将质谱分析中的环境电离技术引入世界

在这次采访中，AZoM采访了Waters公司的首席产品经理Ed Sprake，介绍了Waters公司在质谱分析中使用环境电离技术所做的工作，以及这项创新的潜力。

您能先给我们的读者简单介绍一下沃特斯公司及其工作吗?

沃特斯公司是世界领先的专业测量公司。他们开创了色谱、质谱和热分析技术，为生命、材料和食品科学服务了60多年。亚博网站下载亚博老虎机网登录

沃特斯在全球拥有7000多名员工，在35个国家设有15个生产基地。沃特斯致力于客户的成功和促进人类健康和福祉的解决方案。

目前环境电离的应用有多广泛?实施这种方法的挑战有哪些?

环境电离这是一个非常有趣的领域，因为与LCMS或GCMS等其他技术相比，它有望更快、更方便的采样。目前应用的环境直接电离技术有几种，是一个丰富而广泛的研究领域。

科学家们总是希望改进其他光谱技术无法解决的问题。在许多感兴趣的领域都是如此，包括食品安全、法医学、化学制造和制药。

这种持续的改进意味着环境电离技术通常是定制的，由世界各地的个人研究团队建造，并量身定制，以适应他们现有的MS仪器。

虽然这种级别的定制使定制解决方案成为各自应用的理想选择，但其有限的适用性意味着许多技术仍与基于研究的环境相联系，并没有出现在更主流的使用中。

一些技术已经被MS仪器制造商或独立公司商业化。这些技术比前面提到的实验技术得到了更广泛的应用。

然而，即使这些技术在应用和暴露方面也会受到限制，因为它们的设计适用于一系列现有产品。由于基本MS仪器的操作复杂性和相对较高的价格，这可能会给采用带来障碍。

RADIAN ASAP仪器开发的主要动力之一是减少采用环境电离技术的障碍，并使这类技术的更主流应用成为可能。

图片来源:Waters Corporation

环境电离技术的优点和挑战是什么?

ASAP(大气压固体分析探针)作为一种电离技术有几个优点。它是一种快速和通用的方法，适合于快速分析，对样品制备的要求很低。

电离过程本质上类似于APCI，并且与许多不同类型的样品和分析物兼容。由于不涉及色谱法，因此对昂贵溶剂的使用和处置的需求也很小。

然而，传统的ASAP并不是一种完美的分析技术。通常需要在仪器顶部安装一个垂直或接近垂直的探头。这在不可能物理地到达工作台上的探针的环境中提出了挑战。

清洗ASAP消耗品通常需要在高温下烘烤，这可能是一个复杂的过程，用户必须手动改变气体流量和温度，以优化消耗品的清洗，然后重新设置到最佳条件，以便之后进行分析。

ASAP有几种不同的实现，但大多数都没有从物理上将可消费对象引导到源代码。因此，存在样品污染源表面的风险，因此需要进行背景后续分析。

由于ASAP技术通常是与现有混合使用技术一起使用的附加外围设备，因此工作流需要对该基础技术有大量的了解，才能从系统中获得最佳效果。这种陡峭的学习曲线意味着只有一些期望的功能是可以实现的；例如，ASAP的温度渐变方法可能缺乏灵活性。

如何开发出弧度ASAP仪器来应对这些挑战?

我们研究了一系列的实现以及ASAP电离所固有的好处和挑战。然后我们讨论了如何对系统硬件和软件的设计进行修改，以改进功能。

弧度名称是基于快速直接分析的收缩，它总结了仪器的设计用途。ASAP（也称为大气压力固体分析探针）是我们用来产生离子和进行质量分析的技术。它还可以分析液体样品、溶液、泥浆甚至非均质混合物。

该系统是基于成熟和可靠的技术。ASAP电离本身是由查克·麦克尤恩和他的团队在2005年左右开发的。从那时起，它通过多个供应商和类型的质谱技术得到了广泛的使用，包括我们自己的通用离子源。

