CN105845540A - 一种通过加热去溶剂化和离子化的方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于质谱分析测试技术领域，具体为一种通过加热去溶剂化和离子化的方法与装置。本发明首先使待测物样品雾化；然后使用火焰对待测样品雾化的液滴或微粒进行加热，使离子源的溶剂蒸发，中性分子离子化，即形成气相样品离子；本发明装置包括样品雾化装置、火焰产生装置等。待测物样品在离子源样品雾化装置的出口处形成带电或中性雾状小液滴，经由火焰产生的热能加热后，待测分析物的带电或中性雾状小液滴发生溶剂蒸发，产生质谱可检测的气相离子；同时，中性的样品分子还与火焰产生的离子发生质子交换反应产生样品离子。不论是热致溶剂蒸发或质子交换反应都将显著提高待测样品中的离子化效率，提高样品离子信号强度，从而有效地提高质谱分析的灵敏度。

Description

一种通过加热去溶剂化和离子化的方法与装置

技术领域

本发明属于质谱分析技术领域，具体涉及一种去溶剂化和离子化的方法与装置，尤其涉及使用火焰对待测样品离子源进行加热去溶剂化和中性分子离子化的方法与装置。

背景技术

质谱分析技术是目前最灵敏、最高效、最精准的分析方法之一，将待测物按不同质荷比（m/z）进行分离、检测，可以实现待测物的定性定量分析。目前被广泛应用于现代科学研究和生产活动中, 在生命科学、食品安全、环境污染检测、国防安全、航空航天、医学等各种微量或痕量物质检测领域中发挥着不可或缺的作用，已成为现代科技发展和日常生活中不可缺少的分析工具。

离子源在整个质谱仪中具有至关重要的角色，对待测样品的处理及离子化效果有着关键的作用，离子源直接决定该质谱仪的应用领域。目前常用的离子源有电子轰击电离源（EI），大气压化学电离（APCI），电喷雾电离源（ESI），基质辅助激光解析电离（MALDI），解吸电喷雾电离（DESI），实时直接分析法离子源（DART）等多种离子源。随着质谱仪在食品安全，环境污染、国土安全、生物医药等众多领域的应用，对离子源的发展越来越重视。在众多的离子源中，电喷雾电离源（ESI）和基质辅助激光解析电离（MALDI）在生物大分子电离中有着独特的优势，在生物医学和蛋白质领域得到广泛的重视和快速发展。

电喷雾电离是一种软电离方法，最初是由美国物理学家Dole在二十世纪六十年代提出，直到1989年由美国耶鲁大学John Fenn教授将该技术应用于质谱分析生物蛋白质大分子的检测，并在2002年获得了诺贝尔化学奖。相关技术参阅论文：1，Fenn, J.B. et al. 《Science》，1989，246:64； 2，Fenn, J.B. et al.《Mass Spectrom Rev》，1990,9:37.

一般认为，在电喷雾电离过程中，待测样品溶液匀速流入到毛细管中，在毛细管的末端加载一定的直流高压，在毛细管端口与质谱进样口之间建立一个电场，待测样品溶液在强电场与溶液表面张力之间的作用下，经电喷雾形成众多个带电荷的微小泰勒锥，当电场强度增加到克服液体表面张力作用时，带有电荷的样品小液液滴破裂，直至样品离子形成，并最终进入质谱进样口进行分析。而在实际应用过程中，形成的带电荷小液滴中既有待测样品的离子，也有溶剂分子。因此，在实验过程中，除了电喷雾电离的电压会影响离子形成外，带电小液滴的去溶剂化也是影响样品离子产率的重要因素。在过去多年里，人们发明了很多种电喷雾的辅助去溶剂化的技术来提高离子化效率，如美国专利US4977320提出的加热毛细管去溶剂化技术，该技术在毛细管的外围加上一个金属的导热屏蔽筒，通过对导热屏蔽筒的加热，达到提高毛细管的温度，实现去溶剂化的效果，提高离子化效率，该技术目前在部分分析仪器公司的商业仪器上得到广泛的应用。美国专利US4861988提出的反吹鞘气方法去溶剂化技术，待测样品溶液在电喷雾电离后形成离子过程中，同时被鞘气稀释，形成带电雾滴，在质谱入口反方向气流的作用下，大部分的溶剂在到达质谱入口前就挥发了，形成更小的带电微滴荷气相离子。为了提高样品去溶剂的效果，在质谱进样口前吹入反向的气流，形成一个气帘，这个气帘能够使中性的组织成分偏移质谱进样的入口，还能够带走大部分的溶剂分子，具有很好的去溶剂化的作用。使用高纯N2作为辅助鞘气具有让已经离子化的气体去溶剂的效果更好，一定流速的氮气能够吹走大部分的中性粒子和特别大的液滴，能够显著的提高去溶剂化效率。

