CN106165059A - 使用不混溶的提取溶剂分析所提取的样品 - Google Patents

使用不混溶的提取溶剂分析所提取的样品 Download PDF

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Abstract

本发明大体上涉及使用不混溶的提取溶剂分析所提取的样品的系统和方法。在某些实施例中，本发明提供一种分析样品中的分析物的系统。该系统包含电离探针和质谱仪。该电离探针包含任选地包含远侧尖端的中空主体。该中空主体经配置使得没有衬底在该主体内并且没有电极安置在该主体的表面上。电极至少部分地安置在该中空主体内。

Description

使用不混溶的提取溶剂分析所提取的样品
相关申请
本申请主张2014年2月21日申请的美国临时专利申请第61/942,949号以及2014年6月17日申请的美国临时专利申请第62/013,007号的权利和优先权，其中每一个的内容以全文引用的方式并入本文中。
政府支持
本发明是在政府支持下在由美国国家卫生研究院(National Institutes ofHealth)授予的GM106016下进行。政府在本发明中享有一定权利。
技术领域
本发明大体上涉及使用不混溶的提取溶剂分析所提取的样品的系统和方法。
背景技术
复杂生物样品(例如，如血液、唾液或尿液的复杂混合物)的快速分析是临床、法医以及多种其它应用所显著关注的。使用质谱法分析这类样品的一个问题是生物样品的非目标组分(例如，盐)与该样品中的目标在电离过程期间竞争电荷。该竞争导致样品的非目标组分抑制样品中的目标的电离，被称为基质效应。为了使对分析物电离的抑制作用减到最小以及预浓缩分析物，常规地提取复杂生物样品并且随后使用色谱法分离，随后质谱测量。然而，该过程仅可以在实验室环境中使用昂贵的色谱设备和费时的样品制备方案进行。
发明内容
本发明提供一种用于液-液提取的新方法，并且还提供允许样品制备和预处理与电离过程组合的系统和方法。确切地说，本发明允许在极小直径的毛细管中进行液-液提取，该毛细管在两种液体之间提供极小界面(例如，内径小到500μm的毛细管)。通常认为这对传统液-液提取非常不利。毛细管中的液体来回移动，允许控制提取过程，即可以启动和关闭提取。运动诱导不混溶流体在每个塞子内的循环，有助于提取。使用薄毛细管的附加好处是可以处理少量样品用于定量分析。
另外，提取毛细管有可能充当电离探针。以这种方式，本发明提供允许提取样品中的目标分析物并且通过质谱法分析而无需分别进行的样品制备和预处理方案的系统和方法。实际上，本发明的系统和方法经配置使得样品制备和预浓缩在电离探针内进行。经纯化的分析物随后可以直接电离(虽然不是必需的)并且从其中发生样品制备和预处理的电离探针注入质谱仪中。
使用与样品不混溶的溶剂实现本发明的方面。将溶剂和样品放入本发明的电离探针内。从样品提取一种或多种目标分析物到溶剂中，而样品的非目标组分(例如，尿液中的盐)保留在样品中。随后使电极可操作地耦合到电离探针的主体内的溶剂，并且将目标分析物电离并注入质谱仪中。以这种方式，使样品制备和预处理与电离过程组合，并且在施加电压到溶剂时，目标分析物不需要与样品的非目标组分竞争电荷。因此，本发明的系统和方法有效地抑制基质效应，并且允许更好地电离样品，尤其生物样品(如血液、唾液、尿液或脊髓液)的目标分析物。本发明的系统和方法还具有如下附加好处：使样品的目标分析物预浓缩到提取溶剂中，从而避免昂贵的色谱设备和费时的分离方案，并且允许现场即时(point-of-care)样品分析系统和方法。
本发明的方面提供分析样品中的分析物的方法。那些方法可以涉及将溶剂引入任选地具有远侧尖端的中空主体中。还将样品引入中空主体中。溶剂与样品不混合。该等方法随后涉及从样品提取至少一种分析物到溶剂中。向中空主体中的包含所提取分析物的溶剂施加电压，使得分析物从该主体的远侧尖端排出，从而产生分析物的离子。随后分析离子。本领域的技术人员将认识到，样品和溶剂被引入中空主体中的顺序不重要。在某些实施例中，首先引入溶剂并且其次引入样品。在其它实施例中，首先引入样品并且其次引入溶剂。在某些实施例中，样品与溶剂不混溶。在某些实施例中，使用超过一种溶剂。举例来说，可以引入第二溶剂，其位于第一溶剂与样品之间(三相实施例)。第二溶剂可以充当溶剂桥，并且与样品和第一溶剂不混溶，在这类实施例中样品与第一溶剂通常能彼此混溶。
在某些实施例中，在施加电压之前使样品与溶剂轻轻混合。这可以通过轻轻倾斜毛细管或通过使用移动机制手动地进行。在某些实施例中，两种或更多种相彼此不混合。示例性移动机制是泵，其在中空主体内施加改变气动力来推拉该主体内的样品，从而引起轻轻移动。在某些实施例中，向溶剂施加高压，使溶剂从中空主体中喷出，使样品去溶剂并且电离样品。在其它实施例中，还将雾化气体以脉冲或连续流形式施加到所提取的样品。
本发明方法可以适用于任何类型的样品。在某些实施例中，样品是生物流体，如血液、尿液、唾液或脊髓液。样品将通常包含相关目标。在生物样品的情况下，目标可以是治疗性药物、滥用的药物或其它分子(如类固醇)。目标可以是原产于样品的组分，或已被人为地引入样品中的组分。在某些实施例中，还引入了内标。
在某些实施例中，有待分析的目标是例如通过喷雾电离未有效电离的目标。在该等实施例中，有益的是通过引入能够赋予目标带电基团的试剂从而衍生目标分子以使目标更易于电离。举例来说，类固醇难以通过喷雾电离来电离。向样品中引入试剂，如羟胺，赋予类固醇带电基团，使类固醇易于喷雾电离。
所选择的提取溶剂将取决于有待提取的目标。此外，重要的是考虑用于电离的溶剂的有效性。理想溶剂有利于提取和电离。这样的示例性溶剂是乙酸乙酯，但本领域技术人员将认识到，其它溶剂也能有效地提取和电离样品中的目标。在从样品提取多种分析物到溶剂中的实施例中，溶剂可能能够有差异地提取分析物。
存在用于分析离子的多种方法。在某些实施例中，分析涉及将离子引入质谱仪或微型质谱仪的质量分析器中。示例性微型质谱仪例如在高(Gao)等人(分析化学(Anal.Chem.)2008,80,7198-7205)中描述，其内容以全文引用的方式并入本文中。与具有数千瓦功率的用于实验室规模仪器的泵送系统相比，微型质谱仪一般具有较小泵送系统，如用于在高(Gao)等人所描述的系统中的具有仅5L/min(0.3m3/hr)隔膜泵和11L/s涡轮泵的18W泵送系统。其它示例性微型质谱仪描述于例如高等人(分析化学,2006,80:7198-7205,2008)、侯(Hou)等人(分析化学,83:1857-1861,2011)以及索科尔(Sokol)等人(国际质谱学杂志(Int.J.Mass Spectrom.),2011,306,187-195)中，其中每一个的内容以全文引用的方式并入本文中。
