基于FAIMS谱图峰位置的离子迁移率非线性函数解析

离子迁移率的非线性函数反映了物质本身的微观碰撞特性,是FAIMS技术实现离子分离检测的基础。现有的离子迁移率非线性函数求解方法多是近似求解,存在较大误差。该工作提出了一种基于半正弦分离电压和FAIMS谱图峰位置下的严格求解方法,推导出严格的二阶、四阶系数求解方程。利用自制的高场不对称波形离子迁移谱仪分别对乙醇、间二甲苯和正丁醇三种典型的醇和苯类物质进行检测,获取了三种物质的FAIMS谱图,通过谱图峰位置获得了不同分离电压值下的补偿电压,利用最小二乘法求出三种离子非线性函数二阶、四阶系数。拟合后的均方误差表明FAIMS非线性函数严格求解的方法,明显优于现有的求解方法。有助于提高FAIMS检测分辨率,进而有助于建立更加准确的FAIMS图谱,实现FAIMS对检测物质的精准识别。     

高场不对称波形离子迁移谱谱图峰分析方法研究

从离子运动轨迹入手,引入损耗高度,建立了高场不对称波形离子迁移谱(FAIMS)的谱图峰模型. 该模型将流场分布、离子迁移管结构、分离电压以及补偿电压等FAIMS关键参数与FAIMS谱图峰形、峰高、半高宽联系起来,得到了清晰的量化关系,与实验数据符合较好.     

金匮肾气丸的紫外光谱-质谱/质谱研究

在建立金匮肾气丸的指纹图谱的基础上,采用紫外光谱-质谱/质谱联用的方法鉴别了主要指纹峰的化学结构。采用Symmetry ShieldTM RP₁₈(5 μm, 4.6 mm×15 mm)色谱柱, 乙腈-1%冰醋酸梯度洗脱, 流速1.0 mL·min-1, 检测波长248 nm的色谱条件建立不同样品的指纹图谱,确定不同样品的共有指纹峰。不同样品之间的相似度使用国家药典委员会开发的中药色谱指纹图谱相似度评价系统研究版(2004A)计算。质谱仪所用离子源为大气压电喷雾电离源(ESI),柱后分流0.5 mL·min-1, 雾化气压力：0.33 MPa;干燥气流速9.0 L·min-1;毛细管电压4 kV;传输电压70 V。选择负离子扫描方式, 扫描范围(m/z) 100～2 000,再利用离子阱对准分子离子峰及选定的碎片离子进行二级质谱(MS2)分析,记录总离子流(TIC)色谱图及二级质谱图。结果显示, 金匮肾气丸的主要成分得到较好的分离,不同样品相比相似度有所差异,但均具有相同的色谱特征峰,共标定出19个指纹峰。根据标准品的保留时间和紫外光谱图,鉴别出马钱苷、桂皮醛、丹皮酚三个指纹峰的化学成分。根据紫外光谱-质谱/质谱多维联用技术获得的各指纹峰的分子量及结构信息,进一步推测出1,2,3,3-O-没食子酰葡萄糖、马钱苷、芍药苷、1,2,3,6,4-O-没食子酰葡萄糖、大豆脑苷、山茱萸裂苷、五没食子酰葡萄糖苷、苯甲酰羟基芍药苷等10个指纹峰的可能化学成分。所建立的金匮肾气丸指纹图谱特征性强、重现性较好, 信息量丰富, 对金匮肾气丸的化学表征及质量评价有重要的参考价值。     

痕量挥发性有机物的高场不对称波形离子迁移谱研究

高场不对称波形离子迁移谱(high-field asymmetric waveform ion mobility spectrometry,FAIMS)技术是一种快速、高灵敏的痕量物质检测技术.利用自制的高场不对称波形离子迁移谱仪分别对丙酮、苯和甲苯样品进行了检测,结果表明三种挥发性物质在谱图中的分离效果优于传统离子迁...     

