CN102568998A - 一种非接触式交流电喷雾离子化装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种非接触式交流电喷雾离子化装置及方法，其特征在于：它包括气动喷雾装置、电极、交流电源和质谱仪；气动喷雾装置包括外部毛细管、内部毛细管和三通接头；内部毛细管一端连接样品溶液注入装置，另一端依次穿过三通接头的接头一和接头二；外部毛细管套在内部毛细管的外周，其一端位于三通接头内，另一端从三通接头的接头二引出；三通接头的接头三连接高压雾化气储存装置；电极设置在外部毛细管和内部毛细管的出口端外周，电极连接交流电源；内部毛细管穿出外部毛细管；质谱仪设置在外部毛细管和内部毛细管的出口端前方。本发明结构简单，保留了传统的电喷雾特点，能与高效液相色谱，毛细管电泳以及微流控技术联用，用于质谱分析，具有广泛的应用前景。

Description

一种非接触式交流电喷雾离子化装置及方法

技术领域

本发明涉及一种电喷雾离子化装置及方法，特别是关于一种用于液体样品引入的非接触式交流电喷雾离子化装置及方法。

背景技术

质谱是有机物分子定性与定量分析强有力的工具之一。电喷雾离子化(ESI)是有机质谱分析中典型的离子化方式。在传统的电喷雾过程中样品溶液由毛细管一端进入，从另一端通过高压气雾化喷出。在雾化气以及高电压电场的作用下，样品溶液雾化形成带有电荷的气溶胶，经过溶剂挥发和库伦爆炸，目标分子最终被离子化，并进入质谱。随后发展的纳升电喷雾离子源(nanoESI)，在传统电喷雾离子源基础上取消了雾化气，使装置进一步简化。而交流电喷雾(ACESI)以交流电压取代了传统电喷雾使用的直流电压，可抑制纳、钾等加合物的形成，可以克服基体盐效应的影响。

对于以上装置，由于样品溶液在毛细管内部，故都需要添加一个额外的接口才能使喷雾电压施加于喷雾针上，使电喷雾离子源的结构变得相对复杂，在制备过程中也增加了额外的工序。因此，目前亟需开发一种非接触式的电喷雾离子源，使其能够进一步简化电喷雾离子源的结构，降低制造成本；并且更容易与液相色谱、毛细管电泳、微流控等液体分离技术联用。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种结构简单，成本低，能够与液相分离技术联用的非接触式交流电喷雾离子化的装置及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种非接触式交流电喷雾离子化装置，其特征在于：它包括气动喷雾装置、电极、交流电源和质谱仪；所述气动喷雾装置包括外部毛细管、内部毛细管和三通接头；所述内部毛细管一端连接样品溶液注入装置，另一端依次穿过所述三通接头的接头一和接头二；所述外部毛细管套在所述内部毛细管的外周，其一端位于所述三通接头内，另一端从所述三通接头的所述接头二引出；所述三通接头的接头三连接高压雾化气储存装置；所述电极设置在所述外部毛细管和内部毛细管的出口端外周，所述电极连接所述交流电源；所述内部毛细管穿出所述外部毛细管；所述质谱仪设置在所述外部毛细管和内部毛细管的出口端前方。

所述气动喷雾装置中的所述外部毛细管和内部毛细管均采用石英毛细管；所述内部毛细管的内径为5um～100um，所述外部毛细管的内径为200～300um，所述外部毛细管和内部毛细管的壁厚均为20um～100um。

所述电极的形状为直线形、环形、半圆形中的其中一种；所述电极设置在所述内部毛细管的出口端30mm范围内。

所述电极采用锡箔纸、铂、不锈钢、铜和铁中的其中一种金属导电物质制成；所述电极贴设在玻璃、橡皮的其中一种介质上。

上述装置的一种非接触式交流电喷雾离子化方法，其包括以下步骤：1)样品溶液注入装置中的样品溶液经内部毛细管靠近接头一的端部引入，从靠近接头二的端部喷出；高压雾化气储存装置中的雾化气通过三通接头的接头三注入外部毛细管的输入端，并从外部毛细管的输出端喷出，同时使内部毛细管喷出的样品溶液雾化；2)由于电极设置在外部毛细管和内部毛细管的输出端外围，电极与交流电源的高压输出端相连，因此，通过电磁感应诱导出的高压电场，使内部毛细管喷出的样品溶液在喷雾过程中带上电荷，并使样品中的分子离子化；3)样品中的分子被离子化后，进入质谱仪进行分析。