本发明的其它方面提供分析样品中的分析物的系统。该系统包含电离探针和质谱仪。如上文所提到，质谱仪可以是台式质谱仪或微型质谱仪。电离探针包含含有远侧尖端的中空主体(例如，拉伸到尖端的玻璃毛细管)。中空主体经配置使得没有衬底在该主体内并且没有电极安置在该主体的表面上。实际上，电极至少部分地安置在中空主体内。在某些实施例中，电极与中空主体的表面间隔开，即不接触中空主体的表面。在某些实施例中，电极被同轴地安置在中空主体内。在某些实施例中，电极延伸到中空主体的远端部分。示例性电极是金属线。
在某些实施例中，探针在无气动辅助的情况下操作。在其它实施例中，该系统包含雾化气体源。雾化气体源可以经配置以提供气体脉冲或可以经配置以提供连续气流。
在其它方面中，本发明提供从样品提取分析物的方法。那些方法涉及将溶剂引入毛细管中。还将包含分析物的样品引入毛细管中。溶剂与样品不混合。使样品和溶剂在毛细管内移动以诱导样品和溶剂内的循环，从而使分析物从样品提取出并且进入溶剂中。在某些实施例中，首先引入溶剂并且其次引入样品。在其它实施例中，首先引入样品并且其次引入溶剂。在某些实施例中，样品与溶剂不混溶。在某些实施例中，使用超过一种溶剂。举例来说，可以引入第二溶剂，其位于第一溶剂与样品之间(使用桥接溶剂的三相实施例)。第二溶剂可以充当溶剂桥，并且与样品和第一溶剂不混溶，在这类实施例中样品与第一溶剂通常能彼此混溶。
在某些实施例中，该等方法可以另外涉及分析所提取分析物。分析可以涉及向毛细管中的包括所提取分析物的溶剂施加电压，使得分析物从毛细管排出，从而产生分析物的离子并且分析离子。在其它实施例中，分析可以涉及从毛细管去除包括所提取分析物的溶剂并且进行分析分析物的试验。
本发明方法允许监测反应。为了监测反应，该等方法可以另外涉及停止样品和溶剂在毛细管内的移动并且分析已被提取到溶剂中的分析物的量。基于分析步骤的结果，本发明方法可以另外涉及基于分析步骤的结果使样品和溶剂在毛细管内的重新开始移动。
本发明的另一方面提供从样品提取分析物的方法，该等方法涉及将多种溶剂引入毛细管中，其中在毛细管中每两种相邻溶剂彼此不混合，以及使溶剂在毛细管内移动以诱导每种溶剂内的循环，从而使化合物在溶剂之间转移。
附图说明
图1A示出本发明的示例性系统。
图1B示出一种使用本发明系统的方法。在本图中，将两种不混溶相液体样品和有机溶剂相邻地注入具有拉尖端的毛细管中。通过倾斜毛细管或施加气体压力使液相在毛细管中来回移动，以有助于微提取。随后通过施加气体压力推动液相，其中提取相到达毛细管的拉尖端，并且将线状电极插入提取溶剂中以施加直流电压用于nanoESI。
图2的图A-C示出用于定量合成尿液样品中不同化合物的校准曲线。图2的图A示出甲基苯丙胺。图2的图B示出烟碱。图2的图C示出苯甲酰芽子碱。使用含有药物和内标的10μL合成尿液作为测量用样品。使用5μL乙酸乙酯(EA)作为用于提取、纯化以及喷雾的提取相。内标：甲基苯丙胺-d8，0.8ng/mL；烟碱-d32，ng/mL；苯甲酰芽子碱-d3，1ng/mL。所用的单反应监测(SRM)过渡：甲基苯丙胺m/z 150→91，甲基苯丙胺-d8m/z 158→93；烟碱163→130，烟碱-d3m/z 166→130；苯甲酰芽子碱m/z 290→168，苯甲酰芽子碱-d3m/z 293→171。分配系数：LogP甲基苯丙胺＝2.07；LogP烟碱＝1.17；LogP苯甲酰芽子碱＝-0.59。
图3A示出在相邻地注入样品相、衍生试剂相以及提取相的情况下的反应段塞流微提取nanoESI。提取相与试剂相或样品相不混溶；样品相与试剂相可以混溶。使样品相中的分析物衍生并且在SFME操作期间提取到提取相中。随后推动液相，如此使提取相到达毛细管的拉尖端，并且将线状电极插入提取相中以施加直流喷雾电压用于nanoESI。
图3B示出带电试剂与样品中的目标结合形成带电复合物，其比不带电目标更易于喷雾电离。
图4的图A-B示出使用段塞流微提取nanoESI获得的MS/MS谱。用水10倍稀释各自含有40ng/mL烟碱(图4的图A)和40ng/mL甲基苯丙胺(图4的图B)的牛血样品，并且随后使用SFME nanoESI分析。使用10μL稀释样品、5μL乙酸乙酯。
图5的图A-D示出使用羟胺作为试剂使用反应段塞流微提取nanoESI获得的MS/MS谱。含有8ng/mL表睾酮(图5的图A)、5ng/mL 5α-雄甾烷-3β,17β-二醇-16-酮(图5的图B)、5ng/mL 6-去氢胆甾烯酮(图5的图C)以及5ng/mL豆固酮(图5的图D)的10μL合成尿液。添加含有0.1％乙酸和10％羟胺的5μL水溶液作为试剂相。使用5μL乙酸乙酯作为提取相。
图6示出示例性三相流体系统。使用不混溶的三相SFME进行样品分析：样品相具有高极性，并且使用具有相对较高极性的溶剂(如H2O和乙腈)作为提取溶剂。具有相对较低极性以及与样品和提取溶剂不混溶的溶剂被插入它们之间并保持它们分离。在这种情况下使用疏水管而不是玻璃管以确保隔离。施加推拉力以诱导段塞流移动用于提取。在提取之后，提取物可以通过nanoESI直接或间接分析，或存储用于进一步操作。
图7示出用于分析低极性样品中的化学物质的微提取。相对较高极性的溶剂可以用于提取和喷雾电离。
图8示出使用本发明的系统和方法分析植物油。使用水与甲醇的混合物作为提取溶剂。图8的图A是MS谱，示出在正模式下的MS谱中观察到二酰甘油和三酰甘油物种。图8的图B是MS谱，示出在负模式下获取的MS谱中观察到不同脂肪酸。
图9的图A-B示出使用3相SFME(图6)对在尿液中100ng/mL苯丙氨酸(165Da,logP＝-1.38)的分析。收集分子离子的MS/MS谱。图9的图A示出使用甲醇以10倍稀释以便减少基质并且直接通过nanoESI喷雾的5μL样品的MS谱。图9的图B示出使用己烷/H2O:MeOH(1:1)作为桥接/提取溶剂通过3相SFME处理，并且随后通过nanoESI分析的5μL样品的MS谱。
图10示出使用熔融硅石毛细管对牛全血中50ng/mL阿米替林(amitriptyline)的分析。
图11的图A示出使用段塞流微提取进行的毛细管内样品提取。图11的图B示出后续使用nanoESI的MS分析。MS/MS谱。图11的图C示出对5μL尿液中10ng mL-1甲基苯丙胺的分析。图11的图D示出对5μL尿液中50ng mL-1苯甲酰芽子碱的分析。图11的图E示出SFME周期数对分析物的提取的影响，监测甲基苯丙胺(m/z 150→91)、烟碱(m/z 163→130)以及苯甲酰芽子碱(m/z 290→168)各自以50ng/mL在尿液样品中时的MS/MS产物离子强度。使用2kV用于nanoESI。
