（分析化学专业论文）短柱ceicpms联用技术用于快速形态分析.pdf

， 南开大学博士学位论文 摘要 本论文旨在发展短柱毛细管电泳( s c c e ) 与电感耦合等离子体质谱( i c p ，m s ) 联用技术( s c c e i c p m s ) ，建立高通量的元素形态分析方法，提高c e i c p m s 联用技术的分析性能。建立了s c c e i c p m s 进行汞、铬和铁的快速形态分析方法。 论文包括以下五章： 第一章综述了c e i c p m s 的发展。全章分为四部分，第一部分讲述了c e 的发 展、类型以及在形态分析中的应用；第二部分讲述了i c p - m s 的发展、工作原理、 干扰及消除；第三部分讲述了c e ，i c p m s 在形态分析中的应用；第四部分讲述了 c e i c p m s 的局限性，并提出了s c c e i c p m s 联用技术。 第二章发展了一种基于微流雾化器的c e i c p m s 可拆卸接口。这种可随意拆 卸的接口减轻了毛细管冲洗过程中对后继检测器的污染。将基于这种接口的 c e i c p m s 联用技术并应用于h g ( i i ) 和m e h g ( i ) 的形态分析，h g ( i i ) 和m e h g ( i ) 分离 的c e 条件为：4 5c m 7 5 mi d 毛细管，2 2 5k v 分离电压，3 0m m o ll 。h 3 8 0 3 + 1 0 v vc h 3 0 h ( p h = 8 7 ) 缓冲溶液。h g ( i i ) 和m e h g ( i ) 两种形态迁移时间和峰面积 的精密度分别是( r s d ，n = 5 ) 3 5 3 8 和2 3 5 1 。h g ( i i ) 和m e h g ( i ) 的检出 限( 3 g ) 分另u 是4 7 “gl 。和4 8 p g l 。 第三章提出了s c c e i c p m s 联用技术，建立了高通量的铬形态分析方法，在 lm i n 内实现了c r ( i i i ) 和c r ( v i ) 的分离检测。选用1 5m m o ll 。1h n 0 3 作为电解质溶液， 分离电压6k v ，石英毛细管1 5c m 7 5 mi d 。c r ( i i i ) 和c “v i ) 迁移时间和峰面积的 相对标准偏差( r s d ，n = 5 ) 分别为1 8 2 4 和2 2 一5 7 ；检测限( 3 6 ，1 0 肛gl 4 ) 分 别是1 8 嵋l 。和1 9 峙l 。线形范围为2 5 5 0 0 0n g m l 。将s c c e i c p m s 联用方法 应用于合成样品中c i i i ) 和c r ( v i ) 的测定。c i i i ) 的回收率为1 0 3 ll o ，c v i ) 的回 收率为9 0 1 0 8 。 第四章建立了一种基于可拆卸接口的s c c e - i c p m s 联用技术应用于汞的快速 形态分析在lm i n 内分离了h g ( i i ) 和m e h g ( i ) 两种形态。采用3 0 m m o il - lh 3 8 0 3 + 5 v vc h 3 0 h ( p h ，8 6 ) 为缓冲液，2 1k v 分离电压，1 6c m 7 5 肛mi d 毛细管，h g ( i i ) 和m e h g ( i ) 迁移时间和峰面积的相对标准偏差( r s d ，n = 5 ) 分别为1 4 2 6 ，3 3 3 4 ；检测限( 3 回分别是9 7p g l ，1 2 0 腭l 。 李保会：短柱毛细管电泳- i c p m s 用于快速形态分析 第五章采用碰撞池技术( c c t ) 消除i c p m s 检测中与m 相关的多原子离子干扰，提 出了s c - c e c c t 1 c p - m s 联用技术。将该联用技术用于铁的形态分析，f e ( i d 和f e ( i i d 的分离时间缩到在1m i i l 左右。c e 缓冲体系为1 5i n m o ll 。1t r i s + 1m m o ll 1e d l a + 1 皿0 1l 。1d - p h e n ，p h = 8 6 ，分离电压2 8k v ，石英毛细管为1 4c m 5 0p m i d 。f e ( ) 和 f e ( i ) 的迁移时间和峰面积的相对标准偏差( r s d ，n = 5 ) 分别为1 0 v 2 6 ，1 9 一3 9 ； 检测限( 3 0 ) 分别是1 0 腭l ，8 3 肛gl ， 关键词：联用技术；形态分析；短柱毛细管电泳；电感耦合等离子体质谱；碰撞池 技术；汞；铬；铁 i i 南开大学博士学位论文 a b s t r a c t t h i sd i s s e r t a t i o na i m sa td e v e l o p i n gan e wh y p h e n a t e dt e c h n i q u e ，s h o r tc o i u n m c 印i l l a r ye l