CN112924521A - 一种实时在线离子迁移谱的定量方法 - Google Patents

一种实时在线离子迁移谱的定量方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112924521A
CN112924521A CN201911241168.0A CN201911241168A CN112924521A CN 112924521 A CN112924521 A CN 112924521A CN 201911241168 A CN201911241168 A CN 201911241168A CN 112924521 A CN112924521 A CN 112924521A
Authority
CN
China
Prior art keywords
real
ion
reagent
signal intensity
time
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN201911241168.0A
Other languages
English (en)
Inventor
蒋丹丹
李海洋
陈创
王新
肖瑶
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Original Assignee
Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian Institute of Chemical Physics of CAS filed Critical Dalian Institute of Chemical Physics of CAS
Priority to CN201911241168.0A priority Critical patent/CN112924521A/zh
Publication of CN112924521A publication Critical patent/CN112924521A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/62—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating the ionisation of gases, e.g. aerosols; by investigating electric discharges, e.g. emission of cathode
    • G01N27/622—Ion mobility spectrometry
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/11—Complex mathematical operations for solving equations, e.g. nonlinear equations, general mathematical optimization problems
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Operations Research (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Geometry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

本发明公开了一种实时在线离子迁移谱的定量方法，根据二级反应动力学方程
Figure DDA0002306273890000011
利用实时产物离子和试剂离子信号强度的比值y，建立试剂离子强度波动状态下的理论定量模型
Figure DDA0002306273890000012
提高离子迁移谱实时定量的准确性和稳健性。根据实时监测模式下复杂基质中目标化合物的二级反应动力学方程的理论定量模型，建立实时状态的定量曲线
Figure DDA0002306273890000013
实现实时监测模式下离子迁移谱对复杂机制中目标组分x的准确定量。

