毛細管電層析/電灑法質譜儀之開發與應用

何國榮臺灣大學：化學研究所莊育傑2007-11-262018-07-102007-11-262018-07-102004http://ntur.lib.ntu.edu.tw//handle/246246/51891毛細管電層析(capillary electrochromatography , CEC)是結合毛細管電泳與高效能液相層析之特性的分離技術，藉由此特性可分離帶電荷及中性的分析物。以電灑法(electrospray ionization , ESI)質譜儀做為偵測器時，可以由滯留時間與質量做為定性的依據。在毛細管區帶電泳下，分析市售常見的八種除草劑，卻無法有效的達到分離效果;實驗室曾經使用微胞電動電泳(MEKC)，成功的分離這八種除草劑，但是在接上質譜儀分析後，由於緩衝溶液中加入非揮發性的添加劑（介面活性劑SDS），造成在離子化的過程中，添加劑與分析物互相競爭液珠過量電荷而抑制質譜訊號;本實驗的目的在捨去介面活性劑（SDS）的使用，避免SDS對除草劑質譜訊號的抑制，改以開管式毛細管(C8)與填充式毛細管(C18)為分離工具，利用靜相與除草劑間的作用力達到分離的效果；此外，實驗中將緩衝溶液醋酸銨的濃度降低，使醋酸銨對除草劑的抑制現象降到最低。Capillary electrochromatography (CEC) can be considered to be a hybrid of capillary electrophoresis (CE) and high performance liquid chromatography (HPLC) that has the potential to become a powerful separation tool for the analysis of charge and neutral mixtures. Electrospray ionization (ESI)-MS is the best chromatography detector available for both retention time and mass analysis. The eight commercial triazine cannot be separated effectively by capillary zone electrophoresis (CZE). Thus, in previous work, micellar electrokinetic chromatography (MEKC) has been tried and the method can successfully separate the eight triazine. However, when MEKC couples with MS, the nonvolatile surfactant has been added to the buffer solution NH4OAc. So in the process of ionization, the surfactant and analyte compete the surface charge of droplet with each other. Therefore, the purpose of this experiment is giving up the use of SDS so that the inhibitioin of signal can be avoided. We use ot-CEC and packed-CEC instead, and the efficiency of separation can be achieved by the partition between stationary and mobile phase. Besides, we reduce the concentration of buffer solution NH4OAc and make the inhibition of signal much lower.總目錄圖目錄表目錄中/英文摘要第一章毛細管電泳電灑法質譜儀簡介………………………………………….….1 1-1 毛細管電泳原理…………………………...……………………………….1 1-1-1 電泳……………………………………………………..……………1 1-1-2 電滲透流………………………………………………….………….3 1-1-3 毛細管電泳的樣品注入方式………………………………………..6 1-1-3-1 電動注入法…………...………………………….…………..7 1-1-3-2 重力注入法…………………………………………………..8 1-2 毛細管電層析簡介……...…………………….......……….……………….9 1-2-1 管柱的種類………………………………………………..………..10 1-2-1-1 填充式毛細管…………………………..…………………..11 1-2-1-2 開管式毛細管…………………………..…………………..12 1-2-1-3 整體式毛細管…………………………..…………………..13 1-3 毛細管電層析與高效能液相層析的比較…..……………………………14 1-4 使用質譜儀作為偵測器………………………….....…...….…………….16 1-4-1 電灑游離法……………………..…..………………………..……..17 1-4-2 毛細管電泳/電灑法質譜儀界面…………………..…………….…19 1-4-3 毛細管電層析/電灑法質譜儀之應用……………..…………….…24 1-5 四極式離子阱的簡介….…………………………………………….……26 1-6 研究動機……….…………………………………………………….……32 第二章實驗部分…………………………………………………..….…..….…….44 2-1 藥品………………………………………………………..……..………..44 2-2 儀器裝置……………………………………………………………….….45 2-2-1 毛細管電層析裝置……………………………………..…………..45 2-2-2 電灑法質譜儀……………………………………..………………..45 2-2-3 開管式毛細管的製備…………………………………..…………..46 2-2-4 填充式毛細管的製備…………………………………..…………..47 2-2-5 frit的製備……………………….……………………..…………..49 2-2-6 低流速鞘流界面之製作………………………………..…………..50 2-2-7 低流速鞘流界面設置…………………………………..…………..51 2-3 毛細管電層析質譜儀的實驗過程…………………………………….….52 2-3-1 實驗前處理……………………………………………..…………..52 2-3-2 實驗條件…………………………………………..………………..52 第三章結果與討論………………………………………………..….…..….…….64 3-1 毛細管電層析電灑法介面的使用概念……...……………………….