CN117581329A - 在用于质谱分析的直接采样接口内执行反应的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本文提供将液体样品传送至离子源以产生离子并随后通过质谱分析的方法和系统。根据本教导的各方面，提供基于MS的系统和方法，其中在将一种或多种试剂添加至采样探针的排空开放端中期间，可以选择性地停止溶剂的流进入流体地耦合到离子源的开放端口采样探针。当重启溶剂的流时，试剂和/或反应产物可被传送至离子源。在一方面中，提供化学分析的方法，该方法包括将第一溶剂的流从溶剂导管经采样探针的采样空间引导至离子源，其中采样空间至少部分地由采样探针的开放端限定。可在第一持续时间内终止第一溶剂的流从溶剂导管进入采样空间，并排空采样空间。然后可以在第一持续时间期间通过开放端将第二溶剂和一种或多种反应物添加至排空的采样空间中。此后，可再次将第一溶剂的流从溶剂导管经由采样空间引导至离子源，使得将第二溶剂传送至离子源，并且使得包含在第二溶剂内的由所述一种或多种反应物产生的一种或多种反应产物可被电离用于质谱分析。

Description

在用于质谱分析的直接采样接口内执行反应的方法和系统

技术领域

本教导一般地涉及质谱，并且更具体地，涉及用于质谱系统和方法的采样接口。

背景技术

质谱(MS)是一种利用定性应用和定量应用两者来用于确定测试物质的元素组成的分析技术。MS可以用于识别未知化合物，确定分子中元素的同位素组成，通过观察特定化合物的碎片来确定特定化合物的结构，以及定量样品中特定化合物的量。鉴于其灵敏度和选择性，MS在生命科学应用中尤为重要。

在样品的分析中，一些当前的MS技术可能需要在能够经由MS电离、分析和检测(一个或多个)感兴趣的分析物之前对样品执行大量的预处理步骤。这样的预分析步骤可以包括采样(即，样品收集)和样品制备(从基质分离、浓缩、分馏，以及如果需要的话衍生化)。例如，估计整个分析过程的多于80％的时间可能花费在样品收集和制备上，以便使得能够经由MS进行分析物的检测或移除样品基质内包含的潜在干扰源，而尽管如此增加了在每个样品制备阶段的误差和/或稀释的潜在来源。

此外，某些实验可能需要合成过量的化合物，以便解决常规分析系统的诸如低通量和/或大样品需求之类的限制，和/或监测反应的动力学。以示例的方式，在它们的合成后仅在短时间内保持稳定的化合物必须与它们的分析基本上同时地产生，使得检测可以在化合物的降解之前发生。

仍然存在对提供高通量的基于MS的分析装置的需要。

发明内容

本文提供了用于将液体样品传送至离子源以用于产生离子并随后通过质谱来分析的方法和系统。根据本教导的各种方面，提供了基于MS的系统和方法，其中可以选择性地停止流体地耦合到离子源的采样探针内的第一溶剂的流并且排空采样探针的采样空间，使得可以将一种或多种反应物(例如，在第二溶剂内)添加至采样空间。以这种方式，在重新启动第一溶剂的流通过采样探针的采样空间时，反应物和/或它们的反应产物的小团或“柱段”被传送到离子源。在各种方面中，反应物和/或它们的反应产物的柱段可以被有效地传送至离子源，由此使得能够减少稀释、增加灵敏度、使用减小体积的试剂、和/或改进反应动力学的监测。

根据本教导的各种示例性方面，提供了一种用于化学分析的方法，该方法包括将第一溶剂的流从溶剂导管经由采样探针的采样空间引导至离子源，其中采样空间至少部分地由采样探针的开放端限定。可以在第一持续时间内终止第一溶剂的流从溶剂导管进入采样空间，并且排空采样空间。然后可以在第一持续时间期间通过开放端将第二溶剂和一种或多种反应物添加至排空的采样空间。此后，可以再次将第一溶剂的流从溶剂导管经由采样空间引导至离子源，使得将第二溶剂传送至离子源，并且使得包含在第二溶剂内的且由所述一种或多种反应物产生的一种或多种反应产物可以被电离以用于质谱分析。

第一溶剂和第二溶剂可以相同或不同。在一些示例方面中，第二溶剂可以不同于第一溶剂，并且例如即使对于特定电离技术一般不适合或不理想，也可以将第二溶剂选择为促进一种或多种反应物之间的反应。在某些方面中，第二溶剂可以在反应之后被稀释，例如，当通过重新启动第一溶剂的流从溶剂导管经由采样空间到达离子源而将第二溶剂从采样空间引导至离子源时。

在各种方面中，对第一溶剂的进入采样空间的流的终止可以有足够的持续时间，以便在所述采样空间内产生一种或多种反应产物。附加地或替代地，一种或多种反应产物可以在将第二溶剂从采样空间传送至离子源期间产生。在某些示例方面中，可以将能量添加至设置在采样空间内的第二溶剂，以便增加反应速率。以示例的方式，可以将热能和/或超声能添加至第二溶剂以促进反应。

在某些方面中，根据本教导的方法可以对于有效地将反应产物(例如，合成的化合物)传送至离子源以用于基于MS的分析是有效的，由此增加通量和进行反应动力学的监测。附加地或替代地，根据本教导的某些方面的方法可以减少试剂的消耗。以示例的方式，在某些方面中，第二溶剂和一种或多种反应物的体积可以小于大约100纳升。在各种示例方面中，可以经由纳米级分配器(诸如自动采样器、移液管和液滴分配器之类，所有这些以非限制性示例的方式)将一种或多种反应物添加至采样空间。

在某些方面中，该方法还可以包括将其上吸附有一种或多种分析物的基底的至少一部分插入设置在采样空间内的第二溶剂内，使得所述一种或多种分析物从所述基底解吸到第二溶剂中，并且使一种或多种解吸的分析物与一种或多种反应物反应以产生一种或多种反应产物。例如，基底可以包括固相微萃取(SPME)基底或表面功能化颗粒。

