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超純水水質對於LC-MS的影響
2012-08-08

液態層析質譜儀 (Liquid chromatography mass spectrometry,LC-MS) 結合了高效液態層析儀(High performance liquid chromatography,HPLC)或超高效液態層析儀(Ultra high performance liquid chromatography,UHPLC)的快速分離效果,以及質譜儀極為靈敏的分析能力,是研究中不可或缺的工具。在實際的使用上,對於標準品、有機溶液或其他的移動相,其純度的要求皆是最高等級的。然而,常被研究人員忽略的是:如果超純水的水質不佳,或是純水系統未正常運作,其實也會對液態層析儀造成不良的影響。

水中污染物對於LC-MS的影響

有機污染物 當移動相遭有機物污染時,會產生一連串嚴重的後果。首先,污染物有可能會和待測物競爭管柱的結合位置 (binding site),可能使得待測物無法結合而被洗出管柱,讓訊號強度降低,或是造成滯留時間(retention time)的延長,最終使分析方法的靈敏度和準確性降低。

有機污染物亦會累積於管柱的表面,隨著實驗次數增多,待測物和管柱中的結合位置接觸將會愈來愈困難,除了造成背景值升高,影響解析度外,太多的有機污染物會使樣本不易通過,而產生過高的背壓,嚴重的話有可能造成管柱或機器的損壞。

當有機污染物過多時,會和溶劑混合,形成一種新的移動相,讓待測物和管柱的結合或移動的方式發生無法預期的改變,造成滯留時間的偏移或拖尾峰(Peaking tailing)的現像。

細菌 細菌會分泌酵素:例如nuclease,protease,內毒素或其它有機產物,對LC-MS造成的影響和有機污染物一樣。

離子 (鹽類) 離子污染會造成溶劑的離子強度改變,如果是遭鈉離子及鉀離子污染時,更有可能和待測物形成加合物(adducts),干擾後端的質譜分析。

膠體(colloids)和微粒(particulates) 水中如果遭許多膠體或微粒物質污染時,會使管路產生阻塞,使得水泵需要以較大的壓力運作,長期下來將會造成水泵的傷害。膠體和微粒物質也會堵塞管柱,少量的堵塞即會對以超高壓運作的超高效液態層析儀造成嚴重的影響。

如何去除水中的有機污染物

在上述提及的四大污染物中,我們可以發現有機污染物佔了其中兩項,在LC-MS的應用上,也特別著重於有機污染物的去除,接下來我們來看看如何去除有機污染物的去除。

活性碳 能夠利用其廣大的表面積和具有活性的官能基吸附有機污染物,建議選用全合成的核子級活性碳,顆粒更細緻均勻,對於有機污染物的去除效果也較佳。

UV燈 UV燈能放出185和254nm兩種波長的光,其中185nm的光能打斷有機化物的共價鍵,進行光氧化作用,最終使有機污染物變成碳酸根離子被去離子交換樹脂吸收。254nm的光也能破壞細菌的酵素活性。

主動式循環 環境中的有機污染物容易累積在靜止不動的水中,因此定時讓水在管路和儲水筒中流動,並且執行UV照射,可以有效降低水中的有機污染物含量。

TOC - 水中的有機污染物指標

科學上選擇使用「總有機碳」來表達水中總有機物的濃度。總有機碳的英文為Total Organic Carbon,或有時會寫成Total Oxidizable Carbon,取三個字的字首TOC,用以代表水中有機物的碳元素濃度。TOC的測定方法通常利用光氧化或化學氧化的方式來氧化水中有機物中的碳,使其立即變成二氧化碳,然後再測量其增加的二氧化碳量,即非常容易推算出水中的TOC。

那要使用多少TOC的水來進行實驗才合格呢?一般來說,我們建議使用<5ppb的超純水來進行LC-MS的樣本製備,管路和管柱的清洗等,以降低水中的背景值 (如圖1)。我們也建議純水系統中應該要設計純水儲槽具備動態循環UV殺菌的功能,可減少水系統中的有機污染物累積 (圖2)。



圖1 使用TOC<5 ppb的超純水進行HPLC實驗,可到較低的背景值。



圖2 開啟主動循環時,可以阻止有機污染物的累積,同時可利用即時TOC偵測儀來記錄TOC的變化來監控水質。

台灣艾爾加生命科學股份有限公司 

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