一种超临界流体色谱和质谱的联用系统及测定方法与流程

本发明涉及质谱离子源技术领域，具体涉及一种超临界流体色谱和质谱的联用系统及测定方法。

背景技术：

质谱仪是一种具有分析速度快、灵敏度高和具有分子特异性的科学分析仪器，广泛应用于化学、生物、环境监测、医疗卫生等众多领域。而质谱经过多年的发展，已经可以对大多数物质进行检测。

电喷雾电离可以说是当今质谱分析学科中最活跃、最富生命力的研究领域。然而，作为目前最软电离方式的电喷雾技术，它在质谱分析检测中也存在一定的局限性，主要是因为它在进行被测样品离子化过程中，为了促进分子的电离需要通过电场作用及加热脱去溶液中的溶剂，因此对热极不稳定的分子仍然不太适合。

冷喷雾电离是在电喷雾电离的基础上开发出的一种新型离子化技术，它可以在低温条件下(-80～20℃)实现离子化。电喷雾电离是在电场作用下，通过加热毛细管和/或干燥气体脱溶剂促进离子化，与此不同，在冷喷雾电离中，其主要对液体喷雾以及脱溶剂过程进行冷却来增加分子的极化率，并通过溶剂化作用促进分子的离子化。此外，冷却也有利于目标分子的聚集。因而冷喷雾电离能很好地保持溶液中非共价相互作用的状态，给出最接近溶液状态的结构信息。冷喷雾质谱技术在不稳定金属有机复合物和基本生物分子的结构表征方面已得到成功运用。

由于所测定的不稳定分子在液相色谱和气相色谱中存在着不易溶解和不易分离的问题，因此，本发明使用超临界流体色谱来完成前级溶解和分离工作。

超临界流体：温度、压力高于其临界状态的流体。超临界流体具有许多独特的性质，如粘度小、密度、扩散系数、溶剂化能力等性质随温度和压力变化十分敏感，粘度和扩散系数接近气体，而密度和溶剂化能力接近液体。

溶质在超临界流体中的溶解度，随压力和温度的变化而有明显改变，特别是在临界点附近的区域内，温度和压力的微小变化导致流体密度的极大变化，从而可相当大地改变溶质的溶解度。因此，用改变物理参数(温度、压力)的方法可以方便地改变溶剂的溶解能力，从而达到选择性分离的目的，这是超临界流体色谱令人瞩目的原因之一。

授权公告号为cn205542703u(申请号为201620080005.4)的中国实用新型专利公开了一种用于质谱的高分辨成像的解吸电离质谱接口，包括本体，本体具有一漏斗状的采样端口，本体内具有离子源通道和离子传输通道，离子源通道的第一端用于与离子源连接，离子传输通道的第一端用于与质谱连接，离子源通道的第二端和离子传输通道的第二端交汇于采样端口。本实用新型离子源通道的第二端和离子传输通道的第二端交汇于采样端口，这种结构形式，使解吸电离质谱由敞开式质谱转为半封闭式质谱，减少了对周围样品的污染，能够有效提高成像分辨率和结果准确性。但是该技术方案并不适用于超临界流体。

技术实现要素：

本发明提供了一种超临界流体色谱和质谱的联用系统及测定方法，利用此系统和方法可实现金属有机复合物、生物分子等不稳定物质在质谱中的测定。

本发明采取的技术方案如下：

一种超临界流体色谱和质谱的联用系统，包括超临界流体色谱、冷喷雾离子化装置以及质谱，所述的冷喷雾离子化装置的进口与所述超临界流体色谱连接，所述的冷喷雾离子化装置的出口与质谱连接；