在某些方面中，该方法可以包括在第一持续时间期间连续地将流体传送至离子源。以示例的方式，可以将第一溶剂的流在绕过采样空间的同时从贮存器引导至离子源，例如以维持一个或多个泵送机构和/或离子源的稳定性。

根据本教导的各种示例性方面，提供了一种用于分析样本的化学组成的系统，该系统包括：用于储存第一溶剂的贮存器；和采样探针，该采样探针具有经由采样空间彼此流体连通的溶剂导管和采样导管，其中采样空间至少部分地由采样探针的开放端限定并且被配置为从贮存器经由溶剂导管接收溶剂。该系统还包括流体处理系统以及可操作地耦合至流体处理系统的控制器，该流体处理系统包括用于将第一溶剂从贮存器经由采样空间传送至离子源的至少一个泵。在各种方面中，控制器可以被配置为：将第一溶剂的流从溶剂导管经由采样空间引导至离子源；通过在第一持续时间内终止所述第一溶剂的流从溶剂导管进入采样空间来从采样空间排出第一溶剂，其中排空的采样空间被配置为在所述第一持续时间期间通过所述开放端接收第二溶剂和一种或多种反应物；以及在第一持续时间之后，将第一溶剂的流从溶剂导管经由采样空间引导至离子源，使得将第二溶剂传送至离子源，其中离子源被配置为电离第二溶剂内所包含的一种或多种反应产物以用于质谱分析。第一溶剂和第二溶剂可以相同或不同。

在某些方面中，该系统还可以包括一个或多个纳米级分配器，该一个或多个纳米级分配器被配置为将一种或多种反应物和第二溶剂中的至少一者经由开放端添加至采样空间。在一些相关方面中，控制器可以可操作地耦合到该一个或多个纳米级分配器，并且控制器还可以被配置为在所述第一持续时间期间控制该一个或多个纳米级分配器将第二溶剂和/或一种或多种反应物通过所述开放端添加至排空的采样空间。例如，纳米级分配器可以包括自动采样器、移液管和液滴分配器之一。

在各种方面中，控制器可以取决于要执行的分析来选择第一持续时间。以示例的方式，在某些方面中，第一持续时间可以足以在采样空间内产生一种或多种反应产物。附加地或替代地，一种或多种反应产物可以在将第二溶剂从采样空间传送至离子源期间产生。

采样探针可以具有各种配置。以示例的方式，在某些方面中，采样空间可以限定一定体积，使得第二溶剂和一种或多种反应物的体积小于大约100纳升。

在各种方面中，该系统还可以包括用于向设置在所述采样空间内的第二溶剂添加能量的能量源，以便调节反应速率(例如，增加反应速率)。以非限制性示例的方式，能量源可以包括热能量源和超声能量源中的至少一种。

在各种方面中，流体处理系统可以被配置为在第一持续时间期间连续地将流体传送至离子源。以示例的方式，流体处理系统可以被配置为将第一溶剂的流在绕过采样空间的同时从贮存器引导至离子源，以例如维持一个或多个泵送机构和/或离子源的稳定性。

申请人的教导的这些和其他特征在本文中被阐述。

附图说明

本领域技术人员将理解的是，下面描述的附图仅用于说明目的。附图不旨在以任何方式限制申请人的教导的范围。

图1以示意图图示了根据申请人的教导的各种方面的示例性系统，该示例性系统包括流体地耦合至质谱仪系统的电喷雾离子源的基底采样接口。

图2以示意图图示了根据申请人的教导的各种方面的更详细的图1的示例性基底采样接口。

图3A-图3B示意性地描绘了根据本教导的各种方面的用于图1的系统中的示例性采样探针，该采样探针分别以第一连续流模式和第二停流模式操作。

图4A-图4D示意性地描绘了根据本教导的各种方面的在连续流模式和第二停流模式期间的示例性采样探针。

图5以示意图描绘了根据申请人的本教导的各种方面的用于样品分析的示例性自动化系统。

具体实施方式

将理解的是，为了清楚起见，以下讨论将阐述申请人的教导的实施例的各种方面，同时在方便或适合这样做的情况下省略某些具体细节。例如，可以稍微简化对替代实施例中的相同或类似特征的讨论。为了简洁起见，也可能不在任何细节上讨论众所周知的想法或概念。技术人员将认识到的是，申请人的教导的一些实施例可能不需要在每个实施方式中某些具体描述的细节，本文中阐述这些细节仅是为了提供对实施例的透彻理解。类似地，将清楚的是，在不脱离本公开的范围的情况下，所描述的实施例可以根据公知常识经历改变或变化。下面对实施例的详细描述不应被视为以任何方式限制申请人的教导的范围。

根据申请人的教导的各种方面，本文提供了分析系统和方法，其集成了经由开放端口采样探针的反应产物的产生和它们的基于MS的检测。在各种方面中，根据本教导的系统和方法可以增加通量，同时减少稀释，由此增强灵敏度、改善反应动力学的监测、和/或减少试剂的使用。如下面所讨论的，可以选择性地控制通过开放端口采样探针的流体流和开放端口采样探针内的流体体积，以便使得能够将一种或多种反应物添加至采样探针的排空的采样空间，以用于在采样探针内反应，例如就在电离之前在重新启动溶剂的通过采样探针的采样空间的流时。根据本教导的各种方面，在采样接口的停流状态期间，可以将溶剂连续地传送至离子源，以便维持一个或多个泵送和采样导管的稳定性，其中其间的采样空间在采样探针30的向大气开放的一端处，并且一种或多种试剂可以通过采样空间被添加至流体路径。根据本教导的各种方面，控制器80可以被配置为控制流体处理系统40，以便终止流体的流从贮存器50通过溶剂导管到达采样探针30的开放端，并且至少部分地排空采样探针30，使得可以通过采样探针30的开放端添加溶剂和一种或多种试剂(例如，溶剂内的试剂)以用于在其中进行反应。随着一种或多种试剂被添加至流体路径内的采样空间，控制器80可以控制流体处理系统40以重新启动流体(例如溶剂，其与添加了一种或多种试剂的溶剂相同或不同)的流经由采样探针30从贮存器50到离子源60，使得采样空间内的一种或多种试剂和/或它们的反应产物经由采样导管被引导向离子源60。以这种方式，反应产物可以在采样探针30本身内产生，并且可以通过采样探针30的采样导管直接流体地转移到离子源60，以用于排放(例如，经由电喷雾电极64)到电离室12中。与电离室12流体连通的质量分析器70提供对由离子源60产生的离子的处理和/或检测。

