CN101042373A - 分析系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种具有分离系统和液相色谱芯片的分析系统。液相色谱芯片具有发射器，该发射器包括防止发射器表面上的电荷累积的材料。本发明还公开了使用该分析系统的方法、芯片和发射器。

Description

分析系统和方法
技术领域
本发明涉及分析系统和方法。
背景技术
许多复合生化目标要求采用互补多维分析工具和方法来补偿目标和基质干扰。对于获得关于目标的可靠的定量和定性分析信息来说，正确的分析和分离是重要的。为此，分析系统已被用来分离各种类型的分子。这种分离已能以良好的速度和精度实现。最近，这种系统被与质谱分析系统紧密耦合。液相色谱和质谱分析系统的组合提供了对分子的高速理想分离和识别。
在大多情形中，研究人员和科学家使用这些技术来分离和识别。因此，希望使用极其少的试样，因为表征和识别通常不能再取回或者保存所分离和识别的材料。结果，大多分析系统和发射器(emitter)已朝着对越来越少的试样进行测试的方向发展。随着这种改变，对用于分离和表征的设备的设计也改变了。例如，新的芯片或小的发射器已被开发出来用于处理和表征小试样柱。一般而言，具有电喷雾(electrospray)发射器的小芯片已被开发出来用于表征已利用液相色谱法分离开的分子。但是，当出现非常少的导电气体或者非导电环境时，发射器及其表面通常将产生带电粒子的累积(buildup)。这在大气压下或者低于大气压时最常出现。一般而言，在存在带电粒子的累积后，电喷雾将变得不稳定，并且在没有其他干预的情况下最终停止喷雾。即使利用增大到电极的电势电压来进行额外的干预，化学分析也可能改变被分析的离子产物，并且导致其退化和/或不正确。
因此，需要用来减少分析系统、芯片和发射器中的表面电荷产生的装置和方法。利用本发明，解决了现有技术中存在的这些和其他问题。
发明内容
本发明涉及减少分析系统、芯片和/或发射器上的电荷累积的装置和方法。
本发明提供了一种分析系统，该分析系统包括：分离系统，用于分离试样；以及液相色谱芯片，其与分离系统邻近并且与分离系统流体相通，该液相色谱芯片包括防止液相色谱芯片上的电荷累积的材料。
本发明还提供了一种用于电喷雾的液相色谱芯片。该芯片包括入口端口、喷雾室和电喷雾发射器。入口端口与喷雾室流体相通。喷雾室与电喷雾发射器流体相通。该电喷雾发射器包括防止电喷雾发射器上的电荷累积的材料或涂层。
本发明还提供了一种方法。该方法包括提供具有用来防止电喷雾发射器上的电荷累积的材料的电喷雾发射器或者用防止电喷雾发射器上的电荷累积的材料涂覆电喷雾发射器，并且将待分析物传递通过电喷雾发射器。
附图说明
下面参考附图详细描述本发明：
图1示出了分析系统的一般框图。
图2示出了接口槽外的LC芯片和夹持器的立体图。
图3示出了被插入到接口槽中的LC芯片和夹持器的立体图。
图4示出了本发明的LC芯片和夹持器的立体图。
图5示出了本发明的LC芯片涂层的横截面图。
图6A示出了LC芯片的前视图。
图6B示出了LC芯片的后视图。
部件列表
1-分析系统
3-分离系统
5-接口系统
7-质谱分析系统
9-芯片接口
11-离子源
13-质量分析仪
15-输运系统
17-探测器
19-芯片槽
20-LC芯片
23-毛细管
24-主体部分
25-芯片夹持器
26-尖端部分
27-离子化区域
30-液体入口端口
31-芯片的第一端
33-芯片的第二端
34-导管
35-发射器尖端
37-金属迹线
39和40-配准孔
具体实施方式
在详细描述本发明之前，必须注意，在说明书和所附权利要求中所使用的单数形式包括多个指示物，除非上下文另行清楚地指明。因此，对“发射器”的引用包括多于一个“发射器”。对“疏水材料(hydrophobicmaterial)”的引用包括多于一种“疏水材料”或者“疏水材料”的混合物。在描述和要求本发明时，将根据下面的定义使用下面的术语。
术语“邻近”表示在附近、紧邻或者贴近。某物邻近也可以是与另一个组件接触、围绕其他组件、与其他组件隔开或者包含其他组件的一部分。例如，与发射器邻近的毛细管可以与发射器紧邻但与发射器隔开，可以与发射器接触，可以围绕发射器或者被发射器围绕，可以包含发射器或者被发射器包含，可以贴近发射器或者可以在发射器附近。