所述步骤1)中，内部毛细管内的样品溶液的流速为2～20uL/min，外部毛细管内的雾化气压力为10～300psi。

所述步骤2)中，交流电源的应用电压范围为0.5kV～20kV，频率为50Hz～250kHz。

高压雾化气储存装置中的雾化气采用氮气、空气、氩气和氦气中的一种或几种的混合气体。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明将高频交流电压应用于雾化器喷头周围的电极上，电极不需要与样品溶液接触，无需像传统电喷雾那样额外添加电极与液体接触的接口，因此加工更加容易。2、本发明由于保留了传统电喷雾喷头的基本结构，因此，能够与液相分离技术(液相色谱、毛细管电泳技术和微流控)进行联用。3、本发明采用交流电压进行电喷雾离子化，因此可抑制钠、钾等加合物的形成，克服基体盐效应的影响，可适用于生物样品的直接分析。本发明结构简单，保留了传统的电喷雾特点，能与液相分离技术联用，用于质谱分析，具有广泛的应用前景。

附图说明

图1是本发明装置结构示意图

图2是本发明外部毛细管和内部毛细管的输出端局部示意图

图3是肌红蛋白应用本发明的质谱图

图4是六种混合肽应用本发明的质谱图

图5是醋酸海瑞沙林应用传统电喷雾质谱图(5a)和应用本发明的质谱图(5b)

图6是酶切后含盐的多肽样品应用本发明质谱图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明装置包括气动喷雾装置1、电极2、交流电源3和质谱仪4。

如图1所示，本发明的气动喷雾装置1用于将样品溶液引入雾化。气动喷雾装置1包括外部毛细管11、内部毛细管12和三通接头13。内部毛细管12由三通接头13的接头一14进入，从三通接头13的接头二15引出，内部毛细管12的输入端连接样品溶液注入装置17，样品溶液注入装置17中的样品溶液经内部毛细管12靠近接头一14的端部引入，从靠近接头二15的端部喷出。外部毛细管11套在内部毛细管12的外周，其一端位于三通接头13内，另一端从三通接头13的接头二15引出。三通接头13的接头三16连接高压雾化气储存装置18，高压雾化气储存装置18提供的高压雾化气由接头三16进入三通接头13，经外部毛细管11排出，并将内部毛细管12喷出的样品溶液雾化，形成气溶胶。

如图1所示，本发明的电极2设置在外部毛细管11和内部毛细管12的输出端周围，电极2连接交流电源3。内部毛细管12穿出外部毛细管11(如图2所示)。质谱仪4设置在外部毛细管11和内部毛细管12的输出端前方。

本发明的离子化方法包括以下步骤：

1)样品溶液注入装置17中的样品溶液经内部毛细管12靠近接头一14的端部引入，从靠近接头二15的端部喷出；高压雾化气储存装置18中的高压雾化气通过三通接头13的接头三16注入外部毛细管11的输入端，并从外部毛细管11的输出端喷出，同时使内部毛细管12喷出的样品溶液雾化；其中，样品溶液在内部毛细管12内的流速为2～20uL/min，外部毛细管11内的雾化气压力为10～300psi。

2)由于外部毛细管11和内部毛细管12的输出端均设置在电极2的位置，电极2与交流电源3的高压输出端相连，因此，通过电磁感应诱导出的高压电场，使内部毛细管12喷出的样品溶液在雾化过程中带上电荷，并使分析物分子离子化；在此过程中，应用的交流电压峰峰值范围为0.5kV～20kV，频率为50Hz～250kHz。

