一種通過加熱去溶劑化和離子化的方法與裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于質(zhì)譜分析測試技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種通過加熱去溶劑化和離子化的方法與裝置。本發(fā)明首先使待測物樣品霧化；然后使用火焰對(duì)待測樣品霧化的液滴或微粒進(jìn)行加熱，使離子源的溶劑蒸發(fā)，中性分子離子化，即形成氣相樣品離子；本發(fā)明裝置包括樣品霧化裝置、火焰產(chǎn)生裝置等。待測物樣品在離子源樣品霧化裝置的出口處形成帶電或中性霧狀小液滴，經(jīng)由火焰產(chǎn)生的熱能加熱后，待測分析物的帶電或中性霧狀小液滴發(fā)生溶劑蒸發(fā)，產(chǎn)生質(zhì)譜可檢測的氣相離子；同時(shí)，中性的樣品分子還與火焰產(chǎn)生的離子發(fā)生質(zhì)子交換反應(yīng)產(chǎn)生樣品離子。不論是熱致溶劑蒸發(fā)或質(zhì)子交換反應(yīng)都將顯著提高待測樣品中的離子化效率，提高樣品離子信號(hào)強(qiáng)度，從而有效地提高質(zhì)譜分析的靈敏度。
【專利說明】
一種通過加熱去溶劑化和離子化的方法與裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于質(zhì)譜分析技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種去溶劑化和離子化的方法與裝置，尤其涉及使用火焰對(duì)待測樣品離子源進(jìn)行加熱去溶劑化和中性分子離子化的方法與裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]質(zhì)譜分析技術(shù)是目前最靈敏、最高效、最精準(zhǔn)的分析方法之一，將待測物按不同質(zhì)荷比(m/z)進(jìn)行分離、檢測，可以實(shí)現(xiàn)待測物的定性定量分析。目前被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代科學(xué)研究和生產(chǎn)活動(dòng)中，在生命科學(xué)、食品安全、環(huán)境污染檢測、國防安全、航空航天、醫(yī)學(xué)等各種微量或痕量物質(zhì)檢測領(lǐng)域中發(fā)揮著不可或缺的作用，已成為現(xiàn)代科技發(fā)展和日常生活中不可缺少的分析工具。
[0003]離子源在整個(gè)質(zhì)譜儀中具有至關(guān)重要的角色，對(duì)待測樣品的處理及離子化效果有著關(guān)鍵的作用，離子源直接決定該質(zhì)譜儀的應(yīng)用領(lǐng)域。目前常用的離子源有電子轟擊電離源(EI)，大氣壓化學(xué)電離(APCI)，電噴霧電離源(ESI)，基質(zhì)輔助激光解析電離(MALDI)，解吸電噴霧電離(DESI)，實(shí)時(shí)直接分析法離子源(DART)等多種離子源。隨著質(zhì)譜儀在食品安全，環(huán)境污染、國土安全、生物醫(yī)藥等眾多領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)離子源的發(fā)展越來越重視。在眾多的離子源中，電噴霧電離源(ESI)和基質(zhì)輔助激光解析電離(MALDI)在生物大分子電離中有著獨(dú)特的優(yōu)勢，在生物醫(yī)學(xué)和蛋白質(zhì)領(lǐng)域得到廣泛的重視和快速發(fā)展。
[0004]電噴霧電離是一種軟電離方法，最初是由美國物理學(xué)家Dole在二十世紀(jì)六十年代提出，直到1989年由美國耶魯大學(xué)John Fenn教授將該技術(shù)應(yīng)用于質(zhì)譜分析生物蛋白質(zhì)大分子的檢測，并在2002年獲得了諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。相關(guān)技術(shù)參閱論文:I，F(xiàn)enn，J.B.et al.《Science》，1989，246:64; 2，F(xiàn)enn, J.B.et a 1.((Mass Spectrom Rev)), 1990,9:37.一般認(rèn)為，在電噴霧電離過程中，待測樣品溶液勻速流入到毛細(xì)管中，在毛細(xì)管的末端加載一定的直流高壓，在毛細(xì)管端口與質(zhì)譜進(jìn)樣口之間建立一個(gè)電場，待測樣品溶液在強(qiáng)電場與溶液表面張力之間的作用下，經(jīng)電噴霧形成眾多個(gè)帶電荷的微小泰勒錐，當(dāng)電場強(qiáng)度增加到克服液體表面張力作用時(shí)，帶有電荷的樣品小液液滴破裂，直至樣品離子形成，并最終進(jìn)入質(zhì)譜進(jìn)樣口進(jìn)行分析。