CN106483186A - 一种离子化质谱检测装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离子化质谱检测装置及其应用。该装置包括绝缘介质管、外电极、供电装置及质谱离子源；外电极缠绕在绝缘介质管外；供电装置与外电极相连；绝缘介质管一端为载气入口，另一端为等离子体火焰出口；质谱离子源设有质谱离子源进样口，且靠近等离子体火焰出口。该装置可以原位检测纸上的样品，无需裁纸施加高压，能够很好地与各种纸芯片分析装置相结合，具有免标记，高通量的优势。且该装置结构简单，装置容易搭建，并且可在大气压下实现，不需要高流速的载气，无需加热，容易实现仪器的小型化。本发明不仅可以检测小分子，还可以检测多肽和蛋白质，极大的拓展了介质阻挡放电离子源的应用范围。

Description

一种离子化质谱检测装置及其应用

技术领域

本发明属于分析领域，涉及一种离子化质谱检测装置及其应用。

背景技术

纸芯片分析装置(Microfluidic Paper-based Analytical Devices，μPADs)是近几年发展的一种新型微流控技术。与传统的硅、高聚物、玻璃等材料相比，纸的成本低、制作简单、便携化，并且具有良好的生物兼容性，因此，基于纸的微流控芯片作为一次性分析器件逐渐被应用在生命科学、化学、药物筛选等研究领域。微流控纸芯片分析常用的检测方法是光学检测和电化学检测，其中光学检测是最常用的检测方法。光学检测通常通过显色反应，使待测组分转化为有颜色的物质，具有快速简单直观的优点。与光学检测相比，电化学检测具有更高的灵敏度和更好的选择性，并且可多指标同时检测。然而，光学检测和电化学检测对被检测物有特殊的要求，需要具有电化学活性，或者易于显色，或者易于标记的特点，并且这些检测方法很难做到高通量，这大大限制了纸芯片的应用。

质谱是目前已知的最灵敏且应用范围最广的分析仪器之一，相比于光学检测和电化学检测，被检测物无需进行标记，也不需要具有光电活性，因此分析物的范围更广，并且可以通过二级质谱对分析物进行定性研究，可以排除干扰，准确度高。纸喷雾电离技术是2010年发展起来的一种新型敞开式大气压电离源。固体或者液体样品加在纸基表面，溶剂润湿三角形纸后施加高价使纸上面的溶剂带电并带出样品将样品离子化。纸喷雾可以实现纸基上样品的实时原位检测，但是需要将纸裁成特定形状，然而对于一些通道复杂的微小纸芯片很难裁成三角形并在上面施加电压，这种局限性影响了纸喷雾在纸芯片上的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种离子化质谱检测装置及其应用。

本发明提供的质谱检测装置，包括绝缘介质管、外电极、供电装置及质谱离子源；

所述外电极缠绕在所述绝缘介质管外；

所述供电装置与所述外电极相连；

所述绝缘介质管一端为载气入口，另一端为等离子体火焰出口；

所述质谱离子源设有质谱离子源进样口；

所述质谱离子源进样口靠近所述等离子体火焰出口。

上述装置中，所述外电极的个数至少为1个或2个。

所述外电极的个数为1个时，产生的等离子体火焰较使用两个外电极会更长。在使用单电极时注意放好另一个电极，避免人能接触到，造成危险。

所述外电极的个数为2个时，两个外电极之间的距离为5-20mm，具体可为10mm。

所述绝缘介质管为直行空心管；

所述绝缘介质管的长度可调，具体可不小于20mm，具体可为20-200mm；

构成所述绝缘介质管的材质为玻璃、石英或陶瓷；

所述绝缘介质管的内径小于8mm。

另外，上述本发明提供的质谱检测装置在质谱检测中的应用，也属于本发明的保护范围。

本发明还提供了一种质谱检测的方法，该方法包括如下步骤：

在前述本发明提供的质谱检测装置的所述绝缘介质管中通入载气，同时，对所述供电装置进行通电，待所述等离子体火焰出口喷出的等离子体火焰稳定后，将负载待测样品的纸放置在所述等离子体火焰出口和质谱离子源进样口之间，并使待测样品负载在纸上的位置对准并紧挨所述质谱离子源进样口，即可对所述待测样品进行质谱检测。

