专利名称：常压化学萃取电离源的制作方法
技术领域：
本实用新型属于质谱分析领域，涉及质谱仪的常压质谱电离源，具体说是一种常压化学萃取电离源。
背景技术：
质谱法是分析领域最重要的方法之一，随着科技的发展，质谱不仅在常规化学分析中占有重要地位，而且逐渐成为生命科学、国土安全、食品安全、临床医学检测和空间技术等热门领域的主要方法之一。随之而来，质谱所用的电离源也得到了飞速的发展，各种新型的离子源、新技术也不断的涌现。原位、实时、在线、非破坏、高通量、低耗损的质谱分析方法一直是人们追求的目标之一，是质谱技术发展的一个重要趋势。质谱仪本身一般由样品引入系统、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、真空系统等部分组成。质谱学和质谱仪发展历史表明，新的离子源的研制与开发具有特别重要的意义。质谱学家普遍认为无论是对有机质谱还是无机质谱，质谱仪器的心脏均是电离源。美国科学家约翰 芬恩(John B. Fenn)等正是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。然而，在近百年中研制与开发的质谱的电离源，都要求将样品转化为特定的形态后才能够进行离子化。因此，在这些常规的电离源中，在对样品进行测定之前必须进行样品的预处理。实际上， 从进样到获得数据，质谱法测量过程本身所需要的时间不超过数秒，但是样品预处理的时间则可能长达数小时甚至数天。在一些重要的应用场合，如制药工业中药片的现场在线测定，行李上痕量爆炸物的监测，食品的品质鉴定，进出口贸易中的商品检验，活体药物代谢动力学研究等，均希望能够在无须样品预处理的情况下对样品进行非破坏性的快速测定。进入21世纪，人们对于复杂基体样品的质谱快速分析进行了大胆的探索，取得了重要的进展。2004年，Purdue大学的Cooks教授等在kience上发表了第一篇关于电喷雾解吸电离(DESI)的文章，在无须进行样品预处理的情况下，成功地获得了不同表面上痕量物质的质谱，为实现无须样品预处理的质谱分析方法打开了一个窗口。DESI技术立即在全球范围内引起了热烈反响，国际上许多团体随即开始了这方面的研究。一年后，我国学者开发的与DESI类似的另外一种新型电离源(EESI)技术发表在英国Chem.C0mmim.杂志上，在生物样品监测及代谢分析研究、食品药品的分析监测、环境监测和分析等复杂样品具有重要应用。研究表明，DESI和EESI是分析非极性分子的重要工具，在很多场合甚至是首选方案。考虑到DESI和EESI在非极性分子检测和分析的不足，2005年实用新型人等开发了表面解吸化学电离源(DAPCI)，可在无需样品预处理直接测表面中的复杂样品中的非极性分子，该技术已获得专利ZL200710307112. 1。该技术对于表面中复杂基体物质的快速质谱分析方面具有良好的发展前景，然而应用中，实用新型人也发现DAPCI装置还存在缺憾，由于采用表面进样将使样品在解吸过程中逐渐减少而不能连续分析样品，以及不能解吸非极性分子和电离生物大分子。
实用新型内容本实用新型解决的技术问题是，解决表面化学电离源不能连续进样分析和不能解吸生物大分子的问题，以及萃取电离源不能直接分析非极性分子的问题，提供一种装配难度低，制造成本低，离子化效率高，灵敏度高的常压化学萃取电离源。本实用新型的常压化学萃取电离源，设有电离管和样品管，电离管与样品管以一夹角和一间距斜向放置且端口共同指向电离区域，其特征是样品管包括一样品引入管和样品载气管，样品引入管中导入气体或液体样品或接通一中性解吸装置的样品导出管。其中，所述电离管包括一离子管和置于其中连接高压电的放电针，该离子管连通一进气管，进气管直接连通中性气体。所述电离管包括一离子管和置于其中连接高压电的放电针，该离子管连通一进气管，进气管连通一装有液体试剂的瓶或管，向瓶或管内试剂中通入中性气体。所述电离管也称放电管，内设有连接高压电的放电针，放电针的针体有绝缘层，放电针外是喷液管，喷液管外是载气管，且放电针、喷液管、载气管同轴放置，放电针的针尖伸出喷液管前端，喷液管前端伸出载气管前端。喷液管设液体通道接口，通过液体通道接口向喷液管中导入试剂；载气管设载气通道接口，通过载气通道接口向载气管中导入载气。