CN110940724A - 二硫化钼/石墨相碳化氮复合材料在基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测中的应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二硫化钼/石墨相碳化氮复合材料在基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测中的应用。本发明以二硫化钼/石墨相碳化氮复合材料(MoS₂/g‑C₃N₄)作为基质，采用MALDI‑TOF‑MS对氨基酸、喹诺酮类抗生素、环糊精以及聚乙二醇等物质进行分析，能有效抑制或消除背景噪音，显著提高分析物的信噪比(S/N)，效果明显优于CHCA、MoS₂以及g‑C₃N₄。

Description

二硫化钼/石墨相碳化氮复合材料在基质辅助激光解吸电离 飞行时间质谱检测中的应用

技术领域

本发明涉及二硫化钼/石墨相碳化氮复合材料在基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测中的应用，属于质谱检测技术领域。

背景技术

基质辅助激光解吸飞行时间质谱(MALDI-TOF-MS)是由Karas和Tanaka提出的，因其具有高效的离子化效率、高的灵敏度、快速、高通量以及易于自动化等特点，被广泛用于蛋白质、多肽、核酸等生物大分子分析。然而，传统的有机小分子基质，如α-氰基-4-羟基肉桂酸(CHCA)、2,5-二羟基苯甲酸(DHB)、芥子酸(SA)等在MALDI-TOF质谱的激光照射下会导致它们自身的结构碎裂，在低质量区(m/z<500Da)产生强烈的背景噪音，如基质的分子离子峰、加钠离子、加铵根离子、碎片峰以及基质聚合峰等，这些背景噪音严重干扰了分析物的测试，使结果分析变得复杂，尤其对未知样品的分析会难上加难，从而严重限制了MALDI-TOF质谱在m/z<500Da分子范围内的应用。

针对MALDI-TOF质谱应用中存在的问题，研究人员做了许多研究和尝试。近年来，各种纳米材料相继问世，并将其用作MALDI的基质，以增加小分子检测的信噪比。如Wang等人使用柠檬酸作为碳源，L-半胱氨酸作为氮源和硫源，通过水热法制备了氮和硫共掺杂的CD(N，S-CDS)，将N，S-CD作为LDI-TOF MS的基质(Development of N,S-doped carbon dotsas a novel matrix for the analysis of small molecules by negative ion MALDI-TOF MS,DOI:10.1039/C6RA12131D(Paper)RSC Adv.,2016,6,79043-79049)，与常规CHCA、9-氨基吖啶相比、N-掺杂CDs基质在不同离子模式下检测氨基酸，核苷和抗癌药物等小分子，N，S-CDs基质显示出良好的信号强度。Gu等人首次报道了衍生自ZIF-7的2-D Zn2(bim)4纳米片，作为纳米材料辅助LDI-MS的基质，用于分析氨基酸、核碱基、神经递质、激素和污染物分子(Two-dimensional metal–organic framework nanosheets as a matrix forlaser desorption/ionization of small molecules and monitoring enzymaticreactions at high salt concentrations,DOI:10.1039/C6CC07371A (Communication)Chem.Commun.,2016,52,12984-12987)。Hong等将银纳米粒子沉积到还原态的氧化石墨烯中制备AgNP/rGO复合纳米多孔薄膜材料，并用于小分子样品分析(A direct assay ofcarboxyl-containing small molecules by SALDI-MS on a AgNP/rGO-basednanoporous hybrid film,DOI:10.1039/C5AN02440D(Paper)Analyst,2016,141,2712-2726)。Ma等将聚多巴胺聚合在磁性纳米粒子球上，制备(Fe₃O₄@PDA NPs)符合材料，并用于小分子环境污染物(分子量：251.6至499.3)样品分析，并获得较高的检测灵敏度(Polydopamine-Coated Magnetic Nanoparticles for Enrichment and DirectDetection of Small Molecule Pollutants Coupled with MALDI-TOF-MS,ACSAppl.Mater.Interfaces 2013,5,3,1024-1030)。这些纳米材料作为MALDI的基质，拓宽了MALDI的应用范围。然而，大部分的金属氧化物和碳材料基质显示较低的溶解性和分散性，导致分析物与基质不能均相结晶，降低了点对点的检测重现性和检测灵敏度(2,3,4,5-Tetrakis(3',4'-dihydroxylphenyl)thiophene:a new matrix for the selectiveanalysis of low molecular weight amines and direct determination ofcreatinine in urine by MALDI-TOF MS,(paper)Anal.Chem.,2012,84:10291-10297.)。

