CN107796903B - 一种具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口装置及其使用方法 - Google Patents
一种具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口装置及其使用方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107796903B CN107796903B CN201710864851.4A CN201710864851A CN107796903B CN 107796903 B CN107796903 B CN 107796903B CN 201710864851 A CN201710864851 A CN 201710864851A CN 107796903 B CN107796903 B CN 107796903B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- capillary
- sheath stream
- analysis
- solution
- outlet end
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 46
- 238000004895 liquid chromatography mass spectrometry Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 title claims abstract description 34
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 115
- 239000007921 spray Substances 0.000 claims abstract description 16
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims abstract description 3
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims description 18
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 13
- 238000007789 sealing Methods 0.000 claims description 7
- 239000012488 sample solution Substances 0.000 claims description 6
- 238000001819 mass spectrum Methods 0.000 claims description 4
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 3
- 229910000040 hydrogen fluoride Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 2
- 230000008878 coupling Effects 0.000 claims description 2
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 claims description 2
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 claims description 2
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 2
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 abstract description 16
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 57
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 17
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 10
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 10
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000008569 process Effects 0.000 description 6
- DNXIKVLOVZVMQF-UHFFFAOYSA-N (3beta,16beta,17alpha,18beta,20alpha)-17-hydroxy-11-methoxy-18-[(3,4,5-trimethoxybenzoyl)oxy]-yohimban-16-carboxylic acid, methyl ester Natural products C1C2CN3CCC(C4=CC=C(OC)C=C4N4)=C4C3CC2C(C(=O)OC)C(O)C1OC(=O)C1=CC(OC)=C(OC)C(OC)=C1 DNXIKVLOVZVMQF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- LCQMZZCPPSWADO-UHFFFAOYSA-N Reserpilin Natural products COC(=O)C1COCC2CN3CCc4c([nH]c5cc(OC)c(OC)cc45)C3CC12 LCQMZZCPPSWADO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QEVHRUUCFGRFIF-SFWBKIHZSA-N Reserpine Natural products O=C(OC)[C@@H]1[C@H](OC)[C@H](OC(=O)c2cc(OC)c(OC)c(OC)c2)C[C@H]2[C@@H]1C[C@H]1N(C2)CCc2c3c([nH]c12)cc(OC)cc3 QEVHRUUCFGRFIF-SFWBKIHZSA-N 0.000 description 5
