碳纖維(Carbon fiber)是有機(jī)纖維材料經(jīng)碳化、活化制成的一種新型材料，具有獨(dú)特的物理、化學(xué)結(jié)構(gòu)和吸附速率快、容量大、含碳量高、再生容易的特點(diǎn)，是受人矚目的新型材料。作為最具發(fā)展前景的分析技術(shù)之一，質(zhì)譜技術(shù)的研究一直在食品、環(huán)境、人類健康、藥物、國(guó)家安全、和其他與分析測(cè)試相關(guān)的領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。那么，有無(wú)可能將碳纖維這種被認(rèn)為是新世紀(jì)最有發(fā)展前景的功能材料用于質(zhì)譜分析，開創(chuàng)出新型的質(zhì)譜分析裝置和方法呢?近日，中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所的郭寅龍課題組依據(jù)碳纖維優(yōu)異的樣品兼容性、承載和分散能力和介于金屬與非金屬之間的導(dǎo)電性，制備了一種高性能、多功能的碳纖維離子化(Carbon fiber ionization, CFI)裝置。

新型碳纖維離子源的照片和一些典型碳纖維離子化-質(zhì)譜分析案例

　　目前常用的離子化方法如電噴霧離子化(ESI)、基質(zhì)輔助激光解吸(MALDI)、大氣壓化學(xué)電離(APCI)等離子化方法仍然存在一些限制，包括待測(cè)化合物種類和溶劑的限制，缺少與質(zhì)譜相連的直接進(jìn)樣接口，以及難以直接分析較大的表面和低極性或非極性溶劑中的化合物。碳纖維離子化可以彌補(bǔ)這些不足：首先，高電壓條件下碳纖維有出色的離子傳遞效率，提高了樣品的離子化效率;另外，碳纖維離子化具有良好普適性，尤其適合分析低極性和非極性的熱不穩(wěn)定有機(jī)化合物，可以彌補(bǔ)現(xiàn)有離子化技術(shù)的局限。同時(shí)，該技術(shù)在非極性有機(jī)相溶液分析上也有出色效能，有潛力實(shí)現(xiàn)與正向液相色譜的聯(lián)用或用于非極性溶劑系統(tǒng)的有機(jī)反應(yīng)研究。

碳纖維離子化裝置的三種工作模式

　　碳纖維離子化裝置集三種工作模式于一體：(a) 離子化探頭模式，將樣品點(diǎn)樣在碳纖維探頭，碳纖維探頭端加上高壓，溫和的高效的離子化條件;(b) 連續(xù)流動(dòng)接口模式，可實(shí)現(xiàn)在線研究并具備可聯(lián)用性;(c) 可拆卸采集/分析模式，可拆卸采集待測(cè)樣品并立刻裝回系統(tǒng)后分析。

碳纖維離子化裝置與超臨界流體色譜法聯(lián)用檢測(cè)低極性化合物

固態(tài)物體表面哌替啶、氯胺酮和人體尿液中微量甲基苯丙胺的檢測(cè)

碳纖維離子化技術(shù)進(jìn)行吸煙者呼出氣檢測(cè)

　　碳纖維離子化是一種多功能且普適性強(qiáng)的離子化技術(shù)，不僅可以用于微量化合物溶液的快速分析，還可以與色譜聯(lián)用，以及直接進(jìn)行固體表面和溶液中化合物的收集和檢測(cè)。經(jīng)過(guò)科研攻關(guān)實(shí)現(xiàn)了與超臨界流體色譜技術(shù)的聯(lián)用，在呼出氣體檢測(cè)和法醫(yī)毒物鑒定方面也展現(xiàn)出良好的應(yīng)用前景。研發(fā)碳纖維離子化技術(shù)提升了質(zhì)譜學(xué)對(duì)解決上述難題的研究能力與水平，并對(duì)相關(guān)的分析化學(xué)、法庭科學(xué)和藥物檢測(cè)起到積極的推動(dòng)作用。

　　碳纖維離子化在質(zhì)譜分析如脫氫表雄甾酮類的熱不穩(wěn)定分子時(shí)，相比于商品化的大氣壓化學(xué)電離源(APCI)和直接分析實(shí)時(shí)電離源(DART)，碳纖維離子源(CFI)溫和的操作條件往往使其具有更軟的電離效能。

　　這一成果近期發(fā)表在《Analytical Chemistry》上，文章的第一作者是中國(guó)科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所博士研究生吳夢(mèng)茜，通訊作者是王昊陽(yáng)副研究員和郭寅龍研究員。

　　該論文作者為：Meng-Xi Wu, Hao-Yang Wang*, Jun-Ting Zhang, and Yin-Long Guo*