术语“试样”指与溶剂或者其他载体相结合的感兴趣的被分析物。
术语“分析系统”指能够分离和表征分子的任何系统。在某些情形中，这种系统可以包括(但不限于)与质谱分析系统耦合的液相色谱系统。
术语“电荷累积”指正电荷或者负电荷在LC芯片的表面上累积。其可以被限制为单个电荷或者多个电荷。
术语“芯片接口”指能够容纳LC芯片的任何接口。该术语包括用于容纳LC芯片的外壳(housing)和关联部分。在某些情形或实施例中，该设计可以包括离子源。在其他实施例中，离子源可以是独立的。
术语“涂层”指在衬底或材料上添加或者沉积一层或多层。例如，LC芯片可以包括疏水材料的涂层。
术语“探测器”指可以探测离子的任何设备、装置、机器、组件和系统。探测器可以包括硬件和软件，也可以不包括硬件和软件。在质谱仪中，常见的探测器包括质量分析仪和/或被耦合到质量分析仪。
术语“离子源”或者“源”指产生待分析物离子的任何源。离子源可以包括本领域所知的各种离子源。一些源包括但不限于电子轰击(EI)、化学离子化(CI)、光离子化(APPI)和基质辅助的激光解吸离子化(MALDI)。源可以处于真空下或者处于大气压下，或者低于大气压。
术语“质谱分析系统”指质量分析仪、输运系统和探测器的组合。这些系统或组件可以以各种方式被彼此连接或者相关联。
术语“在xxx上(on)”应当从宽解释。例如，LC芯片上的电荷累积可以发生在LC芯片上的任何地方和/或LC芯片的表面上。在某些情形中，这可以被限制为LC芯片的限定的表面，或者LC芯片的整个表面。
术语“分离系统”指能够分离或表征分子的任何系统。例如，分离系统可以包括液相色谱系统和关联部分。色谱系统一般包括用于分离的柱。柱可以是分析柱或者预备柱，这取决于期望的用途和分离的量。也可以采用本领域已知的其他系统。
这里参考附图描述了本发明。附图不是按比例绘制的，具体而言，出于图示清楚的目的，某些尺寸可能被放大了。
图1示出了分析系统1的一般框图。分析系统1包括分离系统3、接口5和质谱分析系统7。该框图不是按比例的，而是以一般的格式绘制的，因为本发明可以与多种不同类型的设计和系统一起使用。将详细描述每种系统。
分离系统3可以包括本领域已知的用于分离分子的任何数目的系统。通常这可以是诸如液相色谱系统(LC)之类的分析系统。但是，取决于正采用的分子的类型，也可以采用本领域已知的其他系统和方法。例如，分离系统3也可以包括电泳系统和/或装置，等电势聚焦系统和/或装置，放射生物学或者类似类型的预备电泳系统和/或装置，二维凝胶，以及本领域已知的用于分离分子的其他系统和/或装置。图1示出了其中采用了分析系统的本发明的实施例。分析系统可以包括高性能液相色谱(HPLC)装备和关联装备。这些部分和设计是本领域公知的，并且因此在这里没有更详细地描述。
接口系统5插入在分离系统3和质谱分析系统7之间。图1示出了相对于质谱分析系统7独立配置的接口系统5。但是，在某些实施例中，接口系统5可以包括分离系统3或者质谱分析系统7的一部分，在其他实施例中，包括分离系统3、接口5和质谱分析系统7的每个单独系统可以被结合到单个系统或外壳(未示出)中。因此，本设计和图不应当被解释为限制本发明的宽广范围。
图1-3示出了还包括芯片接口9和离子源11的接口系统5。芯片接口9在图中被示为与离子源11邻近。但是，在某些实施例中，芯片接口9和离子源11可以包括单个单元。换言之，芯片接口9和离子源11可以被设计或者放置在单个外壳中。其他实施例也是可能的。但是，对于本发明重要的是芯片接口9可以被耦合到离子源11或者其一部分。
在图1-3中还示出了质谱分析系统7。质谱分析系统7包括质量分析仪13、输运系统15和探测器17。输运系统15被用于输送离子，并且一般被插入在质量分析仪13和探测器17之间。但是，这不是必须的配置。质量分析仪13用于分离离子源11产生的离子并确定其m/z比。
典型的质量分析仪可以包括飞行时间(TOF)、离子阱、四极、十六极、八极、三个四极、快速飞行时间(Q-TOF)、快速原子轰击和本领域已知的其他分析仪。
输运系统15可以包括本领域已知的任意数量的输运设备。一般而言，在输运系统15中也可以采用一些离子光学导管。输运系统15在本领域中是公知的，所以这里不详细讨论。
探测器17被定位在输运系统15的下游，可以包括本领域已知并且被使用的任何数量的探测器。一些典型的探测器可以包括光电倍增管或其他类似的技术。探测器可以被耦合到计算机和接口以用于将结果输出到第三方用户接口(图中未示出)。
