CN219871146U - 一种质谱成像系统及前处理装置 - Google Patents

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CN219871146U CN202320292052.5U CN202320292052U CN219871146U CN 219871146 U CN219871146 U CN 219871146U CN 202320292052 U CN202320292052 U CN 202320292052U CN 219871146 U CN219871146 U CN 219871146U
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杨蒙
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Abstract

本实用新型提供了一种质谱成像系统及前处理装置，质谱成像系统包括质谱仪和前处理装置，前处理装置包括电离机构和气相掺杂剂引入机构；电离机构包括激光解析电离机构、取样毛细管和二次光电离机构，激光解析电离机构对待测样品进行激光解析，取样毛细管将解析后待测样品引入二次光电离机构；二次光电离机构包括光电离室和真空紫外放电灯；光电离室的出口端与质谱仪的入口端连通，光电离室与取样毛细管的出口端连通；真空紫外放电灯向光电离室提供真空紫外光；相掺杂剂引入机构包括掺杂剂引入管，掺杂剂引入管的出口端与光电离室连通，掺杂剂引入管的出口端比取样毛细管的出口端更靠近真空紫外放电灯。该质谱成像系统具有高分辨率和高灵敏性。

Description

一种质谱成像系统及前处理装置
技术领域
本实用新型涉及质谱成像技术领域，具有涉及一种质谱成像系统及前处理装置。
背景技术
质谱成像技术是样品平台在软件程序的控制下按照一定的规律运动，通过质谱直接扫描生物样品成像，根据所测质荷比(m/z来分析生物分子的空间分布的成像方法。与传统的光学生物成像技术相比，质谱成像技术属于分子信息成像，是研究生物组织及活体动物中分子成像的新型分析技术。与传统的荧光分子成像、免疫标记分子成像技术相比，质谱成像可以在不用标记，无需复杂预处理的条件下实现分子成像，而且可以在同一张组织切片上同时分析数百种生物分子的空间分布特征，还可以与生物组织病理学分析结果对照用于生物病理学研究。目前，质谱成像技术已经广泛应用于蛋白质组，脂质组学以及药物代谢组学等领域，同时也已经在病理学，临床医学以及疾病诊断中展现了巨大的应用潜力。
目前，主要的质谱成像技术主要包括基质辅助激光解吸电离(MALDI质谱、解析电喷雾电离(DESI质谱和二次离子电离质谱(SIMS，这三种技术分别是通过激光、带电的小液滴和离子束将待测物从组织的表面解析电离，都属于直接解析电离的分析方法。一种结合解吸电喷雾电离的光电离质谱成像系统，通过电喷雾针喷出的溶剂解析固体被测物，通过取样毛细管进入到光电离室内，经光源的二次离子化后进入到质谱仪进行分析。但是基于带电液滴的解析电喷雾电离质谱成像技术空间分辨率只能达到200μm，高空间分辨的质谱成像技术对于研究组织微区甚至细胞级别的空间结构具有非常重要的意义。基于激光的质谱成像技术可以实现10-50μm左右的空间分辨，可以满足大部分需求，同时激光解析电离技术是一种比二次离子电离更“软”的离子化技术，因此应用最为广泛。但是，在质谱成像领域，灵敏度与分辨率是相互制约的，在更高的空间分辨条件下，实现同样的灵敏度是极具挑战的。此外，由于生物组织自身复杂的基质环境，即使在基质辅助的情况下，生物组织中内源性化学成分的激光解析电离效率依然小于1/1000。而且，高丰度且离子化效率强的化合物会抑制其他种类化合物的电离。例如，在正离子模式下的，生物组织的MALDI质谱图中脂质类化合物主要以磷脂酰胆碱类化合物(PC为主，而同样含量丰富的糖酯类化合物却很少被测到。
