專利名稱：與電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用的在線膜萃取器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種與電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用的在線膜萃取器，屬于儀器分析領(lǐng)域，更具體的說，是將液—質(zhì)聯(lián)用的應(yīng)用范圍進行拓展的一組套件。
膜萃取技術(shù)是膜分離技術(shù)與萃取技術(shù)相結(jié)合的一種新型分離技術(shù)，它有很多獨特的優(yōu)點。自K.Ksirakar和B.M.Kim提出膜萃取概念后的十多年來，一直以其大比表面、高萃取率而在眾多的工業(yè)領(lǐng)域得到廣范應(yīng)用。如在萃取金屬離子方面，Alam，Mohammed S.等應(yīng)用中空纖維膜作相承載界面萃取稀土元素鈀；在智利用中空纖維膜回收銅礦廢水中的銅等一些金屬離子，使其達到環(huán)保要求。與此同時許多膜萃取方面的新探索也正日益廣范的在個個方面展開，如在電場作用下膜萃取器在液液萃取中的應(yīng)用；在中空纖維膜上實現(xiàn)離子交換來提取稀土元素。此外，膜萃取技術(shù)在有機物處理方面也有著廣泛的應(yīng)用，有報道用膜萃取器處理工業(yè)廢水中的VOCs(是指易揮發(fā)的有機物，包括一些鹵代烴，鹵代烯烴等)和苯酚。此外，膜萃取技術(shù)業(yè)已在生化方面得到應(yīng)用。但在分析領(lǐng)域的應(yīng)用還是比較少見的，主要是應(yīng)用于GC分析中的樣品富集和提取。這主要是由于工業(yè)界一直追求將的膜萃取器的規(guī)格越變越大，從而提高其處理量。而分析中所須的規(guī)格都較小，而將膜萃取器的尺寸變小有可能造成萃取效果的下降，而且由于分析儀器檢測限的關(guān)系，有可能使得萃取產(chǎn)物無法檢出。而近年來大量的高靈敏分析儀器的問世，使得中空纖維膜大量進入分析領(lǐng)域成為可能。
液—質(zhì)聯(lián)用是近二十年來儀器分析領(lǐng)域中最為活躍的分支，隨著軟電離技術(shù)的問世，使得各種色譜技術(shù)均有可能與質(zhì)譜進行聯(lián)用。而質(zhì)譜擁有比各種常用的色譜檢測器儀器更低的檢測限，因此通過液—質(zhì)聯(lián)用使得眾多色譜技術(shù)可獲得更高的檢測靈敏度。但由于軟電離技術(shù)本身的技術(shù)要求，使得很多十分成熟的色譜條件無法實現(xiàn)與質(zhì)譜相聯(lián)，使得液—質(zhì)聯(lián)用的應(yīng)用范圍受到了很大的局限。
本發(fā)明的目的是設(shè)計一種與電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用的在線膜萃取器，在力圖不改變電噴霧質(zhì)譜的結(jié)構(gòu)和工作環(huán)境的前提下，將工業(yè)中的高效、快速的液液膜萃取技術(shù)微型化后，應(yīng)用于液質(zhì)聯(lián)用中，以將電噴霧質(zhì)譜的應(yīng)用范圍進一步擴展。
本發(fā)明設(shè)計的與電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用的在線膜萃取器，包括本體、液管和萃取膜。所述的本體為十字形，液管置于十字形的四個臂上，并通過中空螺栓固定。所述的萃取膜處于本體中心，其兩端各伸進固定于本體上的兩個相對的液管中。
