專利名稱：用于有機(jī)化合物的絕對定量方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及儀器分析化學(xué)領(lǐng)域，更具體地，涉及利用色i普分離 系統(tǒng)確定有機(jī)化合物的方法，該方法不需要4交準(zhǔn)特定設(shè)備對于每種 化合物的儀器響應(yīng)，并且它的應(yīng)用將包括如環(huán)境部分(部門)和工 業(yè)過程控制的部分。
背景技術(shù)：
當(dāng)需要確定到達(dá)分析實(shí)驗(yàn)室的任何樣品中的 一種或多種有機(jī)
化合物的含量時(shí)，通常遵循以下步驟
a) 如果該樣品為固體，則將待確定的有枳』化合物溶解或浸濾 在合適的溶劑中。在液體樣品的情況下，所有需要的是將有機(jī)化合 物萃:f又(extraction)到合適的溶劑中。此時(shí)，或稍后，可以將某一 類型的內(nèi)標(biāo)物(internal standard )力口入到才羊品中以 <更才交正隨后的方 法誤差。這些內(nèi)標(biāo)物可以為i)不同于待被確定的化合物并且在樣 品中不存在的化合物(內(nèi)標(biāo)法)，ii)一種或多種待被確定的化合物， 其中在化合物中存在的元素的任何一種的同位素豐度已被改變(同 位素稀釋法)，或者iii) 一種或多種待被確定的化合物，但是無需
修改天然同位素豐度(標(biāo)準(zhǔn)疊加法)。當(dāng)才羊品為液體時(shí)，內(nèi)標(biāo)物可 以4被直接加入倒到樣品中。b) —旦化合物已從固體中萃取，或者當(dāng)樣品為液體時(shí)，通過 非-色譜技術(shù)預(yù)富集(預(yù)濃縮)或分離其它干擾化合物的方法可能是 必需的，必須確定其產(chǎn)率。
c) 最后，將制備的樣品注入到色i普系統(tǒng)中以便通過合適的儀 器裝置分離存在的不同的有才幾化合物并沖企測它們。
d )將峰面積或峰高中的信號與由4寺確定的每種化合物的純標(biāo) 準(zhǔn)物(standards)制備的校準(zhǔn)線進(jìn)行比較，因?yàn)閷τ诿糠N化合物， 儀器信號是不同的。這種校準(zhǔn)使得可以確定注射的樣品中的有機(jī)化 合物的含量。值得注意的是，分析步驟無疑是該方法中最昂貴的， 因?yàn)殍b定的標(biāo)準(zhǔn)物是昂貴的，并且樣品中存在的每種化合物需要獨(dú) 立校準(zhǔn)，其需要時(shí)間和金錢。
e)如果在上述內(nèi)標(biāo)物中，已經(jīng)使用了某一類型的內(nèi)標(biāo)物，貝'J 定量方法稍孩t不同。
同位素稀釋是五十多年前描述的經(jīng)典的元素測定^支術(shù)。它基于 通過加入具有改變的同位素豐度的已知量的同一元素(示蹤劑)來 考慮改變樣品中元素的同位素豐度并且通過質(zhì)i普法測量混合物中 的最終同位素豐度。
該原理可以用于利用在線同位素稀釋(on-line isotope dilution ) 測定從色譜系統(tǒng)洗提的元素的量，其基本原理已經(jīng)在各種出版物[(1) 至(5)]中描述。在色i普分離后不斷地混合樣品和示蹤劑(流動中) 并且通過質(zhì)譜法測量作為時(shí)間函#t的混合物中的同^立素比Rm。如 果輸入混合物的示蹤劑隨時(shí)間保持恒定，則混合物中測量的同位素 比(Rm)將僅取決于樣品中待分析的元素，其可以是恒定或變化的。當(dāng)在線同位素稀釋用于色譜分離后的元素分析時(shí)，它對于存在 于從色譜柱洗提的化合物與用作示蹤劑(其包含同位素富集的元 素)的化合物之間的同位素平4釺是必不可少的。
這種同位素平4軒的實(shí)現(xiàn)已經(jīng)描述在^f吏用感應(yīng)耦合等離子體作
為電離源(ionisation source )的才支術(shù) K平中，因?yàn)樗軌蚴不來自 色譜柱的化合物和包含示蹤劑的化合物中的所有化學(xué)鍵[(1)至(5)]。 因此，電離過程的效果將取決于包含分析物的化合物或富集的示蹤 劑的性質(zhì)。對于通過在線同位素稀釋的有才幾化合物的測定，存在本 領(lǐng)域水平中的出版物，其描述了感應(yīng)耦合等離子體作為電離源的應(yīng) 用以及"C-標(biāo)記(示蹤)的苯甲酸作為示蹤劑的應(yīng)用(6)。這種電 離源對于測定碳不是最合適的，因?yàn)橛糜谶@種元素的電離過程的低 產(chǎn)量和;故大氣^灰的潛在污染。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的設(shè)計(jì)者提供了 一種定量有機(jī)化合物的方法，其消除和 /或簡化了在用于有機(jī)化合物的絕對測定方法的領(lǐng)域的水平中已知 的一些步4緊。