图12的图A-B示出液塞在毛细管内的移动可以两种方式创建。图12的图A示出上下轻轻倾斜毛细管。图12的图B示出由空气压力增加推拉力通过移液管。出于这个目的，移液体积设定为10μL。
图13的图A-B示出被记录用于引导MS/MS分析的光谱。图13的图A示出5μL未经稀释人类混合血中的1ng mL-1维拉帕米(verapamil)。图13的图B示出人类全血中所含有的内源性肌酐。
图14A示出用于计算平衡时浓度的推导。
图14B示出用于计算在SFME之后平衡时内标(IS)掺入浓度的推导。
图15示出全血外加甲基苯丙胺(1-100ng mL-1)的定量分析。血液样品进10倍稀释以降低粘度。甲基苯丙胺-d8(2ng mL-1)在提取溶剂乙酸乙酯中。
图16的图A示出在试剂塞注入生物流体样品与提取溶剂之间的情况下的反应SFME-nanoESI。图16的图B的MS/MS谱示出对合成尿液中的200ng mL-1表睾酮的直接SFME-nanoESI分析。将含有50mM羟胺的5μL水用于试剂液塞。图16的图C示出对合成尿液中的200ng mL-1表睾酮的反应SFME-nanoESI分析。将含有50mM羟胺的5μL水用于试剂液塞。
图17的图A示出通过胆碱酯酶(ChE)催化的乙酰硫代胆碱(ATCh)向硫代胆碱(TCh)的酶转化的反应流程。图17的图B示出通过SFME-nanoESI确定的ATCh消化的进展曲线。培育历经30分钟，并且在室温下通过血胆碱酯酶(ChE)催化。以1.8mg/mL最终浓度添加碘化乙酰硫代胆碱标准到人类全血中，随后培育。使用MRM监测硫代胆碱(m/z 102→61)和酶底物(m/z 162→103)的产物离子的强度比。图17的图C示出在不同酶抑制水平的情况下对血ChE的评估。在5min培育之后通过SFME-nanoESI确定血液样品中的ChE活性。
图18的图A示出记录在将乙酰硫代胆碱混合到所稀释血液中后立即(顶部)和在60分钟后(底部)采集的样品(各自5μL)的SFME-nanoESI MS分析的SFME-nanoESI-MS谱。图18的图B示出提取溶剂对酶活性的影响的研究。为了测试特定溶剂，在将乙酰硫代胆碱混合到血液中之后不久将5μL血液样品(经稀释)注入具有提取溶剂塞的毛细管中。在毛细管中培育5分钟之后，使用SFME nanoESI MS测量TCh/ATch比。对于对照，在将乙酰硫代胆碱混合到所稀释血液中5分钟之后，采集样品并且使用乙酸乙酯作为提取相立即使用SFME nanoESIMS分析。使用1.5kV喷雾电压用于nanoESI。
图19示出对在SFME-nanoESI中使用的提取相的不同有机溶剂的比较。对于每个测试，用水10倍稀释牛全血外加5ng mL-1甲基苯丙胺；随后使用5μL样品制备样品塞并且使用5μL一种有机溶剂用于提取塞。使用过渡是m/z150→91的SRM(单反应监测)记录质子化甲基苯丙胺m/z 150的产物离子m/z 91强度，而喷雾电压是变化的。
图20的图A-D示出对5μL生物样品(未经稀释)中低浓度的药物或类固醇的MS/MS分析。图20的图A示出牛全血中的0.5ng mL-1甲基苯丙胺。图20的图B示出牛全血中的0.5ngmL-1阿米替林。图20的图C示出牛全血中的0.8ng mL-1维拉帕米。图20的图D使用反应SFME示出合成尿液中的9ng mL-1表睾酮。
图21示出表睾酮的衍生和MS/MS断裂途径，以及提供对用于使用反应SFME-nanoESI进行类固醇的MS/MS分析的目标离子的概述的表。
图22是示出使用SLME nanoESI获得的LOD以及用于检测或监测的截止浓度的表。
具体实施方式
本发明提供用于段塞流微提取(slug flow microextraction；SFME)，任选地随后电离所提取分析物以快速分析样品的系统和方法。本发明的系统和方法适用于分析任何商业或研究领域的分析物，如生物医学领域、制药领域、食品安全领域以及环境领域。
在某些实施例中，本发明提供一种分析样品中的分析物的系统。图1A提供本发明系统的示例性实施例。该系统包含电离探针和质谱仪。电离探针包含含有远侧尖端的中空主体。本领域技术人员可以设想多种不同类型的中空主体，并且所有中空主体将对本发明系统有效。中空主体可以具有远侧尖端用于喷出被装载到探针中的溶剂的喷雾。示例性中空主体是具有远侧尖端的nano-ESI探针毛细管。示例性nano-ESI探针描述于例如以下每一个中：卡拉斯(Karas)等人(费森尤斯分析化学杂志(Fresenius J Anal Chem.)366(6-7):669-76,2000)以及法拉马维(El-Faramawy)等人(美国质谱学会杂志(J Am Soc MassSpectrom),16:1702-1707,2005)，其中每一个的内容以全文引用的方式并入本文中。Nano-ESI针可购自普罗克森生物系统(Proxeon Biosystems)(丹麦欧登塞)和新目标公司(NewObjective Inc)(马萨诸塞州沃本)。在其它实施例中，该系统可以包含含有一个或多个喷雾尖端和一个或多个电极的样品盒。
示例性中空主体是具有拉尖端的0.86mm内径玻璃硼硅酸盐毛细管。尖端通常将具有约2μm到约50μm的直径。塑料和橡胶管也可以用于中空主体。举例来说，中空主体可以由PEEK管(聚醚醚酮聚合物管)或TEFLON管(聚四氟乙烯(PTFE)聚合物管)或TYGON管(由各种基础材料构成的柔性管)组成。
示例性中空主体是带有或不带有拉尖端且内径是0.5mm或0.25mm的熔融硅石毛细管。
如图1A中所示，中空主体装载有至少两种不混溶流体，如溶剂和与该溶剂不混溶的样品，并且在探针的中空主体内进行提取。本发明的那些方面将在下文中更详细讨论。在某些实施例中，为了在探针主体内进行提取，该主体应不含任何其它材料。举例来说，主体内没有安置衬底(例如多孔衬底，如纸质衬底)、过滤器、珠子、凝胶或其它物质。实际上，主体仍完全不含其它物质以便接收将参与提取的不混溶流体。
在某些实施例中，添加磁珠到样品和溶剂塞中，并且施加到交变磁场以诱导磁珠在液塞内移动，从而有助于每个塞子内的湍流输送分析物到液-液界面以及从液-液界面输送分析物。