而在實(shí)際應(yīng)用過程中，形成的帶電荷小液滴中既有待測樣品的離子，也有溶劑分子。因此，在實(shí)驗(yàn)過程中，除了電噴霧電離的電壓會(huì)影響離子形成外，帶電小液滴的去溶劑化也是影響樣品離子產(chǎn)率的重要因素。在過去多年里，人們發(fā)明了很多種電噴霧的輔助去溶劑化的技術(shù)來提高離子化效率，如美國專利US4977320提出的加熱毛細(xì)管去溶劑化技術(shù)，該技術(shù)在毛細(xì)管的外圍加上一個(gè)金屬的導(dǎo)熱屏蔽筒，通過對(duì)導(dǎo)熱屏蔽筒的加熱，達(dá)到提高毛細(xì)管的溫度，實(shí)現(xiàn)去溶劑化的效果，提高離子化效率，該技術(shù)目前在部分分析儀器公司的商業(yè)儀器上得到廣泛的應(yīng)用。美國專利US4861988提出的反吹鞘氣方法去溶劑化技術(shù)，待測樣品溶液在電噴霧電離后形成離子過程中，同時(shí)被鞘氣稀釋，形成帶電霧滴，在質(zhì)譜入口反方向氣流的作用下，大部分的溶劑在到達(dá)質(zhì)譜入口前就揮發(fā)了，形成更小的帶電微滴荷氣相離子。為了提高樣品去溶劑的效果，在質(zhì)譜進(jìn)樣口前吹入反向的氣流，形成一個(gè)氣簾，這個(gè)氣簾能夠使中性的組織成分偏移質(zhì)譜進(jìn)樣的入口，還能夠帶走大部分的溶劑分子，具有很好的去溶劑化的作用。使用高純N2作為輔助鞘氣具有讓已經(jīng)離子化的氣體去溶劑的效果更好，一定流速的氮?dú)饽軌虼底叽蟛糠值闹行粤Ｗ雍吞貏e大的液滴，能夠顯著的提高去溶劑化效率。
[0005]上述的兩種方法可以有效的實(shí)現(xiàn)去溶劑化效果，但是其結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，對(duì)于毛細(xì)管加熱方法，需要有較復(fù)雜得加熱裝置，其溫度一般很難控制，溫度過高或過低對(duì)于一些生物蛋白質(zhì)分子會(huì)容易發(fā)生變性等其他問題。而使用高純氮?dú)馊ト軇┗?，氣體的流速大小會(huì)影響到去溶劑化的效果，流速過低，去溶劑化效果不明顯，流速過高，去溶劑化效率增大，但是會(huì)降低待測物離子進(jìn)入質(zhì)譜進(jìn)樣口，直接影響到檢測靈敏度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種簡單高效的去溶劑化和離子化的方法與裝置。
[0007]本發(fā)明提供的去溶劑化和離子化的方法，首先使待測物樣品霧化，然后使用火焰對(duì)待測樣品霧化的液滴或微粒進(jìn)行加熱，使離子源的溶劑蒸發(fā)，中性分子離子化，即形成氣相樣品離子。產(chǎn)生的氣相樣品離子通過質(zhì)譜儀器的離子入口進(jìn)入質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器中，進(jìn)行質(zhì)量分析。
[0008]本發(fā)明提供的去溶劑化和離子化的裝置，包括一個(gè)樣品霧化裝置、一個(gè)火焰產(chǎn)生裝置;所述的樣品霧化裝置和火焰產(chǎn)生裝置放置在一封閉空間范圍內(nèi)，此封閉空間的氣體壓力和溫度都可以根據(jù)需要加以調(diào)節(jié);所述樣品霧化裝置用于將待測樣品分散成微小的霧滴或微粒，使其懸浮于氣體中；火焰產(chǎn)生裝置用于產(chǎn)生火焰，對(duì)樣品霧化裝置產(chǎn)生出口處形成霧化的帶電或中性的微小的液滴或微粒加熱，使離子源的溶劑蒸發(fā)(去除溶劑)，并使中性分子離子化，即產(chǎn)生氣相樣品離子。
[0009]本發(fā)明中，還包括一調(diào)節(jié)臺(tái)，火焰產(chǎn)生裝置設(shè)置在該調(diào)節(jié)臺(tái)上，調(diào)節(jié)臺(tái)用于調(diào)節(jié)火焰產(chǎn)生裝置至樣品霧化裝置出口處的合適位置。
[0010]本發(fā)明中，所述的樣品霧化裝置可以是由壓力霧化、氣體霧化、聲波霧化或機(jī)械霧化方法使樣品霧化的裝置，也可以是由電噴霧電離裝置，通過電噴霧電離產(chǎn)生帶電荷的噴霧液滴;也可以是其他物理或化學(xué)的使樣品產(chǎn)生霧化的裝置。
