CN109541093B - 一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置及其方法，其中，一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置，包括底板，底板上安装有样品台，样品台上安装有点样槽，点样槽的X轴和Y轴方向均设置有可滑动部件，点样槽可沿可滑动部件运动；点样槽上铺设有样品载体，点样槽与X轴驱动机构和Y轴驱动机构分别相连；底板上还安装有Z轴驱动机构，Z轴驱动机构与底板之间可拆卸连接；Z轴驱动机构的输出轴与顶针和微型注射器分别相连；样品台上还安装有质谱仪接口，其用于连接质谱仪且使得点样槽与质谱仪相对设置，从而实现对完成点样的样品阵列进行质谱分析。

Description

一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置及其方法

技术领域

本公开属于样品分析设备领域，尤其涉及一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置及其方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

质谱分析技术由于其独有的灵敏度和准确性，在现代食品、药品和环境与生物分子分析中得到了非常广泛的应用。电喷雾离子化方法是质谱最常用的离子化方式之一。通常情况下，会与液相色谱联接，用于对于未知或已知成分的定性/定量分析。常规的单喷雾技术会采用喷雾针对将待测样品溶液喷出，在电场和去溶剂气体的作用下实现离子化。近年来，纳流电喷雾技术，由于其低流速改善了离子化效率，此外，低流速纳喷雾技术允许更长时间的分析，可以为质谱仪的扫描过程提供充足的时间，从而获得待分析物更多的化学信息。

目前，常用的纳流源多采用单个纳流喷针的方式，可以直接通过加载样品进行质谱分析，或者通过和纳流/微流液相色谱连用。常用的纳流喷针为熔融石英毛细管或者采用尖端处理的金属喷针。发明人发现对于直接质谱分析，喷针装置难以实现高通量化分析，需要单独将样品通过特定管路连接注入喷针，而且喷针的清洗和维护，操作复杂，对于金属喷针，尖端放电容易造成前段堵塞，造成浪费，对于石英毛细管喷针，管路需要冲洗，高通量分析比较困难。

综上所述，发亟需一种解决现有纳升喷雾操作维护复杂，价格昂贵的问题，以达到纳升喷雾与上样制作性价比高，能够实现稳定的纳升电喷雾分析，并快速有效地与常规的质谱连接使用的装置。

发明内容

根据本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供了一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置，其操作维护简单，且成本低，能够实现稳定的纳升电喷雾分析，并快速有效地与常规的质谱连接使用。

本公开的一个或多个实施例的一个方面，提供的一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置，包括：

底板，所述底板上安装有样品台，所述样品台上安装有点样槽，所述点样槽的X轴和Y轴方向均设置有可滑动部件，所述点样槽可沿可滑动部件运动；所述点样槽上铺设有样品载体，所述点样槽与X轴驱动机构和Y轴驱动机构分别相连；所述底板上还安装有Z轴驱动机构，所述Z轴驱动机构与底板之间可拆卸连接；所述Z轴驱动机构的输出轴与顶针和微型注射器分别相连；

所述X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构均与控制器相连；所述控制器用于控制Z轴驱动机构驱动顶针和微型注射器在Z轴方向运动，控制X轴驱动机构和Y轴驱动机构分别驱动样品台在X轴和Y轴方向运动，进而在样品载体上形成样品阵列并完成样品阵列的点样；

所述样品台上还安装有质谱仪接口，其用于连接质谱仪且使得点样槽与质谱仪相对设置，从而实现对完成点样的样品阵列进行质谱分析。

在一个或多个实施例中，所述可滑动部件为滑轨或导向槽。

在一个或多个实施例中，所述质谱仪接口设置在手动微调器上，所述手动微调器安装在底板上；所述手动微调器用于手动调整质谱仪接口在Z轴方向距离点样槽的远近。

在一个或多个实施例中，所述手动微调器包括螺杆，螺杆穿设于支撑平台上，所述支撑平台用于支撑质谱仪接口，所述支撑平台内设置有螺纹孔，通过手动调节螺杆来调整质谱仪接口与点样槽的距离。

在一个或多个实施例中，所述质谱仪接口包括接口部，其底部设置有支撑部，所述支撑部与手动微调器连接。

在一个或多个实施例中，所述接口部为轴对称结构，所述接口部包括接口板，所述接口板与其连接的两个相对的侧板以形成凹型槽，所述凹型槽用于卡接质谱仪以避免其左右运动；靠近点样槽的接口板一侧设置有挡板，所述挡板用于避免质谱仪朝点样槽滑动。

在一个或多个实施例中，所述X轴驱动机构包括第一板和第一驱动电机，所述第一板固定连接在底板上，用于承载第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴与点样槽相连。

