纸喷雾质谱方法性能改善及应用研究

摘要

纸喷雾质谱技术（paper spray mass spectrometry，简称PS-MS）是敞开式质谱技术（ambient mass spectrometry，简称AMS）中一个热门的研究方向。通过敞开式质谱技术，可以在开放式环境或实验条件下直接取样并电离后对分析物进行质谱分析，简化了实验流程，给科学工作者提供了一个便捷快速的质谱分析方法。PS-MS方法结合了敞开式离子源和电喷雾离子化技术(Electron spray ionization，简称ESI)的特点。此方法以低价易处理的纸为载体，将固体的样品或者液体的样品加在三角形的纸上，通过施加高电压，目标分子在高压电场的驱动下到达纸尖，瞬间气化形成电喷雾，进入质谱进行分析。目前，PS-MS技术已被成功应用于各个领域的质谱分析中。本文工作围绕纸喷雾质谱方法的研究和应用开展，主要内容包括以下七个部分:
　　1.概述纸喷雾质谱技术的理论基础及应用研究进展。
　　2.研究开发一种新型的脲修饰纸，应用于PS-MS技术。负离子模式下，ESI-MS技术因为放电或盐效应的存在易产生离子抑制现象。PS-MS电离原理类同于ESI原理，因此会受到同样的影响。针对这个情况，本部分以1-[3-（三甲氧基硅基）丙基]脲(1-[3-(Trimethoxysilyl)propyl]urea)为硅烷化试剂，对普通的色谱层析纸进行修饰，使纸的表面嫁接脲基基团。通过红外分光光度法、能谱测定、扫描电镜表征证明成功地在色谱层析纸表面修饰了脲基。获得脲功能化纸可以绑定阴离子和高极性的物质，减少它们在负离子模式下的竞争离子化作用，并且减少氯加合离子的响应强度。另外，纸的表面极性降低，能有效的减少放电导致的离子抑制现象，提高分析物的质谱响应信号。本法所研制的脲功能化纸有效地提高了方法的选择性，改善了PS-MS技术的分析性能。
　　3.利用硅烷化技术，以（3，3，3-三氟丙基）三氯硅烷或1H，1H，2H，2H-全氟辛基三氯硅烷试剂对色谱层析纸表面进行修饰，使纸的表面具有含氟基团，制备具有特异性吸附功能的纸基。通过红外分光光度法和光学接触角表征，证明纸的表面成功修饰上了含氟基团。氟-氟作用力具有选择特异性，以氟化纸为载体，应用于PS-MS方法，可以选择性地吸附含氟物质（如三氟乙酸、全氟辛酸等），降低负离子模式下含氟杂质强烈的质谱响应，减少其对主要分析物的离子抑制作用。另外，初步考察了其对于含氟污染物（全氟辛酸）的选择吸附功能。
　　4.考察了快速半定量检测尿液中水杨酸PS-MS方法。水杨酸是常见药物阿司匹林的代谢产物，通过检测尿液中的水杨酸的含量可以体现阿司匹林的药物利用度，但是尿液基质复杂，以普通的纸基为载体很难直接检测其中的水杨酸。本节分别以未修饰纸和脲功能化纸为载体对水杨酸进行PS-MS分析，结果证明利用脲功能化纸进行PS-MS分析可以有效地减少尿液中的盐效应，降低尿液中的分析物的检出限，提高目标分析物的检测灵敏度。
　　5.利用脲功能化纸和离子阱质谱构建了PS-MS方法，对银杏内酯进行半定量分析。银杏叶提取物中的主要功效成分为银杏内酯和银杏黄酮，因为银杏内酯的结构特性，易受到强极性物质，盐效应，及放电作用的影响，直接分析时质谱信号较弱，不易检测。实验证明，脲功能化纸建立的PS-MS方法与普通纸基比较，有效地降低了样品的基质效应，提高了银杏内酯的检出限，拓展了PS-MS方法的应用范围。
　　6.建立了快速分析复方滴眼液和体表消毒液中的抑菌剂苯扎氯铵的纸喷雾质谱方法。PS-MS分析方法可以在无预处理、无溶剂、无色谱分离的条件下快速地对样品（复方滴眼液、皮肤消毒喷雾）中的苯扎氯铵的组成进行定性分析，分析时间仅需10 s。同时本文利用PS-MS方法对组成苯扎氯铵的主要同系物C12-BAC，C14-BAC，C16-BAC进行了准确的定量分析。将样品进行简单的稀释后，利用内标法定量，离子阱质谱采用SIM模式扫描。线性范围为1～100μg mL-1，线性回归系数为0.998～0.999，检出限(LOD)为0.1μg mL-1，定量限(LOQ)＜1μg mL-1，方法学验证结果表明方法精密度和准确度良好。与HPLC-UV方法进行对比，实验结果可靠，分析时间短，节省了人力物力。
　　7.采用叶喷雾敞开式质谱技术建立了对五种紫珠属植物叶的快速鉴别的方法，并利用纸喷雾技术对其有效成分苯乙醇苷类物质进行了半定量分析。叶喷雾和纸喷雾质谱技术的电离原理都是基于ESI技术，是纸喷雾技术的衍生。将叶片剪成小的三角形固定在离质谱入口5～10 mm处，滴加喷雾溶剂15μL到叶片上后，提供高电压，即可产生电喷雾进行质谱分析，可以很灵敏地检测出叶中的苯乙醇苷类物质。利用五种紫珠属植物叶（广东紫珠、大叶紫珠、裸花紫珠、紫珠叶、尖尾枫）中苯乙醇苷类物质在质谱图中的特征分布，结合主成分分析法或偏最小二乘法对PS-MS质谱图进行统计学分析，可以对他们进行快速鉴别。同时利用纸喷雾质谱法建立半定量分析方法，对紫珠属植物中的有效成分进行快速检测，可以对紫珠属植物进行质量监控。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．1．1 敞开式质谱法的分类

