低温等离子体探针及其使用方法

专利名称：低温等离子体探针及其使用方法
技术领域：
本发明总体涉及用于解吸并电离样品材料中的至少一种分析物的低温等离子体 探针及其使用方法。
背景技术：
在分析化学领域中，越来越多地需要在环境条件下进行直接取样，这便促进了多 种环境电离源的发展。环境电离源在各环境条件(原位)下将分析物电离，而对样品的制 备没有本质要求。该优势允许进行实时现场检测，从而节约了时间和资源。电喷雾基环境电离源所提供的潜在益处远远优于传统的真空基分析技术。具体 而言，解吸电喷雾电离(DESI)允许直接由环境表面进行分析物的测定，而不要求在分析之
(Takats, Ζ. ；Wiseman, J. Μ. ；Gologan, B. ；Cooks, R. G. ， Science 2004, 306,471-473)。DESI通过在目标表面处引导气动辅助的电喷雾，从而由表面处解吸并电离 化合物。经证实，萃取电喷雾电离(EESI)允许无需进行样品制备即对液体样品(如纯牛 奶、尿液、以及其他复杂混合物)进行分析(Chen, H. ；Venter, Α. ；Cooks, R. G.，Chemical Communications2006，2042-2044)。电喷雾辅助的激光解吸/电离(ELDI)通过电喷雾 将激光解吸与后电离化(post-ionization)结合在一起，该技术被用于固体的快速分析 (Shiea, J. ；Huang,Μ. -Ζ. ；HSu,H. -J. ；Lee,C. -Y. ；Yuan,C. -H. ；Beech,L ；Sunner, J. ,Rapid Communications in MassSpectrometry 2005,19,3701-3704)。上述电喷雾基环境电离源存在这样的问题其需要电喷雾溶剂和高速辅助气流、 或额外的激光装置以使电离源工作。电喷雾基方法对于溶剂和气体的连续供给、以及相关 容器和废物处理方面的需求使得其对于原位应用而言并不理想。人们仍需要更为简单的、不需要消耗品(如溶剂)的环境电离源，以及使用这些电 离源来分析样品材料的方法。发明概述本发明通过利用低温等离子体，从而克服了电喷雾基或激光基环境电离技术所涉 及的缺陷。与电喷雾基或激光基环境电离源不同的是，等离子体源不需要电喷雾溶剂、辅助 性气体和激光，从而节约了成本、空间、重量、人员时间和资源。所关注的一种等离子体为环境、低温等离子体(LTP)。LTP可表征为具有高能电子 的非平衡等离子体，其具有相对较低的动能，却具有反应性离子和中子；这样便使得低温环 境等离子体可用于从表面解吸并电离分析物，并形成分析物的分子离子或碎片离子。与高 温(平衡)等离子体相比，LTP的显著特征为LTP不会使分子裂解为原子或小分子碎片，因 此所形成的离子中保留了分子信息。LTP离子源具有尺寸小、所消耗的能量和气体少(或仅使用环境气体)的可能，这些优势可降低操作成本。除了成本的降低之外，LTP基电离方 法还具有下列可能其可与便携式质谱仪结合使用，以在分析领域中进行实时分析(Gao， L ；Song，Q. ；Patterson，G. R ；Cooks，R. G. ；Ouyang, Z.，Anal. Chein. 2006，78，5994-6002 ； Mulligan，C. C ；Talaty, N. ；Cooks，R. G.，Chemical Communications 2006，1709-1711 ；以 及 Mulligan，C. C ；Justes，D. R. ；Noll，R. J. ；Sanders，N. L ；Laughlin，B. C ；Cooks，R. G.； The Analyst 2006，131，556-567)。