CN110047731B - 一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置及方法，所述电喷雾装置包括液体引入通道（1）、微柱（2）和电喷雾喷头（5）；所述电喷雾喷头（5）主要由微球座（3）和微球（4）组成，所述微球座（3）为直通中空结构，其末端与微柱（2）相连接，其前端镶嵌有微球（4）。本发明利用微柱（2）对分析样品进行预处理，样品中复杂的基质被有效的吸附在吸附剂表面，减少了基质效应，解决了高粘度样品引起的微球座（3）与微球（4）之间的缝隙的堵塞，进而克服了现有技术不能分析高粘度样品的缺陷，同时提高了现有技术通过蘸样方式对低粘度样品分析的灵敏度，具有样品消耗少、方法简单、成本低廉和需调节参数少等优势。

Description

一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置及方法
技术领域
本发明涉及质谱分析技术领域，尤其涉及一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置及方法。
背景技术
离子源是质谱仪的关键部件，离子源的离子化方法及离子化效率直接影响仪器的应用领域、灵敏度等。现有的微球电喷雾装置，在直接分析粘性样品时，会出现样品堵塞微球座与微球之间缝隙的情况，直接导致溶剂无法到达微球表面，从而无法形成电喷雾。同样的，现有的微球电喷雾装置在对尿样等低粘度的复杂样品进行分析时，虽然可以通过蘸样的方式分析低粘度样品，但是蘸样的量极少，造成低浓度样品分析时灵敏度不够。
发明内容
本发明的目的在于，为解决上述问题，设计一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置及方法。
本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：
一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置，其特征在于，包括液体引入通道、微柱和电喷雾喷头；所述电喷雾喷头包括微球座和微球，所述微球座为直通中空结构，其末端与微柱相连接，所述微球镶嵌在微球座前端，所述电喷雾喷头的前端朝向质谱入口通道，电喷雾喷头的轴线与质谱入口通道的轴线之间的夹角α的范围为90°～270°，所述的电喷雾喷头的前端与质谱入口通道之间的水平距离d为0.5～10 mm，垂直距离h为0～10 mm。
进一步的，还包括高压电源，所述高压电源通过高压电线与电喷雾喷头连接。
进一步的，所述微柱为导电的金属外壁，长度为10mm～50cm，内部中空直径为25μm～0.5cm。
进一步的，所述微球座为圆锥形直通中空结构，采用导电材料或不导电材料制成，圆锥底面半径为3 mm,圆锥高15 mm,圆锥周壁厚度为0.3 mm，圆锥底面厚度为3 mm,圆锥底面有内径为1.3 mm的圆形开口便于与样品引入通道相连接,圆锥顶部被平行于底面的切面切成开口值径为0.5 mm的圆形切口。
进一步的，所述微球为中空或实心的球形或类球形结构，采用导电材料或不导电材料制成，直径r < 5 mm。
进一步的，所述引入通道为PEEK 管，内径为0.3 mm，外径为1.3 mm。
一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置实现电喷雾的方法，包括以下步骤：
S1:低粘度的分析样品直接加到预先装有吸附剂的微柱中；高粘度的分析样品先与吸附剂混合均匀后再加载到微柱中；
S2:接通高压电源，高压电源通过高压电线对电喷雾喷头加上高电压场，电压在-8000~8000V之间；
S3:通过引入通道将洗脱-喷雾溶剂引入到微柱，对微柱中的分析样品进行洗脱，然后洗脱液流到微球座，穿过微球座和微球的缝隙被输送到微球的表面，发生电喷雾离子化，形成样品离子进入质谱入口通道，并由质谱仪进行质谱分析。
