TWI663402B - 質譜儀之進樣裝置、進樣系統及進樣方法 - Google Patents

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Abstract

一種質譜儀之進樣裝置，其包括載體，載體包括承載盤及至少一噴嘴結構，噴嘴結構由導電材料製成，噴嘴結構設置於承載盤上，噴嘴結構具有噴口，噴嘴結構的內部形成樣品槽，樣品槽與噴口連通，噴嘴結構鄰近噴口處設有連通噴嘴結構兩面的氣體通道。使用時，將待測樣品注入樣品槽，藉由供氣裝置提供氣體通過氣體通道而在噴口處形成負壓，使樣品槽中的待測樣品霧化至微小液滴並從噴口噴出，同時藉由離子源於噴嘴結構與游離物質進樣口之間形成高電壓差，使存在於微小液滴內之分析物分子在離開噴嘴結構時形成離子，進而分析物離子進入分析裝置進行質譜分析。

Description

質譜儀之進樣裝置、進樣系統及進樣方法
本發明係有關一種質譜儀，尤其是一種質譜儀之進樣裝置、進樣系統及進樣方法。
質譜儀主要包括進樣裝置、離子源、質量分析器及偵測器，進樣裝置將待測樣品引入離子源，待測樣品在離子源中發生電離而生成離子，且離子在加速電場作用下進入質量分析器，質量分析器將不同荷質比的離子分離，分離後的離子進入偵測器而得到質譜圖，藉此分析出待測樣品中的目標分子的分子量。
當待測樣品為液體時，進樣裝置可包括泵浦及毛細管，藉由泵浦推動液體樣品經由毛細管引入離子源。常規質譜儀的進樣裝置常有路徑較長（例如數十公分）的毛細管構成其進樣通道。由於毛細管內徑小（例如小於150μm），因此液體樣品要先進行前處理以去除雜質，否則將造成毛細管阻塞，然而，前處理步驟複雜而影響分析效率，且液體樣品體積需求量大（例如大於1mL），導致對於微量液體樣品分析有所限制。此外，使用後的毛細管管道清潔亦相當費時且需消耗大量溶劑。
有鑒於上述之狀況，本發明提供一種質譜儀之進樣裝置、進樣系統及進樣方法，其適用於微量液體樣品分析。
本發明實施例所提供之進樣裝置，其包括載體，載體包括承載盤及至少一噴嘴結構，噴嘴結構由導電材料製成，噴嘴結構設置於承載盤上，噴嘴結構具有噴口，噴嘴結構的內部形成樣品槽，樣品槽與噴口連通，噴嘴結構鄰近噴口處設有連通噴嘴結構兩面的氣體通道，氣體通道具有進氣口及出氣口。
本發明實施例所提供之進樣系統，其包括設置於離子源上的進樣孔及所述之進樣裝置，進樣裝置之載體插入進樣孔內。
本發明實施例所提供之進樣方法，其應用於所述之進樣裝置，該方法包括：將待測樣品注入樣品槽；待測樣品中的目標分子與官能基塗層之官能基反應結合，待測樣品中的非目標分子從噴口流出；將清洗緩衝液注入樣品槽；及將清洗液注入樣品槽。
本發明實施例所提供之質譜儀之進樣裝置、進樣系統及進樣方法提供液體樣品能夠直接注入樣品槽，且將載體插入離子源之進樣孔內即完成進樣步驟，操作容易而有利於分析效率提升，且不需要大量液體樣品進行前處理，適用於微量液體樣品分析。
以下係參照所附圖式詳細敘述本發明之實施例，圖式中相同的符號表示相同的元件。
請參閱圖1，本發明實施例之質譜儀之進樣裝置100包括載體1及手持板2。
載體1包括承載盤11及至少一噴嘴結構12，噴嘴結構12由導電材料（例如金屬）製成，噴嘴結構12設置於承載盤11上，請配合參閱圖2，噴嘴結構12具有噴口121，噴嘴結構12的內部形成樣品槽122，樣品槽122呈漏斗狀，樣品槽122與噴口121連通，樣品槽122的槽口大於噴口121，樣品槽122的槽口較大而能夠方便液體樣品注入，噴口121較小而能夠使液體樣品在不受外力影響下藉由其本身表面張力作用而不會向下外漏。噴嘴結構12鄰近噴口121處設有連通噴嘴結構12的頂面及底面的氣體通道123，氣體通道123呈環狀而圍設樣品槽122側面，氣體通道123具有進氣口1231及出氣口1232，出氣口1232呈環形且環繞噴口121。本實施例係以環形氣體通道123為例說明，非將本發明限制於此，所屬技術領域中具有通常知識者可以單側氣體通道、半環形氣體通道或複數長條形氣體通道等效替換之。噴嘴結構12的數量可以根據需要進行設置，且各噴嘴結構12的頂面可設置識別特徵124，例如一維條碼、二維條碼或識別電路，提供質譜分析識別使用，以得知目前處理的噴嘴結構12之樣品槽122內的待測樣品200及其目標分子，且離子源300可據此調整控制參數，例如電壓或氣體壓力。在另一實施例中，樣品槽122b用以承載待測樣品200的表面附著有官能基塗層125b（如圖7所示），官能基塗層125b之官能基可與待測樣品200中的目標分子反應結合，達到分析物清潔、濃縮等目的，以利提高質譜分析的靈敏度及準確度，詳細進樣方法流程請參閱後續說明。