如下面将更详细地讨论的，流体处理系统40通常可以包括一个或多个流体导管、阀和/或泵，用于控制贮存器50、采样探头30和离子源60之间的液体(例如，溶剂)的流。在各种方面中，流体处理系统40可以以包括连续流模式和停流模式的多种模式操作(例如，在控制器80的控制下)，在连续流模式中溶剂从贮存器50经由采样探针30流动至离子源60，在停流模式中来自贮存器50的溶剂在绕过采样探针30的同时继续被传送到离子源60。在各种方面中，本教导还提供了例如可以通过控制溶剂导管和采样导管内的液体的相对流率来排空采样探针30的开放端口。在各种方面中，停流模式的持续时间可以被选择为在将一种或多种试剂添加至采样探针30的排空的采样空间期间发生，所有这些以非限制性示例的方式。

离子源60可以具有各种配置，但通常被配置为电离从基底采样探针30接收的液体(例如，溶剂)内包含的分析物。在图1中描绘的示例性实施例中，可以包括流体地耦合到基底采样探针30的毛细管的电喷雾电极64终止于至少部分地延伸到电离室12中的出口端并排出其中的解吸溶剂。如本领域技术人员根据本教导将理解的，电喷雾电极64的出口端可以将解吸溶剂原子化、气雾化、雾化或以其他方式排放(例如，用喷嘴喷)到电离室12中，以形成包括多个微滴的样品羽流，样品羽流一般被引导向幕板孔14b和真空室采样孔口16b(例如，在幕板孔14b和真空室采样孔口16b附近)。如本领域已知的，例如当产生样品羽流时，包含在微滴内的分析物可以被离子源60电离(即，带电)。以非限制性示例的方式，电喷雾电极64的出口端可以由导电材料制成并且电耦合至电压源(未示出)的一极，而电压源的另一极可以接地。因此，包含在样品羽流内的微滴可以通过施加到出口端的电压而带电，使得当在电离室12中的去溶剂化期间微滴内的解吸溶剂蒸发时，这样的裸带电分析物离子被释放和被抽取向和通过孔14b、16b，并(例如，经由一个或多个离子透镜)聚焦到质量分析器70中。如下面所讨论的，在本教导的一些方面中，在采样接口的停流状态期间流体(例如，来自贮存器50的溶剂)可以被连续地传送至离子源60，以便维持一个或多个泵送机构和离子源60的稳定性。尽管离子源探针在本文中一般被描述为电喷雾电极64，但是将理解的是，本领域已知的用于电离液体样品的和根据本教导修改的任何数量的不同电离技术都可以用作离子源60。以非限制性示例的方式，离子源60可以是电喷雾电离装置、雾化器辅助电喷雾装置、化学电离装置、雾化器辅助原子化装置、光电离装置、激光电离装置、热喷雾电离装置或声波喷雾电离装置。将理解的是，在一些方面中，离子源60可以可选地包括加压气体源(例如氮气、空气或稀有气体)，其供应围绕电喷雾电极64的出口端的并且与从该出口端排出的流体相互作用的高速雾化气流，以例如经由高速雾化流和液体样品射流的相互作用增强样品羽流的形成和羽流内的离子释放，以用于由14b和16b采样。雾化器气体可以以各种流率被供应，例如在从大约0.1L/min至大约20L/min的范围内。除了用于控制液体(例如，溶剂)的流从采样空间到达离子源60(例如，经由采样导管)的泵之外或作为该泵的替代，由于雾化器气体和被电喷雾电极64排出时的溶剂相互作用而产生的吸力(例如，由于文丘里效应)，雾化器气体还可以有效地通过采样导管抽取溶剂(即，朝向离子源60)。

在所描绘的实施例中，电离室12可以被维持在大气压下，尽管在一些实施例中，电离室12可以被抽空至低于大气压的压强。电离室12与气幕室14被具有幕板孔14b的板14a分开，在该电离室12内，从基底20解吸的分析物可以随着解吸溶剂从电喷雾电极64排出而被电离。如所示，容纳质量分析器70的真空室16与幕室14被具有真空室采样孔16b的板16a分开。幕室14和真空室16可以由通过一个或多个真空泵端口18抽真空而被维持在(一个或多个)所选择的压强(例如，相同或不同的亚大气压强、低于电离室的压强)。

