專利名稱：紙基電噴霧離子遷移譜分析方法
技術領域：
本發明涉及一種離子遷移譜分析方法，具體地說是一種紙基電噴霧離子遷移譜分析方法。
背景技術：
我們知道，離子遷移譜分析方法主要是通過氣態離子的遷移率來表征各種不同的化學物質，該分析方法同時具備可在大氣壓條件下工作、探測靈敏度高、分析速度快、體積小、重量輕和功耗低等優點，使得該分析方法被廣泛用于化學毒劑、爆炸物、毒品等的檢測。電離源是離子遷移譜的一個重要組成部分。離子遷移譜分析方法中常用的電離源主要有Ni63電離源、電暈放電電離源、光離子化電離源、電噴霧電離源等。基于Ni63、電暈放電和光離子化電離源的離子遷移譜分析方法一般只能電離氣相樣品；基于電噴霧電離源的離子遷移譜分析方法能分析液態樣品，但樣品需要經過復雜的預處理，電離源的裝置結構也較為復雜，這些都不利于實現樣品的現場快速檢測。2010年美國普渡大學研究人員提出了紙基電噴霧電離源并建立了紙基電噴霧質譜分析方法，并將其用于生物等樣品分析，但是由于質譜儀(尤其是常壓電離源質譜儀)體積、重量、價格等因素限制，此方法用于現場檢測幾乎沒有可能。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是克服上述現有技術的不足，提供一種方法操作簡單、成本低、對復雜樣品具有分離功能，適合做現場樣品采集、實時快速分析的紙基電噴霧離子遷移譜分析方法。本發明解決上述技術問題采用的技術方案是一種紙基電噴霧離子遷移譜分析方法，其特征是包括下列步驟采用紙片作為待測樣品的載體，將待測樣品置于紙片上或溶于溶劑滴加到紙片上，使含待測樣品的紙片濕潤，在潤濕的紙片上施加高電壓，通過控制此電壓以及紙片與離子遷移譜接口的距離，調節紙片尖端與離子遷移譜接口間的電場強度，使紙片中的液體在紙片尖端處形成噴霧，經離子遷移譜儀反應區除去溶劑；通過控制加載到離子門的脈沖電壓使樣品離子周期性地分批進入漂移區，在漂移區內受到電場力和逆向氣流的雙重作用，樣品離子先后到達檢測器，檢測器獲得的微弱電流信號，通過電流放大器放大并轉換成電壓信號，并由數據采集系統對該電壓信號進行采集、處理和實時顯示；采集到的數據經信號處理后與已有的數據庫進行比對，得到檢測結果。本發明所述紙片可以是濾紙、層析紙或其他可以浸潤的紙制品，紙片的形狀有一個尖端，以利于噴霧的產生。紙片具有紙色譜分離功能，對樣品有預分離的能力。本發明所述待測樣品的形態可以是液態或固態，也就是說待測樣品可以是液體樣品，也可以是固體樣品。本發明所述的溶劑和樣品互溶，有導電功能，是輔助實現電噴霧的試劑。本發明紙基電噴霧離子遷移譜分析方法將紙基電噴霧和離子遷移譜有效結合，對照現有技術，本發明具有以下特點在大氣環境中對液態或固態樣品進行分析；具有預分離功能，根據紙色譜原理樣品在紙上實現初步分離，開拓了離子遷移譜在非實驗室環境下對復雜樣品的探測能力；待測樣品無需預處理，檢測快速；所用裝置結構簡單，易于攜帶，適用于現場分析。本發明操作簡單、成本低、對復雜樣品具有分離功能，適合于對環境、國土安全(如水源中的爆炸物檢測)、生物等領域的液態或固態樣品進行現場快速檢測。
下面結合附圖對本發明做進一步描述。圖I為本發明所用裝置的結構示意圖。