低温等离子体电离方法可用以分析多种化合物，包括爆炸物(Na，N. ；Zhmg， C ；Zhao, Μ. ；Zhang, S. ；Yang, C ；Fang, X. ；Zhang, Χ. , Journal of Mass Spectrometry 2007，42，1079-1085 禾口 Cody，R. B. ；Laramee, J. Α. ；Durst H. D. , Anal. Chem. 2005,77, 2297-2302) > 药片(Ratcliffe, L. V. ；Rutten, F. J. Μ. ；Barrett, D. Α. ；ffhitemore, Τ.； Seymour, D. ；Greenwood, C ；Aranda—Gonzalvo, Y. ；Robinson, S. ；McCoustra, Μ. , Anal. Chem. 2007，79，6094-6101)、体液(Cody, R. B. ；Laramee, J. Α. ；Durst, H. D. , Anal. Chem. 2005，77，2297-2302)以及氨基酸(Na, N. ；Zhao, Μ. ；Zhang, S. ；Yang, C ；Zhang, X.， Journal ofthe American Society for Mass Spectrometry 2007,18,1859-1862)。本文所述的等离子体电离源可在低温或环境大气压力下操作。本文所述的等离子 体电离源尺寸小、便于携带、重量较轻，并且耗能较低。通过原位使用任何种类的放电气体 (例如，He、N2、Ar、空气等)，这种电离源能够电离呈气态、液态和固态的样品。本文所述的 等离子体电离源可由分析物形成分子或碎片离子。本文所述的等离子体源形成这样的LTP， 所述LTP足够柔和以分析存在于人类皮肤上的化合物，同时还含有高活性颗粒，所述高活 性颗粒可以从任何表面电离并解吸几乎任何分析物分子。尽管LTP的环境温度较低，但是 LTP中某些颗粒的能量(动能、内能、或反应能(即势能))较高。本发明的一个方面提供了一种低温等离子体探针，其包括具有放电气体入口的 外壳、探针针尖(probe tip)、两个电极以及电介质阻挡层，其中两个电极被电介质阻挡 层分隔开，并且由电源施加的电压产生电场以及低温等离子体，其中电场、或气流、或者二 者将低温等离子体驱出探针针尖。本文所述探针的电离源基于电介质阻挡层放电(DBD Kogelschatz,U. ,Plasma Chemistry and Plasma Processing2003，23，1-46)。电介质阻挡 层放电是通过在被电介质阻挡层分隔开的两个电极之间施加高电压信号(例如，交流电) 而实现的。在两个电极之间形成了非热、低功率等离子体，同时电介质限制了位移电流。这 种等离子体含有反应性离子、电子、自由基、激发态中子、以及在样品的周围环境下呈亚稳 态的物质，它们可用以从固体样品表面解吸/电离分子、并且电离液体和气体。可从放电区 提取(extract)等离子体，并通过由电场或电场与气流联合所产生的力而将等离子体引至 样品表面。在某些实施方案中，探针还包括电源。电源可提供直流电或交流电。在某些实施 方案中，电源提供交流电。在某些实施方案中，通过放电气体入口向探针内供给放电气体， 并且电场和/或放电气体将低温等离子体驱出探针针尖。放电气体可以是任何气体。示例 性放电气体包括氦气、压缩空气或环境空气、氮气和氩气。在某些实施方案中，电介质阻挡 层由电绝缘材料构成。示例性电绝缘材料包括玻璃、石英、陶瓷和聚合物。在其他实施方案 中，电介质阻挡层为各端开口的玻璃管。在其他实施方案中，改变电场调节能量以及由样品 中的分析物所形成的离子的破碎度。