图2示出了一般被关联到质谱分析系统7的接口系统5的立体图。该图示出了其中离子源11被紧密地耦合到芯片接口9的实施例。芯片接口9包括芯片槽19，芯片槽19被设计来用于容纳液相色谱(LC)芯片20。LC芯片20可以被插入到芯片槽19中(参见图3)。
图3示出了在LC芯片20被插入到芯片槽19中时，LC芯片20充当离子源11的发射器。毛细管23被布置在邻近LC芯片20的离子源11中，并且被设计来接收从LC芯片20产生并且发射的离子(图中未示出)。现在将给出LC芯片20的细节。
图4示出了LC芯片20和芯片夹持器25。LC芯片20已被部分插入到芯片夹持器25中，并且被布置在其中。芯片夹持器25被设计来夹持LC芯片20并将其定位在芯片槽19中。另外，芯片夹持器25允许LC芯片20被插入芯片夹持器25中并从中抽出。这是很重要的，因为LC芯片20需要被定位在邻近毛细管或类似类型的设备的离子化区域中。这提供了离子的适当产生和收集。LC芯片20在使用之后可以被从芯片接口9和芯片槽19取出，并且如果希望的话被替换。
图5和图6示出了LC芯片20及其关联部分。LC芯片20已被从芯片夹持器25中取出。LC芯片20包括聚合材料，例如聚酰亚胺或者本领域已知的用于构造这种结构和装置的其他类似类型的材料。该材料是柔性耐用的，并且能够在该材料内设计一个或多个通道。另外，对于构造微流体通道和设计，这种材料由于其耐用性和强度，即使利用非常小的横截面的片段也是理想的。LC芯片20包括主体部分24和尖端部分26。LC芯片还具有第一端31和与第一端31相对的第二端33。一般来说，在第二端33处，LC芯片20包括一个或多个液体入口端口30。这些入口端口30被设计用于接收一种或多种流体，这些流体将被导向一个或多个通道34。这些通道可以与一个或多个切换阀或捕获柱(trapping column)流体相通。切换阀28可以被用来在冲洗或试样输入之间切换。捕获柱可以被用来从液体流中移除杂质或其他类似类型的材料。喷雾室34沿LC芯片20的长度延伸，并且在发射器尖端35处开口。LC芯片20还可以包括一个或多个配准孔39和40，这些配准孔用来固定和对准芯片夹持器25中的LC芯片20(参见图4)。LC芯片20还包括一条或多条金属迹线37，金属迹线37从LC芯片20的第一端31离开，并且连接到发射器尖端35。金属迹线37连接到一个或多个电接触点。
对于本发明重要的是发射器尖端35。发射器尖端35可以包括疏水材料或者用疏水材料涂覆。发射器尖端35一般从正从发射器尖端35喷雾或者发射的离子获得电荷。可以采用一个或多个发射器尖端35。附图示出了其中仅采用了一个发射器尖端35的实施例。
在已详细讨论了本发明的装置之后，下面描述本发明的操作。
在LC芯片20已被插入到芯片接口9上的芯片槽19中后，该仪器就准备就绪可以操作了。LC芯片20随后一般利用一个或多个夹板(图中未示出)和配准孔39和40被固定。接下来，芯片接口9一般激活以使发射器尖端35降低，并且将其滑动放置到离子化区域27(未示出)中。当LC芯片20完成操作或者完成其任务后，芯片尖端35可以被从离子化区域27缩回到芯片夹持器25中。下面详细描述LC芯片20。
试样一般通过一个或多个输入端口30被提供到LC芯片20。切换阀可以被用来在试样源以及冲洗或缓冲线之间切换。试样随后被导入到捕获柱，随后导入到通道。试样随后通过通道到达发射器尖端35，在发射器尖端35处试样被放电。在LC芯片20操作期间，由于离子放电而产生的电荷一般将在LC芯片20的表面上集中。这是因为LC芯片20一般被维持在地电势，而毛细管被维持在某一电势处。毛细管和地之间的电压约为120V。具体而言，LC芯片20的表面上最大电荷收集区域接近发射器尖端35。疏水材料可以包括发射器尖端35和/或整个LC芯片20上的涂层，或者可以被应用作为发射器尖端35和/或整个LC芯片20上的涂层。这防止了LC芯片20表面上的电荷累积。对于仪器和LC芯片的正确操作，防止电荷累积是很重要的。添加的电荷干扰离子喷雾，并且通常发射器尖端35在电荷累积期间变为被离子阻塞或抑止。因此，该问题对整个仪器操作、以及仪器的输出和灵敏度带来了不利的影响。