將在線膜萃取器串接于正相色譜與電噴霧質(zhì)譜之間，可實現(xiàn)正相色譜與電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用，本發(fā)明在此基礎(chǔ)上建立了一個新的快速測定潤滑油中的磷酸三苯酯的方法，以在線的形式解決了以往需要24小時以上的萃取和定量工作，使得每個樣品的分析時間只需幾分鐘。該方法的檢出限為0.1μg/ml，在0.4-10μg/ml的范圍內(nèi)擁有良好的線性(r＝0.993)。且由于采用了MRM的檢測方式，使得該方法具有良好的選擇性。
采用二級膜萃取器串聯(lián)與離子對色譜與電噴霧質(zhì)譜之間，則可實現(xiàn)離子對色譜與電噴霧質(zhì)譜的聯(lián)用，完成色譜的在線脫鹽。本發(fā)明在此基礎(chǔ)上初步建立了一種快速檢測丹參酮IIa的方法，該方法可以實現(xiàn)對丹參酮IIa的定性和定量。


圖1是本發(fā)明的在線膜萃取器的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明用于正相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用的流路示意圖。
圖3所示為采用正己烷為流動相分析液壓油中磷酸三苯酯的正相色譜圖。
圖4為磷酸三苯酯萃取與否的標(biāo)準(zhǔn)曲線5是本發(fā)明用于離子對色譜與質(zhì)譜聯(lián)用的流路示意圖。
圖6為采用本發(fā)明檢測丹參酮IIa的LC/MS譜7為采用本發(fā)明檢測丹參酮IIa的LC/MS/MS譜圖下面將結(jié)合附圖，詳細介紹本發(fā)明的內(nèi)容。
圖1中，1是本體，2是液管，3是萃取膜，4是密封膠端，5是螺紋端口，6是萃取腔室。圖2中，7是油相體系，8是正相色譜，9是水相體系，10是流路截止閥，11是廢液，12是電噴霧質(zhì)譜。圖5中，13是加鹽體系，14是離子對色譜，15是油相體系，16是流路截止閥，17是廢液，18是電噴霧質(zhì)譜，19是流路截止閥，20是廢液，21是水相體系。
如圖1所示，在線膜萃取器的本體1為由不銹鋼(或PEEK)制成的一個十字形四通，該四通擁有四個10-32的螺紋端口5，通過10-32螺紋的管接頭可與任何材質(zhì)的外徑1/16″管路相連，而1/16″外徑的管件是色譜和質(zhì)譜中最為常用的管件。這種四通具有0.02″(或0.015″)的萃取腔室6，使其擁有很小的死體積，保證了將其接在柱后不會引起太大的峰擴散。在本體1中將一根外徑400μm×壁厚30μm(或外徑240μm×壁厚20μm)的萃取膜3橫穿過本體的中心，萃取膜3上的微孔尺寸為0.1×0.4μm，空隙率＞0.30。該萃取膜3的兩側(cè)套在外徑1/16″×內(nèi)徑0.5mm(或外徑1/16″×內(nèi)徑0.25mm)的不銹鋼(或PEEK)液管2中，在管的前端用抗腐耐壓性能很好的環(huán)氧樹脂粘和密封成兩個密封膠端4，保證了油相體系和水相體系在膜界面上進行接觸時不會在套管的前端發(fā)生泄漏，造成在油相出口處(或水相出口處)總有水相(或油相)檢出。本裝置的所有材質(zhì)均有很好的抗腐耐壓性能，完全能適用于各種液相色譜條件，并最少能耐5000psi的壓力。
圖2～4所示為本發(fā)明的一個實施例，正相色譜8由于其流動相為非極性的油相體系7，將其流動相作為與電噴霧質(zhì)譜12聯(lián)用時的基質(zhì)很難形成質(zhì)子化(在質(zhì)譜中無法檢測到分子離子峰)。而通過在電噴霧質(zhì)譜與正相柱之間串聯(lián)一個在線膜萃取器1，進行單級的在線膜萃取就可成將油相體系基質(zhì)轉(zhuǎn)換成適合于電噴霧質(zhì)譜的水相體系基質(zhì)9。此外，須在通向廢液11的管路上加裝一個流路截止閥10用以調(diào)節(jié)管路中的壓力，以保證油相體系和水相體系只在膜界面上進行萃取，以獲取更高的萃取率。由于采用了膜萃取作為基質(zhì)轉(zhuǎn)化的方式，因此要求樣品在所選擇的油相體系和水相體系中均有一定的分配能力，且油相體系和水相體系要求能夠較好的分相。通過此連接方式可將樣品中易在電噴霧質(zhì)譜中檢測到的物質(zhì)以正相色譜—電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用方式進行檢測。