电离管的放电针针尖、喷液管前端管口、载气管前端管口之间的距离可调。所述电离管与样品管的角度和相距的距离通过设置的调节架进行调整。采用以上设计，本实用新型常压化学萃取电离源通过采用放电针对离子试剂(空气，水蒸汽等)电晕放电产生离子流束与样品流在空间碰撞，可以将样品中非极性分子甚至生物大分子解吸，从而将样品中的待测物进行萃取电离从而使待测物发生离子化，产生待测物的离子。此外采用萃取电离方式而不是单纯的表面解吸，可以实现连续进样得到稳定的检测信号。本实用新型的常压化学萃取电离源，结构紧凑，设计巧妙，使用方便，可对各种检测样品进行电离分析；本实用新型常压化学萃取电离质谱分析方法，不但具有高灵敏度和高特异性的优点，而且可以选择离子试剂进行离子分子反应提高反应的选择性和研究反应机理。因此，此方法特别适合于对复杂的生物样品、食品、药品、环境样品等进行实时快速分析。
图1为本实用新型常压化学萃取电离源(EAPCI)的基本构成及工作原理示意图；图2为本实用新型采用中性解吸-常压化学萃取电离源(ND-EAPCI)形式的基本构成及工作原理示意图；图3为本实用新型常压化学萃取电离源(EAPCI)电离系统另一形式基本构成及工作原理示意具体实施方式
以下结合附图详细说明本实用新型常压化学萃取电离源的构成与工作原理。图1显示常压化学萃取电离源(简称EAPCI)的基本工作原理，其中通道1(电离管)为具有放电针的SDAPCI喷嘴，用于产生试剂离子流，通道2 (样品管)为DESI喷嘴，用于喷出样品流，两喷嘴以一夹角共同指向一电离区域，在此区域里样品流在与试剂离子流碰撞的过程中被离子化形成离子束，进而在电场和负压作用下通过MS入口被引入质谱仪。参照以上工作原理，在质谱分析中，本实用新型常压化学萃取电离源作为样品引入和电离系统使用，其包含样品引入系统和电离系统两部分。图2示出本实用新型一种形式，电离系统(电离管)包括离子管5和置于其中连接高压电的放电针6，离子管5中通入载气，气体可以直接来源于气瓶或空气，进气管3最好连接一个潮湿气体发生器，该潮湿气体发生器为装有加湿试剂的瓶或管4，气体通入试剂中形成湿汽再通过进气管3引入离子管5 ；样品引入系统(样品管)主要包括一样品引入管1和样品载气管2，样品引入管1和离子管5为毛细管，两毛细管呈一角度α交叉斜向放置共同指向电离空间，分别被固定于调节架7和调节架8中，交叉的角度α和管口距离a以及离子管5与质谱仪进样口9的角度β、样品引入管1和质谱仪进样口 9的距离b可通过调节架调节。本实用新型中，样品引入系统可联用中性解吸装置，如图2所示，将样品引入管1 接通中性解吸装置10的样品导出管12。中性解吸装置10可参考实用新型人之前申报的专利ZL200820233874. 1，在载气通气管11的气流作用下将样品(待测物品)表面13上的待测成分解吸出来，待测成分流经样品导出管12和样品引入管1，引入电离空间进行离子化并进一步进入质谱仪。本实用新型另一种形式的常压化学萃取电离源，其电离系统使用带有液体通道的放电管，如图3所示，该放电管包括放电针21、喷液管22和载气管23，喷液管22和载气管 23为毛细管，喷液管22套装在载气管23内，放电针21套装在喷液管22内，放电针21针体 (除针尖部分)有绝缘层以与喷液管22中的液体隔离，放电针21、喷液管22、载气管23同轴放置；放电针21的针尖伸出喷液管22前端(距离d)，喷液管22前端伸出载气管23前端 (距离c)；放电管设高压电接口沈、与喷液管22连通的液体通道接口 M、与载气管23连通的载气通道接口 25，放电针21后端连接该高压电接口 26，通过液体通道接口 M向喷液管 22中导入电离试剂，通过载气通道接口 25向载气管23中导入载气；两毛细管口的距离c和放电针针尖与喷液管2毛细管口的距离d可以调节，放电管被固定在调节架7中。该形式的电离源的样品引入系统可以为DESI喷嘴，包括一载气管观和装载其内的样品管27。当然，也可以使用图Ib显示的联用中性解吸装置的样品引入系统，在此不再赘述。电离过程中，从载气管23前端射出高速气体，从喷液管22前端流出液体，该高速气体使液体雾化形成大量小液滴，同时施以高压使放电针21放电时小液滴带电而形成喷射的离子流(氮气、水蒸气等离子，射出的大量离子束还受到从载气管23喷出气体的干燥作用)，离子流直接与由样品管27引出的样品气流碰撞，样品中的待测成分被电离并且形成离子束从质谱仪进样口 9被引入到质谱仪进行分析检测。