本领域技术人员和根据本文的教导还将理解的是，质量分析器70可以具有各种配置。一般地，质量分析器70被配置为处理(例如，过滤、分类、解离、检测等)由离子源60产生的样品离子。以非限制性示例的方式，质量分析器70可以是三重四极质谱仪，或本领域已知的和根据本文的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、装置和方法的各种方面修改的其他非限制性示例性质谱仪系统可以在例如下列文献中被找到：由James W.Hager和J.C.Yves Le Blanc撰写并发表在Rapid Communications in MassSpectrometry(《质谱快报》)(2003；17:1056-1064)上的标题为“Product ion scanningusing a Q-q-Q_linear ion trap(Q)mass spectrometer(使用Q-q-Q_线性离子阱(Q)质谱仪的产物离子扫描)”的文章，以及标题为“Collision Cell for MassSpectrometer(用于质谱仪的碰撞室)”的美国专利No.7,923,681，它们的全部内容通过引用并入于此。其他配置，包括但不限于本文描述的和本领域技术人员已知的其他配置，也可以与本文公开的系统、装置和方法结合使用。例如，其他合适的质谱仪包括单四极、三重四极、ToF、阱和混合分析器。还将理解的是，系统10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)，该离子迁移率谱仪设置在电离室12和质量分析器70之间并且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上的差异而不是离子的质荷比来分离离子)。另外，将理解的是，质量分析器70可以包括检测器，该检测器可以检测穿过分析器70的离子并且可以例如提供指示每秒检测到的离子的数量的信号。

现在参考图2，示意性地描绘了示例性开放端口采样探针30，用于在其中接收一种或多种试剂和使一种或多种试剂反应并适合在图1的系统中使用。可以根据本文公开的系统、装置和方法的各种方面修改的其他非限制性示例性采样探针可以在例如由van Berkel等人撰写并发表于Rapid Communication in Mass Spectrometry(《质谱快报》)29(19)，1749-1756中的标题为“An open port sampling interface for liquid introductionatmospheric pressure ionization mass spectrometry(用于液体引入大气压电离质谱的开放端口采样接口)”的文章中找到，其全部内容通过引用并入。如所示，采样探针30一般被设置在贮存器50和离子源60之间，并且提供贮存器50和离子源60之间的流体路径，使得通过采样探针30的开放端添加的试剂可以被夹带在由贮存器50提供的溶剂内，并且被传送到离子源60和被离子源60电离。采样探针30可以具有各种配置，但是在所描绘的示例性配置中，包括从近端32a延伸到远端32b的外管(例如，外毛细管32)和同轴地设置在外毛细管32内的内管(例如内毛细管34)。如所示，内毛细管34也从近端34a延伸到远端34b。内毛细管34包括提供了穿过其中的流体通道的轴向孔，其如图2的示例性实施例所示限定了采样导管36，液体可以通过该采样导管36从基底采样探针30经由探针出口导管44c输送到图1的离子源60(即，采样导管36可以经由流体处理系统40流体地耦合到电喷雾电极64的内孔)。另一方面，外毛细管32的内表面和内毛细管34的外表面之间的环形空间可以限定从(例如，经由探针入口导管44b)耦合到溶剂源50的入口端延伸至出口端(邻近内毛细管34的远端34b)的溶剂导管38。在本教导的一些示例性方面中，内毛细管34的远端34b可以相对于外毛细管32的远端32b凹入(例如，凹入如图2中所示的距离h)，以便限定基底采样探针30的远端流体室35，该远端流体室35在内毛细管34的远端34b和外毛细管32的远端32b之间延伸并由远端34b和远端32b限定。因此，远端流体室35表示适于容纳基底采样探针30的开放远端和内毛细管34的远端34b之间的流体的空间。此外，如图2的箭头所指示的，在采样探针30内，溶剂导管38经由这个远端流体室35与采样毛细管36流体连通。以这种方式以及取决于相应通道的流体流率，通过解吸溶剂导管38传送到远端流体室35的流体可以进入采样导管36的入口端，用于将流体输送至该采样导管36的出口端并且随后输送至离子源60。应该理解的是，尽管内毛细管34在上面被描述且在图2中被示出为限定了采样导管36，以及内毛细管34和外毛细管32之间的环形空间限定了溶剂导管38，但由内毛细管34限定的导管可以替代地被耦合到溶剂源50(以便限定溶剂导管)，以及内毛细管34和外毛细管32之间的环形空间可以被耦合到离子源60(以便限定采样导管)。

如图2中所示，溶剂源50可以经由供应导管44b流体地耦合到溶剂导管38，通过该供应导管44b可以以所选择的体积速率传送溶剂(例如，经由可以用于泵送液体样品的一个或多个泵送机构，包括往复泵，诸如旋转泵、齿轮泵、柱塞泵、活塞泵、蠕动泵、隔膜泵之类的正排量泵，以及诸如重力泵、脉冲泵和离心泵之类的其他泵)，所有这些都是以非限制性示例的方式。贮存器50可以包含各种流体，尽管通过溶剂供应导管38传送到流体室的溶剂一般经得起电离过程。类似地，将理解的是，可以提供一个或多个泵送机构用于控制通过采样导管36和/或离子源60的电喷雾电极的体积流率，这些体积流率被选择为彼此之间相同或不同，以及与通过解吸溶剂导管38的解吸溶剂的体积流率相同或不同。如本文另外讨论的，在一些方面中，通过采样探针30和/或电喷雾电极44的各种通道的这些不同的体积流率可以被独立地调节(例如，通过调节围绕电喷雾电极的排出端的雾化器气体的流率)，以便控制流体在整个系统10中的移动和/或解吸溶剂在采样探针30的开放端处的表面形状。以非限制性示例的方式，通过溶剂导管38的体积流率可以相对于通过采样导管36的体积流率暂时地增加，使得远端流体室35中的流体从基底采样探针30的开放端溢出以清洁由取出的基底所沉积的任何残留样品和/或防止任何空气传播的物质被输送到采样导管36中(例如，在基底的取出之后、在插入另一基底之前)。在各种方面中，可以终止溶剂的流进入远端流体室35并且将室35排空(例如，通过经由采样导管36和/或通过开放端抽吸来移除其中的溶剂)，使得在流体的流经由供给导管38或采样导管36进和出远端流体室35被停止的同时可以将诸如第二溶剂和一种或多种试剂之类的额外流体添加至排空的远端流体室。