手持板2固定於載體1的一側，以便於分析員手持操作，手持板2與承載盤11由絕緣材料（例如塑膠）製成。
本發明實施例之進樣裝置100於實際使用時，請參閱圖3，先將待測樣品200注入樣品槽122，請參閱圖5，接著將載體1透過進樣孔301插入離子源300內，藉由離子源300施加高電壓而於噴嘴結構12與游離物質進樣口400之間形成高電壓差，請配合參閱圖4，使樣品槽122內的待測樣品200在離開噴嘴結構12時形成離子，同時藉由供氣裝置302透過進氣口1231提供氣體通過氣體通道123，使得噴口121處形成負壓，由出氣口1232離開的氣體加速將離子帶離噴嘴結構12，此外，藉由離子源300內的大氣壓力與分析裝置500內的真空壓力之間形成壓力差，使從噴嘴結構12離開的離子於游離物質進樣口400處被吸入進行分析。
上述噴嘴結構12與游離物質進樣口400之間的高電壓差約為4.5~5.5kV，然實際電壓差將依據噴嘴結構12與游離物質進樣口400之間的距離調整。上述噴嘴結構12與游離物質進樣口400之間的距離約為0.5~2cm，較佳為1~1.5cm。上述離子源300的正面或側面設有一個或多個進樣孔301。
在一實施例中，當待測樣品200在離開噴嘴結構12時形成正離子，將噴嘴結構12連接地電位，離子源300對游離物質進樣口400施加負高電壓，或者，將游離物質進樣口400連接地電位，離子源300對噴嘴結構12施加正高電壓。
本發明實施例之進樣裝置100提供待測樣品200能夠直接注入樣品槽122，且將載體1插入離子源300之進樣孔301內即完成進樣步驟，操作容易而有利於分析效率提升，且待測樣品200只需取1~5μL，不需要大量待測樣品200進行前處理，適用於微量液體樣品分析。此外，由於樣品槽122的容積是固定，因此在進行質譜分析時，除了可作定性分析外，亦可作定量分析。
如圖1至圖5所示為本發明之一實施例之進樣裝置100，其中一個噴嘴結構12設置於承載盤11上。
如圖6所示為本發明之另一實施例之進樣裝置100a，其中複數噴嘴結構12a間隔設置於承載盤11a上。在本實施例中，六個噴嘴結構12a間隔設置於承載盤11a上。離子源300內可設置有自動化裝置（圖未示）能夠依序將不同的待測樣品200注入複數噴嘴結構12a之樣品槽122a。離子源300內亦可設置有掃描裝置303（如圖5所示）能夠根據各噴嘴結構12a之識別特徵124a儲存各噴嘴結構12a之樣品槽122a內的待測樣品200的資訊並傳送至質譜儀，或者，藉由承載盤11a上設置的儲存裝置（圖未示）儲存各噴嘴結構12a之樣品槽122a內的待測樣品200的資訊，當載體1a插入離子源300內時，藉由讀取裝置（圖未示）讀取儲存裝置所儲存的資訊。
如圖7至圖8D所示為本發明之另一實施例之噴嘴結構12b，噴嘴結構12b之樣品槽122b的表面附著有不同的官能基塗層125b，官能基塗層125b可包括奈米粒子，官能基塗層125b可為疏水性的C8或C18烷基塗層、親水性的腈基（nitrile）或醯胺（amide）塗層或其他具有分子間作用力之塗層。藉由不同的官能基塗層125b之官能基可與不同的待測樣品200b中的目標分子201b反應結合，以利提高質譜分析的靈敏度及準確度。
在另一實施例中，噴嘴結構12b之樣品槽122b的表面附著有含矽塗層（圖未示），含矽塗層可包含玻璃、石英或矽膠成分。欲分析待測樣品200b時，先將含有官能基的溶液注入樣品槽122b，待官能基與矽原子反應結合一段時間後，再將溶液移除。舉例來說，當欲分析待測樣品200b中的目標分子201b為蛋白質而需使用C18烷基塗層時，先將含有C18烷基的溶液注入樣品槽122b，並加入適當的試劑及控制酸鹼值後，使C18烷基與矽原子鍵結，再將溶液移除，藉此樣品槽122b內即附著有C18烷基塗層。