在某些实施例中，涂布主体的内表面以调节主体内表面的疏水性。疏水区可以使用已知技术涂布到表面上，如通过使用光刻、印刷法或等离子处理。参见马丁尼兹(Martinez)等人(应用化学国际版(Angew.Chem.Int.Ed.)2007,46,1318-1320)；马丁尼兹等人(美国国家科学协会公报(Proc.Natl Acad.Sci.USA)2008,105,19606-19611)；亚伯(Abe)等人(分析化学2008,80,6928-6934)；布鲁兹维茨(Bruzewicz)等人(分析化学2008,80,3387-3392)；马丁尼兹等人(实验室芯片(Lab Chip)2008,8,2146-2150)；以及李(Li)等人(分析化学2008,80,9131-9134)，其中每一个的内容以全文引用的方式并入本文中。在某些实施例中，主体被制备成具有均匀疏水性。在其它实施例中，主体可以被制备成具有多个各自具有不同疏水性的不同区域，这可以基于将填充主体的该区域的液体的类型。举例来说，主体中将接收油基样品的区域可以被处理成比将接收水基和甲醇基溶剂的主体的区域更具疏水性。
在某些实施例中，中空主体经配置使得没有电极安置在主体的表面上。实际上，电极至少部分地安置在中空主体内。如图1A中所示，电极可以是延伸到中空主体中的金属线。通常用于电极的任何金属可以用于金属电极。该金属线与电压源(如高电压源)连接。图1A中所示的金属线的长度仅是示例性的。金属线可以任何长度延伸到中空主体中。金属线可以延伸到中空主体的远端，如图1A中所示。或者，金属线可以比图1A中所示的更短，延伸不到主体中。被添加到中空主体中的溶剂的量将决定金属线的长度，因为该线应足够远延伸到主体中与已被添加到主体中的溶剂相互作用。
如图1A中所示，金属线可以被同轴地安置在中空主体内，但这不是所需的。通常，金属线不接触中空主体的壁，如图1A中所示。金属线电极和其耦合可以可去除地或永久地与中空主体连接。如图1A中所示，金属线电极和其耦合可去除地与中空主体连接。这允许中空主体的近端充当用于将流体引入主体中的端口。在这类实施例中，从中空主体去除金属线电极和其耦合，留下通过其将流体引入主体中的开口。在引入后，金属线电极和其耦合与中空主体连接，密封中空主体。
在其它实施例中，连接是永久连接，并且沿着主体的一个或多个独立的流体端口用于将流体引入中空主体中。即使金属线电极和其耦合与中空主体的连接是可去除连接，中空主体仍可以包含沿着主体的一个或多个独立端口以将流体引入中空主体中。
如图1A中所示，向中空主体内的液体中引入高压使液体以喷雾形式从中空主体的远侧尖端喷出。质谱仪的入口经可操作地定位以接收从探针喷出的液体。该距离通常小于10mm，然而，允许在质谱仪内产生来自样品的信号的任何距离是合适的。本领域技术人员可以通过简单地调节探针与质谱仪的入口之间的间距以及监测由质谱仪产生的读数来确定该距离。
在其它实施例中，拉尖端的外壁可以用金属涂布。可以施加高压通过金属涂层用于喷雾电离。
本领域中已知的任何类型的质谱仪都被证明可以用于本发明。举例来说，质谱仪可以是标准台式质谱仪。在其它实施例中，质谱仪是微型质谱仪。示例性微型质谱仪描述于例如高(Gao)等人(分析化学杂志(Z.Anal.Chem.)2006,78,5994-6002)中，其内容以全文引用的方式并入本文中。与具有数千瓦功率的用于实验室规模仪器的泵送系统相比，微型质谱仪一般具有较小泵送系统，如用于在高等人所描述的系统中的具有仅5L/min(0.3m3/hr)隔膜泵和11L/s涡轮泵的18W泵送系统。其它示例性微型质谱仪描述于例如高等人(分析化学,80:7198-7205,2008)、侯等人(分析化学,83:1857-1861,2011)以及索科尔等人(国际质谱学杂志,2011,306,187-195)中，其中每一个的内容以全文引用的方式并入本文中。微型质谱仪也描述于例如以下中：许(Xu)等人(JALA,2010,15,433-439)；欧阳(Ouyang)等人(分析化学,2009,81,2421-2425)；欧阳等人(分析化学年鉴(Ann.Rev.Anal.Chem.),2009,2,187-214)；桑德斯(Sanders)等人(欧洲质谱学杂志(Euro.J.Mass Spectrom.),2009,16,11-20)；高等人(分析化学,2006,78(17),5994-6002)；马利根(Mulligan)等人(化学通讯(Chem.Com.),2006,1709-1711)；以及菲科(Fico)等人(分析化学,2007,79,8076-8082)，其中每一个的内容以全文引用的方式并入本文中。
在某些实施例中，质谱仪入口经定位远离电离探针，并且使用离子转移构件在更长距离内转移。示例性离子转移构件描述于例如欧阳等人(美国专利号8,410,431)中，其内容以全文引用的方式并入本文中。
在某些实施例中，本发明的电离探针在无气动辅助的情况下操作。也就是说，在本发明探针的情况下，不需要气动辅助来输送分析物；实际上，仅向固持在质谱仪前面的衬底施加电压。然而，在某些实施例中，雾化气体可以与本发明系统一起用于辅助去溶剂。雾化气体可以是脉冲的或以连续流形式提供。在其它实施例中，气体产生装置可操作地耦合到探针，使得可以将气体注入中空主体中以将样品和溶剂推到探针的远侧尖端。气体通常将是惰性气体，如氮气或氩气，但也可以是空气。
在某些实施例中，使电离探针与溶剂流(如连续溶剂流)保持离散(即，分离或断开)。实际上，将离散量的溶剂和样品引入探针的中空主体中。探针随后与电压源连接产生样品的离子，随后质量分析该等离子。在不需要独立溶剂流的情况下使样品输送通过中空主体。如先前所提到，不需要气动辅助来输送分析物；实际上，仅向固持在质谱仪前面的探针中的包含所提取分析物的溶剂施加电压。
图1B示出本发明系统的示例性使用方法。在某些实施例中，这类方法涉及将溶剂引入包含远侧尖端的中空主体中。还将样品引入中空主体中。溶剂与样品不混溶，并且从样品提取至少一种分析物到溶剂中。向中空主体中的包含所提取分析物的溶剂施加电压，使得分析物从该主体的远侧尖端排出，从而产生分析物的离子。随后分析那些排出的离子。
图1B示出两种不混溶相-液体样品和有机溶剂，其相邻地注入具有拉尖端的毛细管中。鉴于不同相的不同极性，一种或多种分析物将从样品移入溶剂中(从样品提取分析物到溶剂中)。该提取过程可以通过使液相在毛细管中来回移动，如通过倾斜毛细管或施加气体压力以有助于微提取来促进。随后可以通过施加气体压力(来自可操作地耦合到探针的气体产生装置)推动液相，其中提取相到达毛细管的拉尖端，并且将线状电极插入提取溶剂中以施加直流电压用于nanoESI。电压使溶剂以喷雾形式从中空主体的远侧尖端排出，到达质谱仪的入口。
