電場將離子束縛起來，可將被捕獲離子的數量從百萬個提升到千萬個。

? 飛行時間TOF

利用靜電場加速離子后，以離子飛行速度差異來分離不同質荷比的離子。在施加同樣能量的電場后，離子進入一個無場的飛行管，質荷比大的離子飛得慢，質荷比小的離子飛得快。TOF的突出優點是：在分辨率、靈敏度、速度方面均有不錯的綜合表現，反射型TOF常常可以獲得超過10,000的高分辨，全掃描時的譜圖采集速度很快。

? 傅里葉變換離子回旋共振FT-ICR

FT-ICR的質量分析器由捕獲電極、激發電極和檢測電極組成，其結構可以是立方體、圓柱形或長方體等。離子在均勻的磁場中做回旋運動，當離子回旋頻率與激發電極發出的射頻電場頻率相當而產生共振時，離子運動半徑會逐漸擴大到足以在兩個平行的檢測電極上感應產生像電荷。此時關閉激發電極的無線電場，并記錄像電荷形成時域的ICR信號，使用傅里葉變換可將時域信號轉換成頻域譜圖，譜圖中的頻率為離子質量與電荷的函數，所以可以直接轉換為質譜圖。值得注意的是，FT-ICR不需要將離子傳送到檢測器中，它檢測的是感應信號。

? 軌道阱Orbitrap

利用直流電場將離子局限于阱中，并運用傅里葉變換技術將時域信號轉換到頻域，再經換算得到離子的質荷比信號。離子被局限在固定的軌道內長時間高速周期運動，因此可獲得數十萬甚至上百萬的高分辨率。在獲得與FT-ICR近似分辨率性能的同時，Orbitrap不使用強磁場而使用直流電場，使用簡單、維護成本低，是近年來質譜領域的重大突破。

? 非對稱軌道無損質量檢測器(Asymmetric Ion Mirrors, Astral)

目前它主要用于和Orbitrap配合使用，主要用于串聯MS/MS檢測。總體原理有點像多次往返的TOF，但離子的飛行軌道和傳統TOF非常不同。它的主要特點是：可以在高達200 Hz的速度下碎裂離子，同時分辨率達到8萬。Astral不是TOF，而是結合了TOF、離子阱和Orbitrap技術的一種新型分析器。

液質聯用中的質譜：檢測器

? 電子倍增器(Electron Multiplier，EM)

離散金屬板的串聯連接，可將離子電流放大約108到可測量的電子電流。原理是讓離子撞擊到容易釋放出二次電子的材質表面，二次電子經由重復撞擊相同材質連續放大二次電子數目后，再記錄二次電子數量來達到檢測目的。電子倍增器依據其結構可分為不連續式與連續式兩種，前者面積大但動態范圍寬，后者面積小適用于空間有限的分析器，但動態范圍窄。總的來說，電子倍增器的響應時間約為20ns，不適合TOF，常用于四極桿、離子阱。

? 微通道板(Microchannel Plate，MCP)檢測器

微通道板MCP類似于連續式電子倍增器，只是它將每個微小化的電子倍增器做成數組形態，并集中在一只半導體圓盤上。由于電流信號的時間半高寬通常小于2ns，適用于TOF。MCP最常見的結構為二片堆疊式，當離子撞擊進入MCP中，其效果類似于連續式電子倍增器，二次電子反復撞擊通道內部表面產生大量二次電子。MCP的優點是檢測面積大、增益值高、反應速度快、甚至可搭配熒光屏或數組式收集信號電極變成離子圖像檢測器。

? 無增益式離子檢測器

本身不放大離子信號，只作為收集離子電流或感應離子電荷的簡單裝置。其結構主要由檢測離子的電極和在后端的信號放大電路構成。一般用來檢測離子的電極稱做法拉第電極，而此電極依其形狀又常被稱為法拉第板或法拉第杯。法拉第杯通常直接放置在離子路徑上收集離子，而法拉第板則可直接收集離子或安裝于離子路徑旁感應離子信號。

? 閃爍檢測器(Scintillation Detector)

也稱達利檢測器(Daly Detector)，其原理也是離子轉換為二次電子，但產生二次電子數目沒有被放大，而是直接加速撞擊高效率的熒光屏后發光，然后光子再由極為靈敏的光電倍增管檢測并放大成電子信號。該檢測器的增益比高，但只適用于正離子，信號響應時間長，且需要高真空，體積較大。許多早期使用該檢測器的質譜都已改成電子倍增器。目前，商業質譜儀常以轉換二次發射電極搭配電子倍增器使用，來增加儀器靈敏度。

液質聯用中的質譜：真空系統

真空是質譜儀運作的必要條件之一，也是操作質譜儀前首先要準備的工作。真空度越高，代表氣體壓力越低。大多數質譜儀都必須串聯低真空及高真空兩種泵，而且開啟時必須循序啟動。質譜常用真空泵有三類。

? 粗抽泵(Roughing Pump)

適用于1000~10^-3 mbar。機械泵(Mechanical Pump)、隔膜泵(Diaphragm Pump)及渦卷式泵(Scroll Pump)都屬于粗提泵，或前級泵(Fore Pump)，需要機油潤滑和經常性保養，運轉時會產生噪聲和高溫。

? 高真空泵(High Vacuum Pump)

適用于10^-4~10^-9 mbar。渦輪分子泵(Turbomolecular Pump)、擴散泵(Diffusion Pump)及低溫泵(Cryopump)屬于高真空泵。渦輪泵和擴散泵都必須在排氣口連接一個粗提泵。一般液質聯用上使用的高真空泵均為渦輪分子泵。

? 超高真空泵(Ultrahigh Vacuum Pump)

適用于10^-4~10^-11 mbar。包括低溫泵和離子泵(Ion Pump)，可將腔體內壓力降到超高真空。但低溫泵需超低溫，離子泵體積特別大。超高真空壓力范圍也可以串聯幾個分子渦輪泵來實現。

液質聯用體現了色譜和質譜優勢的互補，將色譜對復雜樣品的高分離能力，與MS具有高選擇性、高靈敏度及能夠提供相對分子質量與結構信息的優點結合起來，在藥物分析、食品分析和環境分析等許多領域得到了廣泛的應用。