专利名称：一种电喷雾离子化方法和实现该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电喷雾离子化的方法和实现该方法的装置。
背景技术：
质谱仪具有高分辨，高灵敏的优点，已经在食品安全，环境保护，医药以及国家安全等领域的分析检测任务中得到广泛的应用。在面对复杂混合物的分析任务时，质谱仪通常与色谱系统联用，以减少背景干扰物对分析物的信号干扰和信号抑制。然而，在色谱质谱联用分析过程中，样品的制备及色谱分离消耗了大量的时间，从而限制了这些分析技术的操作速度。这一问题的部分解决，得益于近些年来快速发展的常压直接离子化技术， 其中，解吸电喷雾离子化法(Desorption Electrospray Ionization, DESI ;《Science》杂志，第 306 卷,471 页(2004 年))和实时直接分析法(Direct Analysis in Real Time, DART ； ((Analytical Chemistry》杂志，第77卷，2297页(2005年))最先被提出。两者的解吸及离子化使用的是同一种能量载体，前者利用带电液滴，而后者利用低温等离子体。 与解吸电喷雾离子化法类似的技术还有萃取电喷雾离子化法(Extractive Electrospray Ionization, EESI ;《Chemical Communications))杂志，2042 — 2044 页(2006 年))及纳升萃取电喷雾离子化法(Nanoextractive Electrospray Ionization,nanoEEI “〈Analytical Chemistry》杂志，第82卷，7724 — 7731页(2009年));与实时直接分析法类似的技术还有介质阻挡放电(Dielectric Barrier Discharge, DBDI ； ((Journal of the American Society for Mass Spectrometry))杂志，第18卷，1859 — 1862页(2007年))，低温等离子体探针 (Low-Temperature Plasma Probe, LTP ； ((Analytical Chemistry》杂志，第 80 卷，9098 — 9014 页(2008 年))以及解吸电晕束离子化(Desorption Corona Beam Ionization, DCBI ； 《Analyst》杂志，第135卷，688 — 695页(2010年))。解吸及离子化分别用不同的能量载体的离子化方法也见报导，例如，《Rapid Communication in Mass Spectrometry》杂志,第19 卷,3701 — 3704 页(2005 年)和《Rapid Communication in Mass Spectrometry》杂志，第 16卷，681 — 685页(2002年)分别介绍了一种以激光为解吸手段，以带电液滴或化学离子化技术为离子化工具的常压直接离子化技术。最近，多种不需解吸，而直接将样品施加在一次性载体上，在一次性载体上实现离子化的技术也被开发出来，如纸喷雾技术(Paper Spray Ionization, PSI ； tLAngewandte Chemie、杂志，第 122 卷，889 — 892 页(2010 年))和牙签尖端喷雾技术(Electrospray Ionization Using Wooden Tips ;《Analytical Chemistry》 杂志，第 83 卷，8201 — 8207 页(2011 年))。虽然以上介绍的常压直接离子化技术在尿液、唾液、血液、皮肤及毛发的快速分析中获得了一定的效果，但仍面临以下几个问题目标分析物会与杂质同时被离子化，在质谱峰上可能存在重叠的峰，从而影响分析的准确性；样品基质中存在的无机离子或其他有机干扰物抑制了目标分析物的解吸效率和离子化效率；检测灵敏度仍显不足。为了提高常压直接离子化分析技术的灵敏度及选择性，可以在进行离子化前对样品进行适当的处理，即样品制备，然而，引入样品制备，势必需要花费更多的分析时间，需要额外的样品制备所用的装置，这些都将导致常压直接离子化技术的优势被削弱。
