CN103227096A - 一种激光诱导电子捕获质谱解析离解脂质分子方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种激光诱导电子捕获质谱解析离解脂质分子方法。它以纳米氧化锌为基质，以紫外激光诱导产生的低能电子离解脂肪酸、脂肪酸甲酯以及甘油三酯等生物样品分子。以硫酸锌和碳酸氢铵为原料，在室温下反应后，再经过烘干、煅烧等过程制得所需的纳米氧化锌材料。本方法制备的纳米氧化锌材料具有颗粒均匀、比表面积较大、纯度高、稳定性好等特点。由于该材料能够有效吸收紫外光，因此诱导产生活性低能电子，并有效离解样品分子。所得的质谱图背景干扰小，在低质量端不产生其他常用有机小分子基质导致的一系列干扰峰。本发明方法简单，不需要复杂的仪器即可产生低能电子，能够有效离解脂质小分子，样品分析操作简单，无需复杂的样品前处理。

Description

一种激光诱导电子捕获质谱解析离解脂质分子方法
技术领域
本发明涉及一种激光解析离解质谱分析方法，尤其涉及半导体纳米基质，以及质谱仪样品靶的制备方法。本发明的原理基于激光诱导半导体材料ZnO的电子隧道效应(LaserActivated Electron Tunneling From Zinc Oxide)，简称为LAET。
背景技术
质谱仪是广泛应用的分析技术，它具有高灵敏度、高准确度以及高分辨能力，是鉴定复杂有机化合物结构的有力工具，广泛应用于化学、生物、医学、环境、食品、农业以及刑事侦查等领域。由于所有质谱仪都是基于气态电荷粒子的检测，因此样品的解析离解是质谱仪的核心技术之一。
现有的技术中，电喷雾(ESI)和基质辅助激光解析离解(MALDI)是生物样品分析的两种主要方法。其中，电喷雾法主要适合于液相色谱分离得到的样品，利用强电场产生气态电荷粒子。基质辅助激光解析离解能够吸收特定波长激光的有机小分子与待测样品混合，样品分子吸收能量气化并电离成带电荷的气态粒子。脂质分子如甘油三酯溶解度小，挥发性差，使用电喷雾法容易使微米级内径的喷针堵塞，或喷雾效果不好。常规的基质辅助激光吸附离解所用的有机小分子基质又在低分子质量范围内产生很强的背景干扰。本发明利用纳米氧化锌对紫外光的吸收特点，利用光诱导产生的活性低能电子，使待测脂质分子气化并电离，产生能被质谱质量分析器所检测的气态负离子。该方法不需要有机小分子作为基质，从而消除了低质量端的背景干扰，实现脂质分子的准确快速测定。虽然电子转移解离检测器(ETD/ECD)也是利用低能电子来电离样品分子，但是这些方法的缺点是难以产生低能电子，或者需要额外的化学电离源(CI)和反应气体，操作复杂，增加了一起的制造难度。
发明内容
本发明的目的在于提供一种激光诱导电子捕获质谱解析离解方法，具体为一种气化并电离脂质分子的质谱分析方法。该方法简单，制备的基质对紫外光的吸收强，可用于质谱仪样品靶上，使脂肪酸、脂肪酸甲酯以及甘油三酯等生物分子解析离解，产生可被质谱仪质量分析器检测的气态负电荷粒子。
实现本发明的技术方案：
一种激光解析离解半导体纳米基质，该基质用于质谱仪样品靶上，使脂肪酸、脂肪酸甲酯以及甘油三酯生物分子解析离解，产生可被质谱仪质量分析器检测的气态负电荷粒子。
本发明的技术方案中，所述的基质为半导体纳米氧化锌。
本发明的技术方案中，所述的半导体纳米氧化锌由下述方法制得，制备步骤包括：
1)、将15ml浓度为1mol/L的硫酸锌溶液搅拌并加热至60℃，然后滴加30ml浓度为1mol/L的碳酸氢铵溶液，滴加完毕后继续搅拌2小时并保持在60℃；
2)、将步骤1)得到的物质在2000g离心(7722rpm)2分钟，弃去上清液，固体用纯水洗至中性，并在100℃烘烤200分钟；
3)、取步骤2)得到的干燥固体，放入马弗炉中，将温度升至500℃，煅烧2小时，得白色基质半导体纳米氧化锌颗粒，颗粒大小介于20～30纳米。
本发明的技术方案中，质谱仪样品靶以半导体纳米氧化锌为基质。
本发明的技术方案中，所述的质谱仪样品靶的制备方法为：取1mg所述的半导体纳米氧化锌基质悬浮于150μl异丙醇溶液中，超声10分钟，得到白色悬浊液，使用移液器取1μl该白色悬浊液，滴加至质谱仪样品靶，等溶剂挥发完后，即得。
