CN112649494A - 一种基于光电离离子迁移谱的多峰定量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光电离离子迁移谱的多峰定量方法。本方法对在负离子模式的离子迁移谱中发生离子‑分子反应会产生2个产物离子峰，且离子数目比值固定的物质，通过分析整个解析过程中的试剂分子最大信号强度以及某一个产物离子峰的积分面积，建立了基于积分面积和最大信号强度的比值与样品中待测物质浓度之间的线性定量关系。以血液中丙泊酚为例，在0.1～20ngμL^‑1的浓度范围建立了光电离离子迁移谱的标准定量曲线Y＝0.05X‑0.0004，相关系数R²＝0.997。本方法扩大了离子迁移谱作为定量仪器的适用范围，缩短了数据分析时长，简化了定量操作，更加快速准确，应用前景更加广阔。

Description

一种基于光电离离子迁移谱的多峰定量方法

技术领域

本发明涉及离子迁移谱应用和分析检测技术领域，具体为一种基于光电离离子迁移谱的多峰定量方法。

背景技术

离子迁移谱，是基于大气压状态下气相离子在外加电场中运动速率不同而进行分离检测的技术，具有检测速度快、灵敏度高、价格便宜等优点，是一种极具应用前景的实时动态检测技术。目前离子迁移谱技术广泛地应用于公共安全、环境监测、临床诊断等领域，但是受各种外界条件和仪器自身条件的影响，离子迁移谱的定量准确性受到限制。电离源提供能量使试剂分子电离、产生反应试剂离子，样品中待测物质热解析进入离子迁移管内实现电离和检测。试剂离子的信号强度会直接影响检测到的待测物质的信号强度，而试剂离子信号强度会受到很多因素影响，如电离源为真空紫外灯时，灯的衰减会导致试剂离子信号强度的减弱，试剂分子浓度不稳定也会导致试剂离子信号强度的改变，离子迁移管电极环上施加的电压以及气体流速的改变等都会影响试剂离子的信号强度。另外，采用热解析的进样方式，整个分析过程中，进入离子迁移管中的待测物质浓度是动态变化的，因此实现不同条件下待测物质的准确定量很有必要。

目前已有的基于离子迁移谱的定量方法可以分成两大类。一类是通过拟合系列浓度待测物质的浓度和信号强度来实现定量，通过将进样过程中样品的最大信号强度与初始反应试剂离子的信号强度作比实现定量，但以信号强度来定量，不可避免会受到很多其他因素的干扰，定量的准确性和重复性有所局限。另一类定量方法是通过拟合系列浓度待测物质的浓度和积分面积来实现定量的，和信号强度定量相比，积分面积定量不仅适用于热解析速度快的物质，还适用于热解析速度较慢、缓慢释放的物质，受环境、人为操作、仪器条件的影响较小，能有效提高定量的重复性和准确性。但是，上述方法一方面采用放射性电离源，对离子迁移谱的应用场景存在一定的限制；另一方面，提出的定量方法均只适用于待测物质的产物离子峰只有一种的情况，对于电离反应复杂、会形成多个产物离子峰的物质是不适用的。

发明内容

本发明的目的在于针对目前已有方法的局限性，提供一种基于光电离离子迁移谱的多峰定量方法，本申请定量方法基于非放射性电离源，可对产物离子峰不唯一的物质进行简单快速的检测，且结果准确可靠。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现。

一种基于光电离离子迁移谱的多峰定量方法，其具体步骤为：准确配制含梯度浓度待测物质的样品，每个样品量取相同体积，分别用离子迁移谱分析，得到各自的热解析信号趋势线；

根据对试剂离子O₂ ^-峰跟踪的热解析信号趋势线，得到单次分析过程中的O₂ ^-最大信号强度(I_m)；分别将热解析信号趋势线扣除基线，求得待测物质解析峰1的积分面积(S₁)；然后拟合样品中待测物质解析峰积分面积和O₂ ^-最大信号强度的比值(S₁/I_m)与样品中待测物浓度的线性关系，即为生成的标准曲线方程；

相同进样量和条件下，对未知样品进行离子迁移谱检测，用相同的方法求得O₂ ^-最大信号强度和积分面积后，将所得比值数据带入上述标准曲线方程，进而计算得到未知样品中待测物质的浓度。

进一步地，含梯度浓度待测物质的样品进样分析的具体操作为：取一定量相同体积的样品，滴加至玻璃纤维滤纸材料的进样片上；液体样品通过热解析进样器发生热解析，待测样品蒸气由含试剂分子的干净空气载带，进入离子迁移管中，并与真空紫外灯电离源电离产生的试剂离子发生化学反应，生成的样品离子通过周期性开启的离子门进入迁移区，得以分离和检测。