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 5
- 108090000765 processed proteins & peptides Proteins 0.000 description 5
- QEVHRUUCFGRFIF-MDEJGZGSSA-N reserpine Chemical compound O([C@H]1[C@@H]([C@H]([C@H]2C[C@@H]3C4=C(C5=CC=C(OC)C=C5N4)CCN3C[C@H]2C1)C(=O)OC)OC)C(=O)C1=CC(OC)=C(OC)C(OC)=C1 QEVHRUUCFGRFIF-MDEJGZGSSA-N 0.000 description 5
- 229960003147 reserpine Drugs 0.000 description 5
- MDMGHDFNKNZPAU-UHFFFAOYSA-N roserpine Natural products C1C2CN3CCC(C4=CC=C(OC)C=C4N4)=C4C3CC2C(OC(C)=O)C(OC)C1OC(=O)C1=CC(OC)=C(OC)C(OC)=C1 MDMGHDFNKNZPAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 4
- 238000003486 chemical etching Methods 0.000 description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 4
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N methanoic acid Natural products OC=O BDAGIHXWWSANSR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229920001184 polypeptide Polymers 0.000 description 4
- 102000004196 processed proteins & peptides Human genes 0.000 description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 4
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 4
- 108010022337 Leucine Enkephalin Proteins 0.000 description 3
- 241000209094 Oryza Species 0.000 description 3
- 235000007164 Oryza sativa Nutrition 0.000 description 3
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 description 3
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 3
- URLZCHNOLZSCCA-UHFFFAOYSA-N leu-enkephalin Chemical compound C=1C=C(O)C=CC=1CC(N)C(=O)NCC(=O)NCC(=O)NC(C(=O)NC(CC(C)C)C(O)=O)CC1=CC=CC=C1 URLZCHNOLZSCCA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000007769 metal material Substances 0.000 description 3
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 3
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 3
- 239000002861 polymer material Substances 0.000 description 3
- 238000003672 processing method Methods 0.000 description 3
- 235000009566 rice Nutrition 0.000 description 3
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 3
- WIGDGIGALMYEBW-LLINQDLYSA-N 2-[[(2s)-2-[[(2s)-2-[[(2s)-2-[[(2s)-2-[[(2s)-2-[[(2s)-2-amino-4-methylpentanoyl]amino]-5-(diaminomethylideneamino)pentanoyl]amino]-5-(diaminomethylideneamino)pentanoyl]amino]propanoyl]amino]-3-hydroxypropanoyl]amino]-4-methylpentanoyl]amino]acetic acid Chemical compound CC(C)C[C@H](N)C(=O)N[C@@H](CCCN=C(N)N)C(=O)N[C@@H](CCCN=C(N)N)C(=O)N[C@@H](C)C(=O)N[C@@H](CO)C(=O)N[C@@H](CC(C)C)C(=O)NCC(O)=O WIGDGIGALMYEBW-LLINQDLYSA-N 0.000 description 2
- OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 4-(3-methoxyphenyl)aniline Chemical compound COC1=CC=CC(C=2C=CC(N)=CC=2)=C1 OSWFIVFLDKOXQC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000004696 Poly ether ether ketone Substances 0.000 description 2