本发明的技术方案中，所述的质谱仪样品靶在生物分子质谱分析中的应用方法，取1mg所述的半导体纳米氧化锌基质悬浮于150μl异丙醇溶液中，超声10分钟，得到白色悬浊液，使用移液器取1μl该白色悬浊液，滴加至质谱仪样品靶，等溶剂挥发完后，将生物样品滴加于白色纳米基质上，并使用紫外激光轰击样品，产生的气态负电荷粒子用质谱仪检测，所述的生物样品为脂肪酸、脂肪酸甲酯、甘油三酯、菜籽油或棉籽油。
本发明的效果和优点：
1.本发明制备的纳米氧化锌基质颗粒均匀，介于20～30纳米，反应条件温和，无需有毒有害试剂。
2.整个工艺过程简单易控制，耗能少，产率高，成本低，符合实际生产需要。
3.与现有合成纳米金属氧化物技术相比，合成条件温和，耗能少，简单易行，产品纯度高，质量稳定。
4.基于纳米氧化锌基质的样品靶制作简单，背景干扰小，分析速度快。
以下结合本发明实施例和附图进一步说明激光诱导电子捕获质谱解析离解脂质分子方法及效果。
附图说明
图1是实施例1制备的样品的XRD衍射峰
图中：衍射峰特点符合ZnO的粉末衍射标准联合委员会JCPDS卡。由于纳米效应，衍射峰的强度较低并且峰变宽。
图2是实施例1所得产物扫描电镜图
图中显示所制得氧化锌颗粒均匀，大小约为20-30纳米。
图3是基于纳米氧化锌基质的样品靶图片
取1mg所述的半导体纳米氧化锌基质悬浮于150μl异丙醇溶液中，超声10分钟，得到白色悬浊液，使用移液器取1μl该白色悬浊液，滴加至质谱仪样品靶，溶剂挥发完后即得所示形貌。
图4是本发明的原理图
纳米氧化锌铺在导电样品靶上，由于所使用紫外激光的能量高于价带和导带之间的能级差，电子被激发至导带，从而产生电子-空穴对。在质谱仪离子源中，样品靶的电压为85.6V，出射狭缝的电压为105.3V，由于电子和空穴在平面静电场中的移动方向不同，因此电子-空穴的复合被有效抑制。电子从样品靶飞出后，在电场中获得20eV能量，并被样品分子中的缺电子原子捕获，未配对的单电子进而引发分子中化学键的断裂，实现样品的离子化。所产生的气态离子穿过提取电极、六级杆，最终飞出狭缝，进入质量分析器。
图5是实施例2的激光解析离解方法所获得的游离脂肪酸质谱图
激光诱导所产生的电子被羰基碳原子捕获，未配对电子诱发O-H键均裂，m/z＝255离子由棕榈酸丢失一个氢原子所得，在负离子方式下被检测。
图6是实施例2的激光解析离解方法所获得的脂肪酸甲酯质谱图
激光诱导所产生的电子被羰基碳原子捕获，未配对电子诱发O-CH3键均裂。碎片离子峰m/z＝255离子由棕榈酸甲酯丢失一个甲基自由基所得，质荷比相差18的碎片离子峰m/z＝237由未配对电子所引起的重排裂解所得，均在负离子模式下被检测。
图7是实施例2的激光解析离解方法所获得的甘油三酯质谱图
激光诱导所产生的电子被羰基碳原子捕获，未配对电子诱发O-X酯键均裂。碎片离子峰m/z＝281离子由油酸甘油三酯丢失甘油自由基所得，并在负离子模式下被检测。与脂肪酸甲酯相比，甘油三酯的空间位阻大，不能发生重排裂解，因此质荷比相差18的碎片离子峰不能被检测。
图8是实施例3的激光解析离解方法所获得的菜籽油质谱图，所检测到的脂肪酸列于表1。
图9是实施例3的激光解析离解方法所获得的棉籽油质谱图，所检测到的脂肪酸列于表1。
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从图和表1可以看到，各种不同类型的脂质都获得了很好的气化和离解，质谱图信噪比高，背景干扰少。
具体实施方式
实施例1
纳米氧化锌基质和样品靶的制备
制备步骤依次如下：
1、将15ml浓度为1mol/L的硫酸锌溶液搅拌并加热至60℃，然后滴加30ml浓度为1mol/L的碳酸氢铵溶液，滴加完毕后继续搅拌2小时并保持在60℃；
2、将步骤1)得到的物质在2000g离心(7722rpm)2分钟，弃去上清液，固体用纯水洗至中性，并在100℃烘烤200分钟；
3、取步骤2得到的干燥固体，放入马弗炉中，将温度升至500℃，煅烧2小时，得白色纳米氧化锌基质颗粒；
4、使用分析天平，称取步骤3得到的产物，将1mg步骤3得到的产物悬浮于150μl异丙醇溶液中，超声10分钟，得到白色悬浊液，使用移液器，滴加1μl该白色悬浊液至质谱仪样品靶，等溶剂挥发完后，即得样品靶。
其中，步骤3所得产物的XRD图如图1，图中衍射峰与JCPDS卡一致，证明产物为纯氧化锌。产物扫描电镜图如图2，产物颗粒均匀，介于20～30纳米。基于纳米氧化锌基质的样品靶图片如图3。制备纳米氧化锌及在样品靶上制作方法非常简单，适合于实际样品分析。
实施例2
实施例1制备的纳米氧化锌基质和质谱仪样品靶用于分析游离脂肪酸、脂肪酸甲酯以及甘油三酯的标准品。
1、称取所得的纳米氧化锌基质材料1毫克；
2、将步骤1所得的纳米氧化锌悬浮于150μl异丙醇溶液中，超声10分钟，得到白色悬浊液；
3、使用移液器，滴加1μl该白色悬浊液至质谱仪样品靶，并使溶剂挥发完；
4、称取游离脂肪酸、脂肪酸甲酯以及甘油三酯等标准品，用正己烷溶解，并配制成10μg/μl的样品溶液；
5、移取步骤4的样品溶液1μl，滴加到步骤3所得的样品靶；
6、质谱分析实验，将滴加了样品的靶放入质谱仪(SYNAPT G2 HDMS，WATERS，USA)，将紫外激光的频率调节为200HZ，所得的游离脂肪酸质谱图如图5所示，脂肪酸甲酯质谱图如图6所示，甘油三酯质谱图如图7所示。
实施例3
实施例1制备的纳米氧化锌基质和质谱仪样品靶用于分析植物油中脂肪酸
1、称取所得的纳米氧化锌基质材料1毫克；
2、将步骤1所得的纳米氧化锌悬浮于150μl异丙醇溶液中，超声10分钟，得到白色悬浊液；
3、使用移液器，滴加1μl该白色悬浊液至质谱仪样品靶，并使溶剂挥发完；
4、称取5毫克植物油(菜籽油或棉籽油)，用正己烷溶解，并配制成50μg/μl的样品溶液；
5、移取步骤4的样品溶液1μl，滴加到步骤3所得的样品靶；
6、质谱分析实验，将滴加了样品的靶放入质谱仪(SYNAPT G2 HDMS，WATERS，USA)，将紫外激光的频率调节为200HZ，所得的菜籽油质谱图如图8所示，棉籽油质谱图如图9所示。

Claims (6)

1.一种激光解析离解半导体纳米基质，其特征在于：该基质用于质谱仪样品靶上，使脂肪酸、脂肪酸甲酯以及甘油三酯生物分子解析离解，产生可被质谱仪质量分析器检测的气态负电荷粒子。
2.如权利要求1所述的激光解析离解半导体纳米基质，其特征在于：该基质为半导体纳米氧化锌。
3.如权利要求2所述的激光解析离解半导体纳米基质，其特征在于：所述的为半导体纳米氧化锌由下述方法制得，制备步骤包括：
1)、将15ml浓度为1mol/L的硫酸锌溶液搅拌并加热至60℃，然后滴加30ml浓度为1mol/L的碳酸氢铵溶液，滴加完毕后继续搅拌2小时并保持在60℃；
2)、将步骤1)得到的物质在2000g离心2分钟，弃去上清液，固体用纯水洗至中性，并在100℃烘烤200分钟；
3)、取步骤2)得到的干燥固体，放入马弗炉中，将温度升至500℃，煅烧2小时，得白色基质半导体纳米氧化锌颗粒，颗粒大小介于20～30纳米。
4.一种质谱仪样品靶，其特征在于，该样品靶以半导体纳米氧化锌为基质。
5.权利要求4所述的质谱仪样品靶的制备方法，其特征在于，制备方法为：取1mg所述的半导体纳米氧化锌基质悬浮于150μl异丙醇溶液中，超声10分钟，得到白色悬浊液，使用移液器取1μl该白色悬浊液，滴加至质谱仪样品靶，等溶剂挥发完后，即得。
6.如权利要求4所述的质谱仪样品靶在生物分子质谱分析中的应用，其特征在于，取1mg所述的半导体纳米氧化锌基质悬浮于150μl异丙醇溶液中，超声10分钟，得到白色悬浊液，使用移液器取1μl该白色悬浊液，滴加至质谱仪样品靶，等溶剂挥发完后，将生物样品滴加于白色纳米基质上，并使用紫外激光轰击样品，产生的气态负电荷粒子用质谱仪检测，所述的生物样品为脂肪酸、脂肪酸甲酯、甘油三酯、菜籽油或棉籽油。
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