上海精科-復(fù)旦分析儀器研發(fā)實(shí)驗(yàn)室 上海 200433 2上海精密科學(xué)儀器有限公司 上海 200233

摘 要 上海精科- 復(fù)旦分析儀器研發(fā)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的微流量LC/TOF-MS 聯(lián)用儀是國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的通用液質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)。它的NanoLC 部分采用了新型熱膨脹高壓泵體，實(shí)現(xiàn)了無(wú)活動(dòng)部件的微流高壓梯度HPLC；質(zhì)譜部分使用先進(jìn)的TOFMS技術(shù)，能夠完成多數(shù)的L C - M S 檢測(cè)工作，并保持較低的擁有成本。在食品安全領(lǐng)域，該儀器可以檢測(cè)蘇丹紅等有害物質(zhì)。

關(guān)鍵詞 TOF；LC；MS800；熱膨脹；食品安全

引 言

上海精密科學(xué)儀器有限公司（上海精科）和復(fù)旦大學(xué)在上海市科委組織下，研制出了擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國(guó)產(chǎn)微流量液相- 飛行時(shí)間質(zhì)譜聯(lián)用儀（NanoLCTOF-MS）。該儀器可以用于常規(guī)的液相分析檢測(cè)工作，能夠勝任質(zhì)量控制、科學(xué)研究和生物制藥等領(lǐng)域的工作需要。

在食品安全領(lǐng)域中，L C - M S 是最常用的檢測(cè)儀器。但是我國(guó)從過(guò)去的農(nóng)藥殘留問(wèn)題，到現(xiàn)在的食品中有害添加劑問(wèn)題，往往采用HPLC 作為國(guó)標(biāo)檢測(cè)手段。這是一種無(wú)奈卻又符合我國(guó)現(xiàn)階段國(guó)情的暫時(shí)性做法。以蘇丹紅的檢測(cè)為例，國(guó)際通用的方法是HPLC-ESI-MS，其基本儀器配置最低需要250 萬(wàn)人民幣。這對(duì)于國(guó)內(nèi)廣大基層質(zhì)檢部門(mén)來(lái)說(shuō)是很難承擔(dān)的。使得我國(guó)無(wú)法制定以LC-MS 為核心的食品安全國(guó)家質(zhì)量體系，這對(duì)于人民健康有著潛在的不利影響。而且在與國(guó)際交流的進(jìn)出口貿(mào)易領(lǐng)域，我國(guó)根本無(wú)法規(guī)避LC-MS 檢測(cè)手段，特別是在農(nóng)牧產(chǎn)品的出口問(wèn)題上，近幾年來(lái)發(fā)達(dá)國(guó)家的技術(shù)性貿(mào)易壁壘（綠色壁壘）經(jīng)常將我出口商品拒之門(mén)外。由于無(wú)法出示達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平的檢測(cè)報(bào)告來(lái)回應(yīng)諸如日本“肯定列表”等制度，對(duì)我國(guó)造成較大損失。根本解決途徑在于增強(qiáng)國(guó)力和開(kāi)發(fā)國(guó)產(chǎn)先進(jìn)的分析檢測(cè)儀器。

2 儀器硬件特點(diǎn)

“熱膨脹高壓微流梯度毛細(xì)管HPLC-TOF-MS 聯(lián)用儀”分為nanoHPLC 和MS800 型TOF-MS 兩臺(tái)儀器。NanoHPLC 由復(fù)旦大學(xué)張祥民教授組織研發(fā)，TOF-MS由楊芃原教授牽頭開(kāi)發(fā)。兩臺(tái)儀器可以單獨(dú)使用，也可以組成LC-MS 聯(lián)用儀，來(lái)發(fā)揮更大效用。NanoHPLC 是一種采用熱膨脹泵體為核心的全新概念H P L C 。此前市場(chǎng)上銷(xiāo)售的液相色譜都是采用機(jī)械泵。我們是利用液體加熱膨脹的特性，以高純水為工作物質(zhì)，精確計(jì)算預(yù)測(cè)不同溫度、壓力下水的密度，同時(shí)考慮水在不同壓力和溫度下的壓縮系數(shù)，給出工作物質(zhì)的精確體積，通過(guò)控制液體受熱的升溫速率，來(lái)實(shí)現(xiàn)恒流或者恒壓輸出。高純水經(jīng)過(guò)除氣和老化后，注入容積為5mL 的高壓容器內(nèi)，然后放入程控溫度控制器內(nèi)，構(gòu)成一支與以往液相色譜泵完全不同的創(chuàng)新