发明内容
为了克服现有常压直接离子化技术所存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种与样品制备技术相匹配的电喷雾离子化方法，该方法能在电喷雾离子化装置上进行样品制备并离子化。与此相应，本发明另一个要解决的技术问题是提供一种能与样品制备技术相匹配的电喷雾离子化装置。就电喷雾离子化方法而言，本发明解决上述技术问题的电喷雾离子化方法，依次包括如下步骤样品吸取和电喷雾离子化，所述样品吸取是将样品吸入载有填充物的移液器吸头中；所述电喷雾离子化是通过高电压施加在移液器吸头上并在载有填充物的移液器吸头上进行。本发明电喷雾离子化方法的电喷雾离子化步骤前还可以包含清洗及解吸步骤，所增加的步骤可以有效的降低复杂样品的杂质对分析物信号的抑制及干扰。即本发明将样品吸入载有填充物的移液器吸头后，可对吸头内吸附有目标分析物的填充物进行清洗，再对吸附在填充物上的样品中的目标分析物进行解吸，然后再进行电喷雾离子化。本发明所述移液器吸头具有一宽度逐渐收缩的端部。作为本发明的一种优选方案，所述移液器吸头中的填充物位于靠近移液器吸头的端部。本发明电喷雾离子化方法适用于分析的样品形态有液体，悬浊液或固体样品。本发明所述移液器吸头可以一次性使用，也可以多次使用。本发明电喷雾离子化方法所用的移液器吸头中的填充物可以为渗透性良好的多孔材料，也可以为无孔材料。当所述填充物为无孔实心材料时，在无孔材料与移液器吸头的管壁间应保留适应的间隙，以保证良好的渗透性。本发明电喷雾离子化方法的上述改进中，所述填充物可以是实心或空心的；所述填充物体积为所述移液器吸头容积的1% 80%。本发明电喷雾离子化方法所用高电压的绝对值介于4 kV与15 kV之间。本发明电喷雾离子化方法所用高电压可以施加于所述填充物的上方，还可以施加在所述填充物的下方。本发明样品经移液器吸入载有填充物的吸头，可以在高电压下直接电喷雾离子化；当样品较复杂时，还可以增加清洗和解吸步骤，这有效的降低了杂质对分析物信号的抑制及干扰；此外还可通过缩小解吸体积，实现对目标分析物的富集，以提高检测灵敏度。就电喷雾离子化方法的装置而言，本发明为解决所述技术问题的电喷雾离子化方法的装置，包括高压电源，移液器及与移液器连接的载有填充物的移液器吸头，所述高压电源通过导体与移液器吸头连接。所述导体位于所述填充物的上方。或者，所述导体位于所述填充物的下方。
本发明电喷雾离子化装置所用高压电源可以为微型高压电源，并集成到所述移液器上与所述移液器连接成一整体。此时，作为该方案的改进，可以在移液器上设置电压调节按钮，电压示数表及电源开关按钮。本发明电喷雾离子化装置所用高压电源还可以为外置台式电源或微型电源。本发明电喷雾离子化装置所用移液器为单通道移液器或多通道移液器；所述移液器可以为手持式，或安装于自动机械手(如所述装置包括与移液器连接的机械手)上使用。采用上述结构的装置，高电压直接施加在载有填充物的移液器吸头上，可以使样品制备及电喷雾离子化都在所述装置上完成。所述离子化装置，可以为手持式也可以装配到自动机械手上使用，使用方便，且也有助于减少人的工作量，提高分析通量。
