簡(jiǎn)便的無柵極實(shí)時(shí)直接分析質(zhì)譜進(jìn)樣裝置

韓玉良等

摘 要 設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種簡(jiǎn)單方便的無柵極實(shí)時(shí)直接分析（DART） 質(zhì)譜進(jìn)樣裝置， 它由惰性載氣、離子發(fā)生器、加熱管以及溫控部分等組成， 該裝置不含柵極， 減少了結(jié)構(gòu)單元， 可與多種質(zhì)譜儀聯(lián)用。具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于構(gòu)建、靈活、成本低的特點(diǎn)。使用構(gòu)建的裝置， 考察了載氣類型、載氣流速以及加熱帶溫度等實(shí)驗(yàn)條件的影響。選取氬氣作載氣， 流速7.5 L/min， 加熱帶溫度為300℃， 通過對(duì)苯乙醇和亞油酸溶液、敵敵畏乳劑、蚊香塊和柑橘皮、以及薄層板上的鹽酸普萘洛爾6種樣品的分析結(jié)果， 顯示了該裝置的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞 實(shí)時(shí)直接分析； 裝置； 質(zhì)譜

1 引 言

實(shí)時(shí)直接分析（Direct analysis in real time， DART）是由Cody課題組在2005年提出的質(zhì)譜分析進(jìn)樣單元[1]。DART由于不需要樣品前處理、縮短樣品分析時(shí)間、不產(chǎn)生加合離子（如[M+Na]+， [M+K]+）等優(yōu)點(diǎn)， 在飲用品中的有害物質(zhì)[2]、農(nóng)作物表面菌屬[3]、假藥[4]、包裝材料[5，6]、天然驅(qū)蚊產(chǎn)品中的人工添加劑[7]、植物栽培品種差異[8]等分析方面， 均獲得了實(shí)時(shí)、無接觸和無損耗的分析結(jié)果。Marinella等[9]用實(shí)時(shí)直接分析質(zhì)譜（DARTMS）直接對(duì)果皮中的殘留有害成分進(jìn)行檢測(cè)， 對(duì)抑霉唑等殘留成分的檢測(cè)限達(dá)到了納克級(jí)， 顯示出DARTMS處理量高、操作簡(jiǎn)單、有效避免交叉污染的特點(diǎn)。Fernandez等[10]利用DART離子化技術(shù)， 在非常短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效快速的藥物成分分析， 可以直觀、清晰地辨別出假青蒿琥酯片中僅含有常用藥物輔料硬脂酸鹽和棕櫚酸鹽， 而沒有或基本沒有有效抗瘧疾的青蒿琥酯成分， 無需樣品制備過程， 在2 min內(nèi)即可完成10個(gè)樣品的分析。Hye等[11]提出了一種TLC與DARTMS聯(lián)用的新分析方法， 可用于快速鑒定植物中的化學(xué)成分， 該方法通過實(shí)時(shí)獲得薄層板中化合物組分的高精度質(zhì)譜數(shù)據(jù)。為研究天然產(chǎn)物化學(xué)成分提供了一個(gè)簡(jiǎn)單、快速和高效率的方法。Adams等[12]采用DARTMS分析16種參照紙的紙漿組分和樹脂污染物， 不需要樣品處理過程， 即可獲得牛皮紙、化學(xué)預(yù)熱機(jī)械紙和石墨漿紙的實(shí)時(shí)質(zhì)譜圖， 進(jìn)一步顯示了DARTMS的無損耗測(cè)試樣品的能力[13]。另外， 文獻(xiàn)[14，15]采用DARTMS方法分別分析了金屬有機(jī)化合物和血漿中的小分子組分， 顯示了該方法的廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)有的DART技術(shù)存在設(shè)備結(jié)構(gòu)復(fù)雜、與不同質(zhì)譜儀之間的接口差異大、不易安裝、成本較高等問題。本研究根據(jù)DART的機(jī)理并適當(dāng)簡(jiǎn)化， 設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、靈活、成本低的無柵極DART裝置， 用于不同樣品的檢測(cè)， 結(jié)果表明， 此裝置可用于實(shí)際的DARTMS實(shí)驗(yàn)。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器與試劑