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000000132 electrospray ionisation Methods 0.000 description 2
- 235000019253 formic acid Nutrition 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 2
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 2
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 2
- 108010082683 kemptide Proteins 0.000 description 2
- 230000004060 metabolic process Effects 0.000 description 2
- 238000005240 physical vapour deposition Methods 0.000 description 2
- 229920002530 polyetherether ketone Polymers 0.000 description 2
- 229920001343 polytetrafluoroethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000004810 polytetrafluoroethylene Substances 0.000 description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 210000005239 tubule Anatomy 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004809 Teflon Substances 0.000 description 1
- 229920006362 Teflon® Polymers 0.000 description 1
- 150000001335 aliphatic alkanes Chemical class 0.000 description 1
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 1
- 238000005251 capillar electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 238000000738 capillary electrophoresis-mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 1
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 125000000118 dimethyl group Chemical group [H]C([H])([H])* 0.000 description 1
- LTYMSROWYAPPGB-UHFFFAOYSA-N diphenyl sulfide Chemical compound C=1C=CC=CC=1SC1=CC=CC=C1 LTYMSROWYAPPGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000001962 electrophoresis Methods 0.000 description 1
- 238000000119 electrospray ionisation mass spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 238000001764 infiltration Methods 0.000 description 1
- 230000008595 infiltration Effects 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000005040 ion trap Methods 0.000 description 1
- 238000002955 isolation Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000004949 mass spectrometry Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 150000004702 methyl esters Chemical class 0.000 description 1
- 108020004707 nucleic acids Proteins 0.000 description 1
- 102000039446 nucleic acids Human genes 0.000 description 1
- 150000007523 nucleic acids Chemical class 0.000 description 1
- 238000011017 operating method Methods 0.000 description 1
- 230000037361 pathway Effects 0.000 description 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 1
- 238000005498 polishing Methods 0.000 description 1
- 239000004417 polycarbonate Substances 0.000 description 1
