一種新型的通用型檢測(cè)器——電噴霧檢測(cè)器(1)

劉立洋 劉 肖

(戴安中國有限公司，北京，100029)

隨著科技的飛速發(fā)展和工業(yè)化水平的不斷提高，高效液相(HPLC)色譜技術(shù)已經(jīng)被越來越多的行業(yè)和領(lǐng)域廣泛采用.并且隨著各種應(yīng)用的持續(xù)增加，對(duì)HPLC的性能及與之搭配的檢測(cè)器的檢測(cè)效果的要求也越來越高.分析人員都希望所使用的檢測(cè)器是既能檢測(cè)多種物質(zhì)又具有高靈敏度的通用型檢測(cè)器，這也是紫外(UV)、質(zhì)譜(MS)、示差折光(RI)與蒸發(fā)光散射(ELSD)等檢測(cè)器較為常用的原因.可這些檢測(cè)器雖然應(yīng)用比較廣范，卻各有其局限性，如紫外檢測(cè)器依賴于被測(cè)物的化學(xué)結(jié)構(gòu)，沒有發(fā)色基團(tuán)的物質(zhì)難以直接檢測(cè);質(zhì)譜需要首先將被測(cè)物電離，難電離的化合物無法檢測(cè)，且質(zhì)譜成本相對(duì)較高;而另外一款通用型檢測(cè)器示差折光檢測(cè)器(RI)不能兼容梯度淋洗，易受外界干擾;蒸發(fā)光散射檢測(cè)器的線性與靈敏度問題等等，也導(dǎo)致它們大大縮小了適用范圍，因此開發(fā)新一代的通用型檢測(cè)器成為了各大分析儀器廠商研究的目標(biāo).電噴霧檢測(cè)器(CAD)就是美國ESA公司在此形勢(shì)下推出的一款新型的通用型檢測(cè)器(如圖1).它的檢測(cè)原理獨(dú)特，不依賴于分析物的結(jié)構(gòu)也不需要將分析物電離，只要該物質(zhì)屬于半揮發(fā)性或非揮發(fā)性化合物就可以被檢出，且靈敏度可以達(dá)到pg級(jí)別，重現(xiàn)性良好，是上述檢測(cè)器的有力補(bǔ)充.本文將討論電噴霧檢測(cè)器的工作原理、特點(diǎn)及典型應(yīng)用.

1 電噴霧檢測(cè)器的工作原理

出自HPLC的洗脫液進(jìn)入電噴霧檢測(cè)器后先受氮?dú)庾饔迷陟F化室中霧化，再以較高流速撞擊到碰撞擋板上，撞擊后形成大小不同的外面包裹著流動(dòng)相的分析物顆粒的液滴，較大的液滴在重力影響下由廢液管排出，較小的液滴則隨氮?dú)饬魅敫稍锕埽瑩]發(fā)掉表面溶劑.同時(shí)，入口氮?dú)獾牧硪涣髀穭t經(jīng)過電暈裝置(含高壓鉑金電極)形成帶正電荷的氮?dú)饬Ｗ樱c干燥后的溶質(zhì)顆粒在碰撞室中發(fā)生碰撞，碰撞過程中正電荷被轉(zhuǎn)移到顆粒的外表面上，顆粒表面積越大，攜帶的電荷數(shù)越多.另外，為了消除由帶有過多正電荷的氮?dú)庖鸬谋尘霸胍簦趲щ姺治鑫镱w粒氣流流入采集器之前，會(huì)通過一種稱之為離子阱的裝置(帶有低負(fù)電壓)定向中和掉遷移率較大的顆粒(即體積小的氮?dú)饬Ｗ?上的電荷，而遷移率較小的帶電顆粒(分析物顆粒)則把它們的電荷轉(zhuǎn)移給采集器里的捕集網(wǎng)，而后由一個(gè)高靈敏度的靜電檢測(cè)計(jì)測(cè)量出總的電信號(hào).也就是說，圖譜里的響應(yīng)值與測(cè)得的電信號(hào)呈正比，電信號(hào)與被測(cè)物的表面積呈正比，被測(cè)物的表面積與被測(cè)物的大小呈正比，而被測(cè)物的大小又與被測(cè)物進(jìn)樣的質(zhì)量呈正比，即電噴霧檢測(cè)器是一個(gè)質(zhì)量敏感型檢測(cè)器，其檢測(cè)的響應(yīng)值由進(jìn)樣的絕對(duì)質(zhì)量決定，進(jìn)樣質(zhì)量越大，打碎成的顆粒越大，帶電荷越多，響應(yīng)值越高.因此，無論何種化合物，只要進(jìn)樣質(zhì)量相同，得到的響應(yīng)值都趨于一致，這也是其具有一致的響應(yīng)性的原因.又由于被測(cè)物在打碎時(shí)無論是離子還是分子都會(huì)形成中性的顆粒，且電荷只加在顆粒外表面，所以在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中可以同時(shí)檢測(cè)中性及陰陽離子，而在此之前的檢測(cè)器都難以實(shí)現(xiàn)，也因此成為電噴霧檢測(cè)器的又一亮點(diǎn).另外，電噴霧檢測(cè)器的參數(shù)大都已在出廠時(shí)設(shè)定好，每次分析的條件固定，因此重現(xiàn)性良好，一般RSD＜2%.