"絕對測定"或"絕對方法，，應(yīng)理解為意p木著無需才交準(zhǔn)而進(jìn)行 的任何測定或方法，即，不需要使用對于待分析的每種化合物的純 標(biāo)準(zhǔn)物。
本發(fā)明的一個(gè)方面提供了 一種定量有機(jī)化合物的方法，其包括 下列步-驟
a. 通過色語法分離樣品中的化合物；
b. 使(a)中分離的化合物與富(富含)碳-13的示蹤劑混合；
c. 使部分(b)中的混合物化學(xué)反應(yīng)，以產(chǎn)生C02;d. 通過質(zhì)i普4義測量(c)中產(chǎn)生的12C/13C的同位素比；
e. 通過在線同位素稀釋方程將12C/13C同位素比色譜圖轉(zhuǎn)化為 碳質(zhì)量流色譜其中，如果示蹤劑是富碳-13的C02,則與所述示蹤劑混合也 可以在(a)中分離的化合物的化學(xué)反應(yīng)之后進(jìn)行。
本發(fā)明的方法包括能夠定量地將從色譜柱洗提的每種有機(jī)化 合物中存在的-友轉(zhuǎn)化為二氧化碳(co2)的化學(xué)反應(yīng)，作為用于實(shí) 現(xiàn)同位素平4軒的方式。其中所述化學(xué)反應(yīng)可以為
a) 利用氧、氧-氬或氧-氫混合物的氣相燃燒反應(yīng)；
b) 在催化劑存在的情況下利用金屬氧化物(CuO、 Ag20或 其他)的固相氧化反應(yīng)；或者
c) 利用強(qiáng)氧化劑(高錳酸鹽、重4各酸鹽、過石克酸鹽或其他) 的液相氧化反應(yīng)。
從樣品中每種有機(jī)化合物的化學(xué)反應(yīng)獲得的二氧化碳在被？ 1 入到質(zhì)譜-儀的電離源中用于在線同^立素,希釋分析之前不斷i也與富 碳-13的示蹤劑混合。
本發(fā)明的用于引入用13C同位素標(biāo)記的-友并進(jìn)行在線同位素稀 釋的方法包括三種同樣有效的可選途徑
a) 直接引入作為富13C的二氧化石岌的示蹤劑。
b) 引入作為溶解在液相中的富13C的另一石友化合物(有才幾或 無才幾，例如，i者如^灰酸鈉)的示蹤劑。
c )引入作為富13C的另 一揮發(fā)性碳化合物(例如，諸如曱烷) 的示蹤劑。在第一種情況中，即，利用富13C的C02作為示蹤劑，后者在
任何時(shí)間(在流動相中，在柱之后或在化學(xué)反應(yīng)之后)凈皮引入到色 語系統(tǒng)中，而在第二種和第三種情況中，即，當(dāng)示蹤劑為除了C02 之外的碳化合物時(shí)，它必須總是在化學(xué)反應(yīng)之前被引入以便也將用
作示蹤劑的化合物轉(zhuǎn)化為富13c的co2。
在本發(fā)明方法的優(yōu)選具體實(shí)施方式
中，獲得的混合物(其是待 分析的有機(jī)化合物和示蹤劑的混合物)被不斷地引入到質(zhì)譜儀中以
便測量碳同位素比12c/13c，由此獲得質(zhì)量流色鐠圖。
由于色譜分離，元素從樣品輸入到混合物中隨時(shí)間變化，并且，
因此，同位素稀釋方程通過豐lr入(entering )元素的質(zhì)量流作為未知 變量而改進(jìn)[(1)至(5)]。作為時(shí)間函數(shù)的質(zhì)量流的表現(xiàn)將稱為所謂的 質(zhì)量流色譜圖。色譜峰的整合(integration )提供了所述峰中元素的 質(zhì)量的絕對測量。如果我們知道注入色譜系統(tǒng)中的樣品的質(zhì)量(或 體積)，則可以計(jì)算原始樣品中的濃度[(1)至(5)]。
可以進(jìn)行12C/13C同位素比的測量，耳又決于所用的電離源，在 具有質(zhì)量12和13的碳的單陽離子(monopositive ion )和由此*亍生 的其它離子中，例如，諸如在分別具有質(zhì)量44和45的C02+中。