本发明方法可以适用于任何类型的样品，如有机或非有机生物或非生物等。在某些实施例中，样品来源于生物组织或是生物流体，如血液、尿液、唾液或脊髓液。样品可以包含有待分析的相关分析物。该分析物可以原产于样品或可能已被引入样品中。示例性分析物包含治疗性药物、滥用的药物以及其它生物标记物。本文中的实例示出治疗性药物、滥用的药物以及其它生物标记物达成对基质效应的有效抑制。在某些实施例中，本发明的系统和方法可以用于直接分析生物流体样品或液体样品。
溶剂可以是任何溶剂，只要其与样品不混溶并且对样品的提取和电离有效。通常，所选择的溶剂将取决于有待分析的样品和/或被认为在样品中的相关分析物(图19)。要考虑的因素是溶剂的极性。在两相提取系统中，溶剂理想地具有相对样品和/或被认为在样品中相关分析物的不同极性。举例来说，水性样品通常将具有高极性，并且因此溶剂的良好选择将是具有低极性的有机溶剂(例如，甲醇或乙酸乙酯或包含那些溶剂的混合物，例如水/甲醇混合物或水/乙酸乙酯混合物)。油样品通常将具有低极性，并且因此溶剂的良好选择将是具有更高极性的溶剂，如水/甲醇混合物。本领域技术人员将能够基于有待分析的样品确定要使用的适当溶剂。
溶剂的另一考虑是除了适合于从样品提取分析物之外，其也可以用于电离样品。也就是说，溶剂对于所提取分析物的提取和电离来说可以是相容的。如实例中所说明，甲醇和乙酸乙酯对分析物的提取以及分析物的电离很有效，而氯仿对分析物的提取而不是电离很有效。通常，与电喷雾电离相容的溶剂有可能适用于本发明的系统和方法，只要该溶剂也与样品不混溶并且能够从样品提取分析物。具有质谱法经验的本领域技术人员将知道与电喷雾电离相容的特定溶剂。
本发明方法还可以涉及可以用于提高目标分析物的整体分析效率的实时化学反应。为了进行这种衍生，将含有赋予分析物以带电官能团的试剂的溶液引入中空主体中。该溶液通常被引入在溶剂与样品之间。使溶液中的试剂与样品中的分析物相互作用并且赋予样品以带电官能团，允许分析物电离。
在某些实施例中，从样品提取超过一种分析物(例如，多种分析物)并且进入溶剂中。多种分析物可以同时提取。或者，分析物被有差异地提取到溶剂中，通常基于分析物的极性和溶剂的极性。
虽然已使用两种不混溶流体讨论本发明方法，本发明的系统和方法不限于两种流体的使用。任何数量的流体可以适用于本发明的系统和方法，如三种流体、四种流体、五种流体等。在某些实施例中，使用三种流体系统。在该等实施例中，两种可混溶流体通过不混溶流体分离。示例性三种流体系统在图6中示出。样品-溶剂桥-提取/喷雾溶剂的极性可以是高-低-高或低-高-低。可以选择具有适当疏水性的毛细管表面来稳定溶剂桥，溶剂桥使具有类似极性的样品相和提取溶剂(其意味着它们能混溶)分离。作为实例，用于提取的尿液样品塞和甲醇/水塞可以通过乙酸乙酯或己烷分离，并且可以使用具有疏水性表面的特氟隆(Teflon)毛细管。
在某些实施例中，本发明的系统和方法还可以用于制备稍后将被分析的样品。提取溶剂可以液体样品存储或沉积在纸质衬底或MAFDI板上以制备干样点。可以在SFME过程期间将内标掺入干样点中。目标分析物可以在SFME过程期间被化学修饰。
在其它实施例中，由于提取毛细管并不是用作电离探针，中空主体不需要远侧尖端。在该等实施例中，仅如上文所描述在毛细管中进行提取。在完成提取之后，从毛细管去除含有所提取分析物的溶剂并且随后使用本领域中已知的任何方法分析。举例来说，可以将含有所提取分析物的溶剂装载到独立电离探针中并且随后通过质谱法分析，如图6中所示。在其它实施例中，以不同方式分析分析物，如任何光谱技术或本领域中已知的其它试验。
以引用的方式并入
在本发明通篇中已参考并且引用了其它文献，如专利、专利申请、专利公开、杂志、书籍、论文、网络内容。所有这类文献在此出于所有目的以全文引用的方式并入本文中。
等效物
除本文示出并且描述的之外，本领域的技术人员将从本文献的完整内容(包含对在本文中引用的科学和专利文献的参考)变得显而易知本发明的各种修改以及其许多其它实施例。本文中的标的物含有重要信息、范例以及指南，其可以适于本发明在其各种实施例和其等效物中的实践。
实例
实例1：微提取方案
本发明的系统和方法用于分析含有苯甲酰芽子碱、烟碱或甲基苯丙胺的10μL尿液样品，达成比1ng/mL更好的LOD(图2的图A-C)。以更高倾斜率(约30/分钟)更快达到化学平衡。甚至对提取溶剂具有相对较低分配系数的分析物，由于对基质效应的有效抑制而观察到信号显著改善。测试不同溶剂的提取。发现非极性溶剂(如氯仿)能有效用于提取但对于后续电离相对较差。可以使用在线注入甲醇来促进被提取到这些溶剂中的分析物的直接电离。然而，发现乙酸乙酯能有效用于提取和电离，如通过nanoESI。也已探索了掺入内标用于定量同时维持操作程序简单的各种方法。已获得具有良好线性度(R2＝0.99)的烟碱的校准(图2的图B)。
实例2：实时衍生
本发明方法还可以涉及可以用于提高目标分析物的整体分析效率的实时化学反应。这是通过分析尿液中的类固醇来例证。预期从尿液提取类固醇的效率高；然而，类固醇难以通过喷雾电离来电离。通过在提取溶剂(乙酸乙酯)与尿液样品之间注入含5％羟胺的3μL水溶液进行SFME-nanoESI的实时衍生(图3A-B)。反应物溶液与样品快速混合，并且类固醇在被提取到有机相中时以带电官能团衍生。通过多个数量级改善MS谱中的信号。在量低于10mL的尿液样品中获得5α-雄甾烷-3β,17β-二醇-16-酮、表睾酮、4,6-胆甾二烯-3-酮以及豆固酮的分别是0.2、0.7、0.6、0.8ng/mL的FOD。
反应流程
流程1.羟胺与类固醇上的羰基之间的反应
图5的图A-D示出使用羟胺作为试剂使用反应段塞流微提取nanoESI获得的MS/MS谱。含有8ng/mL表睾酮(图5的图A)、5ng/mL 5α-雄甾烷-3β,17β-二醇-16-酮(图5的图B)、5ng/mL 6-去氢胆甾烯酮(图5的图C)以及5ng/mL豆固酮(图5的图D)的10μL合成尿液。添加含有0.1％乙酸和10％羟胺的5μL水溶液作为试剂相。使用5μL乙酸乙酯作为提取相。
上文所描述样品的分析本来是需要使用传统实验室程序使用样品提取、液相色谱以及质量分析使用电喷雾电离或大气压化学电离进行分析。所需的样品量显著更大(约1mL)。
实例3：具有低粘度的生物流体的直接分析
