汪晨韜,江 游,金尚忠,張 諦,戴新華,方 向

(1.中國(guó)計(jì)量大學(xué) 光學(xué)與電子科技學(xué)院,浙江 杭州 310018;2.中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院 前沿計(jì)量科學(xué)中心 國(guó)家市場(chǎng)監(jiān)管技術(shù)創(chuàng)新中心(質(zhì)譜),北京 100029)

質(zhì)譜技術(shù)在多種分析檢測(cè)方法中,憑借其特有的檢測(cè)靈敏度、檢測(cè)速度等優(yōu)勢(shì),在近些年內(nèi)不斷發(fā)展,現(xiàn)已經(jīng)在醫(yī)療化學(xué)、生物材料等多個(gè)研究領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。質(zhì)譜技術(shù)通過(guò)離子源對(duì)待測(cè)樣品進(jìn)行離子化,然后在質(zhì)量分析器中將不同質(zhì)荷比的離子區(qū)分開(kāi),通過(guò)檢測(cè)器檢測(cè),然后分析計(jì)算,從而得到待測(cè)樣品的各種信息。離子源承擔(dān)將待測(cè)物離子化的重要步驟,在質(zhì)譜技術(shù)中占據(jù)重要位置。

隨著質(zhì)譜技術(shù)的不斷發(fā)展,大氣壓電離技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生,這一技術(shù)具有與其它系統(tǒng)聯(lián)用方便,適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)在已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。常用氣相色譜和液相色譜與大氣壓電離技術(shù)進(jìn)行聯(lián)用,其中與液相色譜的聯(lián)用更是當(dāng)前研究的熱門(mén)。液相色譜是一類分離與分析技術(shù),其特點(diǎn)是以液體作為流動(dòng)相,通過(guò)簡(jiǎn)單地將質(zhì)譜儀與液相色譜耦合,可以很容易地?cái)U(kuò)展傳統(tǒng)高效液相色譜法的檢測(cè)能力。經(jīng)過(guò)不斷的改進(jìn),液質(zhì)聯(lián)用系統(tǒng)功能強(qiáng)大且易于使用,并且具有很高的特異性。質(zhì)譜檢測(cè)液體樣品最常用的方法是大氣壓電離,作為一種重要工具,大氣壓電離質(zhì)譜得到了廣泛的認(rèn)可。對(duì)于大氣壓電離,液體樣品被去溶劑、電離、質(zhì)荷比檢測(cè)和分析。大氣壓化學(xué)電離[1-2]是一種典型的大氣壓電離方法,在大氣壓化學(xué)電離中多種電離機(jī)制同時(shí)運(yùn)行,具有高的電離效率,在電離極性化合物時(shí),不太容易受到基質(zhì)影響,因此可以考慮擴(kuò)展其應(yīng)用的范圍。

本文主要對(duì)大氣壓化學(xué)電離的基本原理[3]、離子源結(jié)構(gòu)以及該技術(shù)的研究進(jìn)展作了主要介紹,同時(shí)對(duì)主要的幾種大氣壓直接電離技術(shù)作簡(jiǎn)要介紹及對(duì)比,并對(duì)大氣壓化學(xué)電離技術(shù)的主要應(yīng)用進(jìn)行歸納整理,進(jìn)而展望了其發(fā)展趨勢(shì)。

1 大氣壓化學(xué)電離技術(shù)

大氣壓化學(xué)電離技術(shù)在1974年由Horning團(tuán)隊(duì)[1]提出,同時(shí)還提出了將其應(yīng)用于液質(zhì)聯(lián)用技術(shù),但是在1985年Fenn團(tuán)隊(duì)的研究成果[2]發(fā)布之后,該技術(shù)才開(kāi)始被快速的研究并逐漸的商業(yè)化。之后隨著色譜技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,液相色譜的分離度、分離速度和靈敏度被逐漸提高,色譜技術(shù)在檢測(cè)技術(shù)中重要性進(jìn)一步加強(qiáng),自此液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)也得到了進(jìn)一步發(fā)展。大氣壓化學(xué)電離作為液質(zhì)聯(lián)用接口的主要技術(shù)之一,被廣泛的應(yīng)用并不斷發(fā)展,同時(shí)其它的大氣壓電離技術(shù)也被不斷創(chuàng)新,目前被主要使用的大氣壓直接電離技術(shù)有電噴霧電離(ESI)、大氣壓化學(xué)電離(APCI)、大氣壓光電離(APPI)等。