上述的两种方法可以有效的实现去溶剂化效果，但是其结构比较复杂，对于毛细管加热方法，需要有较复杂得加热装置，其温度一般很难控制，温度过高或过低对于一些生物蛋白质分子会容易发生变性等其他问题。而使用高纯氮气去溶剂化，气体的流速大小会影响到去溶剂化的效果，流速过低，去溶剂化效果不明显，流速过高，去溶剂化效率增大，但是会降低待测物离子进入质谱进样口，直接影响到检测灵敏度。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单高效的去溶剂化和离子化的方法与装置。

本发明提供的去溶剂化和离子化的方法，首先使待测物样品雾化，然后使用火焰对待测样品雾化的液滴或微粒进行加热，使离子源的溶剂蒸发，中性分子离子化，即形成气相样品离子。产生的气相样品离子通过质谱仪器的离子入口进入质谱仪的质量分析器中，进行质量分析。

本发明提供的去溶剂化和离子化的装置，包括一个样品雾化装置、一个火焰产生装置；所述的样品雾化装置和火焰产生装置放置在一封闭空间范围内，此封闭空间的气体压力和温度都可以根据需要加以调节；所述样品雾化装置用于将待测样品分散成微小的雾滴或微粒，使其悬浮于气体中；火焰产生装置用于产生火焰，对样品雾化装置产生出口处形成雾化的带电或中性的微小的液滴或微粒加热，使离子源的溶剂蒸发（去除溶剂），并使中性分子离子化，即产生气相样品离子。

本发明中，还包括一调节台，火焰产生装置设置在该调节台上，调节台用于调节火焰产生装置至样品雾化装置出口处的合适位置。

本发明中，所述的样品雾化装置可以是由压力雾化、气体雾化、声波雾化或机械雾化方法使样品雾化的装置，也可以是由电喷雾电离装置，通过电喷雾电离产生带电荷的喷雾液滴；也可以是其他物理或化学的使样品产生雾化的装置。

本发明所述的加热去溶剂化和离子化装置，其去溶剂化和离子化的过程为：待分析样品溶液在样品雾化装置的出口处形成雾化的带电或中性的小液滴，经过由火焰产生装置发生的火焰形成的热能加热，使待测分析物被雾化产生的带电或中性的小液滴中的溶剂被热蒸发，产生质谱可检测的气相离子；同时，中性的样品分子还与火焰产生的离子发生质子交换反应产生样品离子。不论是热致溶剂蒸发或质子交换反应，都将显著提高待测样品中的离子化效率，提高样品离子信号强度；离子通过质谱进样口进入质谱仪或其他分析仪，可有效地提高质谱分析的灵敏度。

本发明中，其脱附离子化过程中的温度和压力都可以根据需要进行调节和控制。

本发明只需要使用一个可以产生火焰的装置产生热能，在大气压，或高于，或低于一个标准大气压条件下对已经雾化的待测样品小液滴进行加热去溶剂化。此方法的优点在于，一，产生火焰十分简单和便宜，其产生的热能也很有效；二，由于燃料在燃烧过程中会产生包含离子和电子各种成分，当这些离子或电子与气相中的样品分子发生碰撞时，有可能发生电荷转移反应，产生样品离子，增加样品的离子化效率，提高样品的检测灵敏度。

本发明装置，结构简单，实现容易，操作方便，可高效快速的实现待测物离子化和脱附作用，同时可以发生一些离子反应的产物，有效提高质谱仪分析效率。

附图说明

图1是本发明一实施例的高效去溶剂化和离子化技术装置的结构示意图。

图2是传统ESI方法得到的利血平样品实验质谱图。

图3是本发明实施例中的利血平样品实验质谱图。

图中标号：101为电喷雾电离源，102为直流高压电源，103为离子进样口，104为质谱分析仪，105为带电离子，106为产生火焰的结构，107为调节台。

具体实施方式

实施例 1

图1显示了本发明一实施例去溶剂化和离子化技术的装置，其结构包含了电喷雾电离源101，一个加载在电喷雾尖端金属管上的直流高压电源102，一个火焰产生装置106，在本实施例中，选用酒精灯作为火源；同时根据实验需求调节火焰高度的调节台107，用于引入离子进入质谱分析仪的离子进样口103，以及一个质谱分析仪104。样品利血平经过电喷雾装置后形成带电离子105，随后被电离的离子105在传输过程中，经过火焰产生装置106产生的火焰，进行热脱附去溶剂化，提高传输效率，通过离子进样口103进入质谱仪104进行分析。

