CN116391245A - 分段流分析的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了用于分段流分析的系统和方法。更具体地，本公开涉及将液体样品和分段液体引入到输送毛细管中以进行分段流分析，其中液体样品和/或分段液体作为离散液滴被分配到输送毛细管中。

Description

分段流分析的系统和方法

相关美国申请

本申请要求于2020年11月30日提交的第63/119279号美国临时申请的优先权的权益，该美国临时申请的全部内容在此通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及用于利用分段流进行分析的系统和方法。

背景技术

分段流分析是控制样品分散的常用微流体方法，用于诸如质谱法和高效液相色谱法之类的分析技术。在分段流分析期间，通常与载体液体混合的样品被喷射/分配到携带分段液体的连续流的输送毛细管中。不可与捕获液体混溶的分段液体有效地防止了行进通过毛细管的样品液滴的分散和稀释。

分段流加载特别具有挑战性，并且需要大量分段液体。大多数不可混溶的分段液体(通常为氟化烃)的油性本质会导致下游的电离源和质谱仪的污染，特别是当使用nL/min以上的流速时。此外，在某些条件下，样品分散和稀释可以通过防止或减少质谱法、HPLC和其他分析技术的样品基质效应而有利于下游分析。

本文描述了用于分段流分析的新颖系统和方法，其减少了分段液体体积，并允许喷射/分配的样品的受控分散和稀释。

发明内容

本公开总体上提供了分段流分析的系统和方法。在各个方面和实施例中，本公开所提供的分段流的系统和方法可以与通常用于检测、表征、识别、分离和/或纯化样品中的一种或多种分子的任何种类的分析仪器和技术结合使用。

在一个方面中，用于样品的分段流分析的系统可以包括：(a)输送毛细管，用于接收样品和分段液体；(b)液滴分配器，用于向输送毛细管提供样品和分段液体，其中样品和分段液体作为离散液滴被分配到输送毛细管中；以及(c)流体地连接到输送毛细管的导管，该导管向输送毛细管提供捕获液体。

在一些实施例中，提供了一种用于将样品加载到分段流中的系统。该系统可以包括：输送毛细管，用于接收至少一种液体样品和分段液体的流；液滴分配器，用于在输送毛细管的开放端处将该至少一种液体样品分配到分段液体中；以及流体地连接到输送毛细管的导管，该导管向开放端提供分段液体。

在实施例中，分段液体不可与样品和捕获液体混溶(例如，可以基于由极性、疏水性、亲水性、水性、有机性等的(一个或多个)差异引起的不可混溶性进行选择)。示例性的分段液体可以包括例如碳氢化合物(例如，烷烃和环烷烃，诸如例如庚烷、辛烷)和卤化溶剂(例如，全氟萘烷、Novec HFE 7500、Fluorinet 40(FC-40)和全氟辛醇(FC-72))。在一些方面中，捕获液体是甲醇。

在一些方面中，液滴分配器包括声学液滴分配器、重力分配器、静电分配器、压电分配器、机械驱动或气动分配器。

在一些实施例中，该系统还可以包括电离源和/或质谱仪，该电离源在样品和捕获液体被从输送毛细管排出时对样品和捕获液体进行电离，该质谱仪可操作以对所得样品离子进行质量分析。在某些方面中，输送毛细管具有典型的几何结构和尺寸，并且在一些实施例中可以包括约250μm的内径。

在实施例中，喷射的样品液滴的体积可以是约1-10纳升、数十纳升或数百纳升。在一些实施例中，喷射的样品液滴的体积可以在皮升的范围内。在一些实施例中，样品液滴的体积可以是约2.5nL。

本公开还提供了一种用于样品的分段流分析的方法，其中该方法可以包括：(a)将样品喷射到输送毛细管的开放端中；(b)将分段液体喷射到输送毛细管的开放端中，其中样品和分段液体被交替地喷射到输送毛细管中；以及(c)使捕获液体流过输送毛细管，以朝向输送毛细管的样品出口携带样品和分段液体。

在一些实施例中，提供了一种用于样品的分段流分析的方法。该方法可以包括：向输送毛细管的开放端供应分段液体；在开放端处将第一液体样品分配到分段液体中；以及将分段液体和第一液体样品抽取通过输送毛细管以传送到分析设备。

在该方法的实施例中，分段液体不可与样品和捕获液体混溶。在该方法的实施例中，一些示例性分段液体包括全氟萘烷、Novec HFE 7500、Fluorinet 40(FC-40)和全氟辛醇(FC-72)。在该方法的一些方面中，捕获液体是甲醇。

在一些实施例中，可以通过使用声学液滴喷射器(ADE)进行非接触式液滴加载来执行分配。在一些实施例中，样品和分段液体各自作为一个或多个离散液滴被分开地喷射。

在一些实施例中，该方法还可以包括将多种不同的样品喷射到输送毛细管的开放端中，并且在每种样品之间交替地喷射分段液体。

在一些方面中，该方法还包括电离在输送毛细管中携带的样品，其中电离方法可以是电子碰撞电离(EI)、快速原子轰击(FAB)、电喷雾电离(ESI)、大气压化学电离(APCI)或基质辅助激光解吸电离(MALDI)。在一些进一步的实施例中，该方法包括ESI。

