CN102636553B

CN102636553B - 纸基电喷雾离子迁移谱分析方法

Info

Publication number: CN102636553B
Application number: CN201210079373.3A
Authority: CN
Inventors: 姜杰; 张晶晶; 周志权; 赵占锋; 乔晓林; 张恒南; 高静; 廉斌; 侯林; 张静
Original assignee: WEIHAI SHENGGAO ELECTRONIC ENGINEERING Co Ltd; Harbin Institute of Technology Weihai
Current assignee: WEIHAI SHENGGAO ELECTRONIC ENGINEERING Co Ltd; Harbin Institute of Technology; Harbin Institute of Technology Weihai
Priority date: 2012-03-23
Filing date: 2012-03-23
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2032-03-23
Also published as: CN102636553A

Abstract

本发明公开了一种纸基电喷雾离子迁移谱分析方法，其采用纸片作为被测样品的载体，把高压直接加在被溶剂和样品润湿的纸片上，通过纸片尖端在高压电场中的喷雾作用使样品电离成离子，产生的离子通过离子迁移谱检测。纸基电喷雾离子迁移谱方法能够直接分析液体和固体样品，在大气环境下实现对环境水中的有机物、血液中的毒品含量、水中溶解的爆炸物等液体和固体样品的现场快速检测。本发明结合了纸基电喷雾源和离子迁移谱的优点，具有检测快速、操作简单、成本低廉、可现场分析等优点。

Description

纸基电喷雾离子迁移谱分析方法

技术领域

本发明涉及一种离子迁移谱分析方法，具体地说是一种纸基电喷雾离子迁移谱分析方法。

背景技术

我们知道，离子迁移谱分析方法主要是通过气态离子的迁移率来表征各种不同的化学物质，该分析方法同时具备可在大气压条件下工作、探测灵敏度高、分析速度快、体积小、重量轻和功耗低等优点，使得该分析方法被广泛用于化学毒剂、爆炸物、毒品等的检测。电离源是离子迁移谱的一个重要组成部分。离子迁移谱分析方法中常用的电离源主要有Ni⁶³电离源、电晕放电电离源、光离子化电离源、电喷雾电离源等。基于Ni⁶³、电晕放电和光离子化电离源的离子迁移谱分析方法一般只能电离气相样品；基于电喷雾电离源的离子迁移谱分析方法能分析液态样品，但样品需要经过复杂的预处理，电离源的装置结构也较为复杂，这些都不利于实现样品的现场快速检测。

2010年美国普渡大学研究人员提出了纸基电喷雾电离源并建立了纸基电喷雾质谱分析方法，并将其用于生物等样品分析，但是由于质谱仪（尤其是常压电离源质谱仪）体积、重量、价格等因素限制，此方法用于现场检测几乎没有可能。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术的不足，提供一种方法操作简单、成本低、对复杂样品具有分离功能，适合做现场样品采集、实时快速分析的纸基电喷雾离子迁移谱分析方法。

本发明解决上述技术问题采用的技术方案是：一种纸基电喷雾离子迁移谱分析方法，其特征是包括下列步骤：采用纸片作为待测样品的载体，将待测样品置于纸片上或溶于溶剂滴加到纸片上，使含待测样品的纸片湿润，在润湿的纸片上施加高电压，通过控制此电压以及纸片与离子迁移谱接口的距离，调节纸片尖端与离子迁移谱接口间的电场强度，使纸片中的液体在纸片尖端处形成喷雾，经离子迁移谱仪反应区除去溶剂；通过控制加载到离子门的脉冲电压使样品离子周期性地分批进入漂移区，在漂移区内受到电场力和逆向气流的双重作用，样品离子先后到达检测器，检测器获得的微弱电流信号，通过电流放大器放大并转换成电压信号，并由数据采集系统对该电压信号进行采集、处理和实时显示；采集到的数据经信号处理后与已有的数据库进行比对，得到检测结果。

本发明所述纸片可以是滤纸、层析纸或其他可以浸润的纸制品，纸片的形状有一个尖端，以利于喷雾的产生。纸片具有纸色谱分离功能，对样品有预分离的能力。

本发明所述待测样品的形态可以是液态或固态，也就是说待测样品可以是液体样品，也可以是固体样品。

本发明所述的溶剂和样品互溶，有导电功能，是辅助实现电喷雾的试剂。

本发明纸基电喷雾离子迁移谱分析方法将纸基电喷雾和离子迁移谱有效结合，对照现有技术，本发明具有以下特点：在大气环境中对液态或固态样品进行分析；具有预分离功能，根据纸色谱原理样品在纸上实现初步分离，开拓了离子迁移谱在非实验室环境下对复杂样品的探测能力；待测样品无需预处理，检测快速；所用装置结构简单，易于携带，适用于现场分析。本发明操作简单、成本低、对复杂样品具有分离功能，适合于对环境、国土安全（如水源中的爆炸物检测）、生物等领域的液态或固态样品进行现场快速检测。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步描述。

