上海精科-复旦分析仪器研发实验室 上海 200433 2上海精密科学仪器有限公司 上海 200233
摘 要 上海精科- 复旦分析仪器研发实验室开发的微流量LC/TOF-MS 联用仪是国内首创的通用液质联用系统。它的NanoLC 部分采用了新型热膨胀高压泵体，实现了无活动部件的微流高压梯度HPLC；质谱部分使用先进的TOFMS技术，能够完成多数的L C - M S 检测工作，并保持较低的拥有成本。在食品安全领域，该仪器可以检测苏丹红等有害物质。
关键词 TOF；LC；MS800；热膨胀；食品安全
引 言
上海精密科学仪器有限公司（上海精科）和复旦大学在上海市科委组织下，研制出了拥有自主知识产权的国产微流量液相- 飞行时间质谱联用仪（NanoLCTOF-MS）。该仪器可以用于常规的液相分析检测工作，能够胜任质量控制、科学研究和生物制药等领域的工作需要。
在食品安全领域中，L C - M S 是最常用的检测仪器。但是我国从过去的农药残留问题，到现在的食品中有害添加剂问题，往往采用HPLC 作为国标检测手段。这是一种无奈却又符合我国现阶段国情的暂时性做法。以苏丹红的检测为例，国际通用的方法是HPLC-ESI-MS，其基本仪器配置最低需要250 万人民币。这对于国内广大基层质检部门来说是很难承担的。使得我国无法制定以LC-MS 为核心的食品安全国家质量体系，这对于人民健康有着潜在的不利影响。而且在与国际交流的进出口贸易领域，我国根本无法规避LC-MS 检测手段，特别是在农牧产品的出口问题上，近几年来发达国家的技术性贸易壁垒（绿色壁垒）经常将我出口商品拒之门外。由于无法出示达到国际先进水平的检测报告来回应诸如日本“肯定列表”等制度，对我国造成较大损失。根本解决途径在于增强国力和开发国产先进的分析检测仪器。
2 仪器硬件特点
“热膨胀高压微流梯度毛细管HPLC-TOF-MS 联用仪”分为nanoHPLC 和MS800 型TOF-MS 两台仪器。NanoHPLC 由复旦大学张祥民教授组织研发，TOF-MS由杨芃原教授牵头开发。两台仪器可以单独使用，也可以组成LC-MS 联用仪，来发挥更大效用。NanoHPLC 是一种采用热膨胀泵体为核心的全新概念H P L C 。此前市场上销售的液相色谱都是采用机械泵。我们是利用液体加热膨胀的特性，以高纯水为工作物质，精确计算预测不同温度、压力下水的密度，同时考虑水在不同压力和温度下的压缩系数，给出工作物质的精确体积，通过控制液体受热的升温速率，来实现恒流或者恒压输出。高纯水经过除气和老化后，注入容积为5mL 的高压容器内，然后放入程控温度控制器内，构成一支与以往液相色谱泵完全不同的创新
性的热膨胀高压微流泵。它工作在50～300℃之间，每次温度从50℃加热至300℃，可以最多提供约10 μL 的液体，而后泵体被快速降温，并从另一单向阀重新吸入损失的液体。使用两支热膨胀高压微流泵交替工作，就可以完成液相色谱不间断的恒流或者恒压输出；使用四支泵，分成两组分别输送两种液体，就可以完成二元梯度洗脱的操作。热膨胀高压微流泵比较传统液相泵有很多优势。
第一，原理简单，没有活动部件，寿命长、维护方便；
第二，密封难度小，理论工作压力高，可以达到80～100MPa，但是由于我们的色谱柱和接头的压力限制，目前实际使用的最大压力为35MPa；第三，成本低廉，容易加工制造；第四，这种泵体的流量精度在纳升级范围内远高于传统活塞泵。在上样量极少的应用领域，如生物样品的蛋白分离中，有很好的应用前景。NanoHPLC 的流量精度与流速关系如图1 所示。MS800 型TOF-MS 是大规模集成和开发改进的仪器。是一种高分辨、高灵敏度的飞行时间质谱仪。它采用了垂直加速反射式飞行时间质量分析器技术（oaTOF），在高度为700mm 的飞行管中，可以提供最佳10,000(IUPAC FWHM 全宽半高，相当于10% 谷底的5,000 或者GC-MS 中的10M) 的分辨能力（如图3）；质荷比范围为30～20,000Th ；使用纳升级电喷雾离子源检测100fmol/μL的降压药物利血平(Reserpine)时，m/z = 609Th的单电荷同位素峰信噪比为110。MS800的真空系统采用德国生产的新型分流式分子泵，可以在三处真空腔中、分别提供220l/s、150l/s和10l/s的梯度真空抽速，为飞行时间质量分析器提供工作所需的1 0-
7Torr 高真空，而且它体积小、寿命长、性价比高。离子通过六极杆加透镜组离子传输系统被引入到分析器中，跨越4 级真空梯度，最终被V 型安装的两级微通道板检测，其信号通过2.5GHz的时间数字转换器(TDC)实时记录在电脑中，图谱采样率为10～0.1Hz，最小可检测LC 峰宽为1s。我们研制的3 种电喷雾离子源可以匹配不同流速的液相色谱工作需要；与NanoHPLC 相连的NanoESI 离子源有四个自由度可以调节，充分发挥不同位置、角度电喷雾离子化的特性，如避免溶剂峰干扰以及低流速纳喷雾等。纳升级电喷雾喷针有激光拉制的石英毛细管、钠玻璃离线喷针以及不锈钢毛细管喷针三类，其中前两类有镀金、镀钼或无镀层多种选择，尖端口径覆盖了2～100 μm 数个档次。
MS800型LC-TOF-MS 的内部结构示意图如图2 所示。
MS800 型TOF-MS 面向的目标用户是以往以LC 为主要检测手段的工作者，整体设计大量采用最新的仪器技术和零部件，如2006 年设计的GHz 级前置放大器、峰值甑别器、时间数字转换器等电子设备，其性能和1998年多数国外仪器产品相比，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 年底才专门为质谱仪器厂家定制、并首先运用在LTQ 这类仪器上；另外一体化设计，不但减小了体积，提高性能，还
降低了购买和维护成本。同时MS800 采用了“薄板一体化加速器和反射器”、“六极杆离子反应器”等自主研发的技术，增强了仪器性能，我们将在以后另文介绍。当采用了上述若干先进技术后，其成本反而下降。