3)样品中的分子经本发明离子化后进入质谱仪4进行分析。

上述实施例中，气动喷雾装置1中的外部毛细管11和内部毛细管12均可以采用石英毛细管；内部毛细管12的内径为5um～100um，外部毛细管11的内径为200～300um，外部毛细管11和内部毛细管12的壁厚均为20um～100um。

上述实施例中，三通接头13可以采用不锈钢材料制成。

上述实施例中，电极2为金属电极，可以采用锡箔纸、铂、不锈钢、铜、铁等各种导电物质制成；电极2可以直接贴在外部毛细管11上或者贴设在玻璃、橡皮等介质上，并置于外部毛细管11喷头附近30mm范围内；电极2形状可以为直线形、环形、半圆形等不同形状。毛细管与电极2之间可以有空气、玻璃、橡皮等介质。

上述实施例中，样品溶液输入设备17可以是注射器或者是带有动力泵的管道。

上述实施例中，通过高压雾化气储存装置18注入外部毛细管11内的雾化气可以是氮气、空气、氩气和氦气中的一种或几种的混合气体。

下面列举本发明的几种具体实施例。

实施实例一：电极2为铁丝(长30mm，直径5mm)与交流电源3相连，交流电源3的另一端接地，应用电压峰峰值为0.6kV，频率250kHz。雾化器压力调整为100psi。样品溶液：肌红蛋白溶于甲醇/水/醋酸(8∶2∶0.1，v∶v)溶液，采用本发明装置进行离子化，然后进入质谱仪4进行分析。如图3所示，给出的质谱图，说明采用本发明在非接触式交流电压下能将蛋白质分子离子化。

实施实例二：选取普通玻璃管作为介质套在毛细管输出端外部，介质的内径为5mm，外径为7mm，长度为30mm，将20mm宽的锡箔纸紧贴在介质外壁，贴成一圈，形成环形电极2，环形电极2与交流电源3相连，交流电源3的另一端接地，应用电压峰峰值范围为10kV，频率25kHz。雾化器压力调整为80psi。样品溶液：将六种混合肽溶于甲醇/水/醋酸(8∶2∶0.1，v∶v)溶液，采用本发明进行离子化，然后进入质谱仪4进行分析。这六种肽分别为：

A-生长抑制素，分子量为1638，CAS号为38916-34-6

B-醋酸强啡肽A(1-13)，分子量1604，CAS号72957-38-1

C-醋酸阿拉瑞林，分子量1167，CAS号79561-22-1

D-精氨酸加压素，分子量1084，CAS号113-79-1

E-血管紧张肽II，分子量1046，CAS号4474-91-3

F-醋酸海瑞沙林，分子量887，CAS号140703-51-1

如图4所示，给出了是六种肽的离子化后的质谱峰，说明本发明可以对多肽分子进行离子化。

实施实例三：将长10mm，直径1mm的铜丝圈在毛细管喷头外部，形成环形电极2，环形电极2与交流电源3相连，交流电源3的另一端接地，应用电压峰峰值范围为3kV，频率50kHz。雾化器压力调整为80psi。样品溶液：将醋酸海瑞沙林(分子量为887)溶于甲醇/水/醋酸(8∶2∶0.1，v∶v)溶液，分别采用传统直流电喷雾装置和本发明装置进行离子化，然后进入质谱仪4进行分析。如图5所示，给出了醋酸海瑞沙林的质谱图。图5(a)为传统电喷雾质谱图，主要包括醋酸海瑞沙林带单电荷和双电荷的质谱峰以及单电荷加纳的质谱峰；图5(b)为应用本发明的质谱图，图中只有醋酸海瑞沙林单电荷质谱峰。说明本发明不但可以使分子离子化，还可以抑制多电荷离子以及加合物离子形成。

实施实例四：将长10mm的铝丝电极2与交流电源3相连，交流电源3的另一端接地，应用电压峰峰值范围为3kV，频率20kHz。雾化器压力调整为100psi。样品溶液：选用醋酸胸腺β4，氨基酸序列号为SDKPDMAEIEKFDKSKLKKTETQEKNPLPSKETIEQEKQAGES，分子量为4963，用NaHCO₃调节pH值，加入Glu-C酶切后，加入三氟乙酸终止反应。对以上肽段混合物采用本发明进行离子化，进入质谱仪4进行分析。醋酸胸腺β4酶切后得到5个肽段，对应浓度为38μmol/L，其序列号及分子量分别如下：