本发明的另一方面提供了一种低温等离子体探针，其包括具有放电气体入口和 各端开口的管的外壳，其中管的至少一部分延伸至外壳的外面；第一电极，其延伸至所述外 壳内和所述管的近端内；第二电极，其与管的外部相接触；电源；其中由电源施加的电压产 生电场以及低温等离子体，其中电场将低温等离子体驱出管的远端。在某些实施方案中，第一电极接地、而第二电极接受来自电源的电压，电源向第二 电极施加的电压产生电场以及低温等离子体。在其他实施方案中，第二电极接地、而第一电 极接受来自电源的电压，电源向第一电极施加的电压产生电场以及低温等离子体。在某些实施方案中，通过放电气体入口将放电气体供入探针内，放电气体和电场 将低温等离子体驱出管的远端。在其他实施方案中，管由电绝缘材料构成，例如玻璃、石英、 陶瓷和聚合物。在某些实施方案中，第一电极轴向上置于管的中心处。第一电极和第二电 极可由任何导电材料构成。在某些实施方案中，第一电极为不锈钢。在其他实施方案中，第 二电极为铜带。本发明的另一方面提供了一种用以分析样品材料的系统，其包括一种装置，其用 以产生低温等离子体、并将所述低温等离子体导向样品材料，从而与所述样品相互作用并 形成所述样品中的至少一种分析物的离子；以及质量分析仪。在某些实施方案中，该系统还 包括与所述系统可操作连接的计算机。在某些实施方案中，该系统还包括电晕放电针。在 某些实施方案中，该系统还包括网极。在其他实施方案中，质量分析仪为质谱仪或离子淌度谱仪。在其他实施方案中，该 系统还包括用以保持样品材料的台子(stage)。在某些实施方案中，用以生成低温等离子体 的装置和质量分析仪彼此连接。在可选择的实施方案中，用以生成低温等离子体的装置和 质量分析仪未连接，其中所述质量分析仪位于足够靠近所述样品处，以收集由所述用以生 成低温等离子体的装置产生的所述样品中至少一种分析物的离子。在一些实施方案中，样品材料为选自由如下状态构成的组中的至少一种状态固 相、液相和气相。在其他实施方案中，样品材料为生物源的。在其他实施方案中，样品材料 为工业工件、或者药物产品或成分。在其他实施方案中，样品材料选自由食品或食品成分、 毒素、药物、爆炸物、细菌、和生物组织组成的组。本发明的另一方面提供了一种用以解吸并电离样品材料中的分析物的方法，其中 所生成的分子离子或碎片离子进行质量分析。在一些实施方案中，可通过调节电场和/或 放电气体种类及流速来调节分子离子与碎片离子的比值。在一些实施方案中，可通过调节 用以建立电场的对电极的重叠程度来调节分子离子与碎片离子的比值。本发明的另一方面提供了一种用于解吸并电离样品材料中的分析物的方法，该方 法包括将低温等离子体导向样品材料表面，以使其与表面相互作用、并将分析物解吸。在一 些实施方案中，该方法还包括向低温等离子体中加入试剂，以从表面反应性解吸分析物。在 一些实施方案中，该方法还包括向低温等离子体中加入试剂以生成试剂离子，该试剂离子 从表面反应性解吸分析物。在一些实施方案中，该方法还包括向样品表面附近的空气中加 入试剂以生成初级离子，该初级离子从表面反应性解吸分析物。在一些实施方案中，该方法 还包括向含有样品的表面中加入试剂，其中该试剂被低温等离子体解吸并生成试剂离子， 该试剂离子随后从表面上的样品反应性解吸分析物。在一些实施方案中，该方法还包括加 入这样的试剂，该试剂会以中子的形式与离子和样品分析物相互作用。
在一些实施方案中，与表面接触的低温等离子体包括电子、离子、自由基以及激发 态中子。在一些实施方案中，低温等离子体在基本上大气压力下与样品材料接触。在一些 实施方案中，低温等离子体在周围环境下与样品材料接触。在一些实施方案中，样品为生物 材料。在其他实施方案中，低温等离子体被构造为撞击到样品上的斑点，并且所述斑点 被扫描以提供代表样品的不同部分的解吸离子。可通过机械方式或电气方式来限制其尺 寸，例如，可将斑点的尺寸限制为几微米。在相关实施方案中，样品和斑点彼此相对移动，以 从所述样品材料的不同位置处生成所述样品材料中的分析物的离子，并且所形成的离子与 所述斑点的位置相关联。在另一相关实施方案中，所述斑点的位置用以在所述样品上形成 所述分析物离子的图像。在一些实施方案中，样品在固体表面或挠性表面上。在一些实施方案中，样品为液 体。在其他实施方案中，样品呈气相。在一些实施方案中，在环境温度下使用低温等离子体 对样品进行分析。在一些实施方案中，在使用低温等离子体进行解吸的过程中，对样品进行 单独加热。在一些实施方案中，通过将等离子体集中在样品表面的较小区域上而实现加热。 