在一个或多个实施例中，所述Y轴驱动机构包括第二板和第二驱动电机，所述第二板固定连接在底板上，用于承载第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴与点样槽相连。

在一个或多个实施例中，所述Z轴驱动机构包括第三板和第三驱动电机，所述第三板可拆卸连接在底板上，用于承载第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出轴与顶针和微型注射器分别相连。

本公开的一个或多个实施例的另一个方面，提供了一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置的工作方法，其操作维护简单，能够实现稳定的纳升电喷雾分析，并快速有效地与常规的质谱连接使用。

本公开的一个或多个实施例的另一个方面，提供的一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置的工作方法，包括：

在控制器的控制下，X轴驱动机构和Y轴驱动机构分别点样槽在X轴和Y轴方向运动，且Z轴驱动机构驱动顶针在Z轴方向运动，进而在样品载体上形成样品阵列孔；

Z轴驱动机构驱动微型注射器在Z轴方向运动，进而在样品载体上的样品阵列孔上注射样品，完成样品阵列的点样；

将Z轴驱动机构从地板上移走，并将质谱仪接口连接质谱仪，进而实现对点样完成的样品阵列的质谱分析。

在一个或多个实施例中，纳升级质谱样品预处理与进样联用装置的工作方法，还包括：

利用手动微调器手动调整质谱仪接口在Z轴方向距离点样槽的远近，使得质谱仪与点样槽内的样品阵列相对距离在预设范围内。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

(1)采用控制器控制X轴驱动机构和Y轴驱动机构分别点样槽在X轴和Y轴方向运动，且Z轴驱动机构驱动顶针在Z轴方向运动，进而在样品载体上形成样品阵列孔；Z轴驱动机构驱动微型注射器在Z轴方向运动，进而在样品载体上的样品阵列孔上注射样品，完成样品阵列的点样；通过切换样品阵列台单点，实现了精准的定位以及连接质谱时，高通量的全样品台阵点扫描。

(2)实现了样品上样和净化，完成净化后，可以直接不用调整样品阵列以及阵列台的位置，将整个装置对接到质谱进样口处，直接对整个样品阵列进行逐点分析；样品之间独立阵点，避免了传统的纳流喷雾直接质谱分析中，样品之间的交叉污染问题。

(3)样品阵列制作可以直接和质谱对接，将纳升点阵制作、直接喷雾分析装置耦联在一起，操作简便，阵列制作成本低，单个装置实现了点阵制作、样品加载与纳升喷雾和质谱连接，显著提高了分析的效率，操作简便，并且有效降低了成本。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置的结构示意图；

图2(a)是质谱仪接口的立体结构示意图；

图2(b)是质谱仪接口的主视图；

图2(c)是质谱仪接口的左视图；

图2(d)是质谱仪接口的俯视图；

图3是一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置中移走Z轴驱动机构的立体示意图；

图4是一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置中移走Z轴驱动机构的左视图；

图5是利用纳升级质谱样品预处理与进样联用装置进行点样和样品处理以及质谱分析获得的β-酪蛋白的酶解液质谱图。

其中，1、底板；2、样品台；3、点样槽；4、X轴驱动机构；5、Y轴驱动机构；6、Z轴驱动机构；7、质谱仪接口；7-1、支撑部；7-2、接口部；7-21、接口板；7-22、左侧板；7-23、右侧板；7-24、挡板；8、手动微调器；9、支撑平台。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

图1是一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置的结构示意图。如图1所示，本实施例提供的一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置，至少包括：

底板1，所述底板1上安装有样品台2，所述样品台2上安装有点样槽3，所述点样槽3的X轴和Y轴方向均设置有可滑动部件，所述点样槽3可沿可滑动部件运动；所述点样槽3上铺设有样品载体，所述点样槽3与X轴驱动机构4和Y轴驱动机构5分别相连；所述底板1上还安装有Z轴驱动机构6，所述Z轴驱动机构6与底板1之间可拆卸连接；所述Z轴驱动机构6的输出轴与顶针和微型注射器分别相连；

所述X轴驱动机构4、Y轴驱动机构5和Z轴驱动机构6均与控制器相连；所述控制器用于控制Z轴驱动机构6驱动顶针和微型注射器在Z轴方向运动，控制X轴驱动机构4和Y轴驱动机构5分别驱动样品台在X轴和Y轴方向运动，进而在样品载体上形成样品阵列并完成样品阵列的点样；

所述样品台2上还安装有质谱仪接口7，其用于连接质谱仪且使得点样槽与质谱仪相对设置，从而实现对完成点样的样品阵列进行质谱分析。

在一个或多个实施例中，所述可滑动部件为滑轨或导向槽。

需要说明的是，可滑动部件也可为其它可实现相对移动的部件。

在一个或多个实施例中，所述质谱仪接口7设置在手动微调器8上，所述手动微调器8安装在底板1上；所述手动微调器用于手动调整质谱仪接口在Z轴方向距离点样槽的远近。

在具体实施中，所述手动微调器包括螺杆，螺杆穿设于支撑平台9上，所述支撑平台9用于支撑质谱仪接口7，所述支撑平台9内设置有螺纹孔，通过手动调节螺杆来调整质谱仪接口与点样槽的距离。

