CN104795306A - 基质辅助激光解吸电离用样品激发和样品成像的光路装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基质辅助激光解吸电离用样品激发和样品成像的光路装置，所述光路装置包括外接接口和4路相互独立的光路，所述外接接口连接基于基质辅助激光解吸电离离子源的质谱质量分析器，4路光路分别为：2路样品照明光路；样品激发光路；以及样品成像光路。根据本发明实施例的光路装置，其光路结构简单；且能够结合离子源腔体内的照明亮度及所选成像器件的灵敏度、曝光时间、增益及帧速率而适当地采用对应的1路或2路照明光路来进行照明，从而大大改善照明差的问题，使样品得到充分的照明，以利于成像器件快速、清晰的取得样品的实时图像。

Description

基质辅助激光解吸电离用样品激发和样品成像的光路装置

技术领域

本发明属于质谱分析技术领域，特别是涉及到一种质谱仪离子源的光路装置。

背景技术

1988年，由于基质辅助激光解吸电离（Matrix Assisted Laser Desorption Ionization，简称MALDI）技术的发明，解决了大质量数生物的离子化问题，使得有机质谱获得突破性进展，开创了有机质谱分析研究生物大分子的新领域，极大地推动了蛋白质组（一种细胞、组织或生物体完整基因组所对应的全套蛋白质）的研究。当今生命科学研究的最前沿领域就是在细胞或组织水平上对蛋白质进行大规模的分离纯化和鉴定分析，主要包括：分离纯化与研究目的相关的蛋白质；蛋白质的鉴定；蛋白质的细致研究。其中，蛋白质快速、准确的鉴定是蛋白质组学研究中的关键一步，在蛋白质组学中有着桥梁的作用。由于基质辅助激光解吸电离飞行时间质谱仪（简称MALDI-TOF-MS）具有快速、准确、灵敏度高、通量高、检测的质量范围宽、易于校正、制样简单、结构简单易于实现自动化等特点，使其成为蛋白质组学快速鉴定的首选仪器。由于急速膨胀的需求，近些年来MALDI-TOF-MS市场飞速增长，仪器进步很快，关心和应用的人也越来越多。

基质辅助激光解吸电离是一个非常复杂的过程，其中涉及到光学、力学、热力学以及物理化学等过程。其基本原理是将分析物分散在基质(Matrix)分子中并形成共结晶，当用激光（337nm的氮激光或355nm的固体激光器）照射晶体时，样品分子获得激光能量解吸附，基质与样品之间发生电荷转移使样品分子电离。离子源使用的是脉冲式激光器；产生单电荷离子和部分双单电荷离子，质谱图中的谱峰与样品各组分的质量数一一对应。

在使用基质辅助激光解吸电离源电离样品时，首先要将样品移至激光聚焦的焦点处，并且需要观察样品的沉积情况，这就需要样品成像光路满足快速、准确、清晰的成像需求。而激光光斑大小、能量大小以及入射角度都会影响到样品电离的丰度，进而影响质谱仪的测量范围、灵敏度、分辨率等，所以样品激发光路的设计也尤为重要。

现有的光路装置，存在光路结构复杂、照相亮度差以及装调复杂困难等问题。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有光路结构简单、照相亮度可以有效调节以适应不同照明要求的基质辅助激光解吸电离用样品激发和样品成像的光路装置。

根据本发明实施例的基质辅助激光解吸电离用样品激发和样品成像的光路装置，所述光路装置包括外接接口和4路相互独立的光路，所述外接接口连接基于基质辅助激光解吸电离离子源的质谱质量分析器，4路光路分别为：2路样品照明光路；样品激发光路；以及样品成像光路。

根据本发明实施例的基质辅助激光解吸电离用样品激发和样品成像的光路装置，通过相互独立设置的2路样品照明光路、样品激发光路、以及样品成像光路，使得光路结构简单；且能够结合离子源腔体内的照明亮度及所选成像器件的灵敏度、曝光时间、增益及帧速率而适当地采用对应的1路或2路照明光路来进行照明，从而大大改善照明差的问题，使样品得到充分的照明，以利于成像器件快速、清晰的取得样品的实时图像。

另外，根据本发明上述实施例的基质辅助激光解吸电离用样品激发和样品成像的光路装置，还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述样品激发光路中，从紫外波长脉冲激光器产生的激光经由第一光纤出射，并经过准直透镜准直，而后经聚焦透镜将激光聚焦至样品处。需要说明的是，此处所述聚焦透镜也可是由多个透镜组成的聚焦透镜组。在不另行说明的情况下，本发明中所述聚焦透镜均包含了聚焦透镜和聚焦透镜组这两重含义。采用光纤传导的激光器能更好的实现光路的调整，且便于机械安装固定激光器，实现简洁紧凑的仪器结构。