在一些实施方案中，样品表面具有传导性。在一些实施方案中，通过使用其他加热元件来实 现样品的加热。本发明的另一方面提供了一种分析样品材料的方法，该方法包括；将低温等离子 体喷雾导向样品材料表面，以使其与表面相互作用、并且解吸并电离分析物；以及收集并分 析分析物离子。在一些实施方案中，借助质谱仪或离子淌度谱仪来对分析物离子进行分析。在其 他实施方案中，在多个位置处对所述样品材料进行喷雾，并在各位置处对所述分析物离子 进行质量分析。在其他实施方案中，利用在各位置处的所述样品材料的质量分析以在所述 样品表面处将分析物质量分布的图像显影。本发明的另一方面提供了一种由电介质阻挡层提取低温等离子体的方法，该方法 包括向电介质阻挡层放电区(dielectric barrierdischarge)中提供压缩气体，以将低 温等离子体从电介质阻挡层放电区驱至表面上。在相关实施方案中，该方法还包括使用驱 出的低温等离子体进行样品材料的表面分析。本发明的另一方面提供了一种收集样品材料的方法，该方法包括将低温等离子 体导向样品材料表面，以使其与表面相互作用并从所述样品解吸和电离至少一种分析物； 以及收集并储存分析物离子。在一些实施方案中，该方法还包括分析所储存的分析物离子。 在一些实施方案中，通过质谱仪或离子淌度谱仪对分析物离子进行分析。附图简要说明

图1为示出本发明的低温等离子体(LTP)探针的实施方案的图。图2中的图A和图B绘制了使用本发明的LTP探针以及不同的放电气体进行电离 的水杨酸甲酯的质谱。图A示出了使用He作为放电气体而记录得到的质谱。图B示出了 使用N2作为放电气体而记录得到的质谱。图2中的图C示出了在加大电极间距离时得到 的质谱。图3示出了现有技术的等离子体探针和质谱仪。图4示出了本发明的LTP探针和质谱仪的构造。
8
图5中的图A和图B绘制了使用本发明的LTP探针以及不同的放电气体进行电 离的玻璃表面上IOOng RDX的质谱。图A示出了通过使用He作为放电气体而记录得到的 质谱(插入MS2数据)。图B示出了使用空气作为放电气体而记录得到的质谱。图C、D和 E示出了使用LTP探针进行电离的PTFE表面上的TNT的质谱。图C为500pgTNT的MS谱。 图D为m/z 227(500pg TNT)的离子的MS2谱。图E为m/z 226 (5pg TNT)的离子的MS2谱。 图F示出了通过改变中心电极位置来调节破碎度。图6为加入去离子水中的莠去津(IOOppb)、并以溶液状态进行检测的质谱。使用 氦气作为放电气体的LTP探针产生了质子化分子离子(m/z 216)。图6中的图A示出了与 莠去津的已知碎片相关的MS2和MS3数据。图7为示出通过使用本发明的LTP探针进行大面积取样的结果的图。该数据示出 了 m/z 304的强度作为TEFLON上的1 μ g可卡因(距离约2mm)的位置的函数。图8中的图A为示出使用本发明的LTP并将He用作放电气体而从玻璃上进行解 吸的油酸的质谱。图8中的图B为由苯硼酸(沉积量为17yg)和儿茶酚(沉积量为8yg) 在玻璃上的单独的沉积物(间距为Icm)获得的质谱。图9为示出本发明的LTP探针对人手指上的化合物进行分析的图(压缩空气为放 电气体)。图10为可卡因(1 μ g)的质谱，其通过使用本发明的LTP探针、并将压缩空气作为 放电气体而从人类皮肤上直接测得。经检测，该化合物为质子化分子离子(m/z 304)。非分 析物峰(m/z 150和178)对应于手指上的其他化合物。图11为使用LTP探针(放电气体为He)分析的完整CLARITIN片剂(活性成分 氯雷他定，化学平均分子量为382. 89)的质谱，从而得到质子化分子离子m/z 383及其同位 素。图A示出了 CLARITIN的特征性氯同位素特征。图12为使用LTP探针(放电气体为He)分析的完整DIFLUCAN片剂(活性成分 氟康唑)的质谱，所得质子化分子离子m/z 307。图A示出证实分子鉴别的串联MS数据。图13为在TEFLON表面上形成斑点的氨基酸L-门冬氨酸(5yg)的质谱。