图1为本发明所用装置的结构示意图。

具体实施方式

一种纸基电喷雾离子迁移谱分析方法，其包括下列步骤：采用纸片作为待测样品的载体，所述纸片可以是滤纸、层析纸或其他可以浸润的纸制品，纸片的形状有一个尖端，以利于喷雾的产生。纸片具有纸色谱分离功能，对样品有预分离的能力。将待测样品置于纸片上或溶于溶剂滴加到纸片上，使含待测样品的纸片湿润，在润湿的纸片上施加高电压，通过控制加载到润湿的纸片上的电压，以及纸片与离子迁移谱接口的距离，调节纸片尖端与离子迁移谱接口间的电场强度，使纸片中的液体在纸片尖端处形成喷雾，经离子迁移谱仪反应区除去溶剂；通过控制加载到离子门的脉冲电压使样品离子周期性地分批进入漂移区，在漂移区内受到电场力和逆向气流的双重作用，样品离子先后到达检测器，检测器获得的微弱电流信号，通过电流放大器放大并转换成电压信号，并由数据采集系统对该电压信号进行采集、处理和实时显示；采集到的数据经信号处理后与已有的数据库进行比对，得到检测结果。

所述待测样品的形态可以是液态或固态。待测样品可以预先置于纸片上，也可以溶于溶剂后滴到纸片上。待测样品为液体样品时，可以将液体样品滴加在纸片上，使纸润湿，进行检测；也可以液体样品滴加在纸片上，再滴加溶剂，使纸润湿，进行检测。还可以液体样品滴加在纸片上，待液体样品干燥后，再滴加溶剂，使纸润湿，进行检测。待测样品为固体样品时，可以将固体样品收集到纸上，加入溶剂溶解样品，使纸润湿，进行检测。也可以固体样品溶于溶剂，把溶有固体样品的溶剂加在纸上，并使纸润湿，进行检测。

所述的溶剂和样品互溶，有导电功能，是辅助实现电喷雾的试剂。

本发明所用装置如图1所示。该装置中可调节的金属平台1和纸片2构成纸基电喷雾源。在金属平台1上施加高电压，在纸片尖端和相对电极间的强电场的作用下产生电喷雾效应，在去溶气9的辅助下，电离出样品离子（所施加电压的极性不同，会电离出正负两种极性的离子），继而通过离子迁移谱仪检测。离子迁移谱仪的主体由一系列金属电极3和绝缘环构成，用兆欧级电阻把电极连接起来，形成均匀电场。整个漂移管内径包括反应区4和漂移区6，离子门5位于反应区4和漂移区6之间，采用Bradbury-Nielson型门，相邻金属丝间距0.7-1mm。相邻金属丝间的纵向电场会阻挡离子群进入漂移区即为关门状态，当给离子门施加一个控制脉冲，使离子门纵向电场为零，此时离子群可以进入漂移区，在电场和漂移气8的双重作用下，不同种类的离子在不同时刻撞击到离子检测器7，检测器7为法拉第盘，采用黄铜加工，表面精细抛光。法拉第盘通过屏蔽导线把信号引出，经吉时利428-PROG可编程电流放大器放大，该电流放大器的增益可在10³-10¹⁰V/A之间调节，传输到NI数据采集卡，利用LabVIEW编写软件对数据进行处理和显示。

实施例1：首先将纸片2置于金属平台上，所述纸片2为底5mm高10mm的三角形纸片，通过调节三维调节架使纸片尖端与相对电极3的距离为4mm，之后把痕量TNT粉末加到纸片上，用移液器吸取10

Figure 2012100793733100002DEST_PATH_IMAGE002

体积比9:1的甲醇水混合溶剂，其中含有0.1%的乙酸，混合溶剂滴加到纸片上使含样品的纸片湿润，在金属平台1上施加-10kV的电压，相对电极3处施加-6kV电压，这样在纸片尖端和相对电极间的强电场的作用下产生电喷雾效应，在150

Figure 2012100793733100002DEST_PATH_IMAGE004

的去溶气9的辅助下电离出带负电荷的样品离子，继而通过离子迁移谱仪检测。离子迁移谱仪的主体由一系列金属电极环和绝缘环构成，用兆欧级电阻把电极连接起来，形成均匀电场，电场强度约为260

Figure 2012100793733100002DEST_PATH_IMAGE006

。整个漂移管内径40 mm，长度23.2 cm，其中反应区4长7.2 cm，漂移区6长15 cm。离子门5位于反应区4和漂移区6之间，采用Bradbury-Nielson型门，相邻金属丝间距1mm，离子门纵向电场强度1000 V/cm，阻挡离子群进入漂移区即为关门状态。当给离子门施加一个脉冲宽度200

Figure 2012100793733100002DEST_PATH_IMAGE008

周期50ms的控制脉冲，离子门纵向电场为零，此时离子群可以进入漂移区，在电场和漂移气8的双重作用下，不同种类的离子在不同时刻撞击到离子检测器7，检测器7为法拉第盘，采用黄铜加工，表面精细抛光。法拉第盘通过屏蔽导线把信号引出，经吉时利428-PROG可编程电流放大器放大，该电流放大器的增益可在10³-10¹⁰V/A之间调节，传输到NI数据采集卡，利用LabVIEW编写软件对数据进行处理和显示。采集到的数据经信号处理后与已有的数据库进行比对，得到检测结果。