优选地，所述第一光纤采用芯径为200um、NA为0.23、接头为SMA905的光纤。

优选地，所述准直透镜采用平凸透镜，所述聚焦透镜采用平凸透镜。

优选地，所述准直透镜和所述聚焦透镜所用的光学玻璃材料为远紫外光学石英玻璃。

根据本发明的一个实施例，所述样品成像光路中，采用成像透镜将位于工作板上的样品的反射光经玻璃滤光片会聚于成像器件处，得到样品的清晰像，并记录保存于电脑中。

优选地，其中成像透镜为双凸透镜。

优选地，所述玻璃滤光片采用紫外截止型金黄色玻璃GG400。

优选地，所述成像器件可以采用黑白CCD或CMOS作为光电转换器件。

根据本发明的一个实施例，2路照明光路分别独立地采用如下两种设计中的任一种：（1）照明光源直接耦合第二光纤将光传导至样品处，所述第二光纤为塑料光纤；（2）照明光源经聚光透镜将光聚焦于样品处。

优选地，所述塑料光纤可以采用芯径2mm的低损耗塑料光纤。

根据本发明的一个实施例，其中处于对角的2路光路位于同一平面内且其与竖直方向的夹角均为30°。

附图说明

图1是根据本发明实施的基质辅助激光解吸电离的样品激发和样品成像的光路装置的外观示意图；

图2是根据本发明一个实施例的光路装置的局部结构示意图；

图3是根据本发明另一个实施例的光路装置的局部结构示意图；

图4是根据本发明又一个实施例的光路装置的局部结构示意图；

图5是根据本发明再一个实施例的光路装置的局部结构示意图；

图6是根据本发明其他实施例的光路装置的局部结构示意图；

图7是根据本发明另外实施例的光路装置的局部结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，在本发明中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

下面，首先结合图1来描述根据本发明实施例的基质辅助激光解吸电离用样品激发和样品成像的光路装置。

如图1所示，根据本发明实施例的光路装置包括外接接口30和4路相互独立的光路10、20、40、50。

其中，外接接口30连接基于基质辅助激光解吸电离离子源的质谱质量分析器。

4路相互独立的光路分别是2路样品照明光路、样品激发光路、以及样品成像光路。图2至图7分别示出了6种本发明实施例的光路设置，由图可知，本发明的光路装置中，关于4路光路的位置关系，没有特殊的限定，其中的2路照明光路既可以是相邻的，也可以是对角线设置的。

如下说明中，为了便于说明，仅以10、20为照明光路、40为样品激发光路、50为样品成像光路为例进行说明。

首先，对于样品激发光路40 进行说明。

如图所示，样品激发光路40中，从紫外波长脉冲激光器401产生的激光经由第一光纤402出射，并经过准直透镜403准直，而后经聚焦透镜404将激光聚焦至样品504处。

具体地，紫外波长脉冲激光器401经第一光纤402导光后先经过准直透镜403准直，将激光束发散角准直到毫弧级，再经过聚焦透镜404将激光光斑聚焦至100um。这样不但可以提高激光的能量以电离大分子样品，而且能在最小损坏样品的情况下电离样品分子，得到较高的灵敏度。这里要想得到更小的激光光斑可以使用芯径更细的光纤，或者更大的准直透镜403与聚焦透镜（组）404的焦距比。准直透镜403一般采用平凸透镜，且平面朝向光纤一侧，聚焦透镜404也采用平凸透镜，且平面朝向样品方向，这样可以最大限度的减小光学像差。考虑到离子源的具体结构，聚焦透镜404有时需要耦合另一平凸透镜才可以达到工作距离和小耦合焦距的两方面要求，故有时必须是聚焦透镜组才能满足设计要求。考虑到普通的光学玻璃对紫外波长的光都有较强的吸收，故该样品激发通道所有的光学玻璃材料可以使用远紫外光学石英玻璃（JGS1）。

接下来，参考附图描述样品成像光路。

如图所示，样品成像光路50中，成像透镜503将位于工作板上505的样品504的反射光经玻璃滤光片502会聚于成像器件501处，得到样品的清晰像，并记录保存于电脑中。

其中，成像透镜503可以为双凸透镜。

玻璃滤光片502采用紫外截止型金黄色玻璃GG400。玻璃滤光片502主要起到三个作用：一是吸收掉大量的紫外波长的激光，防止其对样品成像的影响；二是透过照明光源经样品反射的光，顺利将样品的像由成像器件采集到；三是密封离子源腔体，由于离子源是在超低真空（10^-7mbar)的环境下工作，故必须将离子源进行密封。成像器件501采集到的图像信息可随时记录保存到电脑。