具體實施例方式一種紙基電噴霧離子遷移譜分析方法，其包括下列步驟采用紙片作為待測樣品 的載體，所述紙片可以是濾紙、層析紙或其他可以浸潤的紙制品，紙片的形狀有一個尖端，以利于噴霧的產生。紙片具有紙色譜分離功能，對樣品有預分離的能力。將待測樣品置于紙片上或溶于溶劑滴加到紙片上，使含待測樣品的紙片濕潤，在潤濕的紙片上施加高電壓，通過控制加載到潤濕的紙片上的電壓，以及紙片與離子遷移譜接口的距離，調節紙片尖端與離子遷移譜接口間的電場強度，使紙片中的液體在紙片尖端處形成噴霧，經離子遷移譜儀反應區除去溶劑；通過控制加載到離子門的脈沖電壓使樣品離子周期性地分批進入漂移區，在漂移區內受到電場力和逆向氣流的雙重作用，樣品離子先后到達檢測器，檢測器獲得的微弱電流信號，通過電流放大器放大并轉換成電壓信號，并由數據采集系統對該電壓信號進行采集、處理和實時顯示；采集到的數據經信號處理后與已有的數據庫進行比對，得到檢測結果。所述待測樣品的形態可以是液態或固態。待測樣品可以預先置于紙片上，也可以溶于溶劑后滴到紙片上。待測樣品為液體樣品時，可以將液體樣品滴加在紙片上，使紙潤濕，進行檢測；也可以液體樣品滴加在紙片上，再滴加溶劑，使紙潤濕，進行檢測。還可以液體樣品滴加在紙片上，待液體樣品干燥后，再滴加溶劑，使紙潤濕，進行檢測。待測樣品為固體樣品時，可以將固體樣品收集到紙上，加入溶劑溶解樣品，使紙潤濕，進行檢測。也可以固體樣品溶于溶劑，把溶有固體樣品的溶劑加在紙上，并使紙潤濕，進行檢測。所述的溶劑和樣品互溶，有導電功能，是輔助實現電噴霧的試劑。本發明所用裝置如圖I所示。該裝置中可調節的金屬平臺I和紙片2構成紙基電噴霧源。在金屬平臺I上施加高電壓，在紙片尖端和相對電極間的強電場的作用下產生電噴霧效應，在去溶氣9的輔助下，電離出樣品離子(所施加電壓的極性不同，會電離出正負兩種極性的離子)，繼而通過離子遷移譜儀檢測。離子遷移譜儀的主體由一系列金屬電極3和絕緣環構成，用兆歐級電阻把電極連接起來，形成均勻電場。整個漂移管內徑包括反應區4和漂移區6,離子門5位于反應區4和漂移區6之間,采用Bradbury-Nielson型門，相鄰金屬絲間距0. 7-lmm。相鄰金屬絲間的縱向電場會阻擋離子群進入漂移區即為關門狀態，當給離子門施加一個控制脈沖，使離子門縱向電場為零，此時離子群可以進入漂移區，在電場和漂移氣8的雙重作用下，不同種類的離子在不同時刻撞擊到離子檢測器7，檢測器7為法拉第盤，采用黃銅加工，表面精細拋光。法拉第盤通過屏蔽導線把信號引出，經吉時利428-PR0G可編程電流放大器放大，該電流放大器的增益可在IO3-IOki V/A之間調節，傳輸到NI數據采集卡，利用LabVIEW編寫軟件對數據進行處理和顯示。實施例I :首先將紙片2置于金屬平臺上,所述紙片2為底5mm高IOmm的三角形紙片，通過調節三維調節架使紙片尖端與相對電極3的距離為4mm，之后把痕量TNT粉末加到紙片上，用移液器吸取10ML體積比9:1的甲醇水混合溶劑，其中含有0. 1%的乙酸，混合溶劑滴加到紙片上使含枠紙片濕潤，在金屬平臺I上施加-IOkV的電壓，相對電極3處施加-6kV電壓，這樣在紙片尖端和相對電極間的強電場的作用下產生電噴霧效應，在150 0C的去溶氣9的輔助下電離出帶負電荷的樣品離子，繼而通過離子遷移譜儀檢測。