2015年，Soltwisch等人提出为了提高MALDI中难电离化合物的离子化效率，可在氮气冷却的中等压力下(2.0-2.5mbar，激光解析出的扩散粒子与二次光电离激光交叠，经过二次离子化之后经离子传输系统被飞行时间质谱检测，该方法被成为MALDI-2(Science2015,348(6231),211-215)。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种质谱成像系统及前处理装置，旨在提高生物组织中的不同种类化合物在利用质谱成像时的分辨率和灵敏性。
为实现上述目的，本实用新型提供了一种前处理装置，包括：
电离机构，包括激光解析电离机构、取样毛细管和二次光电离机构，所述激光解析电离机构用于对待测样品进行激光解析，所述取样毛细管用于将经过激光解析的所述待测样品引入所述二次光电离机构；所述二次光电离机构包括光电离室和真空紫外放电灯；所述光电离室的出口端用于与质谱仪的入口端连通，所述光电离室还与所述取样毛细管的出口端连通；所述真空紫外放电灯被配置用于向所述光电离室提供真空紫外光；以及，
气相掺杂剂引入机构，包括掺杂剂引入管，所述掺杂剂引入管的出口端与所述光电离室连通，且所述掺杂剂引入管的出口端比所述取样毛细管的出口端更靠近所述真空紫外放电灯。
可选地，所述光电离室为中空管状结构，所述光电离室具有轴向相对的第一端和第二端；所述光电离室的所述第一端为开口端，并与所述质谱仪的入口端连通；所述真空紫外放电灯具有一光出口，所述光出口设置于所述光电离室的所述第二端的端部，使得所述真空紫外光经由所述光出口并从所述光电离室的所述第二端射入所述光电离室；
所述掺杂剂引入管的出口端比所述取样毛细管的出口端更靠近所述光电离室的所述第二端的端部。
可选地，所述取样毛细管的出口端到所述光电离室的所述第二端的端部的距离小于8mm。
可选地，在所述光电离室的轴向上，所述取样毛细管的出口端与所述掺杂剂引入管的出口端之间的距离为0.1mm-1.0mm。
可选地，所述气相掺杂剂引入机构还包括掺杂剂供应组件，所述掺杂剂供应组件与所述掺杂剂引入管连通，并用于提供气相掺杂剂；所述掺杂剂供应组件包括鼓泡罐、第一导管和第二导管；所述鼓泡罐用于装载液相掺杂剂；所述第一导管的出口端插入所述鼓泡罐内，所述第一导管的出口端用于设置在所述液相掺杂剂的液面下方；所述第二导管的入口端插入所述鼓泡罐内，且所述第二导管的入口端用于设置在所述液相掺杂剂的液面的上方；所述第二导管的出口端与所述掺杂剂引入管的入口端连通。
可选地，所述掺杂剂引入机构还包括流量控制计，所述流量控制计设置于所述掺杂剂供应组件上，并用于控制进入所述掺杂剂引入管的所述气相掺杂剂的量。
可选地，所述第一导管用于将载气引入所述鼓泡罐，以使所述液相掺杂剂气化得到气相掺杂剂，所述第二导管用于将所述气相掺杂剂引入所述掺杂剂引入管；
所述流量控制计包括第一流量控制计和第二流量控制计；所述第一流量控制计设置在所述第一导管上，用于控制进入所述鼓泡罐的所述载气的流量；所述第二流量控制计设置在所述第二导管上，用于控制进入所述掺杂剂引入管的所述气相掺杂剂的流量。
可选地，所述质谱仪包括传输毛细管；所述二次光电离机构还包括导流管，所述导流管同轴地环绕在所述光电离室的所述第一端的外周；所述导流管的内径大于所述光电离室的所述第一端的外径，且所述导流管在所述光电离室的所述第一端的端部与所述光电离室连通；所述导流管的靠近所述质谱仪的一端凸出于所述光电离室的所述第一端的端部，所述导流管的靠近所述质谱仪的一端与所述传输毛细管连接，以使得所述光电离室与所述传输毛细管连通；和/或，
所述光电离室的所述第二端为开口端；所述二次光电离机构还包括第一盖板，所述第一盖板设置在所述光电离室的所述第二端的端部，并沿所述光电离室的径向向外延伸；所述真空紫外放电灯包括放电管、环形正极、环形负极、第二盖板和窗片；所述放电管设置在所述光电离室的所述第二端；所述环形正极设置在所述放电管的外周面上，并沿所述放电管的径向向外延伸；所述环形负极设置于所述放电管的靠近于所述光电离室的一端，所述环形负极的中心孔与所述光电离室对应布置；所述第二盖板连接于所述环形负极的外周，所述第二盖板与所述第一盖板密封连接；所述窗片设置在所述环形负极的中心孔处，所述窗片构成所述光出口；和/或，
所述激光解析电离机构还包括激光器、光路组件和载物台；所述激光器用于产生激光束；所述光路组件用于对所述激光束进行扩束，并使扩束后的所述激光束聚焦于所述载物台，所述载物台与所述取样毛细管的入口端对应设置。