一种离子迁移谱谱图重构及特征峰提取算法

离子迁移谱(IMS)是一种常压下快速、高灵敏度的痕量化学物质检测方法,广泛应用于化学战剂、爆炸物和毒品等检测领域。在离子迁移谱定性和定量分析中,采集到的原始谱图除了包含样品自身信息外,还包含了电噪声、背景干扰等噪声,特别是当分析物浓度低时,噪声会严重影响定性和定量分析的准确性。为提高离子迁移谱技术化学物质识别准确率,需要对离子迁移谱谱图信号进行重构。本文提出一种可同时实现离子迁移谱谱图重构和特征峰提取的新方法。通过建立优化目标函数,采用l_1范数作为线性惩罚项,λ为正则化参数用来调节惩罚项在优化过程中的比例。为了求解优化目标函数,首先构造一个由Gaussian分布函数构成的超完备字典来表示离子迁移谱离子特征峰峰形,采用替代函数方法对优化目标函数进行迭代求解,当达到重构谱图与原始谱图均方根误差小于设定的阈值时停止迭代。为了验证提出的方法性能,分别采用仿真数据和甲基磷酸二甲酯(DMMP)样本数据进行验证,其中仿真数据由高斯分布函数字典原子及高斯白噪声组成。与此同时,我们对仿真数据和真实样本数据分别采用小波软阈值、小波硬阈值及S-G平滑滤波算法进行去噪重构。采用均方根误差(RMSE)和信噪比(SNR)作为评价指标,实验结果表明该方法成功实现离子迁移谱谱图重构和特征峰提取,预处理结果比其他三种方法有显著的性能提升,为开展离子迁移谱定性和定量分析研究提供了基础。     

3维荧光应用于中药检测一些问题的探讨

质量控制和成分分析是目前中药研究所面临的两大课题.三维荧光光谱对于解决这两个问题都能提供一定的思路和方法.针对中药质量控制,三维荧光指纹图谱有着独特的优越性,但是也有一定的局限性.简要介绍了三维荧光指纹图谱数据库检索系统的工作原理.针对中药成分分析,根据三维荧光谱图的特征和中药特征荧光峰位置比较集中的特性,提出了以荧光官能团解析三维荧光谱图的思路和假想.介绍了常见中药三维荧光光谱中八种特征峰的位置,并根据荧光光谱的性质推断出第一、二、三种特征峰都是由苯样结构发出的.     

拉曼光纤技术快速无损鉴别甲硝唑片

采用光纤探头直接放在甲硝唑片上进行检测,采集谱图,对拉曼光谱峰进行指认,并改变测定条件(药品隔铝塑包装、刮除包膜)进行测定。建立了光纤传感技术结合拉曼光谱快速无损鉴别甲硝唑片的方法,所测药物图谱峰形良好、峰强明显、指纹性强、测定快速准确,可瞬间获得片剂的特征图谱。样品无需进行前处理,可无损鉴别。药片检测时,是否隔铝塑包装和刮除包膜不影响谱图识别。本法快速、准确、专属性强、灵敏度高,可用于对甲硝唑片进行有效的鉴别。     

同分异构体挥发性有机物的放电离子淌度谱研究

离子淌度谱利用大气压下不同离子在电场中的运动速度不同来达到分离离子的目的。离子在电场中的运动速度不仅与离子的质量有关,也与离子的结构有关,因此离子淌度谱可以有效地用来区分同分异构体。文章报道了用自行研制的放电离子源离子淌度谱仪对碳骨架异构、官能团类别异构和官能团位置异构的三类同分异构体进行了实验研究,得到了九种挥发性有机物的离子淌度谱,测量了各离子的约化迁移率,与前人使用神经网络理论得到的计算值相一致。实验表明这些同分异构体有机物能够在高分辨的离子淌度谱中实现分离,而且对本实验所研究的九种同分异构体有机物而言,迁移率大小符合规律：醇类<酮类<芳香类,直链<分支<环状,对位<间位<邻位。实验中使用指数稀释法对样品进行了定量分析,利用该方法得到的检测限达到ng·L-1量级。其中对官能团类别异构的同分异构体以及丁醇同分异构体的放电离子淌度谱研究均为首次报道。     