进一步的，所述低粘度的分析样品包括尿液样品，所述高粘度的分析样品包括血液样品，所述质谱仪包括三重四极杆质谱仪、飞行时间质谱仪、离子阱质谱仪或Orbitrap轨道阱质谱仪。
进一步的，所述洗脱-喷雾溶剂包括酸性、中性或碱性的甲醇-水体系，酸性、中性或碱性的乙腈-水体系，二氯甲烷-异丙醇体系，或者乙酸乙酯。
进一步的，所述吸附剂包括C18、HLB、三氧化二铝、氢氧化铝、二氧化钛、二氧化锆或硅藻土。
微柱在本发明中所起的作用体现在：采用现有技术直接分析粘性样品时，样品会堵塞微球座与微球之间的缝隙，这样溶剂就没有办法到达微球表面形成电喷雾。本发明采用微柱后，分析黏性样品的时候，把样品和吸附剂混合均匀，这样黏性样品中复杂的基质就吸附在吸附剂上，然后把样品与吸附剂的混合物装于微柱中，后端输送解吸-喷雾溶剂将目标分析物洗脱下来，而基质保留在微柱中，这样就不会堵塞微球座与微球之间的间隙。而且，现有技术也不适合如尿样等低粘度的复杂样品分析，尽管其可以通过蘸样的方式分析低粘度样品，但是这样蘸样的量极少（为皮升级），低浓度样品分析时灵敏度不够，本发明分析低粘度的尿样时，吸附剂预先填充到微柱中，然后再加几微升的尿样到微柱中，由于尿样的粘度低因此可以直接均匀的分散在微柱中的吸附剂中，微柱的后端输送解吸-喷雾溶剂就可以把目标化合物洗脱下来，基质保留在柱子中。由此可见，本发明所引入的微柱这一关键部件，解决了现有技术对于粘性样品和如尿样等低粘度样品时遇到的准确度和灵敏度不够理想的问题。
本发明利用微柱对分析样品进行预处理，样品中复杂的基质被有效的吸附在吸附剂表面，减少了基质效应，解决了高粘度样品引起的微球座与微球之间的缝隙的堵塞，进而克服了现有技术不能分析高粘度样品的缺陷，同时提高了低粘度样品的分析灵敏度，具有样品消耗少、方法简单、成本低廉和需调节参数少等优势。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明实施例1的MRM离子流图；
图3为本发明实施例2的MRM离子流图；
图中，1-引入通道，2-微柱，3-微球座，4-微球，5-电喷雾喷头，6-质谱入口通道。
具体实施方式
以下通过实施例对本发明的技术方案做进一步的描述，但本发明的保护范围不局限于以下所述。
一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置，其特征在于，包括液体引入通道1、微柱2和电喷雾喷头5；所述电喷雾喷头5包括微球座3和微球4，所述微球座3为直通中空结构，其末端与微柱2相连接，所述微球4镶嵌在微球座3前端，所述电喷雾喷头5的前端朝向质谱入口通道6，电喷雾喷头5的轴线与质谱入口通道6的轴线之间的夹角α的范围为90°～270°，所述的电喷雾喷头5的前端与质谱入口通道6之间的水平距离d为0.5～10 mm，垂直距离h为0～10 mm。
进一步的，还包括高压电源，所述高压电源通过高压电线与电喷雾喷头5连接。
进一步的，所述微柱2为导电的金属外壁，长度为10mm～50cm，内部中空直径为25μm～0.5cm。
进一步的，所述微球座3为圆锥形直通中空结构，采用导电材料或不导电材料制成，圆锥底面半径为3 mm,圆锥高15 mm,圆锥周壁厚度为0.3 mm，圆锥底面厚度为3 mm,圆锥底面有内径为1.3 mm的圆形开口便于与样品引入通道1相连接,圆锥顶部被平行于底面的切面切成开口值径为0.5 mm的圆形切口。
进一步的，所述微球4为中空或实心的球形或类球形结构，采用导电材料或不导电材料制成，直径r < 5 mm。
进一步的，所述引入通道1为PEEK 管，内径为0.3 mm，外径为1.3 mm。
一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置实现电喷雾的方法，包括以下步骤：
S1:低粘度的分析样品直接加到预先装有吸附剂的微柱2中；高粘度的分析样品先与吸附剂混合均匀后再加载到微柱2中；
S2:接通高压电源，高压电源通过高压电线对电喷雾喷头5加上高电压场，电压在-8000~8000V之间；