e c 仃o p h o r e s i s ( s c - c e ) o n 一1 i n ec o u p l e dw 曲i n d u c t i v e l yc o u p l e dp l a s m ( i c p m s ) i e s c c e i c p - m sf o rh i 曲- 血m u 曲p u ts p e c i a t i o n a 1 1 a l y s i s ，a n di 1 i l p r o v i n gt h eo v e r a l l p e f f o i 功柚c eo fc e - i c p m s t h ea p 科i c a l j o n0 ft 1 1 ed e v c 】o p e ds c c e - i c p m st e c h 碰q u et o r a p i d 印e c i a t i o na l l a l y s i so fm e r c u r y ，c h r o m i u ma n di m ni sd e s c r i b e d nc o n s i s t so ff i v e c h 印t e r s i nc h 印t e r1 ，t h ed e v e l o p m e n to fc e - i c p m sw 硒r e v i e w e d ni n c l u d e sm e 印p l i c a t i o n o fc ei n s p e c i a t i o na n a l y s i s ；t h ed e v e l o p m e n t ，p r i r l c i p l ea n di n t e r f 色r e n c e so fi c p m s c e i c p m sf o re l e m e n t a ls p e c i a t i o na i l a l y s i s ；a 1 1 dt h el i m i t a t i o no f c e - i c p m s i nc h 印t e r2 ，ar e m o v a b l ec e i c p - m si n t e r f a c eb a s e do nam i c m m i s tn e b u l i z e rw a s d e v e l o p e d n ea p p l i c a t i o no fm ec e - i c p m st e c l l l l i q u eb a s e do nm ed e v e l o p e di n t e r f a c et o s p e c i a t i o na n a l y s i so fh g ( i i ) a n dm e h g ( i ) w a sd e m o n s 乜a t e d c o n t a m i n a t i o no fi c p m s d e t e c t o rb yt 1 1 ec e 渤s i n gs o l u t i o nw 船a v o i d e d 、 r i t hm eu s eo ft h e 崩n o v a b l ei n t e r f 犯e d u r i n gc a p i l l a r yr i n s i n g b a s e l i n es e p 锄t i o no f h g ( i i ) a n dm e h g ( i ) w a sa c b j e v e db yc ei na 4 5 c m 7 5 扯m i d f u s e d s i l i c a c a 扛1 1 a r ya t 2 2 5 k 、w b j l e a m i x t 时eo f 3 0 瑚1 0 1l 1h 3 8 0 3 + 1 0 v vc h 3 0 h ( p h - 8 7 ) a c t e da sm em 1 1 n i n gb u 腩lt h ep r c c i s i o n s s d ，胛= 5 ) o f m i 铲a t i o nt i m ea n dp e a ka r e af o rm et w om e r c u r ys p e c i e sw e r ei nt h er a n g e so f3 5 3 8 a 1 1 d 2 3 5 1 ，r e s p e c t i v e l y t h el i m i t so fd e t e c t i o n ( 3 a ) o fh g ( i i ) a n dm e h g ( i ) w e r e4 7a n d4 8 烬l ，r e s p e c t i v e l y i nc h 印t e r3 ，an e wh y p h e n a t e dt e c h n i q u e ，i e s c - c e i c p m s ，w a sd e v e l o p e df o r h i 出一t 1 1 r o u g h p u ts p e c i a t i o na n a l y s i sf o rc h r o i l l i 啪b a s e l i n es e p a r a t i o no fc r ( i i i ) a 1 1 dc v i ) w a sa c 王1 i e v e dw i t l l i n1m i nb yc e 协a1 5c m 7 5 岫i d 觚e d s i 工i c ac a p i l l a r ) ra t6k v 砌i e 1 5r r 蚰o ll 。