1.1 大氣壓化學(xué)電離(APCI)原理

APCI是一種氣相化學(xué)電離過(guò)程。因此,分析物樣品需要處于氣相中才能進(jìn)行離子化。APCI原理示意圖如圖1。液體樣品通過(guò)一根探針被傳輸入離子源內(nèi),APCI通過(guò)加熱以及霧化氣體將待測(cè)液體樣品汽化,這種樣品汽化方式使得形成的氣體溶劑保持了樣品的分子特性。APCI通過(guò)一根位于大氣壓接口倒錐前的電暈針高壓放電,放電主要將離子源內(nèi)的氣體電離,產(chǎn)生的氣體離子與溶劑分子反應(yīng)產(chǎn)生溶劑離子,然后溶劑離子與樣品分子碰撞從而電離樣品分子。

圖1 APCI源原理圖

氣體幫助液體樣品汽化并將其帶入加熱器,溶液快速蒸發(fā)和去溶劑化,一定程度上減少了樣品的熱分解,形成的氣體樣品在探針的尖端后部被電暈針?lè)烹婋婋x,基質(zhì)溶液的電離發(fā)生在大氣壓下,因此分子自由程相對(duì)較短,具有較高的碰撞頻率,電離的效率較高,并且有助于溶液的汽化。除此之外,電暈放電也可以直接電離樣品,通過(guò)與其它自由基離子發(fā)生電荷交換或其它亞穩(wěn)態(tài)物質(zhì)反應(yīng)完成。

1.2 大氣壓化學(xué)電離適用條件

APCI中樣品的電離是在氣相進(jìn)行的,在大氣壓環(huán)境下,先由環(huán)境氣體電離,生成初級(jí)離子,再由初級(jí)離子與樣品溶液的溶液基質(zhì)反應(yīng),生成次級(jí)離子,次級(jí)離子再將樣品分子電離。目前常用氮?dú)庾鳛锳PCI中的緩沖氣體以及水分子的存在,最初的一系列反應(yīng)通常為[3]:

(1)

(2)

(3)

H2O++H2O→H3O++OH·,

(4)

H3O++H2O+N2→H+(H2O)2+N2,

(5)

H+(H2O)2+H2O+N2→H+(H2O)3+N2。

(6)

環(huán)境氣體以及溶劑的質(zhì)量通常對(duì)于APCI電離的電離能力具有較大程度的影響,產(chǎn)生的試劑離子數(shù)量很大程度上決定了能夠被電離的樣品物質(zhì)的數(shù)量,因此APCI應(yīng)該是對(duì)液體樣品的進(jìn)樣速度及濃度有一定的依賴性,而且這種電離模式可以接受一個(gè)相對(duì)較大的流速。

在Kolakowski等對(duì)APCI正離子模式下的研究中[4-5],顯示了APCI源產(chǎn)生的粒子數(shù)量和類型是離子源內(nèi)氣體和溶液之間的復(fù)雜變量,他們使用的Quattro APCI源使用不同的氣體進(jìn)行實(shí)驗(yàn),觀察到具有最高質(zhì)子親和性的物種能夠產(chǎn)生最穩(wěn)定的離子,這與Dono等[6]研究濕空氣的APCI光譜時(shí)得到的結(jié)果類似。同時(shí)在使用過(guò)程中應(yīng)該避免使用可能會(huì)對(duì)電暈針或其他結(jié)構(gòu)造成損傷的氣體,例如氫氣、一氧化碳等。

而對(duì)于溶劑來(lái)說(shuō),樣品離子的產(chǎn)生是由樣品分子在氣相通過(guò)酸堿反應(yīng)完成的,根據(jù)溶劑離子和樣品分子的相對(duì)質(zhì)子親和力,溶劑離子可以通過(guò)質(zhì)子轉(zhuǎn)移、提取或加合反應(yīng)等,使樣品分子電離,生成分子類的離子。對(duì)于正離子模式,溶劑需要能夠提供質(zhì)子,并且樣品分析物必須具有比溶劑氣體更高的質(zhì)子親和力;在負(fù)離子模式時(shí),溶劑氣體需要能夠提取質(zhì)子或提供電子。通常指定質(zhì)子化產(chǎn)生[M+H]+離子,去質(zhì)子化產(chǎn)生[M-H]-離子。

APCI主要用于極性較弱的化合物,相對(duì)分子質(zhì)量應(yīng)在1 500 u內(nèi)。雖然APCI在被測(cè)物電荷位置彼此分離的情況下也能夠獲得雙電荷離子,但通常只產(chǎn)生單電荷離子。由于分析物需要處于氣相才能發(fā)生電離,所以揮發(fā)性溶劑較為適合APCI,且APCI源需要對(duì)液體樣品先汽化,采用加熱器加溫,所以需要被測(cè)樣品具有一定的熱穩(wěn)定性。

