本发明公开了一种微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统，包括微波等离子体炬管、进样室、固相微萃取探针、固相微萃取探针进样管以及飞行时间质谱仪，进样室的形状为球冠，包括盖设在带有质谱进样口的飞行时间质谱仪的外侧壁上的密封保温层，微波等离子体炬管和固相微萃取探针进样管均插设在密封保温层上，固相微萃取探针通过固相微萃取探针进样管伸入至进样室腔体内。本申请利用固相微萃取技术的分离和富集功能，结合具有高富集性能的固相微萃取萃取头，研发微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统，将大大简化样品前处理过程，并实现比现有微波等离子体炬‑质谱联用技术对有机小分子化合物的低干扰、高灵敏检测分析。
1.一种微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统，其特征在于：包括微波等离子体炬管、进样室(3)、固相微萃取探针(5)、固相微萃取探针进样管(6)以及飞行时间质谱仪(7)，所述进样室(3)的形状为高大于球体半径的球冠，包括盖设在所述飞行时间质谱仪(7)的外侧壁上的密封保温层(31)，所述密封保温层(31)内部空间形成进样室腔体(32)，所述密封保温层(31)覆盖在所述飞行时间质谱仪(7)的质谱进样口(71)上，所述微波等离子体炬管和所述固相微萃取探针进样管(6)均插设在所述密封保温层(31)上，所述固相微萃取探针(5)通过所述固相微萃取探针进样管伸入至所述进样室腔体(32)内。
2.根据权利要求1所述的微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统，其特征在于：所述固相微萃取探针(5)的萃取头(51)顶端、所述进样室(3)的球心以及所述质谱进样口(71)处于同一水平直线上。
3.根据权利要求1所述的微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统，其特征在于：所述微波等离子体炬管包括第一微波等离子体炬管(1)和第二微波等离子体炬管(2)，所述第一微波等离子体炬管(1)和所述第二微波等离子体炬管(2)在所述固相微萃取探针(5)所在的竖直平面上的投影与所述固相微萃取探针(5)的夹角均为45°，所述第一微波等离子体炬管(1)和所述第二微波等离子体炬管(2)的焰尾与所述固相微萃取探针(5)的萃取头(51)均在同一平面上，且均与所述质谱进样口(71)的所在的球冠底面的夹角为30°，使焰尾覆盖萃取头(51)。
4.根据权利要求1所述的微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统，其特征在于：所述微波等离子体炬管包括第一功率和第二功率，所述第一功率为20W～60W，所述第二功率为60W～150W。
5.根据权利要求1所述的微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统，其特征在于：所述固相微萃取探针(5)的萃取头(51)为不锈钢丝或石英丝，并涂覆有耐热温度在
6.根据权利要求1所述的微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统，其特征在于：所述固相微萃取探针进样管(6)包括进样口密封隔垫(61)、进样口螺帽(62)和进样口中空套管(63)，所述进样口中空套管(63)的上端部设有螺纹口，所述进样口螺帽(62)与所述螺纹口螺纹连接，并将所述进样口密封隔垫(61)压于所述螺纹口与所述进样口螺帽(62)之间，所述进样口中空套管(63)的侧壁上开设有通气口，所述通气口中通有惰性气体。
7.根据权利要求1所述的微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统，其特征在于：所述密封保温层(31)上还插设有挡板排气一体管(4)，所述挡板排气一体管(4)用于连通所述进样室(3)与外部空气。
8.根据权利要求7所述的微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统，其特征在于：所述挡板排气一体管(4)包括U型挡板(41)和空气连通环柱(43)，所述空气连通环柱(43)穿设在所述密封保温层(31)上，所述U型挡板(41)设置在所述空气连通环柱(43)设置在所述进样室(3)内的一端上，所述U型挡板(41)位于所述微波等离子体炬管与所述固相微萃取探针(5)的萃取头(51)连线相交位置处。
