大气压光游离法

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大气压光游离法(APPI)是一种用于质谱分析的低碎裂(软性)游离法，常与液相层析法(LC)一起连接使用。借由在大气压下运作的真空紫外 (VUV) 光将分子游离，并通过直接吸收将电子发射或通过掺杂分子的游离导致目标分子化学游离。样品通常是通过雾化和加热蒸发的溶剂喷雾。大气压光游离法的优点为它可以在广泛的极性范围内游离分子，特别适用于不太适合低极性分子的电洒游离法(ESI)和大气压化学游离法(APCI)，与电洒游离法(ESI)和大气压化学游离法相比，大气压光游离法(APPI)也不太容易受到离子抑制和基质效应的影响，并且通常具有较宽的线性动态范围。大气压光游离法(APPI)与 LC/MS 的应用通常用于分析缺乏极性官能基的石油化合物、杀虫剂、类固醇和药物代谢物，并广泛用于环境游离，特别是用于安全应用中的爆炸物检测。

## 仪器构造

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上图显示了大气压光游离的仪器组成，第一个为雾化探针可加热至 350-500 °C，第二个为带有 VUV 光子源的游离区，第三个为将离子引入质量分析器的中压离子转移区。来自 HPLC 的溶液中的分析物以流速 μL/min 到 mL/min 范围内的流入雾化器，液体流通过雾化和加热蒸发，汽化的样品进入 VUV 源的辐射区，然后样品离子通过逐渐减小的压力梯度和电场的组合进入 MS 接口区域，通常是毛细管。

大气压光游离法已在商业上开发为双游离源，常与大气压化学游离一起使用，但也会与电洒游离一起使用。

## 游离机制

在真空条件下，光游离机制被简化成光子被分析物分子吸收，导致电子射出，形成分子自由基阳离子 M•+，此过程类似于 GC/MS 中常见的电子游离，只是游离过程较软(碎片较少)。在 LC/MS 系统的大气区域，游离机制变得更加复杂，离子不可预测的宿命通常不利于 LC/MS 分析，但与大多数过程一样，一旦更好地理离子的宿命，就可以利用这些特性来提高性能，例如，掺杂剂在大气压光游离法中的作用，最初是为离子迁移谱 (IMS) 的大气离子源开发并获得专利，适用于 LC/MS 的 APPI。基本的大气压光游离法机制可以概括为以下方案：

直接阳离子APPI

M + hν → M•+ + e−｜分析物分子 M 被游离为分子自由基离子 M•+ 自由基阳离子可以从丰富的溶剂中提取一个 H 原子以形成 M+H+

M•+ + S → M + H+ + S-H•｜溶剂提取氢

掺杂剂或溶剂辅助的阳离子 APPI

D + hν → D•+ + e−｜可光离子化的掺杂剂或溶剂 D 以高浓度输送以产生许多 D•+ 离子。可光游离的溶剂分子也可以达到同样的效果。

D•+ + M → → M+H+ + D-H•·｜D•+ 通过质子转移游离分析物 M

D•+ + M → → M•+ + D｜D•+ 通过电子转移游离分析物 M

光游离的基本过程是分子吸收高能光子随后发射电子。在直接 APPI 中，这个过程发生在分析物上，形成分子自由基阳离子 M•+。分析物自由基阳离子可以被检测为 M•+，或者它可以与周围的分子反应并被检测为另一种离子。最常见的反应是从丰富的溶剂中提取氢原子以形成稳定的 M+H+ 阳离子，通常是观察到的离子。

在掺杂剂-APPI（或光电离诱导的 APCI）中，将一定量的可光电离分子（例如甲苯或丙酮）引入样品流中以产生电荷载流子源。使用可光离子化的溶剂也可以获得相同的效果。然后掺杂剂或溶剂离子可以通过质子转移或电荷交换反应与中性分析物分子反应。上表简化了掺杂工艺。事实上，在分析物被离子化之前，掺杂剂和溶剂之间可能存在广泛的离子分子化学反应。APPI 还可以通过掺杂剂或溶剂电离产生大量热电子或通过光子撞击电离源中的金属表面来产生负离子。可导致 M- 或离解负离子 M-X- 的级联反应通常涉及 O2 作为电子电荷载体。负电离机制的例子包括：

直接或掺杂剂辅助阴离子 APPI

M + O2•−→ M − H− + HO2•｜超氧化 O2•− 去质子化

M + e– → M–｜电子捕获

M + O2•−→ M− + O2 M + O2•−→ (M − X)− + X• + O2 M + O2•−→ (M − X + O)− + OX• Where X = H, Cl, Br, or NO2｜电子转移 解离电子转移 解离电子捕获和取代