1.3 大氣壓化學(xué)電離源結(jié)構(gòu)

質(zhì)譜能產(chǎn)生的譜圖高度依賴于離子源的結(jié)構(gòu)。離子源的結(jié)構(gòu)如探針的溫度,探針與錐孔之間的相對(duì)位置以及電暈針的放電位置都會(huì)對(duì)電離效率及離子傳輸率造成一定程度的影響,因此不同的離子源結(jié)構(gòu)是離子源的性能不同的關(guān)鍵因素。

Horning團(tuán)隊(duì)使用的APCI源將使用的氣體流和液體流都進(jìn)行加熱,該液體流通過(guò)位于錐孔旁邊的電暈放電電離[3]。Kebarle實(shí)驗(yàn)室使用的Sciex taga6000 APCI源對(duì)通過(guò)電暈放電的氣流進(jìn)行采樣,電暈放電到采樣孔的距離可以改變[7]。離子源內(nèi)將純氮作為反吹氣,氣體流動(dòng)方向與離子向質(zhì)量分析儀運(yùn)動(dòng)方向相反。Kolakowski等使用的Quattro源使用三個(gè)同心加熱的氣體流,與加熱的液體流和離子的運(yùn)動(dòng)一致[4]。該離子源是部分密封的,并不直接向大氣開(kāi)放,離子源內(nèi)部氣壓稍大于大氣壓,多余的氣體會(huì)被排氣系統(tǒng)排出,因此源的氣體環(huán)境基本取決于所使用的溶劑和通過(guò)三種氣體流進(jìn)入源的氣體。Krieger等[8]提出了一種直接入口探針的APCI源,通過(guò)溫度控制樣品汽化,在通入氣體的幫助下,可以直接對(duì)極少量的液體樣品或在不進(jìn)行樣品制備的情況下對(duì)白芷和當(dāng)歸中的香豆素進(jìn)行鑒定,也體現(xiàn)了APCI源可用于復(fù)雜樣品的快速鑒定。Thermo的大氣壓電離離子源Ion Max NG和EASY-Max NG提供了一種可供方便更改電離模式的離子源結(jié)構(gòu),通過(guò)更改離子源上的探針,以及可拆卸的APCI電暈針和APPI光源,可以較簡(jiǎn)便在ESI、APCI及APPI模式之間進(jìn)行切換。Brecht等[9]在近些年設(shè)計(jì)了一種快速切換雙離子源,在大氣壓下,通過(guò)將ESI和APCI探針耦合在一個(gè)離子源內(nèi),通過(guò)六通閥控制液體樣品進(jìn)入的探針,同時(shí)控制電壓和氣體流量,周期性的控制ESI和APCI的運(yùn)行條件來(lái)達(dá)到快速切換電離模式的目的。

2 相關(guān)離子源及區(qū)別

大氣壓離子化技術(shù)主要包括直接電離、解吸電離和輔助解吸電離三種模式。本文僅討論直接電離技術(shù),其中三種典型的大氣壓直接電離方法是ESI、APCI和APPI。由于不同電離方法的電離原理及過(guò)程存在區(qū)別,因此不同的分析物由于極性、熱穩(wěn)定性等條件適用于不同的電離檢測(cè)方法。

2.1 電噴霧電離(ESI)

采用ESI為機(jī)理的大氣壓電離技術(shù),離子主要由電化學(xué)過(guò)程和液滴中電荷聚集共同作用產(chǎn)生[10]。ESI的主要過(guò)程為探針內(nèi)的液體在常壓下被施加一個(gè)強(qiáng)電場(chǎng),在液體的流速較慢的情況下,強(qiáng)電場(chǎng)使得電荷聚集在探針尖端的液體表面,液體分散成液滴后將攜帶較高電荷量,同時(shí)在輔助氣體的幫助下,液滴經(jīng)過(guò)一段被加熱的細(xì)管從而被蒸發(fā),液滴逐漸收縮,單位體積的液滴所含的電荷進(jìn)一步增加。在強(qiáng)電場(chǎng)的作用下,聚集較多電荷的液滴發(fā)生形變,當(dāng)液體的表面張力不能支持在電荷斥力下維持液滴形狀時(shí),液滴就就會(huì)被分解,形成更小的液滴,該過(guò)程不斷重復(fù),直至樣品離子最終被解析或被噴射到氣相中[11-17]。ESI的簡(jiǎn)要原理如圖2所示。

圖2 ESI源原理圖

2.2 大氣壓光致電離(APPI)