- 229920000515 polycarbonate Polymers 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 229920002223 polystyrene Polymers 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 108090000623 proteins and genes Proteins 0.000 description 1
- 102000004169 proteins and genes Human genes 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000012898 sample dilution Substances 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229920005573 silicon-containing polymer Polymers 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 150000003384 small molecules Chemical class 0.000 description 1
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 230000009182 swimming Effects 0.000 description 1
- 125000000391 vinyl group Chemical group [H]C([*])=C([H])[H] 0.000 description 1
- 229920002554 vinyl polymer Polymers 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
- G01N30/72—Mass spectrometers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
本发明公开了一种具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口装置及其使用方法，该接口装置包括分析毛细管、鞘流毛细管、连接鞘流溶液的储液容器与鞘流毛细管的鞘流连接管、用于将分析毛细管和鞘流毛细管组装成套管结构的连接组件和用于给电喷雾供电的电极。该接口装置采用了加工薄壁分析毛细管、小出口内径鞘流毛细管、薄层鞘液表面流等设计，可以大幅减小接口死体积，保证样品的分离效率，同时提高了接口装置的使用寿命。
Description
技术领域：
本发明涉及的领域为分析化学中的质谱分析领域，特别是涉及一种具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口及其使用方法。
背景技术：
质谱分析技术在当前分析化学领域的发展中起着越来越重要的作用。与毛细管电泳或液相色谱等高分辨分离系统联用的电喷雾离子化质谱系统在对含蛋白质、多肽、核酸、小分子物质的复杂样品分析中有着独特的优势。上述分离分析系统与电喷雾质谱系统的接口结构和特性会显著影响联用系统的分析性能。首先，减小接口的死体积能降低样品在分离后的稀释效应，减少分离效率的损失。其次，接口喷口的大小与样品离子化效率紧密相关，越小的喷口能得到更高的雾化和离子化效率，从而有利于提高系统的检测灵敏度。最后，接口的使用寿命也受接口结构的直接影响，接口的结构决定着它的操作方式，合理的结构可以防止接口中的杂质堵塞及避免操作不当引起接口损坏。
目前，电喷雾离子化质谱接口的加工技术主要包括基于微流控芯片加工技术和毛细管的加工技术，分别在芯片上加工微通道或利用熔融石英毛细管内通道作为分离分析通道，并结合鞘流辅助、金属镀层、纳米孔电荷通道等加电方法对样品进行分离分析和电喷雾离子化，从而完成分析过程，上述技术广泛应用于蛋白质组学和代谢组学等研究领域。
基于毛细管的电喷雾离子化质谱接口，相比于基于微流控芯片的接口系统，加工方法成本更低，加工难度更小，操作更简单方便。目前，基于毛细管的电喷雾离子化质谱接口多采用同轴鞘流结构，利用两根毛细管分别完成分离分析和鞘流辅助电喷雾离子化。一般通过匹配毛细管内外径尺寸，将分析毛细管插入另一根特殊的鞘流管当中，形成电喷雾离子化质谱接口。两根毛细管的耦合主要采用两种方法：一种是采用特制的不锈钢套管作为鞘流管，套管尖端制成锥形斜口，将石英毛细管作为分析毛细管套于不锈钢套管内，分析毛细管外端接触于不锈钢套管内壁。另一种是采用玻璃管，拉制成具有尖端喷口的锥形管，套于分析毛细管外，分析毛细管外端也与玻璃管内壁相接触。这类基于毛细管的电喷雾离子化质谱接口具有制作简单、方便，成本低等优点，但是也存在着一些明显的局限性。例如，这类接口中分析毛细管的出口与鞘流套管出口之间有一定的空间，该空间形成的死体积会导致样品在分离后又在此扩散，引起分离效率的降低。其次，鞘流套管内溶液聚焦在鞘流套管尖端内，也会容易造成管口的堵塞，使得电喷雾停止，实验中断。此外，分析毛细管外径大于鞘流套管的内径，在接口安装和使用过程中容易导致分析毛细管与鞘流套管之间的碰撞，从而损坏分析毛细管或者鞘流套管，降低接口的使用寿命。虽有报导采用较大内径鞘流套管解决管口堵塞和使用寿命的问题，但这种方法接口的死体积仍然较大，使得样品的分离效率及检测灵敏度都会降低。
发明内容：
本发明提供了一种具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口装置，利用加工薄壁分析毛细管、小出口内径鞘流毛细管、薄层鞘液表面流等设计，大幅减小接口死体积，保证样品的分离效率，同时提高接口装置的使用寿命。
本发明的优点主要在于：(1)将鞘流型电喷雾离子化质谱接口的死体积降低至最低限度，保证了分析系统的高分离效率，有利于提高毛细管电泳-质谱或液相色谱-质谱联用系统的分离效率；(2)分析毛细管出口端可缩进鞘流毛细管出口端，保护管尖，同时便于排出鞘流中堵塞的杂质，延长接口工作时间；(3)分析毛细管出口端外径小于鞘流毛细管出口端内径，避免接口安装和使用过程中两根毛细管之间的碰撞损伤，提高接口的使用寿命；(4)采用该接口的分析系统适用于组成复杂、样品量少、待测物含量低、需要高分辨分离分析的场合，如蛋白质组学或代谢组学的研究等。
