以水为衍生试剂区分己烯醇异构体的装置

本实用新型涉及异构体区分技术领域，特别是涉及一种以水为衍生试剂区分己烯醇异构体的装置。

背景技术：

含碳-碳双键的化合物非常多，而双键位置的不同会引起化合物功能的巨大差异。如绿叶c6挥发物己烯醇，在介导草食动物及其天敌行为与促进植物间交流中发挥重要作用。研究表明，反-2-己烯醇是许多昆虫的重要信息素；顺-3-己烯醇可诱导玉米中的防御基因。因此，精准识别己烯醇碳-碳双键的位置有助于更好地了解其生物学功能。

为了能够快速获得具有不同碳碳双键位置异构体的碎片离子和特征结构信息，相关技术人员发展了许多不同的方法。比如，在进行质谱分析前先利用化学方法将碳碳双键进行选择性衍生反应，例如臭氧诱导解离(ozid)、paternò-büchi(pb)反应、低温等离子体、间氯过氧苯甲酸环氧化等，来获得关于碳碳双键位置的碎片峰，进而对其结构进行鉴定。

但目前这些方法都存在一些不足，如采用ozid需要对质谱仪进行改装，以便臭氧可以被引入离子阱，改装的装置过于复杂，改装成本较高；采用间氯过氧苯甲酸进行环氧化策略所需原料生产成本较高，且原子的利用率比较低，易造成环境污染；部分衍生反应需小时级别的时间完成，限制了高通量分析等。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种以水为衍生试剂区分己烯醇异构体的装置及方法，利用水自由基阳离子与碳碳双键相互作用形成环氧化产物的方法，环氧化产物经串联质谱碎裂产生可以鉴定双键位置的特征离子片段，从而实现烯醇化合物碳碳双键的快速结构鉴定，以解决现有技术中，在对含碳碳双键化合物的结构衍生过程中，实验装置复杂，易造成环境污染，衍生化时间过长的问题。

本发明一方面提供了一种以水为衍生试剂区分己烯醇异构体的装置，包括电离通道、样品通道和质谱仪；

所述电离通道包括放电针、第一管路、第一载气通道、高压源、第一毛细管、储水装置；

所述第一载气通道插入所述储水装置中，所述第一载气通道用于向所述储水装置提供惰性气体；

所述第一管路的一端插入所述储水装置中，所述第一管路的另一端通过第一双通阀所述毛细管连接，所述放电针设于所述第一毛细管中，所述高压源用于向所述放电针提供的高压；

所述样品通道包括第二管路、第二载气通道、样品存放装置、第二双通阀；

所述第二载气通道插入所述样品存放装置中，所述第二载气通道用于向所述样品存放装置提供惰性气体；

所述第二管路的一端插入所述样品存放装置中，所述第二管路的另一端通过第二双通阀与所述第二毛细管连接；

所述第一毛细管远离所述第一管路的一端、以及所述第二毛细管远离所述第二管路的一端均位于所述质谱仪入口的前端。

本发明另一方面提供了一种以水为衍生试剂区分己烯醇异构体的方法，应用上述装置，该方法包括：

通过所述第一载气通道向所述储水装置通入惰性气体，以形成带有水蒸气的惰性气体，同时，通过所述第二载气通道向所述样品存放装置通入惰性气体，以将所述样品存放装置中存放的样品以气体的形式引入至所述质谱仪入口的前端；

通过所述高压源向所述放电针的针尖施加2kv的高压，通过所述第一管路将湿润的水蒸气引入至所述放电针的针尖处，以通过电晕放电电离产生水自由基阳离子团簇；

形成的水自由基阳离子团簇与所述样品通道中的样品分子的碳碳双键在三维空间发生作用，促使分子电子云发生可预计的变化，产生含三元环的环氧化产物；

形成的环氧化产物被所述质谱仪检测到，通过所述质谱仪对其进行分析，得到可以鉴定双键位置的特征离子片段，从而实现己烯醇的鉴定分析。

根据本实用新型提出的以水为衍生试剂区分己烯醇异构体的装置及方法，具有以下有益效果：

当空气湿度较低时，可使用载气将水蒸气带入；当空气湿度较高时，则无需通载气，直接电离空气中的水蒸气即可，使用方便。通过调控电场强度，电离水蒸气产生大量的水自由基阳离子团簇，形成的水自由基阳离子团簇与烯醇作用产生含三元环的环氧化产物，最后通过串联质谱手段获得能识别碳碳双键位置的特征离子片段，整个装置简单，改装成本低，且常温常压即可进行，以水为载体，绿色无污染，水自由基阳离子团簇与烯醇作用的反应时间快，能够实现高通量分析，对于实现己烯醇中碳碳双键位置的区分具有重要的意义。