APPI源的原理如圖3,與APCI源的整體結(jié)構(gòu)類似,溶液中的樣品由加熱器霧化,在輔助氣體的幫助下進(jìn)入離子源腔內(nèi),蒸發(fā)后的樣品分子在光電離源(通常為紫外燈)的作用下,與光子發(fā)生一系列氣相反應(yīng),從而電離,APPI與APCI主要的區(qū)別是電離模式從電暈針提供電子換成了光電離源提供光子。通常使用的光電離源能提供的光子能量高于樣品的電離勢(shì),但低于大氣氣體和所用溶劑的電離勢(shì),這樣就能夠有針對(duì)性的對(duì)樣品分子進(jìn)行電離,能很大程度上降低背景噪聲。通過(guò)使用摻雜劑,作為電離樣品的中間體,還可以很大程度上改變電離效率[18-20]。APPI可以同時(shí)電離極性和非極性物質(zhì),可以在檢測(cè)時(shí)分析更多的化合物,并且檢測(cè)過(guò)程中基質(zhì)效應(yīng)和相對(duì)離子抑制作用的影響較小,因此樣品的前處理步驟要求較小[21-22]。

圖3 APPI源原理圖

2.3 對(duì)比ESI、APCI和APPI

ESI不適宜使用強(qiáng)非極性樣品,因?yàn)榇祟悩悠冯姾筛袘?yīng)效率低將會(huì)導(dǎo)致信號(hào)較弱,APCI和APPI處理這類樣品會(huì)取得更好的效果。APPI的一個(gè)主要特點(diǎn)是它能夠電離某些APCI和ESI無(wú)法電離的化合物,它是大氣壓電離技術(shù)的一個(gè)重要補(bǔ)充[23]。ESI在流速較低條件下工作較好,且對(duì)于溶液的濃度具有一定的敏感性[24]。在離子源中有大量的離子分子反應(yīng),對(duì)于未經(jīng)過(guò)足夠前處理的復(fù)雜樣品,因?yàn)樵诖髿鈮涵h(huán)境下電離源中的電離過(guò)程并不是特異的,所以可能會(huì)受到基質(zhì)效應(yīng)的影響例如離子抑制等,這種現(xiàn)象在電噴霧電離方法中尤其值得注意[25-27]。ESI方法產(chǎn)生的離子包含單電荷和多電荷,這與APCI基本上只產(chǎn)生單電荷離子有所差別。

Leito等[28],Oss等[29],Kruve等[30]分別建立了ESI在正離子和負(fù)離子模式下的電離效率表,隨之還有各種加合物的研究。Riin Rebane等[31]提出了APCI在正離子模式下的電離效率標(biāo)度,有助于更好的理解APCI的機(jī)制,對(duì)于更好的選擇電離方式來(lái)應(yīng)用具有積極的作用。通過(guò)比較在ESI和APCI中不同化合物的電離效率,結(jié)果表明APCI與ESI的電離機(jī)制相似度大于差異,且APCI電離過(guò)程可能存在多種電離機(jī)制同時(shí)運(yùn)行[32],ESI的電離效率在數(shù)值上會(huì)稍好一些,因此ESI在檢測(cè)限方面可能占有一定的優(yōu)勢(shì),雖然APCI模式對(duì)極性化合物的響應(yīng)比ESI模式低,但APCI模式在動(dòng)態(tài)線性范圍、多矩陣定量精度、減少基質(zhì)效應(yīng)等方面有望優(yōu)于ESI模式。此外,APCI可用于檢測(cè)不適合于ESI的化合物。

3 大氣壓化學(xué)電離源的應(yīng)用

APCI主要應(yīng)用于中極性到非極性化合物的電離,根據(jù)其電離模式,一般只產(chǎn)生單電荷離子,所以適用相對(duì)分子質(zhì)量較低的化合物。在李中權(quán)等人關(guān)于質(zhì)譜直接定量分析技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展[33]的文獻(xiàn)中記錄了數(shù)十種質(zhì)譜分析技術(shù)的應(yīng)用,其中就有提到APCI適用于香煙揮發(fā)性有害成分[34]和食用油中脂肪酸甘油酯[35]的檢測(cè)。近些年隨著液相色譜的進(jìn)一步發(fā)展,APCI在應(yīng)用方面的研究也逐漸增多,同時(shí)隨著實(shí)時(shí)分析需求的增加、樣品復(fù)雜變量影響等原因,APCI機(jī)制在快速檢測(cè)中的重要性再次提高,新型的基于APCI原理的離子源被不斷開(kāi)發(fā)出來(lái),以滿足研究和市場(chǎng)的需要。