在一些方面中，该方法还包括对样品执行质谱法。

在一些方面中，该方法还包括使输送毛细管的内部与包括润湿剂的动态或永久表面涂层接触，该润湿剂增加了毛细管表面与分段液体之间的接触相互作用。在包括氟化分段液体的实施例中，表面涂层可包括衍生剂，诸如例如三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷。

在一些方面中，该方法还包括调节捕获液体的体积以控制行进通过输送毛细管的样品的分散和稀释。

附图说明

图1图示了使用分段液体的连续流的分段流分析。

图2图示了行进通过输送毛细管的样品液滴的分散。

图3图示了根据本公开的一些方面的分段流分析。

图4A和图4B比较了作为样品液滴和分段液体液滴之间的距离的函数的样品液滴的分散。

图5图示了根据本公开的一些方面的用于质谱法的分段流系统。

图6A和图6B图示了根据本公开的一些方面的多种样品的分段流分析。

图7A图示了OPI的采样端的同轴几何结构。

图7B图示了OPI的采样端的共线几何结构。

图7C图示了OPI的采样端的锐角几何结构。

图7D图示了OPI的采样端的横向几何结构。

图8A-图8B图示了根据本公开的一些示例方面和实施例的开放端口接口(OPI)采样接口和声学液滴喷射(ADE)设备。

具体实施方式

本文描述了将样品以及液体或溶剂加载到用于分段流分析的装置中的系统和方法。本文中使用的“分段流分析”、“分段流传送”或“SFA”是指将样品引入到具有第一功能的第一装置的输送管道、毛细管或(一个或多个)盘管中，其中样品作为离散或断开的段被输送和传送至具有第二功能的第二装置。本文所述的方法可以涉及将多种不同的液体样品和不可与液体样品的捕获液体混溶的分段液体的独立液滴喷射到输送或捕获液体的连续流中，使得每种液体样品被一滴或一定体积的分段液体分隔开。每种液体样品可以作为一个或多个离散液滴被喷射，以构成喷射到捕获液体中并通过一定体积的分段液体与其他液体样品分隔开的一定体积的液体样品。

如本文所讨论的，可以基于分段液体与液体样品和捕获液体的不可混溶性来选择合适的分段液体。在一些实施例中，可以基于由分段液体和/或液体样品与捕获液体之间的极性、疏水性、亲水性、水性组分、有机组分等的(一个或多个)差异引起的不可混溶性来进行分段液体选择。在包括极性(即，水性)液体样品和可与该液体样品混溶的捕获液体的实施例中，示例性分段液体可以包括碳氢化合物(例如，烷烃和环烷烃，诸如例如庚烷、辛烷)和卤化溶剂(例如，全氟萘烷、Novec HFE 7500、Fluorinet 40(FC-40)和全氟辛醇(FC-72))。在一些方面中，捕获液体可以包括低级醇(例如，C1-C3醇，诸如甲醇或乙醇)。

在一些进一步的实施例中，可以基于分段液体与耦合于本文公开的分段流系统的任何(一个或多个)分析设备的兼容性来选择分段液体。例如，在这样的实施例中，所选择的分析设备/技术可对一种或多种可用的分段液体“视而不见”，并且可以基于分段液体在被传送到分析仪器以供分析时产生很少信号到不产生信号的能力来选择分段液体(例如，分段液体被选择为在给定波长内很少吸收到不吸收、不电离/离子不可检测等)。

根据本公开的方面和实施例，可以使用任何种类的输送管道、毛细管或盘管。在一些实施例中，可以基于并入或结合本文公开的方法和系统的规模、(一个或多个)应用和/或(一种或多种)技术来选择管道、毛细管或盘管。一些实施例包括毛细管(即，“输送毛细管”)，该毛细管包括本领域技术人员通常已知和可用的尺寸和材料。在一些实施例中，毛细管的内径为从约50μm至约500μm(例如，约60、70、80、90、100、125、150、175、200、225、250、275、300、325、350、375、400、425、450、475或约500μm)，或从约50-250μm，或从约100-250μm。

在一些实施例中，毛细管材料包括不锈钢、玻璃、熔融石英或本领域已知的聚合物(例如塑料、PEEK等)。根据本公开的各种方面和实施例，分段液体和输送毛细管的内壁之间的充分接触和相互作用(例如可润湿性)可以帮助确保实现充分的分段流。在一些实施例中，该系统和方法可以包括使输送毛细管的内部与包括润湿剂的动态或永久表面涂层接触，该润湿剂增加了毛细管表面和分段液体之间的接触相互作用。根据这些实施例，任何合适的润湿剂或衍生剂可以被使用，并且可以基于毛细管、管道或盘管材料及其可以包括的任何现有表面改性、和/或分段液体(例如，氟化分段液体)来选择。在包括氟化分段液体的一些实施例中，表面涂层可以包括增强内表面和氟化分段液体之间的可润湿性的衍生剂，诸如例如三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷。

