CN102969217A - 热脱附游离装置、质谱系统,及质谱分析方法 - Google Patents
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Abstract
一种热脱附游离装置，是用于将一待测物进行脱附作用，并朝向一质谱仪的一入口移动以进行质谱分析，该热脱附游离装置包含一电荷产生单元、一加热单元，及一取样单元。利用该取样单元的探针直接刮取或沾附固体与液体的待分析物，并使得该探针通过该加热单元的通道时将探针上的待分析物瞬间气化，并配合该电荷产生单元进行游离及质谱分析，能大幅缩短待分析物的分析时间。本发明同时提供包含该热脱附游离装置的质谱系统，及使用该质谱系统的质谱分析方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种游离装置，特别是涉及一种热脱附游离装置。本发明亦有关于一包含有该热脱附游离装置之质谱系统，以及一质谱分析方法。
背景技术
借由质谱分析技术，人们可获知一样品中待测物(analytes)的分子量，继而配合进一步比对而确认该待测物的真实身分，因此自20世纪初期发展以来，用以实施该质谱分析技术的质谱仪，因为具有操作简便且可快速获得侦测结果之优势，已然成为一广为各领域使用之鉴定工具。
申请人在1997年以气相层析仪(gas chromatograph，GC)连接七管式的多频道电喷洒游离装置来对七种具不同分子量的酯类混合物进行分离及侦测，相关技术可参阅以下论文：C.S.Wang，J.Shiea J.MassSpectrom.1997；32：247.。
若要以电喷洒游离法分析蛋白质成分，需先将一组织切片中的蛋白质萃取出来并获得一蛋白质溶液，再借由一如图1所示之包含一电喷洒游离源11的质谱仪1(以下简称为ESI-MS)来进行蛋白质分析。相关技术可参阅以下论文：Yamashita，M.，Fenn，J.B.J.Phys.Chem.1984；88，4451.、Fenn，J.B.et al.Science 1989；246，64.、Fenn，J.B.etal.Mass Spectrom.Rev.1990；9，37.。
该质谱仪1之电喷洒游离源11是用于进行一电喷洒游离(electrospary ionization，ESI)程序来将蛋白质游离化。该游离源11包括有一开口端111朝向质量分析器12之入口121的毛细管112，使用时需在该开口端111与入口121之间建立一电场，例如于此两者间形成2-5kV的电压差。之后，使待测的蛋白质溶液于该毛细管112内朝该开口端111流动，于该开口端111之溶液会因电场的牵引与液面表面张力之作用，而形成一满布电荷之泰勒锥(Taylor cone)2，当电场作用力可克服液体之表面张力时，带有多价电荷且包含有蛋白质分子之液滴就会被形成，并朝该质量分析器12喷洒出，继而由该入口121进入质量分析器12。
参阅图2，则是一种利用脱附电喷洒游离质谱仪(DESI-MS)3来进行脱附电喷洒游离法(Desorption electrospray ionization，DESI)并进行质谱分析，此方法可侦测广泛的分子量范围及多种化合物，亦可直接对一被移动之组织切片4进行蛋白质的质谱侦测。
该脱附电喷洒游离质谱仪3包含之脱附电喷洒游离源31，类似图1中所示之电喷洒游离源11，不同之处是该脱附电喷洒游离源31是以一朝向于该组织切片4的方位设置，且更具有一包绕着该毛细管112并能喷出高压气流311之气流供应件312。该脱附电喷洒游离源31是将一电喷洒介质32灌入该毛细管112并施以高电压来进行上述电喷洒程序，启动时会自该开口端111同向喷洒出复数带电液滴321与高压气流311，并借由高压气流311来撞击一组织切片4，使得该组织切片4中之待测物受力而脱附，被脱附之待测物会与待电液滴321结合带电而形成离子态，继而再由质量分析器的入口33接收并进行后续之质谱分析。