M1，序列号IEKFDKSKLKKTE，分子量1594

M2，序列号KFDKSKLKKTE，分子量1352

M3，序列号KNPLPSKE，分子量912

M4，序列号TIEQE&KQAGE，分子量619

M5，序列号TQE，分子量376

如图6所示，给出了不同离子化装置下，酶切后肽段的质谱图；说明本发明适合含盐基质样品的分析。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (10)

1.一种非接触式交流电喷雾离子化装置，其特征在于：它包括气动喷雾装置、电极、交流电源和质谱仪；

所述气动喷雾装置包括外部毛细管、内部毛细管和三通接头；所述内部毛细管一端连接样品溶液注入装置，另一端依次穿过所述三通接头的接头一和接头二；所述外部毛细管套在所述内部毛细管的外周，其一端位于所述三通接头内，另一端从所述三通接头的所述接头二引出；所述三通接头的接头三连接高压雾化气储存装置；

所述电极设置在所述外部毛细管和内部毛细管的出口端外周，所述电极连接所述交流电源；所述内部毛细管穿出所述外部毛细管；所述质谱仪设置在所述外部毛细管和内部毛细管的出口端前方。

2.如权利要求1所述的一种非接触式交流电喷雾离子化装置，其特征在于：所述气动喷雾装置中的所述外部毛细管和内部毛细管均采用石英毛细管；所述内部毛细管的内径为5um～100um，所述外部毛细管的内径为200～300um，所述外部毛细管和内部毛细管的壁厚均为20um～100um。

3.如权利要求1所述的一种非接触式交流电喷雾离子化装置，其特征在于：所述电极的形状为直线形、环形、半圆形中的其中一种；所述电极设置在所述内部毛细管的出口端30mm范围内。

4.如权利要求2所述的一种非接触式交流电喷雾离子化装置，其特征在于：所述电极的形状为直线形、环形、半圆形中的其中一种；所述电极设置在所述内部毛细管的出口端30mm范围内。

5.如权利要求1或2或3或4所述的一种非接触式交流电喷雾离子化装置，其特征在于：所述电极采用锡箔纸、铂、不锈钢、铜和铁中的其中一种金属导电物质制成；所述电极贴设在玻璃、橡皮的其中一种介质上。

6.一种采用如权利要求1～5任一项所述装置的非接触式交流电喷雾离子化方法，其包括以下步骤：

1)样品溶液注入装置中的样品溶液经内部毛细管靠近接头一的端部引入，从靠近接头二的端部喷出；高压雾化气储存装置中的雾化气通过三通接头的接头三注入外部毛细管的输入端，并从外部毛细管的输出端喷出，同时使内部毛细管喷出的样品溶液雾化；

2)由于电极设置在外部毛细管和内部毛细管的输出端外围，电极与交流电源的高压输出端相连，因此，通过电磁感应诱导出的高压电场，使内部毛细管喷出的样品溶液在喷雾过程中带上电荷，并使样品中的分子离子化；

3)样品中的分子被离子化后，进入质谱仪进行分析。

7.如权利要求6所述的一种非接触式交流电喷雾离子化方法，其特征在于：所述步骤1)中，内部毛细管内的样品溶液的流速为2～20uL/min，外部毛细管内的雾化气压力为10～300psi。

8.如权利要求6所述的一种非接触式交流电喷雾离子化方法，其特征在于：所述步骤2)中，交流电源的应用电压范围为0.5kV～20kV，频率为50Hz～250kHz。

9.如权利要求7所述的一种非接触式交流电喷雾离子化方法，其特征在于：所述步骤2)中，交流电源的应用电压范围为0.5kV～20kV，频率为50Hz～250kHz。

10.如权利要求6或7或8或9所述的一种非接触式交流电喷雾离子化方法，其特征在于：高压雾化气储存装置中的雾化气采用氮气、空气、氩气和氦气中的一种或几种的混合气体。

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