用于将样品和/或分段液体的液滴喷射或传送(即，经由液滴分配器)到输送毛细管的方法、装备和部件可以包括各种液滴分配器，包括例如声学液滴喷射器(即，ADE)或分配器、重力分配器、静电分配器、压电分配器、机械驱动分配器、和气动分配器等。在一些实施例中，重力分配器可用于分配更大的样品体积(例如≥1μL)。在其他实施例中，静电、压电、机械驱动或气动分配器可用于分配较小的样品体积(例如，≥1nL、1.0nL-100nL等)。示例性气动分配器包括例如即时按需滴加技术(I-DOT；Dispendix)。

根据本文描述的方面和实施例，液滴分配器和输送毛细管可以包括允许将液体样品液滴和/或分段液体传送到输送毛细管的任何合适的布置和定向。在一些实施例中，液滴分配器可以以大约180度的角度与输送毛细管(例如，输送毛细管的开放端)相对地定向(即，上方或下方、左侧或右侧等)。在一些实施例中，液滴分配器和输送毛细管可以以大致彼此相邻的定向(例如以范围从约20-160度的角度)布置。在其他实施例中，液滴分配器和输送毛细管可以经由例如从分配器到输送毛细管的集成连接而直接流体连通。

根据一些方面和实施例，该系统和方法可以包括声学液滴分配器，该声学液滴分配器分配来自样品源(诸如微量滴定板)的液体样品，并传送液体样品以用于SFA。在这样的实施例以及提供液体样品的非接触式液滴传送的其他实施例中，该方法和系统可使用低样品体积来操作，并且消除了对高压泵和喷射器阀的需要。这些实施例进一步减少了液体样品遗留和样品之间污染的可能性，并且可以将分配和传送与任何后续和分析过程分开。如本文所使用的，“非接触式液滴加载”或“非接触式样品传送”是指将液体样品从样品源直接传送到输送毛细管而不使用与样品接触的中间设备，诸如移液管、管道或喷射器泵。示例性液滴发生器包括：压电PolyPico分配头(PolyPico技术有限公司)，其分配低样品体积(20-120pL)；以及Labcyte

其能够声学地分配体积在nL量级的液滴。在一些特定实施例中，该方法和系统可包括Sciex/>

MS系统，其可操作以将nL范围内的液滴直接分配到开放端口接口(OPI)和以从100-1000μL/min流动的捕获液体中。OPI和输送毛细管可将包括液体样品和分段液体的分段流传送到常规电喷雾离子源以供质量分析。

在另一方面，本公开涉及将液体样品分段流传送到用于化学分析的其他类型的辅助设备和系统，诸如液相色谱系统(例如，高效液相色谱法(HPLC))、电泳、GC-MS、ICP-MS、UV-Vis或其他分析系统和技术。

SFA可用于防止或减少喷射样品在行进通过毛细管时的散布或分散和稀释。如图1所示，在实施例中，样品液滴10从样品孔50喷射到输送毛细管20的开放端的捕获区域中，输送毛细管20流体地连接到容纳在供应导管40中的分段液体30的连续流。不可与样品液滴10的溶剂或液体载体混溶的分段液体30防止了液滴行进通过毛细管时的分散和稀释。这样的配置对于保持样品浓度、促进分析设备的转移毛细管中的紧密样品堆积以及对于利用亚nL/min流速的分析设备是有利的。

然而，在某些条件下，样品分散和稀释(图2图示了样品液滴60在捕获液体70中的分散)可以有利于下游分析，并且图1的配置不是理想的。例如，样品分散和稀释可用于防止、消除或减少质谱法、HPLC和其他分析技术的样品基质效应，并避免样品制备瓶颈。如本文所使用的，“样品基质效应”是指由于目标样品中存在非预期或污染性分析物或其他干扰物质而导致的在目标样品响应中的直接或间接的改变或干扰。此外，取决于毛细管的几何结构，没有分散的分段流导致流速对于下游分析来说太快(例如，对于质谱检测来说，样品洗脱太快)。

本文公开的系统和方法可用于控制、调制或操纵所捕获样品的分散和稀释。受控分散和稀释的优点是消除或减少样品基质效应。在替代的SFA实施例中，如图3所示，该系统可操作以选择性地将样品液滴110和分段液体120的液滴喷射到毛细管130中，毛细管130流体地连接到容纳在供应导管150中的捕获液体140。可以通过液滴喷射设备170(诸如声学液滴分配器)实现从(一个或多个)样品孔160的液滴喷射或非接触式液滴加载。样品液滴110和分段液体120的液滴被喷射到输送毛细管的开放端处的捕获区域中，使得每次样品液滴喷射被分段液体的液滴分隔开。结果是在输送毛细管130中各自通过分段液体塞(plug)120a彼此物理地分隔开的样品液滴稀释品110a或“塞”的序列。分段液体塞120a不再是输送毛细管130内的液滴的形式，而是通常在每个样品液滴稀释品塞110a之间限定屏障。本公开的合适的分段液体120不可与样品液滴110的溶剂或液体载体(例如水)混溶，并且包括但不限于氟化的分段液体，诸如全氟萘烷、Novec HFE 7500、Fluorinet 40(FC-40)和全氟辛醇(FC-72)。分段液体120类似地不可与捕获液体140(例如甲醇)混溶。在一些实施例中，甲醇的流速约为300μL/min。