使用 LTP探针(放电气体为He)检测到质子化分子离子(m/zl34)。图14中的图A和图B为示出了复杂混合物分析的质谱。图A为死亡的犬胃内容 物的质谱。图B为在PTFE表面干燥的原尿(IyL)的质谱。图15为尼古丁(250mg)的质谱。LTP探针产生了质子化分子离子(m/z 163)。图 15中的图A示出了与尼古丁的已知碎片相关的MS2数据。发明详述由于直接解吸电离具有从凝聚相样品直接生成气相离子以进行质量分析的优势， 因此受到了极大关注，并且其无需样品制备通常需要的复杂工序，这样便发展出了基于质 谱的原位分析。近来所发展出的解吸电离方法包括样品存在于开放的环境气氛下的方法。其 实例为解吸电喷雾电离法(Takats, Z. ；Wiseman, J. Μ. ；Gologan, B. ；Cooks, R. G. Mass Spectrometry Sampling under AmbientConditions with Desoption Electrospray Ionization. Science 2004，306，471-473)、实时直接分析法(Cody，R. B. ；Laramee, J. Α.； Durst, H. D. Versatile New Ion Source for the Analysis of Materials in Open
9Airunder Ambient Conditions. Anal. Chem. 2005，77, 2297-2302)、大气压力电介质阻 挡层放电电离法(Na, N. ；Zhao, Μ. X. ；Zhang, S. C ；Yang, C. D. ；Zhang, X. R. Development of a Dielectric Barrier Discharge IonSource for Ambient Mass Spectrometry. Journal of the American Societyfor Mass Spectrometry 2007,18,1859-1862)、电 喷雾辅助的激光解吸 / 电离法(Shiea，J. ； Huang, Μ. Ζ. ；Hsu, H.J. ；Lee, C. Y. ； Yuan, C. H. ；Beech, I. ；Sunner, J. Electrospray-Assisted Laser Desorption/ionizationMass Spectrometry for Direct Ambient Analysis of Solids. RapidCommun. Mass Spectrom. 2005，19,3701-3704)、以及大气压力固体分析探针法(McEwen, C.N. ；McKay, R. G. ；Larsen,B.S. Analysis ofSolids,Liquids,and Biological Tissues Using Solids Probe Introductionat Atmosphere Pressure on Commercial Lc/Ms Instruments. AnalvticalChemistry 2005，77，7826—7831)。这些方法中的一些使用等离子体中产生的活性物质以进行化学解吸。现在发展 出了一种在大气压力下借助He得以维持的直流(DC)放电等离子体法，其可用于固体和液 体的解吸电离(Andrade, F. J. ；Hiefije, G. M. ；Ray, S. ；Schilling, G. D. ；Wetzel, W. C.； Webb, Μ. R. ； Game ζ, G. G. ；Koppenaal, D. W. ；Barinaga, C. J. ；Spcrline, R. P. ；Denton, Μ. B. ；IV, J. H. B.，Seattle, WA, May 28-June 12006 ；ThOB pm 02:50 ；Andrade, F. J.