S3:通过引入通道1将洗脱-喷雾溶剂引入到微柱2，对微柱2中的分析样品进行洗脱，然后洗脱液流到微球座3，穿过微球座3和微球4的缝隙被输送到微球4的表面，发生电喷雾离子化，形成样品离子进入质谱入口通道6，并由质谱仪进行质谱分析。
进一步的，所述低粘度的分析样品包括尿液样品，所述高粘度的分析样品包括血液样品，所述质谱仪包括三重四极杆质谱仪、飞行时间质谱仪、离子阱质谱仪或Orbitrap轨道阱质谱仪。
进一步的，所述洗脱-喷雾溶剂包括酸性、中性或碱性的甲醇-水体系，酸性、中性或碱性的乙腈-水体系，二氯甲烷-异丙醇体系。
进一步的，所述吸附剂包括C18 、HLB、三氧化二铝、氢氧化铝、二氧化钛、二氧化锆或硅藻土。
实施例1
对低粘度尿液样品进行分析，所选择的待测样品溶液为阿米替林溶液，浓度为50ng/mL。
将样品引入通道1为PEEK 管，内径为0.3 mm，外径为1.3 mm，微柱2长度为11mm,内径为2mm，微球座3由碳钢材料制成圆锥形直通中空结构，圆锥底面半径为3 mm,圆锥高15mm,圆锥周壁厚度为0.3 mm，圆锥底面厚度为3 mm,圆锥底面有内径为1.3 mm的圆形开口便于与样品引入通道相连接,圆锥顶部被平行于底面的切面切成开口值径为0.5 mm的圆形切口。微球4为碳化钨实心球体，半径r为0.5 mm，嵌入微球座前端。微球4与质谱入口通道6之间的水平距离d为2 mm，垂直距离h为0 mm。电喷雾喷头5的轴线与质谱入口通道6的轴线之间的夹角α为180°。
利用本发明提供的基于微球的电喷雾质谱装置实现电喷雾质谱分析的方法，包括以下步骤：
A.2mg C18 先装于微柱2中，然后再加4uL尿样，室温干半小时；
B.通过注射泵使甲醇进入液体引入通道1，流速为5 uL/min；
C.接通高压电源，高压电源通过高压电线对电喷雾喷头5加上高压电场，电压为+4000V；
D.当待测样品溶液流到电喷雾喷头5的前端时，发生电喷雾离子化，形成样品离子，进入质谱入口通道6，并由质谱仪进行质谱分析。
如图2所示，MRM通道（278---91）很好的检测到了阿米替林的信号，信号强度为1.41×106。
本实施例1中采用的低粘度样品还包括唾液。
实施例2
对高粘度血浆样品进行分析，阿米替林浓度为20 ng/mL。
质谱仪的离子源为本发明提供的集微柱与微球电喷雾发生器于一体的装置，装置参数与本发明实施例1中的参数相同,只是样品先与吸附剂混合均匀后再装到微柱2中。
利用本发明装置进行实施例2的质谱分析的方法，包括以下步骤：
A.5 uL血样与1mg HLB混合均匀后装到微柱2中；
B.接通高压电源，高压电源通过高压电线对电喷雾喷头5加上高压电场，电压为+4000 V；
C.加入洗脱-喷雾溶剂乙腈，当待测样品溶液流到电喷雾喷头5的前端时，发生电喷雾离子化，形成样品离子，进入质谱入口通道6，并由质谱仪进行质谱分析。
如图3所示，MRM通道（278---91）很好的检测到了阿米替林的信号，其信号强度为4.18×105。
本实施例2中采用的高粘度样品还包括全血和血清。
以上实施例1和实施例2中的吸附剂也可以替换为三氧化二铝、氢氧化铝、二氧化钛、二氧化锆或硅藻土，洗脱-喷雾溶剂还可以是二氯甲烷-异丙醇体系，均能达到良好的检测效果。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置，其特征在于，包括引入通道（1）、微柱（2）和电喷雾喷头（5）；所述电喷雾喷头（5）包括微球座（3）和微球（4），所述微球座（3）为直通中空结构，其末端与微柱（2）相连接，所述微球（4）镶嵌在微球座（3）前端，所述电喷雾喷头（5）的前端朝向质谱入口通道（6），电喷雾喷头（5）的轴线与质谱入口通道（6）的轴线之间的夹角α的范围为90°～270°，所述的电喷雾喷头（5）的前端与质谱入口通道（6）之间的水平距离d为0.5～10 mm，垂直距离h为0～10 mm；
所述电喷雾装置实现电喷雾的步骤为：
S1:低粘度的分析样品直接加到预先装有吸附剂的微柱（2）中；高粘度的分析样品先与吸附剂混合均匀后再加载到微柱（2）中；
