CN101206207B - 一种微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源。将2-100个单通道电喷雾喷针/喷口固定于质谱仪真空区的入口处，呈扇形空间分布，保证各个单通道电喷雾喷针/喷口末端的中心轴线相交于真空区入口前端0-1cm的位置处，并使之与真空入口轴线成0-90度角。当在各个电喷雾喷针/喷口上分别施加高电压后，可以实现多流路液相的电喷雾离子化，从而实现液相分离系统与质谱的联用。该离子源具有结构简单、调试操作容易、模式切换方便、稳定性好、维护费用低等特点，可直接固定于质谱仪上，具有较强的通用性和实用性。通过安装不同模式的电喷雾喷口或喷针，可实现多种模式微液相分离系统与质谱的联用。
Description
技术领域
本发明涉及液相分离系统与质谱联用的离子源，具体地说是一种微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源。可同时实现多套微液相分离系统与质谱的联用。
背景技术
在过去的十年里，电喷雾质谱(ESI-MS)已经发展成为一种通用的质谱技术，被应用于许多小分子样品和生物样品的分析，甚至可以用于分析不挥发和热不稳定的化合物。
随着电喷雾质谱的广泛应用，各种液相分离系统与质谱的联用技术也开始走向成熟。微分离技术是近几年发展起来的新兴技术之一，其分离系统中的流速在微升甚至纳升级范围内，特别适合于与质谱联用。微分离系统与质谱联用具有比常规联用系统更高的分离效率、更快的分离分析速度、更少的样品消耗以及更高的检测灵敏度。各种适合于微流量液相分离系统的接口技术的出现，使得ESI-MS与微柱液相色谱(HPLC)、毛细管电泳(CE)、毛细管电色(CEC)和加压电色谱(pCEC)等微流量(微升级、纳升级)液相分离系统的在线联用成为可能。
质谱技术发展十分迅速。随着制造工艺的改进和发展，质谱仪的性能得到了显著的提高，制造成本也开始下降。但与液相分离系统相比，其价格仍然非常昂贵，往往是一套液相色谱仪的几倍甚至几十倍。所以，将多套液相分离系统同时与质谱进行联用，是提高质谱仪利用率，降低成本的一种有效途径。另外，现在的商品化电喷雾离子源很难同时实现多模式分离系统与质谱联用。当切换不同模式分离系统时，需要对离子源进行复杂地拆换和调试，使仪器的使用受到了限制。
近年来，组合化学和组学研究开始兴起。大量的化合物需要同时得到高通量的筛选和分析。液相分离系统与质谱联用作为一种最广为使用的分析工具，也同样面临高通量分析的挑战。最近开发和进入市场的多喷雾口ESI源开创了一个新的高通量平行样品分析的可能性，即将多个色谱系统与一个质谱仪联用。但是该设计采用的是机械旋转装置，使多通道喷口中的每一个喷口依次对准样品采样孔，从而实现多通路的同时分析。由于采用机械旋转装置，喷口间的切换速率较慢，而且仪器的消耗和保养费用较高，一般实验室无法配备。这大大限制了该离子源的应用范围。同时，也有文献报道了2通道和4通道的ESI电离源，但是其设计复杂、可操作性差。同时，因为采用一体化设计，只能够实现HPLC与MS联用，通用性不理想。此外，还有文献报道了阵列多喷口离子源，其中多通道喷口采用平行方式排列，可以显著提高样品的电离效率。但是由于各喷雾口离质谱入口的距离不一致，所以由各口产生的离子以及离子化效率都不一样，从而该接口只能用于增加样品的电离效率，而无法实现多套液相分离系统与质谱的联用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源及其专用喷针/喷口，可以实现多通道或多模式微液相分离系统与质谱的联用。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：将2-100个单通道电喷雾喷针/喷口固定于质谱仪真空区的入口处，呈扇形空间分布。保证各个单通道电喷雾喷针/喷口末端的中心轴线相交于真空区入口前端0-1cm的位置处，并使之与真空入口轴线成0-90度角。当在各个电喷雾喷针/喷口上分别施加高电压后，可以实现多流路液相的电喷雾离子化，从而实现液相分离系统与质谱的联用。
所述呈扇形空间分布最好为整体上呈圆锥形锥台状空间分布。
微液相分离系统可以是流量在纳升级或微升级的液相分离系统，注射器直接进样、纳升级/微升级HPLC、CE、CEC、pCEC或微流控芯片。
