超声雾化萃取/光电离质谱方法学及应用研究

摘要

质谱法(mass spectrometry)是一种基于物理学原理，根据带电离子的质荷比来分离分析的分析方法，由于其具有高灵敏度、高特异性和高通量的特点，已经成为分析化学实验室不可或缺的一种分析手段。目前，基于电离方法和质量分析器的不断改进，以原位、实时、在线、无损和低耗量为目的的快速质谱分析方法的开发已经成为质谱发展的一个重要趋势。
　　复杂基质样品的直接分析一直都是分析化学领域的一个重要挑战，直到2004年解析电喷雾电离(DESI)和2005年实时直接分析(DART)电离源问世以后，无须样品预处理的直接质谱分析才成为了可能。从此，国内外质谱分析领域也掀起了新型电离源的研究热潮，几十种基于不同电离原理，包括光电离、化学电离、电喷雾电离或者等离子体电离，而开发的新型离子源相继问世。各种电离方式各具特色，与其他的电离方式相比，光电离具有无电离极性歧视、电离碎片少以及抗基质效应强的优点。基于光电离开发的快速质谱分析方法已经广泛用于复杂基质样品（例如昆虫、药片、植物叶子、电路板等）的表面直接分析，但是还无法对基质内部有效成分做定性定量分析。本论文将主要介绍两种基于真空紫外放电灯开发的快速质谱分析方法，并将该方法用于复杂基质样品内部成分的定性定量分析。
　　论文第二章主要介绍超声雾化萃取/低压光电离质谱分析装置，该装置主要是将超声雾化系统与低压光电离质谱装置结合。超声雾化系统主要包括超声雾化器、超声雾化池、加热传输管、冷凝管和气路系统。低压质谱装置由一台Micromass LCZ电喷雾/单四极质谱仪改造而成，具体改造内容包括:去除原装电喷雾电离源，在第一级真空腔加装真空紫外光源系统，安装离子传输线加热装置。为了提高电离区抽速，还在电离区增加了一台抽速40L/s的罗茨泵和一台抽速8L/s的旋叶泵。进入电离区的气相待测物被真空紫外光电离后，经过两级skimmer差分传输，最终被四极质量分析器检测和记录。此技术的显著特点是，复杂基质样品可在超声雾化池中萃取之后，被气路系统传输至低压光电离室电离，可应用于如茶叶、鼠尾草和柑橘皮等样品的直接快速分析。
　　论文第三章介绍溶剂和电离室真空度对超声雾化萃取/低压光电离质谱分析激素类化合物的影响。光电离引发的分子离子反应在低压和大气压条件下有相似之处，然而大气压下的分子离子反应更加复杂剧烈，在低压环境下研究更加方便。实验结果表明，正离子模式下，由于乙腈比甲醇的质子亲和力更强，在低压光电离质谱中乙腈加合峰信号比甲醇加合峰信号更强;负离子模式下，甲醇比乙腈对氪灯紫外光的吸收系数更小，会有更多过氧负离子O2·-参与氧化，待测物在甲醇中被氧化的更充分。随着电离室真空度从68Pa上升至800Pa，分子离子碰撞频率增加，溶剂加合峰和氧气加合峰的产率都会逐渐增加。在实际复杂样品直接分析中，可以根据需要，选择合适的溶剂和电离室真空度。
　　论文第四章介绍了萃取大气压光电离质谱分析方法，该方法主要是将超声雾化萃取装置与大气压光电离质谱结合，属于常压质谱分析方法。与其他基于光电离开发的常压质谱技术相比，萃取大气压光电离(EAPPI)具有三大优势:1、EAPPI可以快速分析复杂基质内部的化学成分，而不是仅仅是表面;2、EAPPI可以应用于复杂基质内部化学成分的快速定量分析，线性关系良好，检测限很低;3、EAPPI可以用于实时在线监测有机化学反应。实验结果表明，萃取大气压光电离质谱既可以直接分析固相植物组织，也能分析复方颗粒相氨基酸胶囊和粘稠相重油样品;此外，还可以做土壤粉末中的多环芳烃(PAHs)定量检测。当超声雾化池被同时作为反应器使用时，萃取大气压光电离质谱还可以实时在线监测肟化反应，获取反应动力学信息。
　　论文第五章介绍了萃取大气压光电离质谱应用于传统中药材中有效成分的全面分析和质量控制。中药在东方国家已经延用数千年，中药也是天然产物的主要来源，然而中药体量巨大，难免会有以次充好、以假乱真等不法行为，为了加强中药市场的品质控制，全面快速分析中药中有效成分就显得特别重要。实验结果表明，萃取大气压光电离质谱可以同时获取中药中生物碱类、萜类、多酚类、木脂素类、黄酮类、氨基酸类、寡糖类以及人参皂苷类等成分信息，无极性歧视。通过萃取大气压光电离质谱分析两家不同生产厂家生产的雷公藤多苷片，可以轻易获取两者在雷公藤甲素和雷公藤红素含量上的差异，并可以很好的解释两者在小鼠肝脏肾脏毒理学实验上的差异。
　　本论文在最后也客观讨论了工作的不足之处以及今后改进的方向。首先，本论文都是基于真空紫外放电灯开发的几种分析方法，存在光子强度不够、能量不可调的缺点，可以换成激光光源或者同步辐射光源提高仪器灵敏度。其次，本论文所用质谱仪均为单四级杆或者单飞行时间质谱，需要配备二级质量分析器，可对待测物做更加准确的定性分析。再者，待测物在经光电离分析之前，需要先气化进入电离区，对于热不稳定或者不挥发的生物大分子分析能力不足，需要通过衍生或者其他解析方式才能被光电离质谱分析。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 质谱法概述

1．1．1 离子源

1．1．2 质量分析器

1．1．3 检测器

1．2．1 概述

1．2．2 分析复杂基质的质谱法

1．3 本论文研究工作的目标和意义

参考文献

第2章 超声雾化萃取／低压光电离质谱直接分析复杂基质样品

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 标准试剂和化合物

2．2．2 样品制备

2．2．3 仪器及操作

2．3 结果与讨论

2．3．1 参数优化

2．3．2 UNE-LPPI定性分析

2．3．3 UNE-LPPl定量分析

2．3．4 UNE-LPPI对复杂基质样品的直接分析

2．4 小结

参考文献

第3章 溶剂和离子源真空度对超声雾化萃取／低压光电离(UNE-LPPI)质谱分析激素类化合物的影响

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 标准试剂和化合物

3．2．2 仪器与操作

3．3 结果与讨论

3．3．1 溶剂对UNE-LPPI的影响

3．3．2 电离室压力对UNE-LPPI的影响

3．3．3 UNE-LPPI对激素混合物的直接分析

3．4 小结

参考文献

第4章 用于复杂基质样品直接分析的萃取大气压光电离质谱

4．1 引言

4．2 实验部分

4．2．1 标准试剂和化合物

4．2．2 样品制备

4．2．3 仪器及操作

4．3 结果与讨论

4．3．1 参数优化

4．3．2 若干复杂基质样品的快速分析

4．3．2 复杂基质样品的直接定量分析

4．3．3 实时在线监测有机反应

3．4 小结

参考文献

第5章 萃取大气压光电离质谱快速全面分析中药材中的有效成分

5．1 引言

5．2 实验部分

5．2．1 实验材料

5．2．2 样品制备

5．2．3 仪器及操作

5．3 结果与讨论

5．3．1 比较EAPPI与ESI

5．3．2 不同种类活性化合物的检测

5．3．3 实际中药样品品质控制的应用研究

3．4 小结

参考文献

结论与展望

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果