S2:接通高压电源，高压电源通过高压电线对电喷雾喷头（5）加上高电压场，电压在-8000~8000V之间；
S3:通过引入通道（1）将洗脱-喷雾溶剂引入到微柱（2），对微柱（2）中的分析样品进行洗脱，然后洗脱液流到微球座（3），穿过微球座（3）和微球（4）的缝隙被输送到微球（4）的表面，发生电喷雾离子化，形成样品离子进入质谱入口通道（6），并由质谱仪进行质谱分析。
2.如权利要求1所述的一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置，其特征在于，还包括高压电源，所述高压电源通过高压电线与电喷雾喷头（5）连接。
3.如权利要求1所述的一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置，其特征在于，所述微柱（2）为导电的金属外壁，长度为10mm～50cm，内部中空直径为25μm～0.5cm。
4.如权利要求1所述的一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置，其特征在于，所述微球座（3）为圆锥形直通中空结构，采用导电材料或不导电材料制成，圆锥底面半径为3 mm,圆锥高15 mm,圆锥周壁厚度为0.3 mm，圆锥底面厚度为3 mm,圆锥底面有内径为1.3 mm的圆形开口便于与引入通道（1）相连接,圆锥顶部被平行于底面的切面切成开口值径为0.5 mm的圆形切口。
5.如权利要求1所述的一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置，其特征在于，所述微球（4）为中空或实心的球形或类球形结构，采用导电材料或不导电材料制成，直径r < 5 mm。
6.如权利要求1所述的一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置，其特征在于，引入通道（1）为PEEK 管，内径为0.3 mm，外径为1.3 mm。
7.如权利要求1～3任意一项所述的一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置用作电喷雾的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1:低粘度的分析样品直接加到预先装有吸附剂的微柱（2）中；高粘度的分析样品先与吸附剂混合均匀后再加载到微柱（2）中；
S2:接通高压电源，高压电源通过高压电线对电喷雾喷头（5）加上高电压场，电压在-8000~8000V之间；
S3:通过引入通道（1）将洗脱-喷雾溶剂引入到微柱（2），对微柱（2）中的分析样品进行洗脱，然后洗脱液流到微球座（3），穿过微球座（3）和微球（4）的缝隙被输送到微球（4）的表面，发生电喷雾离子化，形成样品离子进入质谱入口通道（6），并由质谱仪进行质谱分析。
8.如权利要求7所述的一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置用作电喷雾方法，其特征在于，所述低粘度的分析样品包括尿液和唾液，所述高粘度的分析样品包括血浆、全血和血清，所述质谱仪包括三重四极杆质谱仪、飞行时间质谱仪、离子阱质谱仪或Orbitrap轨道阱质谱仪。
9.如权利要求7所述的一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置用作电喷雾方法，其特征在于，所述洗脱-喷雾溶剂包括酸性、中性或碱性的甲醇-水体系，酸性、中性或碱性的乙腈-水体系，或者二氯甲烷-异丙醇体系。
10.如权利要求7所述的一种集微柱与微球为一体的电喷雾装置用作电喷雾方法，其特征在于，所述吸附剂包括C18 、HLB、三氧化二铝、氢氧化铝、二氧化钛、二氧化锆或硅藻土。
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