1h n 0 3a c t e da sm n n i n ge l e c 仃0 1 y t e 1 kp r e c i s i o n s 限s d ，n = 5 ) o fm i 则i o n t i m ea n dp e a ka r e af o rm e 血o m i u i ns p e c i e sw e r emm er a n g eo f1 8 2 4 a 1 1 d2 2 5 7 ， r e s p e c t i v e l y 1 h e1 i i l l i t so fd e t e c t i o n ( 3 a ，1on gm l 吐) o fc r ( i i i ) a 1 1 dc r ( v i ) w e r e1 8a n d1 9 嵋l ，r e s p e c t i v e l yn l es y n t l l e s i z e ds a m p l e sc o m a i n i n gc r ( i i i ) a n dc r ( v i ) s p e c i e sw e r e d e t e m i n e db ys c c e i c p m s ，a 1 1 dt l l er e c o v e r i e so fc r ( i i i ) a n dc r ( v i ) i nt h es y r l m e s i z e d t i t 李保会：短柱毛细管电泳一i c p m s 用于快速形态分析 s a i n p l e sw e r ei nm er a n g eo f1 0 3 1 1 0 a n d9 0 1 0 8 ，r e s p e c t i v e l y i nc h 印t e r4 ，ar a p i dm e 血o df o rs p e c i a t i o na n a l y s i so fh g ( i i ) a n dm e h g ( i ) w a s d e v e l o p e db ys c c e i c p m sb 船e do nam i c o m i s tn e b u l i z e ra 1 1 dar e m o v a b l ei n t e r f a c e h g ( i i ) a n dm e h g ( i ) w e r es 印a r a t e di n1m i nb yc em a1 6c m 7 5 “mi d 血s e ds i l i c a c 印i l l a r ya t2 1k v a m i x t u r eo f3 0 咖o l l 1h 3 8 0 3 + 5 v ，v q h = 8 6 ) w a sb u 虢rs o l u 廿o n n l ep r e c i s i o n s ( r s d ，行= 5 ) o fm i g r a t i o nt i m ea n dp e a ka r e af o r 吐l et 、om e r c u r ys p e c i e si n m em g e so f1 4 2 6 a n d3 3 3 4 ，r e s p e c t i v e l y 功e1 i 蚵t so f d e t e c t i o n ( 3 巧) o f h g ( i i ) a n d m e h g ( i ) w e r e 9 7a n d1 2 0 肛gl ，r e s p e c t i v e l y i n c h 印t e r5 ，c 0 1 1 i s i o nc e l lt e c m q u e ( c c dw a su s e dt o e l i i i l i n a t ep 0 1 y a t o i l l i c i n t e r f e r e n c e sr e l a t e dw i t ha ra n das h o r tc 0 1 u i n nc a p i l l a r ye l e c 廿o p h o r e s i s - c o l l i s i o nc e l l t e c q u e i n d u c t i v e l yc o u p l e dp l a s m a - m 解ss p e c 仃o m e 仃y( s c c e c c t - i c p - m s ) w a