对于RADIAN仪器，我们重新设计了ASAP源，加入了一个水平装样机，这不仅使它更容易使用，而且更适合典型的取样和分析工作流程。

质谱分析仪基于紧凑的格式，单四极杆技术，我们在2013年的Waters QDa中首次亮相，自那以来，已经在数千家客户实验室中使用。

图片来源:Waters Corporation

我们将这两种技术结合在一起，并对设计进行了修改，使RADIAN ASAP能够提供一种独立、紧凑、坚固且易于使用的仪器，从而实现对固体、液体和溶液的快速、低成本的每样品分析。

硬件设计由先进的信息学工具支持，如LiveID™，旨在提供快速和轻松的结果，只需很少的培训和质谱知识。

您能给我们的读者一个弧度ASAP标准工作流程的概述吗?

弧度上的采样和样品介绍的整个工作流程可以分解为四个简单的步骤。

图片来源:Waters Corporation

第一步是清洁毛细管，以去除任何背景材料，可能已经从包装，或从如何处理毛细管。要做到这一点，只需将毛细管加载到系统中，并使用软件中的专用烘烤按钮。

这将自动将毛细管加热到600°C，持续1分钟，增加气体流量并提高电晕电流，以去除任何可能导致分析中背景离子的污染物。

第二步是将样品加载到干净的毛细管上。有几种方法可以做到这一点;如果样品是液体或溶液，你可以用移液管将已知量的样品移到玻璃毛细管的末端，而它还在装填器中，或者你可以简单地将毛细管的末端浸入样品中，使用毛细管固定器来处理它。

如果样品是固体，你可以触摸固体表面的毛细管(注意不要使它超载)，或者你可以将少量的固体样品溶解在溶剂中，然后对液体样品使用两种方法中的一种。

一旦样品放在毛细管上，就可以将固定器和毛细管放入仪器前面的装载机中。这第三步将自动启动收购。

在软件(手写或通过仪器前面的led)提示用户将样品装入器(拿着毛细管和样品)推入仪器之前，仪器将获得背景光谱。如果设置了温度斜坡或阶梯温度曲线，当你将样品推入仪器时，它将自动启动。

第四步，也是最后一步，是获得结果。LiveID软件允许用户将样本与库或统计模型进行实时匹配，根据用户的工作流程，在分析运行时提供库匹配或样本分类。

一些用户选择使用自动数据处理，使用像OpenLynx这样的软件包来处理批量确认工作流，或者使用IonLynx生成基于比率分析的自动报告，或者使用内部标准的半定量方法。

关于ASAP电离技术的工作原理，你能提供更多的细节吗?

的源几何形状弧度尽快对于那些有质谱分析知识的人来说是很熟悉的。在引入一股加热的氮气流之前，使用一次性玻璃毛细管将样品从仪器前面引入到源。

图片来源:Waters Corporation

这有两个目的;首先，为玻璃毛细管提供热源，使样品挥发。其次，它在电晕放电针周围区域产生氮等离子体，这是主要电离机制之一的基础。

氮等离子体间接地从挥发的分子中产生离子，然后引导进入仪器，并根据不同的质量电荷比进行分类，然后检测并转换为质谱。

RADIAN ASAP有哪些数据分析选项可供使用？

一旦质谱产生，就有几种处理和查看数据的方法。选择很大程度上取决于用户想从他们的分析中寻找什么。

MassLynx是提供仪器控制和基本数据采集的标准数据包。它有标准工具可用于开发方法、查看和分析数据。这对于反应监控等应用程序非常有用，用户可能正在寻找一种快速方法来确认反应进度。

MassLynx包括OpenLynx处理功能，允许用户自动生成大量确认报告，并以简单的浏览器格式查看数据。

对半定量分析或比率分析感兴趣的用户应查看IonLynx，这是一种处理非色谱数据并以易于使用和信息丰富的格式呈现结果的优秀工具。这对于化学品配方监控等应用非常有用。

LiveID软件能够实现实时库匹配和实时化学计量建模工作流程。

在LiveID中，库匹配和模型构建工作流程之间的关键区别是什么?