性的熱膨脹高壓微流泵。它工作在50～300℃之間，每次溫度從50℃加熱至300℃，可以最多提供約10 μL 的液體，而后泵體被快速降溫，并從另一單向閥重新吸入損失的液體。使用兩支熱膨脹高壓微流泵交替工作，就可以完成液相色譜不間斷的恒流或者恒壓輸出；使用四支泵，分成兩組分別輸送兩種液體，就可以完成二元梯度洗脫的操作。熱膨脹高壓微流泵比較傳統(tǒng)液相泵有很多優(yōu)勢(shì)。

第一，原理簡(jiǎn)單，沒(méi)有活動(dòng)部件，壽命長(zhǎng)、維護(hù)方便；

第二，密封難度小，理論工作壓力高，可以達(dá)到80～100MPa，但是由于我們的色譜柱和接頭的壓力限制，目前實(shí)際使用的最大壓力為35MPa；第三，成本低廉，容易加工制造；第四，這種泵體的流量精度在納升級(jí)范圍內(nèi)遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)活塞泵。在上樣量極少的應(yīng)用領(lǐng)域，如生物樣品的蛋白分離中，有很好的應(yīng)用前景。NanoHPLC 的流量精度與流速關(guān)系如圖1 所示。MS800 型TOF-MS 是大規(guī)模集成和開(kāi)發(fā)改進(jìn)的儀器。是一種高分辨、高靈敏度的飛行時(shí)間質(zhì)譜儀。它采用了垂直加速反射式飛行時(shí)間質(zhì)量分析器技術(shù)（oaTOF），在高度為700mm 的飛行管中，可以提供最佳10,000(IUPAC FWHM 全寬半高，相當(dāng)于10% 谷底的5,000 或者GC-MS 中的10M) 的分辨能力（如圖3）；質(zhì)荷比范圍為30～20,000Th ；使用納升級(jí)電噴霧離子源檢測(cè)100fmol/μL的降壓藥物利血平(Reserpine)時(shí)，m/z = 609Th的單電荷同位素峰信噪比為110。MS800的真空系統(tǒng)采用德國(guó)生產(chǎn)的新型分流式分子泵，可以在三處真空腔中、分別提供220l/s、150l/s和10l/s的梯度真空抽速，為飛行時(shí)間質(zhì)量分析器提供工作所需的1 0-

7Torr 高真空，而且它體積小、壽命長(zhǎng)、性?xún)r(jià)比高。離子通過(guò)六極桿加透鏡組離子傳輸系統(tǒng)被引入到分析器中，跨越4 級(jí)真空梯度，最終被V 型安裝的兩級(jí)微通道板檢測(cè)，其信號(hào)通過(guò)2.5GHz的時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)實(shí)時(shí)記錄在電腦中，圖譜采樣率為10～0.1Hz，最小可檢測(cè)LC 峰寬為1s。我們研制的3 種電噴霧離子源可以匹配不同流速的液相色譜工作需要；與NanoHPLC 相連的NanoESI 離子源有四個(gè)自由度可以調(diào)節(jié)，充分發(fā)揮不同位置、角度電噴霧離子化的特性，如避免溶劑峰干擾以及低流速納噴霧等。納升級(jí)電噴霧噴針有激光拉制的石英毛細(xì)管、鈉玻璃離線噴針以及不銹鋼毛細(xì)管?chē)娽樔?lèi)，其中前兩類(lèi)有鍍金、鍍鉬或無(wú)鍍層多種選擇，尖端口徑覆蓋了2～100 μm 數(shù)個(gè)檔次。

MS800型LC-TOF-MS 的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2 所示。

MS800 型TOF-MS 面向的目標(biāo)用戶(hù)是以往以LC 為主要檢測(cè)手段的工作者，整體設(shè)計(jì)大量采用最新的儀器技術(shù)和零部件，如2006 年設(shè)計(jì)的GHz 級(jí)前置放大器、峰值甑別器、時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器等電子設(shè)備，其性能和1998年多數(shù)國(guó)外儀器產(chǎn)品相比，有了很大提高；但成本，反而下降。又例如采用分流式分子泵是2003 年底才專(zhuān)門(mén)為質(zhì)譜儀器廠家定制、并首先運(yùn)用在LTQ 這類(lèi)儀器上；另外一體化設(shè)計(jì)，不但減小了體積，提高性能，還

降低了購(gòu)買(mǎi)和維護(hù)成本。同時(shí)MS800 采用了“薄板一體化加速器和反射器”、“六極桿離子反應(yīng)器”等自主研發(fā)的技術(shù)，增強(qiáng)了儀器性能，我們將在以后另文介紹。當(dāng)采用了上述若干先進(jìn)技術(shù)后，其成本反而下降。