可选地，所述前处理装置还包括抽真空管，所述抽真空管与所述导流管连通。
为实现上述目的，本实用新型还提供了一种质谱成像系统，包括质谱仪和前述的前处理装置，所述光电离室的出口端与所述质谱仪的入口端连通。
与现有技术相比，本实用新型的质谱成像系统及前处理装置具有如下优点：
通过设置掺杂剂引入机构以利用光致诱导的离子分子反应和光致直接电离的总和实现待分析样品的二次电离，显著提高光电离效率，进而提高生物组织中不同类型化合物的质谱成像的分辨率和灵敏性。通过使掺杂剂引入机构的掺杂剂引入管的出口端比取样毛细管的出口端更靠近真空紫外放电灯，使得气相掺杂剂首先接收真空紫外光的辐照而离子化，之后离子化的气相掺杂剂在运动至取样毛细管的出口端处时开始与待分析样品混合以促进待分析样品的二次电离，这样的配置，有效提高掺杂剂的离子化效率，进而提高待分析样品的二次电离效率。
附图说明
附图用于更好地理解本实用新型，不构成对本实用新型的不当限定。其中：
图1是本实用新型根据一实施例所提供的质谱成像系统的结构示意图；
图2是本实用新型根据一实施例所提高的质谱成像系统的局部结构示意图；
图3是本实用新型根据一实施例所提高的质谱成像系统的二次光电离机构的结构示意图；
图4是本实用新型根据一实施例所提高的质谱成像系统的气相掺杂剂引入机构的结构示意图；
图5为红色水彩笔涂在玻片上，经常压激光解析电离和常压激光解析电离-二次光电离质谱分析得到的正离子模式质谱图；
图6为利用本实用新型一实施例所提高的质谱成像系统分析得到的小鼠小脑组织胆固醇(m/z 369)的分布图。
[附图标记说明如下]：
1-质谱成像系统，2-待测样品，3-激光束，4-玻片，10-质谱仪，20-电离机构，30-气相掺杂剂引入机构，40-抽真空管，100-激光解析电离机构，110-激光器，120-光路组件，121-扩束镜，122-反射镜，123-聚焦镜，130-载物台，200-取样毛细管，300-二次光电离机构，310-光电离室，320-真空紫外放电灯，321-放电管，322-环形正极，323-环形负极，324-第二盖板，325-窗片，330-导流管，340-第一盖板，400-掺杂剂供应组件，410-鼓泡罐，420-第一导管，430-第二导管，500-掺杂剂引入管，600-传输毛细管，700-流量控制计，710-第一流量控制计，720-第二流量控制计。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本实用新型的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点与功效。本实用新型还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本实用新型的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本实用新型的基本构想，遂图式中仅显示与本实用新型中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
另外，以下说明内容的各个实施例分别具有一或多个技术特征，然此并不意味着使用本实用新型者必需同时实施任一实施例中的所有技术特征，或仅能分开实施不同实施例中的一部或全部技术特征。换句话说，在实施为可能的前提下，本领域技术人员可依据本实用新型的公开内容，并视设计规范或实作需求，选择性地实施任一实施例中部分或全部的技术特征，或者选择性地实施多个实施例中部分或全部的技术特征的组合，借此增加本实用新型实施时的弹性。
如在本说明书中所使用的，单数形式“一”、“一个”以及“该”包括复数对象，复数形式“多个”包括两个以上的对象，除非内容另外明确指出外。如在本说明书中所使用的，术语“或”通常是以包括“和/或”的含义而进行使用的，除非内容另外明确指出外，以及术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接。可以是机械连接，也可以是电连接。可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