[0011]本發(fā)明所述的加熱去溶劑化和離子化裝置，其去溶劑化和離子化的過程為:待分析樣品溶液在樣品霧化裝置的出口處形成霧化的帶電或中性的小液滴，經(jīng)過由火焰產(chǎn)生裝置發(fā)生的火焰形成的熱能加熱，使待測分析物被霧化產(chǎn)生的帶電或中性的小液滴中的溶劑被熱蒸發(fā)，產(chǎn)生質(zhì)譜可檢測的氣相離子;同時(shí)，中性的樣品分子還與火焰產(chǎn)生的離子發(fā)生質(zhì)子交換反應(yīng)產(chǎn)生樣品離子。不論是熱致溶劑蒸發(fā)或質(zhì)子交換反應(yīng)，都將顯著提高待測樣品中的離子化效率，提高樣品離子信號(hào)強(qiáng)度;離子通過質(zhì)譜進(jìn)樣口進(jìn)入質(zhì)譜儀或其他分析儀，可有效地提高質(zhì)譜分析的靈敏度。
[0012]本發(fā)明中，其脫附離子化過程中的溫度和壓力都可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)和控制。
[0013]本發(fā)明只需要使用一個(gè)可以產(chǎn)生火焰的裝置產(chǎn)生熱能，在大氣壓，或高于，或低于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓條件下對(duì)已經(jīng)霧化的待測樣品小液滴進(jìn)行加熱去溶劑化。此方法的優(yōu)點(diǎn)在于，一，產(chǎn)生火焰十分簡單和便宜，其產(chǎn)生的熱能也很有效;二，由于燃料在燃燒過程中會(huì)產(chǎn)生包含離子和電子各種成分，當(dāng)這些離子或電子與氣相中的樣品分子發(fā)生碰撞時(shí)，有可能發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)，產(chǎn)生樣品離子，增加樣品的離子化效率，提高樣品的檢測靈敏度。
[0014]本發(fā)明裝置，結(jié)構(gòu)簡單，實(shí)現(xiàn)容易，操作方便，可高效快速的實(shí)現(xiàn)待測物離子化和脫附作用，同時(shí)可以發(fā)生一些離子反應(yīng)的產(chǎn)物，有效提高質(zhì)譜儀分析效率。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的高效去溶劑化和離子化技術(shù)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2是傳統(tǒng)ESI方法得到的利血平樣品實(shí)驗(yàn)質(zhì)譜圖。
[0017]圖3是本發(fā)明實(shí)施例中的利血平樣品實(shí)驗(yàn)質(zhì)譜圖。
[0018]圖中標(biāo)號(hào):101為電噴霧電離源，102為直流高壓電源，103為離子進(jìn)樣口，104為質(zhì)譜分析儀，105為帶電離子，106為產(chǎn)生火焰的結(jié)構(gòu)，107為調(diào)節(jié)臺(tái)。
【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例1
圖1顯示了本發(fā)明一實(shí)施例去溶劑化和離子化技術(shù)的裝置，其結(jié)構(gòu)包含了電噴霧電離源101，一個(gè)加載在電噴霧尖端金屬管上的直流高壓電源102，一個(gè)火焰產(chǎn)生裝置106，在本實(shí)施例中，選用酒精燈作為火源；同時(shí)根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求調(diào)節(jié)火焰高度的調(diào)節(jié)臺(tái)107，用于引入離子進(jìn)入質(zhì)譜分析儀的離子進(jìn)樣口 103，以及一個(gè)質(zhì)譜分析儀104。樣品利血平經(jīng)過電噴霧裝置后形成帶電離子105，隨后被電離的離子105在傳輸過程中，經(jīng)過火焰產(chǎn)生裝置106產(chǎn)生的火焰，進(jìn)行熱脫附去溶劑化，提高傳輸效率，通過離子進(jìn)樣口 103進(jìn)入質(zhì)譜儀104進(jìn)行分析。
