CN107664660B - 一种质谱分析用样品靶及其制备方法、质谱分析方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种质谱分析用样品靶及其制备方法、质谱分析方法。质谱分析方法，包括以下步骤：S1，将聚酰亚胺粘贴固定在一基体上；S2，使用功率为2.4～5.6W，扫描速率为80mm/s～200mm/s的激光照射所述聚酰亚胺，以在照射点形成微观形貌为多层多孔的氧化石墨烯；S3，将待测样品直接点样在所述氧化石墨烯上；S4，将承载有待测样品的基体放入质谱分析仪中，使用激光照射所述氧化石墨烯与所述待测样品形成的共结晶，进行质谱分析。本发明质谱分析方法，在低质量区的干扰小，提高了基质辅助激光解吸质谱的灵敏度并降低分析时间和分析成本。

Description

一种质谱分析用样品靶及其制备方法、质谱分析方法
【技术领域】
本发明涉及检测分析技术领域，特别是涉及一种质谱分析用样品靶及其制备方法、质谱分析方法。
【背景技术】
在质谱分析检测中，对于有机分子，通常使用基质辅助激光解吸电离(MALDI)来电离样品进行质谱分析。
质谱分析过程中，一般需先对样品进行大量的前处理过程，包括浓缩、脱盐等，然后将样品溶液与基质溶液混合后点样在样品靶的靶点上。现有的质谱分析方法，涉及大量前处理过程，使得整体分析方法的效率较低。而且现有分析过程中，会在低质量区(m/z<500)产生大量碎片离子，严重干扰小分子物质的测定。因此，限制了MALDI质谱这种高通量、高灵敏的质谱分析方法在生物活性小分子检测、代谢组学分析、小分子质谱成像等许多重要领域的应用。
以上背景技术内容的公开仅用于辅助理解本发明的发明构思及技术方案，其并不必然属于本专利申请的现有技术，在没有明确的证据表明上述内容在本专利申请的申请日已经公开的情况下，上述背景技术不应当用于评价本申请的新颖性和创造性。
【发明内容】
本发明所要解决的技术问题是：弥补上述现有技术的不足，提出一种质谱分析用样品靶及其制备方法、质谱分析方法，在低质量区的干扰小，提高了基质辅助激光解吸质谱的灵敏度并降低分析时间和分析成本。
本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：
一种质谱分析方法，包括以下步骤：S1，将聚酰亚胺粘贴固定在一基体上；S2，使用功率为2.4～5.6W，扫描速率为80mm/s～200mm/s的激光照射所述聚酰亚胺，以在照射点形成微观形貌为多层多孔的氧化石墨烯；S3，将待测样品直接点样在所述氧化石墨烯上；S4，将承载有待测样品的基体放入质谱分析仪中，使用激光照射所述氧化石墨烯与所述待测样品形成的共结晶，进行质谱分析。
一种质谱分析用样品靶的制备方法，包括以下步骤：S1，将聚酰亚胺粘贴固定在一基体上；S2，使用功率为2.4～5.6W，扫描速率为80mm/s～200mm/s的激光照射所述聚酰亚胺，以在照射点形成微观形貌为多层多孔的氧化石墨烯，所述氧化石墨烯用作基质以在质谱分析过程中与其上承载的待测样品形成共结晶。
一种质谱分析用样品靶，包括基体、胶粘剂层和聚酰亚胺层，所述聚酰亚胺层通过所述胶粘剂层粘贴固定在所述基体上，所述聚酰亚胺层中形成有通过功率为2.4～5.6W，扫描速率为80mm/s～200mm/s的激光照射形成的微观形貌为多层多孔的氧化石墨烯，所述氧化石墨烯用作基质以在质谱分析过程中与所述待测样品形成共结晶。
本发明与现有技术对比的有益效果是：