請參閱圖8A至圖8D，其為本發明實施例之進樣方法的步驟示意圖。在一實施例中，圖8A至圖8D的步驟皆由離子源300內的自動化裝置完成，在另一實施例中，圖8A的步驟在離子源300外由人工完成，圖8B至圖8D的步驟由離子源300內的自動化裝置完成。請配合參閱圖9，進樣方法的步驟如下所述。
步驟901：如圖8A所示，將待測樣品200b注入樣品槽122b。
步驟902：如圖8B所示，待測樣品200b中的目標分子201b與官能基塗層125b之官能基反應結合，待測樣品200b中的非目標分子202b從噴口121b緩慢流出。待預定反應時間後，藉由供氣裝置302提供氣體通過氣體通道123b，使得噴口121b處形成負壓而加速將非目標分子202b從噴口121b帶出。
步驟903：如圖8C所示，將清洗緩衝液600b注入樣品槽122b，用以沖洗掉殘留的非目標分子202b。藉由供氣裝置302提供氣體通過氣體通道123b，使得噴口121b處形成負壓而將殘留的非目標分子202b從噴口121b帶出。
步驟904：如圖8D所示，將清洗液（elution）700b注入樣品槽122b，用以打斷目標分子201b與官能基塗層125b之官能基之間的作用力。藉由離子源300施加高電壓而於噴嘴結構12b與游離物質進樣口400之間形成高電壓差，使目標分子201b游離化，同時藉由供氣裝置302提供氣體通過氣體通道123b，使得噴口121b處形成負壓而將帶有目標分子201b的游離分子送入分析裝置500，並由分析裝置500進行質譜分析，相關動作可參閱前述圖4說明。
舉例來說，當欲確認待測樣品200b內是否含有蛋白質時，官能基塗層125b採用C18烷基塗層。在圖8B的步驟中，若待測樣品200b內含有蛋白質，蛋白質與C18烷基會因分子間作用力結合，而在其餘待測樣品200b從噴口121b流出後，樣品槽122b的表面可能附著有無機或有機鹽類，因此在圖8C的步驟中，使用清洗緩衝液600b將不需要的鹽類沖洗掉，以減少質譜分析時鹽類的干擾。在圖8D的步驟中，使用適當的清洗液700b，用以打斷蛋白質與C18烷基之間的作用力。
如圖10所示為本發明之另一實施例之噴嘴結構101，噴嘴結構101包括基座102、漏斗103及供氣管104，基座102具有頂板1021及於頂板1021的底面連接有環側壁1022，環側壁1022呈錐形並具有出氣通道1023，頂板1021與環側壁1022之間形成氣體容室1024，氣體容室1024與出氣通道1023連通，漏斗103具有承載體1031及承載體1031的底端連接有管體1032，承載體1031的內部為樣品槽1033，管體1032的底端為噴口1034，漏斗103透過管體1032穿設於基座102之頂板1021，使管體1032位於氣體容室1024，出氣通道1023呈環形且環繞於管體1032，供氣管104穿設於基座102之頂板1021，使供氣管104的一端位於氣體容室1024。環側壁1022及漏斗103由導電材料製成。
本實施例於實際使用時，先設定質譜掃描參數，並設定電壓為5.5kV、氣體壓力為20psi，將體積為100μL、濃度為1.0×10 -4M的待測樣品注入樣品槽1033，待測樣品在離子源300中生成離子，且離子被送入分析裝置500，進而得到質譜圖。
當待測樣品為小分子羅丹明6G（Rhodamine 6G）時，設定質譜掃描範圍為m/z 50~500之間，所得到質譜圖如圖11所示，其中顯示測得羅丹明6G離子訊號為m/z 443.3。
當待測樣品為大分子細胞色素C（cytochrome C）時，設定質譜掃描範圍為m/z 600~1500，所得到質譜圖如圖12所示，其中顯示測得離子訊號分布在m/z 782.1、m/z 817.4、m/z 874.5、m/z 941.9、m/z 1020.2及m/z 1113.0，此為細胞色素C分子在質譜分析中所呈現之蛋白質多價電荷離子分布。
惟以上所述者，僅為本發明之較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，即大凡依本發明申請專利範圍及發明說明內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