除了受控分散和稀释之外，图3的分段流优于图1的分段流之处还在于其减少了传送到下游电离源的分段液体的体积。取决于分段液体的特性，大的体积会导致下游电离源和质谱仪的污染，尤其是在较高(例如大于纳喷雾)的流速。图3所示的系统可以经由减少的分段液体体积来避免或至少最小化下游污染。

图4A和图4B图示了样品液滴塞的分散体积和稀释是样品液滴与分段液体液滴之间的距离的函数。如图4A所示，紧密的分段流(即，样品液滴稀释品210a-210c和分段液体液滴220a-220c在毛细管230中更靠近在一起)由此防止或减少样品液滴稀释品在随捕获液体240行进通过输送毛细管时的分散。替代地，如图4B所示，松散的分段流(即，样品液滴稀释品310a、310b和分段液体液滴320a、320b在毛细管330中进一步间隔开)允许行进通过捕获液体340的样品液滴在传送到电离源之前的受控分散和稀释。例如，液体液滴稀释品310b示出了当其行进通过毛细管330时的受控样品分散(由分段液体液滴320a、320b界定的延伸周界所指示)。

在一些实施例中，该方法可适于提供液滴序列或模式，例如，包括可被检测的分段液体液滴、液体样品液滴和/或捕获流体的序列或模式。在这样的实施例中，可以使用序列或模式来识别正被检测的SFA的一个或多个特征，诸如例如液体样品液滴之间或者两种或更多种液体样品液滴的混合物之间的转变、液滴传送到捕获液体的定时、捕获液体流速的调节、液体样品和/或分段流体液滴大小和/或模式的调节等。序列或模式可以通过可检测信号或不存在可检测信号来识别，这两种方式中的任一种方式都具有允许其特异性识别的特征“签名”模式。与这种类型的“条形码”模式辨识相关的此类实施例可以允许实验设置的变化，而无需基于样品的消耗重新校准设置。

引入样品之间的分段液体的体积应足以跨越转移毛细管的内径，并在输送至电离源期间保持连续边界。例如，内径为250μm的转移毛细管需要约8–10nL的最小分段液体体积，以提供样品之间的一致分段。如本文所述，分段液体以有效提供样品液滴和/或捕获流体之间在特定毛细管的整个直径上的完全分离的量被传送到输送毛细管(或管道、盘管等)。分段液体和毛细管(或管道、盘管等)的内表面之间的相互作用可以使用本文公开的和可在本领域中已知的表面改性技术来增强。

为了控制或调制所喷射样品的分散和稀释，可以变化和操纵分段液滴之间的捕获液体的体积。通常，在捕获液体是溶剂的情况下，样品的分散和稀释可随溶剂类型、转移毛细管内的速度梯度或湍流、转移距离等而变化。在一些实施例中，可以通过提供较少的湍流和减少转移距离来缓和样品分散和稀释。

当从微量滴定板喷射样品和分段液体时，可以通过喷射器或分配器可在样品孔和分段液体孔之间行进的速率来限定样品液滴稀释品和限界分段液体液滴之间的间隔。在一些实施例中，从样品液滴和分段液滴它们相应的孔分配样品液滴和分段液滴的时间可以在微秒或秒的量级，例如从大约1-1000ms或更多。出于图示的目的，图4描绘了根据本公开的实施例的示例，该示例包括约300ms的分配时间(在图4A中示为“A”)，从而使得分段时间或分段液滴之间的估计峰宽(在图4B中示为“B”)为300ms。

如本文所讨论的，液体样品液滴大小可以类似于分段液体液滴大小而变化。多个样品液滴或分段液体液滴可被快速喷射，以构成捕获液体中捕获的较大体积。在一些示例实施例中，样品液滴体积在皮升的范围内。在一些示例性实施例中，样品液滴体积为从约1.0nL至约10.0nL，并且可以根据输送毛细管大小而变化。在一些实施例中，样品液滴可为约2.5nL，其在内径为250μm的转移毛细管中所得半径为约168μm。在一些实施例中，可以控制液体样品液滴分散。例如，液体样品液滴分散可随着分段时间增加而增加，这可导致并被观察为分段液体的不同区域之间的样品分散。

图5图示了用于质谱法的分段流系统的实施例，该系统包括用于将样品液滴410和分段液体(液滴未示出)非接触式液滴加载(NCDL)到输送毛细管420中的声学液滴分配器400。捕获液体430经由喷射器或泵440被引入到供应导管450中。捕获液体430将样品液滴410和分段液体液滴输送到毛细管420中。样品液滴410随后被传送到电离区460，在那里电离源470产生电离蒸汽480，电离蒸汽480被传送到下游的质谱仪用于分析。虽然图5描绘了用于样品电离的电喷雾电离(ESI)，但应理解，其他电离方法也适于与本文所述的系统一起使用，并且包括电子碰撞电离(EI)、快速原子轰击(FAB)、大气压化学电离(APCI)和基质辅助激光解吸电离(MALDI)。

