色谱仪的质量检测：新技术如何改变我们对质谱的思考方式及其在日常工作流程中的应用

在提高效率和降低成本的需求不断增加的情况下，严格的流程、标准化和高通量工作流程的实施对质量控制（QC）实验室的运作方式产生了重大影响。将相对复杂的分析技术（如质谱法）引入到这样的环境中所带来的感知到的、有时甚至是现实的挑战意味着，只有少数人意识到了这种变化的好处。然而，随着检测器技术的最新进展，使得色谱仪更容易获得大量信息，这种技术的无数应用正在涌现。

在本文中，我们讨论了将质量检测引入常规QC工作流程的可行性，并描述了该技术在小分子和生物分子分析中的应用。

满足未满足的分析需求

历史上，紫外线检测因其易用性、鲁棒性和可靠性而受到许多实验室的青睐。然而，一些固有的挑战包括在UV通道中没有响应的分析物、系数和未知物，其中任何一种都可能需要质量检测等正交方法。当与紫外线检测一起使用时，质量检测无疑会带来好处，特别是在常规质量控制环境中，但传统上认为该技术的实施具有挑战性。仪器通常高度复杂，相对昂贵，需要经过培训的操作员和定期维护，以最大限度地延长正常运行时间。此外，如果流程和实践在一个组织内已经存在多年，并且结果是可以接受的，那么改变的动力就很小。

那么为什么要改变呢？事实上，有多种原因，例如，需要解决光学检测无响应或需要比光学检测提供更大选择性的特定分析挑战。可能需要通过使用正交检测技术提高结果的可信度，或者要求对特定类别的成分遵守越来越低的检测限。与此同时，与前一代质谱仪相比，技术上的重大持续发展，如易用性的改进、运行成本的降低和功耗的降低，正在提供更好的投资回报。

将质谱引入质量控制环境的思考

在许多质量控制实验室中，色谱分离的标准平台是HPLC，然而，UHPLC和UPLC的使用越来越广泛。快速、高分辨率的分离能够在不影响分离质量的情况下提高资产利用率和吞吐量。然而，由于色谱峰宽在1-3秒的范围内，旧一代四极质谱仪缺乏适当的扫描速度来保持色谱峰上的15-20个数据点，这是准确可靠定量所必需的。因此，对于被认为适合在生产力驱动的QC实验室中使用快速色谱法的大量数据，数据采集率必须足够高，以适应窄峰宽。

对于考虑采用质量检测的QC实验室，还需要注意维护的容易程度、正常运行时间和可靠性、运行成本、工作台空间的可用性，以及获得准确和可重复结果的容易程度。技术的可转让性也很重要，无论是向邻近实验室、供另一运营商使用，还是在其他地区的设施中实施：基本要求是确保能够获得一致的结果。

最后，最好避免磷酸盐缓冲液或高盐（例如钠盐和钾盐）与质量检测相结合，因为即使是微量的磷酸盐缓冲液也会干扰电离过程，并可能导致堵塞。如果现有的质量控制方法使用非挥发性缓冲液，并且需要大量信息，则越来越流行的解决方案是配置2D色谱系统和质量检测器[1]。这样，USP色谱法中选定的峰可以直接转移到质量检测器，而无需为USP方法的重新开发进行分数收集。配置柱上稀释系统将进一步确保从转移峰收集的质谱数据的质量和可重复性。

新一代色谱仪质量检测器

最近，我们看到了新一波更紧凑的质量检测器的引入[2]，其开发目的是利用分析或净化LC和SFC系统将质量分析的优点带给色谱仪。例如，ACQUITY QDa探测器专门设计用于降低将MS技术应用于各种学科以及产品开发和质量控制的所有阶段的障碍。新一代探测器的性能特点与传统仪器相当，但占地面积与光电二极管阵列（PDA）探测器相似。尤其是ACQUITY QDa系统设计为集成在色谱堆栈中，对于QC实验室（空间通常是一个限制因素），这可能是一个主要考虑因素。

人们高度重视降低仪器操作的复杂性，包括设计电喷雾离子源，以确保即使是新手用户也能生成高质量的可重复数据。离子源具有固定的优化几何形状和固定的优化气流。该设计使初学者能够在不改变调谐参数的情况下，对各种不同化学性质的组件获得良好的结果。

ACQUITY QDa探测器的一个独特功能是在启动时运行的自动隐形校准。校准运行为用户提供了信心，使其相信数据是准确和精确的，大约20分钟内即可完成完整的自动校准和分辨率检查。调谐参数的标准化以及预先编程的校准检查有助于将系统集成到标准操作程序中，并确保不同操作员和不同实验室之间的一致性。

仪器的电喷雾毛细管的预先优化定位也在灵敏度和长期稳定性之间提供了良好的平衡，从而最大限度地减少了对零件的常规清洁要求。在强调吞吐量和正常运行时间的情况下，操作员不应承担耗时的仪器维护负担，考虑到这一点，ACQUITY QDa上的样品孔径现在设计为耗材。

数据审查

使用质量检测器对定性或定量研究结果进行审查也不应成为实现海量信息优势的障碍。在Empower 3色谱数据系统（CDS）软件的最新版本中，LC/UV项目的数据审查是使用一个单一窗口来同时审查质量和UV数据（图1）。窗口的下部显示UV和质量数据，包括用于分离的UV色谱图、总离子色谱图（TIC）和提取离子色谱图。XIC是一个从TIC提取的多个组件的叠加。这种查看与特定成分相关的提取离子的能力允许ACQUITY QDa用作高选择性检测器，仅显示感兴趣的质量或成分。在紫外色谱图中，积分峰被自动标记为组分的相应质量，这对于快速、简单的数据审查非常重要。