SolariX 70型傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀（FTICRMS， Bruker公司）；離子風(fēng)蛇SL080BF型離子發(fā)生器（封住感應(yīng)頭使其處于常開狀態(tài)， 工作電壓4.6 kV， 深圳市?？损┓漓o電設(shè)備有限公司）；XMTD6411型溫度控制器（PID方式控溫， 上海圖靈儀表有限公司）； 玻璃纖維加熱帶（100 cm×3 cm， 耐溫400 ℃， 江蘇潤(rùn)江電熱儀表公司）；石英玻璃管對(duì)接離子發(fā)生器的出口（參見圖1）， 總長(zhǎng)230 mm， 插入離子發(fā)生器出口的8 mm內(nèi)徑部分長(zhǎng)30 mm， 中間4 mm內(nèi)徑部分長(zhǎng)150 mm， 插入點(diǎn)滴管的2 mm內(nèi)徑部分長(zhǎng)50 mm， 壁厚均為2 mm； 直型點(diǎn)滴管90 mm；不銹鋼篩網(wǎng)（100目， 上海坤元篩網(wǎng)有限公司）。氬氣和氮?dú)猓ㄉ虾Ｉ曛泄I(yè)氣體有限公司）；桔皮素（對(duì)照品≥99%， 上海如吉生物科技有限公司）；亞油酸（60%～74%）和苯乙醇 （化學(xué)純， 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；甲醇和異丙醇（色譜純， 國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；鹽酸普萘洛爾（常州亞邦制藥廠）；敵敵畏（77.5%敵敵畏乳油， 南通江山農(nóng)藥化工股份有限公司）；蚊香（四氟甲醚菊酯含量： 0.03%， 浙江正點(diǎn)實(shí)業(yè)有限公司）；柑橘購(gòu)自當(dāng)?shù)爻小?/p>

2.2 實(shí)驗(yàn)方法

2.2.1 儀器裝置的構(gòu)建 根據(jù)實(shí)時(shí)直接進(jìn)樣裝置的原理， 考慮到質(zhì)譜儀內(nèi)部有電荷選擇的模塊， 實(shí)驗(yàn)中舍去柵極， 簡(jiǎn)化了結(jié)構(gòu)。為方便構(gòu)建實(shí)驗(yàn)裝置， 使用了商品化離子發(fā)生器， 在石英玻璃管外部纏繞加熱帶加熱。所建立的DART裝置基本結(jié)構(gòu)、實(shí)際裝置圖以及石英玻璃管如圖1所示。氣體由鋼瓶進(jìn)入帶有4.6 kV高壓的離子化設(shè)備， 使氣態(tài)載氣分子部分變?yōu)殡x子態(tài)， 在腔內(nèi)形成混有離子的氣體；該離子化的氣體流動(dòng)到裹有加熱帶的石英玻璃管， 被加熱到適當(dāng)溫度；石英玻璃管與直形點(diǎn)滴管緊密連接， 固定在旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的直行點(diǎn)滴管出口對(duì)準(zhǔn)質(zhì)譜進(jìn)樣口。通過直接操作質(zhì)譜儀進(jìn)行分析。

2.2.3 實(shí)驗(yàn)操作 全部裝置連接起來后， 調(diào)節(jié)溫控。待溫度升到所需溫度時(shí)， 打開惰性氣體減壓閥， 調(diào)節(jié)流量， 空吹整個(gè)管路1 min左右穩(wěn)定氣路。待氣路穩(wěn)定后， 對(duì)液體樣品， 用100 μL移液槍取樣品加入直型點(diǎn)滴管內(nèi)壁， 對(duì)固體樣品如蚊香、桔子皮則不作處理直接放入點(diǎn)滴管中。打開FTMS高壓， 質(zhì)譜儀的干燥氣流速和噴霧氣流速均設(shè)為0 L/min， 即可用質(zhì)譜儀以電噴霧（ESI）操作模式檢測(cè)樣品。

3 結(jié)果與討論

3.1 裝置參數(shù)優(yōu)化實(shí)驗(yàn)

以桔皮素作為標(biāo)準(zhǔn)樣品優(yōu)化裝置參數(shù)， 取桔皮素溶液100 μL， 加入直型點(diǎn)滴管內(nèi)壁， 按照2.2.3節(jié)的方法得到質(zhì)譜圖。根據(jù)桔皮素質(zhì)荷比為372.1209。從載氣的選擇、載氣流速、加熱帶溫度3個(gè)方面考察實(shí)驗(yàn)條件的影響。

3.1.1 最佳載氣的選擇 使用氮?dú)鉃檩d氣， 在流速7.5 L/min， 加熱帶溫度300℃時(shí)， 桔皮素的出峰情況如圖2a所示?？梢娰|(zhì)譜峰強(qiáng)度很低， 信噪比差?？赡苁堑?dú)鉃殡p原子分子， 在高壓電離時(shí)會(huì)產(chǎn)生多種成分并發(fā)生反應(yīng)， 噪音大。在與氮?dú)庀嗤瑮l件下， 使用氬氣對(duì)桔皮素分析， 桔皮素出峰如圖2b所示， 結(jié)果令人滿意。當(dāng)載氣為氦氣時(shí)， 儀器自檢認(rèn)為氦氣泄露， 與所用的FTMS沖突， 無法進(jìn)行分析操作， 故舍卻氦氣。如果連接其它質(zhì)譜儀也可以試用氦氣。本實(shí)驗(yàn)選用氬氣作載氣。endprint