将理解的是，根据本教导的采样探针可以具有各种配置和尺寸，其中图2的采样探针30表示示例性描述。以非限制性示例的方式，内毛细管34的内直径的大小可以在从大约1微米至大约1mm的范围内(例如，200微米)，其中内毛细管34的外直径的示例性大小在从大约100微米至大约3或4厘米的范围内(例如，360微米)。还以示例的方式，外毛细管32的内直径的大小可以在从大约100微米至大约3或4厘米的范围内(例如，450微米)，其中外毛细管32的外直径的典型大小在从大约150微米至大约3或4厘米的范围内(例如，950微米)。内毛细管34和/或外毛细管32的截面形状可以是圆形、椭圆形、超椭圆形(superelliptical)(即，成形为超椭圆形)、或者甚至是多边形(例如，正方形)。在一个示例实施例中，内管34可以呈现出圆形截面形状，表现出大约250微米的内直径和大约800微米的外直径，而外管32具有圆形截面形状，表现出大约950微米的内直径，使得流体路径由外管32的内壁和内管34的外壁之间的环形空间限定。关于适于在图1的系统中使用和根据本教导修改的采样探针的额外细节可以例如在如下文献中找到：标题为“Surface Sampling Concentration andReaction Probe(表面采样浓度和反应探针)”的美国公开No.20130294971和标题为“Method and System for Formation and Withdrawal of a Sample From a Surface tobe Analyzed(用于从待分析表面形成和取回样品的方法和系统)”的美国公开No.20140216177，其教导通过引用整体并入于此。

现在参考图3A和图3B，其中以额外的细节描绘了根据本教导的各种方面的示例性流体处理系统40。如所示，流体处理系统40包括流体地耦合到贮存器50、采样探针30和离子源60的阀41。本领域技术人员将理解的是，可以附加地提供泵(未示出)以便控制流体的通过流体处理系统40的流，如本文另外讨论的。在所描绘的流体处理系统40中，阀41包括具有多个通道46a、46b的四通阀，根据本教导的各种方面，该四通阀可以被选择性地耦合到系统10的部件的各种入口和出口。具体地，阀41在第一配置中可以提供从贮存器50经由采样探针30的采样空间35到离子源60的连续流体路径(图3A)，以及在第二配置中可以提供流体路径使得溶剂在绕过采样探针30的同时(例如，在溶剂不被传送至采样空间35的情况下)从贮存器50直接流至离子源60(图3B)。将理解的是，将阀41从图3A的配置致动到图3B的配置将采样探针30与贮存器50和离子源60流体隔离，使得采样探针30内的溶剂的流动将基本上停止。尽管如此，当阀处于如图3B中所示的停流配置时，流体的到离子源60的流可以例如在与图3A的配置中基本上相同的体积流率下继续，由此保持离子源60的稳定性(例如，离子源不需要在干燥状况之后重新平衡)。

如图3A和图3B的示例性描绘中所示，阀41可以包括多个通道46a、46b，每个通道经由端口45a-45d流体地耦合至流体通道44a-44d。例如，在图3A的连续流模式配置中，阀41提供在贮存器50的出口通道44a和采样探针30的入口通道44b之间延伸的流体通道46a，以便向解吸溶剂导管38提供解吸溶剂。在流经采样空间35和采样导管36之后，然后溶剂可以经由探针出口通道44c、阀41内的通道46b和离子源入口通道44d转移至离子源60。根据本教导的各种方面，通过例如在第一持续时间内致动阀41，流体处理系统40中的流体路径可以被重新配置(例如，在图1的控制器80的控制下)至图3B所示的停流模式配置，在该第一持续时间期间溶剂和/或一种或多种反应物可以通过采样探针30的开放端被添加至远端室35。例如，如图3B中所描绘的，通道46a、46b和端口45a-45d已相对于图3A中所示的配置顺时针旋转了90°，使得通道46a直接连接贮存器50的出口通道44a和离子源入口通道44d(由此绕过采样探针30)，而通道46b连接采样探针30的入口通道44b和出口通道44c，因此，在采样探针30内形成基本上没有流体流动的闭合回路。根据本教导的各种方面，可以控制溶剂从贮存器50进和出远端流体室35的相对流率，使得远端流体室被排空以便通过采样探针30的开放端接收溶剂和/或一种或多种试剂以用于在其中产生反应产物。以非限制性示例的方式，可以终止溶剂的从贮存器50通过溶剂导管38的流动，同时暂时地继续通过采样导管36的流动，以便清空远端流体室35。将理解的是，在终止溶剂的流进和出远端流体室35的情况下，可以替代地例如通过抽吸(例如，采样探针的开放端的吸出)从远端流体室35去除溶剂。

现在参考图4A-图4D，这些图示意性地表示了可以根据本教导的各种方面产生的采样探针30内的流体流的各种状况。在如图4A中所示的连续流模式期间，例如，第一溶剂在被引导通过采样导管36(例如，至图1的离子源60)之前从贮存器(例如，图1的贮存器50)经由供应导管38被引导至采样探针30的开放端处的远端流体室35。如图4A中所示，在一些方面中，通过溶剂导管38的体积流率可以相对于通过采样导管36的体积流率暂时地增加，使得远端流体室35中的流体从采样探针30的开放端溢出，以例如清洁采样探针的开放端(例如，以去除任何先前沉积的试剂)和/或防止任何空气传播的物质被传输到采样导管36中。