相应的，应用上述常压化学萃取电离源进行质谱分析有多种组合，其一是结合中性解吸装置10采样实现对固体样品的中性解吸常压化学萃取电离质谱分析 (ND-EAPCI-MS)。参见图Ib所示。通过中性解吸装置将待测物(可为固体)表面上的待测成分解吸并传输到EAPCI电离源进行电离，形成的样品离子导入质谱仪进行质谱分析。该 ND-EAPCI-MS质谱分析方法包括以下步骤步骤一将中性解吸装置(ND)的样品管出口与常压化学萃取电离源(EAPCI)的进样管相连，调节并固定常压化学萃取电离源(EAPCI)与质谱仪(MS)进口的位置；[0025]步骤二 将中性解吸装置的样品管入口对准待检固体物品表面，距离5 12mm ；步骤三向中性解吸装置的进气管输入中性气体，气体流速为0 40psi ；步骤四同时向常压化学萃取电离源施以3 5kV高压使样品电离，离子管中通入氮气气体，气体流速为20psi ；步骤五开质谱仪扫描系统，获取检测结果。当使用图3所示放电管产生试剂离子流时，步骤四中加高压的同时，向喷液管中加入液体试剂，液体流速为5 μ L/min ；向载气管中通入中性气体(氮气)，气体流速为 15psi。本文中提到的载气或中性气体，为选自水蒸汽、氮气、空气等无害气体。提到的试剂，如瓶或管4中的液体试剂(加湿试剂)或喷液管22中导入的试剂(电离试剂)可以选用水、甲醇、醋酸、氨水等试剂的一种或几种的混合物。应用本实用新型电离源可以对非极性分子标准品、复杂基体中的非极性分子样品爆炸物、生物蛋白质大分子进行常压化学萃取电离质谱(EAPCI-MQ分析检测，获得了良好效果。通过结合中性解吸装置的ND-EAPCI-MS还可远程分析植物的代谢物。
权利要求1.一种常压化学萃取电离源，设有电离管和样品管，电离管与样品管以一夹角和一间距斜向放置且端口共同指向电离区域，其特征是样品管包括一样品引入管和样品载气管， 样品引入管中导入气体或液体样品或连接一中性解吸装置的样品导出管。
2.根据权利要求1所述的常压化学萃取电离源，其特征是，所述电离管包括一离子管和置于其中连接高压电的放电针，该离子管连通一进气管，进气管直接连通中性气体。
3.根据权利要求1所述的常压化学萃取电离源，其特征是，所述电离管包括一离子管和置于其中连接高压电的放电针，该离子管连通一进气管，进气管连通一装有液体试剂的瓶或管，瓶或管内试剂中通入中性气体。
4.根据权利要求1所述的常压化学萃取电离源，其特征是，所述电离管由同轴放置的放电针、喷液管和载气管组成，放电针连接高压电，其针体有绝缘层，放电针外是喷液管，喷液管外是载气管。
5.根据权利要求4所述的常压化学萃取电离源，其特征是，所述放电针的针尖伸出喷液管前端，喷液管前端伸出载气管前端。
6.根据权利要求4所述的常压化学萃取电离源，其特征是喷液管设用于导入试剂的液体通道接口，载气管设用于导入气体的载气通道接口。
7.根据权利要求4或5或6所述的常压化学萃取电离源，其特征是所述的电离管的放电针针尖、喷液管前端管口、载气管前端管口之间的距离可调。
8.根据权利要求1至6任一所述的常压化学萃取电离源，其特征是所述电离管和样品管位于调节架上，其角度和相距可调。
9.根据权利要7所述的常压化学萃取电离源，其特征是所述电离管和样品管位于调节架上，其角度和相距可调。
专利摘要本实用新型一种常压萃取化学电离源，设有电离管和样品管，电离管与样品管以一夹角和一间距斜向放置且端口共同指向电离区域，样品管包括一样品引入管和样品载气管，样品引入管中导入气体或液体样品或接通一中性解吸装置的样品导出管。利用该常压萃取化学电离源是通过样品管引出的样品流与电离管引出的离子流碰撞发生萃取电离然后进行质谱分析，特别适合对复杂的生物样品、食品、药品、环境样品等进行实时快速分析。
文档编号H01J49/12GK202120862SQ20112023689
公开日2012年1月18日 申请日期2011年7月6日 优先权日2010年7月6日
发明者张兴磊, 欧阳永中, 肖赛金, 胡斌, 陈焕文, 韩京 申请人:东华理工大学