为使本实用新型的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图对本实用新型作进一步详细说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。附图中相同或相似的附图标记代表相同或相似的部件。
如图1所示，本实用新型实施例提供了一种质谱成像系统1，包括质谱仪10和前处理装置，所述前处理装置用于对待测样品2(如图2所示)进行处理，使待测样品2离子化，以便于被质谱仪10检测分析。
继续参考图1，本实用新型所涉及的前处理装置包括电离机构20和气相掺杂剂引入机构30。其中，所述电离机构20包括激光解析电离机构100、取样毛细管200和二次光电离机构300。所述激光解析电离机构100用于对待测样品2(如图2所示)进行激光解析，所述取样毛细管200用于将经过激光解析的所述待测样品引入所述二次光电离机构300。所述二次光电离机构300包括光电离室310和真空紫外放电灯320。所述光电离室310的出口端与所述质谱仪10的入口端连通，所述光电离室310还与所述取样毛细管200的出口端连通。所述真空紫外放电灯320被配置用于向所述光电离室310提供真空紫外光。所述气相掺杂剂引入机构30包括掺杂剂引入管500，所述掺杂剂引入管500的出口端与所述光电离室310连通，且所述掺杂剂引入管500的出口端比所述取样毛细管200的出口端更靠近所述真空紫外放电灯320。
利用所述质谱成像系统1对待测样品进行成像时，通过激光解析电离机构100首先对待测样品2进行解析，使得待测样品2部分地离子化。之后，经激光解析的所述待测样品经由所述取样毛细管200进入所述光电离室310。与此同时，气相掺杂剂引入机构30将气相掺杂剂引入所述光电离室310。在所述光电离室内，气相掺杂剂经真空紫外光辐照后电离，得到离子化的掺杂剂。进入所述光电离室310的所述待测样品2中的一部分中性分子与离子化的掺杂剂混合，并在所述真空紫外光及所述离子化的掺杂剂的作用下发生光致诱导的离子分子反应而再次离子化，进入所述光电离室310的所述待测样品2中的另一部分中性分子则在真空紫外光的作用下直接进行光致电离。很明显，待测样品2的中性分子经过两种模式的电离，可大幅度提高待测样品在光电离室310内的电离效率，这有利于提高后续质谱仪成像时的分辨率和灵敏性。进一步地，掺杂剂引入管500的出口端更靠近真空紫外放电灯，这使得气相掺杂剂在与待测样品混合之前就被真空紫外光辐照。换句话讲，气相掺杂剂在被待测样品稀释之前就被真空紫外光辐照，因此，被辐照的气相掺杂剂分子较多且效率较高，得到的掺杂剂离子也相应较多，这有利于提高光致诱导的离子分子反应的效率，提高待测样品2的电离效率，进而得到更高密度的待测离子，达到提高后续的成像分辨率和灵敏性的目的。所述掺杂剂为甲苯、丙酮、苯甲醚、氯苯、溴苯、二硫化碳中的任一种。
可以理解，所述气相掺杂剂引入机构30还包括掺杂剂供应组件400，所述掺杂剂供应组件400与所述掺杂剂引入管500连通，并用于提供所述气相掺杂剂。
另外，本实用新型实施例所提供的质谱成像系统1在工作时，所述光电离室310内的真空度为2×103～5×104Pa。可以理解，根据理想气体状态方程，相同温度、相同体积空间的情况下，所述光电离室310内的真空度越高，待测样品的分子物质的量越大，可电离得到的待测离子的密度也就越高，越有利于提高所述质谱成像系统在工作时的分辨率和灵敏性。
接下去结合附图对所述质谱成像系统1的各个部件进行详细描述。
如图1及图2所示，所述激光解析电离激光100包括激光器110、光路组件120和载物台130。其中，所述激光器110用于产生激光束3，所述激光束3包括但不限于紫外光、可见光、红外光，例如349nm的紫外光。所述载物台130用于承载所述待测样品2。所述光路组件120用于对所述激光束3进行扩束，并使扩束后的所述激光束3聚焦于所述载物台130，具体是聚焦于所述待测样品2的背侧，以使得所述待测样品2在激光束的作用下解析并部分地离子化。所述光路组件120具体可包括用于对激光束3进行扩束的扩束镜121、用于对扩束后的所述激光束3进行转向的反射镜122、以及用于对所述激光束3进行聚焦的聚焦镜133。所述激光器110、所述扩束镜121、所述反射镜122、所述聚焦镜123及所述载物台130的具体排布方式可根据实际情况设置，本实用新型实施例不作特殊限定。所述载物台130选用导电材料制造，其在正离子模式下能够耐受0V-10KV的电压，在负离子模式下能够耐受-10KV-0V的电压。