进一步地，用于定量分析的热解析信号趋势线具体来说，是通过以下过程得到的：首先是样品进入离子迁移谱进行数据采集，通过软件设置采集数据的平均次数控制数据采集速度，连续采集一定时间的目标样品的全谱离子迁移谱图，此谱图可实时地观察到不同信号峰的迁移时间；热解析信号趋势线是以时间单位秒为横坐标，以信号电压强度值毫伏为纵坐标，数据多次平均后，连续记录试剂离子O₂ ^-峰和待测物质解析峰1从进样开始信号逐渐升高、到最大信号、再到信号降至基线的整个过程。

进一步地，离子迁移谱分析采用在负离子模式；热解析温度为50-180℃。

进一步地，在负离子模式下工作的离子迁移谱，反应试剂分子在离子迁移管中会吸收真空紫外灯发出的光子能量，释放大量的低能电子(如R1所示，其中D表示试剂分子)；接着空气中的氧气分子会俘获低能电子形成试剂离子O₂ ^-(如R2所示)。臭氧也能俘获低能电子生成试剂离子CO₃ ^-，但试剂离子O₂ ^-为主要试剂离子且O₂ ^-信号强度/CO₃ ^-信号强度>0.5。

D+hv→e^-+D⁺ (R1)

待测物质为在负离子模式的离子迁移谱中发生离子-分子反应R3和R4(其中M表示待测物质分子)且产生的[M-H]^-和M·O₂ ^-离子数目的比值固定的物质，常见有丙泊酚、乳酸等。

进一步地，离子迁移谱使用的电离源为真空紫外灯，包括但不限于可释放10.0eV和10.6eV光子能量的真空氪灯。

进一步地，反应试剂分子可以为丙酮、丁酮、苯甲醚、甲苯、苯等电离能小于真空紫外灯可提供的最大光子能量，并可被光电离的有机溶剂或混合溶液，通入含试剂分子的干净空气浓度在1～2000ppm。

进一步地，含梯度浓度待测物质样品的基质可以为甲醇、乙醇、乙醚、苯甲醚、氯仿等有机溶剂或混合溶液，也可以为血请、血浆、血液、尿液等生物体液。

进一步地，含梯度浓度待测物质的样品中，同一浓度样品要进行3～5次平行实验，3～5次平行实验积分面积的平均值用于拟合标准曲线方程。

进一步地，目标样品单次进样分析，离子迁移谱图可以获得信号峰的迁移时间；软件根据迁移时间设定数据跟踪区间范围，即原迁移时间±0.2ms～±0.5ms，对指定信号峰进行热解析数据跟踪。

较现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明建立的多峰定量方法，通过跟踪一个产物离子峰和主要试剂离子信号的积分面积和强度，同时校准了整个分析过程中试剂分子浓度及待测物质在解析过程中浓度的波动，扩大了离子迁移谱作为定量仪器的适用范围，应用前景更加广阔。

2、本发明建立的多峰定量方法，数据处理时仅需要关注一个产物离子峰，缩短了数据分析时长，简化了定量操作，更加快速准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为试剂离子O₂ ^-的跟踪趋势线。

图2为丙泊酚产物离子M·O₂ ^-的跟踪趋势线。

图3为丙泊酚产物离子峰积分面积比值与浓度的关系图。

图4为对0.1～20ngμL^-1浓度范围丙泊酚拟合的的标准曲线方程。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

实施例中所述离子迁移谱，以真空紫外氪灯为电离源，主要包括热解析进样装置、反应区、离子门、迁移区、法拉第盘、数据处理系统和气路净化装置。

准确配制丙泊酚浓度为0.1、0.5、1、2.5、5、7.5、10、12.5、15、20ngμL^-1的血液样品，血液为医院提供的空白人类血液。实验中迁移管温度保持在100℃，进样器温度为180℃，载气(指载带样品的干净空气)流速为400mL/min，漂气(指从离子迁移管的迁移区进入的干净空气)流速为600mL/min。每个浓度的样品，平行3次重复实验，数据平均20次。上述实验条件下，丙泊酚会发生反应R3和R4，生成2个产物离子峰，其中团簇离子M·O₂ ^-为信号较高的峰，被选作定量的目标峰。

实施例1

按上述条件，空白血液进样，由离子迁移谱测定。图1为试剂离子O₂ ^-峰热解析信号的跟踪趋势线，可以很容易地得到单次分析过程中的O₂ ^-最大信号强度(I_m)以及0～60s内的积分值。

实施例2

按上述条件，丙泊酚浓度为5ngμL^-1的血液样品进样，由离子迁移谱测定。图2为丙泊酚产物离子M·O₂ ^-的跟踪趋势线。对曲线在0～60s范围内积分，将得到的积分值减去空白血液进样时对应的积分值，得到浓度为5ngμL^-1的样品对应的积分面积。

实施例3

按上述条件，取配制的1、2.5、5、7.5、10、12.5ngμL^-1的血液样品，由离子迁移谱测定。对丙泊酚的2个产物离子峰的信号同时进行跟踪，并分别计算得到各浓度2个峰的积分面积。将各浓度下的积分面积作比，比值对丙泊酚浓度作图，如图3所示。可以看出，丙泊酚的2个产物离子峰积分面积不随着浓度产生波动，即丙泊酚在负离子模式的离子迁移谱中会发生离子-分子反应R3和R4，且产生的[M-H]^-和M·O₂ ^-离子数目的比值固定。