但高压气流311在被喷出后不易集中，难以精准控制欲撞击的区域，无法对该组织切片4进行精密之蛋白质空间解析，另，以带电液滴321轰击该组织切片4的脱附能量，并不足以有效率地脱附出被束缚于上之蛋白质分子。
2002年，申请人再提出融合液滴电喷洒游离法(Fused DropletElectrospray Ionization，FD-ESI)，或称作二阶段式电喷洒游离法(Two-Step Electrospray Ionization)及随后所发展的各式游离方法。不同于一般的电喷洒游离质谱法，二阶段式电喷洒游离法是将分析物经过前处理后，直接以泵推送经由施加一高电压的毛细管，并在末端产生电喷洒游离分析物，其做法是先将分析物溶液利用雾化器(超音波雾化器或气动式雾化器等)使其雾化产生大小约介于10-30μm的微小液滴，这些微小液滴在与电喷洒所产生的带电荷液滴融合反应生成带电荷的分析物离子，此时的电喷洒游离源设计，从多频道变成单一毛细管进行电喷洒，并成为后续游离源设计的主要依据，相关技术可参阅以下论文：D.Y.Chang，C.C.Lee，J.Shiea，Anal.Chem.2002，74，2465.；C.C.Lee，D.Y.Chang，J.Y.Jeng，J.Shiea，J.Mass Spectrom.2002，37，115.。
于2005年申请人又开发以电喷洒游离辅助热裂解质谱之技术(Electrospray-Assisted Pyrolysis Mass Spectrometry，ESA-Py/MS)，用来分析大分子(macromolecular)，包括具可溶性及不可溶性的合成高分子及天然高分子物质包括原油、琥珀及腐殖质之快速分析之物种快速鉴定，相关技术可参阅以下论文：H.J.Hsu，T.L.Kuo，S.H.Wu，J.N.Oung，J.Shiea，Anal.Chem.2005，77，7744.；H.J.Hsu，J.N.Oung，T.L.Kuo，S.H.Wu，J.Shiea，Rapid Commun.Mass Spectrom.2007.21，375.。
然而，上述实验装置体积均过于庞大，相当占用空间。除此之外，样品进样相当繁琐，需先将样品送入高温炉加热至设定温度形成气态，再通入载流气体与气态样品混合后经由导管引导至游离区域，不但操作不便又耗时，且样品传送的过程中会残留于导管管壁而导致样品量损耗。
发明内容
本发明的第一目的，即在于提供一种快速取样及分析的热脱附游离装置。
本发明热脱附游离装置，是用于将一种待测物进行脱附作用，并朝向一个质谱仪的一个入口移动以进行质谱分析，该热脱附游离装置包含一个电荷产生单元、一个加热单元，及一个取样单元。
该电荷产生单元是与该质谱仪间隔设置并朝向该质谱仪的入口产生带电荷的溶剂液滴。该加热单元包括一个加热本体，及一个贯穿该加热本体的通道，该通道具有一个进样口，及一个相反于该进样口的出口，该出口是朝向该电荷产生单元与质谱仪之间，且该出口的延伸方向是与该电荷产生单元的延伸方向呈相交。该取样单元包括一个能抽离地穿伸于该加热单元之通道的探针，该探针是用以刮取或沾附该待测物，使部分待测物附着于该探针上。
本发明所述的热脱附游离装置，其中，该取样单元还包括一个连接于该探针一端的握持部，该握持部具有一个连接该探针且朝向该进样口的连接面，该连接面的面积是大于该进样口的截面。
本发明所述的热脱附游离装置，其中，该电荷产生单元是以喷洒的方式产生带电荷的溶剂液滴，而喷洒的方式是选自下列方法之一：电喷洒游离法、纳米喷洒游离法、超声喷雾游离法，及热喷洒游离法。
本发明所述的热脱附游离装置，其中，该电荷产生单元是以放电的方式产生带电荷的溶剂液滴，而放电的方式是选自下列方法之一：尖端放电、辉光放电，及介电质放电。
本发明所述的热脱附游离装置，其中，该加热单元之加热本体的加热温度范围为40～1500℃。