所述真空区入口前端0-1cm的位置处是指以真空区入口为圆心，半径在2-30毫米的半圆球形区域内。所述施加合适的高电压，可单独施加在其中一个电喷雾喷针/喷口上，也可以同时施加在其中两个或两个以上喷针/喷口上。实现多流路液相的电喷雾离子化，可以依次分别实现各个流路的电喷雾，也可以同时实现其中两个或两个以上流路的电喷雾。施加高电压，其电压值在1.8至5千伏范围内。电喷雾喷针/喷口可以为石英毛细管、金属管、玻璃管或聚合物管件。电喷雾喷针/喷口的出口末端的内径在10-50μm范围内。微流量液相色谱分离系统的流量在10nL/min至50uL/min范围内。
所述制作离子源的材料可以是各种无机材料和有机材料，其中无机材料包括：1)金属材料：不锈钢，铜，铁、铝以及各种合金材料；2)非金属材料：石英、玻璃、硅、石墨、各种金属氧化物、非金属氧化物以及上述材料的不同比例混合材料；有机材料包括：各种有机聚合物和塑料、PEEK材料、聚四氟塑料和聚苯乙烯等。
所述电喷雾喷针/喷口与离子源的结合方式可采用可拆换模式和一体化模式。其中可拆换模式是使用化学和物理的方法将喷口/喷针固定在离子源上，可以对其进行拆换。一体化模式是将喷针/喷口直接与离子源直接制作在一起，不能进行拆换。
本发明的有益效果是：
1、可同时实现多套或多种模式微流量液相系统与质谱的联用。采用多通道设计，可以满足多套微流量液相系统与质谱的联用；采用多模式喷口，可以满足与多种模式分离系统同时联用，其中可以实现注射器直接进样、纳升级/微升级液相色谱与质谱联用、毛细管电泳与质谱联用、电色谱与质谱联用、加压电色谱与质谱联用以及微流控芯片与质谱联用。
2、可满足如飞行时间质谱(TOF-MS)等质谱仪的需要，一边分析一边对分子量进行实时校正，提供更加可靠的分子量信息。
3、大流量液相分离系统可以分几路从多个喷口或喷针同时进入质谱，增加样品的电离效率，提高质谱检测的灵敏度。
4、该离子源及其专用喷针/喷口的结构简单，电离源可直接固定于质谱仪，操作简单；喷针/喷口的安装和调试容易，各分离模式的切换可直接通过更换不同喷针/喷口实现。无需对电离源进行拆换，分离模式切换方便。
5、该离子源及其专用喷针/喷口具有较强的通用性和实用性，可通过安装不同模式的电喷雾喷口或喷针，实现多种微液相分离系统与质谱联用，包括注射器直接进样、纳升级/微升级液相色谱与质谱联用、毛细管电泳与质谱联用、电色谱与质谱联用、加压电色谱与质谱联用以及微流控芯片与质谱联用。该离子源可以被安装在各种型号的质谱仪上，与纳升和微升级流量的液相系统进行联用。
6、该离子源及其专用喷针/喷口稳定性好，维护费用低。
附图说明
图1为一种微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源采用五通道喷口的结构设计草图。其中离子源1由加热毛细管套管2、喷雾腔3、喷针/喷口插口4、氮气入口5和氮气出口6组成。适用于不同模式分离系统与质谱联用的喷针/喷口可以方便地安装于4中，通过调整喷针/喷口与质谱真空区域入口(加热毛细管口)之间的距离以达到最佳喷雾效果。
图2为一种微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源所使用的专用喷针/喷口的示意图。
图中a和b两种型号的喷针/喷口适用于微柱液相色谱，、无鞘流液加压电色谱和无鞘流液电色谱与质谱联用。其中1是导电部分，喷雾电源与其直接相连；2是喷针/喷口套管，用于保护喷针/喷口，并保证其方向准直；3是喷针/喷口(a为细内径，b为粗内径)；4是固定套件，用于将喷针/喷口固定于离子源上。
图中c型号的喷针/喷口适用于纳升级液相色谱与质谱联用以及质谱纳升级直接进样分析。其中1是色谱柱或毛细管；2是喷针/喷口套管，用于保护喷针/喷口，并保证其方向准直；3是固定套件，用于将喷针/喷口固定于离子源上。
图中d型号的喷针/喷口适用于使用鞘流液的毛细管电泳，毛细管电色谱，加压电色谱以及纳升级液相色谱与质谱的联用。其中1是色谱柱或毛细管；2是导电部分，喷雾电源与其直接相连，提供喷雾电压；3是鞘流液输送管道，提供喷雾使用的鞘流液；4是毛细管或毛细管色谱柱的固定套件，用于毛细管或毛细管色谱柱与喷针的固定；5是喷针/喷口套管，用于保护喷针/喷口实现鞘流液的喷雾，此外还保证其方向准直；6是固定套件，用于将喷针/喷口固定于离子源上；7是喷针/喷口套管的固定套件，用于套管的固定；8是四通，用于实现鞘流液在喷针/喷口套管与毛细管之间流动。
图3为本发明一个实施例中进行多肽直接进样分析的结果图。
图4为本发明一个实施例中采用微柱液相与质谱联用的分析结果图。