另外，根据本实用新型提供的以水为衍生试剂区分己烯醇异构体的装置，还可以具有如下附加的技术特征：

进一步地，所述放电针采用不锈钢的圆锥形放电针。

进一步地，所述电离通道还包括第一流量控制阀，所述第一流量控制阀设于所述第一载气通道上。

进一步地，所述样品通道还包括第二流量控制阀，所述第二流量控制阀设于所述第二载气通道上。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是本实用新型一实施例的以水为衍生试剂区分己烯醇异构体的装置的结构示意图；

图2是示例1中调控能荷传递规律制备出水自由基阳离子的质谱图(通道b关闭)；

图3为通道a形成的水自由基阳离子与通道b的样品分子顺2-己烯醇相互作用形成环氧化产物(m/z116)和加成产物(m/z118)的一级质谱图和二级质谱图；

图4为水自由基阳离子与2-己烯醇相互作用发生加成反应和环氧化反应的过程以及形成相应的产物经过串联质谱碎裂后的反应机理示意图；

图5为通道a形成的水自由基阳离子与通道b的样品分子双键位置不同的己烯醇异构体相互作用形成环氧化产物(m/z116)和加成产物(m/z118)的一级质谱图；

图6为通道a形成的水自由基阳离子与通道b的样品分子双键位置不同的己烯醇异构体相互作用形成环氧化产物(m/z116)的二级质谱图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，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、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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相连，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，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本实用新型的一实施例提出的以水为衍生试剂区分己烯醇异构体的装置，包括电离通道、样品通道和质谱仪30；

所述电离通道包括放电针11、第一管路12、第一载气通道13、高压源14、第一毛细管15、储水装置16。

所述储水装置16中存储有水，所述第一载气通道13插入所述储水装置16中，所述第一载气通道13用于向所述储水装置16提供惰性气体，惰性气体例如为氩气。电离通道中提供惰性气体的目的是为了将水带出来，同时在放电针11的针尖将水电离时，避免其它杂质的干扰。

所述第一管路12的一端插入所述储水装置16中，所述第一管路12的另一端通过第一双通阀(图未示)与所述第一毛细管15连接，所述放电针11设于所述第一毛细管15中，所述高压源14用于向所述放电针11提供的高压，例如向放电针11施加2kv的高压，以将水蒸气电离，通过电晕放电电离产生水自由基阳离子团簇。具体的，所述放电针11采用不锈钢的圆锥形放电针。

其中，设置第一毛细管15有两个作用：(1)将放电针11包裹，避免整个放电针11裸露在外面；(2)引入中性的水气流，使水气流与放电针11充分作用接触。

所述样品通道包括第二管路21、第二载气通道22、样品存放装置23、第二毛细管24。

所述样品存放装置23存放待测试的样品，所述第二载气通道22插入所述样品存放装置23中，所述第二载气通道22用于向所述样品存放装置23提供惰性气体，从而将样品以中性气体的形式引入至质谱仪30入口的前端。

所述第二管路21的一端插入所述样品存放装置23中，所述第二管路21的另一端通过第二双通阀(图未示)与所述第二毛细管24连接。

所述第一毛细管15远离所述第一管路12的一端、以及所述第二毛细管24远离所述第二管路21的一端均位于所述质谱仪30入口的前端，使得电离通道中形成的水自由基阳离子团簇和中性气体形式的样品能够在质谱仪30入口的前端汇合。

优选的，所述电离通道还包括第一流量控制阀17，所述第一流量控制阀17设于所述第一载气通道13上，用于控制电离通道中气体的流量。

所述样品通道还包括第二流量控制阀25，所述第二流量控制阀25设于所述第二载气通道22上，用于控制样品通道中气体的流量。

此外，图1中a为电离通道与样品通道到质谱仪的距离；b为电离通道与样品通道之间的距离；α为电离通道和样品通道分别与质谱仪之间的角度；β为电离通道与样品通道之间的角度。上述这4个参数，对电离的效率都会有影响，在实际使用中，都可以进行调节，以便获得更高的目标信号。

基于上述装置，一种以水为衍生试剂区分己烯醇异构体的方法，包括：

通过所述第一载气通道13向所述储水装置16通入惰性气体，以形成带有水蒸气的惰性气体，同时，通过所述第二载气通道22向所述样品存放装置23通入惰性气体，以将所述样品存放装置23中存放的样品以气体的形式引入至所述质谱仪30入口的前端；

通过所述高压源17向所述放电针11的针尖施加2kv的高压，通过所述第一管路12将湿润的水蒸气引入至所述放电针11的针尖处，以通过电晕放电电离产生水自由基阳离子团簇；

