激光电离飞行时间质谱仪用于固体生物样品直接分析的研究

摘要

生物样品元素分析是分析化学的一个重要分支，也是当前环境学、生物学、化学等多学科研究的热点。目前，生物样品元素分析的技术大多局限于液体进样方式。这就使得复杂的样品前处理过程以及由此引发的一系列负面影响不可避免。相对于无机样品，生物样品的基体往往要复杂得多，这在很大程度上增加了样品前处理和分析的难度。固体样品直接分析技术只需对样品进行一些简单的处理甚至不需要处理，这种方法分析速度快且不会引入试剂污染。激光电离离子源技术利用其高能量的性质(通常>109W/c㎡)能在短时间内直接将固体样品气化、原子化并离子化。激光电离源和质谱技术的联合应用，使得固体样品分析的速度和灵敏度得到较大的提高。 上世纪七十年代末诞生的激光微探针质谱技术在生物样品直接分析领域应用广泛。该技术利用较低的激光功率(105-108W/c㎡)将样品电离，同时获取元素和有机物的相关信息。但是，低功率往往使得不同元素不能同时被电离，造成相对灵敏因子的差异较大，元素定量分析难以进行。大量研究结果表明这种分析方法的分辨率较低而且谱图干扰严重。若采用较高的激光功率以满足元素分析的需要，由于缺乏离子能量冷却系统，谱图干扰将更为严重，分辨率将进一步下降。 本论文致力于用自制的激光电离飞行时间质谱(LI-TOFMS)实现对不同种类固体生物样品进行直接分析。在较高的激光功率密度下，使样品离子化效率基本趋于一致，减少有机碎片离子的干扰。在电离室中通入一定量的缓冲气体，高能离子进行初步冷却；同时，多价离子转化成单电荷离子。在离子冷却系统中，离子得到更好的冷却和聚焦。通过对仪器各种参数的研究，使仪器灵敏度、信噪比、质量分辨率和谱图干扰程度达到较佳的状态。通过计算相对灵敏系数(RSC)的方法作为分析结果可靠性的判别依据，并实现元素的无标样半定量分析。对于实际未知样品分析，先用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)对元素进行定量分析，并将其结果用于LI-TOFMS的RSC计算。通过将各元素RSC与元素半定量标准的比较，来评价无标样半定量分析的可行性。 本研究内容共分为以下几个部分： 第一章：概述了生物样品元素分析的意义和常规测定方法。突出了固体样品直接分析的特点和优势以及本论文研究的内容和意义。 第二章：叙述了生物样品的前处理技术和电感耦合等离子体质谱技术在本研究中的应用，并分析了ICP-MS测定结果。 第三章：介绍了实验室自制激光电离飞行时间质谱的结构原理。 第四章：考察了脉冲串和连续脉冲推斥模式、六级杆和离子透镜、脉冲延迟时间和总脉冲宽度、样品到采用锥距离、激光功率密度、离子源气压、以及与掺入铜粉等参数对元素分析的影响。用LI-TOFMS茶叶标准试样、海带和猪皮样品进行初步分析研究。 第五章：对激光电离飞行时间质谱半定量分析结果进行了总结，分析了此分析方法的特点，并提出了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1生物样品元素分析的意义

1.1.1生物体中元素分类和分布

1.1.2元素在生物体生命活动中的作用

1.1.3生物样品元素分析的意义

1.2生物样品元素分析常规方法

1.3固体样品直接元素分析技术的原理和意义

1.3.1激光微探针质谱法

1.3.2激光烧蚀电感耦合等离子体质谱法

1.3.3激光诱导击穿光谱法

1.4本论文的研究内容及意义

参考文献

第二章电感耦合等离子体质谱用于生物样品元素分析

2.1等离子体

2.1.1等离子体的定义

2.1.2等离子体分类

2.2电感耦合等离子体质谱原理

2.2.1电感耦合等离子体(ICP)简介

2.2.2 ICP光源结构原理

2.2.3 ICP-MS基本结构和工作原理

2.3本研究中ICP-MS测定生物样品部分

2.3.1生物样品前处理

2.3.2 ICP-MS工作条件、定量测定及校正方法

2.3.3分析结果与讨论

参考文献

第三章激光电离飞行时间质谱基本结构原理

3.1激光电离基本原理

3.1.1激光及激光器简介

3.1.2激光电离基本原理

3.2激光电离飞行时间质谱(LI-TOFMS)的结构原理

3.2.1质谱简介

3.2.2 LI-TOFMS结构原理

参考文献

第四章LI-TOFMS用于生物样品直接分析的初步研究

4.1样品制备

4.2 LI-TOFMS性能参数及其对元素分析的影响

4.2.1连续脉冲与脉冲串的比较

4.2.2静电透镜与六级杆对分析测定的影响

4.2.3延迟时间及脉冲串总宽度的选择

4.2.4样品到采样锥的距离对分析的影响

4.2.5激光功率密度对RSC的影响

4.2.6气压对RSC及LI-TOFMS谱图影响

4.2.7样品中掺入铜粉对分析的影响

4.3 LI-TOFMS分析茶叶标准样品

4.4 LI-TOFMS分析海带样品

4.5 LI-TOFMS分析猪皮样品

参考文献

第五章激光电离飞行时间质谱半定量分析结论及展望

5.1仪器分辨率和检出限

5.2 LI-TOFMS半定量分析结果及本实验研究结论

5.2.1 LI-TOFMS半定量分析结果

5.2.2本实验研究结论

5.3展望

参考文献

致 谢

附录Ⅰ：攻读硕士学位期间发表的论文