图5为本发明一个实施例中采用Nano-LC与质谱联用的分析结果图。。
具体实施方式
实施例1
如图1所示，一种微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源。采用五通道设计，即离子源1由加热毛细管套管2、喷雾腔3以及呈扇形空间分布的五个用于安装单通道电喷雾喷针/喷口的插口4组成。此外5为氮气入口、6为氮气出口。适用于不同模式分离系统与质谱联用的喷针/喷口可以方便地安装于4中，通过调整喷针/喷口与质谱真空区域入口(加热毛细管口)之间的距离以达到最佳喷雾效果。在本实施例中保证各个单通道电喷雾喷针/喷口末端的中心轴线相交于真空区入口前端0.8cm的位置处，使其中四个单通道电喷雾喷针/喷口末端的中心轴线与真空入口轴线成45度角，在各个电喷雾喷针/喷口上分别施加2kV高电压后，可是实现液体的电喷雾离子化。
其中多通道电喷雾离子源所使用的专用喷针/喷口如图2所示。
图中a和b两种型号的喷针/喷口适用于微柱液相色谱、无鞘流液加压电色谱和无鞘流液电色谱与质谱联用。其中1是导电部分，喷雾电源与其直接相连；2是喷针/喷口套管，用于保护喷针/喷口，并保证其方向准直；3是喷针/喷口(a为细内径，b为粗内径)；4是固定套件，用于将喷针/喷口固定于离子源上。
图中c型号的喷针/喷口适用于纳升级液相色谱与质谱联用以及质谱纳升级直接进样分析。其中1是色谱柱或毛细管；2是喷针/喷口套管，用于保护喷针/喷口，并保证其方向准直；3是固定套件，用于将喷针/喷口固定于离子源上。
图中d型号的喷针/喷口适用于使用鞘流液的毛细管电泳，毛细管电色谱，加压电色谱以及纳升级液相色谱与质谱的联用。其中1是色谱柱或毛细管；2是导电部分，喷雾电源与其直接相连，提供喷雾电压；3是鞘流液输送管道，提供喷雾使用的鞘流液；4是毛细管或毛细管色谱柱的固定套件，用于毛细管或毛细管色谱柱与喷针的固定；5是喷针/喷口套管，用于保护喷针/喷口实现鞘流液的喷雾，此外还保证其方向准直；6是固定套件，用于将喷针/喷口固定于离子源上；7是喷针/喷口套管的固定套件，用于套管的固定；8是四通，用于实现鞘流液在喷针/喷口套管与毛细管之间流动。
实施例2
实验条件：毛细管(河北永年锐丰色谱器件有限公司，内径：50μm，外径：375μm)，注射泵(美国Harvard公司)，LCQduo离子阱质谱(美国Finnigan公司)，所使用的离子源为实施例1中所述五通道微液相分离系统与质谱联用电喷雾离子源，各个单通道电喷雾喷针/喷口末端的中心轴线相交于真空区入口前端0.6cm的位置处，使其中四个单通道电喷雾喷针/喷口末端的中心轴线与真空入口轴线成45度角，喷雾电压2.2kV。
样品：一个多肽(m/z＝815)(0.1％甲酸水溶液)
请参阅图3，即利用本发明实施例1中所提供的一种微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源及其专用喷针/喷口进行纳升级到微升级直接进样质谱分析获得的总离子流质谱图。流速分别为400nL/min、1.4μL/min和5μL/min。说明该离子源可以适合于纳升级到微升级流量液体的电喷雾分析。
实施例3
实验条件：Michrom多维液相色谱仪，LCQduo离子阱质谱(美国Finnigan公司)。所使用的离子源为实施例1中所述五通道微液相分离系统与质谱联用电喷雾离子源，各个单通道电喷雾喷针/喷口末端的中心轴线相交于真空区入口前端1cm的位置处，使其中四个单通道电喷雾喷针/喷口末端的中心轴线与真空入口轴线成45度角，喷雾电压3kV。
液相条件：色谱柱：250μm×50mm，5μC18
流动相：A：2％ACN(含0.1％甲酸，0.05％HFBA)B：98％ACN(含0.1％甲酸，0.05％HFBA)；60min梯度：0min：10％A；50min：40％；55min：60％A；60min：60％A；进样量2μL；流速5μL/min。
样品：50μg/mL β-Casein酶解产物
请参阅图4，即利用本发明所提供的一种微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源及其专用喷针/喷口进行微升级液相色谱与质谱联用获得的分离谱图。该离子源可以实现微升级流量液相色谱与质谱联用分析。
实施例4