本领域技术人员知晓，所述待测样品2通常被置于一玻片4上，通过将所述玻片4放置于所述载物台130上，使得所述待测样品2被承载于所述载物台130上。所述玻片4优选为喷涂有导电氧化锡材料的石英玻片，90％以上的349nm紫外光能穿过所述玻片4并对所述玻片4上的待测样品2进行解析。以及，所述待测样品2的表面还喷涂有基质以增加激光解析电离效率。所述基质包括但不限于α-氰基-4-羟基肉桂酸、2,5-二羟基苯甲酸、二氧化钛中的任一种。
所述取样毛细管200的入口端与所述载物台130对应设置，如此，所述取样毛细管200能够为经过激光解析的待测样品提供进入光电离室310的流体通道。所述取样毛细管200的入口端与玻片4之间的距离不大于5mm，且优选所述待测样品2的表面的距离小于2mm，例如为1mm，这样的配置可以提高所述取样毛细管200的取样效率。当所述待测样品2为生物组织切片时，优选所述待测样品2的厚度为10um。此外，所述取样毛细管200的内径为0.5mm-1.5mm。在一个具体的实施例中，所述取样毛细管200的内径为1.5mm。
请参考图3，所述光电离室310为中空管状结构，并具有轴向相对的第一端和第二端。所述光电离室310的所述第一端为开口端，且所述第一端与所述质谱仪10的入口端连通，如此，待测样品可以经由所述第一端进入所述质谱仪10。应理解，所述质谱仪10包括传输毛细管600，所述质谱仪10的入口端即为所述传输毛细管600的入口端。
可选地，所述光电离室310包括沿所述第二端到所述第一端的方向依次平滑过渡地连接的第一节段、第二节段和第三节段。所述第一节段在其轴向上的全部长度范围内具有均一的内径，所述第三节段在其轴向上的全部长度范围内具有均一的内径，且所述第一节段的内径大于所述第三节段的内径。所述第二节段为锥形结构，所述第二节段的最大内径等于所述第一节段的内径，所述第二节段的最小内径小于所述第三节段的内径。所述光电离室310的内径范围为4mm-8mm。
可选地，所述二次光电离机构300还包括导流管330，所述导流管330同轴地环绕在所述光电离室310的所述第一端的外周，具体是环绕在所述第三节段的外周。所述导流管330的内径大于所述光电离室310的所述第一端的外径，且所述导流管330在所述光电离室310的所述第一端的端部与所述光电离室310连通。本实用新型实施例中，所述光电离室310的所述第一端的外表面与所述导流管330的内表面之间的间距为1mm-2mm，在一个具体的实施例中，所述光电离室310的所述第一端的外表面与所述导流管330的内表面之间的间距为1.2mm。所述导流管330的内径为1.2mm-1.6mm,在一个具体的实施例中，所述导流管的内径为1.6mm。所述导流管330的靠近所述质谱仪10的一端凸出于所述光电离室310的所述第一端的端部，且所述导流管330在所述光电离室310的第一端的端部与所述光电离室310连通。所述导流管330还与所述传输毛细管600连接，以使得所述光电离室310与所述传输毛细管600连通。
所述真空紫外放电灯320具有一光出口，所述光出口设置在所述光电离室310的所述第二端的端部。所述真空紫外放电灯320所产生的真空紫外光经由所述光出口并从所述光电离室310的所述第二端射入所述光电离室310。如此，所述掺杂剂引入管500的出口端比所述取样毛细管200的出口端更靠近所述真空紫外放电灯320实际是指所述掺杂剂引入管500的出口端比所述取样毛细管200的出口端更靠近所述光电离室310的所述第二端的端部。这样一来，经所述掺杂剂引入管500进入所述光电离室310的气相掺杂剂在与经所述取样毛细管200进入所述光电离室310的待测样品混合前就被所述真空紫外光辐照而至少部分地离子化，提高所述气相掺杂剂离子化的效率，得到更高浓度的掺杂剂离子。