因此，寻找水分散性好，对分析物的电离效率高，没有背景噪音干扰，适用范围广的基质具有极其重要的意义。石墨相氮化碳(g-C₃N₄)作为一种典型的二维材料，具有与石墨相类似的层状结构，其结构中的C、N原子以sp2杂化的方式形成高度离域的π电子共轭体系，具有良好的化学和热力学稳定性，优良的光电特性，制备过程简单等优点。然而，纯g-C₃N₄的光吸收性能差，电子-空穴对很容易重组止。而二硫化钼/石墨相碳化氮复合材料(MoS₂/g-C₃N₄)，MoS₂与g-C₃N₄形成具有协同作用的异质结构，促进电荷的转移，增强了可见光吸收能力，并且保留了g-C₃N₄化学和热力学稳定的特点。现有技术中，MoS₂/g-C₃N₄通常作为光催化剂来催化降解各种不同的物质，目前尚未见有将其作为基质应用于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测中的相关报道。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种二硫化钼/石墨相碳化氮复合材料在基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测中的应用。

本发明的技术方案为：二硫化钼/石墨相碳化氮复合材料作为基质在基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测中的应用。

进一步的，本发明限定为二硫化钼/石墨相碳化氮复合材料作为基质在小分子量化合物或聚合物的基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测中的应用。所述的小分子量化合物或聚合物是指分子量为80-7000的化合物，具体的，所述的小分子量化合物的分子量为80-1000，更优选为80-500，如在上述分子量范围内的氨基酸、抗生素(如喹诺酮类抗生素等)或激素；所述的聚合物的分子量为1000-7000，如在上述分子量范围内的环糊精或聚乙二醇等化合物。

本发明所述技术方案中，所述的二硫化钼/石墨相碳化氮复合材料按现有常规方法进行制备，如采用现有常规化学沉积法制备等。

本发明所述技术方案中，在基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测中，待测物溶液与基质溶液的用量比为1mmoL/L：1mg/mL。所述基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测的方法与现有技术相同，具体为：取1.0μL待测物溶液(即待测物的储备液，浓度为1mmoL/L)于0.5mL的离心管中，加入1.0μL的MoS₂/g-C₃N₄水溶液(浓度为1mg/mL)，再加入98μL的含1v/v％三氟乙酸的乙腈溶液旋涡混合均匀，取1.0μL混合液点靶，干燥后，进行质谱分析。

与现有技术相比，本发明以MoS₂/g-C₃N₄作为基质，采用MALDI-TOF-MS对氨基酸、喹诺酮类抗生素、环糊精以及聚乙二醇等物质进行分析，能有效抑制或消除背景噪音，显著提高分析物的信噪比(S/N)，效果明显优于CHCA、MoS₂以及g-C₃N₄。

附图说明

图1为本发明实施例1制得的MoS₂、g-C₃N₄和MoS₂/g-C₃N₄的XRD图。

图2为本发明实施例1制得的MoS₂、g-C₃N₄和MoS₂/g-C₃N₄的红外光谱图。

图3为本发明实施例1制得的MoS₂/g-C₃N₄的扫描、透射电镜图；其中a)为MoS₂/g-C₃N₄在3μm下的SEM图，b)为MoS₂/g-C₃N₄在1μm下的SEM图，c)为MoS₂/g-C₃N₄在500nm下的TEM图，d)为MoS₂/g-C₃N₄在500nm下的TEM图。

图4为本发明实施例1制得的MoS₂/g-C₃N₄的紫外吸收光谱图。

图5为五种混合氨基酸(丙氨酸、高丝氨酸、组氨酸、苯丙氨酸、色氨酸)，分别以四种物质作为基质在正离子模式下的MALDI-TOF-MS图；其中，A)为以CHCA作为基质，B)为以MoS₂作为基质，C)为以g-C₃N₄作为基质，D)为以MoS₂/g-C₃N₄作为基质。

图6为五种混合氨基酸(丙氨酸、高丝氨酸、组氨酸、苯丙氨酸、色氨酸)，分别以四种物质作为基质在负离子模式的MALDI-TOF-MS图；其中，A)为以CHCA作为基质，B)为以MoS₂作为基质，C)为以g-C₃N₄作为基质，D)为以MoS₂/g-C₃N₄作为基质。

图7分别以四种物质(CHCA、MoS₂、g-C₃N₄、MoS₂/g-C₃N₄)作为基质在正离子模式下对四种喹诺酮类抗生素的MALDI-TOF-MS图；其中，A)为洛美沙星，B)为恩诺沙星，C)为氧氟沙星，D)环丙沙星。

