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液相色谱质谱质谱联用仪(UPLC-MS/MS)

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发布时间：2026-03-05 22:15:44 更新时间：2026-03-04 22:17:16

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作者：中科光析科学技术研究所检测中心

液相色谱-质谱/质谱联用仪（UPLC-MS/MS）技术应用综述

摘要
超高效液相色谱-串联质谱（UPLC-MS/MS）是将超高效液相色谱的高分离能力与串联质谱的高选择性、高灵敏度检测能力相结合的分析技术。本文旨在系统阐述该技术的检测项目与方法原理、广泛的检测范围、国内外相关检测标准以及核心仪器的构成与功能，为相关领域的科研与检测工作提供技术参考。

一、检测项目与方法原理

UPLC-MS/MS的核心在于其多反应监测（MRM）模式，能够在对复杂样品进行色谱分离后，通过两级质谱的选择性过滤，实现对目标化合物的精准定性和定量。

1. 检测方法流程
UPLC-MS/MS的分析通常遵循以下步骤：

样品前处理：针对不同基质（如血液、尿液、食品、土壤）进行提取、净化和富集。常用方法包括蛋白沉淀（PPT）、液液萃取（LLE）和固相萃取（SPE），目的是去除干扰物并浓缩待测物。
色谱分离：待测物在UPLC系统的色谱柱上进行分离。由于UPLC使用亚2微米粒径的填料，分离度、速度和灵敏度显著高于传统高效液相色谱（HPLC）。
离子化：经色谱分离的组分进入离子源，被转化为气态离子。最常用的是电喷雾离子源（ESI），适用于极性化合物；大气压化学电离源（APCI）则适用于中等极性或弱极性化合物。
质谱检测：离子进入三重四极杆质量分析器进行检测。

2. 核心原理：多反应监测（MRM）
在三重四极杆质谱中，MRM模式是定量的黄金标准，其工作流程如下：

第一级质量分析（Q1）：筛选特定质荷比（m/z）的母离子（即目标化合物的准分子离子，如[M+H]⁺），过滤掉其他所有离子。
碰撞室（q2）：筛选出的母离子进入碰撞室，与惰性气体（如氩气或氮气）碰撞，发生碎裂，产生子离子（碎片离子）。
第二级质量分析（Q3）：筛选特定的、具有特征性的子离子，允许其通过并到达检测器。

通过这种“母离子-子离子”的两次筛选，UPLC-MS/MS能够从复杂的背景噪音中特异性地识别出目标化合物，极大地提高了信噪比和检测灵敏度。

3. 主要扫描模式与检测项目

定量分析：采用MRM模式，对已知目标物进行高灵敏度、高准确度的定量。如检测农产品中的农药残留，可针对每种农药设定一对或几对特征性的母离子-子离子对进行监测。
定性分析：
- 产物离子扫描：Q1固定，Q3扫描。用于解析某一特定母离子的碎裂途径，获取结构信息。
- 中性丢失扫描：Q1和Q3联动扫描，监测因丢失相同中性碎片（如CO₂、H₂O）而发生变化的离子对。常用于寻找含有相同官能团的化合物，如药物代谢产物中的葡萄糖醛酸结合物。
- 前体离子扫描：Q3固定，Q1扫描。监测能产生相同特征子离子（如磷酸根离子m/z 79）的所有母离子，用于筛选一类化合物，如磷酸化肽。

二、检测范围

凭借其高灵敏度、高分辨率和宽动态范围，UPLC-MS/MS几乎覆盖了所有需要复杂基质中微量或痕量物质分析的领域。

1. 食品安全与农业

农药残留：检测水果、蔬菜、谷物中的有机磷、氨基甲酸酯、拟除虫菊酯等多种农药。
兽药残留：检测动物源性食品（肉、蛋、奶）中的β-受体激动剂（瘦肉精）、氯霉素、硝基呋喃代谢物、磺胺类、喹诺酮类抗生素等。
真菌毒素：检测粮油食品中的黄曲霉毒素、呕吐毒素、赭曲霉毒素A等。
非法添加物：检测食品中违法添加的非食用物质，如三聚氰胺、苏丹红染料等。

2. 临床医学与法医毒理学

治疗药物监测（TDM）：测定全血或血浆中免疫抑制剂（他克莫司、环孢素）、抗生素（万古霉素）、抗癫痫药等药物浓度，用于指导个体化用药。
维生素与激素：定量检测25-羟基维生素D、类固醇激素（睾酮、雌二醇、皮质醇）等。
新生儿遗传代谢病筛查：利用干血斑同时筛查数十种氨基酸、酰基肉碱代谢异常疾病。
毒物筛查与确证：对生物样本中的滥用药物、有毒生物碱、重金属（需与ICP-MS联用）等进行定性和定量分析。

