CN109374761A - 一种自由基信号增强、在线分离及实时在线分析系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种针对自由基的信号增强、在线分离及实时在线二极管阵列检测‑质谱‑电子顺磁共振综合分析系统，包括高效液相子系统、信号增强子系统、分离子系统、检测子系统以及控制与收集处理子系统。该系统可以灵活调整信号增强子系统与分离子系统的连接顺序，以及分测子系统中的各个分析仪器之间的连接模式，从而针对待检测样品性质及实验目的实现最优化测试结果。本发明克服已有的自由基分析系统中，使用情景单一、无法实现氧化态物质的信号增强以及检测器灵敏度不一致导致样品进样浓度难以满足各个检测器的分析要求等问题，能够采用多种模式对被分析物进行自由基信号增强，实现自由基物质的在线实时综合分析。

Description

一种自由基信号增强、在线分离及实时在线分析系统

技术领域

本发明涉及有机化合物分析检测领域，特别涉及一种自由基信号增强、在线分离及实时在线分析系统。

背景技术

自由基型反应是化学反应中电子转移的基本类型之一。由于大多数自由基中间体寿命短，反应过程中有多种自由基中间体同时存在，使得反应过程中涉及自由基的分析鉴定难以完成。电子自旋捕捉技术通过自旋捕获剂与反应中形成的活泼自由基反应反应生成相对稳定的自由基加合物(M.Iwamura,N.Inamoto,Bull.Chem.Soc.Jpn.,1970,43,860-863)，以便完成分析测试。

电子自旋共振(ESR)利用具有单电子的物质在静磁场作用下吸收电磁波能量而完成电子能级间跃迁的这种特性,可对顺磁性的自由基进行检测和分析。基于电子顺磁共振的超精细结构，自由基的结构可以被确定(A.S.W.Li,K.B.Cummings,H.P.Roethling,G.R.Buettner,C.F.Chignell,J.Magn.Reson.,1988,79,140-142)。但对于反应中同时存在的多个自由基信号，检测结果会产生叠加，从而无法辨认单一信号的精细结构，也无法获得自由基中心原子信息。

自19世纪80年代开始，高效液相色谱(HPLC)-电子顺磁共振联用技术逐渐发展起来。混合样品经过HPLC在线分离后再进行ESR检测，能够对自由基组成进行有效识别(K.A.M.Creber,J.K.S.Wan,J.Am.Chem.Soc.,1981,103,2101-2102；S.Y.Qian,K.B.Tomer,G.-H.Yue,Q.Guo,M.B.Kadiiska,R.P.Mason,Free Radic.Biol.Med.,2002,33,998-1009)。此外，采用质谱检测器作为HPLC-ESR联用的末端检测器，获得与ESR信号时间匹配的质谱信息，可以明确除了中心原子以外其它结构信息(Q.Guo,S.Qian,R.Mason,J.Am.Soc.Mass.Spectrom.,2003,14(8):862-871；X.Sun,H.Luo,S.Dai,Chem.Rev.,2012,112,2100-2128)。但是，由于自由基的不稳定性，容易在在线分离过程中部分或全部转化为相应的还原态或氧化态，失去自旋特性，造成ESR响应大大降低，影响了检测的灵敏度与精度。Iwahashi课题组。针对铜催化的单电子氧化烷基肼和苯肼脱氮反应，建立了HPLC-ECD-UV-ESR-MS串联在线分析测试系统，通过电化学反应池(ECD)的电氧化作用将还原态物质转化相应的自由基，使响应的ESR检测信号增强(H.Ikeda H.Iwahashi,J.Sep.Sci.2010,33,1185-1191)。然而该系统仅对还原态物质可以进行信号增强，系统中存在的自由基氧化态物质依然不能够被ESR检出。

目前ESR单独分析自由基物质存在灵敏度低、精度差等问题，无法快速给出被分析物的组成及超精细结构信息。最新报道的HPLC-ECD-UV-ESR-MS串联在线分析测试系统，由于各检测器的检测灵敏度不一致，在串联联用过程中难以充分发挥各自的检测能力，并且该系统连接形式固定，使用情景单一，难以满足不同自由基体系的分析要求。值得注意的是，当前仍没有分析系统可以实现氧化态物质的自旋信号增强。

发明内容

本发明的主要目的是克服HPLC-ECD-UV-ESR-MS串联在线分析测试系统中，使用情景单一、无法实现氧化态物质的信号增强以及检测器灵敏度不一致导致样品进样浓度难以满足各个检测器的分析要求等问题。为了实现上述目的，本发明提供一种自由基信号增强、在线分离及实时分析系统，包括高效液相子系统、信号增强子系统、分离子系统、检测子系统和控制与数据收集子系统。高效液相子系统包括液相输送泵以及进样器；分离子系统包括色谱分离柱和柱温箱；信号增强子系统包括预过滤器和电化学反应通道；检测子系统包括二极管阵列检测器、质谱检测器和电子顺磁共振仪。