可选地，所述取样毛细管200的出口端到所述光电离室310的所述第二端的端部的距离小于8mm。这是因为，真空紫外光的传输距离有限，若所述取样毛细管200的出口端到所述光电离室310的第二端的端部的距离过大，将会超出真空紫外光的传输距离，导致进入到光电离室310的待测样品无法被真空紫外光辐照，也就不能在真空紫外光的作用下直接光致电离。优选地，在所述光电离室310的轴向上，所述取样毛细管200的出口端与所述掺杂剂引入管500的出口端之间的距离为0.1mm-1.0mm，若该距离过大，意味着离子化的掺杂剂需要移动较大的距离才能够与待测样品混合，离子化的掺杂剂移动的距离较大必然意味着离子化的掺杂剂移动的时间较长，而离子化的掺杂剂在长时间的移动过程中易猝灭，无法与待测样品发生分子离子反应。也就是说，若所述取样毛细管200的出口端与所述掺杂剂引入管500的出口端之间的距离过大，气相掺杂剂将失去对待测样品的离子化的促进作用。若所述取样毛细管200的出口端与所述掺杂剂引入管500的出口端之间的距离过小，又会发生气相掺杂剂在未完全离子化之前就与待测样品混合而被稀释，降低气相掺杂剂的离子化效率，进而降低离子化掺杂剂对待测样品的电离的促进效果。在一个示范性的实施例中，所述取样毛细管200的出口端与所述掺杂剂引入管500的出口端之间的距离为0.5mm。此实施例中，所述取样毛细管200的出口端到所述光电离室310的第二端的端部的距离为1.5mm，所述掺杂剂引入管500的出口端到所述光电离室310的第二端的端部的距离为1mm。
进一步地，所述光电离室的所述第二端为开口端。所述二次光电离机构300还包括第一盖板340，所述第一盖板340设置在所述光电离室310的所述第二端的端部，并沿所述光电离室310的径向向外延伸。所述真空紫外放电灯320具体包括放电管321、环形正极322、环形负极323、第二盖板324和窗片325。所述放电管321设置在所述光电离室310的所述第二端。所述环形正极322设置在所述放电管321的外周，并优选所述环形正极322更靠近所述放电管321远离所述光电离室310的一端。所述环形正极322沿所述放电管321的径向向外延伸。所述环形负极323设置于所述放电管321的靠近所述光电离室310的一端，且所述环形负极323的中心孔与所述光电离室310对应布置，优选与所述光电离室310同轴地布置。通过在环形正极322和环形负极323之间施加电压来点亮真空紫外放电灯320。所述第二盖板324连接于所述环形负极323的外周，且所述第二盖板324与所述第一盖板340密封连接。所述窗片325设置在所述环形负极323的中心孔处，且所述窗片325构成所述光出口。通过所述第二盖板324与所述第一盖板340的配合，实现所述放电管321与所述光电离室310的物理隔离，并将所述放电管321密封。本实施例中，所述窗片325的材料包括但不限于氟化镁或氟化锂。需要说明的是，此处所述及的“径向”均是垂直于所述光电离室310的轴线的方向。所述光电离室310的横截面以及所述放电管321的横截面并不局限于圆形，也可以是矩形、多边形等任意合适的形状。
实际应用过程中，所述放电管321内填充有稀有气体，所述稀有气体例如是氦气。当然，所述稀有气体也可以是其他气体，例如氖气、氪气、氙气、氮气。具体根据实际需要选择。不同的稀有气体可以使得所述放电管321产生不同能量的真空紫外光。
如图4所示，所述掺杂剂供应组件400包括鼓泡罐410、第一导管420和第二导管430。所述鼓泡罐410用于装载液相掺杂剂。所述第一导管420的出口端插入所述鼓泡罐410内，且所述第一导管420的出口端用于设置在所述液相掺杂剂的液面下方。所述第二导管430的入口端插入所述鼓泡罐410内，且所述第二导管430的入口端用于设置在所述液相掺杂剂的液面的上方。所述第二导管430的出口端与所述掺杂剂引入管500的入口端连通。
实践中，所述第一导管420的入口端与一载气源连通，所述第一导管420将载气导入所述鼓泡罐410，使得所述鼓泡罐410内的液相掺杂剂鼓泡并挥发形成气相掺杂剂。所述气相掺杂剂经由所述第二导管430进入所述掺杂剂引入管500，之后进入所述光电离室310。