100、100a‧‧‧進樣裝置
1、1a‧‧‧載體
11、11a‧‧‧承載盤
12、12a、12b‧‧‧噴嘴結構
121、121b‧‧‧噴口
122、122a、122b‧‧‧樣品槽
123、123b‧‧‧氣體通道
1231‧‧‧進氣口
1232‧‧‧出氣口
124、124a‧‧‧識別特徵
125b‧‧‧官能基塗層
2‧‧‧手持板
200、200b‧‧‧待測樣品
201b‧‧‧目標分子
202b‧‧‧非目標分子
300‧‧‧離子源
301‧‧‧進樣孔
302‧‧‧供氣裝置
303‧‧‧掃描裝置
400‧‧‧游離物質進樣口
500‧‧‧分析裝置
600b‧‧‧清洗緩衝液
700b‧‧‧清洗液
901、902、903、904‧‧‧步驟
101‧‧‧噴嘴結構
102‧‧‧基座
1021‧‧‧頂板
1022‧‧‧環側壁
1023‧‧‧出氣通道
1024‧‧‧氣體容室
103‧‧‧漏斗
1031‧‧‧承載體
1032‧‧‧管體
1033‧‧‧樣品槽
1034‧‧‧噴口
104‧‧‧供氣管
［圖1］係本發明之一實施例之進樣裝置之立體外觀示意圖； ［圖2］係本發明之一實施例之噴嘴結構之剖面示意圖； ［圖3］及［圖4］係本發明之一實施例之噴嘴結構之使用狀態剖面示意圖； ［圖5］係本發明之一實施例之進樣裝置之使用動作側視示意圖； ［圖6］係本發明之另一實施例之進樣裝置之立體外觀示意圖； ［圖7］係本發明之另一實施例之噴嘴結構之剖面示意圖； ［圖8A］至［圖8D］係本發明之另一實施例之噴嘴結構之使用狀態剖面示意圖； ［圖9］係本發明之另一實施例之進樣裝置之進樣方法之流程圖； ［圖10］係本發明之另一實施例之噴嘴結構之剖面示意圖；及 ［圖11］及［圖12］係利用本發明之另一實施例之噴嘴結構進行分析之樣品之質譜圖。

Claims (15)

  1. 一種進樣裝置，其包括： 載體，包括： 承載盤；及 至少一噴嘴結構，該噴嘴結構由導電材料製成，該噴嘴結構設置於該承載盤上，該噴嘴結構具有噴口，該噴嘴結構的內部形成樣品槽，該樣品槽與該噴口連通，該噴嘴結構鄰近該噴口處設有連通該噴嘴結構兩面的氣體通道，該氣體通道具有進氣口及出氣口。
  2. 如請求項1所述之進樣裝置，其中，該樣品槽呈漏斗狀。
  3. 如請求項1所述之進樣裝置，其中，該氣體通道呈環狀而圍設該樣品槽側面。
  4. 如請求項3所述之進樣裝置，其中，該氣體通道之該出氣口呈環形且環繞該噴口。
  5. 如請求項1所述之進樣裝置，其中，該噴嘴結構設置有識別特徵。
  6. 如請求項1至5中任一項所述之進樣裝置，其進一步包括手持板，該手持板固定於該載體的一側。
  7. 如請求項6所述之進樣裝置，其中，複數該噴嘴結構間隔設置於該承載盤上。
  8. 如請求項1至5中任一項所述之進樣裝置，其中，該樣品槽的表面附著有官能基塗層。
  9. 如請求項8所述之進樣裝置，其中，該官能基塗層包括奈米粒子。
  10. 一種進樣系統，其包括： 設置於離子源上的進樣孔；及 如請求項1至9中任一項所述之進樣裝置，該進樣裝置之該載體插入該進樣孔內。
  11. 如請求項10所述之進樣系統，其進一步包括供氣裝置，該供氣裝置提供氣體通過該氣體通道。
  12. 如請求項10所述之進樣系統，其進一步包括掃描裝置，該掃描裝置根據該噴嘴結構之識別特徵儲存該噴嘴結構之該樣品槽內的待測樣品的資訊。
  13. 如請求項12所述之進樣系統，其中，該離子源根據該待測樣品的資訊調整控制參數。
  14. 如請求項10至13中任一項所述之進樣系統，其中，該離子源於該噴嘴結構與游離物質進樣口之間形成高電壓差。
  15. 一種進樣方法，其應用於如請求項8或9所述之進樣裝置，該方法包括： 將待測樣品注入該樣品槽； 該待測樣品中的目標分子與該官能基塗層之官能基反應結合，該待測樣品中的非目標分子從該噴口流出； 將清洗緩衝液注入該樣品槽；及 將清洗液注入該樣品槽。
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