3.1 氣體成分及含量檢測(cè)

氣體中的成分對(duì)于生態(tài)環(huán)境安全、工業(yè)氣體污染[36-37]以及高純氣體檢測(cè)[38]等方面都具有重要影響。例如二氧化碳或其它痕量氣體[39]的含量變化對(duì)全球氣候的影響是巨大的,溫室效應(yīng)主要就是由二氧化碳、甲烷、氧化亞氮等氣體的積累引起的,氣候的改變將很直接的影響人類及其它動(dòng)植物的生存環(huán)境。

實(shí)驗(yàn)研究中很多儀器需要在特定環(huán)境下才能正常工作,某些精密儀器需工作在干燥環(huán)境下,那么環(huán)境氣體中的濕度檢測(cè)[40]對(duì)儀器的正常工作就顯得尤為重要。濕度是指氣體中的水汽含量,大氣壓電離質(zhì)譜法在測(cè)量氣體中的微量水分可以達(dá)到很高的靈敏度,且可靠性高。

高純氣體在半導(dǎo)體器件生產(chǎn)中既作為保護(hù)氣又充當(dāng)原材料,重要性不言而喻,隨著半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展,對(duì)氣體純度的要求也越來(lái)越高。大氣壓電離質(zhì)譜法能在大氣壓條件下電離雜質(zhì),電離效率高,且具有極高的靈敏度,可以對(duì)高純氣體雜質(zhì)進(jìn)行有效監(jiān)測(cè)。對(duì)于不同氣體,不同的雜質(zhì)成分檢出限也不同[41],表1列出了大氣壓電離質(zhì)譜對(duì)部分常用氣體進(jìn)行檢測(cè)時(shí)多種雜質(zhì)的檢出限。

表1 檢測(cè)氣體雜質(zhì)的檢出限[41]

3.2 環(huán)境和食品檢測(cè)

環(huán)境決定性地影響動(dòng)植物的生存,食物是人類生產(chǎn)生活中的重要組成部分,有些食品添加成分超過(guò)一定含量就會(huì)對(duì)食用者造成嚴(yán)重傷害,故對(duì)環(huán)境和食品中的有害性元素進(jìn)行檢測(cè)是必不可少的。對(duì)某些環(huán)境或是人工制造的產(chǎn)物進(jìn)行分析檢測(cè),不僅對(duì)于安全防范具有重要作用,同時(shí)還影響到地區(qū)的經(jīng)濟(jì)、文化發(fā)展,質(zhì)譜技術(shù)的準(zhǔn)確定性定量能力對(duì)于檢測(cè)這一類物質(zhì)具有很大優(yōu)勢(shì)。

以多溴聯(lián)苯醚(Polybrominated diphenyl ethers,PBDEs)[42]為例,它有四溴、五溴、八溴聯(lián)苯醚等200余種同系物,作為一種阻燃劑常被添加到復(fù)合材料中。PBDEs具有一定的揮發(fā)性,可以擴(kuò)散到空氣中,隨著氣流運(yùn)動(dòng)進(jìn)行較大距離的傳遞。進(jìn)入大氣中的PBDEs能通過(guò)大氣沉降向水體和土壤轉(zhuǎn)移,同時(shí)PBDEs親脂性強(qiáng),化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定,不易被降解,能夠在生物鏈中被不斷富集。雖然PBDEs的急性毒性很低,但其慢性毒性卻很多,且主要能對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)造成損傷,干擾內(nèi)分泌功能,并且有可能致癌,因此基于質(zhì)譜法對(duì)PBDEs的精確檢測(cè)分析是非常有必要的。由于PBDEs極性比較低,一般情況下不適合用ESI電離,而采用APCI電離模式式可以有效地檢測(cè)PBDEs。溫泉等[43]建立了基于APCI的方法分析魚(yú)油中的多種PBDEs殘留,檢測(cè)的線性度好,相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差低,表現(xiàn)了APCI用于檢測(cè)該類物質(zhì)結(jié)果準(zhǔn)確,且方法簡(jiǎn)單,重現(xiàn)性好。

食品的包裝影響到食品的儲(chǔ)存、傳遞等各個(gè)方面,對(duì)于罐裝食品,罐裝的涂料有可能將復(fù)雜的化合物釋放到儲(chǔ)存的食品中,對(duì)于這些潛在的化合物,通過(guò)APCI與氣相、液相色譜聯(lián)用的方式,可以很有效的進(jìn)行檢測(cè)。Lestido Cardama等[44]應(yīng)用APCI對(duì)罐頭食物聚合物涂層中潛在的揮發(fā)性和半揮發(fā)性遷移化合物進(jìn)行了檢測(cè),并能夠較好的檢測(cè)出化合物中的雙酚類物質(zhì)。圖4為在液相色譜與APCI質(zhì)譜聯(lián)用條件下,部分化合物在0.1 mg/L條件下的混合溶液得到的質(zhì)譜圖。