9.根据权利要求8所述的微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统，其特征在于：所述空气连通环柱(43)包括圆筒形的外壁，所述空气连通环柱(43)位于所述进样室(3)内的一端上设有若干连接扇面(45)，所述连接扇面(45)上连接有实心圆柱(42)，所述U型挡板(41)与所述实心圆柱(42)连接。
微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统
技术领域
[0001] 本发明涉及有机小分子分析检测技术领域，具体涉及一种微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统。
背景技术
[0002] 微波等离子体炬是1985年由吉林大学金钦汉教授首次提出并研制，后来经印第安纳大学的Hieftje教授和金钦汉教授共同改进研制。微波等离子体炬结合了电感耦合等离子体和微波等离子体两者的优点，最初被用作激发光源和原子光谱连用，用于分析检测各种基体中的金属元素的检测。此外，除了对金属离子的检测，微波等离子体炬近年来还被用于常压解吸有机小分子的研究。通过控制解吸距离和解吸时间可使待测样品分子获得不同能量，当样品分子获得较低能量时，分子发生电离，并几乎不产生碎片或产生微小碎片；当样品分子瞬时获得的能量足够高时导致电子云迅速膨胀，从而使其在电离的同时形成不同的碎片离子。将微波等离子体炬与质谱仪耦合即可获得丰富的物质的分子离子及碎片离子信息，可实现对样品中的有机小分子分析。
[0003] 然而，目前微波等离子体炬‑质谱联用技术的基质干扰十分严重，其在小分子化合物的分析方面受到限制，小分子化合物的检测准确率不高。其次，由于使用的微波等离子体能量较低，目前微波等离子体炬‑质谱技术的灵敏度也不理想，很难实现对痕量有机小分子的检测。
发明内容
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提供一种微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统。
[0005] 为实现上述目的，本发明的技术方案为：
[0006] 一种微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统，包括微波等离子体炬管、进样室、固相微萃取探针、固相微萃取探针进样管以及飞行时间质谱仪，所述进样室的形状为高大于球体半径的球冠，包括盖设在所述飞行时间质谱仪的外侧壁上的密封保温层，所述密封保温层内部空间形成进样室腔体，所述密封保温层覆盖在所述飞行时间质谱仪的质谱进样口上，所述微波等离子体炬管和所述固相微萃取探针进样管均插设在所述密封保温层上，所述固相微萃取探针通过所述固相微萃取探针进样管伸入至所述进样室腔体内。
[0007] 进一步地，所述固相微萃取探针的萃取头顶端、所述进样室的球心以及所述质谱进样口处于同一水平直线上。
[0008] 进一步地，所述微波等离子体炬管包括第一微波等离子体炬管和第二微波等离子体炬管，所述第一微波等离子体炬管和所述第二微波等离子体炬管在所述固相微萃取探针所在的竖直平面上的投影与所述固相微萃取探针的夹角均为45°，所述第一微波等离子体炬管和所述第二微波等离子体炬管的焰尾与所述固相微萃取探针的萃取头均在同一平面上，且均与所述质谱进样口的所在的球冠底面的夹角为30°，使焰尾覆盖萃取头。
[0009] 进一步地，所述微波等离子体炬管包括第一功率和第二功率，所述第一功率为20W～60W，所述第二功率为60W～150W。
[0010] 进一步地，所述固相微萃取探针的萃取头为不锈钢丝或石英丝，并涂覆有耐热温度在300℃以上的固相微萃取吸附涂层。
[0011] 进一步地，所述固相微萃取探针进样管包括进样口密封隔垫、进样口螺帽和进样口中空套管，所述进样口中空套管的上端部设有螺纹口，所述进样口螺帽与所述螺纹口螺纹连接，并将所述进样口密封隔垫压于所述螺纹口与所述进样口螺帽之间，所述进样口中空套管的侧壁上开设有通气口，所述通气口中通有惰性气体。
[0012] 进一步地，所述密封保温层上还插设有挡板排气一体管，所述挡板排气一体管用于连通所述进样室与外部空气。
[0013] 进一步地，所述挡板排气一体管包括U型挡板和空气连通环柱，所述空气连通环柱穿设在所述密封保温层上，所述U型挡板设置在所述空气连通环柱设置在所述进样室内的一端上，所述U型挡板位于所述微波等离子体炬管与所述固相微萃取探针的萃取头连线相交位置处。