Description

一种实时在线离子迁移谱的定量方法
技术领域
本发明基于实时在线的离子迁移谱，进一步提高复杂机制下目标化合物的定量准确性，根据二级反应动力学方程，发展了一种实时在线的定量分析方法，该定量分析方法不受背景基质的干扰，通过实时在线的定量，实现了呼出气丙泊酚等的准确在线定量。
背景技术
离子迁移谱的检测速度快、灵敏度高，可用于***物和毒品以及化学战剂的现场检测、以及呼出气中各组分的检测等。但是对于复杂基质状态下目标化合物的定量还存在一定的局限性，受湿度以及不同目标组分竞争电离等的影响，简单的通过产物离子峰的信号强度，不能实现复杂基质中目标组分的准确定量。如同一浓度的目标组分在不同的基质下，产物离子的信号强度肯定会不同，又不可能每一种基质下都做定量曲线，如果可以实现实时在线定量校正，将极大的解决这一问题。
程沙沙等人对水产品中的三甲胺进行了定量检测，并建立三甲胺标准使用气的标准曲线，相同浓度的三甲胺样品在不同的水产品基质中，其定量的浓度均会有差异，所以对复杂基质中目标组分产物离子的信号强度进行在线校正很有必要。
王新等人建立了用于离子迁移谱快速检测样品的准确定量分析方法，通过配制不同浓度的样品，对样品的跟踪趋势线做数据分析，并以血液中丙泊酚为例，在血药浓度1-20ppm之间建立了离子迁移谱检测的标准曲线方程，虽然可以实现血液中丙泊酚的定量，但是对于不同的血液样品，血液基质会不同，如何对其进行准确校正需要进一步考虑。
为此，发展此实时在线的定量方法，目的是实现复杂基质中目标化合物的准确定量，如呼出气中丙泊酚等的准确定量分析，同样适用于其他复杂基质中目标组分的检测。
发明内容
本发明采用实时在线监测的离子迁移谱技术，用于待测样品的电离和定量检测，通过实时在线校正的方法，将产物离子信号强度与实时试剂离子强度作比，来实时校正复杂基质中目标化合物的浓度。
本发明要解决的技术问题为：一方面要实现实时在线监测下的定量，另一方面要消除复杂基质背景的干扰，建立试剂离子强度波动状态下的理论定量模型,提高实时定量的准确性和稳健性。
具体内容包括：
一种实时在线离子迁移谱的定量方法，基于二级反应动力学方程，利用产物离子和试剂离子强度比值，建立试剂离子强度波动状态下的理论定量模型，提升实时定量的准确性和稳健性；通过实时在线校正的方法，实现对复杂机制中目标组分的准确实时在线定量；
1)二级反应动力学方程如下，
Figure BDA0002306273870000021
其中k为离子分子反应速率常数，t为反应时间，
Figure BDA0002306273870000022
为反应试剂离子的强度，
Figure BDA0002306273870000023
为样品分子的浓度，
Figure BDA0002306273870000024
为产物离子的浓度，由于产物离子的信号强度
Figure BDA0002306273870000025
和试剂离子的信号强度
Figure BDA0002306273870000026
在一定范围内和它们各自的浓度成正比，所以上述方程通过数学推导可以进一步表示成
Figure BDA0002306273870000027
其中
Figure BDA0002306273870000028
单位为ppbv，c＝kt，单位为cm3molecule-1，
Figure BDA0002306273870000029
e为自然常数，其值约为2.71828，通过测定一系列5个以上已知不同浓度的待测物的标准品于离子迁移谱中的产物离子的信号强度
Figure BDA00023062738700000210
和试剂离子的信号强度
Figure BDA00023062738700000211
通过origin拟合得到参数a、b和c，获得x和y相应的定量响应曲线；
2)通过实时采集样品气进入到离子迁移谱进行检测，试剂分子进入到离子迁移谱中，由电离源产生的反应试剂离子(如苯甲醚试剂离子)，样品分子M和试剂离子发生电荷转移或者质子转移反应，生成待测样品的产物离子M+，通过软件实时记录反应试剂离子的信号强度以及产物离子的信号强度M+；
将产物离子的信号强度M+与试剂离子的信号强度
Figure BDA00023062738700000212
之比作为y，代入定量响应曲线，获得待测样品中待测物的浓度。
附图说明
如图1，该方法涉及的实时在线监测的离子迁移谱仪，其中，1为真空紫外灯，2为样品气，3为试剂分子，4为试剂分子载气，5为BN-Grid离子门，6为导电环，7为栅网，8为漂气入口，9为放大器，10为5KV高压电源，11为质量流量计，12为采样泵。
图2为苯甲醚试剂分子时，不同湿度丙泊酚样品时的离子迁移谱图，其中试剂分子苯甲醚的迁移时间为7.18ms，约化迁移率为2.00cm2V-1s-1；丙泊酚的迁移时间为9.54ms和约化迁移率为1.50cm2V-1s-1。
图3为丙泊酚信号强度随不同湿度丙泊酚标准气的变化趋势图，随着丙泊酚标准气湿度的增加，丙泊酚的信号强度逐渐降低。
图4为丙泊酚产物离子信号强度与初始反应试剂离子强度比值随不同湿度丙泊酚标准气的变化趋势图，随着丙泊酚标准气湿度的增加，丙泊酚产物离子强度与初始反应试剂离子强度的比值不变，所以其可以用做定量的因子。
图5为丙泊酚产物离子强度与初始反应试剂离子强度比值对丙泊酚浓度的标准定量曲线，根据定量模型结合origin软件拟合得到的定量方程为
Figure BDA0002306273870000031
具体实施方式
本发明公开了一种实时在线离子迁移谱的定量方法，在离子迁移管前端的离子反应区前端设置真空紫外灯的光电离源，在检测过程中，采样泵一直启动，其中4流量计控制采样的流速，采样流速为50-500ml/min，样品由6采样口在采样泵的作用下，持续抽入到离子迁移管内，被真空紫外灯电离，然后由采样泵8的出气口流出的过程中，电离后的产物离子进一步被反应区施加的高压推到迁移区内，进一步分离，实时记录反应试剂离子强度以及产物离子信号强度，并通过软件在线处理，将两者的比值带入建立好的二级反应动力学的定量模型中，得到实时的目标组分浓度。这样不仅实现了实时在线的定量测量，同时消除了复杂基质背景的干扰，提高了离子迁移谱定量检测的准确性。
实施例1
以呼出气丙泊酚检测为例,采用实时在线的离子迁移谱仪如图1所示，对5ppbv丙泊酚进行检测,通过负压实时采样丙泊酚样品气进入到离子迁移谱进行检测，苯甲醚试剂分子进入到离子迁移谱中，由光电离产生反应试剂离子，如苯甲醚试剂离子，丙泊酚样品分子M和试剂离子发生电荷转移或者质子转移反应，生成待测样品的产物离子M+，通过软件实时记录丙泊酚产物离子的信号强度M+。丙泊酚标准气的相对湿度分别为0％RH、0.6％RH、5.9％RH、15.8％RH、28.5％RH、39.5％RH、53.4％RH、64％RH、75％RH、84.6％RH和95.5％RH，离子迁移谱图如图2所示，采用的苯甲醚试剂离子的迁移时间为7.18ms,约化迁移率为2.00cm2V-1s-1,丙泊酚的迁移时间和约化迁移率为9.54ms，约化迁移率为1.50cm2V-1s-1。随着丙泊酚标准样品相对湿度的增加，丙泊酚的信号强度也逐渐下降，如图3所示，所以受湿度的影响，丙泊酚产物离子峰的信号强度不能作为丙泊酚实时在线定量的依据。
实施例2
以呼出气丙泊酚检测为例,采用实时在线的离子迁移谱仪如图1所示，对5ppbv丙泊酚进行检测，通过负压实时采样丙泊酚样品气进入到离子迁移谱进行检测，苯甲醚试剂分子进入到离子迁移谱中，由光电离产生反应试剂离子，如苯甲醚试剂离子，丙泊酚样品分子M和试剂离子发生电荷转移或者质子转移反应，生成待测样品的产物离子M+，通过软件实时记录反应试剂离子的信号强度以及产物离子的信号强度M+。丙泊酚标准气的相对湿度分别为0％RH、0.6％RH、5.9％RH、15.8％RH、28.5％RH、39.5％RH、53.4％RH、64％RH、75％RH、84.6％RH和95.5％RH。采用丙泊酚产物离子信号强度与丙泊酚产物离子信号强度和反应试剂离子信号强度加和的比值作为丙泊酚标准气的定量，随着相对湿度的增加，如图4所示可以看出，这一信号强度比值不变，作为定量因子将不受湿度等其它干扰物的影响，所以将这一信号强度比值对不同浓度丙泊酚的标准气体做定量曲线，如图5所示，根据二级反应动力学方程，推导建立如下定量模型
Figure BDA0002306273870000041
通过origin软件拟合得到参数a＝0.55,b＝0.05,c＝0.12,所以建立的定量方程为
Figure BDA0002306273870000042
根据二级反应动力学方程，发展了一种实时在线的定量分析方法，该定量分析方法不受背景基质的干扰，通过实时在线校正，实现了呼出气丙泊酚等的准确在线定量，此定量模型同样适用于实时在线离子迁移谱仪用于检测其他的待测样品，用于提高复杂机制下目标化合物的定量准确性。