在一个较佳地实施例中，所述掺杂剂引入机构30还包括流量控制计700，所述流量控制计700设置在所述掺杂剂供应组件400上，并被配置用于控制进入所述掺杂剂引入管500的所述气相掺杂剂的量。
具体而言，所述流量控制计700包括第一流量控制计710和第二流量控制计720。所述第一流量控制计710设置在所述第一导管420上例如设置在所述第一导管420的入口处，并用于控制进入所述第一导管420的所述载气的流量。所述第二流量控制计720设置在所述第二导管430上例如设置在所述第二导管430的出口处，并用于控制进入所述掺杂剂引入管500的所述气相掺杂剂的流量。通过所述第一流量控制计710和所述第二流量控制720的控制，可以使鼓泡罐410保持在基本恒压的状态，有利于维持掺杂剂引入机构30的气压稳定性，进而维持整个质谱成像系统的稳定性，确保成像结构的稳定性和精度。实际工作时，可以控制所述第二导管430内的气体流速比所述第一导管420内的气体流速大8ml/min。
可以理解，所述质谱成像系统还包括抽真空管40，所述抽真空管40与所述导流管330连通。所述抽真空管40用于与外部的真空发生器连接，以对所述光电离室310及所述质谱仪10抽真空。
本发明的工作原理详细说明如下：
待测样品2在聚焦的激光束的作用下，从玻片4的表面解析，解析出的化学物质的离子化效率小于0.1％。带电离子(即离子化的待测样品)和中性分子(未离子化的待测样品)在真空抽吸的作用下，同时从取样毛细管200进入光电离室310。与此同时，气相掺杂剂从掺杂剂引入管500进入光电离室310，气相掺杂剂被真空紫外光辐照而电离。在低于大气压的压力氛围下，未离子化的中性分子中的一部分在真空紫外光的辐照下直接电离、另一部分与离子化的掺杂剂一起在真空紫外光的作用下发生分子离子化反应而电离。所有离子化的待测样品(包括解析电离得到的待测样品分子和在光电离室内电离的待测样品分子)一起进入质谱仪10被检测。
参见图5，将红色水彩笔涂覆在玻片7上，在不开启二次光电离机构300及掺杂剂引入机构400的情况下进行传统的常压激光解析电离模式的质谱检测，以及在开启二次光电离机构300及掺杂剂引入机构400的情况下进行激光解析电离-二次光电离模式的质谱分析，其中环形正极与环形负极之间施加的起伏电压为1500V，分析结果如图5所示。如图5中(A)所示，在传统的常压激光解析电离质谱图中，红色水彩笔中罗丹明6G([M-Cl]+，m/z443)的信号只有180；但是，如图5中(B)所示，在二次光电离辅助下的常压激光解析-二次光电离质谱图中，罗丹明6G([M-Cl]+，m/z 443)的信号达到了180000，以该物质为例说明，二次光电离可将待测样品11信号提高三个量级。
在掺杂剂辅助下的二次光电离对待测物在待测样品11表面的空间可视化分析也有显著的影响。参见图6，以胆固醇(m/z 369)在小鼠小脑组织成像结果为例，该成像图单像素点尺寸为20μm×20μm，该空间分辨率远远优于解吸电喷雾电离的光电离质谱成像分辨率(约200μm)。此外，常压激光解析电离-二次光电离质谱成像(y轴1.7-3.5mm)，与传统的常压激光解析电离质谱成像(y轴0-1.7mm)相比，位于m/z 369处的胆固醇([M+H-H2O]+)信号显著提高，该实验证明，二次光电离增强待测样品11表面的待测物信号后，待测物在待测样品11表面空间分布的精细结构也更加清晰，成像质量显著提高。
需要说明的是，所述质谱成像系统1在工作过程中，所述光电离室310内的温度与所述取样毛细管200的温度可以相同也可以不相同，具体的温度范围为250℃-380℃。
虽然本实用新型披露如上，但并不局限于此。本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种前处理装置，其特征在于，包括：
电离机构，包括激光解析电离机构、取样毛细管和二次光电离机构，所述激光解析电离机构用于对待测样品进行激光解析，所述取样毛细管用于将经过激光解析的所述待测样品引入所述二次光电离机构；所述二次光电离机构包括光电离室和真空紫外放电灯；所述光电离室的出口端用于与质谱仪的入口端连通，所述光电离室还与所述取样毛细管的出口端连通；所述真空紫外放电灯被配置用于向所述光电离室提供真空紫外光；以及，