[0014] 进一步地，所述空气连通环柱包括圆筒形的外壁，所述空气连通环柱位于所述进样室内的一端上设有若干连接扇面，所述连接扇面上连接有实心圆柱，所述U型挡板与所述实心圆柱连接。
[0015] 本发明与现有技术相比，具有如下优点：
[0016] 本申请针对现有微波等离子体炬‑质谱联用技术的基质干扰、直接进样灵敏度低的局限性，利用固相微萃取技术的分离和富集功能，结合具有高富集性能的固相微萃取萃取头，研发微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统，将大大简化样品前处理过程，并实现比现有微波等离子体炬‑质谱联用技术对有机小分子化合物的低干扰、高灵敏检测分析。
[0017] 本系统利用两个正交方向的微波等离子体炬管所产生的能量对小分子有机化合物进行离子化，微波等离子体炬管能量可调，同时可获得有机化合物的分子离子峰和碎片离子峰，提高小分子有机化合物检测的准确度。本系统还大大简化了样品前处理过程和有机分子的离子化过程，使用固相微萃取探针的萃取头涂层可以直接实现样品前处理过程，进行对目标分析物的富集、分离和转移，随后直接进行微波等离子体炬离子化，并进行后续质谱分析，不但简化了分析流程，还提高了小分子有机化合物的监测灵敏度并降低复杂样品的基质干扰。
附图说明
[0018] 图1为微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统的整体结构示意图；
[0019] 图2为微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统的进样室截面图；
[0020] 图3为微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统的固相微萃取探针进样管的结构示意图；
[0021] 图4为微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统的挡板排气一体管的结构示意图；
[0022] 附图标记说明：1、第一微波等离子体炬管；2、第二微波等离子体炬管；3、进样室；31、密封保温层；32、进样室腔体；4、挡板排气一体管；41、U型挡板；42、实心圆柱；43、空气连通环柱；44、镂空区；45、连接扇面；5、固相微萃取探针；51、萃取头；6、固相微萃取探针进样管；61、进样口密封隔垫；62、进样口螺帽；63、进样口中空套管；7、飞行时间质谱仪；71、质谱进样口。
具体实施方式
[0023] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
[0024] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以及特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。此外，“第一”、“第二”仅由于描述目的，且不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。因此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者多个该特征。本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
[0025] 在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0026] 实施例
[0027] 如图1和图2所示，一种微波等离子体炬‑固相微萃取‑飞行时间质谱联用系统，包括微波等离子体炬管、进样室3、挡板排气一体管4、固相微萃取探针5、固相微萃取探针进样管6以及飞行时间质谱仪7，质谱仪型号可采用安捷伦的6545‑QTOF‑MS，进样室3的形状为高大于球体半径的球冠，包括盖设在飞行时间质谱仪7的外侧壁上的密封保温层31，具体设置厚度为2cm，密封保温层31内部空间形成进样室腔体32，密封保温层31覆盖在飞行时间质谱仪7的质谱进样口71上，微波等离子体炬管和固相微萃取探针进样管6均插设在密封保温层31上，固相微萃取探针5通过固相微萃取探针进样管伸入至进样室腔体32内。
[0028] 如图2所示，在本实施例中，固相微萃取探针5的萃取头51顶端、进样室3的球心以及质谱进样口71处于同一水平直线上，这样的设计能够使萃取头51上所吸附的小分子有机化合物通过脱附和离子化后更为充分地进入质谱监测系统。
