质子转移反应质谱|光谱学欧洲和世界半岛综合体育官方APP下载德甲bdapp官方下载安卓版

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注:上午僧侣和埃利斯R.S.布莱克

大学化学系,莱斯特大学,莱斯特LE1 7 rh,英国。电子邮件:(电子邮件保护)

我们都熟悉常见的空气成分,如氮、氧、二氧化碳和水蒸气。然而,空气实际上是一个复杂的混合物组成的各种无机和有机分子来自多种来源。空气的有机内容经常被忽视,主要因为它是出席的水平小于1按体积百分率(ppmv),和许多单个化合物的富足是根据十亿年一份(ppbv)。可以得出结论,这样的低水平是不重要的,但这将是错误的。原因想要确定具体的挥发性有机化合物的浓度(挥发性)在空气中包括他们的角色在化学反应,如空气污染、排放清单的确定的自然和人为来源的挥发性有机化合物的仪器造型和政策控制原因,并识别可能对人类有毒的挥发性有机化合物的仪器甚至在低浓度。

还有其他具体原因的检测挥发性有机化合物的仪器是非常重要的。我们每个人都是一个完美的说明这一点。每次我们呼出我们不仅驱逐N₂阿,₂、有限公司₂和H₂啊,还有众多的有机化合物。一些挥发性有机化合物的仪器在房间里呼出的气息可能只是当时呼吸吸入。然而,我们身体的其他挥发性副产物化学和来自血液挥发和里面的空气之间的交换我们的肺。在呼吸的存在某些挥发性有机化合物的仪器有潜力提供信息导致预后或某些疾病的诊断。能够检测和区分多种痕量挥发性有机化合物的仪器可能因此提供了一种方式来创建快速医疗检测设备。挥发性有机化合物的仪器的检测显示承诺在各种各样的其他领域,包括工业过程的自动化监控和优化,安全应用(炸药、毒品)、法医学、汽车排放和建立的起源和质量的食物。

由于许多原因想要检测和量化挥发在空气中,我们需要的工具。经典的技术,并且已经存在了几十年,是气相色谱及其变体,如气相色谱分析-质谱法(gc - ms)。气的伟大力量,特别的是它的能力,通过色谱分离和质谱筛选了分数的专栏,提供可靠的复合识别、量化。然而,这是有代价的,即数据采集的速度。通过柱洗脱过程需要时间,但有增加的问题,gc - ms缺乏敏感性检测大多数挥发在空气中,除非都采用某种形式的各种流程。各种所需的化合物的需要不断的收集到一些适当的吸收材料或在某种陷阱,为了建立一个令人满意的数量,以备后续分析。然后pre-concentrated材料注入列,通常是通过快速加热。各种步骤的组合,然后洗脱过程相对较慢的列意味着每个测量通常需要几分钟才能完成,如果没有了。这使得气一个很好的分析工具,但它不适合快速监测范围的应用程序中。这就是质子转移反应质谱,或ms,进入自己的。

ms的基础知识

ms结合几个想法变成一个高度有效的快速和定量VOC检测仪器。^1,2离子生产是通过化学电离作用,特别是质子转移在分析物分子。最常用的试剂为这个目的是H₃O⁺,可以使用高能离子源产生的水蒸气,比如一个放电¹或放射性源。³重要的是,H₃O⁺可以生成效率接近100%在精心设计的离子源。

在生成了H₃O⁺质子转移到一个分子,M,分析物的发生:

M + H₃O⁺→MH⁺+ H₂O

H₃O⁺将一个质子转移到大多数挥发性有机化合物的仪器(collision-limited)率高,除了短链烷烃和一些小的不饱和碳氢化合物。然而,丰富的无机分子在空气中,如N₂阿,₂和有限公司₂热力学不利的质子亲合力,因此规定没有质子转移到这些分子从H₃O⁺,即使它们碰撞。因此H₃O⁺选择性是挥发性有机化合物的仪器,没有大背景干扰离子信号来自空气的无机成分。这是不同于传统的基于电子轰击质谱电离作用,这是无选择性的,因此遭受大信号最丰富的成分可能掩盖较弱的特性,如挥发性的贡献。

如图1所示,在ms H₃O⁺通常是与分析物的混合气体,空气从一个源或另一个,在漂移管。这种漂移管泵在远端实现压力的1 mbar,因此传入的气体流动沿管。漂移管还包含一系列电极提供一个统一的电场吸引离子沿管速度远超过空气的流速。这确保了暴力冲突与中性分子离子进行比其他情况下,这一事实有助于防止形成大量的集群的离子。如果没有这个过程,多个离子集群将形式由于许多碰撞每个离子与中性分子,使其沿着管,这将大大复杂化质谱。漂移管还提供了一个区域定义良好的反应时间,这是很重要的量化气体(见下文)。

