- 四川大学段忆翔课题组
段忆翔,男,博士学历,教授。现任四川大学分析仪器研究中心主任。曾任化学部化学诊断与工程组资深研究员。
主要研究方向: 新型质谱离子源与质谱技术、激光光谱分析技术、新型生物传感器及光纤传感技术、创新型分析仪器的研发等。
在新型质谱离子源方面,该课题组先后设计了微波诱导等离子体解吸附/电离离子源(MIPDI)及微型辉光放电等离子体离子源(MFGDP)。
- 微波诱导等离子体解吸/放电离子源的原理
MIPDI源的设计采用表面波传播构型(surfatron),其主体部件为由黄铜制成的空心圆筒型的微波同轴腔,腔体内部设置有同轴的熔融石英管,以氩气或氦气为工作气体,设置其流速为0.5-2.0L/min,在施加于腔体的频率为2450MHz的微波作用下,以一根细金属条摩擦石英管壁引发放电后即产生非平衡态的氩或氦等离子体。
整个微波腔固定在三维移动平台上的垂直旋转台上,MIPDI源产生的等离子体羽明亮可见,可延伸出石英管,十分有利于离子源、样品、质谱进样口之间相对位置的校准。MIPDI 与样品及MS进样口的之间的位置、角度及距离要求不是很严格(水平0.5-2cm;垂直1-5mm;离子源与水平放置样品的角度约为45度)。常用的固体、液体样品载体为聚四氟乙烯和石英。
MIPDI可用于多类型有机样品的分析,分子量覆盖范围宽,重现性好,灵敏度高。
- 微波诱导等离子体解吸/放电离子源的应用
MIPDI可用于固体、液体及气体形态样品的检测,检测限可达pg量级。其中,苯基丙氨酸的检出限可以达到60pg(MS/MS)。在本实验中,作者进行了液体样品、聚合物、复杂药物等方面的应用研究。
液体样品分析
MIPDI可以解吸附来自任何角度的任何尺寸和形状的样品,因此可以用于大量液体样品的直接分析,将是流动河流或者体液的快速有效的分析手段。
克敏能有效成分的测定(Ar,离子阱质谱):液体样品的分析谱图更清晰。a)固相;b)液相
聚合物分析
相对于其他等离子体质谱技术,MIPDI的一个突出优势在于其在高质荷比阶段的应用.
目前已经被验证其可被用于检测高聚合度的长链高分子,如聚乙二醇(PEG)400、800等。
分析结果如左图:
在正离子模式,He为工作气体的条件下,通过对PEG800的分析,可以看出MIPDI解吸附和离子化样品的分子量可以达到1200。
【Xuefang Zhan, Zhongjun Zhao, Xin Yuan, Qihui Wang, Dandan Li, Hong Xie, Xuemei Li, Meigui Zhou,and Yixiang Duan. Anal. Chem. 2013, 85, 4512−4519】
- 上述应用中所涉及的质谱仪器
仪器:线性离子阱质谱(LCQ Fleet) 厂家:赛默飞世尔
- 微型辉光放电等离子体离子源的原理
微等离子体是三维中至少有一维尺寸小于1mm的等离子体。MFGDP采用双电极放电构型,在此构型的放电腔体中,两片铂电极以“面对面”的形式被镶嵌在气路通道内,电极之间的距离小于1mm以满足微等离子体的尺寸要求。
在正常工作状态下,当向放电腔中通入氩气或者氦气,对电极施加几百伏的直流电压,氩/氦微等离子体将由常压反常辉光放电产生。
离子源外部尺寸为26.6×10.2 mm ×3 mm (长×宽×高);内部放电体积为5μL。
MFGDP的设计简化了离子源的结构,氩气和氦气均可以作为工作气体,气体的流速为0.5−2.5 L/min, 用于维持微等离子体的总功率低于4W。
通过调节放电电流,等离子体羽的温度可以控制在25 °C到 100 °C之间,由于等离子体气体温度低、能量低,将等离子体羽与样品表面直接接触也不会灼烧样品,所以MFGDP是一种无损伤的分析技术。
- 微型辉光放电等离子体离子源的应用
鉴于在气态、液态、乳脂状及固态样品检测中呈现出的良好的性能,MFGDP可用于常规化学试剂的快速筛查,且被分析物分子量最高可达1.5kDa。在对药物、氨基酸、胆固醇、尿素以及其它低分子量的化合物检测时,检出限可以达到fg/mm2。
实际样品分析
(a)扑热息痛药片 ;(b)香烟
为进一步评价MFGDP-MS的定量分析的性能,本实验研究了扑热息痛、非那西汀、阿司匹林、尿素四类物质标准曲线的相关性。在手动进样的情况下,以液体形式,或在滤纸上检测以上四种物质都表现出很好的线性,检测数量级低至nM或pg/mm2,线性范围为103-104,四种试样的R2都超过了0.98。上图是扑热息痛的标准曲线图,(a)mode-I:将样品滴在滤纸上,形成均匀的样品膜,约2cm2,然后将载样的滤纸快速地放在MS进样口和MFGDP之间,等离子体羽直接接触湿的样品圈,二者相互作用面积约1cm2;(b)mode-II:将注入样品的烧杯置于距离离子源出口2mm的地方,等离子流以45°的角度指向溶液表面。
【Xuelu Ding, Xuefang Zhan, Xin Yuan, Zhongjun Zhao, and Yixiang Duan.Anal. Chem. 2013, 85, 9013−9020】
- 上述应用所涉及的质谱仪器
仪器:离子阱质谱(LCQ Fleet) 厂家:赛默飞世尔