圖4 0.1 mg/L混合溶液的LC-MS/MS色譜圖[44]

亞硝胺用于肉制品的保存具有悠久的歷史,目前也仍作為一種防腐劑被使用,但其在肉制品中會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)從而產(chǎn)生些許毒性物質(zhì),其含量與食用者患上癌癥類疾病的聯(lián)系存在一定的關(guān)聯(lián),因此對(duì)該類物質(zhì)的檢測(cè)是相當(dāng)重要的。Herrmann等[45]建立了一種高靈敏、有選擇性且通用的大氣壓化學(xué)電離方法,對(duì)肉制品中的揮發(fā)性亞硝胺和非揮發(fā)性亞硝胺含量進(jìn)行檢測(cè)。應(yīng)用APCI檢測(cè)方法,朱銘立等[46]對(duì)烘焙咖啡中丙烯酰胺進(jìn)行分析,張耀利等[47]建立了食用油中甘油三酯的直接分析檢測(cè)方法等等。除此之外國(guó)內(nèi)外學(xué)者還應(yīng)用APCI方法對(duì)日常生活中的多種食品進(jìn)行了檢測(cè)。

3.3 公共安全檢測(cè)

地鐵機(jī)場(chǎng)等人員密集,人流量大的場(chǎng)所對(duì)于安全性的要求很高,為防止恐怖事件的發(fā)生,因此爆炸物等危險(xiǎn)物品的痕量檢測(cè)至關(guān)重要。用于檢測(cè)的儀器需要滿足無(wú)需樣品前處理即可完成復(fù)雜基質(zhì)中目標(biāo)化合物的定性或定量分析;爆炸物爆炸還可能造成地下水和地表水污染,其衍生物的毒性也會(huì)存在一定程度的公共健康風(fēng)險(xiǎn),因此對(duì)檢測(cè)方法的靈敏度與選擇性有較高要求。Chen等[48]利用DAPCI技術(shù)檢測(cè)了布料表面的痕量RDX及TNT爆炸物,并用二級(jí)質(zhì)譜驗(yàn)證檢測(cè)結(jié)果,爆炸物在二級(jí)質(zhì)譜檢測(cè)中的最低檢測(cè)限可達(dá)pg級(jí)。Badjagbo等[49]開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證了一種檢測(cè)方法,通過(guò)串聯(lián)質(zhì)譜,應(yīng)用激光二極管熱脫附技術(shù)與APCI技術(shù),不需要復(fù)雜的預(yù)處理或是色譜分離步驟,能夠直接對(duì)水中的痕量爆炸性化合物和殘留物進(jìn)行分析。方法以氯化銨(NH4Cl)作為添加劑,整體檢測(cè)靈敏度高,選擇性好,且分析方法簡(jiǎn)單快速,圖5為該方法檢測(cè)添加了多種爆炸性化合物的圣勞倫斯河水樣本的質(zhì)譜圖。其中TNT為2,4,6-三硝基甲苯,DNT為二硝基甲苯,PETN為季戊四醇四硝酸酯,NG為硝化甘油,RDX為環(huán)三亞甲基三硝胺,HMX為環(huán)四亞甲基四硝胺。

圖5 添加TNT、DNT、RDX、HMX、NG、PETN(10 μg/L、20 μg/L)和NH4Cl(0.5 mm)的圣勞倫斯河水樣的典型質(zhì)譜圖[49]

安捷倫公司研究了常見(jiàn)有機(jī)炸藥在APCI離子源下的飛行時(shí)間質(zhì)譜定量檢驗(yàn)方法,除硝基苯等少數(shù)樣品外,22種有機(jī)炸藥均有理想的分辨率和重現(xiàn)性。

表2 8種物質(zhì)的日內(nèi)、日間變異系數(shù)(cv)和方法回收率[51]