3. 环境监测

新兴污染物：检测水体和土壤中的全氟和多氟烷基物质（PFAS）、抗生素、激素等持久性或假持久性有机污染物。
农药与除草剂：环境水体中痕量农药残留的监测。

4. 生物医药与制药

药物代谢动力学（DMPK）：生物样本（血浆、尿液、组织）中候选药物及其代谢产物的定量分析。
杂质分析：原料药和制剂中基因毒性杂质（如亚硝胺类NDMA）的痕量检测。

5. 生命科学研究

蛋白质组学：通过肽段图谱进行蛋白质鉴定和定量（如iTRAQ、TMT标记定量）。
代谢组学：对生物体系内源性小分子代谢物进行非靶向或靶向分析，寻找生物标志物。

三、检测标准

UPLC-MS/MS技术已被全球各类标准化组织采纳，制定了大量的检测标准。

1. 国际标准

ISO（国际标准化组织）：例如ISO 22104:2021《水质 — 微囊藻毒素的测定 — 液相色谱-串联质谱法》；ISO 23913:2016《食品安全 — 婴儿配方食品中邻苯二甲酸酯的测定 — 液相色谱-串联质谱法》等。
AOAC（美国分析化学家协会）：AOAC官方方法中包含大量使用LC-MS/MS检测食品中真菌毒素、维生素、添加剂的标准。
欧盟法规：欧盟关于食品中农药残留、兽药残留的最大残留限量（MRL）及其确证方法（如SANTE/11312/2021指南），明确要求使用LC-MS/MS作为确证技术。

2. 中国国家标准（GB）与行业标准

GB 5009系列：《食品安全国家标准食品中理化检验方法》中，越来越多的方法引入了LC-MS/MS。例如：GB 5009.35-2023《食品中合成着色剂的测定》，GB 5009.158-2016《食品中维生素K1的测定》，GB 23200系列《食品安全国家标准水果和蔬菜中多种农药残留量的测定》。
GB/T 系列（推荐性国家标准）：如GB/T 21323-2007《动物组织中氨基糖苷类药物残留量的测定高效液相色谱-质谱/质谱法》。
农业农村部公告：如第316号公告《饲料中42种β-受体激动剂的测定液相色谱-串联质谱法》。
出入境检验检疫行业标准（SN/T）：大量采用LC-MS/MS用于进出口商品的检测，如SN/T 5140-2019《出口动物源食品中磺胺类药物残留量的测定液相色谱-质谱/质谱法》。

3. 其他标准

EPA（美国环保署）方法：如EPA Method 1694《用高效液相色谱/串联质谱法测定环境基质中的药品和个人护理产品》。
中国药典（ChP）：2020年版四部通则中收录了“0431 质谱法”，并在多个品种项下要求使用LC-MS/MS进行杂质检查或含量测定，特别是在生物制品和多肽药物中。

四、检测仪器

一套完整的UPLC-MS/MS系统由超高效液相色谱、串联质谱仪、数据处理系统及辅助设备构成。

1. 超高效液相色谱系统
其功能是在进入质谱前将复杂混合物中的各组分在时间上进行分离。

高压输液泵：能耐受高达15000 psi或以上的压力，提供稳定、无脉动的溶剂输送，以保证保留时间的重现性。
自动进样器：实现自动化进样，具备精准的进样体积控制、交叉污染抑制功能（如洗针程序）和低温控温功能（保护热不稳定样品）。
色谱柱：核心耗材，使用亚2微米颗粒填料的C18柱、HILIC柱等，实现快速高效分离。柱温箱能精确控制温度，保证分离稳定性。
检测器（可选）：部分应用中可能串联UV/PDA检测器，但主要检测依靠MS/MS。

2. 串联四极杆质谱仪
这是整个系统的核心，其性能直接决定了检测的灵敏度和准确性。

离子源：
- 电喷雾电离源（ESI）：最通用，适合从极性小分子到蛋白质大分子的分析。通过施加高压使液体带电，产生带电液滴，经去溶剂形成离子。
- 大气压化学电离源（APCI）：适用于中等极性或弱极性、非热不稳定化合物，利用电晕放电针引发化学反应使样品电离。
- 双模式离子源：可快速切换ESI和APCI模式，适应不同性质的化合物。
质量分析器（三重四极杆）：
- Q1和Q3：质量过滤器，允许特定质荷比的离子通过。
- Q2（碰撞室）：离子碎裂的场所，通常采用弯曲的六极杆或八极杆设计，配合高压碰撞气，实现高效碎裂并有效去除中性噪音。
检测器：通常是电子倍增器或光电倍增器，将接收到的离子流转换为电信号进行放大和计数。