3.1.2 加熱溫度的影響 使用相同濃度的桔皮素， 氬氣流速7.5 L/min， 加熱帶溫度分別設(shè)置為200， 250，300和350 ℃。桔皮素質(zhì)譜峰的強(qiáng)度如圖3所示。在350 ℃時(shí)， 峰強(qiáng)度值達(dá)到了109。考慮到接近加熱帶的最高上限400 ℃， 而桔皮素的質(zhì)譜響應(yīng)較高， 故本實(shí)驗(yàn)選擇300 ℃。

3.1.3 載氣的流速的影響 設(shè)定加熱帶溫度為300 ℃， 考察氬氣流速2.5， 5.0， 7.5和10 L/min的影響。質(zhì)譜峰強(qiáng)度值結(jié)果如圖4所示（此處采集樣品的時(shí)間縮短為3.1.1和3.1.2實(shí)驗(yàn)的1/2）， 本實(shí)驗(yàn)最佳流速選擇為7.5 L/min。

3.1.4 溶劑空白 取甲醇、異丙醇、水的混合溶液100 μL， 滴在直形點(diǎn)滴管內(nèi)壁， 載氣為氬氣， 流速7.5 L/min， 溫度設(shè)置為300 ℃。得到的質(zhì)譜圖中未見桔皮素的峰。顯示本裝置不存在交叉污染。

3.2 苯乙醇和亞油酸的實(shí)時(shí)直接分析

吸取苯乙醇溶液100 μL， 滴在直形點(diǎn)滴管內(nèi)壁上， 通入離子化氬氣， 流速7.5 L/min， 溫度設(shè)置為300 ℃。正離子模式檢測(cè)， 結(jié)果見圖5a。醇類物質(zhì)出峰一般為[M+H]+、[2M+H]+， 本實(shí)驗(yàn)苯乙醇理論值[2M+H]+是m/z 245.15361， 測(cè)量值[2M+H]+是m/z 245.15450， 強(qiáng)度值為5.13×108， 結(jié)果相符。

吸取亞油酸溶液100 μL， 滴在直形點(diǎn)滴管內(nèi)壁， 通入離子化氬氣， 流速7.5 L/min， 溫度設(shè)置為300 ℃。正離子模式檢測(cè)， 結(jié)果見圖5b。亞油酸理論值M+是m/z 280.23969， 測(cè)量值M+是m/z 280.24161， 強(qiáng)度值為2.14×108， 結(jié)果相符， 其中m/z 256.24090的峰推測(cè)為雜質(zhì)棕櫚酸， 強(qiáng)度值為8.53×107（棕櫚酸的理論值M+為m/z 256.2397）。

3.3 敵敵畏乳油的實(shí)時(shí)直接分析

選取乳油敵敵畏混合物做樣品， 吸取敵敵畏乳油的配制溶液100 μL， 滴在直形點(diǎn)滴管內(nèi)， 載入氬氣， 流速7.5 L/min， 溫度300℃。正離子模式檢測(cè)結(jié)果如圖6所示。主成分?jǐn)硵澄防碚撝礫M+H]+是m/z 220.95318， 測(cè)量值[M+H]+是m/z 220.95371， 強(qiáng)度為7.67×109， 結(jié)果相符。圖6中出現(xiàn)的另一高峰可能是敵敵畏乳油的助劑成分。

3.4 固體樣品的實(shí)時(shí)直接分析

直接將切碎并吹去碎屑的蚊香塊放入已經(jīng)清洗過的玻璃直形點(diǎn)滴管內(nèi)， 氬氣流速7.5 L/min， 溫度300 ℃， 正離子模式檢測(cè)（圖略）。四氟甲醚菊酯的理論值[M]+是m/z 374.14996， 測(cè)量值[M]+是m/z 374.15352， 強(qiáng)度為8.69×107， 結(jié)果相符。

將清洗過的柑橘皮放入已經(jīng)清洗過的玻璃直形點(diǎn)滴管內(nèi)， 氬氣流速7.5 L/min， 溫度設(shè)置為300 ℃。正離子模式檢測(cè)結(jié)果如圖7所示。桔皮素[M+H]+理論值為m/z 373.12818， 測(cè)量值為m/z 373.13247， 強(qiáng)度為6.89×108， 結(jié)果相符。另一個(gè)峰m/z 403.14385推測(cè)為川陳皮素， 強(qiáng)度值為9.94×108， （其[M+H]+理論值為m/z 403.13874）。