在另一方面，本文所述的系统和方法可用于在分段液体体积之间喷射多于一个样品体积。如图6A和图6B所示，样品体积稀释品510a、510b、512和514(每个代表唯一的样品身份)被顺序地喷射到毛细管530中。样品体积稀释品510b、512和514共同设置在分段液体体积520a、520b之间(图6A)。样品体积稀释品在行进通过毛细管530时可以分散、稀释和混合(如图6B中稀释的样品体积510b’、514’和512’的共同分散所示)。在一些方面，样品液滴稀释品可以包括允许在SFA期间在线反应的反应物。分段液体体积520a、520b对反应空间限界，在该反应空间中样品体积稀释品510b、512和514被分离并且可以在不与后续样品体积稀释品(诸如样品体积稀释品510a)搀和的情况下混合和反应。由于分段液体体积限制了分散的程度，在传送到电离源之前如果有用则可以增加流速和/或毛细管长度以增加反应时间。

图7A-图7D示出了OPI的采样端的不同几何结构配置。这些实施例还图示了替代的布置，其中采样探头的开放端被定向为面向上以接收从上方传送的喷射体积/液滴。如上所述，采样探头可以在各种各样的方向上定向，包括本说明书中提供的两个示例。在一些优选方面，本文公开的系统和方法使用同轴几何结构(图7A)用于样品加载。

在另一方面，本公开涉及用于将样品的分段流传送到用于化学分析的辅助装置(诸如高效液相色谱法(HPLC)、光学检测器或质谱法)的系统。在特定方面，本文所公开的系统将分段的样品传送到电离源以用于随后的质谱法。这样的系统可以与开放端口样品接口(OPSI或OPI)耦合或集成到其中，如通过引用整体并入本文的US9,632,066中所公开的。在一些实施例中，OPI是连续流的开放接口，用于将样品转移到毛细管溶剂流束中，以用于随后的稀释和转移到离子源以进行电离和随后的质谱分析。在一些实施例中，该系统可以耦合到

(SCIEX)用于声学喷射质谱法。/>

使用OPSI/OPI从微量滴定板的单独孔捕获低体积(例如nL)的声学产生的样品液滴，并将其转移到电离源以进行质谱法。例如，在整体并入本文的WO2019/104235中描述了一种示例性AEMS系统。

根据本公开，图8A中图示了可用于所公开的方法和构成的方面和示例实施例中的代表性系统。与本文所引用的所有附图一样，其中相似的部分由相似附图标记引用，图8A没有按比例绘制，并且为了清楚呈现而将某些尺寸夸大了。在图8A中，液滴分配器被呈现为声学液滴分配器或声学液滴喷射(ADE)设备，总体上以11示出，液滴分配器将液滴49喷射朝向总体上以51指示的连续流采样探头(其在本文中也可以被称为开放端口接口(OPI))并进入采样探头的采样尖端53处的开放端。采样探头可以以各种各样的配置定向，包括使开放端捕获区域面向下(如图1至图6B所示)、面向上(如图7A至图7D所示)、面向侧面，或上述的一些组合。

声学液滴喷射设备11包括至少一个储存器，其中第一储存器以13示出，而第二储存器31可选。在一些实施例中，可以提供另外多个储存器。每个储存器被配置为容纳具有流体表面的流体样品，例如具有分别用17和19指示的流体表面的第一流体样品14和第二流体样品16。当使用多于一个储存器时，如图8A所示，储存器优选地既基本上相同又基本上在声学上不可区分，尽管不要求有相同的构造。

ADE包括声学喷射器33，声学喷射器33包括声学辐射发生器35和聚焦元件37以用于聚焦在流体样品内靠近流体表面的焦点47处产生的声学辐射。如图8A所示，聚焦元件37可以包括单个实心件，该单个实心件具有用于聚焦声学辐射的凹表面39，但是聚焦元件37也可以用如下所讨论的其它方式构造。因此，声学喷射器33适于产生和聚焦声学辐射，以便当分别声学地耦合到储存器13和15从而声学地耦合到流体14和16时，从流体表面17和19中的每一个喷射流体液滴。声学辐射发生器35和聚焦元件37可以用作由单个控制器控制的单个单元，或者它们可以被独立地控制，这取决于设备的期望性能。

声学液滴喷射器33可以与每个储存器的外表面直接接触或间接接触。对于直接接触，为了将喷射器声学地耦合到储存器，优选的是直接接触是完全共形的，以确保有效的声学能量转移。也就是说，喷射器和储存器应具有适于配合接触的对应表面。因此，如果通过聚焦部件在喷射器和储存器之间实现声学耦合，则期望储存器具有对应于聚焦部件的表面轮廓的外表面。没有共形接触的话，声学能量转移的效率和精度可能会受到损害。此外，由于许多聚焦部件具有弯曲表面，因此直接接触方法可能需要使用具有特别形成的反表面的储存器。

最佳地，如图8A所示，通过间接接触在喷射器和每个储存器之间实现声学耦合。在图中，声学耦合介质41被放置在喷射器33和储存器13的基底25之间，其中喷射器和储存器彼此相距预定距离而定位。声学耦合介质可以是声学耦合流体，优选地是与声学聚焦部件37和储存器的下侧二者都共形接触的声学均匀材料。此外，重要的是要确保流体介质基本上没有与流体介质本身具有不同声学特性的材料。如图所示，第一储存器13声学耦合到声学聚焦部件37，使得由声学辐射发生器产生的声波被聚焦部件37引导到声学耦合介质41中，然后声学耦合介质将声学辐射传输到储存器13中。