在本實施例中，采用圖2所示的流路串接方式對液壓油中的磷酸三苯酯的含量進行了測定。磷酸三苯酯是液壓油中的一種添加劑，一般采用GC/MS對其進行定量。
磷酸三苯酯的分析和定量是有相當(dāng)困難的1、GC/MS無疑是分析油性樣品的不可或缺的工具，但GC對于眾多的高極性、熱不穩(wěn)定性、高分子量和低揮發(fā)度的有機化合物卻力所不及。如磷酸三苯酯的沸點較高，在GC/MS中出峰時間長，而且可能在進樣口不能完全氣化，對這樣的化合物，利用HPLC進行分離效果更好。從上圖中可以看出磷酸三苯酯在軟電離很容易獲得一個H質(zhì)子，以M/Z＝+327的分子離子峰在API3000型質(zhì)譜中出峰。因此，完全可以采用質(zhì)譜對其進行檢測。
2、HPLC分析油性樣品一般采用正相柱，而正相柱的一些常用的流動相體系如正己烷等，由于進入質(zhì)譜后會嚴重影響ESI源的離子化效率，使得定量工作無法直接進行。在這種情況下，一般須采用萃取后再作LC/MS/MS進行定量。但該方法十分費時，且為了進行更為準(zhǔn)確的定量，通常須進行24小時振搖以使得單次萃取率接近理論萃取平衡值。然后再采用反相色譜進行定量。這樣每進行一次定量就需二、三十個小時。但采用本發(fā)明后，每一樣品的測定時間只有幾分鐘，且不需要進行十分繁瑣的樣品預(yù)處理。
但由于油性樣品中有很多物質(zhì)在反相柱上有一定的保留，一般采用甲醇或乙腈無法很好地將柱子沖洗干凈，對柱子的損傷較大。因此，在采用本發(fā)明后，可以直接利用正相柱對油性樣品進行分離，且不存在預(yù)處理中樣品損失的問題。
圖3所示為分析磷酸三苯酯的正相色譜圖，該色譜圖的色譜條件為流動相正己烷0.5ml/min檢測波長220nm樣品潤滑油1mg/ml(正己烷)正相柱150mm×4.6mm EXSIL 5μm的氨基柱預(yù)柱5μm的氨基預(yù)柱進樣量20μl從該色譜圖中可以明顯發(fā)現(xiàn)由于磷酸三苯酯的含量較低，且油峰影響很大。所以無法進行十分準(zhǔn)確地定量。但采用了本發(fā)明后，可將樣品的基質(zhì)從正己烷變成甲醇，使得磷酸三苯酯很容易在質(zhì)譜出峰。同時為了增加檢測的靈敏度，決定采用多離子監(jiān)測(MRM)的方式進行監(jiān)測。通過優(yōu)化各項質(zhì)譜參數(shù)以獲得最強的分子離子峰和碎片離子的豐度，得到如下MRM的質(zhì)譜條件正離子MRM條件NEB 2 CUR 10 CAD 4 IS 4800TEM 0 OR 51 RNG 220Q0-10IQ1 -10.5ST 20 RO1-10.5 IQ2 -20RO2 -50 ST3-70 RO3-52 DF 200CEM 2000并選擇了最強的子離子m/z＝152+與母離子m/z＝327-作為MRM監(jiān)測的子母離子對。此外，在采用了MRM方式進行檢測時，并不需對樣品進行完全的基線分離，因而如圖3的色譜條件，在經(jīng)過在線膜萃取器轉(zhuǎn)化基質(zhì)后，完全可以用于定量。
從0.4～10μg/ml共用正己烷配制了9個濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，每個濃度作3針平行，采用上述方法獲得了磷酸三苯酯的標(biāo)準(zhǔn)曲線如圖4中下部由黑方塊所構(gòu)成的一條標(biāo)準(zhǔn)曲線所示。峰面積與濃度的回歸方程如下所示A＝2.27×106C+189(A峰面積，C濃度(mg/ml))該曲線的回歸率r＝0.994，而磷酸三苯酯的濃度C＝1.56μg/ml(RSD＝8.73％)。該方程的回收率如后所示96.03％，100％，103.97％，101.59％和97.62％?？紤]到液壓油樣品是用正己烷稀釋1000倍制得。所以，在油樣中的添加劑磷酸三苯酯的實際含量應(yīng)為1.56mg/g，該測量值與文獻值十分吻合，這說明該方法的測量是準(zhǔn)確的。
