LC-MS校准测量不确定度分析

孙银合，郭知明，李红亮，姚 尧，白玉洁

（天津市计量监督检测科学研究院，天津 300192）

目前，LC-MS（液相色谱-质谱联用仪）分析技术已经被广泛应用于生物、医药、化学、化工和环境等学科领域。液相色谱-质谱联用仪的原理是：液相色谱通过色谱柱将样品各个组分分离开来，进入质谱，在质谱中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带电荷的离子，经加速电场的作用形成离子束，进入质量分析器，并按离子质荷比的不同而分离，在质量分析器中，再利用电场和磁场使其发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。在LC-MS（液相色谱-质谱联用仪）中，常见的质谱类型有单四级杆、三重四级杆、离子阱。

LC-MS技术的优点明显，即分析范围广，普适性强，可以有效解决热不稳定性化合物分析检测的难题；分离能力强，有些时候由于化合物极性非常接近，很容易出现在色谱柱上不能完全分离的情况，采用液质联用的方法可以有效解决这个问题，质谱分析不仅可以检测出所有化合物的分子量，还可以给出不同化合物各自的结构信息；高灵敏度，一般在＜10-12g水平的样品都可以通过质谱法来检测。与此同时，对于没有紫外吸收的复杂化合物，液质联用仪也能有不错的效果。

在检测领域，准确度高的检测结果与检测仪器的高计量性能是分不开的，只有明确了所用检测仪器的计量性能，才能给出相对可靠的参数，所以，评定校准过程中LC-MS信噪比测量不确定度，为该仪器提供准确、可靠的计量参数，显得十分重要。

1 数学模型的建立

信噪比，英文名称为SNR，或S/N（SIGNAL-NOISE RATIO），是电子系统信号与噪声的比例。由JJF 1317—2011《液相色谱-质谱联用仪》校准规范可知，液相色谱-质谱联用仪的信噪比（S/N）由式（1）计算，为了使用方便，信噪比（S/N）用z表示，即：

式（1）中：z为信噪比；Hs为提取离子的色谱峰峰高；Hn为提取离子的色谱峰峰高；K为单位质量响应值，为常数，pg-1；c为所用溶液标准物质的质量浓度，ng/µL；V1为稀释溶液标准物质时，移液器或移液管的取液体积，mL；V2为稀释溶液标准物质时，所用容量瓶的体积，mL；V为进样体积，µL。

根据不确定度合成法则，由于式（1）中各分量彼此独立，所以，灵敏系数分别为1，1，1，－1，－1，则不确定度传播律简化为：

因此，相对合成标准不确定度为：

2 标准不确定度评定

通过分析建立数学模型可知，信噪比（S/N）测量不确定度来源分为A类（可以根据一系列测得值的统计分布，按统计方法进行评定，用实验标准偏差表征）和B类（根据经验或其他信息假设的概率分布，按非统计方法进行评定，也用标准偏差表示）。所以，信噪比B类不确定度来源有：溶液标准物质浓度的相对不确定度urel（c），移液器取液体体积的相对不确定度urel（V1），容量瓶体积的相对不确定度urel（V2），此项含环境温度变化引起体积变化引入的不确定度，进样体积的相对不确定度urel（V），噪声强度测量不确定度urel（Hn）；A类不确定度来源有：测量重复性不确定度urel（A），对它们分别评定如下。

2.1 溶液标准物质浓度的相对不确定度urel（c）

标准物质的相对标准不确定度由国家标准物质研究中心标准物质证书给出，Urel＝2.0%（k＝2），则相对标准不确定度为：

2.2 移液器移取液体体积的相对不确定度urel（V1）

对于移液器，通过计量部门出具的检定证书，查得检定点所用的取液体积（V1）100 μL对应的容量允许误差为2 μL。假设均匀分布，即k＝，则该项不确定度为：urel（V1）=

2.3 容量瓶体积的相对不确定度urel（V2）

通过容量瓶的检定证书，查得A级10 mL容量瓶标称容量（V2）对应的允差为0.02 mL，按均匀分布计算，即k

另外，稀释过程中环境、温度的变化也会引起体积变化的不确定度。在20℃±2℃条件下，由于温度波动，引起溶液和容量瓶体积发生变化，对浓度造成影响。该影响引起的不确定度可以通过估算该温度范围和体积膨胀系数来计算，因为液体的体积膨胀系数远远大于容量瓶的体积膨胀系数，因此，后者可以忽略，只需考虑前者即可。甲醇的体积膨胀系数为 1.2×10-3℃-1，因此，产生的体积变化为±（V×2×1.2×10-3）。假设为均匀分布，包含因子 k＝，则稀释过程中环境、温度变化引起体积变化的标准不确定度为：

2.4 进样体积的相对不确定度urel（V）

LC-MS仪器通常采用自动进样器进样，对采用自动进样器进样的仪器，其相对标准不确定度urel（V）是由自动进样器的重复性引入的，通过实验重复6次的重复性相对标准偏差RSD为1.0%，

2.5 噪声强度测量不确定度urel（Hn）

噪声强度的A类不确定度已经在“测量重复性”中计算，该项为噪声强度的B类不确定度。在实际计算中，将谱图放大后从工作站上读取噪声强度，该项不确定度极小，可以忽略，认为其值为0.

2.6 测量重复性不确定度urel（A）

对同一台LC-MS仪器连续测量11次信噪比（S/N），结果如表1所示，得到的相对实验标准偏差s＝0.086，因为检定时以 6次平均值作为结果，所以有

表1 信噪比重复性测量表

2.7 合成标准不确定度

标准不确定度分量如表2所示。

表2 标准不确定度分量一览表

其中，urel（c）、urel（V1）、urel（V2）、urel（V）、urel（Hn）合成后为B类不确定度urel（B）。与A类不确定度urel（A）合成后，得合成标准不确定度为

2.8 相对扩展不确定度

取包含因子k＝2，则扩展不确定度为：Urel＝k×ucrel＝3.9%×2＝7.8%≈8%，即LC-MS计量校准装置的信噪比测量不确定度为：Urel＝8%，k＝2.

3 结论

由评定结果可知，LC-MS计量校准装置的信噪比相对测量不确定度为Urel＝8%，k＝2.此数值可以为LC-MS仪器校准用户提供有效的参考。

参考文献：

［1］关天野，梁艳，李春竹，等.液相色谱/质谱联用技术的新进展和中药研究的相关热点问题［J］.中国天然药物，2011（05）：385-400.

［2］宋乙峰，王孜一.液相色谱质谱联用仪的使用和保养［J］.计量与测试技术，2014，41（2）：58-59.