[0029] 固相微萃取探针进样管6与固相微萃取探针5竖直设置在密封保温层31上，微波等离子体炬管具体设置有两个，包括第一微波等离子体炬管1和第二微波等离子体炬管2，两个微波等离子体炬管在固相微萃取探针5所在的竖直平面上的投影与固相微萃取探针5的夹角均成45°设置，从而使两个微波等离子体炬管的投影之间的夹角成90°，并且两个微波等离子体炬管的焰尾与萃取头51均设置在同一平面上，并与质谱进样口71所在的球冠底面的夹角为30°，使焰尾覆盖萃取头51，这样的设置能够有效提高小分子有机化合物的离子化效率。
[0030] 两个微波等离子体炬管的均具有两个功率范围，包括第一功率和第二功率，第一功率为可以获得小分子的分子离子峰的小功率，其功率范围为20W～60W，第二功率为可以使小分子电离成碎片离子峰的大功率，其功率范围为60W～150W。微波等离子体炬管具体可采用长春吉大小天鹅仪器有限公司，微波功率可调(20W～160W)，可选Ar或N2为工作气体，气体流速可调(0.1L/min～0.5L/min)。
[0031] 在本发明中涉及的固相微萃取探针5的萃取头51具体采用不锈钢丝或石英丝制成，不锈钢丝或石英丝的端部涂覆有具有高热稳定性的固相微萃取吸附层，具体高热稳定性指其耐热温度在300℃以上，该固相微萃取吸附层对小分子有机化合物具有良好的吸附性能，能够有效提高小分子有机化合物的监测灵敏度，并降低复杂样品的基质干扰。
[0032] 如图3所示，固相微萃取探针进样管6包括进样口密封隔垫61、进样口螺帽62和进样口中空套管63，进样口中空套管63的上端部设有螺纹口，进样口螺帽62与螺纹口螺纹连接，并将进样口密封隔垫61压于螺纹口与进样口螺帽62之间。进样口密封隔垫61由耐高温、气密性好的硅橡胶制成，厚度为1.5mm，进样口螺帽62的材质为316型不锈钢材质，中间开口的半径为2.5mm，厚度为3mm，进样口中空套管63为316型不锈钢材质，长4cm，中空内径为3mm，管壁厚1mm；进样口中空套管63的下端为圆锥形开口，内径为2.5mm。进样口中空套管63的侧壁上开设有通气口，并通有惰性气体，气流速度可调(0.1L/min～0.5L/min)。本实施例中所说明的固相微萃取探针进样管6属于通用性，适用于目前市面上大多数品牌的固相微萃取探针5。
[0033] 如图4所示，挡板排气一体管4用于连通进样室3与外部空气，从而能够便于装置散热，将微波等离子体炬离子源的进样室3与大气连通以避免微波等离子体炬管产生过高的热量。挡板排气一体管4包括U型挡板41和空气连通环柱43，空气连通环柱43穿设在密封保温层31上，U型挡板41设置在空气连通环柱43设置在进样室3内的一端上。U型挡板41的设置位置位于微波等离子体炬管与萃取头51连线相交位置处，也即是在萃取头51的正下方，从而使脱附离子可以更大限度的进入质谱系统，同时可以减少不同样品之间的再循环干扰。
[0034] 空气连通环柱43包括圆筒形的外壁，其采用316型不锈钢材质制成，空气连通环柱43位于进样室3内的一端上设有若干连接扇面45，相邻的连接扇面45之间的位置为镂空区
44，连接扇面45上连接有实心圆柱42，U型挡板41与实心圆柱42连接，从而使空气连通环柱
43的两端能够连通，起到排气的作用。其中U型挡板41的宽度为1.5cm，厚度为0.5cm，半径为
2cm，圆弧度为120°，实心圆柱42的半径为0.25cm，长0.5cm，空气连通环柱43的半径为2cm，厚度为0.25cm，连接扇面45的厚度为0.25cm。
[0035] 具体地，本装置在使用的时候，首先用萃取头51对待测样品进行萃取，然后开启微波等离子体炬管和飞行时间质谱仪7，待微波等离子体炬离子源和质谱达到稳定状态后，将吸附力待测物的固相微萃取探针5插入固相微萃取探针进样管6，同时进行数据采集，即可完成。本系统利用固相微萃取探针5的萃取头51涂层对目标分析物的高效富集与分离，随后直接进行微波等离子体炬离子化，并进行后续质谱分析，大大简化了分析流程，还提高了小分子有机化合物的监测灵敏度并降低复杂样品的基质干扰；本系统还利用两个正交方向的微波等离子体炬管所产生的能量对小分子有机化合物进行离子化，微波等离子体炬管能量可调，同时可获得有机化合物的分子离子峰和碎片离子峰，提高小分子有机化合物检测的准确度。
[0036] 上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所做出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。