在操作中，如图8A所示，设备的储存器13和可选的储存器15分别填充有第一流体样品14和第二流体样品16。声学喷射器33位于储存器13的正下方，其中通过声学耦合介质41在喷射器和储存器之间提供声学耦合。最初，声学喷射器直接位于OPI 51的采样尖端53的下方，使得采样尖端面向储存器13中的流体样品14的表面17。一旦喷射器33和储存器13在采样尖端53下方正确对准，声学辐射发生器35就被激活以产生声学辐射，该声学辐射被聚焦部件37引导到第一储存器的流体表面17附近的焦点47。作为结果，液滴49从流体表面17喷射到捕获区域中，朝向并进入OPI 51的采样尖端53的开放端处的液体边界50，在那里液滴49与流探头53中的捕获液体结合。在一些实施例中，捕获液体可以是用于与捕获的样品结合以产生分析物-溶剂稀释品的溶剂，该分析物-溶剂稀释品可被传送到分析设备。采样尖端53处的液体边界50的轮廓可以从延伸超过采样尖端53变化为向内突入到OPI 51中，这取决于与向开放端供应捕获流体相比从开放端对流体进行的相对抽吸。在多储存器系统中，例如多孔板或管架等储存器单元(未示出)然后可以相对于声学喷射器重新定位，使得另一储存器与喷射器对准，并且可以喷射下一种流体样品的液滴。流探头中的捕获液体连续地循环通过探头，从而最小化甚至消除了液滴喷射事件之间的“遗留”。流体样品14和16是期望转移到分析仪器的任何流体的样品，其中术语“流体”如本文前面所定义。

OPI 51的结构也在图8A中示出。如可在图8A中看到的，OPI 51的采样尖端53与储存器13中的流体表面17间隔开，其间具有间隙55。间隙55可以是空气间隙或惰性气体的间隙，或者可以包括一些其他气态材料；不存在将采样尖端53连接到储存器13中的流体14的液桥。OPI 51包括用于从捕获液体源接收捕获液体的捕获液体入口57和用于将捕获液体流从捕获液体入口57输送到采样尖端53的捕获液体输送毛细管59，在采样尖端53处含有分析物的流体样品14的喷射液滴49与捕获液体结合。在捕获液体包括溶剂的实施例中，产生分析物-溶剂稀释品。捕获液体泵(未示出)可操作地连接到捕获液体入口57并与捕获液体入口57流体连通，以便控制进入捕获液体输送毛细管的捕获液体流的速率，从而也控制捕获液体输送毛细管59内的捕获液体流的速率。

OPI 51内的流体流通过由内部毛细管管道73提供的样品输送毛细管61而朝向输送毛细管61的样品出口63携带样品或分析物-溶剂稀释品，以用于随后转移到分析仪器。可以提供采样泵(未示出)，该采样泵可操作地连接到样品输送毛细管61并与样品输送毛细管61流体连通，以控制来自出口63的输出速率。在优选实施例中，正排量泵(例如蠕动泵)被用作捕获液体泵，并且，代替采样泵而使用抽吸雾化系统，以使得当样品或分析物-溶剂稀释品溢出样品出口63的外部时，通过由从雾化气体源65经由气体入口67(在图8A中以简化形式示出，因为在这个范围抽吸雾化器的特征在本领域中是众所周知的)引入的雾化气体的流所引起的文丘里效应而将样品或分析物-溶剂稀释品抽取出样品出口63。然后，通过当雾化气体经过样品出口63并与离开样品输送毛细管61的流体结合时产生的压降，将捕获液体向上抽取通过样品输送毛细管61。气体压强调节器用于控制经由气体入口67进入系统的气体流的速率。在优选的方式中，雾化气体在样品出口63处或附近以鞘流型方式溢出样品输送毛细管61的外部，从而当捕获液体流过样品出口63以一经与雾化气体混合就在样品出口处引起抽吸时将捕获液体抽取通过样品输送毛细管61。

捕获液体输送毛细管59和样品输送毛细管61由外部毛细管管道71和大致同轴设置在其中的内部毛细管管道73提供，其中内部毛细管管道73限定样品输送毛细管，并且内部毛细管管道73和外部毛细管管道71之间的环形空间限定捕获液体输送毛细管59。

该系统还可以包括耦合到外部毛细管管道71和内部毛细管管道73的调节器75。调节器75可适于将外部毛细管管道尖端77和内部毛细管管道尖端79相对于彼此纵向移动。调节器75可以是能够相对于内部毛细管管道73移动外部毛细管管道71的任何设备。示例性调节器75可以是电机，包括但不限于电动机(例如，AC电机、DC电机、静电电机、伺服电机等)、液压电机、气动电机、平移台及其组合。如本文所使用的，“纵向”是指沿探头51的长度延伸的轴线，并且内部毛细管管道73和外部毛细管管道71可以围绕探头51的纵向轴线同轴地布置，如图8所示。