库匹配和模型构建工作流程似乎有相似的用途，但它们确实提出了微妙的不同问题。

多变量统计建模方法通常用于回答以下问题:“这些样本与我的黄金标准相似还是不同?”

这是监控食品欺诈、查看掺假或真实性研究等应用的理想选择。这种方法要求用户使用已知的真实样本构建统计模型，这样LiveID就可以将这些数据与新样本进行比较，以确定显著差异。

另一方面，库匹配则询问预定义库中的任何化合物是否包含在未知样本中。这两种工作流程的差异非常细微，但库匹配是一种非常有用的方法，可以快速对检获药物进行分类，以便进行法医分析。

一个标准库，包括50最常见的滥用药物是可为弧度ASAP。这可以免费下载。

弧度ASAP的一些典型用途是什么，它的设计如何有利于这些应用?

弧度ASAP包括一个重新设计的样品引入系统，以加载消耗品到源代码的工作台高度，这意味着它是可以访问的每个人。在软件中也有一个专用的单按钮来烘烤和清洁新的毛细血管，用气体冲洗源体积，并保持电晕针清洁。

该仪器的特点是机械引导样品进入源和自动样品门，确保样品永远不会直接接触源中的表面。这使背景降到最低，并减少了清洁要求。

弧度ASAP还使用户能够定义适合被分析的样品和正在执行的分析类型的温度斜坡。

一个直观和直接的样本插入工作流指导用户通过整个分析过程。

使用RADIAN ASAP和LiveID进行实时库匹配是简化工作流程的理想选择，可以快速对查获的材料进行分类，包括滥用药物。亚博网站下载该软件的默认库包含50种最常见的滥用药物，而LiveID允许用户将未知样本与库中的组件进行匹配。

分析是通过一种方法运行的，该方法同时获取四种不同的锥电压的数据。在最低电压下获得的光谱通常显示感兴趣的完整物种的离子。随着电压的增加，碎片的高度变得明显，本质上产生了四个光谱指纹，表明了被分析的物种。这比单一的质谱具有更大的特异性。

LiveID将从RADIAN获得的数据与库进行实时匹配，在每个锥体电压下寻找光谱指纹匹配。这将返回1000的匹配分数，接近1000的分数表示可能存在化合物，较低的分数表示不可能存在感兴趣的化合物。

在样品被插入仪器几秒钟后，这个结果就会显示出来。这种高速分析允许快速多次获得相同的样品，以满足认证。结果可以在需要的地方存储为PDF文件。

我们也在考虑在食品真实性和掺假中使用RADIAN ASAP，使用在LiveID中可用的多元统计建模工作流。

为了提供一个更具体的例子，我们最近研究了干牛至与其他污染物(如橄榄叶)的掺假。

图片来源:Waters Corporation

为确保相似分析，使用甲醇进行简单溶剂萃取，并在分析前用毛细管浸泡所得提取物以装载样品。使用LiveID根据统计模型完成实时样本分类。

为了生成这个模型，我们在两天内以随机顺序对35个真实牛至样本和18个真实橄榄叶样本进行了两次技术复制，并使用这些数据生成了一个PCA/LDA模型。

这提供了两组之间良好的分离，这是基于三个主成分，占数据方差的96%以上。然后用各种掺假物对模型进行测试，以模拟预期的欺诈场景。

随机抽取7份真正的牛至叶和2份橄榄叶样品，由三名不同的分析人员中的一名在四种不同的仪器上使用浸渍或移液导入样品技术进行测试。在所有情况下，LiveID软件都会以100%的置信度返回正确的分类。

图片来源:Waters Corporation

使用弧度ASAP仪器的温度升高有什么好处?