本发明的质谱分析用样品靶及其制备方法，在基体上粘贴聚酰亚胺，通过激光诱导以将聚酰亚胺转化为多层多孔的氧化石墨烯，进而在基体物质上直接获得微观形貌为多层多孔的氧化石墨烯，其可作为基质在质谱分析过程中产生电离，从而该基体可直接承载样品后转移到质谱分析仪中进行质谱分析。由于本发明中采用多层多孔的氧化石墨烯作为质谱分析过程中的基质，第一，石墨烯在电离过程中，不会产生杂质峰干扰，从而可提高质谱分析检测的准确度，尤其适合于低质量区的待测样品，例如生物小分子的检测。第二，可直接将待测样品在氧化石墨烯上点样，不再需要配置基质溶液，从而可省去以往配置基质溶液的繁琐工序，降低分析时间和分析成本，提高质谱分析效率。第三，得到的多层多孔氧化石墨烯，其多层多孔结构以及石墨烯中的化学键便于与待测样品中的分子进行结合吸附，且具有良好的能量转移能力，提高了基质辅助激光解吸质谱的灵敏度。应用本发明可缩短激光解吸电离飞行时间质谱分析过程，降低质谱分析成本，提高了质谱分析效率以及质谱分析准确度。
【附图说明】
图1是本发明具体实施方式的质谱分析方法中的步骤S1的示意图；
图2是本发明具体实施方式的质谱分析方法中的步骤S2的示意图；
图3a是本发明具体实施方式中生成的多层多孔的氧化石墨烯的表面扫描电镜图；
图3b是本发明具体实施方式中生成的多层多孔的氧化石墨烯的截面扫描电镜图；
图4是本发明具体实施方式的质谱分析方法中的步骤S3的示意图；
图5是本发明具体实施方式中进行质谱分析得到的谱图；
图6是本发明具体实施方式中进行对照分析时采用进行。
【具体实施方式】
下面结合具体实施方式并对照附图对本发明做进一步详细说明。
针对传统质谱分析方法中会在低质量区产生碎片问题，其主要是由于基质在电离过程中产生的碎片干扰，鉴于此，本发明提供的解决方案是利用激光诱导生成的多层多孔的氧化石墨烯作为质谱分析的基质以替代传统的基质(多为有机酸)。本发明中，直接在基体物质上粘贴聚酰亚胺，通过激光诱导以将聚酰亚胺转化为多层多孔的氧化石墨烯，进而在基体物质上的照射点处直接获得氧化石墨烯，从而在石墨烯上承载样品后可直接转移到质谱分析仪中进行质谱分析。此外，由于使用多层多孔的氧化石墨烯作为承载的基质，从而可发挥多层多孔的氧化石墨烯的优势，获得干扰小，分析精确度高、效率高的优势。
如图1～3所示，为本具体实施方式中的质谱分析过程的示意图。
S1，将聚酰亚胺粘贴固定在一基体上。
本具体实施方式中，如图1所示，利用胶粘剂2将聚酰亚胺1固定在基体3上，在其它实施方式中，也可直接使用成品的聚酰亚胺胶带直接贴在基体上。基体3的材质可为硅或者石英，其性质比较稳定，从而可便于在质谱分析过程中使用。
S2，使用功率为2.4～5.6W，扫描速率为80mm/s～200mm/s的激光照射所述聚酰亚胺，以在照射点形成微观形貌为多层多孔的氧化石墨烯。
本具体实施方式中，如图2所示，使用上述功率和扫描速率的激光4照射聚酰亚胺1，从而在聚酰亚胺层中形成激光诱导生成的石墨烯5。出射激光时可使用一般的激光雕刻机即可完成，不需要特别的工艺保证精度。当然，也可通过CO2红外激光器直接出射一定波长，例如10.6μm的激光。激光照射产生氧化石墨烯的环境为常温、标准大气压环境，空气湿度为40～70％RH。
激光照射后生成的石墨烯的微观形貌示意图如图3a和3b所示。图3a是氧化石墨烯的表面扫描电镜图，可看出石墨烯的微观形貌中分布有大量的孔结构。图3b是氧化石墨烯的截面扫描电镜图，可看出石墨烯为多层结构。石墨烯的该多层多孔的微观结构可便于在后续质谱分析时吸附样品物质。此外，分析生成的石墨烯中的原子成分，除碳原子之外，还包括氧原子和氮原子，表明得到的石墨烯为氧化石墨烯。而氧化石墨烯作为基质时，极性较好，相对于非氧化的石墨烯，可与待测样品(一般是有机分子或者生物分子，均未极性的)结合得更好，从而便于后续质谱分析。