所述的冷喷雾离子化装置包括：

带有进口和出口的腔体；

设置在腔体进口的喷雾管；

以及，设置在腔体出口的锥孔。

本发明中，在冷喷雾电离中，其主要对液体喷雾以及脱溶剂过程进行冷却来增加分子的极化率，并通过溶剂化作用促进分子的离子化。此外，冷却也有利于目标分子的聚集。因而冷喷雾电离能很好地保持溶液中非共价相互作用的状态，给出最接近溶液状态的结构信息。通过冷喷雾离子化装置使得超临界流体色谱和质谱联用，会在不稳定复合物的检测研究上，有着独特的优异性能。利用超临界流体的独特性能，可以方便的溶解金属有机复合物、生物分子等不稳定物质，同时保持它们的性质稳定。此外，还可以对这些物质起到快速分离的效果。在冷喷雾离子源中，超临界流体可以自由转换形态的性质也可以得到很方便的应用。通过对转化为液态的流动相进行冷却，使样品分子离子化，最后通入质谱中使之被检测。

以下作为本发明的优选技术方案：

所述的腔体为一低温、高压腔体，温度为-30～15℃，压力在6mpa～9mpa。腔体内的离子化是利用冷喷雾原理实现的，形成离子源。离子源内的温度和压力可以通过向腔体输送液氮定量调控。通过对压力和温度的调控，可以使不同的物质都能以最高的离子化效率进行离子化。

所述腔体中的离子化溶剂，为液态二氧化碳。

所述的腔体侧面开有液氮喷孔，通过液氮喷孔向腔体内部输送液氮进入腔体，起到冷却离子源的作用。离子源由液氮进行冷却。

所述喷雾管套有冷却套管，所述冷却套管内部通入液氮，用于降低喷雾管温度，使其内部的超临界流体液化。

所述喷雾管伸入所述腔体的一端管径逐渐缩小，形成锥形，该锥形的尖端为喷雾孔，该结构能够更好地喷出带电液滴。

所述锥孔的尖端朝向所述喷雾管，沿腔体内侧至腔体外侧方向，锥孔的开口逐渐变大，即前段狭小，后端开口较大。锥孔的作用是连接和分隔两个压力不同的腔体，考虑到离子源内压力较大，后端为常压或低真空，锥孔的设计可以在保证离子源内部压力稳定的同时，避免后端腔体的压力发生变化。同时还可以提高离子传输效率，减少离子损失。

所述的喷雾孔位于所述喷雾管的轴心，所述喷雾管和锥孔同轴心。由于喷雾中的溶剂为二氧化碳，进入质谱后会迅速气化，不会导致溶液进入质谱带来污染。同时，二者同轴心也可以使得离子传输效率最高，减少离子损失。

其中，超临界流体色谱可采用商业化的超临界流体色谱，质谱可以采用商业化的质谱，均可采用市售产品。

所述的超临界流体色谱和质谱的联用系统整体密封。

一种采用超临界流体色谱和质谱的联用系统的测定方法，包括：

超临界流体色谱通过喷雾管和喷雾孔向冷喷雾离子化装置中的腔体输入超临界流体二氧化碳；

冷却套管内通有液氮以冷却喷雾管，使得喷雾管内的二氧化碳超临界流体液化，从而由喷雾孔中喷出带电液滴；

液氮喷孔向腔体内部输送液氮进入腔体，形成低温、高压腔体，腔内压力在6mpa～9mpa，温度在-30～15℃，以维持二氧化碳的液体形态；

带电液滴经由锥孔进入质谱中，并通过质谱对其进行检测。

进一步优选，压力为8mpa，温度在-10～-5℃。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明超临界流体色谱和质谱的联用系统，采用特定的结构，超临界流体色谱通过喷雾管和喷雾孔向冷喷雾离子化装置中的腔体输入超临界流体二氧化碳；冷却套管内通有液氮以冷却喷雾管，使得喷雾管内的二氧化碳超临界流体液化，从而由喷雾孔中喷出带电液滴；液氮喷孔向腔体内部输送液氮进入腔体，形成低温、高压腔体，以维持二氧化碳的液体形态；带电液滴经由锥孔进入质谱中，并通过质谱对其进行检测。本发明通过所述本体实现超临界流体色谱-冷喷雾离子源的联用，进而可实现金属有机复合物、生物分子等不稳定物质在质谱上的测定。

附图说明

图1是本发明中冷喷雾离子化装置的结构示意图；

图2是本发明中冷喷雾离子化装置的剖视图；

图3是本发明中冷喷雾离子化装置的工作示意图；

图中各附图标记为：

1为喷雾管，2为腔体，3为锥孔，4为液氮喷孔，5为冷却套管，6为离子化室，7为喷雾孔。

具体实施方式

下面结合各附图，对本发明做详细描述。

一种超临界流体色谱和质谱的联用系统，包括超临界流体色谱、冷喷雾离子化装置以及质谱，冷喷雾离子化装置的进口与超临界流体色谱连接，冷喷雾离子化装置的出口与质谱连接；如图1、图2所示，冷喷雾离子化装置包括：带有进口和出口的腔体2；设置在腔体2进口的喷雾管；以及，设置在腔体2出口的锥孔。

腔体2为一低温、高压腔体，温度为-30～15℃，压力在6mpa～9mpa。腔体2内为离子化室6，腔体2内的离子化是利用冷喷雾原理实现的，形成离子源，离子源由液氮进行冷却，离子源内的温度和压力可以定量调控。通过对压力和温度的调控，可以使不同的物质都能以最高的离子化效率进行离子化。腔体2侧面开有液氮喷孔4，通过液氮喷孔4向腔体2内部输送液氮进入腔体2，形成低温、高压腔体，起到冷却离子源的作用。。

腔体2中的离子化溶剂，为液态二氧化碳。

喷雾管1套有冷却套管5，冷却套管5内部通入液氮，用于降低喷雾管1温度，使其内部的超临界流体液化。冷却套管5内通有液氮以冷却喷雾管1，使得喷雾管1内的二氧化碳超临界流体液化，从而由喷雾孔7中喷出带电液滴。

喷雾管1伸入腔体2的一端管径逐渐缩小，形成锥形，该锥形的尖端为喷雾孔7。

锥孔3的尖端朝向喷雾管，沿腔体2内侧至腔体2外侧方向，锥孔3的开口逐渐变大，即前段狭小，后端开口较大。锥孔3的作用是连接和分隔两个压力不同的腔体，考虑到离子源内压力较大，后端为常压或低真空，锥孔3的设计可以在保证离子源内部压力稳定的同时，避免后端腔体的压力发生变化。同时还可以提高离子传输效率，减少离子损失。

于本实施例中，离子源整体密封，由液氮喷孔4向腔内喷入液氮降温。腔内压力在7.382mpa以上，温度在-30～15℃之间，以维持二氧化碳的液体形态。

本实施例实际运用时，锥孔3与质谱相连，起到压力差分的作用，避免破坏离子源内的高压状态。

本实施例实际运用时，超临界流体流入喷雾管1并被冷却，转为液态后由于冷却极化率增大，在喷雾孔7处以带电液滴形态被喷出。带电液滴经由锥孔3进入质谱中，并通过质谱对其进行检测。

如图3所示，一种采用超临界流体色谱和质谱的联用系统的测定方法，包括：

超临界流体色谱通过喷雾套1和喷雾孔7向冷喷雾离子化装置中的腔体2输入超临界流体二氧化碳；

冷却套管5内通有液氮以冷却喷雾管1，使得喷雾管1内的二氧化碳超临界流体液化，从而由喷雾孔7中喷出带电液滴；

液氮喷孔4向腔体2内部输送液氮进入腔体2，形成低温、高压腔体，腔内压力6mpa～9mpa，温度-30～15℃，以维持二氧化碳的液体形态；

带电液滴经由锥孔3进入质谱中，并通过质谱对其进行检测。

当压力为8mpa，温度在-10～-5℃，形成低温、高压腔体，该条件具有很好的分子的极化率，可以实现金属有机复合物、生物分子等不稳定物质在质谱中的测定。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此即限制本发明的专利保护范围，凡是运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的保护范围内。