在其他实施例中，手动微调器也可以采用广州市威尔得自动化焊接设备有限公司专业生产的手动微调平台来实现。

在一个或多个实施例中，如图2(a)-图2(d)所示，质谱仪接口7包括接口部7-2，其底部设置有支撑部7-1，所述支撑部7-1与手动微调器连接。

具体地，支撑部与手动微调器的连接方式，可以为螺纹连接，也可为焊接方式固定连接。

在其他实施例中，支撑部与手动微调器的连接方式也可采用其他现有的方式来实现两者之间的连接。

所述接口部7-2为轴对称结构，所述接口部7-2包括接口板7-21，所述接口板7-21与其连接的左侧板7-22和右侧板7-23以形成凹型槽，所述凹型槽用于卡接质谱仪以避免其左右运动；靠近点样槽的接口板一侧设置有挡板7-24，所述挡板7-24用于避免质谱仪朝点样槽滑动。

在一个或多个实施例中，所述X轴驱动机构包括第一板和第一驱动电机，所述第一板固定连接在底板上，用于承载第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴与点样槽相连。

在一个或多个实施例中，底板上设置有安装孔，第一板通过螺丝穿过安装孔固定在底板上。

在其他一些实施例中，第一板可直接焊接固定在底板上。

在一个或多个实施例中，所述Y轴驱动机构包括第二板和第二驱动电机，所述第二板固定连接在底板上，用于承载第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴与点样槽相连。

在一个或多个实施例中，底板上设置有安装孔，第二板通过螺丝穿过安装孔固定在底板上。

在其他一些实施例中，第二板可直接焊接固定在底板上。

在一个或多个实施例中，所述Z轴驱动机构包括第三板和第三驱动电机，所述第三板可拆卸连接在底板上，用于承载第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出轴与顶针和微型注射器分别相连。

在一个或多个实施例中，底板上设置有安装孔，第三板通过螺丝穿过安装孔固定在底板上。

本实施例采用控制器控制X轴驱动机构和Y轴驱动机构分别点样槽在X轴和Y轴方向运动，且Z轴驱动机构驱动顶针在Z轴方向运动，进而在样品载体上形成样品阵列孔；Z轴驱动机构驱动微型注射器在Z轴方向运动，进而在样品载体上的样品阵列孔上注射样品，完成样品阵列的点样；通过切换样品阵列台单点，实现了精准的定位以及连接质谱时，高通量的全样品台阵点扫描。

本实施例实现了样品上样和净化，完成净化后，可以直接不用调整样品阵列以及阵列台的位置，将整个装置对接到质谱进样口处，直接对整个样品阵列进行逐点分析；样品之间独立阵点，避免了传统的纳流喷雾直接质谱分析中，样品之间的交叉污染问题。

本实施例的样品阵列制作可以直接和质谱对接，将纳升点阵制作、直接喷雾分析装置耦联在一起，操作简便，阵列制作成本低，单个装置实现了点阵制作、样品加载与纳升喷雾和质谱连接，显著提高了分析的效率，操作简便，并且有效降低了成本。

基于本公开提供的一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置，其工作方法，包括：

在控制器的控制下，X轴驱动机构和Y轴驱动机构分别点样槽在X轴和Y轴方向运动，且Z轴驱动机构驱动顶针在Z轴方向运动，进而在样品载体上形成样品阵列孔；

Z轴驱动机构驱动微型注射器在Z轴方向运动，进而在样品载体上的样品阵列孔上注射样品，完成样品阵列的点样；

将Z轴驱动机构从地板上移走，并将质谱仪接口连接质谱仪，进而实现对点样完成的样品阵列的质谱分析。

移走Z轴驱动机构后的纳升级质谱样品预处理与进样联用装置的立体图，如图3所示，

移走Z轴驱动机构后的纳升级质谱样品预处理与进样联用装置的左视图，如图4所示。

在完成样品阵列的点样后，从纳升级质谱样品预处理与进样联用装置中移走Z轴驱动机构，然后将质谱仪接口连接质谱仪，将整个装置对接到质谱进样口处，直接对整个样品阵列进行逐点分析；样品之间独立阵点，避免了传统的纳流喷雾直接质谱分析中，样品之间的交叉污染问题。