本发明采用的具体技术方案是：所述具有微小死体积的电喷雾离子化质谱的接口装置由五个基本部分组成，包括：
用于试样分离分析的分析毛细管，该毛细管的进口端用于引入分离分析运行溶液和样品溶液，毛细管的出口端作为电喷雾的喷口；
用于提供鞘流溶液的鞘流毛细管，该毛细管的内径大于分析毛细管的外径，该毛细管的进口端用于鞘流溶液的引入，出口端用于鞘流溶液的流出；
用于连接鞘流溶液储液容器与鞘流毛细管的鞘流连接管；
用于将分析毛细管和鞘流毛细管组装成套管结构的连接组件，包括其内部的连接通道、和毛细管固定件及密封件；
用于给电喷雾供电的电极。
根据本发明，所述的分析毛细管的出口端部分为薄壁结构，即分析毛细管出口端外径的尺寸尽可能接近其内径。作为优选，其管壁厚度小于20微米。
所述分析毛细管为采用玻璃、石英、金属或者聚合物材料加工。所述分析毛细管的横截面的形状为圆形，或椭圆形，或三角形，或四边形，或其他多边形。所述分析毛细管的内径为10纳米至500微米，所述分析毛细管的外径为15纳米至1100微米，所述分析毛细管的长度为1毫米至50米。
根据样品的性质，选择合适的分析毛细管的制作方法对其进行加工，包括对分析毛细管内的毛细管通道进行表面处理，或对通道进行填充。所述的毛细管制作技术包括动态吸附技术，或者物理涂布技术，或者化学键合技术，或者溶胶-凝胶技术，或者填充柱制备技术，或者整体柱制备技术等。这些都是本领域技术人员常用的毛细管柱制作方法，本发明中不在赘述。
通常市售的商品化毛细管的管壁较厚，很难满足本发明对分析毛细管出口端管壁厚度的要求。因此，多需要对商品化毛细管进行加工。根据分析毛细管材料的性质，选择合适的化学刻蚀、或者物理打磨、或者其它方法加工分析毛细管出口端，使所述分析毛细管出口端外径尽可能接近分析毛细管的内径。作为优选，其管壁厚度小于20微米，甚至小于10微米。所述分析毛细管出口端加工段的长度为1微米至10厘米。
根据本发明，所述的分析毛细管的出口端的外表面对鞘流溶液应具有亲和性，即鞘流溶液容易附着到该外表面上。根据鞘流溶液的性质，所述分析毛细管出口端的外壁选择合适的表面处理方法，其出口端外壁对鞘流溶液具有亲和性。所述的表面处理方法包括物理清洗法，或者物理涂布法，或者化学键合法，或者化学气相沉积法，或者物理气相沉积法，或者其它表面处理方法等。
根据本发明，所述的鞘流毛细管出口端的内径大于分析毛细管出口端的外径，以使分析毛细管出口端的一部分能够伸出鞘流毛细管出口端，且伸出长度可以在1微米至1厘米范围内调节，以减小接口死体积，防止出口端的堵塞。此外，采用鞘流毛细管出口端的内径大于分析毛细管出口端的外径的设计，还可以使得分析毛细管出口端的位置调节具有灵活性。除了上述的伸出模式外，分析毛细管出口端还可以采用缩进模式，即缩进到鞘流毛细管内出口端的通道内，排出鞘流毛细管出口端积存的干扰杂质，保护分析毛细管出口端不被损坏。
根据本发明，作为优选，鞘流毛细管出口端的内径尽量接近分析毛细管出口端的外径，即分析毛细管出口端的外壁与鞘流毛细管出口端的内壁之间的间距尽可能小，使得鞘流溶液在分析毛细管出口端外壁所形成的表面流的厚度在保证表面流连续性的条件下尽可能地薄，以降低接口死体积。作为进一步优选，分析毛细管出口端的外壁与鞘流毛细管出口端的内壁之间的间距应小于50微米。
根据本发明，所述鞘流毛细管为采用玻璃、石英、金属或者聚合物材料加工。所述鞘流毛细管的横截面的形状为圆形，或椭圆形，或三角形，或四边形，或其他多边形。所述鞘流毛细管的内径为20纳米至1500微米，所述鞘流毛细管的长度为1毫米至5米。
根据本发明，为满足上述对鞘流毛细管出口端的内径的要求，通常需对商品化的毛细管进行进一步的加工，如将鞘流毛细管出口端加工成锥形形状。根据鞘流毛细管材料的性质，选择合适的加工方法，使所述鞘流毛细管出口端外形为空心圆台形，鞘流毛细管出口端出口内径尽可能接近所述分析毛细管出口端的外径。
根据本发明，所述的鞘流毛细管出口端的外表面对鞘流溶液不具有亲和性或者具有疏离性，有利于形成厚度更薄的鞘流溶液表面流。根据鞘流溶液的性质，选择合适的表面处理方法，使所述鞘流毛细管出口端的外壁对鞘流溶液具有疏离性，使鞘流溶液不会附着于鞘流毛细管出口端的外壁。所述的表面处理方法包括物理清洗法，或者物理涂布法，或者化学键合法，或者化学气相沉积法，或者物理气相沉积法等。
根据本发明，所述毛细管的连接组件的内部通道结构为三通结构，或者四通结构，或者四通以上的其他结构。毛细管的连接组件采用有机高分子聚合物材料(如聚醚醚酮、聚苯硫醚、聚酰亚胺、聚乙烯、聚苯乙烯、聚四氟乙烯、聚碳酸酯、聚二甲基硅氧烷、聚甲基丙烯酸甲酯、硅橡胶等)，或者无机材料(如玻璃、或者石英、或者金属材料)加工。
本发明还提供了利用所述的具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口装置的使用方法。
所述方法的操作步骤为：
(1)通过连接组件，使分析毛细管的出口端插入鞘流毛细管的进口端，形成套管结构；
(2)使分析毛细管的出口端伸出鞘流毛细管的出口端选定的距离；
(3)利用连接组件、固定件和密封件固定并密封鞘流毛细管和分析毛细管，使鞘流毛细管出口端和分析毛细管的出口端的相对位置固定，与连接组件的接口处不存在液体渗漏的缝隙；
(4)将鞘流连接管固定于连接组件上并密封其接口，将鞘流连接管连接鞘流溶液容器；
(5)在分析毛细管内充满分析运行溶液；在鞘流连接管、连接组件的内部通道和鞘流毛细管内充满鞘流溶液；
(6)在鞘流连接管进口端的溶液处施加高电压，或者在连接组件上装配电极并在其上施加高电压；在分析毛细管的进口端的溶液处施加高电压；然后，驱动鞘流毛细管内的鞘流溶液和分析毛细管内的分析运行溶液开始流动；通过调节高电压和溶液的流速，获得稳定的质谱电喷雾信号。
(7)该装置工作时，所述鞘流溶液由鞘流毛细管出口端流出，沿分析毛细管的外壁形成表面流向分析毛细管的出口端流动，在分析毛细管的出口端与分析运行溶液混合，形成产生电喷雾的泰勒锥，将样品喷入质谱仪内进行分析。
所述的泰勒锥的体积即为本发明所述的电喷雾离子化质谱接口的死体积。在本发明接口中，泰勒锥的体积主要由分析毛细管出口端的外径，和鞘流溶液在分析毛细管出口端外壁所形成的表面流的厚度决定。而鞘流溶液表面流的厚度的主要影响因素包括：分析毛细管出口端的外壁与鞘流毛细管出口端的内壁之间的间距，鞘流溶液流速和施加的高电压，分析运行溶液流速和施加的高电压。