； Ray, S. J. ；Webb， Μ. R. ；Hieftje, G. Μ. ， Indianapolis, IN, June 3-72007 ；TOF pm 2:50 ； Andrade, F. J. ；Wetzel, W. C ；Chan, G. C. Y. ；Webb, Μ. R. ；Gamez, G. ；Ray, S. J. ；Hieftje, G. Μ. A New,Versatile,Direct-Current Helium Atmospheric-Pressure Glow Discharge. Journal of Analytical Atomic Spectrometry 2006，21，1175—1184) 。 ACii^方文电,畠 子体源被用于化学分析(Ratcliffe，L. V. ；Rutten，F. J. Μ. ；Barrett, D. Α. ；ffhitmore, Τ.； Seymour, D. ；Greenwood, C ；Aranda-Gonzalvo, Y. ；Robinson, S. ；McCoustrat, Μ. Surface Analysisunder Ambient Conditions Using Plasma-AssistedDesorption/Ionizatiom Mass Spectrometry. Analytical Chemistry 2007，79，6094-6101)。还研制出了 使用脉 冲直流电的等离子体笔(Laroussi, Μ· ；Lu, X. Room-Temperature atmospheric pressure Plasma Plume forBiomedical Applications. Applied Physics Letters 2005)。这些现有技术描述的解吸电离源与用于电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)的等离 子体离子源存在显著的区别，这是因为这些现有技术的解吸电离源使用了高温等离子体， 因此不能表示所得离子的分子结构。此外，本发明的LTP探针可在大气压力下产生低温等 离子体，而未如辉光放电(⑶)电离那样使用低压(Mcluckey，S. Α. ；Glish, G. L. ；Asano, K. G. ；Grant. B. C ；Atmospheric Sampling G low-Discharge IonizationSource for the Determination of Trace Organic-Compounds in AmbientAir, Analytical Chemistry 1988，60，2220-2227)。本发明的LTP探针与DAPCI间的差别主要集中于放电气体和载体气体性质上的不 同，而与本发明的LTP探针相比，DART、PADI和FA-AP⑶源在装置构造、放电及温度方面存 在显著差别。本发明的LTP探针也与电介质阻挡法不同，这是因为使用本发明的LTP探针 构造允许等离子体与样品直接相互作用，这是LTP探针的显著特征。本发明的LTP探针还 在电介质阻档放电离子源方面不同，这是因为探针、尤其是本发明探针的构造配置有位于 探针内的对电极。这种构造允许分析任何类型的物体(固定、小、大的物体等)，而无需像电介质阻挡层放电离子源所要求的那样将样品置于两个对电极之间。表1归纳了利用等离子 体的环境取样电离方法的特征。表1利用低温等离子体的环境电离源
权利要求
一种低温等离子体探针，包括具有放电气体入口的外壳、探针针尖、两个电极、以及电介质阻挡层，其中所述两个电极被所述电介质阻挡层分隔开，并且其中由电源施加的电压产生电场和低温等离子体，其中所述电场将所述低温等离子体驱出所述探针针尖。
2.根据权利要求1所述的探针，还包括电源。
3.根据权利要求2所述的探针，其中所述电源提供交流电。
