CN103021786B - 一种用于质谱分析的过滤式电喷雾离子源装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于化学分析等技术领域，具体是一种用于质谱分析的过滤式电喷雾离子源装置。本发明装置包括一个导电的锥孔漏斗、滤纸片、以及为锥孔漏斗提供工作电压的高压电源。安滤纸片折叠成和锥孔漏斗内面一样的锥形形状，并精密地与锥孔漏斗的内表面接触，滤纸片的锥形端由锥孔漏斗的较小一端的小孔露出，用于实现电喷雾产生离子。本装置所用材料成本低，均为实验室常用材料；制造技术简单，无需大型、复杂仪器设备；可用于诸如泥土，污水，动植物组织等大多数固液混合物的实地、实时分析。
Description
技术领域
本发明属于化学分析等技术领域，具体涉及一种用于质谱分析的离子源装置，可用于直接分析固液混合物样品中的各种化学和生物分子成分。
背景技术
质谱是一种具有分析速度快、灵敏度高和具有分子特异性的化学分析方法，已广泛应用于化学、生物，环境检测，医疗卫生等众多领域。常用的质谱仪器的离子源主要有电喷雾电离源（ESI）、电子轰击电离源（EI）、化学电离源（CI）、大气压化学电离源（APCI）等。但上述常规离子源一般都对样品有一定的要求，如电喷雾电离源（ESI），电感耦合等离子体（ICP）离子源等是直接将液体样品电离成气态样品离子；电子轰击电离源（EI）、化学电离源（CI）、大气压化学电离源（APCI）等只能电离气体样品产生气态离子。因此，目前大多数用于质谱分析的样品要么是被准备成液体状态，如将常温下为固体的蛋白质，多肽等生物或化学样品溶于一定的溶剂中制备成溶液，然后再经电喷雾电离源（ESI），电感耦合等离子体（ICP）离子源等电离成气态离子；要么是先将常温下成液体或固体状态的样品直接加热成气体，然后再经电子轰击电离源（EI）、化学电离源（CI）、大气压化学电离源（APCI）等电离成气态离子。但如果对于常态下为固体，固液混合物或更为复杂的生物样品，如泥土，泥浆，蔬菜，水果，动植物组织等，则样品的制备和处理更为复杂，如需要进行一系列的溶解，萃取，过滤，分离等。对于这些状态和组成等很复杂的样品往往还需要进一步用液相色谱，气相色谱，毛细管电泳进行分离等。这些复杂和繁琐的样品处理和分离过程不仅需要复杂的仪器装备，加大样品分析的成本，还使得样品的分析时间变得漫长。
研究和开发更为简单和直接的化学样品电离方法一直是质谱学领域内大家感兴趣的主要方向之一。近年来，各种新的样品电离技术，如，（表面）脱附电喷雾电离离子源（DESI）, 实时直接分析离子源（DART）等陆续被发明和应用。Wang等人于2010年首次提出纸基电喷雾离子化质谱技术，如文献He Wang, Jiangjiang Liu, R.Graham Cooks, and Zheng Ouyang; Angew. Chem,2010,49,877-880中描述，他们首次将分析物溶液滴于纸片上，通过在纸片上加入高电压而产生被分析物离子，进而实现被分析物的质谱分析。
纸基电喷雾作为新型的离子化技术，操作方便且设备简单。通过与质谱仪联用，可用于分析多种生物样品（如血液和药物等）。此类工作可见于文献Jiangjiang Liu, He Wang, R.Graham Cooks, Zheng Ouyang; Anal Chem,2010,82,2463-2471。但是这些研究中的纸基电喷雾技术仅适用于分析溶液，且仅适用于分析单次单样品分析。
目前，还没有一种可以应用于直接、连续将固液混合物，如泥土，泥浆，蔬菜，水果，动植物组织等样品中的化学和生物成分电离成气态离子的方法。实现对这些实际中大量存在的样品，如土壤，蔬菜和肉类食物，动植物样品的直接快速分离和成分分析。
发明内容
针对以上现有技术的不足和缺陷，本发明提供一种结构简单、成本低廉、易于制造和操作的可用于分析固液混合物的过滤式电喷雾离子源装置，以及基于该离子源装置的离子化方法。
本发明提供的过滤式电喷雾离子源装置，包括一个导电的锥孔漏斗、滤纸片、以及为锥孔漏斗提供工作电压的高压电源；导电的锥孔漏斗与高压电源相连；锥孔漏斗较大的一端用于加入样品，较小的一端开有一小孔；将滤纸片折叠成和锥孔漏斗内面一样的锥形形状，并精密地与锥孔漏斗的内表面接触，滤纸片的锥形端由锥孔漏斗的较小一端的小孔露出，用于实现电喷雾产生离子。
本发明中，所述锥孔漏斗的形可以为圆锥形、椭圆锥形，或为任意形状的多面体锥形等。
本发明中，所述滤纸片，是指可以阻挡固体及其固体微粒，并让液体成分（包括溶解在液体中的化学或生物分子）透过的纸质材料、布质材料或其它材料制成的片状物。