此外，如图8A所示，OPI 51通常可固定在近似圆柱形的保持器81内，以实现稳定性和易于操作。

图8B示意性地描绘了根据本公开的各个方面的用于对在OPI 51的开放端内接收的分析物进行电离和质量分析的示例性系统110的实施例，该系统110包括声学液滴喷射设备11，该声学液滴喷射设备11被配置为将液滴49从储存器喷射到OPI 51的开放端。如图8B所示，示例性系统110总体上包括与雾化器辅助离子源160流体连通的OPI 51以及与电离室112流体连通的质量分析器170，OPI 51用于将包含一种或多种样品分析物的液体排放(例如经由电喷雾电极164)到电离室112中，质量分析器170用于对由离子源160产生的离子进行下游处理和/或检测。流体处理系统140(例如，包括一个或多个泵143和一个或多个导管)提供从捕获液体储存器150到OPI 51以及从OPI 51到离子源160的液体流。例如，如图8B所示，捕获液体储存器150(例如，包含液体、解吸溶剂)可以经由供应导管而流体地耦合到OPI51，液体可以被泵143(例如，往复泵，正排量泵诸如旋转泵、齿轮泵、柱塞泵、活塞泵、蠕动泵、隔膜泵，或其他泵诸如重力泵、脉冲泵、气动泵、电动泵和离心泵)以选定的体积速率传送通过供应导管，所有这些都是非限制性示例。如下面详细讨论的，液体流入和流出OPI 51发生在开放端处可访问的样品空间内，使得一个或多个液滴可以在样品尖端53处被引入液体边界50，并随后被传送到离子源160。如图所示，系统110包括声学液滴喷射设备11，其被配置为产生声学能量，该声学能量被施加到用储存器(如图8A所描绘)容纳的液体，这导致一个或多个液滴49从储存器喷射到OPI 51的开放端中。控制器180可以可操作地耦合到声学液滴喷射设备11，并且可以被配置为操作声学液滴喷射设备11的任何方面(例如，聚焦部件、声学辐射发生器、用于将一个或多个储存器定位成与声学辐射发生器对准的自动化部件等)，以便将液滴喷射到OPI 51中或以本文通过非限制性示例进行讨论的基本上连续地或针对实验协议的选定部分的其他方式喷射。

如图8B所示，示例性离子源160可以包括加压气体(例如氮气、空气或惰性气体)源65，其供应高速雾化气体流，该高速雾化气体流围绕电喷雾电极164的样品出口并与从样品出口排出的流体相互作用以增强样品羽流的形成和羽流内的离子释放以用于由114b和116b进行采样，例如，经由高速雾化流和液体样品(例如分析物-溶剂稀释品)射流的相互作用。雾化器气体可以以各种流速供应，例如，在约0.1L/min至约20L/min的范围内，这也可以在控制器180的影响下受到控制(例如，经由打开和/或关闭阀163)。根据本公开的各个方面，将认识到可以调节雾化器气体的流速(例如在控制器180的影响下)，使得OPI 51内的液体的流速可以基于例如由在分析物-溶剂稀释品被从电喷雾电极164排出时(例如，由于文丘里效应)雾化器气体和分析物-溶剂稀释品的相互作用产生的吸力/抽吸力来调节。

在所描绘的实施例中，电离室112可以保持在大气压，尽管在一些实施例中电离室112可被抽真空至低于大气压的压强。当分析物-溶剂稀释品被从电喷雾电极164排出时，分析物可在电离室112内被电离，电离室112通过具有幕板孔114b的板114a与气幕室114分开。如图所示，容纳质量分析器170的真空室116通过具有真空室采样孔口116b的板116a与幕室114分开。通过经一个或多个真空泵端口118抽真空，幕室114和真空室116可以保持在选定的(一个或多个)压强(例如，相同或不同的亚大气压，低于电离室的压强)。

本领域技术人员还将认识到，并且根据本文的指导，质量分析器170可以具有各种各样的配置。总体上，质量分析器170被配置为处理(例如，过滤、分类、解离、检测等)由离子源160产生的样品离子。作为非限制性示例，质量分析器170可以是三重四极质谱仪，或本领域已知的并根据本文教导修改的任何其他质量分析器。可以根据本文公开的系统、设备和方法的各个方面修改的其他非限制性示例性质谱仪系统可以在例如以下中找到：由JamesW.Hager和J.C.Yves Le Blanc撰写并发表于《质谱快讯》(2003；17:1056-1064)的标题为“使用Q-q-Q线性离子阱(Q

)质谱仪进行产物离子扫描”的文章、以及标题为“用于质谱仪的碰撞室”的第7,923,681号美国专利，这些通过引用整体并入本文中。其他配置，包括但不限于本文所述的配置和本领域技术人员已知的其他配置，也可以与本文所公开的系统、设备和方法结合使用。例如，其他合适的质谱仪包括单重四极、三重四极、ToF、阱和混合分析仪。还将理解，系统110中可以包括任何数量的附加元件，包括例如离子迁移率谱仪(例如差分迁移率谱仪)，其设置在电离室112和质量分析器170之间并被配置为基于离子在高场和低场中通过漂移气体的迁移率而不是离子的质荷比来分离离子。此外，将理解，质量分析器170可以包括检测器，该检测器可以检测通过分析器170的离子，并且可以例如供应指示每秒检测到的离子数量的信号。