s d e v e l o p e d r 印i ds p e c i a t i o na 1 1 a l y s i so fi m nw a sc a r r i e do u tb yt h i sh y p h e n a t e dt e c h n i q u e b a s e l i n es e p a r a t i o no ff e ( i i ) a n df e ( i i i ) 眦sa c h i e v e d 谢“nim i nb yc ei na1 4c m 5 0 u mi d c a p i l l a r ya t2 8k vt h ep r e c i s i 0 1 1 s ( r s d ，聆= 5 ) o fm i 伊a t i o nt i m ea r l dp e a ka r e af o r t h ei m ns p e c i e sw e r ei nt h er a l l g eo f1 o 2 6 a 1 1 d 1 9 3 9 ，r e s p e c t i v e l yn e l i m i t so f d e t e c t i o n ( 3 0 ) o f f e ( i i ) a n df e ( i i i ) w e r e1 0 oa n d8 3 嵋l ，r e s p e c t i v e l y k e y w o r d ：h y p h e n a t e dt e c 蜥q u e ；s p e c i a t i o na n “y s i s ；s h o nc 0 1 u n mc a p i l l a r ye l e c 仃叩h o r e s i s ； i n d u c t i v e i yc o u p l e dp l a s m a m a s ss p e c t r o m e t r y ；c 0 1 1 i s i o nc e l lt e c h n i q u e ；m e r c u r y ；c h r o m i u n l ； i r o n i v 南开大学学位论文版权使用授权书 本人完全了解南开大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：巧喀余 2 加j 年，o 月日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：学位论文作者签名： 解密时间：年月日 各密级的最长保密年限及书写格式规定如下 南开大学博士学位论文 第一章绪论 1 1 前言 元素形态( e l e m e n t a ls p e c i a t i o n ) 的概念可追溯到1 9 5 4 年，g o l d b e r 1 为改善对海 水中痕量元素参与生物地球化学循环的理解而将其引入。其后，元素形态得到了广泛研 究。与元素形态有关术语的定义多次在痕量元素形态会议上被提出讨论，并统一成为国 际纯粹和应用化学联合会( i u p a c ) 所接受的用语【2 】。化学物种( c h e m i c a ls p e c i e s ) 是 指化学元素的某种特殊形式( s p e c 愠cf o m ) ，如分子态、络合态或氧化态。元素形态是 指种元素不同物种在特定体系中的分布情况，例如不同的氧化态或者不同的键合形 式。形态分析( s p e c i a t i o na 1 1 a 1 ”i s ) ，按照i u p a c 的定义，就是利用特定的仪器对存在 于特定样品中的特定元素不同化学形态或者物种进行鉴定和测定的过程，这个过程包括 取样方法、测定及质量控制等。 从2 0 世纪7 0 年代开始，环境学家就认识到某种元素的生理、毒理影响以及生物可 给性和迁移性在很大程度上取决于它的形态。元素的某一形态可能有毒，而同一种元素 的另一形态可能对生物组织的特定功能是必需的。例如c r i ) 可以穿透生物细胞膜，导 致心脏病以及肝、肾以及血管等组织的病变，对人类和动物体有很高的毒性；而c r ( i i i ) 是生物体所必需的，以维持正常的葡萄糖、胆固醇和脂肪酸的代谢，同时，c r ( ) 还在 各种酶反应中起着重要的作用f 3 】。为此，测定元素的总含量对于评价特定元素对生物体 和环境影响的价值不大，因为所测得的信息不能直接反映特定元素的迁移性、毒性、生 物可给性以及最终对生态系统或生物有机体的影响【4 ，”。 元素的形态信息对于研究环境中元素的转移降解的机理、生物可给性和生物体器 官内可能的金属通道是相当重要的。人们对元素形态研究越来越感兴趣，测定元素形态 作为一个分析工具广泛应用于各个领域，包括环境和生命科学等。在发展任何元素形态 分析方法时，必须考虑到以下条件：形态，组成的测定；样品分析过程中天然组成 和形态分布的保持：定量分析过程中分析技术的灵敏度和检测能力。 可应用于元素形态分析的方法有很多，如吸光光度分析法 6 1 2 1 ，原子光谱分析法 f 渣1 毹，电化学分析法 1 7 之们，表面分析口1 2 4 1 以及以分离技术为基础的联用分析法( 2 5 五8 1 等。 