实施例2：首先把底10mm高20mm的三角形纸2置于金属平台1上，通过调节三维调节架使纸片尖端与相对电极3的距离为3mm，然后使用移液器吸取20

含50利血平的体积比9:1的乙腈水溶剂（含0.1%的乙酸），滴加到纸片上，在金属平台上1施加+9kV电压，电极3施加+6kV电压，这样在纸片尖端和相对电极间的强电场的作用下产生电喷雾效应，在室温去溶气9的辅助作用下电离出带正电荷的样品离子，继而通过离子迁移谱仪检测。离子迁移谱仪的反应区4长4.2cm，漂移区6长12cm，均是由一系列金属电极环和绝缘环间隔排列而成，漂移区电场强度约为370

。离子门5采用Bradbury-Nielson型门，相邻金属丝间距0.7mm，离子门纵向电场强度1428 V/cm。当给离子门施加一个脉冲宽度100

周期50ms的控制脉冲，离子门纵向电场为零，此时离子群可以进入漂移区，在电场和漂移气8的双重作用下，不同的离子在不同时刻撞击到离子检测器7，离子在检测器7为法拉第盘，采用黄铜加工，表面精细抛光。法拉第盘通过屏蔽导线把信号引出，经吉时利428-PROG可编程电流放大器放大后（该电流放大器的增益可在10³-10¹⁰V/A之间调节），传输到NI数据采集卡，利用LabVIEW编写软件对数据进行处理和显示。采集到的数据经信号处理后与已有的数据库进行比对，得到检测结果。

实施例3：首先把10

人的尿液加到底10mm高20mm的三角形纸片上，待其干燥后置于金属平台1上，通过调节三维调节架使纸片尖端与相对电极3的距离为3mm，然后使用移液器吸取20体积比9:1的乙腈水溶剂（含0.1%的乙酸）滴加到纸片上其湿润，在金属平台上1施加+9kV电压，电极3施加+6kV电压，这样在纸片尖端和相对电极间的强电场的作用下产生电喷雾效应，在室温去溶气9的辅助作用下电离出带正电荷的样品离子，继而通过离子迁移谱仪检测。离子迁移谱仪的反应区4长4.2cm，漂移区6长12cm，均是由一系列金属电极环和绝缘环间隔排列而成，漂移区电场强度约为370

。离子门5采用Bradbury-Nielson型门，相邻金属丝间距0.9mm，离子门纵向电场强度1111 V/cm。当给离子门施加一个脉冲宽度150

周期50ms的控制脉冲，离子门纵向电场为零，此时离子群可以进入漂移区，在电场和漂移气8的双重作用下，不同的离子在不同时刻撞击到离子检测器7，离子在检测器7为法拉第盘，采用黄铜加工，表面精细抛光。法拉第盘通过屏蔽导线把信号引出，经吉时利428-PROG可编程电流放大器放大后（该电流放大器的增益可在10³-10¹⁰V/A之间调节），传输到NI数据采集卡，利用LabVIEW编写软件对数据进行处理和显示，将经信号处理后的谱图与已有数据库中的谱图进行模式匹配，若尿液中含有微量的氯丙嗪等代谢产物，仪器会发出报警信号。

Claims

1.一种纸基电喷雾离子迁移谱分析方法，其特征是包括下列步骤：采用纸片作为待测样品的载体，将待测样品置于纸片上或溶于溶剂滴加到纸片上，使含待测样品的纸片湿润，在润湿的纸片上施加高电压，通过控制加载到润湿的纸片上的电压，以及纸片与离子迁移谱接口的距离，调节纸片尖端与离子迁移谱接口间的电场强度，使纸片中的液体在纸片尖端处形成喷雾，经离子迁移谱仪反应区除去溶剂；通过控制加载到离子门的脉冲电压使样品离子周期性地分批进入漂移区，在漂移区内受到电场力和逆向气流的双重作用，样品离子先后到达检测器，检测器获得的微弱电流信号，通过电流放大器放大并转换成电压信号，并由数据采集系统对该电压信号进行采集、处理和实时显示；采集到的数据经信号处理后与已有的数据库进行比对，得到检测结果；所述纸片是滤纸或层析纸，纸片的形状有一个尖端，以利于喷雾的产生；所述待测样品为液体样品或固体样品；所述待测样品为液体样品时，将液体样品滴加在纸片上，使纸润湿，进行检测，或将液体样品滴加在纸片上，再滴加溶剂，使纸润湿，进行检测；或将滴加在纸片上，待液体样品干燥后，再滴加溶剂，使纸润湿，进行检测；所述待测样品为固体样品时，将固体样品收集到纸上，加入溶剂溶解样品，使纸润湿，进行检测，或将固体样品溶于溶剂，把溶有固体样品的溶剂加在纸上，并使纸润湿，进行检测；所述的溶剂和样品互溶，有导电功能。