快速表面质谱分析方法及其应用研究

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电喷雾解吸附离子化(Desorption Electrospray Ionization,DESI)和电晕束解吸附离子化(Desorption corona beam ionization,DCBI)质谱是两种全新的快速表面质谱分析技术及方法,分别由美国普渡大学Cook教授于2004年和日本岛津公司于2006年提出。其工作原理是:将带电荷的喷雾液滴或电晕束直接喷射在自然环境下的样品表面(通常置于一定的基底上),表面的分析物被解吸附提拎出(Pick up)、离子化,然后进入普通的质谱仪器中进行质谱检测。在这两种方法中,几乎不需预处理的过程,从自然态的样品中直接获取相关质谱信号,实现了对样品的高通量快速分析检测(分析时间在数秒以内)。作为较新的质谱技术,自出现以来,DESI和DCBI激起了人们极大的研究热情,大量的研究报道频频见于高水平的分析化学专业期刊上。尽管如此,这两种新型离子化技术方法的研究包括离子源解吸附离子化的机制和效率问题、定性分析和定量分析的应用等仍有许多空白需要填补和完善。本文从DESI解吸附离子化机制角度探索基底情况对离子化效率的影响、衍生DESI定量检测糖尿病生物标志物和DESI快速鉴别保健食品中的违禁添加物;首次利用反应DESI和热反应DCBI过程中,化学反应和组分检测几乎同时进行的特点,成功地将其应用于短暂寿命的有机反应中间体的捕捉检测。具体工作内容如下:从解吸附离子化机制角度探索基底情况对解吸附离子化效率的影响。利用DESI的三种解吸附离子化机制,改变DESI过程中基底材料、表面形貌情况等,从而改善喷雾溶剂与样品分子的接触时间或接触方式,促进待测分子的离子化解吸附作用;通过基底表面添加特定物质,喷雾溶剂中成分与之生成气体分子,气体分子与样品分子互相“无缝接触”,将样品分子一对一地更好地推离基底表面,提高对分析物的解吸附效率。DESI-MS检测有机反应中间体。借助反应DESI的原理,将经典的化学反应Eschweiler-Clarke反应(在过量甲酸存在下,一级胺或二级胺与甲醛反应得甲基化后的三级胺)的一种反应物质添加到喷雾溶剂中,另一种反应物置于样品台上。反应DESI过程中,化学反应和离子检测几乎同时进行,在正常反应条件,捉到了化学反应过程的自然环境下的中间体,这些中间体情况与相关有机反应机理完全吻合。衍生DESI-MS直接测量了糖尿病生物标志物之一血液中丙酮的含量。经过简单的衍生化处理后将糖尿病的生物标志物之一血液中的丙酮转化成酮肟,置于DESI离子源基底表面,用含乙酸的甲醇-水(2:1, v/v)作喷雾溶剂,DESI-MS/MS分析鉴定和定量测试目标离子,每次测样只需几秒钟,实现了对糖尿病生物标志物血液中的丙酮的快速、高通量的检测。DESI-MS方法快速鉴别和半定量分析减肥功能保健食品中违禁添加物西布曲明及其衍生物。探索了分析信号的影响因素和消除措施,对违禁品西布曲明及衍生物进行一级和二级质谱分析及准确鉴定后,快速鉴定和快速半定量分析了市场上常见的几种减肥功能保健品中违法添加的西布曲明及其衍生物。DCBI-MS方法检测了Leuckart反应(吸热反应)的中间体。将具有可控制温度的电晕束离子流作用于基底表面上的反应物,调节温度至化学反应所需温度,使化学反应发生,在其正常的反应过程中,反应中间体几乎同时被离子化解吸附进入质谱仪器检测。检测到的中间体包括胺基-酮复合物(I),羟基胺(Ⅱ)和亚胺希夫碱(Ⅲ)。结果表明DCBI-MS能检测吸热化学反应的中间体,这些测得的中间体与相关的有机反应机理提出的中间体的情况完全吻合。
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