1．2 纸喷雾质谱法

1．2．1 纸喷雾质谱法的原理

1．2．2 纸喷雾质谱法的影响因素

1．2．3 纸喷雾质谱法衍生出的其他直接分析质谱法

1．2．4 纸喷雾质谱法的应用

1．3 本课题的主要内容和研究意义

第二章 脲功能化纸的制备及其PS-MS响应行为的研究

2．1 前言

2．2 实验部分

2．2．1 试剂与仪器

2．2．2 脲功能化纸的制备

2．2．3 纸喷雾质谱分析

2．2．4 离子色谱分析

2．3 结果与讨论

2．3．1 脲基修饰纸的表征

2．3．2 脲功能化纸吸附性能考察

2．3．3 脲功能化纸的PS-MS特性考察

2．4 小结

第三章 氟化纸基的制备及PS-MS表现初步考察

3．1 前言

3．2 实验部分

3．2．1 仪器与试剂

3．2．2 氟化纸的制备

3．2．3 纸基表征

3．2．3 纸喷雾质谱分析

3．3 结果与讨论

3．3．1 氟化修饰纸的表征

3．3．2 氟化纸PS-MS性能研究

3．4 小结

第四章 脲功能化纸喷雾法分析尿样中的水杨酸

4．1 前言

4．2 实验部分

4．2．1 仪器与试剂

4．2．2 纸喷雾质谱分析

4．3 结果与讨论

4．3．1 条件优化

4．3．2 半定量分析尿样中的水杨酸

4．4 小结

第五章 脲功能化纸喷雾质谱法分析银杏叶提取物中的银杏内酯成分

5．1 前言

5．2 实验部分

5．2．1 仪器与试剂

5．2．2 纸喷雾质谱分析

5．3 结果与讨论

5．3．1 实验条件的优化

5．3．2 半定量分析银杏内酯

5．3．2 应用

5．4 小结

第六章 纸喷雾质谱法快速检测表面活性剂：苯扎氯铵

6．1 前言

6．2 实验部分

6．2．1 材料与试剂

6．2．2 仪器与方法

6．2．3 标准溶液和样品的制备

6．2．4 方法确证

6．3 结果与讨论

6．3．1 PS-MS条件优化

6．3．2 方法选择性

6．3．3 苯扎氯铵同系物的定量分析

6．4 小结

第七章 直接喷雾质谱法快速分析紫珠属植物

7．1 前言

7．2 实验部分

7．2．1 材料与试剂

7．2．2 仪器和实验条件

7．2．3 叶喷雾和纸喷雾质谱分析

7．2．4 叶喷雾质谱数据处理

7．3 结果与讨论

7．3．1 喷雾条件优化

7．3．2 叶喷雾法快速分析五种紫珠属植物

7．3．3 统计学分析

7．3．4 纸喷雾质谱法半定量分析苯乙醇苷

7．4 小结

结语

参考文献

攻读学位期间发表的相关论文

致谢

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