本發(fā)明中開發(fā)的方法使得可以在引入到電離源中之前實(shí)現(xiàn)從 色譜柱洗提的化合物與同位素富集的示蹤劑之間的同位素平衡。這 種在先的同位素平衡的實(shí)現(xiàn)使得可以選4奪用于分析有機(jī)化合物的 最合適的電離源，其可以在高真空中操作，由此提供較高的靈敏度 和較低的碳污染，其能夠轉(zhuǎn)化為(translate into )對于有機(jī)化合物的 更好的4全測一及限。因此，本發(fā)明提供了一種用于有機(jī)化合物的高靈敏度、高精度 的絕對測定方法，其利用在線同位素稀釋，通過在色語系統(tǒng)出口利
用除了感應(yīng)耦合等離子體之外的電離源持續(xù)測量12c/13c同位素比。
本發(fā)明用于有才幾〗匕合物的絕對定量方法，相^"于本4貞i或i見有才支
術(shù)水平描述的用于有機(jī)化合物的定量方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)
a ) 它是可以用于任何有機(jī)化合物而與其化學(xué)形式(chemical form)無關(guān)的通用方法，因?yàn)槿魏斡袡C(jī)化合物中存在的碳對于通過 上述化學(xué)反應(yīng)之一定量地轉(zhuǎn)化為C02是敏感的。
b) 它是不需要利用對于待測定的每種化合物的校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)物的 絕對方法，其顯著地降低了常規(guī)實(shí)驗(yàn)室中用于分析所需的成本和時(shí) 間。實(shí)際上，它將允許絕對定量從色譜系統(tǒng)洗提的樣品中的任何含 碳化合物，伴隨單注入且不需要任何標(biāo)準(zhǔn)物。
c) 它利用同4立素稀釋，因此，它可以i人為是初步分4斤方法， 該分一斤方法只t于國際單4立制(International System of Units )是可直
接追蹤的。
d) 它需要電流色譜系統(tǒng)的最小修改，以便引入化學(xué)反應(yīng)和富 集》友13的流。
e) 它利用低成本質(zhì)譜儀，因?yàn)楫?dāng)測量同位素比時(shí)不需要高精度。
f) 它佳j尋可以利用內(nèi)標(biāo)物以4交正才羊品制備期間、注射的體積 變化、或者由于溶劑蒸發(fā)引起的體積變化的方法誤差，因?yàn)檫@種方 法也〗吏得可以絕對測定注射的內(nèi)標(biāo)物的量。
本發(fā)明的另 一方面是所述方法在液相色譜分離和氣相色譜分 離中、在環(huán)境分析實(shí)-驗(yàn)室和工業(yè)過程控制實(shí)-驗(yàn)室中的應(yīng)用，其中具 有已知化學(xué)結(jié)構(gòu)的有機(jī)化合物的常規(guī)測定通過色譜技術(shù)進(jìn)行。具體地說，各種類型的樣品中的脂肪力矣烴、芳香族烴、殺蟲劑、
有才幾氯化合物(organochlorated compound )等的測定利用本發(fā)明是 可行的。因此，應(yīng)用的最直接領(lǐng)域之一是分析實(shí)驗(yàn)室中有機(jī)污染物 的環(huán)境分析。應(yīng)用的第二重要領(lǐng)域是工業(yè)和藥物產(chǎn)品的質(zhì)量控制和 化學(xué)過程的控制，其通常在生產(chǎn)工廠本身的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行。
在分析化學(xué)中，應(yīng)用的其它領(lǐng)域可以是樣品制備過程的優(yōu)化和 研究(液-液萃取、固-液萃取、固相微萃取等)，因?yàn)槔眠@種方法 進(jìn)行的絕對定量可以用于以高度可靠的方式研究并優(yōu)化這個(gè)過程。 具體實(shí)例是選擇和使用內(nèi)標(biāo)物以校正分離過程中的誤差。
從儀器的觀點(diǎn)來看，本發(fā)明可以并入使用質(zhì)譜法作為檢測系統(tǒng) 的色譜裝置(簡易GC-MS或HPLCMS裝置)，并因此包括對由分 析^義器乂>司商業(yè)化壽丈感的儀器改進(jìn)。
這種修改(改進(jìn))的裝置可以使得進(jìn)行高精度和準(zhǔn)確度的有機(jī) 化合物的常規(guī)分析成為可能，其對于實(shí)驗(yàn)室成本低，并且比用傳統(tǒng) 的外部4交準(zhǔn)和才示準(zhǔn)物疊力口法的時(shí)間大大縮4豆。