使用SFME nanoESI直接分析如尿液的生物样品。图2的图A-C。用于定量合成尿液样品中的甲基苯丙胺(图2的图A)、烟碱(图2的图B)以及苯甲酰芽子碱(图2的图C)的校准曲线。使用含有药物和内标的10μL合成尿液作为测量用样品。使用5μL乙酸乙酯(EA)作为用于提取、纯化以及喷雾的提取相。内标：甲基苯丙胺-d8，0.8ng/mL；烟碱-d32，ng/mL；苯甲酰芽子碱-d3，1ng/mL。所用的单反应监测(SRM)过渡：甲基苯丙胺m/z150→91，甲基苯丙胺-d8m/z 158→93；烟碱163→130，烟碱-d3m/z 166→130；苯甲酰芽子碱m/z 290→168，苯甲酰芽子碱-d3m/z 293→171。分配系数：LogP甲基苯丙胺＝2.07；LogP烟碱＝1.17；LogP苯甲酰芽子碱＝-0.59。
基质效应由于高浓度盐而降到最低。滥用的药物，甚至对提取相具有相对较低分配系数的苯甲酰芽子碱获得良好LOD。分配系数(LogP)被定义为：LogP＝log([溶质]辛醇/[溶质]水)，其表示在平衡时与水相不混溶的有机相中的未电离化合物(如辛醇)的差示溶解度。
实例4：粘性生物流体的直接分析
对于粘性生物流体样品，施加样品的稀释液以允许用本发明的系统和方法操作。作为实例，10倍稀释含有药物的血液样品，随后通过SFME nanoESI分析。图4的图A-B中的数据示出本发明方法能够分析来自血液样品的分析物。图4的图A-B示出使用段塞流微提取nanoESI获得的MS/MS谱。用水10倍稀释各自含有40ng/mL烟碱(图4的图A)和40ng/mL甲基苯丙胺(图4的图B)的牛血样品，并且随后使用SFME nanoESI分析。使用10μL稀释样品、5μL乙酸乙酯。
实例5：分析性能的概述
表1.使用段塞流微提取nanoESI达成的合成尿液和血液样品中化学物质的检测限
实例6：油样品的直接分析
上述实例示出高极性水性样品(如血液或尿液)中的药物化合物被提取到低极性有机溶剂中。本发明的系统和方法也可以通过从低极性样品(如油)的样品提取分析物到高极性提取溶剂(如水/甲醇溶剂)中来应用，如图7中所示。结果在图8中示出，其示出使用本发明的系统和方法分析植物油。使用水与甲醇的混合物作为提取溶剂。图8的图A是MS谱，示出在正模式下的MS谱中观察到二酰甘油和三酰甘油物质。图8的图B是MS谱，示出在负模式下获取的MS谱中观察到不同脂肪酸。
实例7：三相法
可以如图6中所例证进行三相法。样品-溶剂桥-提取/喷雾溶剂的极性可以是高-低-高或低-高-低。可以选择具有适当疏水性的毛细管表面来稳定溶剂桥(中间相)，溶剂桥使具有类似极性的样品相和提取溶剂(其意味着它们能混溶)分离。作为实例，用于提取的尿液样品塞和甲醇/水塞可以通过乙酸乙酯或己烷分离，并且可以使用具有疏水性表面的特氟隆毛细管。图9的图A-B中示出尿液的苯丙氨酸的分析。苯丙氨酸具有相对较高极性。苯丙氨酸分子通过己烷从尿液提取到H2O:MeOH(1:1)中，己烷使苯丙氨酸分子从尿液中的盐分离。这是纯化过程。
如果使用尿液和己烷的两相法，那么苯丙氨酸具有相对较高极性，因此，在己烷中的溶解度相对较低并且在己烷中的浓度将是低的。此外，己烷与如H2O:MeOH(1:1)的极性溶剂相比较不利于喷雾电离。在极性顺序是高-低-高的样品-桥-喷雾的三相法的情况下，使高极性化合物浓缩到适于喷雾电离的高极性溶剂中。通过将提取溶剂转移到具有用于喷雾电离的拉尖端的毛细管(图6)或如先前上文所描述从毛细管直接喷雾电离来进行后续分析。
可以通过在桥溶剂或提取/喷雾溶剂中的任一者或两者中添加反应试剂来应用实时化学衍生。可以通过在桥溶剂或提取/喷雾溶剂中的任一者或两者中预添加内标来应用实时内标掺入。
实例8：在熔融硅石管(内径500μm)中微提取
可以在通常用作液相色谱系统中的液体管线的较小直径的熔融硅石管(例如，内径是500μm或更小的管)中进行SFME样品处理。可以通过在管的一侧施加推拉力来诱导提取。提取物可以通过nanoESI直接分析或存储用于进一步操作。
图10示出对50ng/mL阿米替林在牛全血中的分析。收集分子离子的MS/MS谱。首先使用H2O以10倍稀释血液样品以便降低粘度。对于提取，使用本发明方法在熔融硅石管(内径500μm)中处理5μL稀释样品。随后将提取物输注到nanoESI发射器中并且通过nanoESI分析。
实例9：使用段塞流微提取NanoESI进行生物流体样品的直接质谱分析
使用简单程序对生物流体的直接质谱(MS)分析表示MS技术向临床和现场即时应用转变的关键步骤。当前研究报告了使用段塞流微提取和nanoESI(电喷雾电离)用于MS分析血液和尿液中的有机化合物的单步法的发展。已达成了治疗性和违禁药物在5μL样品中的分析的高灵敏度和定量精度。已并入实时化学衍生用于分析合成代谢类固醇。此外，已用湿的血胆碱酯酶显示酶功能的监测。所报告的工作促进在简单操作下高度运行的一次性盒代替传统复杂实验室程序用于MS分析生物样品的未来发展。
质谱(MS)已显示为用于化学和生物分析的强大工具。通过使用样品提取和色谱分离随后MS分析消除基质效应在实验室中传统上得以达成定量的高特异性、高灵敏度以及高精度。原位电离(ambient ionization)，尤其在使用纸喷雾的最近示范下的发展已指示直接MS分析高定量性能但使用消耗超少量样品的高度简化方案的有前景的未来。这对于MS分析向实验室以外应用(尤其现场即时(POC)诊断)的转变将是极其重要的。沿着这个方向成功发展的基本原则是使样品消耗减到最少并且在分析物提取和电离的集成过程中达成高效。可以组合段塞流微提取(SFME)和nanoESI(电喷雾电离)进行生物流体样品的一步分析。在仅5μL的血液和尿液样品的情况下获得极好的灵敏度和高定量精度。更重要的是，SFME-NanoESI法显示如何使用简单装置并入需要用于高性能质量分析的各种不同过程，包含液-液提取、内标(IS)掺入、化学衍生或甚至酶反应。
所有实验都用TSQ Quantum Access Max(美国加利福尼亚州圣荷塞的赛默飞世尔科技(Thermo Fisher Scientific,San lose,CA,USA))进行。牛血购自创新投资研究(Innovative Research Inv.)(美国密歇根州诺维(Novi,MI,USA))。用于酶反应研究的人类混合血购自(美国马里兰州巴尔的摩BioreclamationIVT(Baltimore,MD,USA))。合成尿液购自CST技术(CST Technologies)(美国纽约州格瑞特奈克(Great Neck,NY,USA))。类固醇购自Steraloids公司(美国罗得岛州纽波特(Newport,RI,USA))。所有其它化学物质购自西格玛-奥德里奇公司(Sigma-Aldrich)(美国密苏里州圣路易斯(St.Louis,MO,USA))。