本发明还提供一种上述离子源装置的离子化方法，包括先将分析样品（大多为自然界的固体或固液混合体）用化学试剂（如甲醇和水的混合液）均匀搅拌成糊状，使样品中的化学或生物成分溶解到化学试剂中，然后将糊状样品加入垫有滤纸片的锥孔漏斗中，使滤纸片呈潮湿状态。
本发明中，化学试剂的选择应考虑样品中的可能化学组成和分析目标。如当用甲醇和水作溶剂时，只能溶解固体样品中可以溶于甲醇和水的物质分子。
在分析过程中，导电的锥孔漏斗与高压电源相连，当将一定值的高压电加载在锥孔漏斗上时，溶解在溶剂中的样品成分在浸透滤纸片后通过滤纸片实现电喷雾电离成样品离子。样品离子被引入到后续的质谱仪器中进行质谱分析。
本发明通过加在锥形漏斗上的高压电诱导锥形纸片尖端以实现样品的电喷雾电离产生样品离子，无需任何的样品前处理，如溶解，过滤，分析，纯化。
本发明的用于质谱分析的过滤式电喷雾离子源装置展示了一些显著的优点，包括：所用材料成本低，均为实验室常用材料；制造技术简单，无需大型、复杂仪器设备；可用于诸如泥土，污水，动植物组织等大多数固液混合物的实地、实时分析。
附图说明
图1是本发明的用于质谱分析的过滤式电喷雾离子源装置的结构示意图。
图2是利用根据本发明的过滤式电喷雾离子源装置对利血平溶液进行分析时的质谱图。
图3是利用根据本发明的过滤式电喷雾离子源装置对捣烂的树叶溶液进行分析时的质谱图。
图4是利用根据本发明的过滤式电喷雾离子源装置对泥土溶液进行分析时的质谱图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的范围并不限于这些实施例。
如无特殊说明，所用实验方法为常规实验方法，所使用的试剂和材料等均可通过商业途径获得。
实施例1：用于质谱分析的过滤式电喷雾离子源装置的组装
该实施例为本发明所设计。如图1所示，锥孔漏斗1的母线长为20mm、锥孔直径为3mm、漏斗上口直径为21mm，用一个铜质夹子2夹住漏斗1的上缘，铜质夹子2可通过导线与质谱电压接口3相连接。以上部件固定在绝缘底座（图1中未示出）上，锥孔漏斗1以30°的倾斜角使尖端对准质谱仪进样口。裁剪一扇形滤纸片，半径为10-18mm；滤纸片弯折成一母线长为10-18mm的圆锥，紧贴于锥孔漏斗内壁。圆锥滤纸片尖端5伸出漏斗锥孔1-2mm。调整底座位置，使圆锥滤纸片尖端5正对质谱进样口4，保持距离为5-10mm。根据具体的实验要求，质谱电压可设置为4.0-5.5kV。
当装置组装完成并设置好各个参数之后，将离子源装置与质谱仪（下述实验中所使用的质谱仪为飞行时间质谱仪）连接，即可开始对待测固液混合物进行检测。
实施例2：对利血平溶液的分析
以甲醇/甲酸（体积比9:1）混合液为溶液，配制浓度为10-2mol/L的利血平溶液，作为待测溶液。
按照实施例1所述的方法组装离子源装置，并将电压设定为5.0kV，将待测样品用滴管（图1中未示出）滴入圆锥滤纸片内，启动装置，对待侧溶液进行检测分析，实验结果如图2所示。
图2显示了m/z 为609.3的质谱图，609.3为利血平的分子离子峰的质量数。从图中可以看出，通过本发明所述方法，可以明显检测到利血平分子（m/z609.3），且信号良好。
实施例3：对捣烂的树叶溶液的分析
采用与实施例2相同的离子源装置，对树叶捣烂后，以甲醇/甲酸（体积比9:1）混合液为溶液浸泡，静置后对固液混合物6进行检测（如图1所示）。实验结果如图3所示。
图3显示了一系列的分子离子峰，分别对应树叶中的不同成分。从图中可以看出，通过本发明所述方法，可以对树叶等植物组织进行检验。
实施例4：对泥土溶液的分析
采用与实施例2系那个离子源装置，对泥土研细后，以甲醇/甲酸（体积比9:1）混合液为溶液浸泡，静置后对固液混合物6进行检测（如图1所示）。实验结果如图4所示。
图4显示了一系列的分子离子峰，分别对应泥土中的不同成分。图中可以看出，通过本发明所述方法，可以对土壤中的成分进行有效检验。
Claims (3)
1.一种用于产生样品离子的过滤式电喷雾离子源装置，包括一个导电的锥孔漏斗、滤纸片、以及为锥孔漏斗提供工作电压的高压电源；导电的锥孔漏斗与高压电源相连；锥孔漏斗较大的一端用于加入样品，较小的一端开有一小孔；将滤纸片折叠成和锥孔漏斗内面一样的锥形形状，并精密地与锥孔漏斗的内表面接触，滤纸片的锥形端由锥孔漏斗的较小一端的小孔露出，用于实现电喷雾产生离子。
2.根据权利要求1所述的过滤式电喷雾离子源装置，其特征在于所述锥孔漏斗形状为圆锥形、椭圆锥形或多面体锥形。
3.一种基于权利要求1所述的过滤式电喷雾离子源装置的离子化方法，其特征在于具体步骤为：