3.5 硅膠板上鹽酸普萘洛爾的實(shí)時(shí)直接分析

模擬TLC的方法， 取點(diǎn)加鹽酸普萘洛爾的硅膠板小塊， 除去碎屑后放入直形點(diǎn)滴管內(nèi)， 先吹去松散的硅膠粉， 再放入裝置，設(shè)定氬氣流速7.5 L/min， 溫度300 ℃， 正離子模式檢測(cè)（圖略）。鹽酸普萘洛爾理論值[M+H-HCl]+是m/z 260.16451， 測(cè)量值[M+H-HCl]+是m/z 260.16616， 強(qiáng)度為9.34×108， 結(jié)果相符。

3.6 離子化機(jī)理與實(shí)驗(yàn)討論

本實(shí)驗(yàn)裝置與現(xiàn)有的低溫等離子探針（Lowtemperature plasma probe）[16]、介質(zhì)阻擋放電離子化（Dielectric barrier discharge ion source）[17]、常壓固體分析探針（Atmosphericpressure solids analysis probe）[18]、等離子體輔助解吸附離子化（Plasmaassisted desorption/ionization）[19]等有相似的原理， 均采用電離載氣或惰性氣體， 使其變成帶有電荷的氣體， 吹掃在樣品表面， 攜帶樣品進(jìn)入質(zhì)譜儀檢測(cè)。不同處包括放電類型、樣品是否暴露放電、是否需要在樣品表面加熱、載氣流速等。上述方法之間的比較見表1。

本實(shí)驗(yàn)中溶液的進(jìn)樣方式是將樣品滴在直形點(diǎn)滴管內(nèi)壁上， 加熱后的離子化氬氣吹掃樣品， 使樣品帶上電荷， 進(jìn)入質(zhì)譜進(jìn)行分析。為了確認(rèn)離子化機(jī)理， 還做了對(duì)比實(shí)驗(yàn)， 用電吹風(fēng)將樣品溶劑吹干再進(jìn)樣， 其強(qiáng)度與未吹干直接分析相比差異不大， 峰強(qiáng)度達(dá)到不吹干的80%～90%， 因此推測(cè)其仍為DART的機(jī)理。

為了增大氣體離子與樣品的接觸面積， 取100 μL桔皮素溶液滴在100目不銹鋼篩網(wǎng)， 放入裝置中的直型點(diǎn)滴管中， 其它參數(shù)不變， 進(jìn)行質(zhì)譜分析。結(jié)果表明， 增加金屬篩網(wǎng)承接樣品未改善離子強(qiáng)度的效果。實(shí)驗(yàn)中對(duì)同一樣品測(cè)定的質(zhì)荷比重復(fù)性很好， 可以獲得對(duì)樣品準(zhǔn)確的定性分析結(jié)果。對(duì)于氬氣離子的離子化效率， 本實(shí)驗(yàn)中僅使用商品化的離子風(fēng)蛇作離子發(fā)生器， 與離子風(fēng)棒、離子風(fēng)槍等離子發(fā)生器設(shè)備的差異還有待考察。本實(shí)驗(yàn)裝置分析速度很快， 準(zhǔn)備多根放置樣品的直形點(diǎn)滴管即可避免殘留成分的交叉污染， 實(shí)現(xiàn)快速切換樣品MS分析。

4 結(jié) 論

本實(shí)驗(yàn)自行構(gòu)建DART裝置， 與傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜儀聯(lián)用， 對(duì)不同樣品的DARTMS分析。結(jié)果表明， 本裝置的實(shí)用性較好。endprint

DART方法在質(zhì)譜分析方面?zhèn)涫荜P(guān)注， 但目前其商品化儀器的價(jià)格較高， 在國(guó)內(nèi)還未廣泛普及。本裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、操作靈活， 對(duì)樣品和質(zhì)譜儀的接口沒有復(fù)雜的限制， 可以方便、快速地構(gòu)建， 并可用于實(shí)際樣品的分析。

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Abstract The paper presents a flexible and simple direct analysis in realtime （DART） device without grid electrode for mass spectrometer injection. It contained inert carrier gas， ionizer， heater and temperaturecontroller etc. Excluding the grid electrode and then reducing the structure units， the device could be easy to build up in low cost and flexible to connect with a variety of mass spectrometers. The experimental conditions like the kind of carrier gas， flow rate and temperature were investigated for the device. By using argon as carrier gas， flow rate as 7.5 L/min， and temperature of heat tape as 300 ℃， the device was used to analyze benzene alcohol， linoleic acid， dichlorvos emulsion， mosquito coils， citrus peel， and sample （propranolol hydrochloride） on thinlayer plate combined with mass spectrometer. The results were accurate and the device was stable and reliable.

Keywords Direct analysis in real time； Device； Mass spectrum

（Received 14 September 2014； accepted 20 November 2014）endprint