Claims (2)

1.一种实时在线离子迁移谱的定量方法，其特征在于：基于二级反应动力学方程，利用产物离子和试剂离子强度比值，建立试剂离子强度波动状态下的理论定量模型，提升实时定量的准确性和稳健性；通过实时在线校正的方法，实现对复杂机制中目标组分的准确实时在线定量。
2.根据权利要求1所述的实时在线离子迁移谱，其特征在于：
1)二级反应动力学方程如下，
Figure FDA0002306273860000011
其中k为离子分子反应速率常数，t为反应时间，
Figure FDA0002306273860000012
为反应试剂离子的浓度，
Figure FDA0002306273860000013
为样品分子的浓度，
Figure FDA0002306273860000014
为产物离子的浓度，由于产物离子的信号强度
Figure FDA0002306273860000015
和试剂离子的信号强度
Figure FDA0002306273860000016
在一定范围内和它们各自的浓度成正比，所以上述方程通过数学推导可以进一步表示成
Figure FDA0002306273860000017
其中
Figure FDA0002306273860000018
单位为ppbv，c＝kt，单位为cm3molecule-1，
Figure FDA0002306273860000019
e为自然常数，其值约为2.71828，通过测定一系列5个以上已知不同浓度的待测物的标准品于离子迁移谱中的产物离子的信号强度
Figure FDA00023062738600000110
和试剂离子的信号强度
Figure FDA00023062738600000111
通过origin拟合得到参数a、b和c，获得x和y相应的定量响应曲线；
2)通过实时采集样品气进入到离子迁移谱进行检测，试剂分子进入到离子迁移谱中，由电离源产生的反应试剂离子(如苯甲醚试剂离子)，样品分子M和试剂离子发生电荷转移或者质子转移反应，生成待测样品的产物离子M+，通过软件实时记录反应试剂离子的信号强度以及产物离子的信号强度M+；
3)将产物离子的信号强度M+与试剂离子的信号强度
Figure FDA00023062738600000112
之比作为y，代入定量响应曲线，获得待测样品中待测物的浓度。
CN201911241168.0A 2019-12-06 2019-12-06 一种实时在线离子迁移谱的定量方法 Pending CN112924521A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911241168.0A CN112924521A (zh) 2019-12-06 2019-12-06 一种实时在线离子迁移谱的定量方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911241168.0A CN112924521A (zh) 2019-12-06 2019-12-06 一种实时在线离子迁移谱的定量方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN112924521A true CN112924521A (zh) 2021-06-08