本发明之第二目的，即在提供一种质谱系统，包含一个具有一个入口的质谱仪，及本发明第一目的所述之热脱附游离装置。
本发明所述的质谱系统，其中，该取样单元还包括一个连接于该探针一端的握持部，该握持部具有一个连接该探针且朝向该进样口的连接面，该连接面的面积是大于该进样口的截面。
本发明所述的质谱系统，其中，该电荷产生单元是以喷洒的方式产生带电荷的溶剂液滴，而喷洒的方式是选自下列方法之一：电喷洒游离法、纳米喷洒游离法、超声喷雾游离法，及热喷洒游离法。
本发明所述的质谱系统，其中，该电荷产生单元是以放电的方式产生带电荷的溶剂液滴，而放电的方式是选自下列方法之一：尖端放电、辉光放电，及介电质放电。
本发明所述的质谱系统，其中，该加热单元之加热本体的加热温度范围为40～1500℃。
本发明之第三目的，则在提供一种质谱分析方法，包含一个取样步骤、一个脱附步骤、一个电荷产生步骤，及一个分析步骤。
该取样步骤是以一个探针刮取或沾附一种待测物，使部分待测物附着于该探针上；该脱附步骤是将该探针伸入一个贯穿一个加热本体之通道中，并使该探针上的待测物被该加热本体加热脱附形成气相待测物再离开该通道；该电荷产生步骤令一个电荷产生单元朝向一个质谱仪的入口产生带电荷的溶剂液滴，而气相待测物会与溶剂液滴融合形成带电荷的待测物离子；该分析步骤是使待测物离子经由该入口进入该质谱仪，并经该质谱仪进行分析。
本发明所述的质谱分析方法，其中，该加热单元之加热本体的加热温度范围为40～1500℃。
本发明的有益效果在于：利用该探针直接刮取或沾附固体与液体的待分析物，并使得该探针通过通道时将探针上的待分析物瞬间气化而进行游离及质谱分析，能大幅缩短待分析物的分析时间。
附图说明
图1是一示意图，说明现有技术一电喷洒游离质谱仪(ESI-MS)之各大部件的相对位置与作用方式；
图2是一示意图，说明现有技术一脱附电喷洒游离质谱仪(DESI-MS)之各大部件的相对位置与作用方式；
图3是一示意图，说明本发明质谱系统之较佳实施例；
图4是一流程图，说明本发明质谱分析方法之较佳实施例；
图5～16皆是选择离子层析图及质谱图，用于说明本发明之各个实验例的分析结果。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。
参阅图3，为本发明质谱系统5之较佳实施例，包含一具有一入口61的质谱仪6，及一热脱附游离装置7。该质谱仪6的结构为该技术领域中具有通常知识者所能理解，不再赘述，而该热脱附游离装置7包含一电荷产生单元71、一加热单元72，及一取样单元73。
该电荷产生单元71是与该质谱仪6间隔设置并朝向该质谱仪6的入口61产生带电荷的溶剂液滴。要说明的是，于本实施例中，该电荷产生单元是以喷洒的方式产生带电荷的溶剂液滴，而喷洒的方式可选自下列方法之一：电喷洒游离法(electrospray ionization)、纳米喷洒游离法(Nanospray)、超声喷雾游离法(Sonic spray)，及热喷洒游离法(Thermal spray)。另外，该电荷产生单元也能以放电的方式产生带电荷的溶剂液滴，而放电的方式是选自下列方法之一：尖端放电(corona discharge)、辉光放电(glow discharge)，及介电质放电(dielectricbarrier discharge)。
该加热单元72包括一加热本体721，及一贯穿该加热本体721的通道722，该加热本体721的加热温度范围为40～1500℃，该通道722具有一进样口723，及一相反于该进样口723的出口724，该出口724是朝向该电荷产生单元71与质谱仪6之间，且该出口724的延伸方向是与该电荷产生单元71的延伸方向呈相交。
该取样单元73包括一能抽离地穿伸于该加热单元72之通道722的探针731，及一连接于该探针731一端的握持部732。该探针731是用以刮取或沾附一固体或是液体的待测物(图未示)，使部分待测物附着于该探针731上，该握持部732具有一连接该探针731且朝向该进样口723的连接面733，该连接面733的面积是大于该进样口723的截面。