在整個(gè)i兌明書和片又利要求書中，詞i吾"包4舌"及其變型不用于 排除其它的技術(shù)特征、成分或步驟。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，本 發(fā)明的其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將部分地乂人i兌明書、部分地從本發(fā)明 的實(shí)踐中顯現(xiàn)。下面提供的實(shí)施例和附圖用于舉例說明的目的，并 不用于限制本發(fā)明。


圖1示出了同位素稀釋分析的基本原理。其中"I. a."是同位 素豐度；"S"是樣品;"Mix."是混合物;"T"是示蹤劑;"a，，是同位素 a;以及"b"是同位素b。圖2示出了對于液相色譜系統(tǒng)的在線同位素稀釋的原理。其中 "HPLCP."是HPLC泵；"M. ph."是流動相；"S."是注射器；"I.v."是 噴射閥；"C，，是柱；"E.t."是富集的示蹤劑;"P.p"是蠕動泵;以及"I.s. (M.S.)"是質(zhì)譜儀的電離源。
圖3示出了氣相色i普法的優(yōu)選具體實(shí)施方式
。其中"C.int." 是燃燒界面；"C.inj."是色譜注射器；"C.G"是氣相色譜法；"J"是接 合處；"M.S."是質(zhì)譜儀；"(E丄)I.s."是電子沖擊電離源；"C.c.，，是色譜 柱；"M.f.c.，，是質(zhì)量流控制器；以及"Res. 13C02 (He)"是富13C的C02
的儲存器。
具體實(shí)施例方式
為了更好的理解本發(fā)明所描述的方法，我們將解釋待遵循的過 程(步驟)，以《更利用具有電子-沖擊電離源的四才及質(zhì)i碧、義通過氣相 色譜分析確定有機(jī)化合物。
同位素稀釋分析的基本原理在圖1中示出，用于具有兩種同位 素的元素a和b。如所觀察到的，同位素a是樣品中最豐富的，而 示蹤劑在同位素b中富集。樣品中的同位素豐度將是樣品和示蹤劑 中豐度的線性組合，其將取決于樣品中存在的元素的量和添加的示 蹤劑的量。測量樣品中的同位素比Rm (同位素a/同位素b)使得 可以確定原始才羊品中元素的量。
這個(gè)基本原理可以應(yīng)用于確定利用在線同位素稀釋從色譜系 統(tǒng)洗提的元素的量，其基本原理在圖2中示出，用于液相色譜系統(tǒng)。 如圖2中可以觀察到的，在色譜分離后將樣品和示蹤劑持續(xù)混合(流 動中)并且通過質(zhì)i普法測量作為時(shí)間函凄史的混合物中的同位素比 Rm。13C富集的二氧化碳溶解在高壓氦(pressurised Helium )中而被 制備。具有示蹤劑的容器具有輸出開口，并且通過質(zhì)量流控制器控 制氣流，該質(zhì)量流控制器^r確地調(diào)節(jié)加入到混合物中的示蹤劑流。 另一方面，燃燒界面安裝在色譜柱的出口處，包括陶瓷管，其中在 氣流中預(yù)先氧化為CuO的銅絲被引入并維持在合適的溫度(〉 850°C)以<更用于下面的一關(guān)殳反應(yīng)(generic reaction )定量發(fā)生
CnH2rn2 + (3n+1)CuO > nC02 + (n+1) H20 + (3n+1)Cu
其中，CnH^+2為任何脂肪族烴。
任何有機(jī)化合物將定量地發(fā)生前面的反應(yīng)，^皮轉(zhuǎn)化為二氧化 碳、水、以及，在雜原子存在的情況下，其它反應(yīng)產(chǎn)物(N02、 S02 等)。
130-標(biāo)記的二氧化石友流在燃燒界面的出口處加入，并且由此產(chǎn) 生的混合物通過熔凝硅管被引入到質(zhì)譜儀的電離源中。
利用電子-沖擊電離源，可以測量具有質(zhì)量(mass) 44 (用于碳 12)和45 (用于碳13)的C02+分子離子中的碳同位素比。通過考 慮氧的天然同位素豐度將測量的同位素比轉(zhuǎn)化為12C/13C同位素比。
將這個(gè)同位素比寫入在線同位素稀釋方程(1)中以獲得質(zhì)量 流色語圖并在相應(yīng)的整合后直接確定每個(gè)色譜峰的碳質(zhì)量。這個(gè)具 體實(shí)施方式的通用圖在圖3中示出。參考文獻(xiàn)
(1) "Isotope dilution analysis for trace element speciation. A tutorial review". Rodriguez Gonz&lez， P; Marchante Gay6n, JM; Garcia Alonso, JI; Sanz Medel, A. SPECTROCHIMICA ACTA PART B-ATOMIC 10 SPECTROSCOPY, 2005, 60 (2): 151-207.