[0020]在本實(shí)施例中，選用的質(zhì)譜分析儀104是本實(shí)驗(yàn)室自行設(shè)計(jì)的電噴霧電離源-矩形離子阱質(zhì)譜儀器系統(tǒng)(ES1-RIT-MS)。儀器由三級(jí)差分真空系統(tǒng)構(gòu)成，離子阱所在第三級(jí)真空腔內(nèi)真空度可達(dá)到3 X 10—3Pa。電噴霧電離源產(chǎn)生的離子通過取樣錐孔進(jìn)入二級(jí)真空腔，經(jīng)過一段長度為200毫米的四極離子導(dǎo)引進(jìn)入矩形離子阱中，完成質(zhì)量分析。氦氣作為冷卻氣從阱的后端蓋電極上的小孔中引入用于離子冷卻。試劑:利血平(Reserpine，m/z=175,上海阿拉丁試劑有限公司)，配制成5 X 10—5 M的溶液，溶劑采用甲醇:水=50:50，其中含有0.05%的醋酸。如圖1所示，在電噴霧電離源101尖端加載直流高壓電源102，施加電壓3-5kV的直流高壓，樣品利血平在尖端形成帶電離子噴霧105，在實(shí)施例中，在電噴霧電離源101與離子進(jìn)樣口 103之間放一個(gè)酒精燈106，調(diào)節(jié)電噴霧電離源101與離子進(jìn)樣口 103兩者之間的距離在90mm，酒精燈放在一個(gè)三維調(diào)節(jié)臺(tái)107上，通過三維調(diào)節(jié)臺(tái)107來設(shè)置酒精燈火焰的高度及與離子進(jìn)樣口 103之間的距離，不同的火焰高度影響到離子噴霧區(qū)域的溫度，從而對(duì)離子熱脫附去溶劑化是有一定的影響，在本實(shí)施例中，調(diào)節(jié)的火焰到離子噴霧區(qū)域的高度約為40-50mm之間。帶電離子105通過酒精燈106火焰區(qū)域，受火焰溫度影響，在整個(gè)離子噴霧區(qū)域中達(dá)到去溶劑化的效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示，其中圖2為在電噴霧電離源101離離子進(jìn)樣口 103距離為80mm時(shí)，獲得的質(zhì)譜圖，通過譜圖可見，利血平離子峰強(qiáng)度很弱，其離子信號(hào)強(qiáng)度只有0.98uA，同時(shí)由于該電噴霧離子源沒有去溶劑化效果，其溶劑峰很多很雜，且強(qiáng)度很高。圖3為本發(fā)明的高效熱脫附離子化的實(shí)驗(yàn)譜圖，在圖2實(shí)驗(yàn)條件不改變的情況下，在電噴霧電離源101與離子進(jìn)樣口 103之間放置一個(gè)酒精燈106，通過酒精燈106產(chǎn)生的火焰可以高效的達(dá)到去溶劑化的效果，通過圖3可見，利血平離子峰強(qiáng)度明顯提高，其離子信號(hào)強(qiáng)度可以達(dá)到2.18uA，比圖2利血平離子強(qiáng)度提高達(dá)到2倍多，同時(shí)整個(gè)譜圖的溶劑峰和其他雜峰很低，明顯起到了去溶劑化的效果，表明該方法的有效可行性，且簡單操作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種去溶劑化和離子化的方法，其特征在于，具體步驟為:首先使待測物樣品霧化；然后使用火焰對(duì)待測樣品霧化的液滴或微粒進(jìn)行加熱，使離子源的溶劑蒸發(fā)，中性分子離子化，即形成氣相樣品離子;產(chǎn)生的氣相樣品離子通過質(zhì)譜儀器的離子入口進(jìn)入質(zhì)譜儀的質(zhì)量分析器中，進(jìn)行質(zhì)量分析。2.一種去溶劑化和離子化的裝置，其特征在于，包括一個(gè)樣品霧化裝置、一個(gè)火焰產(chǎn)生裝置;所述的樣品霧化裝置和火焰產(chǎn)生裝置放置在一封閉空間范圍內(nèi)，此封閉空間的氣體壓力和溫度根據(jù)需要加以調(diào)節(jié);所述樣品霧化裝置用于將待測樣品分散成微小的霧滴或微粒，使其懸浮于氣體中；火焰產(chǎn)生裝置用于產(chǎn)生火焰，對(duì)樣品霧化裝置產(chǎn)生出口處形成霧化的帶電或中性的微小的液滴或微粒加熱，使離子源的溶劑蒸發(fā)，并使中性分子離子化，即產(chǎn)生氣相樣品離子。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的去溶劑化和離子化的裝置，其特征在于，還包括一調(diào)節(jié)臺(tái)，火焰產(chǎn)生裝置設(shè)置在該調(diào)節(jié)臺(tái)上，調(diào)節(jié)臺(tái)用于調(diào)節(jié)火焰產(chǎn)生裝置至樣品霧化裝置出口處的合適位置。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的去溶劑化和離子化的裝置，其特征在于，所述的樣品霧化裝置是由壓力霧化、氣體霧化、聲波霧化或機(jī)械霧化方法使樣品霧化的裝置，或者是電噴霧電離裝置，通過電噴霧電離產(chǎn)生帶電荷的噴霧液滴。
【文檔編號(hào)】G01N1/34GK105845540SQ201610179016
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月28日
【發(fā)明人】徐福興, 丁航宇, 周鳴飛, 汪源源, 丁傳凡
【申請(qǐng)人】復(fù)旦大學(xué)