….66 3-2 除草劑的分析………………………………………………………….….68 3-2-1 緩衝溶液對質譜訊號的抑制…………………………..…………..70 3-3 開管式毛細管質譜儀的分離………………………...……………….….73 3-3-1 分離條件………………………………………………..…………..75 3-4 填充式毛細管質譜儀的分離…………...…………………………….….79 3-4-1 frit的影響…...............…………..………………………..………..79 3-4-2 分離條件………………………………………………..…………..81 3-5 分析方法的比較……………………………………………………….….84 3-5-1 開管式 v.s. 填充式 CEC質譜儀……………………..…………..85 3-5-2 填充式CEC v.s. MEKC質譜儀…….……………….....…………..86 3-6 結論………………………………………………………..……..………..88 參考文獻………...…………………………………………….................................102 .. 圖目錄圖1-1、毛細管管壁電雙層結構圖………………………………………………….34 圖1-2、毛細管電泳(左)與一般液相層析(右)之流速橫切面比較圖..…….……….35 圖1-3、電灑示意圖………………………………………….………………………36 圖1-4、泰勒錐 (Taylor cone)示意圖………...…….……………………………….37 圖1-5、無鞘流毛細電泳質譜界面…….……..…….……………………………….38 圖1-6、鞘流溶液毛細電泳質譜界面………………...…………………………….39 圖1-7、液體結合式毛細電泳質譜界面……..…..……..…………………………..40 圖1-8、低流速鞘流溶液毛細電泳質譜界面……..…....…………………………..41 圖1-9、離子阱質譜儀之大氣壓界面裝置…..…..…………………………………42 圖1-10、MEKC的電泳行為………..………………………………………………43 圖2-1、開管式毛細管製作流程圖與裝置….…..………………………………….54 圖2-2、填充式毛細管之裝置………………..…………………………….……….55 圖2-3、填充式毛細管製作流程圖…………………………………………………56 圖2-4、填充式毛細管示意圖……..…….………………………………………….57 圖2-5、 frit的示意圖(a) inlet frit (b) inlet frit 與 C18 particle………..……..…58 圖2-6、低流速鞘流界面示意圖….……….….…………………………………….59 圖2-7、低流速鞘流界面設置圖…….......………………………………………….60 圖2-8、低流速鞘流界面中微電灑噴頭與質譜儀加熱毛細管之間的放大圖……61 圖2-9、八種除草劑化合物的結構..…..……………………………………………62 圖3-1、使用低流速鞘流界面，以毛細管區帶電泳（CZE）分析八種除草劑之質譜層析圖。分離的緩衝溶液為50 mM醋酸銨 ( pH =3.85)，鞘流溶液為70 %甲醇＋1 % 醋酸，電灑電壓為+ 2 kV，毛細電泳分離電壓為+22 kV….……………………………………………………….…..89 圖3-2、使用低流速鞘流界面，以微胞電動毛細管層析電泳（MEKC）分析八種除草劑之質譜層析圖。分離的緩衝溶液為20 mM醋酸銨+ 25 mM SDS( pH = 7)，鞘流溶液為70 %甲醇＋1 % 醋酸，電灑電壓為+ 2 kV，毛細電泳分離電壓為+22 kV….………………………………..90 圖3-3、(a)將Atrazine溶於20 mM 醋酸銨和不同濃度的SDS中，以電滲流方式連續注入，在不同SDS濃度下分析物的絕對訊號大小(b)在不同 SDS濃度下，分析物相對訊號的差異性……..…………………………..91 圖3-4、(a)將Atrazine溶於不同濃度的醋酸銨中，以電滲流方式連續注入，在不同醋酸銨濃度下分析物的絕對訊號大小(b)在不同醋酸銨濃度下，分析物相對訊號的差異性.….……………………………………….….92 圖3-5、SEM圖(a)空毛細管內壁(b)C8-TEOS塗附的開管式毛細管內壁……….93 圖3-6、(a)以毛細管電泳分析八種除草劑之CE-UV圖。 (b)以開管式毛細管電層析分析八種除草劑之ot-CEC-UV圖。緩衝溶液為50 mM醋酸銨pH值為7.0，分離電壓為+20 kV………………………………………………..94 圖3-7、使用低流速鞘流界面，以開管式毛細管電層析分析八種除草劑之質譜層析圖。分離的緩衝溶液為50 mM醋酸銨於80%的乙腈 (acetonitrile)中( pH =3.85)，鞘流溶液為70 %甲醇＋1 % 醋酸，電灑電壓為+ 2 kV，毛細電泳分離電壓為+22 kV………….…………..…..95 圖3-8、使用低流速鞘流界面，以開管式毛細管電層析分析八種除草劑之質譜層析圖。分離的緩衝溶液為50 mM醋酸銨於50%的乙腈 (acetonitrile)中( pH =3.85)，鞘流溶液為70 %甲醇＋1 % 醋酸，電灑電壓為+ 2 kV，毛細電泳分離電壓為+22 kV…….…..………...……..96 圖3-9、使用低流速鞘流界面，以毛細管區帶電泳分析八種除草劑之質譜層析圖。分離的緩衝溶液為5 mM醋酸銨( pH =7)，鞘流溶液為 70 %甲醇＋1 % 醋酸，電灑電壓為+ 2 kV，毛細電泳分離電壓為+22 kV.……………….………………………………………………….97 圖3-10、使用低流速鞘流界面，以填充式毛細管電層析分析八種除草劑之質譜層析圖。分離的緩衝溶液為5 mM醋酸銨於90%的乙腈 (acetonitrile)中( pH =7)，鞘流溶液為70 %甲醇＋1 % 醋酸，電灑電壓為+ 2 kV，毛細電泳分離電壓為+22 kV……………………………….98 圖3-11、使用低流速鞘流界面，以填充式毛細管電層析分析八種除草劑之質譜層析圖。分離的緩衝溶液為5 mM醋酸銨於80%的乙腈 (acetonitrile)中( pH =7)，鞘流溶液為70 %甲醇＋1 % 醋酸，電灑電壓為+ 2 kV，毛細電泳分離電壓為+22 kV………………………………..99 表目錄表2-1、八種除草劑化合物的分子量與pKa值………………......……………...63 表3-1、填充式毛細管電層析、開管式毛細管電層析與微胞電動毛細管層析電泳/質譜儀的訊號比較…………...…………………………………......100 表3-2、填充式毛細管電層析與微胞電動毛細管層析電泳/質譜儀的訊號比較.1012559197 bytesapplication/pdfen-US毛細管電層析電灑法除草劑capillary electrochromatographyCECelectrospray ionizationESItriazine毛細管電層析/電灑法質譜儀之開發與應用thesishttp://ntur.lib.ntu.edu.tw/bitstream/246246/51891/1/ntu-93-R91223015-1.pdf