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手性现象与生命的起源息息相关,也对我们的健康有着至关重要的影响。众所周知,自然界中组成蛋白质的20种氨基酸(除甘氨酸不含手性碳原子外)全部是L型,而组成RNA、DNA中的核糖则均为D型。手性化合物的对映异构体,尤其是手性药物,往往具有不同的药物活性、作用机理、代谢途径和毒理作用。为了对对映异构体的纯度以及药理作用进行分析,人们开发了多种色谱和毛细管电泳(capillaryelectrophoresis,CE)手性分离和检测方法。近年来,由于色谱-质谱(mass spectrometry,MS)联用技术可以综合色谱的高效分离能力和MS的准确定性能力,进一步促进了手性分离和检测的发展。但目前的色谱-MS联用技术依然存在诸多问题,如正相液相色谱(normal phase liquid chromatography,NPLC)中大量非质子性洗脱溶剂对电喷雾MS(electrospray ionization mass spectrometry,ESI-MS)离子化盼抑制,CE中非挥发性盐和大分子手性添加剂对传统离子源的污染等。因此,研究开发新型色谱-MS联用技术对于手性分离分析技术的发展具有非常重要的意义。 本课题的研究目标是基于一种新型的敞开式离子源——实时直接分析MS(directanalysis in real time mass spectrometry,DART-MS),研究色谱-DART-MS在线联用技术及其在手性分离与检测中的应用。同时,制备新型手性金属有机骨架材料(metal-organic frameworks,MOFs),并将其作为手性分离介质,提高手性分离的效率。 首先,我们构建了NPLC-DART-MS的在线联用装置。NPLC是截止目前最有力的手性拆分技术之一,但由于其流动相中含有大量非质子性的溶剂,当其与ESI-MS联用时,存在严重的离子化抑制。在此部分工作中,我们利用三通分流将NPLC的洗脱液直接引入到DART的离子化区域内进行离子化,完成了NPLC与DART-MS的在线联用,成功实现了烟草特有亚硝胺与茉莉酸的手性分离以及定量检测。与传统的NPLC-MS联用技术相比,此方法可以有效地提高正相流动相中目标化合物的离子化效率,并减少源内的热裂解,降低MS图的复杂性,拓展了NPLC-MS联用技术的应用范围。 其次,发展了CE-DART-MS的在线联用技术。CE具有高效、快速、样品消耗量小以及环境友好等诸多优势。同时,其多种多样的分离模式和手性添加剂使其在手性分离方面得到了广泛的应用。但当其背景电解质溶液中含有非挥发性的盐或表面活性剂等添加剂时,则容易污染ESI-MS离子源,严重降低检测灵敏度。在此部分工作中,我们采用了三层鞘液型接口,通过引入外加鞘液和鞘气,实现了CE-DART-MS的在线联用,并通过采用非挥发性的硼砂作缓冲盐,实现了白茶提取液中内源性咖啡因的直接检测。与传统的CE-ESI-MS联用技术相比,CE-DART-MS对非挥发性的盐和表面活性剂具有较好的耐受性,拓展了CE-MS联用技术的应用范围。 第三部分,除拓展依托于商品化仪器的分离分析方法外,我们制备了具有磁性的手性金属有机骨架材料。在此部分工作中,我们采用一锅煮的方式,制备了Fe3O4@SiO2-MOFs复合材料。采用此Fe3O4@SiO2-MOFs复合材料作为吸附剂,利用外部磁场实现材料与本体溶液的快速分离,研究了该复合材料对亚砜类化合物的手性识别能力。实验结果表明,Fe3O4@SiO2-MOFs复合材料对甲基苯基亚砜具有较高的选择性吸附能力,其ee值高达85.2%。整个选择性吸附过程可以在3分钟内完成,且材料在重复使用6次后,其ee值未见明显降低。在后续的工作中,期待将已制备得到的金属骨架材料用作手性色谱填料,提高手性分离的效率。 第四部分,探索了敞开环境下,石墨烯纳米材料在等离子体辅助激光解吸离子化质谱中的基质效应。石墨烯具有超大的比表面积和超强的光吸收能力,不仅可以充分与被分析物之间发生相互作用,也可以充分吸收激光能量,并将激光能量传递给被分析物分子。其高效的能量吸收和传递能力,可极大地促进激光解吸附过程,提高激光的解吸附效率,进而提高PALDI-MS的检测灵敏度。实验过程中,我们选择了40多种不同结构的化合物,发现石墨烯对多种结构的化合物均具有较强的信号增强作用。我们还利用此方法检测了三种茶叶中不同含量的内源性咖啡因和茶氨酸,结果表明此方法可成功区别三种茶叶的种类,充分表明了此方法在实际样品分析中的适用性。 Laser-DART/MS联用技术。DART多采用氮气或氦气等气体离子体对样品进行离子化,但气流在离开离子源后存在严重的发散效应,故采用DART对样品进行分析时,其空间分辨率较低。为了提高其空间分辨率,本实验室引入了激光系统,搭建了Laser-DART-MS装置。在此基础上,我们引入了纳米材料以提高激光的解析附效率,提高装置的检测灵敏度。在诸多的纳米材料中,石墨烯与石墨烯氧化物具有超大的比表面积、优异的π-π共轭结构和光吸收能力。因此,在我的实验工作中,主要集中研究石墨烯与石墨烯氧化物对Laser-DART-MS的信号增强作用。 最后,在系统总结论文工作所取得的主要研究成果的基础上,对后续的研究工作提出了一些参考性的研究思路。