M + X– → M + X– Where X = Br, Cl, or OAc｜阴离子附着

## 历史

光游离在质谱实验中的使用历史悠久，但主要是用于研究目的，而不是敏感分析的应用。脉冲激光器被用于 (MPI), 使用可调波长的共振增强多光子离子化 (REMPI),以及在非线性介质（通常是气室）中使用和频生成的单光子游离, 光游离的非激光源包括放电灯和同步辐射。前一种光源不适合高灵敏度分析应用，因为前一种的情况下，光谱亮度低，后一种情况下“设施规模”大。同时，多年来光游离已被用于 GC 检测和离子迁移谱分析的来源，这表明在质谱分析中的应用潜力。

Robb、Covey 和 Bruins 以及 Syage、Evans 和 Hanold 在 2000 年首次发表了用于 LC/MS 的 APPI 的开发。此后不久，Syagen Technology 将 APPI 商业化，可用于大多数商业 MS 系统，并由 Sciex 用于其 MS 仪器系列。在开发 APPI 的同时，Syage 和他的同事使用 VUV 源进行低压光游离 (LPPI) 用于引入 MS 分析仪的减压。这种光游离方法非常适合作为气相色谱 (GC) 和 MS 之间的接口。

## 优点

大气压光游离法最常用于 LC/MS，尽管大气压光游离法最近在环境中得到了广泛的应用，例如使用离子迁移光谱法检测用于安全应用的爆炸物和麻醉品化合物。与前代游离源 ESI 和 APCI 相比，大气压光游离法可以游离更广泛的化合物，其优势向规模的非极性端增加。大气压光游离法还对离子抑制和基质效应的敏感性相对较低，这使得大气压光游离法在定量检测复杂基质中的化合物方面非常有效。大气压光游离法还具有其他优点，如比 ESI 更宽的线性范围和动态范围，如下图示例所示。如右图所示，APPI 通常也比具有减少背景离子信号的 APCI 更具选择性。后一个范例还突出了 APPI 与 ESI 的优势，因为在这种情况下，HPLC 条件适用于非极性正相，使用正己烷溶剂。ESI 需要极性溶剂，而更多的己烷可能会对使用高电压的 ESI 和 APCI 造成点燃危险。APPI 在正相条件下工作良好，因为许多溶剂是可光离子化的并用作掺杂剂离子，这允许特殊应用，例如对映异构体的分离（右图）。

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关于对一系列 HPLC 流速的适用性，已观察到大气压光游离法分析物的信号水平在较高的溶剂流速（高于 200 μl/min）下会饱和甚至衰减，因此，建议大气压光游离法的流速比 ESI 和 APCI 低得多，而这被认为是由于溶剂分子密度的增加吸收了光子。然而，这带来的好处是大气压光游离法可以扩展到非常低的流速（例如，1 μL/min 范围），从而可以有效地用于毛细管 LC 和毛细管电泳。

## 应用

大气压光游离法与 LC/MS 的应用通常用于分析低极性化合物，例如石油、多原子烃、农药、类固醇、脂质、和缺乏极性的药物代谢物官能基。优秀的评论文章可以在参考文献中找到。

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大气压光游离法还有效地应用于环境游离应用，使其具有多种实用配置。Haapala 等人开发了一种称为解吸 APPI (DAPPI) 的配置。并且如图所示。该装置已应用于分析各种固相滥用药物、尿液中的药物代谢物和类固醇、植物材料中的农药等。大气压光游离法还连接到 DART（实时直接分析）源，并显示用于非极性化合物（如类固醇和农药），以将氮气流量的信号增强多达一个数量级，这对于 DART 来说是首选，因为它更便宜且更易生成，并且可以更高性能的使用氦气。商业大气压光游离法也适用于接受插入式采样探针，该探针可以将液体或固体样品输送到雾化器进行汽化和游离。这种配置类似于基于使用 APCI 的大气固体分析探头 (ASAP)，因此被称为 APPI-ASAP。APPI-ASAP 与 APCI-ASAP 的优势与在 LC/MS 中观察到的相似，即对低极性化合物具有更高的灵敏度，并且对于复杂基质中的样品而言背景信号更少。尽管环境电离在过去十年左右经历了复兴，但实际上这种应用已经在安全行业中实践了几十年。回想一下我们在机场都经历过的棉签检测。拭子从表面收集凝聚相材料，然后插入热解吸器和离子发生器组件中，然后流入离子检测器，在大多数情况下是离子迁移谱仪 (IMS)，但在后来的情况下是 MS 分析仪。左图给出了用于机场和其他安检场所的 swab-APPI-IMS 系统的图片

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事实上，专为安全应用中的爆炸物和毒品检测而设计的 swab-APPI-MS 系统使用采样棒和拭子（上图）对所有类型的环境分析都表现出色。一个特定的演示（未发表）显示了对多种水果和蔬菜中农药化合物的检测具有出色的灵敏度和特异性，显示出 37 种优先农药的检测限，范围从 0.02 到 3.0 ng，远低于安全限值。

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