上述方法中，所述纸具体可为各种类型的纸，如滤纸；

所述滤纸的孔径为1-150微米，具体可为30微米；厚度为50-300微米，具体可为180微米。滤纸的孔径太小或厚度太厚时，不利于样品的检测。

所述供电装置的电压为220-100000V，具体可为1000V；频率为0.5-500kHz，具体可为10kHz；功率为1-100W，具体可为40W。

所述载气选自氦气、空气、氮气和氩气中的至少一种；

所述载气的流速为1-1000L/min，具体可为30L/min。

所述待测样品为液态或固态。所述待测样品为液态时，可将待测样品直接滴加在纸上，或者将其用合适的溶剂溶解后再滴加在纸上。

另外，在实际检测中，将待测样品尤其是液态的待测样品负载在纸上后，要将纸快速放在等离子体火焰出口和质谱离子源进样口之间，以保证在检测时待测样品呈湿润状态。

本发明提供的质谱检测装置，可以原位检测纸上的样品，无需将纸裁成特定的形状，并且无需施加高压，能够很好地与各种纸芯片分析装置相结合，具有免标记，高通量的优势，将极大地推动纸芯片的应用。除此之外，本发明结构简单，装置容易搭建，并且可在大气压下实现，不需要高流速的载气，无需加热，容易实现仪器的小型化。与传统的介质阻挡放电离子源相比，本发明不仅可以检测小分子，还可以检测多肽和蛋白质，极大的拓展了介质阻挡放电离子源的应用范围。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图。

图2为正离子模式下维拉帕米本发明的质谱图。

图3为正离子模式下海瑞沙林本发明与纳喷雾对比的质谱图；a)正离子模式下用纳喷雾检测海沙瑞林的质谱图b)正离子模式下海瑞沙林本发明的质谱图。

图4为正离子模式下胰岛素本发明与纳喷雾对比的质谱图；a)正离子模式下用纳喷雾检测胰岛素的质谱图b)正离子模式下胰岛素本发明的质谱图。

图5为负离子模式下吲哚乙酸本发明的质谱图。

图6为本发明直接检测纸色谱分离后的氨基酸；a)纸色谱通道尺寸图b)纸色谱分离的氨基酸与茚三酮反应后的显色图c)用本发明装置对纸色谱上的位置1、2和3进行检测，d)为其检测到的质谱图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径获得。

实施例1、透射介质阻挡放电质谱离子化装置

如图1所示，本发明所提供的介质阻挡放电离子源，包括绝缘介质管1，两个外电极2和3。两个外接电极缠绕在绝缘介质管外，中间距离5-20mm，两个电极与供电装置相连接4。所述绝缘介质管一端为工作气入口5，另一端为等离子体火焰出口6。测试样品时，将样品滴在滤纸7上，将7放置在等离子体火焰6和质谱离子源中间，测试样品点8放置在质谱离子源进样口9前面。在进行样品检测时，滴有样品点8的滤纸要对准并紧挨着质谱离子源进样口9，尽量保证8和9之间没有空隙。

利用图1的装置，对样品溶液1、2、3、4进行了检测，样品溶液1、2、3、4分别为小分子药物，多肽，蛋白和植物激素。其中样品1、2、3在质谱的正离子模式下扫描，样品4在质谱的负离子模式下扫描。具体操作如下：

首先选用的绝缘介质管是内径为0.6mm，外径为1mm的石英毛细管。两个外电极2和3之间间距为10mm，通过功率为40W的供电装置4在两个外电极2和3之间提供1000V，频率10kHz的放电电压，使绝缘介质管气体出口6处产生稳定的等离子体火焰。选用的放电气体为氦气，流速为30L/min。

取20μL样品滴在孔径为30微米、厚度为180微米的滤纸7上，测试样品点8放置在质谱离子源进样口9前面。滴有样品点8的滤纸要快速进行检测，放置在质谱离子源进样口9前，尽量保证8和9之间没有空隙。

四种样品溶液具体信息如下：

样品溶液1：维拉帕米(分子量454)溶于甲醇/水(1:1)溶液，10nM的维拉帕米溶液用本发明的离子源装置进行离子化，如图2所示。说明本发明可以使低浓度的维拉帕米离子化，具有较高的灵敏度。

样品溶液2：海沙瑞林(分子量887)溶于甲醇/水(1:1)溶液，分别采用传统直流电喷雾装置和本发明的离子源装置对2.25μM海沙瑞林进行离子化，如图3a所示。图3(a)为传统纳喷雾的质谱图，主要是海瑞沙林带双电荷的质谱峰；如图3(b)为应用本发明的质谱图，图中包括海沙瑞林单电荷和双电荷的质谱峰以及单电荷加钠的质谱峰。说明本发明更倾向于产生相对较少电荷离子。

样品溶液3：人胰岛素(分子量5807)溶于甲醇/水(1:1)溶液，分别采用传统直流电喷雾装置和本发明的离子源装置对0.86μM胰岛素进行离子化，如图4a所示。图4(a)为传统纳喷雾的质谱图，主要是胰岛素带4个电荷和5个电荷的质谱峰；如图4(b)为应用本发明的质谱图，图中包括胰岛素带3个电荷和4个电荷的质谱峰。验证了图3阐述的观点，本发明更倾向于产生带相对较少电荷的离子。