现在参考图4B，控制器80可以使流体处理组件40终止溶剂的通过溶剂导管38的流，使得例如通过采样导管36排空远端流体室35。以示例的方式，在已终止溶剂流入远端流体室35之后，围绕电喷雾电极的雾化器气体的流可以有效地继续通过采样导管36抽取溶剂(例如，由于文丘里效应)，使得溶剂导管如图4B中所描绘的基本上是空的。如上面所提到的，在终止溶剂的流进和出远端流体室35的情况下，溶剂可以替代地例如由通过开放端的抽吸被排出。在各种方面中，采样探针30可以被完全排空或者可以将一定体积的第一溶剂保留在溶剂导管38内，例如如图4B中所示，溶剂的弯月液面低于远端流体室35的水平。尽管在图4A-图4D中描绘了采样探针30具有开放端在顶部的垂直取向，但是将理解的是，采样探针30的取向不需要是垂直的。以示例的方式，如果采样探针30相对于图4中的描绘被倒置，则尽管如此，例如取决于溶剂导管和采样导管的尺寸和溶剂的特性，图4B中所描绘的弯月液面仍然可以被形成在第一溶剂35的液体/空气界面处并且靠近采样导管36的远端，而不管采样探针30的取向如何。

继续参考图4B，可以将一种或多种试剂添加至先前排空的流体室35，同时例如经由试剂分配器20终止溶剂流通过采样探针30的开放端。以示例的方式，取决于所需的反应，可以使用多个试剂分配器中的每个试剂分配器来同时或连续地将一种或多种试剂添加至室35中。如图4B中所示，试剂分配器20可以添加促进反应的液体，诸如第二溶剂之类。尽管在图4B中被描绘为滴管或移液管，但是试剂分配器20可以具有各种配置，并且可以以无论是本领域目前已知的还是以后开发的各种方式将(一种或多种)试剂传送至远端室35。以示例的方式，声学液滴喷射装置可以用于将一个或多个液滴从流体的表面向上喷射并喷射到采样探针30的开放端处的远端室35中，该声学液滴喷射装置诸如例如在标题为“Systemand Method for the Acoustic Loading of an Analytical Instrument Using aContinuous Flow Sampling Probe(用于使用连续流采样探针的分析仪器的声学加载的系统和方法)”的美国专利No.10,770,277中描述的声学液滴喷射装置之类，该专利的教导通过引用整体并入于此。此外，如上面所提到的，根据本教导的采样探针可以具有各种配置和尺寸，并且可以被配置为在远端流体室35内包含各种体积的一种或多种试剂。在一些示例方面中，在停流模式中添加至远端室35的试剂的体积可以总共为一微升或更少(例如，在纳米级范围内，大约100nL)，使得一个或多个纳米级分配器可以提供该一种或多种试剂。

第二溶剂可以与由贮存器提供的第一溶剂相同，但在一些方面中，本教导使得能够使用与第一溶剂不同的第二溶剂。以示例的方式，虽然第一溶剂一般可能经得起电离过程，但其可能不提供用于执行一种或多种试剂的反应的合适或理想的条件。根据本教导各种方面，一般与电喷雾电离兼容以及适合用作第一溶剂和/或第二溶剂或在第一溶剂和/或第二溶剂内使用的示例性溶剂包括水、乙腈、甲醇、乙醇、丙醇、硝基甲烷、二氯甲烷(例如与甲醇混合)、二氯乙烷、四氢呋喃和甲苯及其混合物，所有这些以非限制性示例的方式。根据本教导各种方面，一般与电喷雾电离兼容以及适合在第一溶剂和/或第二溶剂中使用的示例性缓冲剂或改性剂包括挥发性盐或缓冲剂(例如，乙酸铵、碳酸氢铵)和挥发性酸(例如，甲酸、乙酸)。另一方面，添加至远端室35的一般与电喷雾电离不兼容或少量兼容但适合用作第二溶剂或用在第二溶剂内的示例性溶剂和改性剂包括二甲基甲酰胺(DMF)、二甲亚砜(DMSO)、三氟乙酸(TFA)、七氟丁酸、十二烷基硫酸钠(SDS)、乙二胺四乙酸(EDTA)以及不挥发性盐和缓冲剂(例如氯化钠、磷酸盐)。因此，本教导的各种方面提供了可以利用第二溶剂来例如优化反应条件，即使第二溶剂不利于特定的电离技术。以非限制性示例的方式，虽然大量的DMSO可能损害电喷雾电离，但尽管如此本教导可以使得DMSO能够作为反应溶剂(例如，作为缓冲剂)，因为反应物的“柱段”或小团是少量的和/或在添加的试剂通过采样探针30被输送至离子源时被充分地稀释。

根据本教导还将理解的是，方法和系统可以另外利用固体试剂以及液体试剂，如图4B中的。例如，如图4B中所示的，在将一种或多种液体试剂添加至排空的室35时，包含一种或多种试剂的基底20就可以接触室35内的流体。以非限制性示例的方式，基底可以包括被涂覆或功能化的表面部分以捕获感兴趣的分析物。在与添加至室中的液体接触时，感兴趣的分析物因此可以从涂覆的表面部分解吸到液体中，其中分析物可以与一种或多种其他试剂反应。这样的基底的非限制性示例包括固相微萃取(SPME)基底或表面功能化颗粒(例如HLB-PAN、C18-PAN、抗体等)。如图4C中所示，将具有分析物可以被吸附到其的涂覆表面的示例性SPME基底22(如例如标题为“A Probe for Extraction of Molecules of Interestfrom a Sample(用于从样品提取感兴趣的分子的探针)”的PCT公开No.WO2015188282中所描述的，其教导通过引用整体并入于此)示意性地描绘为通过采样探针30的开放端插入，使得涂覆表面至少部分地设置在添加至远端室35的溶剂中。根据本教导将理解的是，可以在停流模式的单个持续时间期间将多个基底插入在采样空间内，使得来自多个基底的分析物或试剂可以被添加至采样空间35内的相同体积的溶剂中，例如取决于期望的实验。