参阅图4，为本发明质谱分析方法之较佳实施例，其是配合前述之质谱系统5以将待分析物进行分析之方法，包含一取样步骤81、一脱附步骤82、一电荷产生步骤83，及一分析步骤84，以下配合图3、4说明以该质谱系统5进行质谱分析方法的步骤。
该取样步骤81是以该探针731刮取或沾附待测物，使部分待测物附着于该探针731上；该脱附步骤82是将该探针731由该进样口723伸入该通道722中，并使该探针731上的待测物被该加热本体721加热脱附形成气相待测物再由该出口724离开该通道722。操作者可依据不同性质的待测物来调整该加热本体721的加热温度，以确保待测物会被加热至形成气相而离开该通道722。该握持部732的设计，不但能让操作者易于操作，且该握持部732之连接面733的面积是大于该进样口723的截面，能避免该探针731伸入该通道722内时整个落入该通道722内。
该电荷产生步骤83令该电荷产生单元71朝向该质谱仪6的入口61产生带电荷的溶剂液滴，而气相待测物会与溶剂液滴融合形成带电荷的待测物离子，产生带电荷之溶剂液滴的方法如前所述，于此不再赘述；该分析步骤84是使待测物离子经由该入口61进入该质谱仪6，并经该质谱仪6分析后产生一质谱分析图。
要特别说明的是，于本实施例中，该加热本体721的加热温度范围为40～800℃，此温度范围仅为本实施例所举例的操作条件，当然也可以视实际操作情形而加热至超过800℃，甚至达到1500℃左右，不以本实施例所揭露者为限。
图5至图13是以本发明之装置及方法进行测试的实验例，皆是以图3所示的质谱系统5，以及图4所示的分析步骤进行测试，每一图皆显示选择离子层析图及质谱图，相关结构及步骤如前所述，于以下说明中不再赘述。
如图5、6所示，是以探针731分别刮取普拿疼药锭及心律锭表面后进行测试，而由图5、6的结果来看，证实本发明确实可以直接分析固体样品组成，而侦测到固体样品所含的活性成分。
如图7、8所示，是将摇头丸粉末以及海洛因粉末分别混合于市售面粉内而模拟成毒品粉末，将该探针731分别沾附上述混合后的粉末并进行测试。由图7、8的结果来看，的确可以侦测到摇头丸与海洛因的存在，证实本发明确实可以直接分析粉末状样品的成分。
如图9、10所示，是分别于尿液中添加K他命，以及于牛奶中添加三聚氰胺，将该探针731分别沾附上述混合后的液体并进行测试。由图9、10的结果来看，的确可以侦测到K他命与三聚氰胺的存在，证实本发明确实可以直接分析液体样品的成分。
如图11～13所示，是分别测试日常用品，如玩具、灌肠袋，及橡皮擦中是否含有塑化剂的成分。以探针731分别刮取或穿刺上述物品表面后进行测试，而由图11～13的结果来看，证实本发明确实可以侦测到固体样品内的塑化剂成分。
如图14～16所示，是分别针对蔬果农产品表面农药残留的测试，图14～16是以探针731分别刮取青椒、蕃茄及莲雾表面，并测试分析是否残留农药。由图14～16的结果来看，证实本发明确实可以侦测到农产品表面残留的农药。
综上所述，本发明通过上述的装置及方法，利用该探针731直接刮取或沾附固体与液体的待分析物，并使得该探针731通过通道722时，能受到该加热本体721的加热作用，使该探针731上的待分析物瞬间气化而进行游离及质谱分析，不但能快速获得检验结果(平均约3-5秒即能产生检验结果)，且待分析物的更换及取样皆相当快速，能大幅缩短待分析物的分析时间，而能应用于大量样品数的检测，且待分析物不需进行前处理，并能在常温常压条件下操作，操作手续简便。
Claims (12)
1.一种热脱附游离装置，是用于将一种待测物进行脱附作用，并朝向一台质谱仪的一个入口移动以进行质谱分析，其特征在于：该热脱附游离装置包含：
一个电荷产生单元，与该质谱仪间隔设置并朝向该质谱仪的入口产生带电荷的溶剂液滴；