Family

ID=76161524

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911241168.0A Pending CN112924521A (zh) 2019-12-06 2019-12-06 一种实时在线离子迁移谱的定量方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112924521A (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115791949A (zh) * 2022-11-28 2023-03-14 中船重工安谱（湖北）仪器有限公司 一种气体检测***装置及用于气体检测的检测方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4548278A (en) * 1983-01-24 1985-10-22 Atlas Copco Aktiebolag Percussion tool
CN103884771A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于检测血液中丙泊酚麻醉剂的精准方法
CN103877645A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种血液中麻醉剂的检测控制装置
CN105628783A (zh) * 2014-10-28 2016-06-01 中国科学院大连化学物理研究所 试剂分子在离子迁移谱检测过氧化***物hmtd的应用
CN109813792A (zh) * 2017-11-21 2019-05-28 中国科学院大连化学物理研究所 一种离子迁移谱用于样品检测的定量方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4548278A (en) * 1983-01-24 1985-10-22 Atlas Copco Aktiebolag Percussion tool
CN103884771A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种用于检测血液中丙泊酚麻醉剂的精准方法
CN103877645A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 中国科学院大连化学物理研究所 一种血液中麻醉剂的检测控制装置
CN105628783A (zh) * 2014-10-28 2016-06-01 中国科学院大连化学物理研究所 试剂分子在离子迁移谱检测过氧化***物hmtd的应用
CN109813792A (zh) * 2017-11-21 2019-05-28 中国科学院大连化学物理研究所 一种离子迁移谱用于样品检测的定量方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FELIX MAURER ET AL.: "Calibration and validation of a MCC/IMS prototype for exhaled propofol online measurement", 《JOURNAL OF PHARMACEUTICAL AND BIOMEDICAL ANALYSIS》 *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115791949A (zh) * 2022-11-28 2023-03-14 中船重工安谱（湖北）仪器有限公司 一种气体检测***装置及用于气体检测的检测方法
CN115791949B (zh) * 2022-11-28 2024-01-23 中船重工安谱（湖北）仪器有限公司 一种气体检测***装置及用于气体检测的检测方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Junninen et al. A high-resolution mass spectrometer to measure atmospheric ion composition
CN112816436B (zh) 一种光谱-质谱联用装置及检测方法
Eichler et al. A novel inlet system for online chemical analysis of semi-volatile submicron particulate matter
CN105675788B (zh) 高效液相色谱串联质谱技术检测唾液中孕酮和睾酮的方法
CN106198704B (zh) 一种用于离子迁移谱的定量分析方法
CN110568056B (zh) 一种固体表面小分子物质的原位质谱定量方法
Yang et al. Selective determination of four arsenic species in rice and water samples by modified graphite electrode-based electrolytic hydride generation coupled with atomic fluorescence spectrometry
Ning et al. Direct detection of amino acids using extractive electrospray ionization tandem mass spectrometry
US7956323B2 (en) Ion mobility spectrometer and method for determining an analyte substance or an analyte substance mixture in the presence of a dopant mixture by means of an ion mobility spectrometer
CN112924521A (zh) 一种实时在线离子迁移谱的定量方法
CN107314999B (zh) 基于多元线性回归法的液体阴极辉光放电光谱分析方法
Han et al. Determination of alcohol compounds using corona discharge ion mobility spectrometry
CN109813792B (zh) 一种离子迁移谱用于样品检测的定量方法
CN109884158B (zh) 一种在线监测氨气的非放射性方法
CN110146487A (zh) 一种原位测定食品中总so2的方法
CN111239234B (zh) 一种在线监测氨气的非放射性方法
Nantaphol et al. Ultrasensitive and Simple Method for Determination of N‐Acetyl‐l‐Cysteine in Drug Formulations Using a Diamond Sensor
Heptner et al. A novel ion selective gas sensor based on pulsed atmospheric pressure chemical ionization and ion-ion-recombination
CN1503907A (zh) 通过电离迁移率分光术测定氩、氢、氮和氦中的水浓度的方法
Banga et al. Passive breathomics for ultrasensitive characterization of acute and chronic respiratory diseases using electrochemical transduction mechanism
CN112649494A (zh) 一种基于光电离离子迁移谱的多峰定量方法
Iqbal et al. On-line determination of trace copper in water using near-infrared spectroscopy and fluidized bed enrichment
US5641686A (en) Flow injection trace gas analysis method for on-site determination of organoarsenicals
CN112114025B (zh) 天然气中4He丰度的测量***及测量方法
Mikedi et al. Enhancing capabilities of aspiration-type Ion Mobility Spectrometer using a Pulsed Sampling System and a heated transfer line

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
RJ01 Rejection of invention patent application after publication

Application publication date: 20210608

RJ01 Rejection of invention patent application after publication