黄芩及其提取物红外光谱与二维相关光谱的鉴别

采用二维红外相关技术,对黄芩原药材、饮片及其提取物进行分析研究。在一维红外光谱中,各样本间的谱图十分相似,导数光谱分析发现,经过炮制之后在1 745和1 411 cm-1处吸收峰向高波数位移,1 357 cm-1处吸收峰向低波数位移。二维红外谱图显示的药效组分特征差异明显,生黄芩在1 300～1 800 cm-1波数范围内有4个特征峰,以1 575 cm-1最强;黄芩片的自动峰有3个区域;酒黄芩的自动峰有2个区域。各区域内自动峰均为正相关。不同样品总苷提取物的一维谱图显示, 在1 615, 1 585, 1 450 cm-1(苯环骨架振动)和1 658 cm-1(CO)附近均有特征吸收,二阶导数谱图给出在1 656 cm-1(黄酮的CO)附近有特征峰,推测共有的成分为酚苷类化合物。二维谱图在800～1 800 cm-1波段均体现苯环骨架振动的5个自动峰1 366,1 420,1 508,1 585,1 669 cm-1。可见红外光谱宏观指纹技术可提供大量整体信息,能够较准地把握黄芩的整体质量。可用于研究黄芩药材及饮片特征的相关性。     

二氯苯3种同分异构体及其阳离子的红外光谱研究

用从头算理论,在B3LYP/6-31G（d）基组水平上对二氯苯3种同分异构体及其阳离子进行了优化计算,得到其稳定构型,从而得到它们的红外振动光谱;计算结果显示,二氯苯的3种同分异构体的电离是对二氯苯中氯原子的电离。通过对所得红外光谱的分析得到,二氯苯3种同分异构体及其阳离子的红外振动谱有很大的差别,氯的位置的不同对偶极矩变化的大小有很大的影响;而且,分子的电离对振动偶极矩的变化产生了较大的影响。     

离子迁移率探测器电场优化设计的研究

离子迁移率探测器(Ion Mobility Spectrometry, IMS)在大气环境下, 可以直接对一些物质的分子进行分析, 尤其是可实现对爆炸物品和毒品物质分子的在线检测分析, 显示出它广泛的应用前景. IMS~的电场设计, 是影响IMS物质分辨率的重要因素. 对影响IMS电场的因素进行分析后, 重新设计了IMS结构, 通过对新、旧结构的电场进行模拟、比较、分析, 同时用新设计IMS结构对一些物质进行实际测量分析, 所得结果与国际公认结果对比, 误差小于±4%. 证明新结构电场设计合理有效, 与传统IMS电场设计相比, 是优化的IMS电场结构.     

Au/SiO2纳米复合型材料的光吸收性质

在室温下用离子束溅射沉积工艺在石英基材上生成Au-SiO2复合薄膜。把生成薄膜从500~900℃(分别保温5 min)分五个不同温度进行退火处理。用X光衍射方法(XRD)对薄膜结构进行了测试,得到Au-SiO2纳米复合薄膜未退火(as-dep)和退火后的X射线衍射谱;透射电子显微镜(TEM)观察了经过700℃退火处理复合薄膜中Au粒子在薄膜中分布状态和颗粒大小。用分光计测试薄膜光吸收特性,吸收光谱范围为190~1000 nm,发现退火温度从500~700℃,光谱吸收峰有明显红移存在,而在更高温度吸收峰的位置和强度几乎都不变。这与X射线衍射检测吻合。并用德鲁特(Drude)模型给于理论解释。     