(2) "Isotope-dilution mass spectrometry". Heumann， KG INTERNATIONAL JOURNAL OF MASS SPECTROMETRY AND ION PROCESSES, 1992, 118:575-592.
(3) "Speciation of essential elements in human serum using anion-exchange chromatography coupled to post-column isotope dilution analysis with double focusing ICP-MS". Mufiiz, CS, Marchante Gay6n， JM; Garcia Alonso, JI; Sanz Medel， A. JOURNAL OF ANALYTICAL ATOMIC SPECTROSCOPY, 2001, 16(6): 587-592.
(4) "Quantitative speciation of selenium in human serum by affinity chromatography coupled to post-column isotope dilution analysis ICP-MS". Reyes, LH, Marchante-Gay6n, JM, Garcia Alonso， JI; Sanz Medel， A. JOURNAL OF ANALYTICAL ATOMIC SPECTROSCOPY, 2003, 18 (10):1210-1216.
(5) "Determination of cadmium in biological and environmental materials by isotope dilution inductively coupled plasma mass spectrometry: Effect of flow sample introduction methods". Mota, JPV, De la Campa, MRF, Garci'a Alonso, JI; Sanz Medel， A. JOURNAL OF ANALYTICAL ATOMIC SPECTROSCOPY, 1999, 14 (2): 113-120.
(6) "Development of an ICP畫IDMS method for dissolved organic carbon determinations and its application to chromatographic fractions of heavy metal complexes with humic substances". Vogl, J; Heumann， KG. ANALYTICAL CHEMISTRY, 1998, 70 (10): 2038-2043.
權(quán)利要求
1.用于有機(jī)化合物的定量方法，所述方法包括a.通過色譜法分離樣品中的化合物；b.使(a)中分離的所述化合物與富碳-13的示蹤劑混合；c.使部分(b)中的混合物化學(xué)反應(yīng)，以產(chǎn)生CO2；d.通過質(zhì)譜儀測量(c)中產(chǎn)生的12C/13C的同位素比；e.通過在線同位素稀釋方程將所述12C/13C同位素比色譜圖轉(zhuǎn)化為碳質(zhì)量流色譜圖；其中，如果所述示蹤劑是富碳-13的CO2，則與所述示蹤劑混合也可以在(a)中分離的所述化合物的所述化學(xué)反應(yīng)之后進(jìn)行。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述示蹤劑是碳化合物。
3. 才艮據(jù)^L利要求2所述的方法，其中，所述示蹤劑是-友酸鈉。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述示蹤劑是揮發(fā)性碳化 合物。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中，所述示蹤劑是甲烷。
6. 4艮據(jù)前述^又利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述分離通過 液對目色i普法或氣^目色i普法進(jìn)^亍。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述12C/13C 同位素比是直接測量的。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述同位素 比是通過來源于2C和13C的離子測量的。
9. 根據(jù)前一權(quán)利要求所述的方法，其中，所述來源于12C/13C比 的離子是分別具有質(zhì)量44和45的C02+。
10. 根據(jù)前述片又利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述質(zhì)語儀的 所述電離源是電子-沖擊電離源。
全文摘要
本方法涉及無需使用標(biāo)準(zhǔn)物從色譜系統(tǒng)洗提的有機(jī)化合物的定量，該方法包括通過化學(xué)反應(yīng)持續(xù)地將包含在這些化合物中的碳轉(zhuǎn)化為二氧化碳(CO₂)，以及其混合物，在分離前或分離后，具有已知的、恒定的碳化合物流，優(yōu)選CO₂，富含碳-13(¹³C)同位素。該混合物被引入質(zhì)譜儀中，其中持續(xù)測量碳中或由此產(chǎn)生的特征離子中的¹²C/¹³C同位素比。利用在線同位素稀釋將這種同位素比轉(zhuǎn)化為碳質(zhì)量流測量。
文檔編號G01N30/72GK101310178SQ200680037703
公開日2008年11月19日 申請日期2006年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月11日
發(fā)明者喬治·魯伊斯·恩西納爾, 何塞·萊格納西·加西亞·阿隆斯 申請人:奧維耶多大學(xué)