可以使用弧度尽快应用几种类型的温度渐变。其中最简单的是等温法，可根据分析物进行优化。还可以选择执行温度阶跃法和弹道温度梯度，这两种方法都可用于不同类型的样品。

阶梯式温度爬升可用于帮助解旋复杂样品类型，如油或聚合物配方。这些通常倾向于在热解吸剖面上产生几个峰或台阶。它也是一个非常有用的工具，用于方法发展，并可以帮助确定最佳温度的等温工作。

由于所涉及的温度步骤不同，阶梯温度法的运行时间比等温法略长。另一种选择是弹道温度斜坡，即温度从低到高的设置非常迅速地增加，以快速挥发样品中的成分。

这种方法在热剖面上产生的分离更少，但它确实受益于比全步骤方法更快的采集时间。

采用温度升高和实时数据采集相结合的方法，用户可以监控各种情况下的反应;例如，查看应用程序中示例的降级标记，如加速稳定性测试或降级监控。

温度梯度对反应优化也很有用，在这种情况下，需要多种分析物来评估一个化学反应在各种不同条件下的进展——在这种情况下，可以使用温度梯度特性来优化分析。

一旦优化，该方法非常快速，非常容易运行，可以根据反应进度快速决策。

这类分析在制药工业中也有应用，反应监测是新候选药物合成的关键步骤。其他常见的温度提升应用包括原材料的质量测试，对时间或水分敏感的成分分析，或对纯化馏分的分析。亚博网站下载

简单地从总离子色谱中提取光谱可以显示反应的状态，随后的分析显示反应随时间的进展。

尽管提供了一个简单的升温工作流程，但随着反应的进展，RADIAN ASAP提供了丰富的信息，名义上的大量数据。这些信息还包括产物和反应物的相对强度，以及产生的任何杂质或降解物的标称质量数据。

在产品开发、新应用和市场方面，RADIAN的下一步计划是什么?

当前的弧度尽快产品是一个独立的，占地面积小，易用的直接分析系统。我们基于稳健的技术开发了这个系统，并重新设计了硬件和软件，既简化了工作流程，又为环境电离技术提供了额外的功能。

LiveID产品库的匹配功能对于该仪器来说是全新的，我们仍然可以访问多元统计建模工作流。

这些系统结合起来可以提供优秀的实时数据结果，对于希望自己集成数据的用户，或者希望使用更多自动化选项生成大量确认、工作流比率分析或半定量分析报告的用户，可以使用替代的数据处理选项。

我们一直在问这样的问题:将来我们可以在哪里使用这种仪器，还有哪些应用程序可以从直接分析中受益。RADIAN ASAP在使环境电离技术更容易实现方面已经取得了很大进展，但我们仍有更多的事情可以做。

我们下一步在哪里使用仪器将取决于人们希望在哪里使用这项技术。

例如，用户是否希望将该仪器带出实验室，出于什么目的?我们是否需要进一步自动化它，以减少人工干预?有没有不同的或更合适的电离技术或技术，我们可以利用，以提供更好的结果，在不同的情况下?我们是否可以开始将其他质谱或分析技术纳入现有的工作流程，以提供更好和更容易获得的结果?

作为一个制造商，我们可以开始回答其中的一些问题，但我认为这些答案必须来自用户、他们对这项技术的用途和未来的想法和反馈。这种用户输入将推动我们前进，并确保我们继续生产对许多不同行业有用的仪器。

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对应聘者

Ed自2001年以来一直在Waters工作，担任多种角色，包括LC/MS应用专家、药品营销和产品管理。他目前负责基于四极杆的质谱检测技术，包括RADIAN ASAP、ACQUITY QDa检测器和SQ检测器2，担任质谱仪的主要产品经理。

在进入Waters之前，他曾在英国Zeneca Specialties和Avecia担任分析化学家，并获得了英国曼彻斯特U.M.I.S.T.的分析化学MChem学位。

这些信息来源于沃特斯公司提供的资料。亚博网站下载

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