一个加热单元，包括一个加热本体，及一个贯穿该加热本体的通道，该通道具有一个进样口，及一个相反于该进样口的出口，该出口是朝向该电荷产生单元与质谱仪之间，且该出口的延伸方向是与该电荷产生单元的延伸方向呈相交；及
一个取样单元，包括一个能抽离地穿伸于该加热单元之通道的探针，该探针是用以刮取或沾附该待测物，使部分待测物附着于该探针上；
当该探针上的待测物随着该探针经由该进样口通过该加热单元的通道，而被该加热本体加热脱附形成气相待测物并由该出口离开后，会与该电荷产生单元所产生的溶剂液滴融合形成带电荷的待测物离子，而进入该质谱仪的入口进行分析。
2.根据权利要求1所述的热脱附游离装置，其特征在于：该取样单元还包括一个连接于该探针一端的握持部，该握持部具有一个连接该探针且朝向该进样口的连接面，该连接面的面积是大于该进样口的截面。
3.根据权利要求1所述的热脱附游离装置，其特征在于：该电荷产生单元是以喷洒的方式产生带电荷的溶剂液滴，而喷洒的方式是选自下列方法之一：电喷洒游离法、纳米喷洒游离法、超声喷雾游离法，及热喷洒游离法。
4.根据权利要求1所述的热脱附游离装置，其特征在于：该电荷产生单元是以放电的方式产生带电荷的溶剂液滴，而放电的方式是选自下列方法之一：尖端放电、辉光放电，及介电质放电。
5.根据权利要求1所述的热脱附游离装置，其特征在于：该加热单元之加热本体的加热温度范围为40～1500℃。
6.一种质谱系统，用以针对一种待测物进行质谱分析，其特征在于：该质谱系统包含：
一个质谱仪，具有一个入口，用于接收并分析已被脱附游离的待测物离子；以及
一个热脱附游离装置，包括：
一个电荷产生单元，与该质谱仪间隔设置并朝向该质谱仪的入口产生带电荷的溶剂液滴；
一个加热单元，包括一个加热本体，及一个贯穿该加热本体的通道，该通道具有一个进样口，及一个相反于该进样口的出口，该出口是朝向该电荷产生单元与质谱仪之间，且该出口的延伸方向是与该电荷产生单元的延伸方向呈相交；及
一个取样单元，包括一个能抽离地穿伸于该加热单元之通道的探针，该探针是用以刮取或沾附该待测物，使该待测物的部分样品分子附着于该探针上；
当该探针上的待测物随着该探针经由该进样口通过该加热单元的通道，而被该加热本体加热脱附形成气相待测物并由该出口离开后，会与该电荷产生单元所产生的溶剂液滴融合形成带电荷的待测物离子，而进入该质谱仪的入口进行分析。
7.根据权利要求6所述的质谱系统，其特征在于：该取样单元还包括一个连接于该探针一端的握持部，该握持部具有一个连接该探针且朝向该进样口的连接面，该连接面的面积是大于该进样口的截面。
8.根据权利要求6所述的质谱系统，其特征在于：该电荷产生单元是以喷洒的方式产生带电荷的溶剂液滴，而喷洒的方式是选自下列方法之一：电喷洒游离法、纳米喷洒游离法、超声喷雾游离法，及热喷洒游离法。
9.根据权利要求6所述的质谱系统，其特征在于：该电荷产生单元是以放电的方式产生带电荷的溶剂液滴，而放电的方式是选自下列方法之一：尖端放电、辉光放电，及介电质放电。
10.根据权利要求6所述的质谱系统，其特征在于：该加热单元之加热本体的加热温度范围为40～1500℃。
11.一种质谱分析方法，其特征在于：该质谱分析方法包含：
一个取样步骤，以一个探针刮取或沾附一种待测物，使部分待测物附着于该探针上；
一个脱附步骤，将该探针伸入一个贯穿一个加热本体之通道中，并使该探针上的待测物被该加热本体加热脱附形成气相待测物再离开该通道；
一个电荷产生步骤，令一个电荷产生单元朝向一个质谱仪的入口产生带电荷的溶剂液滴，而气相待测物会与溶剂液滴融合形成带电荷的待测物离子；及
一个分析步骤，待测物离子经由该入口进入该质谱仪，并经该质谱仪进行分析。
12.根据权利要求11所述的质谱分析方法，其特征在于：该加热单元之加热本体的加热温度范围为40～1500℃。
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