样品溶液4：吲哚乙酸(分子量175)溶于甲醇/水(1:1)溶液，用本发明的离子源装置在负离子模式下对5.7μM的吲哚乙酸进行离子化，如图5所示，图中产生了吲哚乙酸的分子离子峰。说明本发明不仅可以检测带正离子样品，还可以带负离子的样品，具有普适性。

实施例2、本发明直接检测纸色谱分离后的氨基酸

先用绘图软件画好纸色谱通道，如图6a，并用施乐8580喷蜡打印机进行打印。在120摄氏度的烘箱里烘烤45秒，使蜡渗透到纸的另一面。

配置含有50mM甘氨酸、50mM脯氨酸和50mM亮氨酸的氨基酸混合液。

将混合液用毛细管滴在纸色谱通道内，位置及大小如图6a中的红点。

纸色谱的展开剂为丁醇：甲酸：水＝15:2.4:2.6，展开时间为15分钟。

结束后，将纸放在65℃的烘箱内烘干，之后均匀喷洒上0.5％的茚三酮溶液，用电吹风进行加热吹干，呈现的颜色如图6b所示。说明纸色谱已经很好的将三种氨基酸进行了分离，其中黄色斑点为脯氨酸，因为脯氨酸与茚三酮反应显黄色，甘氨酸和亮氨酸与茚三酮反应呈紫色。至于另外两个紫色斑点，通过显色反应无法进行区分。

平行做一个纸色谱，结束后用本发明装置对图6c上的位置1、2和3进行检测，具体操作过程如下：

首先选用的绝缘介质管是内径为0.6mm，外径为1mm的石英毛细管。两个外电极2和3之间间距为10mm，通过功率为40W的供电装置4在两个外电极2和3之间提供1000V，频率10kHz的放电电压，使绝缘介质管气体出口6处产生稳定的等离子体火焰。选用的放电气体为氦气，流速为30L/min。

用5μL 1％甲酸溶液(甲醇：水1:1)滴在要测的位置1上，测试样品点放置在质谱离子源进样口前面。滴有溶剂的滤纸(孔径为30微米、厚度为180微米)要快速放置在等离子体火焰出口和质谱离子源进样口之间，并使待测样品负载在滤纸上的位置1对准并紧挨所述质谱离子源进样口即可进行检测，收集质谱信号。

对于位置2和3也用如上的方法进行检测，用本发明装置的质谱检测结果如图6d所示。通过检测结果的质荷比可以判断位置1处为亮氨酸，位置2位为脯氨酸，位置3处为甘氨酸。说明本发明装置可以很好地对纸微流控中的样品进行原位解吸附离子化。

Claims (10)

1.一种质谱检测装置，包括绝缘介质管、外电极、供电装置及质谱离子源；

所述外电极缠绕在所述绝缘介质管外；

所述供电装置与所述外电极相连；

所述绝缘介质管一端为载气入口，另一端为等离子体火焰出口；

所述质谱离子源设有质谱离子源进样口；

所述质谱离子源进样口靠近所述等离子体火焰出口。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述外电极的个数至少为1个或2个。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于：所述外电极的个数为2个时，两个外电极之间的距离为5-20mm或10mm。

4.根据权利要求1-3中任一所述的装置，其特征在于：所述绝缘介质管为直行空心管；

所述绝缘介质管的长度不小于20mm或20-200mm；

构成所述绝缘介质管的材质为玻璃、石英或陶瓷；

所述绝缘介质管的内径小于8mm。

5.权利要求1-4中任一所述质谱检测装置在质谱检测中的应用。

6.一种质谱检测的方法，包括如下步骤：在权利要求1-4任一所述质谱检测装置的所述绝缘介质管中通入载气，同时，对所述供电装置进行通电，待所述等离子体火焰出口喷出的等离子体火焰稳定后，将负载待测样品的纸放置在所述等离子体火焰出口和质谱离子源进样口之间，并使待测样品负载在纸上的位置对准并紧挨所述质谱离子源进样口，即可对所述待测样品进行质谱检测。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述纸为滤纸；

所述滤纸的孔径具体为1-150微米或30微米；厚度具体为50-300微米或180微米。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于：所述供电装置的电压为220-100000V或1000V；频率为0.5-500kHz或10kHz；功率为1-100W或40W。

9.根据权利要求6-8中任一所述的方法，其特征在于：所述载气选自氦气、空气、氮气和氩气中的至少一种；

所述载气的流速为1-1000L/min或30L/min。

10.根据权利要求6-9中任一所述的方法，其特征在于：所述待测样品为液态或固态。