形成的水自由基阳离子团簇与所述样品通道中的样品分子的碳碳双键在三维空间发生作用，促使分子电子云发生可预计的变化，产生含三元环的环氧化产物；

形成的环氧化产物被所述质谱仪30检测到，通过所述质谱仪30对其进行分析，得到可以鉴定双键位置的特征离子片段，从而实现己烯醇的鉴定分析。

下面通过各示例对本发明进行进一步说明。

示例1

采用图1所示的装置，在通道b关闭的情况下，在通道a中引入湿润的水蒸气至放电针的针尖处，同时对放电针施加2kv的高压，可制备出高丰度的水自由基阳离子团簇(h2o)2^+·离子m/z36，具体如图2所示。其中m/z54为(h2o)3^+·离子，m/z55为(h2o)3h⁺离子。

示例2

采用图1所示的装置，在通道b引入中性的小分子2-己烯醇(mw100，分子中含有一个c＝c)样品使其与形成的水自由基阳离子(h2o)2^+·在三维空间相互作用，进一步产生质量数增加16da和18da的离子m/z116和m/z118，初步推断分别为加o^+·和加h2o^+·(图3中(a)所示)。进一步通过同位素氘标记和同位素¹⁸o标记实验将h2o替换成d2o和h2¹⁸o，其它条件保持不变，通过相应的一级质谱数据分析可确定质量数增加18da的离子为h2o^+·与2-己烯醇发生双键加成反应的产物(图3中(b)和图3中(c)所示)，即增加18da的产物离子来自h2o。由于[m+h2o]^+·和[m+¹⁸o]^+·的质量数相同，通过一级质谱无法确定加16da是否是来自h2o。进一步通过[m+o]^+·的二级质谱图(图3中(d)所示)，[m+h2o]^+·的二级质谱图(图3中(e)所示)与同位素¹⁸o标记实验形成的[m+¹⁸o]^+·二级质谱图(图3中(f)所示)对比分析，发现在同位素¹⁸o标记实验形成的[m+¹⁸o]^+·二级质谱图中可形成与[m+o]^+·相似的碎片离子m/z62，m/z76和m/z90，并伴随着质量数均增加2da(图3中(f)所示)。因此，可确定质量数增加16da的离子为h2o^+·与2-己烯醇发生双键环氧化反应的产物，即增加16da的产物离子来自装置引入的h2o中的氧。

请参阅图4，图4展示了水自由基阳离子与2-己烯醇相互作用发生加成反应和环氧化反应的过程以及形成相应的产物经过串联质谱碎裂后的具体机理。

示例3

采用图1所示的装置，同时采用与示例2相同的方法，相同的实验参数条件，相同的质谱实验条件，将通道b中的样品分别替换成具有不同双键位置的己烯醇样品(a：顺-3己烯醇，b：反-3己烯醇，c：顺-4己烯醇，d：5己烯醇)。结果如图5所示，图5中，a：顺-3己烯醇，b：反-3己烯醇，c：顺-4己烯醇，d：5己烯醇，均可在一级质谱图中观测到水自由基阳离子与双键位置不同的己烯醇异构体相互作用形成的环氧化产物(m/z116)和加成产物(m/z118)。

示例4

采用图1所示的装置，同时采用与示例2相同的方法，相同的实验参数条件，相同的质谱实验条件，将通道b中的样品分别替换成具有不同双键位置的己烯醇样品(a：顺-3己烯醇，b：反-3己烯醇，c：顺-4己烯醇，d：5己烯醇)。对一级质谱图中所产生的环氧化产物(m/z116)进行串联质谱分析可获得双键断裂的碎片离子片段和三元环保留或丢失的片段离子，结果如图6所示，图6中，a：顺-3己烯醇，b：反-3己烯醇，c：顺-4己烯醇，d：5己烯醇，结果表明可较好的实现双键位置的精准判别。

综上，采用上述的以水为衍生试剂区分己烯醇异构体的装置及方法，当空气湿度较低时，可使用载气将水蒸气带入；当空气湿度较高时，则无需通载气，直接电离空气中的水蒸气即可，使用方便。通过调控电场强度，电离水蒸气产生大量的水自由基阳离子团簇，形成的水自由基阳离子团簇与烯醇作用产生含三元环的环氧化产物，最后通过串联质谱手段获得能识别碳碳双键位置的特征离子片段，整个装置简单，改装成本低，且常温常压即可进行，以水为载体，绿色无污染，水自由基阳离子团簇与烯醇作用的反应时间快，能够实现高通量分析，对于实现己烯醇中碳碳双键位置的区分具有重要的意义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。