離子遷移譜儀的主體由一系列金屬電極環和絕緣環構成，用兆歐級電阻把電極連接起來，形成均勻電場，電場強度約為260 V/on。整個漂移管內徑40 _1，長度23.2 cm，其中反應區4長7. 2 cm，漂移區6長15 cm。離子門5位于反應區4和漂移區6之間,采用Bradbury-Nielson型門，相鄰金屬絲間距Imm,離子門 縱向電場強度1000 V/cm,阻擋離子群進入漂移區即為關門狀態。當給離子門施加一個脈沖寬度200 ■周期50ms的控制脈沖，離子門縱向電場為零，此時離子群可以進入漂移區，在電場和漂移氣8的雙重作用下，不同種類的離子在不同時刻撞擊到離子檢測器7，檢測器7為法拉第盤，采用黃銅加工，表面精細拋光。法拉第盤通過屏蔽導線把信號引出，經吉時利428-PR0G可編程電流放大器放大，該電流放大器的增益可在IO3-IOki V/A之間調節，傳輸到NI數據采集卡，利用LabVIEW編寫軟件對數據進行處理和顯示。采集到的數據經信號處理后與已有的數據庫進行比對，得到檢測結果。實施例2 :首先把底IOmm高20mm的三角形紙2置于金屬平臺I上，通過調節三維調節架使紙片尖端與相對電極3的距離為3mm，然后使用移液器吸取20 JtL含50 ngZ/Al
利血平的體積比9:1的乙腈水溶劑(含0. 1%的乙酸)，滴加到紙片上，在金屬平臺上I施加+9kV電壓，電極3施加+6kV電壓，這樣在紙片尖端和相對電極間的強電場的作用下產生電噴霧效應，在室溫去溶氣9的輔助作用下電離出帶正電荷的樣品離子，繼而通過離子遷移譜儀檢測。離子遷移譜儀的反應區4長4. 2cm，漂移區6長12cm，均是由一系列金屬電極環和絕緣環間隔排列而成,漂移區電場強度約為370 V/cm。離子門5采用Bradbury-Nielson型門，相鄰金屬絲間距0.7mm，離子門縱向電場強度1428 V/cm。當給離子門施加一個脈沖寬度100 ^周期50ms的控制脈沖，離子門縱向電場為零，此時離子群可以進入漂移區，在電場和漂移氣8的雙重作用下，不同的離子在不同時刻撞擊到離子檢測器7，離子在檢測器7為法拉第盤，采用黃銅加工，表面精細拋光。法拉第盤通過屏蔽導線把信號引出，經吉時利428-PR0G可編程電流放大器放大后(該電流放大器的增益可在IO3-IOki V/A之間調節)，傳輸到NI數據采集卡，利用LabVIEW編寫軟件對數據進行處理和顯示。采集到的數據經信號處理后與已有的數據庫進行比對，得到檢測結果。實施例3 :首先把10 PL人的尿液加到底IOmm高20mm的三角形紙片上，待其干燥后置于金屬平臺I上，通過調節三維調節架使紙片尖端與相對電極3的距離為3mm，然后使用移液器吸取20 ML體積比9:1的乙腈水溶劑(含0. 1%的乙酸)滴加到紙片上其濕潤，在金屬平臺上I施加+9kV電壓，電極3施加+6kV電壓，這樣在紙片尖端和相對電極間的強電場的作用下產生電噴霧效應，在室溫去溶氣9的輔助作用下電離出帶正電荷的樣品離子，繼而通過離子遷移譜儀檢測。離子遷移譜儀的反應區4長4. 2cm，漂移區6長12cm，均是由一