气相掺杂剂引入机构，包括掺杂剂引入管，所述掺杂剂引入管的出口端与所述光电离室连通，且所述掺杂剂引入管的出口端比所述取样毛细管的出口端更靠近所述真空紫外放电灯。
2.根据权利要求1所述的前处理装置，其特征在于，所述光电离室为中空管状结构，所述光电离室具有轴向相对的第一端和第二端；所述光电离室的所述第一端为开口端，并与所述质谱仪的入口端连通；所述真空紫外放电灯具有一光出口，所述光出口设置于所述光电离室的所述第二端的端部，使得所述真空紫外光经由所述光出口并从所述光电离室的所述第二端射入所述光电离室；
所述掺杂剂引入管的出口端比所述取样毛细管的出口端更靠近所述光电离室的所述第二端的端部。
3.根据权利要求2所述的前处理装置，其特征在于，所述取样毛细管的出口端到所述光电离室的所述第二端的端部的距离小于8mm。
4.根据权利要求2或3所述的前处理装置，其特征在于，在所述光电离室的轴向上，所述取样毛细管的出口端与所述掺杂剂引入管的出口端之间的距离为0.1mm-1.0mm。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的前处理装置，其特征在于，所述气相掺杂剂引入机构还包括掺杂剂供应组件，所述掺杂剂供应组件与所述掺杂剂引入管连通，并用于提供气相掺杂剂；所述掺杂剂供应组件包括鼓泡罐、第一导管和第二导管；所述鼓泡罐用于装载液相掺杂剂；所述第一导管的出口端插入所述鼓泡罐内，所述第一导管的出口端用于设置在所述液相掺杂剂的液面下方；所述第二导管的入口端插入所述鼓泡罐内，且所述第二导管的入口端用于设置在所述液相掺杂剂的液面的上方；所述第二导管的出口端与所述掺杂剂引入管的入口端连通。
6.根据权利要求5所述的前处理装置，其特征在于，所述掺杂剂引入机构还包括流量控制计，所述流量控制计设置于所述掺杂剂供应组件上，并用于控制进入所述掺杂剂引入管的所述气相掺杂剂的量。
7.根据权利要求6所述的前处理装置，其特征在于，所述第一导管用于将载气引入所述鼓泡罐，以使所述液相掺杂剂气化得到气相掺杂剂，所述第二导管用于将所述气相掺杂剂引入所述掺杂剂引入管；
所述流量控制计包括第一流量控制计和第二流量控制计；所述第一流量控制计设置在所述第一导管上，用于控制进入所述鼓泡罐的所述载气的流量；所述第二流量控制计设置在所述第二导管上，用于控制进入所述掺杂剂引入管的所述气相掺杂剂的流量。
8.根据权利要求2所述的前处理装置，其特征在于，所述质谱仪包括传输毛细管；所述二次光电离机构还包括导流管，所述导流管同轴地环绕在所述光电离室的所述第一端的外周；所述导流管的内径大于所述光电离室的所述第一端的外径，且所述导流管在所述光电离室的所述第一端的端部与所述光电离室连通；所述导流管的靠近所述质谱仪的一端凸出于所述光电离室的所述第一端的端部，所述导流管的靠近所述质谱仪的一端与所述传输毛细管连接，以使得所述光电离室与所述传输毛细管连通；和/或，
所述光电离室的所述第二端为开口端；所述二次光电离机构还包括第一盖板，所述第一盖板设置在所述光电离室的所述第二端的端部，并沿所述光电离室的径向向外延伸；所述真空紫外放电灯包括放电管、环形正极、环形负极、第二盖板和窗片；所述放电管设置在所述光电离室的所述第二端；所述环形正极设置在所述放电管的外周面上，并沿所述放电管的径向向外延伸；所述环形负极设置于所述放电管的靠近于所述光电离室的一端，所述环形负极的中心孔与所述光电离室对应布置；所述第二盖板连接于所述环形负极的外周，所述第二盖板与所述第一盖板密封连接；所述窗片设置在所述环形负极的中心孔处，所述窗片构成所述光出口；和/或，
所述激光解析电离机构还包括激光器、光路组件和载物台；所述激光器用于产生激光束；所述光路组件用于对所述激光束进行扩束，并使扩束后的所述激光束聚焦于所述载物台，所述载物台与所述取样毛细管的入口端对应设置。
9.根据权利要求8所述的前处理装置，其特征在于，所述前处理装置还包括抽真空管，所述抽真空管与所述导流管连通。
10.一种质谱成像系统，其特征在于，包括质谱仪和如权利要求1-9中任一项所述的前处理装置，所述光电离室的出口端与所述质谱仪的入口端连通。
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