某种质谱仪位于漂移管来检测任何产品的离子。在早期的ms,四极质谱仪(QMS)独家使用,事实上他们今天仍然广泛使用。最近其他类型的质谱仪,尤其是飞行时间质谱仪(ToF-MS)^4,5,6,7和四极离子陷阱,^8,9,10已经成功地应用于ms。质谱仪的选择归结为成本和用户需求:ToF-MS特别是质量分辨率远高于QMS,以及提供整个质谱的好处在本质上是相同的。因此,如果目标是监控许多不同的挥发性有机化合物的仪器在同一时间然后ToF-MS将选择的质谱仪。

从质子转移反应的动力学分析在漂移管,可以推导出一个简单的关系链接测量离子信号,我,气体浓度的分析物,即。

我(MH⁺)/我(H₃O⁺)=kt[M]

良好的质子传输速率的估计系数,k,可用于许多挥发性有机化合物的仪器和反应时间,t在漂移管也可以推导出。因此,通过测量MH的相对离子计数率⁺和H₃O⁺质谱仪通过检测化合物的绝对浓度M(显示为[M]在上面的方程中)可以确定在最初的分析物。几个因素可以破坏这种方法浓度决定,包括H所扮演的角色₃O⁺(H₂O)_n集群,反应在不同的利率与特定的挥发性有机化合物的仪器相比,H₃O⁺。因此在实践中准确定量测量需要校准的仪器。

ms因此有可能识别挥发和定量。此外,个人的检测挥发性有机化合物的仪器在兆分之秒是现实的水平。这种组合的功能使得ms多才多艺的和强大的分析工具。

一个演示应用程序:挥发性有机化合物的仪器在人类呼吸

ms现在看到应用在许多领域的科学和技术,而且技术传播的更广泛。由于篇幅的限制,我们的地址只有一个例子:ms的应用在医学背景下,特别是为研究某些疾病的诊断是否可行的抽样人类呼吸。这是一个非常具有挑战性的研究领域仍处于早期。人类呼吸的挥发性有机化合物的仪器探测到可能不仅来自个人的“健康”的程度,但也从其他因素如饮食和遗传变异。因此清楚呼吸检测挥发性有机化合物的仪器可用于多种疾病的筛查,或是否会被限制在特定的细分市场的情况。

ms的伟大力量,特别是基于ToF-MS那些仪器,是大量的挥发性有机化合物的仪器可以同时实时监控。图2显示了一个质谱的呼吸样本志愿者记录使用PTR-ToF-MS仪器(参见图3)。主要峰值总是会在这样一个光谱源离子,H₃O⁺,但在呼吸水蒸气含量很高,所以H₃O⁺(H₂O)_n集群可以达到显著水平,即使使用加速电场漂移管:H₃O⁺(H₂O)信号在图2中显然是重要的,虽然低于H₃O⁺。主要的有机离子质谱来自质子化了的丙酮,米/z59岁,这通常是最丰富的挥发性有机化合物中发现呼吸,为这个特定的个人情况。在低强度检测到多种有机化合物,其中一些见图2的扩展频谱的右上方。这些包括甲醇、二甲基硫化物和异戊二烯,但收益率水平远高于许多其他山峰进一步扩张背景噪音水平。

Figure 2. Mass spectrum of human breath obtained from the PTR-MS instrument illustrated in Figure 1. This mass spectrum is dominated by the ions H3O+, H3O+(H2O) and protonated acetone. The inset in the upper-right is an expanded view showing the much richer organic content in the breath sample when focusing on weaker ion signals.

Figure 3. Breath measurement suite located at the University of Leicester.

这个频谱和其他类似突出特定的上下文中ms呼吸强度分析医学诊断。尽管并不是所有的山峰一定可以分配给特定的挥发性有机化合物的仪器,这可能不是严格是必要的。相反,ms指纹可以提供一个峰值模式相比,如果你喜欢可以包含更多信息可以通过监测一个挥发性有机化合物。因此,人们可以使用众多的山峰,特别是通过多元统计分析,寻找组合可能是敏感的特定疾病。临床试验是必不可少的,到目前为止,只有小规模试验这种类型的企图,但早期结果看起来很有希望。

结束语

ms是一个相对年轻的分析技术,首先出现在1990年代中期通过突破性的工作群Werner Lindinger在因斯布鲁克,奥地利。¹商业供应商确保这些工具可用于大量的用户和在过去10年左右发生爆炸的兴趣ms,从植物学和医学应用到工业过程监控、安全检查、环境分析和食品科学。在这个不断增长的用户群,提高检测灵敏度和复合歧视继续实现。哪里有要求的快速在线监测多种微量挥发性有机化合物的仪器,ms很可能提供一个适当的解决方案。

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