為了與文獻進行對照，萃取相的流速為0.5ml/min，從而保證了相比為1∶1。為測定該膜器的萃取率，用甲醇配制了7份磷酸三苯酯的標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用流動注射的方式，采用相同的MRM條件檢測磷酸三苯酯的在質(zhì)譜中的響應(yīng)。可獲得在圖4中上部由黑三角所構(gòu)成的一條標(biāo)準(zhǔn)曲線。該曲線的回歸方程如下所示A＝2.19×107C+835(A峰面積，C濃度(mg/ml))該曲線的回歸率r＝0.998，通過對比這兩條標(biāo)準(zhǔn)曲線的截距可算出該膜器的萃取率為10.49％，僅略低于該萃取體系的平衡萃取率16.7％。說明該萃取器具有很高的萃取率。當(dāng)然萃取率不僅跟膜器的性能有著直接的關(guān)系，還跟所選擇的萃取體系有關(guān)。
圖5～7所示為本發(fā)明的另一個實施例，由于離子對色譜的14流動相經(jīng)常會使用加鹽體系，而非揮發(fā)性鹽常常會由于結(jié)塊會將電噴霧質(zhì)譜的噴針堵死，且像磷酸鹽等鹽類具有很強的搶奪電子能力，會掩蔽一些弱電離能力的物質(zhì)在質(zhì)譜中的出峰。此時利用二個在線膜萃取器串聯(lián)組合的方式就可將鹽除去。離子對色譜14的加鹽流動相體系13在經(jīng)過第一個在線膜萃取器1后，樣品的基質(zhì)完全轉(zhuǎn)化為油相體系15，而鹽類物質(zhì)由于在油相體系15中的分配很小，因此可將大量的鹽除去。此后樣品通過第二個在線膜萃取器1，將基質(zhì)轉(zhuǎn)化成適合于電噴霧質(zhì)譜18的水相體系21。與上一實施例相同，同樣要求樣品在所選擇的加鹽體系13、油相體系15和水相體系21中均有一定的分配能力，且加鹽體系與油相體系以及油相體系與水相體系均要求能夠較好的分相。在本例中，二個流路截止閥16和19的用途與上一例相同，皆用以調(diào)節(jié)管路中的壓力。此模塊組合方式組成的除鹽裝置與其它除鹽技術(shù)(如離子交換膜技術(shù))不同，其除鹽過程完全是在流路穩(wěn)定平衡的情況下進行的，因此完全沒有鹽堆積效應(yīng)，可以更為準(zhǔn)確地進行定量。
在該實施例中，嘗試利用串聯(lián)的二級膜萃取器進行離子對色譜與ESI質(zhì)譜的聯(lián)用。因此選定了一種常見的中藥成分丹參酮IIa，丹參酮IIa是丹參提取液中的一種脂溶物質(zhì)，易溶與正己烷、甲醇等非極性溶劑中。一般情況下，對丹參酮IIa進行定性定量需采用二噁烷和正己烷作流動相的正相色譜條件，或在醇水比很高的流動相條件下利用反相色譜進行分析。為了實現(xiàn)離子對色譜與ESI質(zhì)譜聯(lián)用，首先確定了離子對色譜所選用的離子對試劑四丁基溴化銨(C16H36BrN，322.37)。四丁基溴化銨是一種常用的離子對試劑，經(jīng)實驗確認其在正己烷中的溶解度很小，因而在經(jīng)過二級萃取后，在進入ESI質(zhì)譜的基質(zhì)中將基本上不存在了，不會影響到ESI質(zhì)譜的檢測。