使用用于nanoESI的具有拉尖端的内径是0.8mm的一次性玻璃毛细管(图11的图A)进行整个取样电离过程。通过向毛细管中依次注入5μL有机溶剂和5μL尿液或血液样品形成两个相邻液塞。预期分析物被从生物流体中液-液提取到有机溶剂中，但由于界面面积小而使效率相当低。然而，提取速度可以由通过使两个液塞移动所诱导的段塞流显著改善，液塞移动可以通过倾斜毛细管(图11的图A和图12的图A)或通过空气压力施加推拉力(图12的图B)来促进。段塞流是由于与毛细管壁的摩擦而形成，并且每个塞子内的流动(图11的图A)使分析物转移到以及远离液-液界面，因此显著提高提取效率。在提取过程之后，有机溶剂塞可以仅被推到毛细管的尖端；随后插入不锈钢丝通过生物流体样品到达有机溶剂塞；施加高压产生nanoESI用于MS分析(图11的图B)。有机溶剂的选择是重要的。有机溶剂应与生物流体样品不混溶，对目标分析物具有良好溶解度并且适于nanoESI。已测试几种有机溶剂(图19)，并且发现弱极性乙酸乙酯为分析尿液(图11的图C-D)和血液样品(图13的图A-B)中的广泛范围化合物提供最佳性能。
在段塞流下的提取过程已被示为非常有效的，如对于从尿液样品提取甲基苯丙胺、烟碱以及苯甲酰芽子碱(可卡因的主要代谢物)所测试。在5次倾斜毛细管之后达到平衡(图11的图E和图20的图A-D)。已使用SFME-nanoESI获得全血样品的维拉帕米的实际上等于0.05ng/mL的检测限(LOD)(表2)。
表2.尿液和/或整体中的分析物的检测限(LOD)
如果血液样品被稀释来降低粘度，那么需要较少提取周期来达到平衡。分析物在样品与提取相之间的分布可以通过分配系数(logP，参见图14)相对估计。对于logP是2.1的甲基苯丙胺，在SFME之后其在有机提取溶剂中的浓度可以比尿液样品中的高100倍，当然解释了由尿液样品达成的0.03ng/mL良好LOD(表1)。苯甲酰芽子碱的logP值是-0.6，意味着其在尿液中的溶解度比在有机溶剂中的更高，并且提取到乙酸乙酯中是一个稀释过程；然而，无论如何达成0.08ng/mL LOD。这指示检测原始尿液样品中的苯甲酰芽子碱的限制因素可能不是苯甲酰芽子碱的绝对量或浓度，而是基质效应的干扰，如因尿液样品中的高浓度盐所致的电离抑制。在SFME过程中达成苯甲酰芽子碱从盐的有效分离。甚至在较低浓度苯甲酰芽子碱在提取相中的情况下，电离效率和分析的整体灵敏度得到显著改善。
除了灵敏度之外，足够定量精度通常是临床和POC应用所必备的。准确掺入内标的简单方式是重要的，但对于通过微创方法取用的小体积样品可能具有挑战性。使用SFME-nanoESI，IS化合物可以被加入提取相中(图15)并且随后在段塞流提取过程期间与分析物混合。在用甲基苯丙胺-d8作为IS以2ng/mL加入乙酸乙酯中的情况下针对牛血样品中甲基苯丙胺的定量来测试这种方法。10倍稀释血液样品并且随后使用SFME-nanoESI和MRM分析来分析(分析物和IS的过渡分别是m/z 150到91和m/z 158到94)(图15，插图)。所测量的分析物与IS的比率(A/IS)标绘为血液中原始分析物浓度的函数，如图15中所示。获得良好线性度，其由分配过程决定(参见支持信息(Supporting Information)中的推导)。浓度高于10ng/mL的样品获得超过10％的RSD。
化学衍生是改变目标分析物的特性以提高用于MS分析的分离或电离效率的有效方法。举例来说，预期使用SFME使尿液或血液样品中的类固醇被充分提取到有机相中；然而，后续通过nanoESI电离的效率将由于类固醇分子的低质子亲和力而较低。与羟胺的反应先前已被证明能有效提高类固醇的电离效率，并且从而在本研究中用作实例。将含有50mM羟胺的5μL水的额外液塞注入5μL乙酸乙酯与5μL尿液样品外加200ng ml-1表睾酮之间(图16的图A)。在5个SFME周期的情况下，羟胺溶液与尿液样品充分混合。反应产物m/z 304的MS/MS分析产生信噪比(S/Ns)显著改善的光谱(图16的图B-C和图21)。反应SFME-nanoESI用于分析5μL尿液样品中的一系列合成代谢类固醇，包含表睾酮、6-去氢胆甾烯酮、5α-雄甾烷-3β,17β-二醇-16-酮以及豆固酮，其中获得分别是0.7、0.6、0.2以及0.8ng/mL的LOD(表1和图22)。
使用利用SFME的液-液提取过程，现在可以直接用湿的血液样品进行分析。这为探测仅原始液体样品存在的化学和生物特性提供机会。举例来说，通常在干血点中或在用于样品提取的传统实验室程序之后淬火蛋白质的酶功能。SFME-nanoESI用于监测全血样品中胆碱酯酶(ChE)的酶活性。ChE有助于乙酰硫代胆碱(ATCh)向硫代胆碱(TCh)的酶转化(图17，图A)。10倍稀释血液样品以减缓反应速率以及促进SFME用段塞流。以1.8mg/mL浓度添加底物乙酰硫代胆碱碘到所稀释血液样品中，并且随后立即取用5μL样品并且与5μL提取相一起注入毛细管中。使具有样品和提取溶剂的毛细管在室温25℃下静置后用于培育。可以对同一样品重复进行SFME-nanoESI，并且底物ATCh和反应产物TCh的比率可以被监测为时间的函数来表征ChE的酶活性。这种方法的一个潜在问题将是有机溶剂对酶功能的损害。针对乙酸乙酯和其它溶剂(如氯仿)在5min培育下研究有机提取相的影响。发现由于与乙酸乙酯接触所致的ChE活性降低最小，但在氯仿下更严重(超过60％降低)。弱极性溶剂，如乙酸乙酯可以更好地保存酶结构。
使用乙酸乙酯作为提取溶剂，在30min内重复进行SFME-nanoESI，每次分析进行在1500V下5个周期SFME以及5s nanoESI。在图17的图B中，TCh/ACTh比标绘为时间的函数，表征ChE的酶活性。随后进行酶抑制研究作为这种方法的验证。将两种ChE抑制剂多奈哌齐(donepezil)(阿兹海默病(Alzhimer's disease)的治疗性药物)和乙硫磷(神经元毒物)分别加入血液样品中，模拟不同程度的酶抑制。随后使用SFME-nanoESI方法在5min培育下确定受损的酶活性。与不添加抑制剂的血液样品相比，在图17的图C中报告用25ng/mL和5μg/mL多奈哌齐以及10μg/mL乙硫磷处理的血液样品的所测量的不足。所观察到的百分比降低与前述研究所报告的结果一致。