图8为分别以四种物质(CHCA、MoS₂、g-C₃N₄、MoS₂/g-C₃N₄)作为基质在正离子模式下对三种环糊精的MALDI-TOF-MS图；其中，A)为β-环糊精(β-CD)，B)为γ-环糊精(γ-CD)，C)为羟丙基-β-环糊精(Hp-β-CD)。

图9为以MoS₂/g-C₃N₄作为基质在正离子模式下对三种不同聚合度的聚乙二醇(PEG)(HO-(CH2CH2O)n-H)的MALDI-TOF-MS图，其中A)为PEG2000，B)为PEG 4000，C)为PEG6000。

图10为抗生素恩诺沙星的标准曲线图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详述，以更好地理解本发明的内容，但本发明并不限于以下实施例。

实施例1：采用现有常规化学沉积法制备MoS₂/g-C₃N₄

1)g-C₃N₄的制备：取10g尿素粉末置于带有盖的氧化铝坩埚，在马弗炉中以2.3℃/min的速度升温到600℃，保温4h，收集黄色产物，即为g-C₃N₄；

2)MoS₂的制备：取300mg钼酸钠和600mg硫脲置于70mL去离子水中，搅拌1h使其充分溶解，然后转移到100mL的聚四氟乙烯反应釜中，于200℃煅烧24h，离心，沉淀用去离子水和乙醇洗涤数次后，于80℃干燥6h，得到MoS₂；

3)MoS₂/g-C₃N₄的制备：将g-C₃N₄和MoS₂分别研磨成粉末，取300mg g-C₃N₄粉末溶于30mL乙醇中，加入15mg MoS₂粉末，磁力搅拌混合2h，再超声2h，得到的样品用乙醇洗3次，之后于70℃真空条件下干燥，得到MoS₂/g-C₃N₄。

将本实施例制备得到的MoS₂/g-C₃N₄对其进行XRD、FT-IR、SEM和TEM表征，同时研究其紫外光谱性质，结果如图1-4所示。如图1所示，XRD图表明复合的MoS₂/g-C₃N₄与文献报道结果相一致，证明该复合材料合成成功；图2为MoS₂、g-C₃N₄和MoS₂/g-C₃N₄的红外光谱图，从图中可以看出，g-C₃N₄和MoS₂/g-C₃N₄具有类似的吸收峰，表明符合了MoS₂后g-C₃N₄的结构没有改变，3100–3300cm^-1处的宽吸收可归因于N-H的典型拉伸振动模式，在1000至2000cm-1范围内的典型振动带分别为C＝N和C-N拉伸振动模式，而在811cm-1处的尖峰为三嗪单元的吸收振动。图3为MoS₂/g-C₃N₄的SEM、TEM图，由图可知，MoS₂/g-C₃N₄为片状结构，MoS₂纳米片水平负载在g-C₃N₄纳米片表面，形成界面紧密接触的二维异质结构。从图4的UV–vis吸收谱图中可以看出，合成的MoS₂/g-C₃N₄在200-400nm的波长之间具有较强的紫外吸收，满足作为MALDI-TOF-MS基质的条件。

以下各实施例中，所用到的MoS₂/g-C₃N₄均按实施例1所述方法制备得到。

以下各实施例中，所用质谱型号为BrukerNewultrafleXtreme massspectrometer(Bruker Daltonics,Germany)，采用的钼酸钠购买于北京华威锐科化工有限公司；尿素、硫脲、氨基酸、喹诺酮类抗生素、环糊精和聚乙二醇均购买于上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

以下各实施例中，采用MALDI-TOF-MS检测方法均相同，具体为：取1.0μL待测物溶液(即待测物的储备液，浓度为1mmoL/L)于0.5mL的离心管中，加入1.0μL的基质溶液(即MoS₂/g-C₃N₄水溶液，浓度为1mg/mL)，再加入98μL的含1v/v％三氟乙酸的乙腈溶液旋涡混合均匀，取1.0μL混合液点靶，待样品干燥后，进行质谱分析。在检测前先将待测物用水配置成浓度为1mM的储备液。

实施例2：MoS₂/g-C₃N₄作为基质检测五种混合氨基酸

以氨基酸为小分子，评估MoS₂/g-C₃N₄为基质用于MALDI-TOF-MS分析小分子的分子量的能力，并且与CHCA、MoS2、g-C3N4作为基质时进行对比。图5为五种氨基酸(丙氨酸、高丝氨酸、组氨酸、苯丙氨酸、色氨酸)在正离子模式下的质谱图。从图中可以发现，MoS₂/g-C₃N₄作为基质时，基质干扰效应被抑制，碎片峰几乎不存在，五种分析物以[M+Na]+和[M+K]+的形式表现出较高的信噪比(S/N)、分辨率(Resolution)、信号强度(Intensity)，相比CHCA只有三种目标物质峰，g-C₃N₄只能测出两种物质，MoS2只有一种物质的离子峰，并且均有强烈的背景干扰，严重干扰目标物质的测试。结果表明，MoS₂/g-C₃N₄可以作为MALDI的基质用于氨基酸小分子分子量的测试。