在本实施例中，选用的质谱分析仪104是本实验室自行设计的电喷雾电离源-矩形离子阱质谱仪器系统（ESI-RIT-MS）。仪器由三级差分真空系统构成，离子阱所在第三级真空腔内真空度可达到3×10^-3Pa。电喷雾电离源产生的离子通过取样锥孔进入二级真空腔，经过一段长度为200毫米的四极离子导引进入矩形离子阱中，完成质量分析。氦气作为冷却气从阱的后端盖电极上的小孔中引入用于离子冷却。试剂：利血平（Reserpine, m/z=175，上海阿拉丁试剂有限公司），配制成5×10^-5 M的溶液，溶剂采用甲醇∶水=50∶50，其中含有0.05%的醋酸。如图1所示，在电喷雾电离源101尖端加载直流高压电源102，施加电压3-5kV的直流高压，样品利血平在尖端形成带电离子喷雾105，在实施例中，在电喷雾电离源101与离子进样口103之间放一个酒精灯106，调节电喷雾电离源101与离子进样口103两者之间的距离在90mm，酒精灯放在一个三维调节台107上，通过三维调节台107来设置酒精灯火焰的高度及与离子进样口103之间的距离，不同的火焰高度影响到离子喷雾区域的温度，从而对离子热脱附去溶剂化是有一定的影响，在本实施例中，调节的火焰到离子喷雾区域的高度约为40-50mm之间。带电离子105通过酒精灯106火焰区域，受火焰温度影响，在整个离子喷雾区域中达到去溶剂化的效果。实验结果如图2、图3所示，其中图2为在电喷雾电离源101离离子进样口103距离为80mm时，获得的质谱图，通过谱图可见，利血平离子峰强度很弱，其离子信号强度只有0.98uA，同时由于该电喷雾离子源没有去溶剂化效果，其溶剂峰很多很杂，且强度很高。图3为本发明的高效热脱附离子化的实验谱图，在图2实验条件不改变的情况下，在电喷雾电离源101与离子进样口103之间放置一个酒精灯106，通过酒精灯106产生的火焰可以高效的达到去溶剂化的效果，通过图3可见，利血平离子峰强度明显提高，其离子信号强度可以达到2.18uA，比图2利血平离子强度提高达到2倍多，同时整个谱图的溶剂峰和其他杂峰很低，明显起到了去溶剂化的效果，表明该方法的有效可行性，且简单操作。

Claims (4)

1.一种去溶剂化和离子化的方法，其特征在于，具体步骤为：首先使待测物样品雾化；然后使用火焰对待测样品雾化的液滴或微粒进行加热，使离子源的溶剂蒸发，中性分子离子化，即形成气相样品离子；产生的气相样品离子通过质谱仪器的离子入口进入质谱仪的质量分析器中，进行质量分析。

2.一种去溶剂化和离子化的装置，其特征在于，包括一个样品雾化装置、一个火焰产生装置；所述的样品雾化装置和火焰产生装置放置在一封闭空间范围内，此封闭空间的气体压力和温度根据需要加以调节；所述样品雾化装置用于将待测样品分散成微小的雾滴或微粒，使其悬浮于气体中；火焰产生装置用于产生火焰，对样品雾化装置产生出口处形成雾化的带电或中性的微小的液滴或微粒加热，使离子源的溶剂蒸发，并使中性分子离子化，即产生气相样品离子。

3.根据权利要求2所述的去溶剂化和离子化的装置，其特征在于，还包括一调节台，火焰产生装置设置在该调节台上，调节台用于调节火焰产生装置至样品雾化装置出口处的合适位置。

4.根据权利要求2所述的去溶剂化和离子化的装置，其特征在于，所述的样品雾化装置是由压力雾化、气体雾化、声波雾化或机械雾化方法使样品雾化的装置，或者是电喷雾电离装置，通过电喷雾电离产生带电荷的喷雾液滴。