在如图4B和图4C中的停流模式中添加一种或多种溶剂和试剂之后，可以例如通过重新启动采样探针30内的流而将反应物和/或它们的反应产物从远端流体室35引导至离子源。如图4D中所示，例如，流体处理系统可以控制供应导管38和采样导管36内的相对体积流率，使得所添加的反应物和它们的液体通过回流第一溶剂而作为“柱段”被冲向离子源。以示例的方式，流体处理系统可以使施加通过溶剂导管38的溶剂流率相对于通过采样导管36的流率更低，由此在采样探针的开放端处产生涡旋状表面轮廓，并且这可以减少对试剂“柱段”的稀释，从而导致基于MS的分析的峰形更清晰和/或提高的灵敏度。

根据本教导的各种方面，不需要在将一种或多种反应物添加至采样探针的排空的远端室35之后立即重新启动第一溶剂的流。事实上，本领域技术人员将理解的是，可以选择停流持续时间，使得在添加的反应物经由采样导管36到达离子源时获得期望的反应产物。类似地，将理解的是，可以选择停流模式的持续时间，使得可以例如针对利用相同反应物的后续实验通过调节流体室内的培育时间来监测反应动力学。

除了调节停流持续时间的定时以允许发生期望的反应(例如，流体室35内的培育时间和/或当一种或多种试剂被传输至离子源时)，根据本教导的方法和系统可以附加地或替代地例如通过选择性地将能量施加到流体室35中的反应物来实现反应速率的调节。如图4A-图4D中所示，例如，诸如热能量源和/或声能量源之类的能量源可以可操作地耦合至采样探针，以便通过加热反应物和/或通过增加流体室35内的混合来提高反应速率。

现在参考图5，描绘了根据本教导的各种方面的另一示例性样品分析系统510。系统510与上面参考图1-图4讨论的系统的类似之处在于，其包括贮存器550，该贮存器550可以经由流体处理系统540流体地耦合至采样探针530和离子源560，以便从解吸自样品基底520的分析物产生离子以用于由质量分析器570分析。如本文另外讨论的，流体处理系统540可以被配置为当向采样空间添加反应物时终止采样探针530内的解吸溶剂的流和排空采样空间。

如图5中所示，示例性系统510可以是自动化的(例如，在控制器580的控制下)并且可以包括耦合到样品保持器502的致动机构504(例如，机械臂、台、机电转换器、步进电机等)以便抓握、保持或以其他方式耦合到一个或多个试剂分配器520。适合根据本教导使用的一种示例性机器人系统是由PAS技术公司销售的Concept-96自动采样器。例如，在控制器580的控制下(例如，无需人为干预)，致动机构504可以被配置为将一个或多个试剂分配器520与采样探针的开放端对准。以非限制性示例的方式，根据本教导的一些自动化系统可以利用具有用于容纳各种试剂的多个孔的板。通过将采样探针的开放端下方的各种孔对准，微滴声学分配器例如可以使对准的孔内的试剂液滴被添加至采样探针530的远端室。此后，可以(例如，在控制器580的控制下)移动板使得可以添加另一种试剂。

如图5中所示，示例性流体处理系统540可以包括泵543，该泵543被配置为将溶剂从贮存器550泵送到探针530的采样空间。在各种方面中，泵543可以可操作地耦合至控制器580，使得从贮存器到采样探针530(并且在采样空间内)的溶剂的体积流率可以基于由控制器580提供的一个或多个信号来调节。以示例的方式，控制器580可以被配置为通过泵543终止溶剂的流并在向远端室添加一种或多种试剂之前排空远端室。附加或替代地，控制器可以被配置为在第一反应已执行之后增加到采样空间的溶剂的体积流率，以便在启动另一反应之前暂时使溶剂通过开放端溢出以清洁采样探针530。

如上面所提到的，系统510还被示出为包括加压气体源563(例如氮气、空气或稀有气体)，其供应围绕电喷雾电极564的出口端并且与从出口端排出的流体相互作用的高速雾化气流，以例如经由高速雾化流和液体样品射流的相互作用增强样品羽流的形成和羽流内的离子释放，以用于由514b和516b采样。可以以各种流率供应雾化器气体，例如在从大约0.1L/min至大约20L/min的范围内，该流率也可以在控制器580的影响下被控制。根据本教导的各种方面，将理解的是，可以调节雾化器气体的流率(例如，在控制器580的影响下)，使得来自采样空间(例如，经由图2的采样导管36)的溶剂的流率可以基于例如雾化器气体和从电喷雾电极564排出时的溶剂的相互作用所产生的吸力来调节(例如，由于文丘里效应)。以这样的方式，根据本教导的各种方面，控制器580可以附加地或替代地通过调节用于控制雾化器气体的流率的阀和/或泵中的一个或多个来控制通过采样探针的溶剂的流率。以非限制性示例的方式，控制器580可以被配置为终止由泵543提供的解吸溶剂的流，同时维持从雾化器源563提供的雾化器气体的流(例如，经由一个或多个阀)，以便在停流模式期间从采样探针530排出溶剂。

尽管已在系统和/或装置的上下文中描述了上面一些方面，但是清楚的是，这些方面也表示对应方法的描述，其中框或设备对应于方法步骤或方法步骤的特征。类似地，在方法步骤的上下文中描述的方面也表示对对应装置的对应框或项目或特征的描述。一些或所有方法步骤可以通过(或使用)硬件装置来执行，像例如处理器、微处理器、可编程计算机或电子电路。在一些实施例中，一些一个或多个最重要的方法步骤可以由这样的装置执行。

取决于某些实现要求，可以以硬件和/或软件来实现本发明的实施例。可以使用非暂时性存储介质来执行该实现，诸如数字存储介质，例如软盘、DVD、蓝光、CD、ROM、PROM和EPROM、EEPROM或FLASH存储器，其上存储有电子可读控制信号，其与可编程计算机系统协作(或者能够与可编程计算机系统协作)，使得执行相应的方法(例如，在具有一个或多个处理器的控制器的控制下)。因此，数字存储介质可以是计算机可读的。