综上所述，段塞流微提取与nanoESI的组合实现了生物流体中有机化合物的高灵敏度直接分析。传统上需要实验室中复杂设置的用于样品处理的多种类型方法现在可以极其简化的操作程序并入一步分析中。由于生物流体样品在不被制成干点的情况下经直接分析，可以基于分配特性设计有效的液-液提取。也可以保留并且从而表征湿生物流体的化学和生物特性。提取过程可以通过控制样品和提取塞的移动来启动和关闭。这允许在线监测仅5μL生物流体样品中的化学和生物反应。随着对MS技术向临床应用转变的兴趣增加，这一发展具有如下深刻暗示：设计具有足够用于直接分析的功能的一次性样品盒。这可能最终导致消除需要复杂设置和专业知识的传统实验室程序。其用微型质谱仪的实施将为POC诊断产生强大的解决方案。
实例10：通过SFME-nanoESI监测酶活性
为了引发酶反应，添加乙酰硫代胆碱(最终浓度是1.8mg mL-1)到已用磷酸盐缓冲盐水(PBS)10倍稀释的人类血液样品中。对于产生图17的图B的数据的实验，将添加有乙酰硫代胆碱的5μL血液样品连同5μL提取溶剂一起装载到毛细管中。通过定期进行底物(m/z162)和反应产物硫代胆碱(m/z 120)的SFME-nanoESI MS分析(图18的图A-B)确定酶反应进展。对于每次SFME-nanoESI MS分析，推动液塞使提取溶剂到达用于喷雾的毛细管尖端并且随后在MS分析之后拉回。进行MRM来测量TCh(m/z 120→61)和ATCh(m/z 162→102)的强度。使用TCh/ATch比来制成图17的图B中的曲线图。每个时间点进行三次重复。标准差以误差棒标记在图17的图B中。

Claims (30)

1.一种分析样品中的分析物的系统，所述系统包括：
电离探针，其包括：中空主体，其中没有衬底在所述主体内并且没有电极安置在所述主体的表面上；以及至少部分地安置在所述中空主体内的电极；以及
质谱仪。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述探针在无气动辅助的情况下操作。
3.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括雾化雾化气体源。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述雾化气体源经配置以提供气体脉冲。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述雾化气体源经配置以提供连续气流。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述电极被同轴地安置在所述中空主体内。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述电极延伸到所述中空主体的远端部分。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述电极是金属线。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述中空主体由玻璃组成。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述质谱仪是微型质谱仪。
11.一种分析样品中的分析物的方法，所述方法包括：
将溶剂引入包括远侧尖端的中空主体中；
将样品引入所述中空主体中，其中所述溶剂与所述样品不混合；
从所述样品提取至少一种分析物到所述溶剂中；
向所述中空主体中的包括所述所提取分析物的所述溶剂施加电压，使得所述分析物从所述主体的所述远侧尖端排出，从而产生所述分析物的离子；以及
分析所述离子。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法进一步包括引入赋予所述分析物带电官能团的试剂。
13.根据权利要求11所述的方法，其中所述溶剂对于所述所提取分析物的所述提取和电离来说是相容的。
14.根据权利要求11所述的方法，其中分析包括将所述离子引入台式质谱仪或微型质谱仪中。
15.根据权利要求11所述的方法，其中在引入所述样品之前将所述溶剂引入所述中空主体中。
16.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在施加所述电压之前混合所述样品与所述溶剂。
17.根据权利要求11所述的方法，其中多种分析物被提取到所述溶剂中。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述多种分析物被有差异地提取到所述溶剂中。
19.根据权利要求11所述的方法，其中施加所述电压包括：
插入金属线穿过所述样品并且进入所述溶剂中；以及
通过所述金属线向所述溶剂施加所述电压。
20.根据权利要求11所述的方法，其中也将雾化气体施加到所述所提取的样品。
21.一种从样品提取分析物的方法，所述方法包括：
将溶剂引入毛细管中；
将包括分析物的样品引入所述毛细管中，其中所述溶剂与所述样品不混合；以及
使所述样品和所述溶剂在所述毛细管内移动以诱导所述样品和所述溶剂内的循环，从而使所述分析物从所述样品提取出并且进入所述溶剂中。
22.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括分析所述所提取分析物。
23.根据权利要求22所述的方法，其中分析包括：
向所述毛细管中的包括所述所提取分析物的所述溶剂施加电压，使得所述分析物从所述毛细管排出，从而产生所述分析物的离子；以及
分析所述离子。
24.根据权利要求22所述的方法，其中分析包括：
从所述毛细管去除包括所述所提取分析物的所述溶剂；以及
进行分析所述分析物的试验。
25.根据权利要求21所述的方法，其中首先将所述溶剂引入所述毛细管中。
26.根据权利要求21所述的方法，其中首先将所述样品引入所述毛细管中。
27.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括通过以下步骤监测所述提取：
停止所述样品和所述溶剂在所述毛细管内的移动；
去除所述溶剂的一部分；以及
分析已被提取到所述溶剂中的分析物的量。
28.根据权利要求27所述的方法，其进一步包括：基于所述分析步骤的结果使所述样品和所述溶剂在所述毛细管内重新开始移动。
29.根据权利要求21所述的方法，其中所述溶剂与所述样品不混溶。
30.根据权利要求21所述的方法，其中所述溶剂能与所述样品混溶，并且所述方法进一步包括将与所述溶剂和所述样品不混溶的桥接溶剂引入毛细管中，其中所述桥接溶剂以介于所述溶剂与所述样品之间的方式引入。
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