系列金屬電極環和絕緣環間隔排列而成，漂移區電場強度約為370 V/cm。離子門5采用Bradbury-Nielson型門，相鄰金屬絲間距0. 9mm,離子門縱向電場強度1111 V/cm。當給離子門施加一個脈沖寬度150 _周期50ms的控制脈沖，離子門縱向電場為零，此時離子群可以進入漂移區，在電場和漂移氣8的雙重作用下，不同的離子在不同時刻撞擊到離子檢測器7，離子在檢測器7為法拉第盤，采用黃銅加工，表面精細拋光。法拉第盤通過屏蔽導線把信號引出，經吉時利428-PR0G可編程電流放大器放大后(該電流放大器的增益可在IO3-IOwV/A之間調節)，傳輸到NI數據采集卡，利用LabVIEW編寫軟件對數據進行處理和顯示，將經信號處理后的譜圖與已有數據庫中的譜圖進行模式匹配，若尿液中含有微量的氯丙嗪等代謝產物，儀器會發出報警信號。權利要求
1.一種紙基電噴霧離子遷移譜分析方法，其特征是包括下列步驟采用紙片作為待測樣品的載體，將待測樣品置于紙片上或溶于溶劑滴加到紙片上，使含待測樣品的紙片濕潤，在潤濕的紙片上施加高電壓，通過控制加載到潤濕的紙片上的電壓，以及紙片與離子遷移譜接口的距離，調節紙片尖端與離子遷移譜接口間的電場強度，使紙片中的液體在紙片尖端處形成噴霧，經離子遷移譜儀反應區除去溶劑；通過控制加載到離子門的脈沖電壓使樣品離子周期性地分批進入漂移區，在漂移區內受到電場力和逆向氣流的雙重作用，樣品離子先后到達檢測器，檢測器獲得的微弱電流信號，通過電流放大器放大并轉換成電壓信號，并由數據采集系統對該電壓信號進行采集、處理和實時顯示；采集到的數據經信號處理后與已有的數據庫進行比對，得到檢測結果。
2.根據權利要求I所述紙基電噴霧離子遷移譜分析方法，其特征是所述紙片是濾紙或層析紙，紙片的形狀有一個尖端，以利于噴霧的產生。
3.根據權利要求I所述紙基電噴霧離子遷移譜分析方法，其特征是所述待測樣品為液體樣品或固體樣品。
4.根據權利要求3所述紙基電噴霧離子遷移譜分析方法，其特征是所述待測樣品為液體樣品時，將液體樣品滴加在紙片上，使紙潤濕，進行檢測；或將液體樣品滴加在紙片上，再滴加溶劑，使紙潤濕，進行檢測；或將滴加在紙片上，待液體樣品干燥后，再滴加溶劑，使紙潤濕，進行檢測。
5.根據權利要求3所述紙基電噴霧離子遷移譜分析方法，其特征是所述待測樣品為固體樣品時，將固體樣品收集到紙上，加入溶劑溶解樣品，使紙潤濕，進行檢測；或將固體樣品溶于溶劑，把溶有固體樣品的溶劑加在紙上，并使紙潤濕，進行檢測。
6.根據權利要求I所述紙基電噴霧離子遷移譜分析方法，其特征是所述的溶劑和樣品互溶，有導電功能。
全文摘要
本發明公開了一種紙基電噴霧離子遷移譜分析方法，其采用紙片作為被測樣品的載體，把高壓直接加在被溶劑和樣品潤濕的紙片上，通過紙片尖端在高壓電場中的噴霧作用使樣品電離成離子，產生的離子通過離子遷移譜檢測。紙基電噴霧離子遷移譜方法能夠直接分析液體和固體樣品，在大氣環境下實現對環境水中的有機物、血液中的毒品含量、水中溶解的爆炸物等液體和固體樣品的現場快速檢測。本發明結合了紙基電噴霧源和離子遷移譜的優點，具有檢測快速、操作簡單、成本低廉、可現場分析等優點。
文檔編號G01N27/62GK102636553SQ20121007937
公開日2012年8月15日 申請日期2012年3月23日 優先權日2012年3月23日
發明者喬曉林, 侯林, 周志權, 姜杰, 廉斌, 張恒南, 張晶晶, 張靜, 趙占鋒, 高靜 申請人:哈爾濱工業大學(威海), 威海威高電子工程有限公司