液相色谱-同位素比质谱概述
1、液相色谱-同位素比质谱发展历史
1993年美国Caimi和Brenna两位学者最早开发了LC与IRMS联用仪器设备, 他们设计出了用可移动金属丝装置去除溶剂和燃烧目标分析物的LCM-2接口设备。其工作原理是液相色谱的流出组分首先通过Cu和Pt涂层的移动金属丝, 在150 ℃干燥室作用下, 蒸发去除流动相溶剂, 接着金属丝移动至高温燃烧室, 高温燃烧将目标物转化成CO2气体, 一定程度上解决了样品的溶剂去除及目标物的气体转化等技术瓶颈, 实现了LC与IRMS直接联用； 但是该接口设备在实际样品的测定时, 有着回收率与准确度低, 设备使用寿命短等致命缺陷。
1996年Brand等学者改进了早期的移动金属丝接口设备, 提高了接口设备的使用寿命与检测灵敏度, 目标化合物的绝对碳含量达20 pg以上, 即可检测到样品中特征化合物的δ13C。
同年, Teffera技术团队设计出了化学反应接口设备, 该设备的工作原理是液相色谱流动相依次经过驱除溶剂的喷雾器, 雾化气体在反应室内纵向扩散, 接着通入氧气, 将目标物全部氧化成CO2气体, 采用动量分离器分离气体与液体, 待测CO2气体干燥进入IRMS主机, 进行目标化合物的δ13C测定。
2004年Thermo公司的Michael Krummen技术团队研究开发了第一款商品化的LC-IRMS接口设备——LC IsoLink装置, 克服了以往接口设备准确度低、氧化不充分和同位素分馏效应等技术缺陷问题。该接口设备由氧化反应管、冷却器、气液分离单元、气体干燥器和气体开发分流器5个单元构成, 采用湿式化学氧化法的工作原理； 样品中目标化合物首先经过液相色谱分离后, 与磷酸和过硫酸钠溶液混合进入氧化管, 在99.9 ℃温度条件下将化合物全部氧化为CO2气体, 接着冷却、气液分离与干燥后, 最后待测气体进入IRMS主机进行δ13C的测定。
2010年英国Isoprime公司的Morrison技术团队设计了第二款商业化的LC-IRMS接口设备Liquiface, 该接口设备也是采用湿式氧化方法的工作原理, 在液态条件下将目标化合物全部氧化转成CO2气体, 与LC IsoLink非常相似, 不同的部分是该接口设备多了一个去离子水泵, 构成三元泵系统。
2、LC-IRMS技术分类
LC-IRMS接口设备的技术原理是目标分析物通过湿式化学氧化法转化为CO2气体, 对样品特征化合物的δ13C进行检测分析； 因此, 该技术严格限制外源碳的引入, 导致液相色谱流动相不能用有机溶剂等体系, 只能用纯水, 以及纯水加入磷酸缓冲液、稀磷酸、稀硫酸或稀氢氧化钠溶液等作为流动相。根据液相色谱分离原理, 目前将LC-IRMS分为离子交换色谱、反相液相色谱和混合型色谱等3种联用技术。
自Thermo公司推出了第一款商业化的LC IsoLink接口设备以来, 离子交换色谱率先与同位素比质谱仪联用, 用于糖类、碳水化合物等特征化合物同位素分析中。该联用技术原理是糖类等碳水化合物可在纯水或低浓度的酸及碱等不含碳源的流动相体系下, 通过离子交换色谱柱实现单糖、二糖、多糖等混合物的分离, 达到特征化合物δ13C测定的目的。
反相液相色谱联用同位素比质谱技术
由于LC-IRMS的液相色谱流动相不能使用有机溶剂的缘故, 限制了反相液相色谱与同位素比质谱联用技术的发展。直到2008年, 瑞士学者Godin等提出了类似气相色谱的程序升温的高温液相色谱分离技术, 实现了反相液相色谱与同位素比质谱的联用。该技术的特点是在高温条件下, 降低水的黏度而提高洗脱能力, 使其达到有机溶剂的洗脱能力。目前, 反相液相色谱联用同位素比质谱技术越来越多的应用于非挥发的特征化合物同位素分析领域之中。
混合型色谱联用同位素比质谱技术
美国SIELC公司推出反相C18与离子交换基团复合型Primesep系列色谱柱产品, 此类色谱柱具有离子交换作用和反相C18吸附解吸的作用, 在低温及纯水流动相条件下, 实现小分子化合物的分离, 促使了一种新型的特征化合物同位素分析技术的产生。该LC-IRMS技术比较适合复杂基质样品的测定, 极大地拓宽了LC-IRMS特征化合物同位素分析的应用范围。