為了爭取獲得更佳的色譜條件，因此進行了離子對色譜條件的探索和優(yōu)化，獲得如下色譜條件流動相甲醇(色譜純)+0.1mg/ml四丁基溴化銨0.5ml/min檢測波長254nm樣品丹參酮IIa 0.1mg/ml(甲醇)正相柱150mm×4.6mm YWG 10μm的C18反相柱預(yù)柱5μm的C18反相預(yù)柱進樣量20μl在此基礎(chǔ)上，對電噴霧質(zhì)譜的條件進行了探索和優(yōu)化，獲得如下質(zhì)譜條件正離子MRM條件NEB 4 CUR 12 CAD 4 IS 3500TEM 200OR 96 RNG 260 Q0 -10IQ1 -11 ST -15 RO1-11IQ2-20RO2 -36 ST3 -86 RO3-38DF -200CEM 2000丹參酮IIa在ESI源中將會比較容易獲得一個質(zhì)子，以正離子方式出峰。從丹參酮IIa的二級質(zhì)譜圖中可以發(fā)現(xiàn)m/z＝+277.1是最強的碎片峰，因而在采用MRM方式進行檢測時選用m/z＝+277.1和m/z＝+295.1作為一對子母離子，以增強丹參酮IIa檢測的選擇性。
在此條件下，為了獲得更佳的出峰效果，在電噴霧端引入了一股200℃ 4000ml/min的輔助氣，以加強霧化的效果。在離子對色譜實現(xiàn)與電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用后，可獲得丹參酮IIa經(jīng)離子對色譜分離，再經(jīng)過二級萃取除鹽后的質(zhì)譜圖，如圖6、7所示。其中，一級萃取為利用正己烷將樣品從離子對色譜分離結(jié)束后流動相中萃取出來，第二級萃取則是用甲醇將樣品從正己烷中反萃出來，進入電噴霧質(zhì)譜。從圖6中可以看到，丹參酮IIa經(jīng)LC分離，再經(jīng)過萃取后的一級質(zhì)譜圖中，是具有相當(dāng)高的純度的，且無法發(fā)現(xiàn)分子量為322.37的四丁基溴化銨的分子離子峰。這說明在萃取的過程中無明顯的泄漏發(fā)生，而四丁基溴化銨本身很難溶解在正己烷中，這充分保證了在線除鹽的徹底性。
通過一級質(zhì)譜的監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)樣品的分離還是比較純的，因此決定采用MRM的方式進行進一步的監(jiān)測，獲得了如圖15所示的LC/MS/MS譜圖，信噪比和峰形都得到了改善。因此通過進一步的優(yōu)化，該方法完全可以應(yīng)用于丹參酮IIa的定性和定量分析工作中。雖然，由于二次萃取的原因，會使得離子對色譜與電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用后，實際檢測限有相當(dāng)?shù)膿p失，但如果離子對色譜對某些復(fù)雜樣品的分離效果明顯優(yōu)于反相色譜時，將離子對色譜通過該方式與電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用，對于未知樣品的定性會提供更多的信息。
權(quán)利要求
1.一種與電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用的在線膜萃取器，其特征在于，該萃取器包括本體、液管和萃取膜；所述的本體為十字形，液管置于十字形的四個臂上，并通過中空螺栓固定；所述的萃取膜處于本體中心，其兩端各伸進固定于本體上的兩個相對的液管中。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種與電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用的在線膜萃取器,包括本體、液管和萃取膜。本體為十字形,液管置于十字形的四個臂上,并通過中空螺栓固定。萃取膜處于本體中心,其兩端各伸進固定于本體上的兩個相對的液管中。將本發(fā)明的在線膜萃取器串接于正相色譜與電噴霧質(zhì)譜之間,可實現(xiàn)正相色譜與電噴霧質(zhì)譜聯(lián)用,完成色譜的在線脫鹽。
文檔編號B01D11/04GK1276254SQ0010962
公開日2000年12月13日 申請日期2000年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月16日
發(fā)明者羅國安, 王振宇, 曹進 申請人:清華大學(xué)