步骤S1～S2中，可将聚酰亚胺贴在基体上在常规条件下放入激光雕刻机内，直接使用激光雕刻机在聚酰亚胺胶带上雕刻出多层多孔的氧化石墨烯，并以此为基质用于后续基质辅助激光解吸电离的质谱分析过程中。通过调节激光雕刻机激光刻头参数(功率、扫描速率等)，可得到不同性能的氧化石墨烯基质。具体地，激光扫描的功率与扫描速率共同作用影响聚酰亚胺转换成的石墨烯的形貌以及碳原子、氧原子和氮原子的含量，而这些微观因素会直接影响后续的质谱分析过程。例如，在100mm/s的速率下，在2.4w的激光能量照射下，碳原子的含量从初始的聚酰亚胺中的71％上升到97％，另外3％为氧原子和氮原子，表明激光照射下转化成石墨烯，且为氧化的石墨烯。但随着激光能量从2.4W增加，碳原子的含量始终保持在97％，而氧原子和氮原子的比例会产生不同，使得氧化石墨烯的化学键和官能团也产生不同，进而性能发生变化。至激光能量为5.6W时，性能变化至石墨烯用于质谱分析过程中时无法有效获取到质谱分析信号。此外，过高的激光照射能量也会增加石墨烯的孔隙率，在质谱分析时则需要更高的激光能量传递给样品使样品分散开，进而在质谱分析仪出射的激光能量一般为定值时，会导致质谱分析获得的信号的信噪比下降。综上，本具体实施方式中控制激光照射能量在2.4～5.6W，扫描速率为80mm/s～200mm/s，从而生成的石墨烯为多层多孔，且含有的氧原子和氮原子的含量合适，进而使得石墨烯性能适于质谱分析过程中。
该步骤中，优选地，激光照射形成的氧化石墨烯的大小为直径在0.8～1.2mm的圆形。如石墨烯的尺寸过小，不便于后续质谱分析点样时承载样品。尺寸过大，虽然可便于点样，但对于质谱分析激光照射时，难以高效寻找到样品目标。因此，激光照射形成的氧化石墨烯的大小优选直径在0.8～1.2mm，例如1mm的圆形，可确保后续质谱分析的效率较高。
经过上述过程得到的基体、胶粘剂层和聚酰亚胺层可构成样品靶，聚酰亚胺层中多层多孔的氧化石墨烯可作为基质以在在基质辅助激光解吸飞行时间质谱分析过程中与待测样品形成共结晶以接收激光照射后电离。具体地，包括以下步骤：
S3，将待测样品直接点样在所述氧化石墨烯上。
S4，将承载有待测样品的基体放入质谱分析仪中，使用激光照射所述氧化石墨烯后传递能量给所述待测样品，进行质谱分析。
本具体实施方式中，前述得到的氧化石墨烯基质可直接在其上点样后进行质谱分析，不需要再进行基质样品配液混合，且可以免除有机酸作为基质时需对样品进行的前处理流程(浓缩、脱盐)。如图4所示，直接将样品6点样在步骤S2中生成的氧化石墨烯5上，然后将承载有样品6的基体3转移到质谱分析仪中，质谱分析仪中的激光照射氧化石墨烯5与样品6形成的共结晶后，激光能量由氧化石墨烯基质传递给待测样品，进而使得待测样品电离，进行质谱分析。
如图5所示，为针对待测样品为胆固醇(m/z＝386)时使用本具体实施方式进行质谱分析时获得的谱图。为对比分析，图6示意了使用α-氰基-4-羟基肉桂酸(CHCA)作为基质，配制成基质混合溶液以进行同一待测样品的质谱检测时获得的谱图。对比图5和图6可得到，本具体实施方式中，质谱分析得到的谱图上可以直接观测到待测样品(胆固醇)的[M+Na]+峰(386+23)，且谱图背景非常干净，基质离子干扰完全被消除，较少甚至没有观察到被分析物碎片离子峰。而使用CHCA基质时，虽然可以在谱图上观测到待测样品的[M+H]+峰(386+1)，但背景干扰非常明显，这将极大地影响检测结果，也会直接影响实验检测灵敏度。。