实验条件：毛细管(河北永年锐丰色谱器件有限公司，内径：100μm，外径：375μm)，填料C18-3μm，液相泵日本Jasco-PU1585，LCQduo离子阱质谱(美国Finnigan公司)。所使用的离子源为实施例1中所述五通道微液相分离系统与质谱联用电喷雾离子源，各个单通道电喷雾喷针/喷口末端的中心轴线相交于真空区入口前端1cm的位置处，使其中四个单通道电喷雾喷针/喷口末端的中心轴线与真空入口轴线成45度角，喷雾电压2kV。
液相条件：色谱柱：100μm×170mm，3μC18；流动相：A：ACN(含0.1％甲酸)；B：H2O(含0.1％甲酸)；60min梯度：0min：10％A；50min：40％；55min：60％A；60min：60％A；双分流系统，进样量2uL；流速400nL/min。
样品：1mg/mL鼠肝蛋白酶解24小时，除盐后分离鉴定。
请参阅图5，即利用本发明所提供的一种微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源及其专用喷针/喷口进行纳升级液相色谱与质谱联用获得的分离谱图。该离子源可以实现纳升级流量液相色谱与质谱联用分析。
Claims (7)
1.一种微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源，其特征在于：将2-100个单通道电喷雾喷针/喷口固定于质谱仪真空区的入口处，呈扇形空间分布，保证各个单通道电喷雾喷针/喷口末端的中心轴线相交于真空区入口前端0-1cm的位置处，并使之与真空入口轴线成0-90度角，当在各个电喷雾喷针/喷口上分别施加高电压后，可以实现多流路液相的电喷雾离子化，从而实现液相分离系统与质谱的联用；
所述电喷雾喷针/喷口的出口末端的内径在10-50μm范围内。
2.按照权利要求1所述微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源，其特征在于：所述呈扇形空间分布为整体上呈圆锥形锥台状空间分布。
3.按照权利要求1所述微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源，其特征在于：所述微液相分离系统可以是流量在纳升级或微升级的液相分离系统，注射器直接进样、纳升级/微升级液相色谱、毛细管电泳、电色谱、加压电色谱或微流控芯片。
4.按照权利要求1所述微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源，其特征在于：所述电喷雾喷针/喷口可以为石英毛细管、金属管、玻璃管或聚合物管件。
5.按照权利要求1所述微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源，其特征在于：所述真空区入口前端0-1cm的位置处是指以真空区入口为圆心，半径在2-30毫米的半圆球形区域内。
6.按照权利要求1所述微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源，其特征在于：所述施加的高电压，可单独施加在其中一个电喷雾喷针/喷口上，也可以同时施加在其中两个或两个以上喷针/喷口上。
7.按照权利要求1所述微液相分离系统与质谱联用的多通道电喷雾离子源，其特征在于：所述施加高电压，其电压值在1.8至5千伏范围内。
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Effective date of registration: 20200320 Address after: 221004 Room 301, floor 3, Huaihai Food City Convention and Exhibition Center, Yunlong District, Xuzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Xuzhou Mayan Medical Technology Co.,Ltd. Address before: 116023 No. 457, Zhongshan Road, Liaoning, Dalian Patentee before: DALIAN INSTITUTE OF CHEMICAL PHYSICS, CHINESE ACADEMY OF SCIENCES |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20120411 Termination date: 20211222 |