在这些形态分析方法中，联用分析方法是多种分析仪系的综合使用，多利用气相色谱 ( g c ) 、高效液相色谱( h p l c ) 和毛细管电泳( c e ) 等现代分离仪器卓越的分离能力， 1 李保会：短柱c e - i c p m s 联用技术用于快速形态分析 使之与原子光谱仪、电化学分析仪等检测器的高灵敏度相结合，兼顾了形态分析所需的 高分辨率和高灵敏度，是目前进行形态分析的一种强有力的手段。 可作为联用技术高强度检测器的有激光诱导荧光检测器( l i f ) 【2 93 0 1 、电化学检测 器【圳3 l 、化学发光检测器( c l ) 【3 4 ，3 5 】以及元素选择性检测器【3 6 。8 1 等。其中l i f 检测经 常需要采用柱前、在柱或者柱后衍生的方法来构建高吸收，荧光化合物；电化学检测由于 缺少耐久性、灵敏度易于改变以及难以实现规模化生产而很少应用；c l 因为化学发光 的需要使其应用受到一定限制。 最常用的元素形态检测器是元素选择性检测器，如原子吸收光谱仪( a a s ) 、原子 荧光光谱仪( a f s ) 、电感耦合等离子体原子光谱仪( i c p a e s ) 、电感耦合等离子体质 谱仪( i c p m s ) 等，特别是i c p m s 和电喷雾( e s ) 或者离子喷雾( i s ) 质谱。使用等 离子体作为离子源的原子质谱对大多数元素来说在最大程度上保证了很高的检测灵敏 度，同时i c p m s 还具有较宽的动力学线性范围、多元素同时测定能力和同位素分析等 优点删。与其它检测器相比，i c p m s 受基体效应的影响也最小。以i c p m s 为检测 器的联用技术已有多种，包括与l c 【4 1 出】、g c 【4 5 4 7 1 、超临界流色谱( s f c ) 【4 8 。5 0 】以及 c e 等实现联用近年来已有一系列有关分离技术与i c p m s 联用技术的综述发表f 5 m “。 在前面提到的分离技术中，c e 具有许多重要的优点：诸如低样品体积消耗，高分离效 率，单次运行同时分离带正电、负电、中性物种的能力，较短的分析时间等。c e i c p m s 联用技术综合了c e 和i c p m s 的优点，提供了一种很有实际应用价值的元素形态分析 技术。 1 2 毛细管电泳( c e ) 1 2 1 概述 c e 由h 咏咖【5 7 】在1 9 6 7 年首先提出。1 9 8 1 年j o 唱e n s o n 和l l l l ( a c s 5 8 】在3 0 0 肛m 内径毛细管内分别对氨基酸、二肽、胺类以及尿样进行了分离，创立了现代毛细管电泳 技术。1 9 8 4 年1 h a b e 等【5 9 】建立了胶束毛细管电动色谱。1 9 8 7 年h j e r t e n 等 6 0 1 建立了 毛细管等电聚焦。1 9 8 8 年出现了第一批毛细管电泳商品仪器。由于c e 符合了以生物工 程为代表的生命科学各个领域对多肽、蛋白质、核苷酸、脱氧核糖核酸( d n a ) 等分离 分析的要求，在短时间内得到了迅速的发展。c e 是经典电泳技术和现代微柱分离技术 相结合的产物。c e 与 ，l c 相比优点在于：c e 分析时间通常不超过3 0m i n ，比h p l c 2 南开大学博士学位论文 分折速度快；从理论上来说，c e 的理论塔板高度和溶质的扩散系数成正比，对扩散系 数小的生物大分予来说，c e 的柱效要比期? l c 高得多；c e 所需样品为n l 级，而h p l c 为旺级总之c e 的优点可以概括为：高分析速度，高分辨率，低样品消耗。这使得 c e 成为近年来发展最为迅速的分离分析方法之一。 f g 1 s c 抽棚正i co fac e 嘛t m m e n t1 h i g hv o i t a g e ：2 s i g n a ia m p 嘶e r ；3 s i i i c a - f u s e d c a p 油r y l 酝扫m p ；5 o 妇p 咻镐s o r ；6 8 u 仟e r ，s a m p i e ；7 b u 忭e l 1 2 2 基本原建 c e 统指以高压电场为驱动力，以毛细管为分离通道，依据样品中各组分之间淌度 和分配行为上韵差异而实现分离的一类微管液相分离技术。其仪器装置简图如f 堙1 1 。 其结构包括一个高压电源、一根毛纽管、一个检测器以及两个供毛细管两端插入而又可 以和电源相连蟊莹爱净密存储瓶。在电解质溶液中，带电粒子在电场作用下以不同的速度 向其所带电荷枢反方向迁移的现象q 电泳。在p h 3 时，石英毛细管柱内表面带负电， 在缓冲溶液与毛细管壁闻形成一层双电层。双电层中的水合阳离子在电压作用下由于自 身钧迁移带动缓冲液整体地朝负极方向移动的现象叫电渗。缓冲液在电渗作用下的流动 称为电渗流( e ( ) f ) 。在电渗的驱动下缓冲液这种整体流动的流型呈近扁平状的“柱塞 流”这致使涟质区带在毛细管内的扩张远远小于采用压力驱动方式下溶质在h p l c 色 谱柱内呈。