图1中窗口的顶部显示了特定成分的UV和MS光谱。紫外和质谱信息的结合在快速、准确评估成分光谱纯度方面具有显著优势。这种图形用户界面（GUI）简化了UV和MS数据的审查，并有助于快速采用该技术。

敏感

为了满足不同的分析需求，开发了质量检测器的两种变体，标准性能（SP）版本和增强性能（EP）版本。为了证明EP版本可达到的高灵敏度，并与SP版本进行比较，对两者进行了标准利血平敏感性测试（图2）。SP版本只需要一个安装在模块背面的小型真空泵，因此，如果此版本在检测极限方面满足实验室的特定需求，则与早期的质谱仪相比，所需的实验室空间和噪音将进一步降低。

线性

如果ACQUITY QDa与光学紫外探测器一起使用，紫外数据通常仍然是主要的定量数据源。质谱数据用于确认紫外定量数据或补充整个动态范围（其中质谱更灵敏，浓度低于紫外检测器的定量限）。如果目的是在同一分析运行中量化与极高丰度组分相关的极低丰度组份，例如，在存在大量原料药的药物杂质的情况下，质量检测器提供更宽的线性动态范围。图3说明了ACQUITY QDa可实现的4个数量级以上响应的线性。

稳健性

为了突出系统的高水平鲁棒性，部分得益于新的样品锥设计，对重复注射进行了长期研究。在图4中，向白葡萄酒溶液中加入西马津，并稀释至相当于10pg/µL的最大残留量（MRL）。葡萄酒是一种特别具有挑战性的基质，因为其含糖量高，可以迅速覆盖电极表面并产生充电效应。尽管如此，质量检测器仍被证明是可靠的，它可以采集超过80个小时的数据和超过1500次的注射。没有一次采集超出平均值的15%，总体相对标准偏差（RSD）为4.8%，在此期间检测技术没有明显漂移。

功耗

组织现在越来越重视能源消耗和效率。由于该系统的紧凑性，通过将其许多组件微型化，ACQUITY QDa比上一代单四极系统的功耗降低了85%，从而显著节省了用电量和实验室冷却成本。系统的按钮设计和非禁止泵停机时间允许用户在不使用时关闭ACQUITY QDa。此外，与前一代系统相比，该系统的可用部件更少，因此维护成本更低。

优化分析工作流并实现更快的决策

对于后期药物开发和质量控制的分析化学家来说，色谱方法开发、方法转移和方法验证可能会占用大量时间。然而，具有支持软件工具的系统工作流[3]可以减少所涉及的一些手动任务，并让分析员执行其他活动，从而提高生产力。

无论是优化方法还是排除特定结果以外的故障，在带有UV检测的色谱系统中添加质量检测器都可以提供有用的正交数据，不仅可以更好地确保样品中的所有成分都能被检测和解析，还可以促进色谱峰跟踪。图5显示了恩丹西酮和相关杂质方法优化期间流动相pH值的微小变化的影响[3]。即使改变1个pH单位，也会改变这类化合物的保留率和选择性。然而，由于每个色谱峰都标有成分的质量（m/z），因此可以立即识别偏移峰。在这个例子中，pK的先验知识一s将允许分离科学家确保流动相pH远离pK一然而，对于许多分离，其中多个pK一存在的情况下，可能需要对流动相组成进行一些考察，以找到最佳pH值。在有时非常复杂的方法开发过程中，与UV数据一起生成大量信息有助于显著加快决策，并消除了使用单个标准检查分析物保留时间的需要。

在确认峰的同质性时，UV和质量信息的互补性也很明显。图6中的LC/UV色谱图显示了小分子活性药物成分（API）和相关杂质的分离。4号组分峰的前缘、顶点和后缘的紫外峰纯度图表示光谱纯峰。然而，当检查色谱峰的质谱时，离子分布的变化表明至少有两种成分是共洗脱的。

加强过程控制

生物治疗产品的质量保证

除了分析小分子外，ACQUITY QDa还可以用作分析生物疗法（如肽和释放的聚糖）的正交检测技术。常规肽实验中最常用的流动相适用于质量分析，重要的是，系统的检测范围（30至1250 m/z）允许分析多电荷肽[5]。

用于分析释放的N-聚糖的标记试剂的最新发展使得这些成分的质量检测分析更加有趣[6]。使用基于2-氨基苯甲酰胺（2-AB）的传统标记技术进行分析，结果是释放的聚糖混合物很容易被荧光检测到，但由于离子抑制效应，使用电喷雾电离质量分析仪难以检测。用于标记释放的N-聚糖的新试剂RapiFluor-MS的开发通过荧光检测使其至少提高了2倍，更显著的是，MS使信号增加了100倍。此外，RapiFlu-MS标记导致产生具有更高电荷态的离子（通常为双电荷离子），与2-AB标记的聚糖产生的离子（通常为单电荷离子）相比。

随着这些标记成分MS信号的增加，以及这种方法产生双电荷离子的偏向，将紧凑型质量检测器添加到色谱系统中进行聚糖分析，现在是一种非常有吸引力的解决方案，可以以最小的成本和工作量提高生产环境中的监测能力。此外，这种新的标记技术将样品制备时间从一天减少到不到一个小时，提供了彻底改变聚糖分析工作流程的机会[6]。

结论

随着质谱领域技术的不断进步，开放的态度将有助于组织充分认识到下一代质谱仪在提高生产力和质量方面可以带来的好处。事实上，由于大量信息现在被认为与PDA数据一样容易生成，采用的障碍大大低于以往，因此现在有机会大幅降低与质量差、检测限具有挑战性、结果超出特定范围、决策长期延迟等相关的成本。向前迈进，对结果更大的信心、更高质量的数据、更快、更明智的决策和更高效的工作流程将是成功的关键驱动因素。