除上述无基质干扰峰之外，由于多孔氧化石墨烯独特的几何结构以及超大的表面积体积比，也可为待测样品(例如有机分子或者生物分子)提供了极高的负载能力。由于其合成过程中不使用金属催化剂，因此没有生物毒性问题。由于生成的氧化石墨烯中含有可与蛋白质共价键氢键结合的官能团(如环氧化物，羧基和羟基)，因此可以极大的降低蛋白质样品的检测限。除此之外，在蛋白质和遗传组学研究中，通常需要从生物组织中直接提取目标分子，这需要各种色谱和纯化方法。而使用本具体实施方式的多层多孔氧化石墨烯作为基质，可直接提取、解吸以及离子化生物组织中的目标分子，可实现质谱分析在生物分子识别中的应用，且极大地缩短了质谱分析的时间和成本。
本具体实施方式与现有技术相比的优点在于：
(1)本具体实施方式可以降低样品检测限，提高灵敏度；
(2)本具体实施方式避免低质量区的基质峰干扰，从而扩大基质辅助激光解吸电离方法的应用范围；
(3)本具体实施方式可以直接用于生物组织分析，简化了质谱分析操作，降低了质谱分析时间和成本。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下做出若干替代或明显变型，而且性能或用途相同，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种质谱分析方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，将聚酰亚胺粘贴固定在一基体上；S2，使用功率为2.4~5.6W，扫描速率为80mm/s~200mm/s的激光照射所述聚酰亚胺，以在照射点形成微观形貌为多层多孔的氧化石墨烯，各个形成的氧化石墨烯之间是间隔开的，形成的氧化石墨烯的大小为直径在0.8~1.2mm的圆形，以便于高效寻找到样品目标；S3，将待测样品直接点样在所述氧化石墨烯上；S4，将承载有待测样品的基体放入质谱分析仪中，使用激光照射所述氧化石墨烯与所述待测样品形成的共结晶，进行质谱分析。
2.根据权利要求1所述的质谱分析方法，其特征在于：步骤S2中，所述激光为CO2红外激光器出射的波长为10.6μm的激光。
3.根据权利要求1所述的质谱分析方法，其特征在于：步骤S2中，通过激光雕刻机出射激光以在所述聚酰亚胺中形成所述氧化石墨烯。
4.根据权利要求1所述的质谱分析方法，其特征在于：步骤S1中，所述基体的材质为硅或者石英。
5.根据权利要求1所述的质谱分析方法，其特征在于：步骤S3中，所述待测样品为分子量为100~500的生物分子。
6.一种质谱分析用样品靶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：S1，将聚酰亚胺粘贴固定在一基体上；S2，使用功率为2.4~5.6W，扫描速率为80mm/s~200mm/s的激光照射所述聚酰亚胺，以在照射点形成微观形貌为多层多孔的氧化石墨烯，各个形成的氧化石墨烯之间是间隔开的，形成的氧化石墨烯的大小为直径在0.8~1.2mm的圆形，以便于高效寻找到样品目标，所述氧化石墨烯用作基质以在质谱分析过程中与其上承载的待测样品形成共结晶。
7.一种质谱分析用样品靶，其特征在于：包括基体、胶粘剂层和聚酰亚胺层，所述聚酰亚胺层通过所述胶粘剂层粘贴固定在所述基体上，所述聚酰亚胺层中形成有通过功率为2.4~5.6W，扫描速率为80mm/s~200mm/s的激光照射形成的微观形貌为多层多孔的氧化石墨烯，各个形成的氧化石墨烯之间是间隔开的，所述氧化石墨烯的大小为直径在0.8~1.2mm的圆形，以便于高效寻找到样品目标，所述氧化石墨烯用作基质以在质谱分析过程中与待测样品形成共结晶。
8.根据权利要求7所述的质谱分析用样品靶，其特征在于：所述基体的材质为硅或者石英。
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