抛物线”流体内的扩张，因此c e 的柱效要远远大于h p l c 的柱效。粒子在 毛细管内缓冲液中的迁移速度等于电泳和电渗两种速度的矢量和。阳离子的运动方向和 e o f 一致，所以最先流出：中性粒子的电泳速度为零，故其迁移速度相当于e o f 速度： 李保会：短柱c e - i c p m s 联用技术用于快速形态分析 阴离子的运动方向与e o f 相反，但一般情况下e o f 速度大于电泳速度，因此在中性粒 子之后流出，从而实现各种离子的分离。 毛细管内电解质在高电压作用下产生的焦耳热是c e 分离效率的大敌。一般来说温 度每提高1 ，淌度增加2 ，而焦耳熟增加得更快。焦耳热使流体在径向产生温度梯 度，即管轴中心温度高于近壁处温度。使处于中心的溶质分子迁移的更快，造成谱带展 宽，柱效降低。同时，温度改变也使溶液p h 值、粘度等发生变化，迸一步导致e o f 、 溶质分子电荷分布和离子强度等发生变化，导致重复性降低，柱效下降等现象。为了减 少焦耳热对分离的影响，现多采用外部环境冷却毛细管的方法。常见的有风冷和液冷两 种方式，其中由于液冷的导热系数更高，是目前毛细管电泳采用较多的方式。 1 2 3 分离模式 c e 有多种分离模式，包括毛细管区带电泳( c z e ) 、胶束电动毛细管色谱( m e c c ) 、 毛细管等电聚焦( c 也f ) 、毛细管等速电泳( c i t p ) 、毛细管电色谱( c e c ) 等，以适应 不同的分离要求。 1 1 2 3 1 毛细管区带电泳( c z e ) c z e 又称为毛细管自由电泳，是c e 中最基本的一种分离模式，广泛应用于元素形 态分析。在c z e 条件下，毛细管中分析物的表观淌度是分析物固有电泳淌度和电渗流 淌度的矢量和： p o h 2l l e p 七h e o 1 1 0 b ；、“印和“。分别为表观消度、电泳淌度和电渗流淌度。根据帅和p e 0 方向的相同或 相反，c z e 有两种分离方式：反向e o f c z e 与同向e o f c z e 。反向一e o f - c z e 指的是 不对毛细管内壁进行任何修饰，e o f 的方向与毛细管中阳离子运动的方向相同的一种分 离模式；而对于阴离子来说，两者的运动方向是相反的。t i m e r b a e v 等【6 1 】利用反向 母0 f z e 在l o m j n 内分离了包括f e - f e m i ) 与c o ( i i ) c o ( i ) 在内的2 3 种金属环己胺 1 ，2 二胺四乙酸( c d t a ) 配合物。 同向e o 阳z e 分离方法采用诸如毛细管内壁衍生、添加阳离子表面活性剂、启用 径向电压等方式来改变e o f 的方向怖2 1 。在缓冲溶液中加入十六烷基三甲基溴化铵 ( c 1 怂) 等阳离子表面活性剂是一种常被采用的方法。s u n 等6 3 1 利用聚二烯丙基二甲 基氯化胺作为修饰剂改变e o f ，在同向e o f c z e 分离方法下成功地分离了9 种砷化合 物。与反向e 0 z e 分离模式相比，同向_ e o f c z e 分离时间缩短，峰形更为尖锐。 4 南开大学博士学位论文 1 2 3 2 秀纽管胶束电艴诺( 溉c c ) 在c 珏分离模式中，中性分子将随着e o f 一起移动丽无法分离。t e r a b e 等发展 的她c c 分离模式解决了这个闫题愀指的是把离子型表面活性剂加入缓冲液中， 当其浓度超过临界浓度( c m c ) 后便形成内核疏水、外部带电荷的胶束。含疏水基团的 物种在水相和胶柬相之间进行分配从而改变分析物的迁移行为，得以在毛细管内分离。 常用的胶束有阴离子胶束和阳离子胶束两种。具有较低c m c 的十二烷基硫酸钠( s d s ) 是常用的阴离子表面活性剂删。在提高分离效率的同时，s d s 不会对溶液的离子强度有 明显的增加，同样也不会致使焦耳热变化很大。【j t i 等f 6 5 】以肌酸( e t a ) 作为络合剂， s d s 作为胶柬相m e ( 成功分离了有机硒、有机汞和有机铅等l o 种化合物。n g 等f 6 6 】 甩b 一环糊椿修饰后的s d s 作为胶柬相实现了对三烷基铅以及带电荷不带电荷的苯基硒 混合物的分离。十六烷基三甲基溴化铵( c 1 a b ) 是常用的阳离子表面活性剂。h a e y 【6 7 】 以c 1 a b 作为阳离子胶束利用m b ( 对c u ( i i ) - 多胺羧酸配合物进行分离，成功实现了 c 硼 i ) 一乙二胺三乙酸、c 唧町一二亚乙基三胺五乙酸、c u g i ) - 羟亚乙基三胺五乙酸、c u ( i i ) 一 睛基三乙酸、c u ( i i ) e d l a 五种化合物的基线分离。“等嘲在m e c c 分离模式下利用 s d s 作为胶柬相在p h 值7 9 范围内分离了三甲基锡、三甲基铅、三乙基铅、二丁基 锡和三丁基锡等化合物。 1 2 3 3 毛细管等速电泳( c i t p ) c r r p 是一种不连续的介质电泳技术，与c z e 操作模式相似，均利用离子物种间岬 的差别实现分离。