因此，采用具有薄壁出口端的分析毛细管是获得微小接口死体积的基础。在此基础上，进一步采用小的分析毛细管出口端的外壁与鞘流毛细管出口端的内壁之间的间距，再通过调节鞘流溶液流速和施加的高电压，调节分析运行溶液流速和施加的高电压，可在分析毛细管出口端形成与其外径尺度接近的具有最小死体积的电喷雾泰勒锥。
根据本发明，鞘流毛细管中鞘流溶液的驱动采用压力驱动、或者电驱动、或者其他驱动方法。所述鞘流溶液的流速可调，流速范围为0.01纳升/分钟至5微升/分钟。作为优选，在保证鞘流溶液表面流连续性的条件下，减小鞘流毛细管中鞘流溶液的流速，有利于减小泰勒锥的死体积。
根据本发明，所述的电喷雾离子化质谱接口装置可一次性使用，或者多次性使用。当电喷雾离子化质谱接口进行多次性使用时，在通入不同鞘流溶液、分析运行溶液之前，对鞘流毛细管、分析毛细管、鞘流连接管、连接组件内部通道进行清洗处理。
附图说明：
图1是实施例1中采用四通结构的连接组件的电喷雾离子化质谱接口装置整体外观示意图。
图2是是实施例2中采用三通结构的连接组件的电喷雾离子化质谱接口装置整体外观示意图，其中电极直接通过四通连接。
图3是实施例1和2中采用熔融石英毛细管裸管作为分析毛细管的电喷雾离子化质谱接口喷雾尖端的局部放大示意图。采用化学刻蚀方法加工分析毛细管出口端。
图4是采用内壁带有涂层的熔融石英毛细管作为分析毛细管的电喷雾离子化质谱接口喷雾尖端的局部放大示意图。采用化学刻蚀方法加工分析毛细管出口端。
图5是采用带有填料的熔融石英毛细管作为分析毛细管的电喷雾离子化质谱接口喷雾尖端的局部放大示意图。采用化学刻蚀方法加工分析毛细管出口端。
图6是中采用熔融石英毛细管裸管作为分析毛细管的电喷雾离子化质谱接口喷雾尖端的局部放大示意图。采用研磨方法加工锥形的分析毛细管出口端。
图7是中采用内壁带有涂层的熔融石英毛细管作为分析毛细管的电喷雾离子化质谱接口喷雾尖端的局部放大示意图。采用研磨方法加工锥形的分析毛细管出口端。
图8是采用带有填料的熔融石英毛细管作为分析毛细管的电喷雾离子化质谱接口喷雾尖端的局部放大示意图。采用研磨方法加工锥形的分析毛细管出口端。
图9是实施例1所采用的电喷雾离子化质谱接口的四通型连接组件内的局部结构示意图。
图10是实施例2所采用的电喷雾离子化质谱接口的三通型连接组件内的局部结构示意图。
图11是实施例1中利用具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口进行电喷雾时的出口尖端照片。
图12是实施例1中利用具有微小死体积的的电喷雾离子化质谱接口对1微摩尔/升利血平样品进行分析的质谱图。
图13是实施例2中利用具有微小死体积的毛细管电泳-电喷雾离子化质谱系统分离两种多肽得到的电泳图。
图中：1-分析毛细管；2-分析毛细管出口端；3-鞘流毛细管；4-鞘流毛细管出口端；5-鞘流连接管；6-连接组件；7-密封件；8-固定件；9-电极；10-毛细管内壁涂层；11-毛细管内填料。
具体实施方式：
下面以具体实施例来对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
参照附图，以下将详细介绍根据本发明的优选实施例。
实施例1
在本实施例中，构建了采用本发明接口的电喷雾离子化质谱分析系统，并应用于利血平溶液的分析。实施例装置参见图1、3、9，图11为接口电喷雾发生时的出口尖端泰勒锥照片。接口装置采用的分析毛细管1为熔融石英毛细管，内径为20微米，外径为90微米，长度为15厘米。分析毛细管的出口端2采用以氟化氢溶液刻蚀的方法进行，加工后其出口端2外径为35微米，出口端2长度为350微米。采用的鞘流毛细管3为熔融石英毛细管，内径为200微米，外径为365微米，长度为4厘米。采用加热拉制的方法加工鞘流毛细管3，使其出口端4呈现锥尖形结构，出口端4的内径为43微米。出口端4的外壁用1H,1H,2H,2H-全氟癸基三氯硅烷做表面化学键合处理，使得其外壁对鞘流溶液有疏离性。鞘流连接管5为熔融石英毛细管，内径为200微米，外径为365微米。连接组件6为聚醚醚酮材料的四通，连接组件内通道内径为152微米。利用连接组件6、固定件8和密封件7将接口各部分紧密连接，分析毛细管出口端2伸出鞘流毛细管出口端4长度为130微米。
在分析毛细管1内通入分析运行溶液，分离运行溶液为0.5％乙酸水溶液。在鞘流连接管5内通入鞘流溶液，鞘流溶液为50％甲醇0.1％甲酸水溶液。样品溶液为1微摩尔/升利血平水溶液。采用连续电进样方法连续引入样品进入分析毛细管1，鞘流溶液的流速为300纳升/分钟，鞘流溶液端施加电压为1500伏特，样品溶液端施加电压为3000伏特。
图12为利血平样品溶液在LCQ Deca离子阱质谱仪中的信号记录图。通过计算，可以得到利血平的检出限为158纳摩尔/升。
实施例2
在本实施例中，构建了采用本发明接口的毛细管电泳-电喷雾离子化质谱分析系统，并应用于多肽混合物的分离分析。实施例装置图参见图2、3、10、11。采用的分析毛细管1为熔融石英毛细管，内径为20微米，外径为90微米，长度为11厘米。分析毛细管的出口端2采用以氟化氢溶液刻蚀的方法进行，加工后其出口端外径为30微米，出口端长度为420微米。采用的鞘流毛细管3为熔融石英毛细管，内径为200微米，外径为365微米，长度为3.5厘米。采用加热拉尖方法加工的鞘流毛细管锥形出口端4的内径为40微米。出口端4外壁用聚四氟乙烯树脂Teflon AF做表面物理涂布处理，使得其外壁对鞘流溶液有疏离性。鞘流连接管5为熔融石英毛细管，内径为200微米，外径为365微米，长度为12厘米。连接组件6为聚醚醚酮材料的三通。利用连接组件6、密封件7和固定件8将接口各部分紧密连接，分析毛细管出口端2伸出鞘流毛细管出口端4长度为130微米。
在分析毛细管1内通入分析运行溶液，分析运行溶液为0.5％乙酸水溶液。在鞘流连接管5内通入鞘流溶液，鞘流溶液为50％甲醇1％甲酸水溶液。样品溶液为10微摩尔/升肯普肽和亮氨酸脑啡肽混合物的水溶液。采用电进样方法，电进样电压为3300伏特，电进样时间为0.5秒。鞘流溶液的流速为200纳升/分钟，鞘流溶液端施加电压为1650伏特，分析运行溶液端施加的电压为3300伏特。
图13为肯普肽和亮氨酸脑啡肽样品的电泳分离图。通过计算出峰时间和半高峰宽的关系，可以得到两种多肽的分离效率和分离度。肯普肽和亮氨酸脑啡肽的理论塔板高度分别为5.39微米和4.20微米，两者的分离度为1.46。