示例

示例1

表1比较了喷射到内径为250μm或127μm的毛细管中的2.5nL样品液滴的流速和洗脱时间。样品被喷射到分段液体的连续(即非离散)流中。

表1：喷射到分段液体的连续流中的样品液滴的流速

示例2

表2比较了喷射到内径为250μm的毛细管中的各种样品体积的稀释因数。值基于250μL/min的甲醇流速和分段液滴之间的600ms间隔。

表2：基于样品体积的样品液滴的稀释因数

现在以这样充分、清楚、简洁和准确的术语描述了当前描述的技术，以使其所属领域的任何技术人员能够实践该技术。要理解，前面描述了本技术的优选方面，并且可以在不脱离所附权利要求中阐述的本发明的精神或范围的情况下对其进行修改。

Claims (28)

1.一种用于将样品加载到分段流中的系统，所述系统包括：

a)输送毛细管，所述输送毛细管具有用于接收至少一种液体样品和分段液体的开放端；

b)液滴分配器，所述液滴分配器用于将所述至少一种液体样品和所述分段液体分开地分配到所述开放端，其中所述至少一种液体样品和所述分段液体作为离散液滴被交替地分配到所述开放端中；以及

c)流体地连接到所述输送毛细管的导管，所述导管向所述输送毛细管的所述开放端提供捕获液体。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述分段液体不可与所述至少一种液体样品和所述捕获液体混溶。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中所述分段液体选自包括下列项的组：全氟萘烷、Novec HFE 7500、Fluorinet 40(FC-40)和全氟辛醇(FC-72)。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的系统，其中所述液滴分配器选自包括下列项的组：声学液滴喷射器、重力分配器、机械驱动、静电分配器、压电分配器和气动分配器。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的系统，其中所述液滴分配器是声学液滴喷射器。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的系统，其中所述捕获液体是甲醇。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的系统，还包括：

电离源，所述电离源电离在所述输送毛细管中携带的所述至少一种液体样品。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的系统，还包括：

质谱仪。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的系统，其中所述输送毛细管的内径为250μm。

10.根据权利要求1至9中任一项所述的系统，其中所分配的液体样品液滴的体积在约1至10nL的范围内。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的系统，其中所述输送毛细管的开放端被定向为面向下，并且其中所述液滴分配器可操作以将样品液滴向上喷射到所述开放端中。

12.一种用于样品的分段流分析的方法，所述方法包括：

a)将第一液体样品分配到输送毛细管的开放端中；

b)将分段液体分配到所述输送毛细管的所述开放端中，

其中所述第一液体样品和所述分段液体作为离散液滴被交替地分配到所述开放端中；以及

c)使捕获液体流过所述输送毛细管，以将所述第一液体样品和所述分段液体朝向所述输送毛细管的样品出口输送。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述分段液体不可与所述第一液体样品和所述捕获液体混溶。

14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其中所述分段液体选自包括下列项的组：全氟萘烷、Novec HFE 7500、Fluorinet 40(FC-40)和全氟辛醇(FC-72)。

15.根据权利要求12至14中任一项所述的方法，其中步骤a)包括经由声学液滴喷射器对所述第一液体样品和所述分段液体进行非接触式液滴加载。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的方法，其中所述捕获液体是甲醇。

17.根据权利要求12至16中任一项所述的方法，还包括：

电离在所述输送毛细管中携带的所述第一液体样品。

18.根据权利要求17所述的方法，其中电离包括选自包括下列项的组的电离方法：电子碰撞电离(EI)、快速原子轰击(FAB)、电喷雾电离(ESI)、大气压化学电离(APCI)和基质辅助激光解吸电离(MALDI)。

19.根据权利要求12至18中任一项所述的方法，还包括：

对所述第一液体样品执行质谱法。

20.根据权利要求12至19中任一项所述的方法，还包括：

在所述输送毛细管的内表面上用包括润湿剂的动态或永久涂层处理所述输送毛细管。

21.根据权利要求20所述的方法，其中所述涂层包括三氯(1H,1H,2H,2H-全氟辛基)硅烷。

22.根据权利要求12至21中任一项所述的方法，还包括：

调节所述捕获液体的体积以控制行进通过所述输送毛细管的所述第一液体样品的分散和稀释。

23.根据权利要求12至21中任一项所述的方法，其中a)还包括将第二液体样品分配到输送毛细管的所述开放端中。

24.根据权利要求23所述的方法，其中所述第二液体样品在所述第一液体样品之后并且在所述分段液体之前被分配。

25.根据权利要求24所述的方法，还包括使所述第一液体样品与所述第二液体样品反应。

26.根据权利要求23所述的方法，其中所述第二液体样品在所述第一液体样品和所述分段液体之后被分配。

27.一种用于将样品加载到分段流中的系统，所述系统包括：

a)输送毛细管，所述输送毛细管用于接收至少一种液体样品和分段液体的流；

a)液滴分配器，所述液滴分配器用于在所述输送毛细管的开放端处将所述至少一种液体样品分配到所述分段液体中；以及

c)流体地连接到所述输送毛细管的导管，所述导管向所述开放端提供所述分段液体。

28.一种用于样品的分段流分析的方法，所述方法包括：

a)向输送毛细管的开放端供应分段液体；

b)在所述开放端处将第一液体样品分配到所述分段液体中；以及

c)将所述分段液体和所述第一液体样品抽取通过所述输送毛细管以传送到分析设备。

Images