先将分析样品溶于化学试剂中，搅拌均匀成糊状，使样品中的化学或生物成分溶解到化学试剂中，然后将糊状样品加入垫有滤纸片的锥孔漏斗中，使滤纸片呈潮湿状态；
将导电的锥孔漏斗与高压电源相连，将一定值的高压电加载在锥孔漏斗上，使溶解在溶剂中的样品成分通过滤纸片实现电喷雾电离成样品离子；样品离子被引入到后续的质谱仪器中进行质谱分析。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CB03 | Change of inventor or designer information |
Inventor after: Xu Chongcheng Inventor after: Chen Yinjuan Inventor after: Yang Haiyang Inventor after: Ding Chuanfan Inventor before: Xu Chongcheng Inventor before: Chen Yinjuan Inventor before: Ding Chuanfan |
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| COR | Change of bibliographic data | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191203 Address after: Wujin District 213145 of Jiangsu Province, Changzhou City West Road No. 9, Taihu science and technology industrial director Patentee after: CHANGZHOU PANNUO APPARATUS CO.,LTD. Address before: 200433 No. 220, Handan Road, Shanghai, Yangpu District Patentee before: Fudan University |
|
| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20191216 Address after: 213100 Room 301, Block A, Zhongchuang Service Center, No. 1 Xihu Road, Wujin National High-tech Industrial Development Zone, Changzhou City, Jiangsu Province Patentee after: Changzhou Panyu Instrument Co.,Ltd. Address before: Wujin District 213145 of Jiangsu Province, Changzhou City West Road No. 9, Taihu science and technology industrial director Patentee before: CHANGZHOU PANNUO APPARATUS CO.,LTD. |
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20230110 Address after: 213145 9, Yang Road, West Taihu science and technology industry, Wujin District, Changzhou, Jiangsu Patentee after: CHANGZHOU PANNUO APPARATUS CO.,LTD. Address before: Room 301, block a, Zhongchuang service center, No.1 Xihu Road, Wujin national high tech Industrial Development Zone, Changzhou City, Jiangsu Province 213100 Patentee before: Changzhou Panyu Instrument Co.,Ltd. |
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| TR01 | Transfer of patent right |