4.根据权利要求1所述的探针，其中通过所述放电气体入口向所述探针提供放电气 体，并且所述放电气体协助所述电场将所述低温等离子体驱出所述探针针尖。
5.根据权利要求1所述的探针，其中所述放电气体为选自由氦气、环境空气、压缩空 气、氮气和氩气所组成的组中的至少一种气体。
6.根据权利要求1所述的探针，其中所述电介质阻挡层由电绝缘材料构成。
7.根据权利要求6所述的探针，其中所述电绝缘材料选自由玻璃、石英、陶瓷、硅和聚 合物所组成的组。
8.根据权利要求1所述的探针，其中所述电介质阻挡层为各端开口的玻璃管。
9.根据权利要求1所述的探针，其中改变所述电场调节能量以及样品中分析物的破碎度。
10.一种低温等离子体探针，包括具有放电气体入口和各端开口的管的外壳，其中所述管的至少一部分延伸至所述外壳 的外部；第一电极，其延伸至所述外壳内和所述管的近端内；第二电极，其与所述管的外部相接触；电源；其中由所述电源施加的电压产生电场以及低温等离子体，其中所述电场将所述低温等 离子体驱出所述管的远端。
11.根据权利要求10所述的低温等离子体探针，其中所述第一电极接地并且第二电极 接受来自所述电源的电压，并且所述电源向所述第二电极施加的电压产生所述电场以及所 述低温等离子体。
12.根据权利要求10所述的低温等离子体探针，其中所述第二电极接地并且第一电极 接受来自所述电源的电压，并且所述电源向所述第一电极施加的电压产生所述电场以及所 述低温等离子体。
13.根据权利要求10所述的探针，其中所述电源提供交流电。
14.根据权利要求10所述的探针，其中通过所述放电气体入口向所述探针提供放电气 体，并且所述放电气体协助所述电场将所述低温等离子体驱出所述管的远端。
15.根据权利要求14所述的探针，其中所述放电气体为选自由氦气、压缩空气、氮气和 氩气所组成的组中的至少一种气体。
16.根据权利要求10所述的探针，其中所述管由电绝缘材料构成。
17.根据权利要求10所述的探针，其中所述电绝缘材料选自由玻璃、石英、陶瓷和聚合 物所组成的组。
18.根据权利要求10所述的探针，其中所述第一电极轴向上置于所述管的中心处。
19.根据权利要求10所述的探针，其中所述第一电极为不锈钢。
20.根据权利要求10所述的探针，其中所述第二电极为铜带。
21.一种用于分析样品材料的系统，包括一种装置，其用以产生低温等离子体、并将所述低温等离子体导向样品材料，从而与所 述样品相互作用并形成所述样品中的至少一种分析物的离子；以及质量分析仪。
22.根据权利要求21所述的系统，其中所述质量分析仪选自由质谱仪和离子淌度谱仪 所组成的组。
23.根据权利要求21所述的系统，还包括用以保持所述样品材料的台子。
24.根据权利要求21所述的系统，其中所述用以产生低温等离子体的装置与所述质量 分析仪彼此连接。
25.根据权利要求21所述的系统，其中所述用以产生低温等离子体的装置与所述质量 分析仪未连接，并且其中所述质量分析仪位于足够靠近所述样品处，以收集由所述用以生 成低温等离子体的装置产生的所述样品中至少一种分析物的离子。
26.根据权利要求21所述的系统，还包括与所述系统可操作连接的计算机。
27.根据权利要求21所述的系统，还包括电晕放电针。
28.根据权利要求21所述的系统，还包括网极。
29.根据权利要求21所述的系统，其中所述样品材料为选自由固相、液相和气相所组 成的组中的至少一种状态。
30.根据权利要求21所述的系统，其中所述样品材料为生物源的。
31.根据权利要求21所述的系统，其中所述样品材料为工业工件、或者药物产品或成分。
32.根据权利要求21所述的系统，其中所述样品材料选自由食品或食品成分、毒素、药 物、爆炸物、细菌、或生物组织组成的组。
33.一种用以解吸并电离样品材料中的分析物的方法，该方法包括将低温等离子体 导向样品材料表面，以与所述表面相互作用并解吸所述样品中至少一种分析物。
34.根据权利要求33所述的方法，还包括向所述低温等离子体中加入试剂，以生成从 表面反应性解吸所述分析物的初级离子或其他物质。