所述的分析系统，可根据具体实验目标，采用模块化组装的方式调整信号增强子系统与分离子系统的连接顺序。可以先连接分离子系统后信号增强子系统，又可以先连接信号增强子系统后连接分离子系统。前者适用于稳定性较差自由基的在线综合分析，后者可以通过不同保留时间下出峰情况的变化直观体现信号增强子系统电压变化对信号增强效果的影响。

所述高效液相子系统中，梯度泵用于流动相混合、脱气与输送，进样器用于被检测样品的定量摄取并注入到分析系统中。

所述信号增强子系统中，预过滤器用于过滤流动体系中可能存在的极微小的固体可以从而保护电化学反应通道不被固体颗粒污染，延长其使用寿命；电化学反应通道可设定电压范围为-1000～1100mV。给电化学反应通道设定电压范围在0～1100mV之间时，还原态物质流经电化学反应通道可实现部分或全部向自由基态转变；给电化学反应通道设定电压范围在-1000～0mV之间，氧化态物质流经电化学反应通道可实现部分或全部向自由基态转变；通过改变该电压值的设定可以改变反应转化率，在某一电压下实现完全转化，从而自由基信号增强到最大。

所述在检测子系统中包含的仪器可以根据实际检测需要的不同采用不同的连接方案，包括但不限于分析仪器单独、串联或者并联的方式。

上述技术方案中，若分离子系统与检测子系统之间连接分流阀，可以实现检测仪器并联的连接方案，分流阀的分流比可以在1:100-100:1之间无级自由调节。

上述技术方案中，对于三种检测器一起串联连接时，可以采用二极管阵列检测器-电子顺磁共振仪-质谱检测器依次连接的方式或者电子顺磁共振仪-二极管阵列检测器-质谱检测器依次连接的方式；对于三种检测器串、并联混合方案包括但不限于以下方案：采用二极管阵列检测器-质谱检测器串联，然后与电子顺磁共振仪并联。

本发明的优点在于：

1、本发明的信号增强、在线分离及二极管阵列检测-质谱-电子顺次共振综合分析系统可以将稀释过滤后的反应液实现在线监测与分析，样品处理流程简易方便，具有实施性高的优点；

2、本发明的信号增强、在线分离及二极管阵列检测-质谱-电子顺次共振综合分析系统可以根据被检测物的具体状态以及测试要求，采用不同的连接次序与方式，具有灵活性强、适用范围广的优点；

3、本发明的信号增强、在线分离及二极管阵列检测-质谱-电子顺次共振综合分析系统可以根据被检测物的具体状态以及测试要求，通过信号增强子系统将还原态或者氧化态物质转化为具有相应的电子顺磁响应的自由基态物质；

4、本发明的信号增强、在线分离及二极管阵列检测-质谱-电子顺次共振综合分析系统可以通过一次进样即可实现混合样品分离，并对不同停留时间的物质进行紫外色谱，质谱以及电子顺子共振等综合分析，辅助进行实验过程分析及机理验证，具有效率高的优点。

附图说明

图1.自由基信号增强、在线分离及实时分析系统实施方案

具体实施方式

本发明的一种自由基信号增强、在线分离及实时分析系统包括高效液相子系统、信号增强子系统、分离子系统、检测子系统、分流阀和控制与控制与控制与数据收集子系统。可根据具体实验目标调整信号增强子系统与分离子系统的连接顺序，以及检测子系统中各检测器的连接方式。现结合附图对本发明作进一步的描述。

在一个实施例中，采用高效液相子系统-信号增强子系统-分离子系统-分流阀-检测子系统顺序连接方案，参考图1。所述高效液相子系统包括包括液相输送泵以及进样器高效液相子系统包括液相输送泵以及进样器；信号增强子系统包括预过滤器和电化学反应通道；分离子系统包括色谱分离柱和柱温箱；检测子系统包括二极管阵列检测器、质谱检测器和电子顺磁共振仪。

所述的高效液相子系统用于以一定比例和流速输送流动相，通过进样器将被分析物注入流动相中，并推动被分析物通过连接好的管路流经整个分析系统，最终到达废液收集瓶。

所述信号增强子系统中，被分析物首先流经预过滤器，随后流经电化学反应通道。预过滤器用于过滤流动体系中可能存在的极微小的固体可以从而保护电化学反应通道不被固体颗粒污染，延长其使用寿命；电化学反应通道在一定的设定电压下可实现处于还原态或氧化态的目标被分析物的电化学转化，从而获得相应的自由基态物质。可设定电压范围为-1000～1100mV；给电化学反应通道设定电压范围在0～1100mV之间时，还原态物质流经电化学反应通道可实现部分或全部向自由基态转变；给电化学反应通道设定电压范围在-1000～0mV之间，氧化态物质流经电化学反应通道可实现部分或全部向自由基态转变；通过改变该电压值的设定可以改变反应转化率，在某一电压下实现完全转化，从而自由基信号增强到最大。

所述的分离子系统主要由柱温箱和色谱柱组成。可以根据被分离物的种类选择不同类型的色谱柱进行分离；同时可以通过柱温箱调节分离柱的环境温度。被分析物流经分离子系统后，可以实现自由基态物质、非自由基态物质以及其他物质的分离。