Claims (6)
1.一种具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口装置，其特征在于，该接口装置，包括以下部分：
用于试样分离分析的分析毛细管（1），所述分析毛细管的进口端用于引入分离分析运行溶液和样品溶液，出口端（2）作为电喷雾的喷口；
用于提供鞘流溶液的鞘流毛细管（3），所述鞘流毛细管（3）的内径大于分析毛细管的外径，所述鞘流毛细管的进口端用于鞘流溶液的引入，出口端（4）用于鞘流溶液的流出；
用于连接鞘流溶液的储液容器与鞘流毛细管（3）的鞘流连接管（5）；
用于将分析毛细管（1）和鞘流毛细管（3）组装成套管结构的连接组件（6），包括其内部的连接通道、和毛细管固定件（8）及密封件（7）；
用于给电喷雾供电的电极（9）；
所述分析毛细管（1）的内径为10纳米至500微米；所述的分析毛细管的出口端（2）部分为薄壁结构；所述分析毛细管的出口端（2）的外表面对鞘流溶液具有亲和性，分析毛细管的出口端（2）采用以氟化氢溶液刻蚀的方法进行；
所述鞘流毛细管出口端（4）的内径大于分析毛细管出口端（2）的外径；分析毛细管出口端（2）的外壁与鞘流毛细管出口端（4）的内壁之间的间距小于50微米；
所述鞘流毛细管出口端（4）的外表面对鞘流溶液不具有亲和性；
所述的分析毛细管出口端（2）穿设于所述鞘流毛细管出口端（4）中，并可沿轴线缩进或者伸出鞘流毛细管出口端（4），伸出长度范围为1微米~1厘米。
2.根据权利要求1所述的具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口装置，其特征在于，所述毛细管的出口端（2）的管壁厚度小于20微米。
3.根据权利要求1所述的具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口装置，其特征在于，所述毛细管连接组件（6）的内部通道结构为三通结构，或者四通结构，或者大于四通的其他结构。
4.一种如权利要求1~3任一项所述的具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口装置的使用方法，其特征在于，包括：
（1）通过连接组件（6），使分析毛细管的出口端（2）插入鞘流毛细管的进口端（4），形成套管结构；
（2）使分析毛细管的出口端（2）伸出鞘流毛细管的出口端（4）选定的距离；
（3）利用连接组件（6）固定并密封鞘流毛细管（2）和分析毛细管（1），使鞘流毛细管和分析毛细管的出口端的相对位置固定，与连接组件（6）的接口处不存在液体渗漏的缝隙；
（4）利用固定件（8）和密封件（7）将鞘流连接管（5）固定于连接组件（6）上并密封其接口，将鞘流连接管（5）连接鞘流溶液容器或鞘流溶液驱动装置；
（5）在分析毛细管（1）内充满分析运行溶液；在鞘流连接管（5）、连接组件（6）的内部通道和鞘流毛细管（3）内充满鞘流溶液；
（6）在鞘流连接管（5）进口端的溶液处施加高电压，或者在连接组件（6）上装配电极并在其上施加高电压；在分析毛细管的进口端的溶液处施加高电压；然后，驱动鞘流毛细管（3）内的鞘流溶液和分析毛细管（1）内的分析运行溶液开始流动；通过调节高电压和溶液的流速，获得稳定的质谱电喷雾信号。
5.根据权利要求4所述的具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口装置的使用方法，其特征在于，调节鞘流溶液流速和施加的高电压，调节分析运行溶液流速和施加的高电压，获得具有最小死体积的电喷雾泰勒锥。
6.根据权利要求5所述的具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口装置的使用方法，其特征在于，鞘流毛细管（3）中鞘流溶液的驱动采用压力驱动或者电驱动；所述鞘流溶液的流速范围为0.01纳升每分钟至5微升每分钟。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710864851.4A CN107796903B (zh) | 2017-09-22 | 2017-09-22 | 一种具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口装置及其使用方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710864851.4A CN107796903B (zh) | 2017-09-22 | 2017-09-22 | 一种具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口装置及其使用方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107796903A CN107796903A (zh) | 2018-03-13 |
| CN107796903B true CN107796903B (zh) | 2019-10-25 |
Family
ID=61532508
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710864851.4A Active CN107796903B (zh) | 2017-09-22 | 2017-09-22 | 一种具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口装置及其使用方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107796903B (zh) |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US11222779B2 (en) * | 2018-05-17 | 2022-01-11 | GMJ Technologies, Inc. | Apparatuses for optical and mass spectrometry detection |
| CN110568086A (zh) * | 2018-06-05 | 2019-12-13 | 深圳华大生命科学研究院 | 一种毛细管色谱柱装置及液相色谱分离方法 |