混合载气高场不对称波形离子迁移谱中He‐N2 比例对挥发性有机物混叠峰分离的影响研究

载气混合是提高高场不对称波形离子迁移谱（FAIMS）离子分离能力的一个重要方法,在生物大分子质谱研究领域已得到广泛应用,但缺乏在环境小分子领域的研究。选取挥发性有机物（VOCs）中芳香烃、醇、烷烃、酸、酮类中的五种物质（邻二甲苯、异丁醇、正己烷、乙酸、丙酮）为研究对象,研究了混合气体中He-N₂比例对VOCs中单体-二聚体离子混叠峰峰位置、分离度及总离子通过率的影响。实验结果表明,随着FAIMS载气中He比例的增加,5种VOCs中单体及二聚体离子峰峰位置发生偏移,且单体峰与二聚体峰偏移程度不同,单体峰偏移量先增加后减少,而二聚体峰峰位置偏移量逐渐增加;随着FAIMS载气中He比例的增加,五种VOCs离子混叠峰的分离度逐渐增加并趋于饱和,邻二甲苯、异丁醇、正己烷、乙酸、丙酮5种样品的混叠峰分离度达到饱和时对应He比例分别是：20%,30%,10%,40%和20%;随着FAIMS载气中He比例的增加,邻二甲苯、异丁醇、正己烷、丙酮的离子信号强度无明显变化,乙酸的离子信号强度下降明显。该研究为提高FAIMS对环境小分子的分离能力提供了一种可行的方法。同时,也验证了高电场下布朗定律在小分子离子应用上的有效性。     

Photoelectron spectroscopic studies of the butylbenzenes

The He(I) photoelectron spectra of the geometrical isomers of butylbenzene have been compared. All the isomers have first ionization potentials within 0.08 eV but show variations in the higher ionization energy range. A valence-electron-only model potential (VEOMP-3G) method is employed to aid in the spectral assignment. Comparison with the spectra of benzene and the butyl moiety indicates that the spectra of the butylbenzenes can be interpreted according to a composite-molecule model, which indicates that CC as well as CH hyperconjugation must be invoked to adequately describe the benzene—butyl interactions.     

Investigation of surface layers by SIMS and SIIMS

In the Secondary Ion Mass Spectrometry (SIMS) the sample to be analysed is bombarded with a beam of primary ions. The secondary ions sputtered away from the sample, characteristic for its composition near the surface at any time, are mass selected and detected in a mass spectrometer. The yields of several elements in a Fe-matrix and in technically pure samples bombarded with positive oxygen and argon ions have been determined to study the influence of the matrix and the primary ions on the ion yields. The properties of SIMS and of two of its special modes viz. Static Secondary Ion Mass Spectrometry (SSIMS) and Secondary Ion Imaging Mass Spectrometry (SIIMS) with respect to the analysis of surface layers are discussed.     

基于可见与近红外光谱联用的柑桔黄龙病快速无损检测研究

黄龙病是柑桔果树的毁灭性病害,对柑桔产业危害巨大。基于模型平均理论,探讨联用可见与近红外光谱技术,提高柑桔黄龙病快速无损检测精度的可行性。采集记录柑桔叶片的可见与近红外光谱,经实时荧光定量PCR鉴别黄龙病叶片为轻度、中度和重度三类,缺素和正常样品也经PCR鉴定,共五类叶片。基于光谱直接拼接、光谱归一化拼接和模型平均三种不同策略,结合偏最小二乘判别分析(PLS-DA)和多元线性回归(MLR)方法,分别建立了柑桔黄龙病可见与近红外光谱联用无损检测模型。经比较发现,光谱联用模型的检测精度均高于可见或近红外单一检测模型,且经导数处理后的光谱直接拼接PLS-DA模型检测精度最高,模型预测相关系数为0.97,预测均方根误差为0.67,模型总误判率为3%,其原因是导数消除了光谱的基线漂移。光谱归一化拼接的PLS-DA模型检测精度次之,模型总误判率为7%。可见与近红外模型平均的检测精度最低,模型总误判率为7.2%。实验结果表明,联用可见与近红外光谱,结合光谱拼接方法,提高了柑桔黄龙病无损检测模型的检测精度,研究可为其他领域的光谱联用提供参考依据。     