所述的分流阀可以将流入的一路流动相按照一定比例分为两路流动相，两路的流速可1:100～100:1之间无级自由调节。使用中根据检测子系统中仪器连接方式以及仪器最低检测限不同对两路的流速进行调节。在此实施案例中，上管路与下管路的流速比设定范围为10:1～2:1。

所述的检测子系统在本实施例中采用二极管阵列检测器-质谱检测器串联，然后与电子顺磁共振仪并联。样品流经二极管阵列检测器后可以获得不同被被分离物的停留时间和紫外吸收信息，随后流经质谱检测器可以获得各组分的质量信息。样品流经电子顺磁共振仪后可获得自由基态物质的电子顺磁共振谱图。随后被分离物流入废液瓶中，检测过程结束。

对于某一个被分析物，信号增强子系统的最优设定电压，可通过以下操作实现：进行多次进样分析，对于每次进样分析，在信号增强子系统中设定不同的电压。然后分析检测子系统中二极管阵列检测器中紫外色谱图，比较其中自由基态物质与非自由基态物质的出峰面积。自由基态的峰面积最大者对应的设定电压为这一组实验中最优设定电压。此时信号增强子系统处于最佳工作状态，且电子顺磁共振仪可以获得最佳测试效果。

所述的控制与数据收集系统包括并行控制器、数据采集器以及微型计算机。通过计算机中的软件对子系统运行参数进行设定，并收集检测子系统反馈的测试结果。

最后所应说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制。本发明中的部分子系统以及检测子系统内部的检测仪器的连接方案可根据具体分析测试要求的不同进行更改或调整。对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种针对自由基的信号增强、在线分离及实时在线二极管阵列检测-质谱-电子顺次共振综合分析系统，包括高效液相子系统、信号增强子系统、分离子系统、检测子系统和控制与数据收集子系统；其中，所述高效液相子系统包括梯度泵以及进样器；所述信号增强子系统包含预过滤器和电化学反应通道；所述分离系统包含色谱分离柱以及柱温箱；所述的检测系统包括二极管阵列检测器-质谱检测器以及电子顺磁共振仪。

2.根据权利要求1所述信号增强、在线分离及二极管阵列检测-质谱-电子顺磁共振综合分析系统，其特征在于，可根据具体实验目标，采用模块化组装的方式调整信号增强子系统与分离子系统的连接顺序，可以先连接分离子系统后信号增强子系统，又可以先连接信号增强子系统后连接分离子系统。前者适用于稳定性较差自由基的在线综合分析，后者可以通过不同保留时间下出峰情况的变化直观体现信号增强子系统电压变化对信号增强效果的影响。

3.根据权利要求1所述信号增强、在线分离及二极管阵列检测-质谱-电子顺磁共振综合分析系统，其特征在于，高效液相子系统中，梯度泵用于流动相混合、脱气与输送，进样器用于被检测样品的定量摄取并注入到分析系统中。

4.根据权利要求1所述信号增强、在线分离及二极管阵列检测-质谱-电子顺磁共振综合分析系统，其特征在于，所述信号增强子系统中，预过滤器用于过滤流动体系中可能存在的极微小的固体可以从而保护电化学反应通道不被固体颗粒污染，延长其使用寿命；电化学反应通道可设定电压范围为-1000～1100mV。

5.根据权利要求4中所述信号增强子系统，其特征在于，给电化学反应通道设定电压范围在0～1100mV之间时，还原态物质流经电化学反应通道可实现部分或全部向自由基态转变；给电化学反应通道设定电压范围在-1000～0mV之间，氧化态物质流经电化学反应通道可实现部分或全部向自由基态转变；通过改变该电压值的设定可以改变反应转化率，在某一电压下实现完全转化，从而自由基信号增强到最大。

6.根据权利要求1所述信号增强、在线分离及二极管阵列检测-质谱-电子顺次共振综合分析系统，其特征在于，在检测子系统中包含的仪器可以根据实际检测需要的不同采用不同的连接方案，包括但不限于分析仪器单独、串联或者并联的方式。

7.根据权利要求6中的检测子系统的连接方案，对于三种检测器一起串联连接时可以采用二极管阵列检测器-电子顺磁共振仪-质谱检测器依次连接的方式或者电子顺磁共振仪-二极管阵列检测器-质谱检测器依次连接的方式。

8.根据权利要求6中的检测子系统的连接方案，对于三种检测器串、并联混合方案包括但不限于以下方案：采用二极管阵列检测器-质谱检测器串联，然后与电子顺磁共振仪并联。

9.根据权利要求6中的检测子系统的连接方案，检测仪器采用并联方式连接可以采用在分离子系统与检测子系统之间连接分流阀的方式实现，分流阀的分流比可以在1:100-100:1之间无级自由调节。根据检测子系统中不同仪器的灵敏度与最低检测限要求，对分流阀进行分流比调节使得并联的管路中的流量符合仪器检测要求。