毛細管直接進樣質(zhì)譜儀在液體樣品分析中的應用

摘要：毛細管進樣是目前小型質(zhì)譜中常見的進樣方式，它主要用于在大氣壓條件下對氣態(tài)樣品直接進行成分分析。本研究將自行搭建的一臺基于毛細管進樣和電子轟擊電離源的小型四極桿質(zhì)譜儀用于液體樣品的分析研究，主要通過對甲苯樣品的測定來驗證液體直接進樣分析方法的可行性。液體進樣的方式能防止大氣采樣過程中空氣的攝入，降低譜圖上空氣背景的干擾。結(jié)果表明，采用 μm內(nèi)徑的進樣毛細管時，儀器能直接用于對液體樣品的分析。此外，實驗中還通過在毛細管上施加高電壓的方式使采集的液體形成電噴霧，以此來促進液體的氣化過程，使樣品更易于被電離，這一方案能顯著提高儀器的檢測效率和靈敏度。

關鍵詞：小型質(zhì)譜儀； 液體分析； 大氣壓下進樣； 電噴霧

引言

質(zhì)譜儀是一種精密、高效的多功能分析儀器，也是針對組分分析最有效的工具。與其它分析方法相比，質(zhì)譜分析法具有靈敏度高、分析速度快以及定性能力強等特點，在現(xiàn)代檢測領域發(fā)揮了重要作用。當前，為了適應現(xiàn)場和在線快速檢測分析的要求，小型化和便攜化已經(jīng)成為質(zhì)譜儀發(fā)展的一個主流方向。在便攜式質(zhì)譜儀的研制過程中，小型分析器的實現(xiàn)是質(zhì)譜便攜化最重要的前提。近些年來，相關研究人員已經(jīng)對幾乎所有類型的質(zhì)量分析器都進行了小型化嘗試，也取得了許多實質(zhì)性進展。在此背景下，目前有關便攜式質(zhì)譜研制的重點已經(jīng)轉(zhuǎn)移到如何減小儀器其它各部件，如真空系統(tǒng)、進樣系統(tǒng)以及離子源等的體積和重量，并進行整機集成設計上。

進樣系統(tǒng)和離子源的設計在一定程度上決定了質(zhì)譜儀的應用范圍。便攜式質(zhì)譜儀的一個重要優(yōu)勢是其現(xiàn)場快速檢測能力，這需要一個結(jié)構簡單、易用的電離源的支持。目前大部分小型質(zhì)譜儀都采用了電子轟擊離子源（Electron impact ionization，EI），它主要是針對氣態(tài)的樣品分子進行分析。在實際應用中，要對樣品進行實時、在線的現(xiàn)場分析，還必須盡量避免復雜的樣品前處理過程，實現(xiàn)大氣條件下的直接進樣。由于受到體積和功耗等條件的限制，小型質(zhì)譜中一般使用抽速較低的真空泵，為了保證大氣采樣時儀器內(nèi)部的真空環(huán)境，低通量的毛細管進樣是常用的進樣方式。此外，膜進樣（Membrane introduction，MI）技術也是被廣泛采用的一種直接進樣接口，其結(jié)構較為簡單，卻能顯著提高質(zhì)譜儀的進樣效率和檢測靈敏度；基于大氣壓電離（Atmospheric pressure ionization，API）技術和非連續(xù)大氣壓接口（iscontinuous atmospheric pressure interface，API）的小型離子阱質(zhì)譜儀的研制已有報道，這種全新的進樣方式的實現(xiàn)將大大擴展小型質(zhì)譜的應用領域。

傳統(tǒng)的毛細管進樣主要以氣態(tài)樣品為研究對象，但在進行大氣條件下的直接進樣分析時，譜圖會受到背景空氣的嚴重干擾，在先前的研究中已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了這一問題。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，毛細管進樣裝置也適用于液體樣品的直接分析，它能有效降低采樣時空氣的攝入量。本研究以課題組自行搭建的小型質(zhì)譜儀系統(tǒng)為實驗平臺，通過毛細管直接進樣的方式，開展針對液體樣品分析的可行性研究。與液體樣品分析中采用的其它常規(guī)方法，如頂空進樣、蒸餾進樣等方式相比，采用液體進樣的方式更為直接，它不僅能降低背景空氣的的干擾，也能保證樣品測定的均一性，在現(xiàn)場快速分析中具有廣闊的應用前景。

2實驗部分

所用的小型質(zhì)譜系統(tǒng)的結(jié)構如圖所示，它以普發(fā)的Prisma系列氣體質(zhì)譜儀（M2，Pfeiffer）為主體，再配合真空系統(tǒng)、進樣接口以及電源控制系統(tǒng)所組成。M2質(zhì)譜儀包括了電子轟擊離子源（EI）、全量程真空規(guī)和四極桿質(zhì)量分析器等部件，并同時配備了法拉第杯和電子倍增管（EM）兩種檢測器。儀器采用石英毛細管來采集樣品，在內(nèi)外氣壓差的驅(qū)動下，液體或氣體將被直接吸入真空腔體內(nèi)。四極桿腔體的極限氣壓約為2×

ymbolm@@ Pa，通過微型分子渦輪泵（P 型，Pfeiffer）和隔膜泵串聯(lián)的方式獲得，其中分子泵的最大抽速為 Ls。