3.4 藥品成分檢測(cè)與臨床醫(yī)學(xué)研究

藥品的質(zhì)量以及藥物的創(chuàng)新研發(fā)關(guān)系到人類與生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展。質(zhì)譜技術(shù)的快速分析能力,可以提高藥品質(zhì)量控制及研發(fā)的效率。藥物在體內(nèi)經(jīng)過(guò)復(fù)雜的生物轉(zhuǎn)化過(guò)程,它包括藥物在體內(nèi)的吸收、分解、代謝轉(zhuǎn)化等。不同的離子化技術(shù)對(duì)不同性質(zhì)樣品的靈敏度具有差異,對(duì)弱極性的藥品,APCI技術(shù)具有較高的離子化效率,對(duì)大多數(shù)藥品,APCI均顯示出較高的靈敏度[52]。王也牧等[53]使用串聯(lián)質(zhì)譜描述了APCI可應(yīng)用于生物樣品手性藥物立體選擇性定量測(cè)定。姚枝玉等[54]在文章LC-MS法分析研究依達(dá)拉奉中有關(guān)物質(zhì)中描述了將APCI用于依達(dá)拉奉中有關(guān)物質(zhì)的分析,為其藥品質(zhì)量控制提供了重要手段。徐友宣等[55]應(yīng)用大氣壓化學(xué)電離源和液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)(LC-APCI-MS)對(duì)小分子藥物在人體內(nèi)的代謝進(jìn)行了研究,其結(jié)果表明了該技術(shù)可以準(zhǔn)確的測(cè)定小分子藥物在人體內(nèi)的代謝產(chǎn)物,且對(duì)樣品的前處理過(guò)程要求不高,提供了一種不作前處理的代謝產(chǎn)物檢測(cè)思路。

鄧晶晶等[56]綜述了液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)在研究藥物代謝中的應(yīng)用,主要包含中藥、抗菌藥物等多種藥物及其代謝物的分析檢測(cè)。王璐璐[57]綜述了液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)在藥物分析中的應(yīng)用中,著重列舉了其在定性定量?jī)纱蠓矫娴膽?yīng)用,并對(duì)幾種聯(lián)用技術(shù)做了簡(jiǎn)單的比較。He[58]等驗(yàn)證了液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜的方法,能夠提高測(cè)定時(shí)的選擇性和靈敏度,并將其應(yīng)用于同時(shí)測(cè)定血漿和腦脊液中的R-巴氯芬和S-巴氯芬及其代謝物。在APCI的條件下,達(dá)到良好的選擇性、準(zhǔn)確性、可靠性等優(yōu)勢(shì),并將該方法成功應(yīng)用于臨床人體血漿和腦脊液藥代動(dòng)力學(xué)研究。圖6為(a)巴氯芬、(b)巴氯芬-d4和(c)CHBA代謝物在正、負(fù)大氣壓化學(xué)電離(APCI)模式下的質(zhì)譜圖,在正模式下,巴氯芬和氯芬-d4的前驅(qū)體離子峰分別位于質(zhì)荷比214.10和218.10處,CHBA代謝物在負(fù)離子模式中顯示質(zhì)荷比213.15為前體離子峰。

圖6 巴氯芬、巴氯芬-d4和CHBA代謝物在正、負(fù)離子模式下的質(zhì)譜圖[58]

液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)在藥學(xué)研究方面的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,憑借APCI技術(shù)在藥物檢測(cè)方面的優(yōu)勢(shì),將對(duì)藥物研究以及臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展起很大的推動(dòng)作用。

3.5 動(dòng)植物組織成分研究

所有動(dòng)植物都是基于細(xì)胞組織成長(zhǎng)發(fā)展的,任何組織成分內(nèi)的細(xì)微變化都有可能對(duì)個(gè)體產(chǎn)生巨大影響,表型類似的物質(zhì)在組織結(jié)構(gòu)內(nèi)也可能具有很大差異。對(duì)動(dòng)植物組學(xué)的研究對(duì)于了解動(dòng)植物組織結(jié)構(gòu),深入挖掘生物功能信息以及研究組織代謝、變異等過(guò)程及原理具有重要作用。

Katherine等[59]研究了橄欖樹(shù)中,包括葉、莖、種子等八種樣品,使用高分辨質(zhì)譜通過(guò)對(duì)比ESI和APCI在液質(zhì)聯(lián)用和氣質(zhì)聯(lián)用模式下鑒定了約150種化合物,揭示了APCI技術(shù)在研究物質(zhì)代謝物方面也具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。其中在LC-APCI-MS負(fù)離子模式下非常適合電離五環(huán)三萜酸,在正離子模式下對(duì)甾醇和生育酚電離效果較好。GC-APCI-MS對(duì)于測(cè)定單酚類和脂肪酸相關(guān)分析物具有較好效果。通過(guò)高效的液質(zhì)、氣質(zhì)聯(lián)用技術(shù)以及ESI和APCI進(jìn)的應(yīng)用,對(duì)橄欖樹(shù)及其次生代謝產(chǎn)物的全面檢測(cè)分析,并提供了其植物化學(xué)分布的可靠信息。圖7顯示了使用ESI和APCI源在不同模式(正離子或負(fù)離子)下和色譜(GC和LC)組合檢測(cè),對(duì)不同化合物類的歸一化區(qū)域圖。圖8為L(zhǎng)C-APCI-MS平臺(tái)下,對(duì)橄欖油中所確定的化合物進(jìn)行的分析。