太赫兹技术对二甲基苯甲酸六种同分异构体的识别

选取了在化工、医药生产中常见的中间体——二甲基苯甲酸作为研究对象,利用太赫兹时域光谱（THz-TDS）系统研究了室温条件下,二甲基苯甲酸的六种同分异构体在太赫兹波段的吸收光谱。实验结果表明,在0.2～2.2 THz波段范围内,六种物质的特征频谱响应有非常明显的区别,而红外光谱仪的测量结果则显示,在1 450～1 700 cm-1波段范围内不同的异构体表现出相似的吸收特征。利用密度泛函理论(DFT)对六种物质的吸收频谱进行计算,并对它们的吸收峰产生的原因进行分析,可知在1 450～1 700 cm-1范围内六种物质的吸收峰均是由苯环的骨架伸缩振动和羧基上CO的伸缩振动引起的,而在0.2～2.2 THz波段,由于六种物质分子中整个苯环与相对位置不同的三个支链之间存在面外相对摆动,造成了集体振动模式的差异,从而表现出不同的吸收特征。通过分析发现,六种样品在两个频率范围分别表现出的差异和相似的吸收特征,源于其分子结构间的差异性和相似性,而利用太赫兹波段吸收特征的差异,可以实现对二甲基苯甲酸六种同分异构体的鉴别。上述研究结果表明,利用太赫兹和红外光谱技术研究同分异构体光谱特性的差异性和相似性是可行的,也为快速鉴别二甲基苯甲酸异构体种类和检测该化工中间体的纯度提供了一条有效的途径。     

离子迁移谱检测技术及其应用

离子迁移谱技术是最近几十年发展起来的对微量化学物质进行检测的一种方法．目前它在探测各种化学物质，尤其是毒品和爆炸物方面获得了广泛的应用．文章主要对离子迁移谱仪的原理和检测方法、核心部件——迁移管的构造、其中的化学反应过程以及仪器的应用等几个方面作了介绍．     

Direct comparison of ion scattering and secondary ion emission as tools for analysis of metal surfaces

In this work an experiment is described which allows in situ comparison of SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry) and ISS (Ion Scattering Spectrometry). Measurements on Cu and stainless stell surfaces show that in some respects qualitative agreement between both methods exists. In both cases quantitative surface composition analysis is hampered by the lack of knowledge of secondary ion yields. Especially in case of SIMS the adsorbed species like oxygen have a great influence on the ion yield.     

芬太尼类物质的振动光谱特征分析研究

通过分析28种芬太尼类物质的红外和拉曼光谱,研究了芬太尼类物质的振动光谱特征,考察了红外和拉曼光谱对芬太尼类物质的区分能力。整体上看,芬太尼类物质的红外和拉曼光谱表现出不同的光谱特征,具有互补性。在红外光谱中,不同盐型芬太尼类物质在3200～2 000 cm-1区间差异显著,碱型化合物在2 972～2 952 cm-1存在强的吸收峰,盐酸盐化合物在2 600～2 320 cm-1存在中等强度的多重吸收峰,枸橼酸盐化合物在3 100～2 800 cm-1存在中等偏弱的宽吸收峰。在红外光谱中,芬太尼类物质在1 750～1 630 cm-1存在由C═O键伸缩振动引起的强吸收峰,在710～680 cm-1存在由苯环面外弯曲振动引起的强的单峰或双峰。在拉曼光谱中,28种芬太尼类物质均在1 001～1 002 cm-1处有强的拉曼峰,该峰是由苯环上C-H键的面内弯曲振动引起的。含烷基、苯基、四氢呋喃基取代化合物的拉曼光谱中,1 000 cm-1左右位置的峰为基峰,其他峰的强度均低于基峰强度的30%;含氟、呋喃、硫代等取代基化合物的拉曼光谱中,除1 000 cm-1左右位置的峰外还有其他高强度的峰。红外光谱可用于区分所有芬太尼类物质,对绝大多数化合物区分度高,对个别结构相差一个甲基的芬太尼结构类似物的区分度较弱,但通过指纹区的特征吸收峰,也可实现区分。当不存在荧光干扰时,拉曼光谱可用于区分所有的芬太尼类物质,对绝大多数化合物区分度高,对部分结构相差一个甲基或不同位置甲基取代的芬太尼结构类似物的区分度较弱,但通过指纹区的特征峰,也可实现区分。红外光谱和拉曼光谱均具有无需样品前处理、测试速度快、检测成本低、绿色环保等优点,便携式设备可用于现场快速检验。拉曼光谱仪测定某些样品时会受到荧光干扰,具有一定的局限性。与拉曼光谱相比,红外光谱无荧光干扰、谱图一致性高、商业谱库更加完备,是现场快速定性分析的首选方法。