如何处理电喷雾中的金属加合离子

“加合离子”这一术语在液相色谱/质谱（LC/MS）用户中很流行，用于描述在正离子分析中碱金属离子加合到分析物分子上所形成的离子。然而，了解情况的用户应该知道，“加合离子”正确来说是指：任何离子物质加合到一个分子上所形成的离子。

在本文中，我们将专门讨论碱金属离子（Na、K）加合到分析物分子上的情况，因此将“金属加合离子”这一术语来指代这些物质。

在正离子电喷雾分析中最常观察到的金属加合离子是单电荷的钠加合物和钾加合物，分别用[M+Na]⁺和[M+K]⁺表示。然而，电喷雾中的离子也可以与许多其它加合物质形成，例如铵离子[M+NH₄]⁺；

在高电压下从电喷雾针头中提取出来的金属离子，例如[M+Fe]⁺；加合的溶剂分子，例如[M+H+H₂O]⁺；以及负离子分析中带负电荷的加合物质，例如[M+Cl]^–。

图1：显示Na和K加合离子的典型电喷雾质谱图。

除质子化分子以外的加合离子也可能出现在大气压化学电离（APCI）离子源中。APCI中的加合离子必须是挥发性的，这意味着上述的铵加合物、氯加合物和水加合物可以出现在APCI中，但金属离子则不能。

表1：电喷雾中常见的加合离子 *M 为分析物分子的分子量。

表1列出了电喷雾中常见的加合离子种类以及其对应的 m/z 值。前三行显示了最常见的单电荷物质。

图1 显示了一个分子量为212u分析物在钠离子和钾离子存在下的分析结果。m/z=213处的峰代表质子化分子[M+H]⁺。比质子化分子高22个m/z单位的是钠加合物，高38个单位的是钾加合物。

日常使用电喷雾的分析人员在开发 LC/MS 方法时必须训练自己的眼力，去寻找这两种金属加合物中的一种或两种。在某些情况下，质子化分子可能完全不存在，而只存在金属加合物。

表1的最后四行展示了多电荷离子的几种变体。在这些情况下，请注意每个加合物质贡献一个正电荷，质谱峰出现在对应于加合物总质量除以离子总电荷数的 m/z 值处。

高电荷物质（如完整的多肽）的特点是电荷异质性，即质谱图显示多个峰，每个峰代表不同的电荷状态。在碱金属离子存在下的电荷异质性可能导致完全无法使用的质谱图，其中几乎每个质荷比上都有一个峰。

出于这个原因及其他原因，分析人员必须了解金属加合离子的来源，并知道如何控制它们的形成。

为什么会有这些离子

许多用户问的第一个问题是“为什么我会看到这些离子？”

分析人员感到困惑的是，他们并没有向样品或流动相中添加任何含钠或含钾的试剂，却仍然看到了对应于这些 m/z 值的显著离子流。

这种金属污染最常见的来源是——实验室玻璃器皿。玻璃制造过程中使用了各种盐类，它们在水性溶剂存在下会从玻璃中浸出。因此，在电喷雾实验室中，塑料器皿常常被用来替代玻璃器皿。

增塑剂和其他有机分子可能会从塑料器皿中浸出，但通常不如金属离子加合物那么成问题，因为它们出现在已知且固定的 m/z 值，因此在解析质谱图时可以将其排除。

钠和钾污染的另一个常见来源是分析人员自身。仅用未戴手套的手接触实验室器皿就足以转移盐分，从而导致金属加合离子的显著出现。

生物样品通常含有高内源浓度的各种盐分，而其他盐分可能在样品制备过程中加入。临床患者样品（如尿液或血浆）的盐浓度差异很大，不同样品之间金属加合离子形成程度的高低可能导致不准确的定量结果。

许多现有的高效液相色谱（HPLC）方法使用含钠或含钾的试剂进行pH控制或离子对。当将这些方法转移到LC/MS时，必须修改这些方法以消除这些金属离子盐。

无论来源如何，了解和控制金属加合离子的形成至关重要，尤其是在定量应用中。有两种策略可以可靠地处理这些离子：

1. 降低 pH 值：处理不想要的碱金属加合物的首选方法是——用一种简单的有机酸（如甲酸）来降低流动相的 pH 值。这提供了相对于金属离子过量的质子，从而将所有或大部分离子形成推向质子化分子[M+H]⁺。与未改性的流动相相比，降低pH值应能提高电离效果，从而为质子化分子提供更好的检测限（LOD）。
2. 向流动相中添加乙酸钾或乙酸钠。正如前一个例子中大量过量的质子驱动质子化物质的形成一样，大量过量的金属离子驱动几乎唯一地形成金属加合离子物质。如果方法（1）不能消除大部分金属加合物，你应该采用此策略。你可能还会发现金属加合离子的响应（改善LOD）优于质子化物质，尽管这只能通过实验来确定。

请注意，使用乙酸盐或其他挥发性试剂非常重要。非挥发性盐会在离子源中沉淀，并可能堵塞质谱仪的入口。