| CN109950126A (zh) * | 2019-03-18 | 2019-06-28 | 上海慧多信息科技发展有限公司 | 一种高通量单细胞电喷雾质谱装置及其检测方法 |
| CN111412331A (zh) * | 2020-04-28 | 2020-07-14 | 厦门大学 | 通用型微纳流管道耐压接口 |
| CN111889155A (zh) * | 2020-08-25 | 2020-11-06 | 苏州福鲁特分精密仪器有限公司 | 一种多通道电喷雾微流控芯片及其应用 |
| CN113237981B (zh) * | 2021-03-31 | 2022-04-26 | 中国科学院化学研究所 | 用于活体微透析质谱联用实时在线分析技术的新型接口 |
| CN114965831B (zh) * | 2022-05-19 | 2024-07-12 | 厦门大学 | 色谱与质谱联用的零死体积接口装置及其应用 |
| CN115541797A (zh) * | 2022-10-23 | 2022-12-30 | 浙江大学 | 一种集成化色谱分析探针组件、装置及色谱分析方法 |
-
2017
- 2017-09-22 CN CN201710864851.4A patent/CN107796903B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107796903A (zh) | 2018-03-13 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107796903B (zh) | 一种具有微小死体积的电喷雾离子化质谱接口装置及其使用方法 | |
| Sung et al. | Chip‐based microfluidic devices coupled with electrospray ionization‐mass spectrometry | |
| Manz et al. | Design of an open-tubular column liquid chromatograph using silicon chip technology | |
| US5917184A (en) | Interface between liquid flow and mass spectrometer | |
| Lotter et al. | HPLC-MS with glass chips featuring monolithically integrated electrospray emitters of different geometries | |
| US9903836B2 (en) | Microfluidic devices and methods for fabricating microfluidic devices | |
| JP6689884B2 (ja) | 電気泳動による化学的分離の為の圧力駆動型流体注入 | |
| US20150041396A1 (en) | System and method of preconcentrating analytes in a microfluidic device | |
| CN111272887B (zh) | 基于多功能集成化探针的色谱分析装置及使用方法 | |
| Koerner et al. | Porous polymer monolith assisted electrospray | |
| CN111266140B (zh) | 无油分选-直接注入-icpms单细胞分析系统 | |
| CN111024804A (zh) | 一种基于芯片的鞘气辅助纳升电喷雾质谱离子源系统及方法 | |
| Fang et al. | A robust and extendable sheath flow interface with minimal dead volume for coupling CE with ESI-MS | |
| JP2007519914A (ja) | マイクロ流体ネットワーク及び電子噴霧ノーズを備えたオンチップラボ | |
| US20200126779A1 (en) | Electrospray Interface Device and Associated Methods | |
| US20160084805A1 (en) | System and method of preconcentrating analytes in a microfluidic device | |
| CN108828118B (zh) | 一种纳流色谱分离和等离子体质谱检测的联用系统 | |
| CN105344388B (zh) | 一种微流控芯片 | |
| CN109950126A (zh) | 一种高通量单细胞电喷雾质谱装置及其检测方法 | |
| JP2010044066A (ja) | 同一平面上にマイクロ流体回路および電気スプレーノズルを有するラボオンチップ | |
| Zhu et al. | Fabrication of low-melting-point alloy microelectrode and monolithic spray tip for integration of glass chip with electrospray ionization mass spectrometry | |
| CN105424792B (zh) | 芯片电泳分离和等离子体质谱检测的芯片分析系统 | |
| CN105466992B (zh) | 一种芯片电泳分离和等离子体质谱分析系统 | |
| Tsao et al. | A piezo-ring-on-chip microfluidic device for simple and low-cost mass spectrometry interfacing | |
| TWI282775B (en) | Fabricated technique of micro spray nozzles |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |