质谱仪离子源及原样样品中痕量成分的质谱分析方法
【专利说明】
[0001] 本发明为分案申请。原申请的申请日为2006年12月28日，申请号为 200610170311. 8,发明名称为"质谱仪多功能多通道离子源"。
技术领域
[0002] 本发明涉及分析化学领域，特别涉及一种质谱仪的离子源及其应用。
【背景技术】
[0003] 质谱学是广泛应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合 物的专门科学和技术。质谱仪是质谱学研宄与应用的基础。质谱仪一般包括样品引入系 统、离子源、离子光学系统、质量分析器、检测器、数据采集与控制系统、真空系统等。国际 著名质谱大师R.GrahamCooks教授认为无论是对有机质谱还是无机质谱，质谱仪器的心 脏是电离源。因此，人们围绕电离源作出了多种设计，如电子轰击电离源（EI)、化学电离源 (Cl)、场解吸电离源（FD)、快原子轰击电离源（FAB)、电喷雾电离源（ESI)、大气压化学电离 源（APCI)、基体辅助激光解吸电离源（MALDI)等。其中，美国科学家JohnB.Fenn等正因为 在发展电喷雾电离（ESI)这一软电离源方面做出了重大贡献而获得了 2002年诺贝尔化学 奖。因此，新离子源的开发对现代科学、国计民生均具有重要意义。
[0004] 目前已披露的用于有机质谱分析的各种电离源主要有EI、ESI、APCI、MALDI、PI 等，虽然各有特点和应用针对性，但均需要将样品转化为特定形态方能进行离子化。这种预 处理一则费时费事，二则难以实现实时在线监测。2004年COOKS教授等提出的DESI源，很 好解决了无须样品预处理的情况下直接对固态表面上的物质进行测定，为复杂样品的实时 在线检测提供了思路。但该法灵敏度不高，难以对液态和粉末样品进行直接分析，并使用有 害试剂来产生试剂离子。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种新颖的产生不同物质离子的多功能多通道离子源，使 用该离子源，可以在无需进行复杂的预处理的情况下直接对液、固、胶体、悬浊液、粉末样品 等进行质谱方法的快速灵敏测定和实时在线监测，具有良好的分子-离子，离子-离子反应 性能，是较理想的分子-离子、离子-离子反应研宄工具。
[0006] 本发明提供的一种质谱仪离子源，用于向质谱仪入口毛细管中引入样品离子，其 包括至少一个通道、一个用于固定并调节各通道以及质谱仪入口毛细管的三维或四维可调 的安装架和一个放置固态、液态或胶态样品的样品盘；其中：
[0007] 所述至少一个通道为第一通道，其为具有放电针的SDAPCI源，由第一毛细管和置 于其中的外加高压电源的一放电极组成，放电极的端头伸出至第一毛细管之外且指向位于 样品盘上端的样品电离区，该第一毛细管中导入化学电离试剂，化学电离试剂被放电极电 晕放电得到的试剂离子进入样品电离区；
[0008] 所述样品盘水平设置，所述第一通道与样品盘不在一水平面上，而是在样品盘上 方并以一角度指向样品盘，放电极的端头与样品盘有一距离；所述质谱仪入口毛细管与样 品盘不在一水平面上，而是在样品盘上方并与样品盘有一角度，质谱仪入口毛细管端头与 样品盘有一距离；
[0009] 所述安装架分别固定第一通道和质谱仪入口毛细管，用于分别调整它们与样品盘 的角度和距离。
[0010] 以上所述质谱仪离子源，第一通道放电极的端头与质谱仪入口毛细管端距离在 20~80_，并互成90~160°的角度。
[0011] 以上所述质谱仪离子源，第一通道与样品盘的夹角为45-80°，质谱仪入口毛细管 与样品盘的夹角为5-10°。
[0012] 以上所述质谱仪离子源，第一通道中第一毛细管中导入的化学电离试剂为氩气、 氮气或空气。
[0013] 以上所述质谱仪离子源，第一毛细管中导入的化学电离试剂为含水量40-60%的 氮气。
[0014] 以上所述质谱仪离子源，安装架上还固定有第二通道，第二通道由鞘气毛细管和 置于其中的喷嘴组成，喷嘴为试剂毛细管，其喷射口延伸至鞘气毛细管之外且指向样品电 离区，鞘气毛细管具有载气，试剂毛细管中载入辅助试剂，由第二通道形成辅助试剂流进入 样品电离区。
[0015] 以上所述质谱仪离子源，所述第一通道和第二通道外层分别设有加热装置。
[0016] 以上所述质谱仪多通道离子源中，所述被检样品为液体、固体或胶体。
[0017] 本发明提供的质谱仪多功能多通道离子源，带有相应的接口，可以和具备ESI/ APCI源的质谱仪便捷地进行离子源切换、联接，在一台普通质谱仪上配置该电离源后将可 以实现DESI、ESI、SSI、ESSI、SDAPCI、EESI、EAPCI等众多离子源的功能。
[0018] 另一方面，本发明另一目的在于提供一种针对液体、固体或胶体样品原样中痕量 成分的质谱分析方法，检测中，样品无需预处理直接置于样品盘上进行质谱分析。
[0019] 本发明提出的一种原样样品中痕量成分的质谱分析方法，在质谱仪中使用前述的 质谱仪离子源，将检测样品放置在样品盘上，调整好第一通道与样品盘的夹角，质谱仪入口 毛细管与样品盘的夹角，调节好质谱仪参数；向第一通道中通入一定压力的化学电离试剂， 调整放电极外加高压，对样品进行检测；该分析方法中由第一通道所产生的试剂离子碰撞 样品盘中样品，使样品中待测成分脱离样品与试剂离子作用完成离子化，所形成的样品离 子流通过质谱仪入口毛细管被引入质谱仪进行检测，得到该成分在样品中的含量并由质谱 仪输出检测样品中该成分的质谱分析结果。
[0020] 该质谱分析方法中，所述检测样品无需样品预处理，为液态、固态或胶态样品。
[0021] 特别的，所述检测样品为药片，第一通道与样品盘的夹角为45-80°，质谱仪入口 毛细管与样品盘的夹角为5-10°，第一通道中通入压力为0. 1~20psi含水量为40-60% 的氮气，放电极加高压为3~6KV。
[0022] 以上技术方案显示，本发明是集DESI、APCI、SDAPCI源的理论与技术于一身而提 出的一种多功能、多通道离子源及相关接口技术。由于采用多通道设计且各通道及其喷嘴 均为三~四维可调并指向样品电离区。同时，还设有可供放置固态、液态或胶态样品的样品 盘。因此，液态、固态、胶态、粉末样品均可直接分析而无须样品预处理。第一通道的喷嘴为 ESSI/SSI/ESI/APCI源模式，它是一个采用氩气（或空气或氮气）进行工作的基于电晕放电 的表面解吸常压化学电离源，在这个装置中能够产生丰度很高的试剂离子（如Ar+离子或 水合质子），这些试剂离子具有很高的电离能（15. 7eV)，能够对大部分物质进行化学电离。 当固、液态试样置于样品盘时，高能试剂离子撞击样品使待测物离子化。这些待测物离子通 过质谱仪入口毛细管被引入到质谱仪中，进行质谱分析。由于样品的喷雾方向与质谱仪入 口毛细管不在一直线上，互成一定角度，而且距离比较大，所以不会造成质谱毛细管堵塞的 现象。因此，将从根本上保证质谱技术在实时在线监测中得到成功的应用。
[0023] 第二通道和第三通道的喷嘴为DESI源模式，既可以用于试样或辅助试剂的引入， 也可以作为DESI单独使用。要实现DESI功能时其中心石英毛细管要加高压，若只为引入 试液（或者试剂）用时则不加高压。
【附图说明】
[0024] 图1为本发明双通道离子源的结构及工作原理图；
[0025] 图2为本发明带加热装置的双通道离子源的结构示意图；
[0026] 图3为本发明三通道离子源的结构及工作原理图；
[0027] 图4为本发明加载样品盘的双通道离子源的结构示意图；
[0028] 图5为使用本发明电离源对Claritin药片有效成分测定的MS谱图；
[0029] 图5A为使用本发明电离源对Claritin药片m/z383的CID谱图；
[0030] 图6为使用本发明电离源对天然水样中痕量TNT的实时监测一级谱图；
[0031] 图6A为使用本发明电离源对天然水样中IpptTNT的CID谱图。
【具体实施方式】
[0032] 与已有单一通道的离子源不同，本发明提供的为一种多通道离子源。已有的单一 通道的离子源，待测液体样品需被气化，再和载气一起在通过单一通道（毛细管）并被电 离，然后离子流从通道中的喷嘴出口喷出，离子流以一定的速度向四周扩散的同时在电场 的作用下向离子流毛细管方向运动，通过离子流毛细管的引导进入质量分析器。
[0033] 本发明的离子源包括至少两个通道，其中第一通道（毛细管）中载入化学电离试 剂（氩气、氮气或空气），该气体在高压作用下从喷嘴喷出时，由于其中央的放电极产生电 晕放电，而产生试剂的离子化，并进入电离区间，而另外通道（如第二通道、第三通道）中载 入待测样品或辅助试剂，样品或辅助试剂从各自通道出口喷出至该电离区间，在电离区间 中与第一通道喷出的试剂离子发生碰撞，进而将样品中待测物离子化，待测物离子在电场 和负压作用下，通过质谱仪入口毛细管引入质量分析器。
[0034] 以下结合附图详细说明本发明的多通道离子源。参见图1，以两个通道为例说明 多通道离子源的结构和工作原理。该例离子源具有：第一通道（SDAPCI喷嘴）I、第二通道 (DESI喷嘴）II，并且第一通道I出口、第二通道II出口以及质谱仪入口毛细管IV之间形成 一样品电离区A;其中，第一通道I出口端与质谱仪入口毛细管IV端距离在20~80mm，并互 成一定角度（90~160° )。
[0035] 第一通道（SDAPCI喷嘴）I由第一毛细管11和置于其中的一放电极12组成，放 电极12的针