一种新的简便实用的供毛细管电泳与电感耦合等离子体质谱联用的接口

　　1　引　言

　　经济的发展使人们对元素形态的测定更加关心,科技的进步使这种测定能力大为增强。在现代医学、生物学、食品科学、环境科学、毒物学中金属元素的生物活性、毒性以及在自然界的迁移和聚集都与这些元素的化学形态密切相关。通常能对金属元素的化学形态进行分离并能与ICP-MS联用的装置有高效液相色谱(HPLL)、气相色谱(GC)、超临界流体色谱(SFC)及毛细管电泳(CE)等等。但与上述的几种色谱相比,毛细管电泳具有操作简便,样品需要量少,分离效率高,运行成本低,易于推广,分离生物大分子(如蛋白质分子和肽分子)能力强等优点。因此,特别适于用来作金属元素的化学形态分离[1,2]。ICP-MS由于具有检测灵敏度特别高,可以进行多元素同时检测,特别适于与其它分离设备在线连接等优点,因此用它来作为CE的检测器是很适合的[3~5]。近年来德国GKSS研究中心的A.Prangeh和D.Schaumloffel在过去的基础上设计出一种新的能把CE与ICP-MS有效连接起来的接口[6,7]。最近美国CETAC公司与A.Prange和D.Schaumloffel又成功地把这种接口开发成为商品化的装置CEI-100推向市场[8]。本文简要介绍了这种CE-ICP-MS接口的原理、性能和应用,目的是扩大国内ICP-MS在化学形态分析方面的应用。

　　2　CE-ICP-MS的测定原理及测定过程

　　用A.Prange和D.Schaumloffel设计的CE-ICP-MS接口连接的整个CE-ICP-MS装置的原理示意图如图1所示。

　　从图中可见,在长度为50~100cm内径为25~100μm的熔融石英玻璃CE毛细管的两端分别通过缓冲液、提升液用铂金电极加上20~30kV的直流电压,使毛细管在长度方向上形成电压梯度。　

　　装入此CE毛细管中的待测样品中的不同种类、不同形态的离子由于其本身的质量、体积及所带电荷量的不同而导致它们在CE毛细管中的迁移速度各不相同,因而在不同时刻迁移到CE毛细管的末端,从而达到化学形态分离的目的。这种经CE毛细管分离过的样品由供雾化器工作的载气(Ar)所驱动进入雾化器的毛细管被雾化器雾化,再经雾化室除去大的雾滴进入ICP-MS的炬管被ICP-MS所检测。因此当ICP-MS的质量分析器固定在与某元素的某个同位素对应的质量数上时,ICP-MS在不同时刻检测到的不同信号就是此元素的不同形态的成分(离子)了。

　　3　A.Prange和D.Schaumloffel对CE-ICP-MS接口的改进

　　为了保证CE-ICP-MS有足够的灵敏度、分辨率,足够好的分离精度(重复性)和较窄的谱线宽度(峰宽),A.Prange和D.Schaumloffel在前人工作的基础上着重对CE-ICP-MS的有关部件作了如下几个方面的改进和设计:1)通过计算和实验验证减小了雾化器的毛细管的内径使雾化器的毛细管变细,从而使雾化器能在载气的作用下以2~12μL/min的流量雾化试样,并使雾化器的抽气作用(suction effect)变为最小,从而避免在CE毛细管内出现由雾化器的抽气作用引起的压力驱动流———层流(laminar flow),保证CE的分辨率;2)通过选定雾化器毛细管的参数使提升液(make up liquid)流量尽可能地小,从而控制提升液的输入量,减小被测样品被稀释的稀释比和整个装置的死体积,提高整个装置的灵敏度,减小谱线的峰宽;3)在CE-ICP-MS上,用铂金电极把20~30kV的直流高压加到CE毛细管的两端,从而保证CE毛细管两端具有稳定的电接触,进而保证整个装置出峰时间的稳定性,保证出峰时间的重复性;4)通过把界面分成CE毛细管和雾化器毛细管两部分使CE毛细管不插入雾化器毛细管,使CE毛细管和雾化器毛细管的参数能分开单独优化,CE毛细管的更换变得非常的简便;5)把与CE毛细管连接的雾化器放在一个死体积小(其体积约为5ml)的喷射雾化室(sprary chamber)中,以便减小CE-ICP-MS谱线宽度的增宽。