实施例4

按上述条件，取上述配制的0.1、0.5、1、2.5、5、7.5、10、12.5、15、20ngμL^-1血液样品，每个样品量取相同体积，分别用离子迁移谱分析，得到各自的热解析信号趋势线；根据对试剂离子O₂ ^-峰跟踪的热解析信号趋势线，得到单次分析过程中的O₂ ^-最大信号强度(I_m)；分别将热解析信号趋势线扣除基线，求得待测物质解析峰1的积分面积(S₁)；然后拟合样品中待测物质解析峰积分面积和O₂ ^-最大信号强度的比值(S₁/I_m)与样品中待测物浓度的线性关系，如图4所示，标准曲线方程为Y＝0.05X-0.0004，相关系数R²＝0.997，定量范围为0.1～20ngμL^-1。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于光电离离子迁移谱的多峰定量方法，其特征在于，具体步骤为：准确配制含梯度浓度待测物质的样品，每个样品量取相同体积，分别用离子迁移谱分析，得到各自的热解析信号趋势线；

根据对试剂离子O₂ ^-峰跟踪的热解析信号趋势线，得到单次分析过程中的O₂ ^-最大信号强度I_m；分别将热解析信号趋势线的积分面积扣除空白基质对应的积分面积，求得待测物质解析峰1的积分面积S₁；然后拟合样品中待测物质解析峰1的积分面积和O₂ ^-最大信号强度的比值S₁/I_m与样品中待测物质浓度的线性关系，即为生成的标准曲线方程；

相同进样量和条件下，对未知样品进行离子迁移谱检测，用相同的方法求得O₂ ^-最大信号强度和未知样品中待测物质解析峰1的积分面积后，将所得比值数据带入上述标准曲线方程，进而计算得到未知样品中待测物质的浓度。

2.根据权利要求1所述的多峰定量方法，其特征在于，所述含梯度浓度待测物质的样品进样分析的具体操作为：取一定量相同体积的样品，滴加至进样片上；液体样品通过热解析进样器发生热解析，待测样品蒸气由含试剂分子的干净空气载带，进入离子迁移管中，并与电离源电离产生的试剂离子发生化学反应，生成的样品离子通过周期性开启的离子门进入迁移区，得以分离和检测；

用于定量分析的热解析信号趋势线具体来说是通过以下过程得到的：首先是样品进入离子迁移谱进行数据采集，通过软件设置采集数据的平均次数控制数据采集速度，连续采集一定时间的目标样品的全谱离子迁移谱图，此谱图可实时地观察到不同信号峰的迁移时间；热解析信号趋势线是以时间单位秒为横坐标，以信号电压强度值毫伏为纵坐标，数据多次平均后，连续记录试剂离子O₂ ^-峰和待测物质解析峰1从进样开始信号逐渐升高、到最大信号、再到信号降至基线的整个过程。

3.根据权利要求1所述的多峰定量方法，其特征在于，离子迁移谱分析采用负离子模式；热解析温度为50-180℃。

4.根据权利要求1所述的多峰定量方法，其特征在于，所述待测物质为在负离子模式的离子迁移谱中产生的[M-H]^-和M·O₂ ^-离子数目比值固定的物质，其中M表示待测物质分子，优选待测物质为丙泊酚、乳酸。

5.根据权利要求1所述的多峰定量方法，其特征在于，离子迁移谱使用的电离源为真空紫外灯。

6.根据权利要求5所述的多峰定量方法，其特征在于，所述真空紫外灯为可释放10.0eV和10.6eV光子能量的真空氪灯。

7.根据权利要求1所述的多峰定量方法，其特征在于，试剂为电离能小于电离源可提供的最大光子能量且可被光电离的有机溶剂或混合溶液，优选为丙酮、丁酮、苯甲醚、甲苯或苯中的一种或两种以上；所述含试剂分子的干净空气浓度在1～2000ppm。

8.根据权利要求1所述的多峰定量方法，其特征在于，所述含梯度浓度待测物质样品的基质为甲醇、乙醇、乙醚、苯甲醚或氯仿中的一种或两种以上，或为血清、血浆、血液或尿液中的一种。

9.根据权利要求1所述的多峰定量方法，其特征在于，所述含梯度浓度待测物质的样品中，同一浓度样品要进行3～5次平行实验，3～5次平行实验解析峰的积分面积的平均值用于拟合标准曲线方程。

10.根据权利要求1所述的多峰定量方法，其特征在于，目标样品单次进样分析，离子迁移谱图可以获得信号峰的迁移时间；软件根据迁移时间设定数据跟踪区间范围，即原迁移时间±0.1ms～±0.5ms，对指定信号峰进行热解析数据跟踪。

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