为了进行等速电泳分离，还须具备另两个特殊条件：一是特殊电解质 系统。即要有具一定棚缓冲能力的前导电解质( l e ) 和终止电解质( t e ) 。样品离子 的有效淌度应比t e 的有效淌度大、比l e 的有效滴度小。二是背景电流要小到足以克 服区带电泳效应。在分离过程中，样品夹在l e 和t e 之间，分析物在电场作用下按淌 度的不同形成各自的区带。分析物区带在屯场作用下以和l e 相同的速度前进，达到分 离的目的。由于c n t 有一定的富集作用，常用作分析物的富集。b l a 咖y 等【6 9 】利用c i t p 与c z e 联用以f e ( i i i ) 一e 瑚f a 络合物的形式测定了水样中的f c ( i 的含量，降低了c e 的 检出限。 1 乏3 4 毛细管等电聚焦( c 酆) c i e f 开始是作为一种对分离蛋白质和多肽等两性生物样品很有潜力的c e 分离模 式出现的，其特点是商分离度和自发的分析物浓缩富集【6 伽。在某种意义上来说，c i e f 李保会：短柱c e - i c p - m s 联用技术用于快速形态分析 是p h 稀度的c 冱，是利用分析物之间的等电点的差别来实现分离的一种c e 模式。正 因为要构建p h 梯度，所以电泳时正极和负极的缓冲液有所不同，毛细管中的介质也与 电极槽中的介质不完全一样。分离之前，毛细管中通常先灌入含有待测样品和两性电解 质的分析样液。正极槽灌入酸性溶液，负极槽灌入碱性溶液。当加高电压后，管内在两 性电解质溶液的作用下建立p h 梯度，样品按等电点的差异迁移到各自的位置上。c 玎晤 常常用来分离等电点不同的蛋白质【7 0 ，7 “。m i c h a l k e 等7 习将c m f 用于形态分析，成功地 对甲硫胺酸硒、胱氨酸硒、胱氨硒、谷胱甘肽包合硒等硒的有机态物种进行了分离，由 于采用卿- i s 检测，不必再对各分析物种进行络合，所测检测限为1 0 3 0 岭l - 1 。 s c ；q ，o i 越等陬1 q 利用u f 作为检测器，分别在c z e 和c m f 两种分离模式下研究了铀在 生物体内的化学行为。在c m f 分离模式下，不同的铀的化合物根据等电点的不同得到 了分离，同时由于u f 的使用，可以对低含量的不同铀的化合物进行检测【。 1 2 3 5 毛细管电色谱( c e c ) c e c 是在c e 的不断发展以及液相色谱理论日益完善的基础上兴起的一种微分离 技术。它克服了c e 选择性差和难分离中性物质的缺点。同时c e c 较印? l c 在很大程度 上提高了分离效率，形成了自己高效、微流和快捷的特点。c e c 在石英毛细管内填充 h p l c 固定楣，利用e o f 或者e o f 结合压力来推动流动相流动。溶质在毛细管内根据 其在流动相和固定相中分配系数以及自身电泳淌度的不同进行分离。这种分离模式已经 成功地应用于分析化学的诸多方面【7 5 4 1 。相对于c e 的其它分离方法，有关c e c 用于形 态分析的报道较少。c h e n 等【7 8 】用大环多胺作为固定相功能基团，以i c p m s 为检测器， 利用c e c 对a s ( 缸( v ) p h 4 s ) 、c r ( c r ( i i i ) c r ( v i ) ) 和s e ( s e ( v s e ( ) ) 进行了分 离检测，各元素形态的浓度检测限为峙l 。级。在实验中还发现这种键合固定相所引起 的基体效应要比单纯的硅胶固定相要小。 1 3 电感耦合等离子体质谱( i c p m s ) 1 3 1 概述 c p - 魑开始于2 0 世纪8 0 年代初期7 9 1 。此后，i c p m s 技术发展相当迅速，已经 从最初在地质科学研究方面的应用，迅速发展到广泛应用于环境、冶金、石油、生物、 医学、半导体和核材料分析等领域，已成为公认的最好的元素分析技术。随着近年来人 们对配p m s 技术进一步的革新研究，i c p m s 的分析性能，尤其是同位素分析能力有 6 南开大学博士学位论文 了显著提高，使人们意识到很有必要对等i c p m s 和传统的热电离质谱( t i m s ) 的地 位重新评价【9 0 1 。目前“i c p m s ”的概念，已经不仅仅指最早发展起来的普通四级杆质 谱仪( q i c p m s ) ，也包括后来相继推出的其它类型的等离子体质谱技术，比如多接收 器高分辨磁扇形等离子体质谱( i c p m c m s ) 、等离子体飞行时间质谱( i c p 1 o f m s ) 以及等离子体离子阱质谱等。q 。i c p m s 也不断升级换代，诸如动态反应池( d r c ) 和 碰撞池( c c t ) 等技术的引入，使其分析性能大为改善。各种联用技术如h p l c i c p - 1 订s 、 g c i c p m s 、c e i c p m s 、激光剥蚀( l a ) i c p m s 等也发展迅速。在2 0 0 0 年冬季等 离子体光谱化学会议上( w i m e rc o n f e r e n c eo np 1 姗as p e c t r o c h e m i s 廿y ) 就曾有人预言： “新的世纪将是i c p m s 仪器激增的时代” 8 0 】。这些i c p m s 新技术除了大量应用于元 素分折外，在同位素分析、形态分析等方面的研究和应用也非常广泛。每年都有大量文 章发表，尤其是应用性文章数量激增，以至于有关i c p m s 的评述性文章很难全部包含。 以某些专题介绍的文章越来越多，如有关i c p m s 测定同位素比值的精密度和准确度综 述滞“，有关l a i c p m s 的研究现状和最新发展趋势瞰j ，有关i c p ，m s 在痕量元素分析 和形态分析方面的进展【8 3 】等。b a c o n 等8 4 删每年连续发表的原子质谱最新评述文章中也 提供了大量有关i c p m s 基础研究和应用研究的进展信息。 1 3 2 工作原理 在i c p m s 技术中，原子化的高效性由于特效、灵敏的原子质谱的原因得以进一步 提高。f i g 1 2 是一种商业化的i c p m s 的结构简图。i c p 是离子源，可以在高温 ( 5 0 0 1 0 0 0 0 k ) 以及常规压力( 1 o 1 0 5 p a ) 下工作。等离子体在石英炬管内产生【8 9 1 ， 所加射频( i 心) 一般情况下频率为2 7 4 0m h z ，功率为6 0 0 1 8 0 0w 【9 0 1 。氩气流通过 炬管内管时，其中的氩原子随即与放电线圈释放的自由电子相互作用产生新的自由电子 和氩阳离子。这些自由电子和氩阳离子在电磁场作用下以环形的轨道移动，进而形成涡 流。快速移动的离子和电子与其它氩原子碰撞导致进一步的离子化。但是伴随离子化过 程产生的热量对离子化有阻碍作用。为解决这个问题，在炬管外管引入氩气流，以冷却 炬管，也防止其因高温熔化变形。同时，引入的氨气流产生一个切线流，起到使等离子 体聚于炬管中心线周围和稳定等离子体的作用【9 1 j 。 液体样品经过雾化器雾化以及经雾室分离除去较大的液滴后，以气溶胶的形式通过 炬管的中心线进入等离子体火焰。等离子体中产生的离子先后经过采样锥和截取锥的筛 分之后，再经过一系列的透镜进行聚焦，最后进入质量分析器。各种分析物离子在质量 7 李保会：短柱c b i c p m s 联用技术用于快速形态分析 分析器上根据质荷比( 沈) 的不同进行检测【8 9 ，9 2 1 。对于许多商业化的i c p m s 来说， 大多数的元素的响应都可以在4 1 1 个数量级范围内保持线性并保持可观的精密度 ( o 2 扣3 ) 【9 3 】。 f i g 1 2s c h e m a t i co fa ni c p m s l l 5 习 1 3 3 干扰及消除 由于i c p m s 是依据元素离子 娩的不同进行检测，因此i c p m s 不再有原子光谱 特有的光谱干扰，而主要是化学干扰和同质离子干扰。i c p m s 的干扰要比其它光谱技 术比如i c p a e s 要小得多刚。为克服这些干扰，可以采用以下多种方式：高分辨质谱 f 9 4 母6 1 、低温去溶m 、冷焰、以及最近发展起来的可以减少多原子离子干扰的碰撞池技术 ( c c t ) 和动态反应池技术( d r c ) 【9 8 】等。 1 4c e i c p m s 联用技术 c e 分离是基于分析物在电场作用下淌度的不同，从而避免了色谱技术中分析物与 固定相之的相互作用。从原理上说，c e 对元素天然形态分布的扰动要比h p l c 小得多， 这使c e 成为元素形态分析的理想工具。c e 的n l 级的进样量在分析样品量有限( 例如 生物组织和体液) 时是一个优点。但是，这也意味着c e 的检测限要比h p l c 高2 个数 量级。为了提高c e 的灵敏度，c e 与i c p m s 联用就成了一个很好的选择。简而言之， c e i c p m s 的主要有以下优点：实验所需要的样品体积很小；在很多情况下不再需 要预先对分析物进行衍生化：可以在温和的条件下分离元素形态的混合物以保持物种 的完整性：样品中的元素和同位素可以同时进行高灵敏度的定性和定量分析；如果 8 南开大学博士学位论文 c e 与i c p - i 艇的接口合适，在c e 的n l m 计1 的流速下，优化的c e 条件很容易与后继 的i c p 媚检蔫嚣轺适应，避免了像 玎? l c 流动相与等离子火焰稳定性产生的不兼容问 题。 扶毛细管藏出钧引入等离子体火焰韵形式来知分，c e i c p m s 联用技术大体可以 分成两类：基于雾化器的c e - i c n m s 联用技术；基于挥发性物种发生( v s g ) 的 c e i c p m s 联用技术。普通商业化的i c p m s 的样品导入装置包括雾化器和雾室，很多 有关c e i c p m s 联用的文章所设计的接口采用了这种导入装置。所以设计各种基于雾 化器的c b i c p m s 接口并评价它们用于形态分析时的性能就占据了有关c e i c p m s 文 章的绝大多数。 f 均1 3s c h 毫酣co fc