同樣由于其工作原理，電噴霧檢測(cè)器也有著一些缺憾.首先，由于被測(cè)物需要打碎成顆粒再干燥，所以揮發(fā)性的化合物無法進(jìn)行檢測(cè)，其次，所有基于氣溶膠方法的分析儀器的濃度和峰面積均為非線性，包括蒸發(fā)光散射檢測(cè)器(ELSD)和質(zhì)譜(MS)在內(nèi)，在實(shí)際計(jì)算中可能不如紫外檢測(cè)器(UV)方便.盡管如此，電噴霧檢測(cè)器仍不失為一款性能優(yōu)越的通用型檢測(cè)器，成為紫外和質(zhì)譜等檢測(cè)器的有力補(bǔ)充.

2 與其它檢測(cè)器的對(duì)比

作為一款通用型檢測(cè)器，電噴霧檢測(cè)器的各項(xiàng)性能均表現(xiàn)良好.與其它檢測(cè)器相比，首先想到的就是同樣基于氣溶膠原理進(jìn)行檢測(cè)的蒸發(fā)光散射檢測(cè)器(ELSD)和質(zhì)譜.

與ELSD相比，主要有以下優(yōu)勢(shì):1)靈敏度高，對(duì)同一化合物的檢出限，電噴霧檢測(cè)器平均比蒸發(fā)光散射檢測(cè)器低一個(gè)數(shù)量級(jí)，如進(jìn)行依替膦酸鈉檢測(cè)時(shí)，進(jìn)樣144 ng時(shí)CAD仍可檢測(cè)到除目標(biāo)化合物外的兩種雜質(zhì)，而ELSD在進(jìn)樣2000 ng時(shí)已經(jīng)達(dá)到了檢測(cè)極限;2)不同化合物的響應(yīng)一致，由于蒸發(fā)光散射檢測(cè)器最終是通過顆粒對(duì)光的散射進(jìn)行測(cè)定，而不同物質(zhì)的散射程度不同，而且由于顆粒本身的不規(guī)則性，其不同的面對(duì)光的散射程度也不相同，因此化合物之間的響應(yīng)很不一致，如圖1;3)重現(xiàn)性更好，因?yàn)槊颗_(tái)機(jī)器在出廠前已固定好一個(gè)最佳條件無法改動(dòng)，且受環(huán)境影響很小;4)檢測(cè)范圍更寬，電噴霧檢測(cè)器可從μg—pg跨越4個(gè)數(shù)量級(jí);5)維護(hù)費(fèi)用低，蒸發(fā)光散射檢測(cè)器是將樣品全部霧化進(jìn)行檢測(cè)而電噴霧檢測(cè)器只有少部分進(jìn)入干燥管進(jìn)行后續(xù)檢測(cè)，因此儀器內(nèi)部的污染幾率明顯減少，而且電暈電極的使用壽命也明顯高于氘燈.

圖1 ELSD(RSD38%)和CAD(RSD10.7%)對(duì)不同化合物的響應(yīng)值(流動(dòng)注射1.0 μg)

與目前比較高端的質(zhì)譜相比，電噴霧檢測(cè)器可以分析因?yàn)椴荒茈x子化而無法在質(zhì)譜中進(jìn)行檢測(cè)的物質(zhì)，并可與質(zhì)譜并聯(lián)，在質(zhì)譜給物質(zhì)定性的同時(shí)協(xié)助做定量分析，見圖2.

圖2 同種分析物在UV、CAD和MS上的檢測(cè)

與應(yīng)用最廣泛的紫外檢測(cè)器相比，電噴霧檢測(cè)器可以不依賴于化合物的結(jié)構(gòu)，無論被測(cè)物有無發(fā)色基團(tuán)，只要不具揮發(fā)性在色譜柱中被完全分離都可以通過電噴霧檢測(cè)器進(jìn)行分析，而沒有發(fā)色基團(tuán)或弱紫外吸收的化合物在紫外檢測(cè)器上沒有響應(yīng)很難檢測(cè)，如圖2.另外，如需同時(shí)檢測(cè)多種物質(zhì)，而這些物質(zhì)的最大吸收波長(zhǎng)又不相同時(shí)，電噴霧檢測(cè)器的靈敏度也要高于紫外檢測(cè)器，見圖3.

圖3 CAD和UV同時(shí)檢測(cè)4種物質(zhì)對(duì)比圖

電噴霧檢測(cè)器與示差折光檢測(cè)器相比，除了靈敏度、重現(xiàn)性都有提高外，最大的優(yōu)勢(shì)在于可以兼容梯度淋洗，使得更多的梯度方法得以應(yīng)用.如圖4所示，在多聚物的檢測(cè)中，CAD的基線更平穩(wěn)，峰形更好，有利于分析的定性和定量.

圖4 RI和CAD檢測(cè)圖譜

另外，與所有檢測(cè)器相比，電噴霧檢測(cè)器的一大優(yōu)點(diǎn)是設(shè)置參數(shù)少(只需調(diào)節(jié)內(nèi)部壓力)，平衡時(shí)間短(1 h以內(nèi))，安裝、操作簡(jiǎn)單，給實(shí)際使用人員帶來了極大的方便.