下面以样品为β-酪蛋白为例来详细说明纳升级质谱样品预处理与进样联用装置的工作原理：

将β-酪蛋白进行酶解后，将1微升的酶解液置于装置平台上含有二氧化钛颗粒的样品阵列孔中，加入两条内标磷酸化修饰的多肽混合后，通过本装置置于平台上进行质谱分析，可以获得4条磷酸化多肽的高信噪比的质谱峰，如图5所示。

在图5中，(i)-(vi)分别为相应磷酸化多肽序列的质谱峰；图5的纵坐标Intens表示信号强度。

由图5可看出，本实施例的纳升级质谱样品预处理与进样联用装置适合于复杂生物液体的直接质谱分析。

在一个或多个实施例中，纳升级质谱样品预处理与进样联用装置的工作方法，还包括：

利用手动微调器手动调整质谱仪接口在Z轴方向距离点样槽的远近，使得质谱仪与点样槽内的样品阵列相对距离在预设范围内。这样提高了样品质谱分析的准确性。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (9)

1.一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置，其特征在于，包括：

底板，所述底板上安装有样品台，所述样品台上安装有点样槽，所述点样槽的X轴和Y轴方向均设置有可滑动部件，所述点样槽沿可滑动部件运动；所述点样槽上铺设有样品载体，所述点样槽与X轴驱动机构和Y轴驱动机构分别相连；所述底板上还安装有Z轴驱动机构，所述Z轴驱动机构与底板之间可拆卸连接；所述Z轴驱动机构的输出轴与顶针和微型注射器分别相连；

所述X轴驱动机构、Y轴驱动机构和Z轴驱动机构均与控制器相连；所述控制器用于控制Z轴驱动机构驱动顶针和微型注射器在Z轴方向运动，控制X轴驱动机构和Y轴驱动机构分别驱动样品台在X轴和Y轴方向运动，进而在样品载体上形成样品阵列并完成样品阵列的点样；

所述样品台上还安装有质谱仪接口，其用于连接质谱仪且使得点样槽与质谱仪相对设置，从而实现对完成点样的样品阵列进行质谱分析；

所述质谱仪接口包括接口部，所述接口部为轴对称结构，所述接口部包括接口板，所述接口板与其连接的两个相对的侧板以形成凹型槽，所述凹型槽用于卡接质谱仪以避免其左右运动；靠近点样槽的接口板一侧设置有挡板，所述挡板用于避免质谱仪朝点样槽滑动。

2.如权利要求1所述的一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置，其特征在于，所述可滑动部件为滑轨或导向槽。

3.如权利要求1所述的一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置，其特征在于，所述质谱仪接口设置在手动微调器上，所述手动微调器安装在底板上；所述手动微调器用于手动调整质谱仪接口在Z轴方向距离点样槽的远近。

4.如权利要求3所述的一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置，其特征在于，所述手动微调器包括螺杆，螺杆穿设于支撑平台上，所述支撑平台用于支撑质谱仪接口，所述支撑平台内设置有螺纹孔，通过手动调节螺杆来调整质谱仪接口与点样槽的距离。

5.如权利要求3所述的一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置，其特征在于，接口部底部设置有支撑部，所述支撑部与手动微调器连接。

6.如权利要求1所述的一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置，其特征在于，所述X轴驱动机构包括第一板和第一驱动电机，所述第一板固定连接在底板上，用于承载第一驱动电机，所述第一驱动电机的输出轴与点样槽相连；

或所述Y轴驱动机构包括第二板和第二驱动电机，所述第二板固定连接在底板上，用于承载第二驱动电机，所述第二驱动电机的输出轴与点样槽相连。

7.如权利要求1所述的一种纳升级质谱样品预处理与进样联用装置，其特征在于，所述Z轴驱动机构包括第三板和第三驱动电机，所述第三板可拆卸连接在底板上，用于承载第三驱动电机，所述第三驱动电机的输出轴与顶针和微型注射器分别相连。

8.一种基于如权利要求1-7中任一项所述的纳升级质谱样品预处理与进样联用装置的工作方法，其特征在于，包括：

在控制器的控制下，X轴驱动机构和Y轴驱动机构分别点样槽在X轴和Y轴方向运动，且Z轴驱动机构驱动顶针在Z轴方向运动，进而在样品载体上形成样品阵列孔；

Z轴驱动机构驱动微型注射器在Z轴方向运动，进而在样品载体上的样品阵列孔上注射样品，完成样品阵列的点样；

将Z轴驱动机构从地板上移走，并将质谱仪接口连接质谱仪，进而实现对点样完成的样品阵列的质谱分析。

9.如权利要求8所述的纳升级质谱样品预处理与进样联用装置的工作方法，其特征在于，还包括：

利用手动微调器手动调整质谱仪接口在Z轴方向距离点样槽的远近，使得质谱仪与点样槽内的样品阵列相对距离在预设范围内。