成像器件501采集到的图像信息可随时记录保存到电脑。成像器件501可以采用黑白CCD或CMOS作为光电转换器件。

接下来，参考附图说明照明光路10、20。需要说明的是，照明光路10、20可以分别独立的采取如下两种方式，为了简化说明，此处以照明光路20为例进行说明。

单就照明光路20而言，其实施方式有两种：（1）如图2所示，照明光源201直接耦合第二光纤即塑料光纤202将光传导至样品504处，照亮样品504；（2）如图3所示，照明光源201经聚光透镜203，将光源发出的光会聚于样品504处。前一种光路可照亮的样品区域比较大，但其亮度较弱，随成像器件501的不同，所成像的亮度有很大不同，有时甚至完全看不到样品的像。后一种光路样品的亮度虽然提升很大，可照亮样品的区域往往太小。具体选择怎样的照明光路依据仪器设计的具体要求和成像器件的性能。

此外，为了改善这两种照明光路各自的缺点，可以如图4-7等进行设计。

图4中，将10和20通道都采用第一种光路设计，这样可以将照射样品的亮度扩大到原来的两倍。

图5照明光路20与成像光路50符合光的反射定律，这样也可大大提高进入成像器件的光亮度。

图6在照明光路20与成像光路50符合光反射定律的情况下，采用第二种照明光路设计可进一步提高进入成像器件的光亮度。

图7在图5的基础上再加一路照明（即同时采用照明光路10和20），从而可进一步提高进入成像器件的光亮度。

本发明的离子源设计有四路光路通道，其中两路通道用于样品激发和样品成像，另两路通道为照明光路。本发明采用样品激发、样品成像和样品照明彼此独立的光路设计，可根据需要应用一路通道照明，或两路都用来照明样品，而样品照明的光路又有两种设计，各有其特点，具体的实施方案，可根据实际情况而定。本发明尤其适合于应用基质辅助激光解吸电离质谱仪的离子源光路设计。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、 “示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (13)

1.一种基质辅助激光解吸电离用样品激发和样品成像的光路装置，其特征在于，所述光路装置包括外接接口和4路相互独立的光路，所述外接接口连接基于基质辅助激光解吸电离离子源的质谱质量分析器，4路光路分别为：

2路样品照明光路；

样品激发光路；以及

样品成像光路。

2.根据权利要求1所述的光路装置，其特征在于，所述样品激发光路中，从紫外波长脉冲激光器产生的激光经由第一光纤出射，并经过准直透镜准直，而后经聚焦透镜将激光聚焦至样品处。

3.根据权利要求2所述的光路装置，其特征在于，所述第一光纤采用芯径为200um、NA为0.23、接头为SMA905的光纤。

4.根据权利要求2所述的光路装置，其特征在于，所述准直透镜采用平凸透镜，所述聚焦透镜采用平凸透镜。

5.根据权利要求2-4任一项所述的光路装置，其特征在于，所述准直透镜和所述聚焦透镜所用的光学玻璃材料为远紫外光学石英玻璃。

6.根据权利要求1所述的光路装置，其特征在于，所述样品成像光路中，采用成像透镜将位于工作板上的样品的反射光经玻璃滤光片会聚于成像器件处，得到样品的清晰像，并记录保存于电脑中。

7.根据权利要求6所述的光路装置，其特征在于，其中成像透镜为双凸透镜。

8.权利要求6所述的装置，其特征在于，所述玻璃滤光片采用紫外截止型金黄色玻璃GG400。

9.据权利要求6所述的光路装置，所述成像器件可以采用黑白CCD或CMOS作为光电转换器件。

10.根据权利要求1所述的光路装置，其特征在于，所述2路照明光路分别独立地采用如下两种设计中的一种：

（1）照明光源直接耦合第二光纤将光传导至样品处，所述第二光纤为塑料光纤；

（2）照明光源经聚光透镜将光聚焦于样品处。

11.根据权利要求10所述的光路装置，其特征在于，所述塑料光纤可以采用芯径2mm的低损耗塑料光纤。

12.根据权利要求上述任一项所述的光路装置，其特征在于，其中处于对角的2路光路位于同一平面内且其与竖直方向的夹角均为30°。

13.一种质谱仪，其特征在于，所述质谱仪包括根据权利要求1-12任一项所述的基质辅助激光解吸电离用样品激发和样品成像的光路装置。