35.根据权利要求33所述的方法，包括向样品表面附近的空气中加入试剂，以生成从 表面反应性解吸所述分析物的初级离子。
36.根据权利要求33所述的方法，还包括向含有所述样品的表面中加入试剂，其中所 述试剂被所述低温等离子体解吸并生成试剂离子，并且所述试剂离子随后从所述表面上的 所述样品反应性解吸所述分析物。
37.根据权利要求33所述的方法，还包括将所述样品材料加热。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述加热通过所述低温等离子体进行。
39.根据权利要求37所述的方法，其中所述加热通过单独的加热元件进行。
40.根据权利要求33所述的方法，其中与所述表面接触的所述低温等离子体包括电 子、离子、自由基和激发态中子。
41.根据权利要求33所述的方法，其中所述低温等离子体在基本上环境压力的条件下 与所述样品材料接触。
42.根据权利要求33所述的方法，其中所述低温等离子体在周围环境下与所述样品材 料接触。
43.根据权利要求33所述的方法，其中所述样品为生物材料。
44.根据权利要求33所述的方法，其中所述低温等离子体被构造为在所述样品上喷雾 斑点，并且所述斑点被扫描以提供代表所述样品的不同部分的解吸离子。
45.根据权利要求44所述的方法，其中所述斑点的尺寸被限制为几微米。
46.根据权利要求45所述的方法，其中使所述样品和所述斑点彼此相对移动，以从所 述样品材料的不同位置处生成所述样品材料中的分析物的离子，并且所生成的离子与所述 斑点的位置相关联。
47.根据权利要求46所述的方法，其中所述斑点的位置用以在所述样品上形成所述分 析物离子的图像。
48.根据权利要求33所述的方法，其中所述样品在固体表面或挠性表面上。
49.根据权利要求33所述的方法，其中所述样品为液体。
50.根据权利要求33所述的方法，其中所述样品为气相。
51.根据权利要求33所述的方法，其中在较大表面积内对多于一种分析物进行同时取样。
52.一种分析样品材料的方法，该方法包括将低温等离子体导向样品材料表面，以与所述表面相互作用并从所述样品解吸和电离 至少一种分析物；以及收集并分析所述分析物离子。
53.根据权利要求52所述的方法，其中通过质谱仪或离子淌度谱仪对所述分析物离子 进行分析。
54.根据权利要求53所述的方法，其中在多个位置处对所述样品材料进行喷雾，并在 各位置处对所述分析物离子进行质量分析。
55.根据权利要求54所述的方法，其中利用在各位置处的所述样品材料的质量分析以 在所述样品表面处将分析物质量分布的图像显影。
56.一种从电介质阻挡层提取低温等离子体的方法，该方法包括向电介质阻挡层放 电区中提供电场和压缩气体，以将低温等离子体由电介质阻挡层放电区驱至表面。
57.根据权利要求56所述的方法，还包括使用所述驱出的低温等离子体以进行样品材 料的表面分析。
58.一种收集样品材料的方法，该方法包括将低温等离子体导向样品材料表面，以与所述表面相互作用并从所述样品解吸和电离 至少一种分析物；以及收集并储存所述分析物离子。
59.根据权利要求58所述的方法，还包括对所述储存的分析物离子进行分析。
60.根据权利要求59所述的方法，其中通过质谱仪或离子淌度谱仪对所述分析物离子 进行分析。
全文摘要
本发明总体涉及用于解吸并电离样品材料中的至少一种分析物的低温等离子体探针及其使用方法。在一个实施方案中，本发明总体涉及一种低温等离子体探针，其包括具有放电气体入口的外壳、探针针尖、两个电极、以及电介质阻挡层，其中所述两个电极被所述电介质阻挡层分隔开，并且其中由电源施加的电压形成低温等离子体，并且其中通过电场和/或放电气流将所述低温等离子体驱出放电区域。
文档编号H01J49/00GK101946300SQ200980104780
公开日2011年1月12日 申请日期2009年2月11日 优先权日2008年2月12日
发明者尼古拉斯·查理珀, 欧阳证, 积逊·哈珀, 罗伯特·库克斯 申请人:普度研究基金会