圖7 從橄欖油中發(fā)現(xiàn)的化合物的面積匯總[59]

圖8 橄欖油中化合物的質(zhì)譜圖[59]

程紅艷[60]采用高效液相色譜-大氣壓化學(xué)電離多級(jí)質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù),對(duì)滸苔種的葉綠素及其衍生物進(jìn)行了快速鑒別分析,并對(duì)其中的質(zhì)譜裂解規(guī)律進(jìn)行了研究,為滸苔種的葉綠素及其衍生物的降解規(guī)律提供了科學(xué)依據(jù)。陳萬(wàn)東等[61]利用高效液相色譜,在APCI正離子模式下對(duì)鼠類糞便中類固醇的定性及定量測(cè)量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表面在進(jìn)行合適的前處理情況下,配合其它生物化學(xué)方法,可以做到對(duì)檢測(cè)目標(biāo)高度專一及高靈敏度的分析。

3.6 其它應(yīng)用

大氣壓化學(xué)電離技術(shù)的應(yīng)用不局限于上述的幾個(gè)方面,在痕量元素、微量營(yíng)養(yǎng)素檢測(cè)、體內(nèi)激素檢測(cè)、遺傳病檢測(cè)、蛋白質(zhì)組學(xué)及其代謝等方面的檢測(cè)都有廣泛的應(yīng)用[62-65]。在化工工業(yè)方面,如利用APCI與GC串聯(lián)對(duì)二惡英進(jìn)行定性和定量的能力也被充分的證明[66],除此之外,石油化工如機(jī)油檢測(cè)等方面也已經(jīng)廣泛的使用APCI技術(shù)[67]。此外還有衛(wèi)生預(yù)防、動(dòng)植物保護(hù)、資源開(kāi)發(fā)利用等等領(lǐng)域都得到了廣泛的發(fā)展,它已經(jīng)滲透進(jìn)了人類生活和研究的各個(gè)方面,各行各業(yè)都有它發(fā)揮所長(zhǎng)的位置。

4 總 結(jié)

離子化技術(shù)的進(jìn)步、樣品制備方法的優(yōu)化,以及質(zhì)量分析器分辨率和靈敏度的提高,都將使質(zhì)譜分析技術(shù)成為備受期待的檢測(cè)方式。當(dāng)前大氣壓化學(xué)電離技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在社會(huì)生活、科學(xué)研究等多個(gè)方面。大氣壓化學(xué)電離技術(shù)對(duì)復(fù)雜樣品的分析有很高的靈敏度和選擇性,可對(duì)感興趣的化合物進(jìn)行特異性分析。根據(jù)其電離機(jī)制,可以保存?zhèn)畏肿与x子信息,在識(shí)別未知化合物方面具有重要意義。雖然大氣壓化學(xué)電離技術(shù)在檢測(cè)物質(zhì)選擇方面有所限制,但結(jié)合當(dāng)前已有的各類轉(zhuǎn)化、分離及定性定量等技術(shù),在提高特定化合物的檢測(cè)靈敏度、速度等方面都具有重要研究?jī)r(jià)值。針對(duì)不同的分析物,或者復(fù)雜的樣品物質(zhì),將會(huì)有不同的樣品前處理過(guò)程以及不同的分析技術(shù)相結(jié)合,來(lái)達(dá)到最優(yōu)的質(zhì)譜分析條件。通過(guò)與電噴霧電離等技術(shù)的互補(bǔ),大氣壓電離技術(shù)的分析能力將更加全面,將在分析檢測(cè)中占據(jù)越來(lái)越重要的作用。除此之外,樣品的快速分析需求也越來(lái)越多,直接定量定性分析技術(shù),及不需要或極簡(jiǎn)前處理的情況下直接對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)分析的分析技術(shù)也成為質(zhì)譜技術(shù)發(fā)展的一種趨勢(shì),APCI技術(shù)也因此被不斷創(chuàng)新應(yīng)用。隨著研究需要的增加,新型的離子源開(kāi)發(fā)也是當(dāng)前的研究熱門(mén),基于APCI這一電離原理的新技術(shù)也必將不斷出現(xiàn)。