图6为五种氨基酸(丙氨酸、高丝氨酸、组氨酸、苯丙氨酸、色氨酸)在负离子模式下的质谱图。CHCA只有两种物质的去质子峰(M-H)^-，MoS₂和g-C₃N₄能测出全部氨基酸的特征峰，但是存在背景干扰，分析物的信号强度和信噪比不高。MoS₂/g-C₃N₄对五种混合氨基酸具有很好的电离效率，且几乎不存在背景干扰。表明MoS₂/g-C₃N₄可以作为MALDI的基质用于氨基酸分子量的测试。

实施例3：MoS₂/g-C₃N₄作为基质检测喹诺酮类抗生素

为了更好的验证MoS₂/g-C₃N₄作为基质是否具有广泛的应用能力，本申请人继续考察了MoS₂/g-C₃N₄作为基质用于4种喹诺酮类抗生素(洛美沙星、恩诺沙星、氧氟沙星、环丙沙星)分子量的测试，结果如图7所示。

由图7可知，MoS₂/g-C₃N₄作为基质时，表现出干净的基质背景，四种分析物均以[M+Na]+和[M+K]+形式实现了高的信号强度和信噪比，效果明显优异与其他三种物质CHCA、MoS₂、g-C₃N₄作为基质，表明MoS₂/g-C₃N₄可以作为MALDI的基质用于碱基对分子量的测试。

实施例4：MoS₂/g-C₃N₄作为基质检测环糊精

为了更好的验证MoS₂/g-C₃N₄作为基质是否具有广泛的应用能力，本申请人还考察了MoS₂/g-C₃N₄作为基质用于环糊精的测试。本实施例以三种环糊精(β-环糊精(β-CD)、γ-环糊精(γ-CD)、2-羟丙基-β-环糊精)为目标分析物，以MoS₂/g-C₃N₄作为基质，进行质谱测试，结果如图8所示。

由图8可知，三种环糊精的信号较强，并且具有良好的分辨率，表明MoS₂/g-C₃N₄可以作为MALDI的基质用于环糊精分子量的测试

实施例5：MoS₂/g-C₃N₄作为基质检测聚乙二醇

MALDI-TOF-MS经常被用来分析一些聚合物的分子量，为了进一步考察MoS₂/g-C₃N₄作为基质的应用范围，本实施例以不同聚合度的聚乙二醇(PEG)(HO-(CH2CH2O)n-H)为目标分析物，以MoS₂/g-C₃N₄作为基质，进行质谱测试，结果如图9所示。其中，PEG 2000，4000，6000分子量分布范围分别为1800-2200Da，3600-4400Da，5500-7500Da。

由图9A)-C)可知，测试结果分子量分布分别是，PEG 2000：1400-2400；PEG 4000：3500-5000；PEG 6000:5000-7000。三种聚乙二醇的信号较强，并且具有良好的分辨率。结果表明，MoS₂/g-C₃N₄可以作为MALDI的基质用于聚乙二醇分子量的测试

实施例6：MoS₂/g-C₃N₄作为基质的灵敏性

为了验证MoS₂/g-C₃N₄作为基质的灵敏性，以抗生素恩诺沙星作为目标物，测试MS响应随其浓度变化的曲线。结果如图10所示。

由图10可知，使用MoS₂/g-C₃N₄作为基质时，恩诺沙星在0.5-100pg/mL的范围内呈现出良好的线性关系(R²＝0.9922)，检测限为0.05pg/mL。

综上，MoS₂/g-C₃N₄作为基质可广泛应用于在基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测中。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，其保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内，本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (6)

1.二硫化钼/石墨相碳化氮复合材料作为基质在基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测中的应用。

2.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：二硫化钼/石墨相碳化氮复合材料作为基质在小分子量化合物或聚合物的基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测中的应用。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述的小分子量化合物或聚合物是指分子量为80-7000的化合物。

4.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述的小分子量化合物为氨基酸、抗生素或激素。

5.根据权利要求2所述的应用，其特征在于：所述的聚合物为环糊精或聚乙二醇。

6.根据权利要求1所述的应用，其特征在于：在基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱检测中，待测物溶液与基质溶液的用量比为1mmoL/L：1mg/mL。

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