一般地，本发明的实施例可以被实现为具有程序代码的计算机程序产品，该程序代码可操作用于当计算机程序产品在计算机上运行时执行方法之一。程序代码可以例如被存储在机器可读载体上。

其他实施例包括存储在机器可读载体上的用于执行本文描述的方法之一的计算机程序。换句话说，因此，本发明的实施例是一种具有程序代码的计算机程序，当该计算机程序在计算机上运行时，该程序代码用于执行本文描述的方法之一。

因此，本发明的进一步实施例是一种存储介质(或数据载体、或计算机可读介质)，包括存储在其上的计算机程序，当该计算机程序由处理器执行时用于执行本文描述的方法之一。数据载体、数字存储介质或记录介质通常是有形的和/或非暂时性的。本发明的另一实施例是一种如本文所描述的设备，包括处理器和存储介质。

本文使用的章节标题仅用于组织目的并且不应被解释为限制性的。虽然结合各种实施例描述了申请人的教导，但是申请人的教导并不旨在限于这样的实施例。相反，如本领域技术人员将理解的，申请人的教导涵盖各种替代、修改和等同。

Claims (24)

1.一种用于化学分析的方法，包括：

将第一溶剂的流从溶剂导管经由采样探针的采样空间引导至离子源，其中所述采样空间至少部分地由采样探针的开放端限定；

通过在第一持续时间内终止所述第一溶剂的流从溶剂导管进入采样空间来从所述采样空间排出所述第一溶剂；

在所述第一持续时间期间，通过所述开放端将第二溶剂和一种或多种反应物添加至排空的所述采样空间；

在第一持续时间之后，将第一溶剂的流从溶剂导管经由采样空间引导至离子源，使得第二溶剂被传送至离子源；和

电离被包含在第二溶剂内并由所述一种或多种反应物产生的一种或多种反应产物，以用于质谱分析。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一溶剂和所述第二溶剂不同。

3.根据权利要求1和2中任一项所述的方法，其中所述第一持续时间足以在所述采样空间内产生所述一种或多种反应产物。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一种或多种反应产物是在将第二溶剂从采样空间传送至离子源期间产生的。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中第二溶剂和所述一种或多种反应物的体积小于大约100纳升。

6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述一种或多种反应物经由纳米级分配器被添加至采样空间。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述纳米级分配器包括自动采样器、移液管和液滴分配器之一。

8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括：

将其上吸附有一种或多种分析物的基底的至少一部分插入设置在采样空间内的第二溶剂内，使得所述一种或多种分析物从所述基底解吸到第二溶剂中；和

使所述一种或多种分析物与所述一种或多种反应物反应以产生所述一种或多种反应产物。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述基底包括固相微萃取基底和表面功能化颗粒之一。

10.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括向设置在所述采样空间内的第二溶剂添加能量以增加反应速率。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述能量包括热能和超声能之一。

12.根据前述权利要求中任一项所述的方法，还包括在所述第一持续时间期间连续地将流体传送至离子源。

13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述第一持续时间期间连续地将流体传送至离子源包括将第一溶剂的流在绕过采样空间的同时从贮存器引导至离子源。

14.一种用于分析样本的化学组成的系统，包括：

用于储存第一溶剂的贮存器；

采样探针，所述采样探针具有经由采样空间彼此流体连通的溶剂导管和采样导管，所述采样空间至少部分地由采样探针的开放端限定并且被配置为经由溶剂导管从贮存器接收溶剂；

流体处理系统，所述流体处理系统包括至少一个泵以用于将第一溶剂从贮存器经由采样空间传送至离子源；

控制器，所述控制器可操作地耦合到流体处理系统，其中所述控制器被配置为：

将第一溶剂的流从溶剂导管经由采样空间引导至离子源；

通过在第一持续时间内终止所述第一溶剂的流从溶剂导管进入采样空间来从所述采样空间排出所述第一溶剂，其中排空的采样空间被配置为在所述第一持续时间期间通过所述开放端接收第二溶剂和一种或多种反应物；

在第一持续时间之后，将第一溶剂的流从溶剂导管经由采样空间引导至离子源，使得第二溶剂被传送至离子源，其中离子源被配置为电离被包含在第二溶剂内的一种或多种反应产物以用于质谱分析。

15.根据权利要求14所述的系统，其中所述第一溶剂和所述第二溶剂不同。

16.根据权利要求14和15中任一项所述的系统，还包括一个或多个纳米级分配器，所述一个或多个纳米级分配器被配置为将所述一种或多种反应物和第二溶剂中的至少之一经由所述开放端添加至采样空间。

17.根据权利要求14-16中任一项所述的系统，其中控制器可操作地耦合到所述一个或多个纳米级分配器，其中控制器还被配置为在所述第一持续时间期间经由所述一个或多个纳米级分配器将所述一种或多种反应物和第二溶剂中的至少之一通过所述开放端添加至排空的所述采样空间。

18.根据权利要求14-17中任一项所述的系统，其中所述第一持续时间足以在所述采样空间内产生所述一种或多种反应产物。

19.根据权利要求14-18中任一项所述的系统，其中所述一种或多种反应产物是在将第二溶剂从采样空间传送至离子源期间产生的。

20.根据权利要求14-19中任一项所述的系统，其中第二溶剂和所述一种或多种反应物的体积小于大约100纳升。

21.根据权利要求14-20中任一项所述的系统，还包括能量源，所述能量源用于向设置在所述采样空间内的第二溶剂添加能量以增加反应速率。

22.根据权利要求21所述的系统，其中所述能量源包括热能量源和超声能量源之一。

23.根据权利要求14-22中任一项所述的系统，其中流体处理系统被配置为在所述第一持续时间期间连续地将流体传送至离子源。

24.根据权利要求14-23中任一项所述的系统，其中流体处理系统被配置为在所述第一持续时间期间将第一溶剂从贮存器引导至离子源同时绕过采样空间。