发射器尖端35可以包括疏水材料，或者被用疏水材料涂覆。如上所述，这些疏水材料允许改进仪器操作。它们防止了LC芯片20的表面上的电荷累积。在已从发射器尖端35喷雾了离子后，这些离子被毛细管23收集，并且随后被传递到还在系统下游的探测器17上。

Claims (26)

1.一种分析系统，包括：
(a)分离系统，用于分离试样，以及
(b)液相色谱芯片，其与所述分离系统邻近并且与所述分离系统流体相通，并且包括防止所述液相色谱芯片上的电荷累积的材料。
2.如权利要求1所述的分析系统，其中，所述分离系统包括分析柱。
3.如权利要求1所述的分析系统，其中，所述液相色谱芯片包括防止所述液相色谱芯片上的电荷累积的涂层。
4.如权利要求1所述的分析系统，其中，所述液相色谱芯片包括防止所述液相色谱芯片上的电荷累积的金属。
5.如权利要求1所述的分析系统，其中，所述液相色谱芯片包括防止所述液相色谱芯片上的电荷累积的金属涂层。
6.如权利要求1所述的分析系统，其中，所述液相色谱芯片可以工作在大气压下。
7.如权利要求1所述的分析系统，其中，所述液相色谱芯片可以工作在低于大气压下。
8.一种用于电喷雾的液相色谱芯片，包括入口端口、喷雾室和具有电喷雾发射器表面的电喷雾发射器，其中所述入口端口与所述喷雾室流体相通，所述喷雾室与所述电喷雾发射器流体相通，并且所述电喷雾发射器包括防止所述电喷雾发射器表面上的电荷累积的材料。
9.如权利要求8所述的用于电喷雾的液相色谱芯片，其中，所述电喷雾发射器包括防止所述电喷雾发射器表面上的电荷累积的疏水材料。
10.如权利要求8所述的用于电喷雾的液相色谱芯片，其中，所述电喷雾发射器包括防止所述电喷雾发射器表面上的电荷累积的疏水涂层。
11.如权利要求8所述的用于电喷雾的液相色谱芯片，其中，所述电喷雾发射器包括防止所述电喷雾发射器表面上的电荷累积的金属材料。
12.如权利要求8所述的用于电喷雾的液相色谱芯片，其中，所述电喷雾发射器包括防止所述电喷雾发射器表面上的电荷累积的金属涂层。
13.如权利要求8所述的用于电喷雾的液相色谱芯片，其中，所述液相色谱芯片可以工作在大气压下。
14.如权利要求8所述的用于电喷雾的液相色谱芯片，其中，所述液相色谱芯片可以工作在低于大气压下。
15.一种用于防止电荷累积的电喷雾发射器，包括：
(a)主体部分；以及
(b)与所述主体部分相关联的尖端部分，所述尖端部分包括防止所述电喷雾发射器的尖端部分上的电荷累积的金属涂层。
16.如权利要求15所述的电喷雾发射器，其中，所述电喷雾发射器包括防止所述电喷雾发射器的尖端部分上的电荷累积的疏水材料。
17.如权利要求15所述的电喷雾发射器，其中，所述电喷雾发射器包括防止所述电喷雾发射器的尖端部分上的电荷累积的疏水涂层。
18.如权利要求15所述的电喷雾发射器，其中，所述电喷雾发射器包括防止所述电喷雾发射器的尖端部分上的电荷累积的金属材料。
19.如权利要求15所述的电喷雾发射器，其中，所述电喷雾发射器包括防止所述电喷雾发射器的尖端部分上的电荷累积的金属涂层。
20.如权利要求15所述的电喷雾发射器，其中，所述电喷雾发射器可以工作在大气压下。
21.如权利要求15所述的电喷雾发射器，其中，所述电喷雾发射器可以工作在低于大气压下。
22.一种用于防止液相色谱芯片的电喷雾发射器上的电荷累积的方法，包括：
(a)利用疏水材料涂覆所述电喷雾发射器；以及
(b)将分子传递通过所述电喷雾发射器。
23.一种用于防止液相色谱芯片的电喷雾发射器上的电荷累积的方法，包括：
(a)利用金属材料涂覆所述电喷雾发射器；以及
(b)将分子传递通过所述电喷雾发射器。
24.一种用于从液相色谱芯片的电喷雾发射器电喷雾的方法，包括：
(a)利用防止所述电喷雾发射器上的电荷累积的材料涂覆所述电喷雾发射器；以及
(b)将待分析物传递通过所述电喷雾发射器。
25.一种用于从液相色谱芯片的电喷雾发射器电喷雾的方法，包括：
(a)利用防止所述电喷雾发射器上的电荷累积的金属材料涂覆所述电喷雾发射器；以及
(b)将待分析物传递通过所述电喷雾发射器。
26.一种用于从液相色谱芯片的电喷雾发射器电喷雾的方法，包括：
(a)为电喷雾发射器提供防止所述电喷雾发射器上的电荷累积的疏水材料；以及
(b)将待分析物传递通过所述电喷雾发射器。
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