图I为本发明一实施例的方法流程图。图2为本发明一实施例的装置图。图3为本发明一实施例中，在高电压辅助下，载有填充物的移液器吸头尖端的电喷雾现象。图4为本发明一实施例中，标准溶液从载有填充物的移液器吸头尖端电喷雾离子化后获得的质谱图。图5为本发明一实施例中，可乐从载有填充物的移液器吸头尖端电喷雾离子化后获得的质谱图。图6A为本发明一实施例中，添加了三种降糖药的血浆，经样品吸取，清洗，解吸后，解吸液从载有填充物的移液器吸头尖端电喷雾离子化后获得的质谱图。图6B为图6A的对照例质谱图。图7为本发明一实施例中，银翘片粉末，经样品吸取，清洗，解吸后，解吸液从载有填充物的移液器吸头尖端电喷雾离子化后获得的质谱图。图8为本发明一实施例中，银翘片粉末分散于水中形成的悬浊液，经样品吸取，清洗，解吸后，解吸液从载有填充物的移液器吸头尖端电喷雾离子化后获得的质谱图。
具体实施例方式本发明提供了一种常压下直接离子化的方法。该方法与样品制备能很好的匹配， 解决了复杂样品分析中目标分析物离子化受抑制和质谱峰存在杂质干扰的难题。图I为本发明一实施例的方法流程图。参照图I所示，根据本发明的方法，首先于步骤SI，使用载有填充物的移液器吸头吸取样品。
在本发明的实施例中，移液器吸头具有一宽度逐渐收缩的端部，与该端部相对的另一端与移液器的出口相适配；该移液器吸头可以一次性使用，也可以多次使用。移液器吸头中的填充物可以为渗透性良好的多孔材料，也可以为无孔材料。当填充物为无孔实心材料时， 在无孔材料与移液器吸头的管壁间应保留适应的间隙，以保证良好的渗透性。该填充物可以是实心或空心的。填充物体积为所述移液器吸头容积的1% 80%。作为本发明的一种优选方案，移液器吸头中的填充物位于移液器吸头的端部，这可以更好的辅助电喷雾的形成。本发明所分析的样品可以为液体、悬浊液或固体粉末。对于液体或悬浊液，直接用装配有上述吸头的移液器吸取样品，即可实现上样。对于固体块状样品，应先将该固体样品粉碎为固体粉末。一种固体粉末样品的上样方法是，取少量粉末平铺在玻璃片上，形成一薄层，然后用装配有吸头的移液器直接吸入粉末。接着，如果所分析的样品较简单，杂质对分析物的离子化抑制及质谱峰的干扰不严重，可跳过步骤S2及S3。对于液体样品，在移液器吸头上施加高电压进行电喷雾离子化。 对于固体粉末样品，应吸入少量的水或有机溶液，然后再进行电喷雾离子化。如果分析的样品较复杂，则可以通过步骤S2 (使用清洗液清洗载有填充物的移液器吸头)及S3 (使用解吸液将目标分析物从填充物上解吸到解吸液中)除去干扰物。在步骤S2中，所用的清洗液的组成可以根据分析物及填充材料的不同而进行调整，以使分析物能保留在填充物上，而多数杂质能被洗去。例如，当分析物为极性较弱，而所用的填充材料为疏水性材料时，可以用有机溶剂与水的混合物进行清洗(甲醇水，体积比为1:4至1:1 ; 乙腈水，体积比为1:4至1:1)。大量杂质在这一步中被除去，这将大大提高分析物的离子化效率，进而提高检测灵敏度；同时，杂质的除去，也减少了干扰峰出现的概率。然后，在步骤S3中，使用合适的解吸液将分析物从填充物上解吸下来。与传统样品制备不同，该方法中解吸液最终不被排出，而是保留在填充物的空隙间，等待电喷雾离子化步骤。所用解吸液与清洗液一样，需根据分析物及填充物材料的不同而调整，以使分析物能充分地从填充材料表面进入解吸液中。仍然以弱极性分析物及疏水性填充材料为例，此时，解吸通常使用较高有机相比例的溶液(醇水，体积比为4:1至9:1 ;乙腈水,体积比为4:1至9:1)或纯有机溶液(甲醇或乙腈)。所用解吸液体积以正好能没过填充材料，并略微高出填充材料的上表面为宜。此时，如果一次处理的样品溶液体积较解吸溶液体积大，则实现分析物的富集，可进一步提高对目标分析物的检测灵敏度。最后，进入步骤S4(在高电压辅助下样品溶液以带电雾滴喷出，分析物被离子化)， 将载有填充材料及解吸液的移液器吸头移至质谱仪入口附近，通过施加高电压，使解吸液电喷雾，实现对分析物的离子化及质谱检测。所用的高电压，可以施加在填充材料的上方， 也可以施加在填充材料的下方。如果需要在正离子模式下进行离子化，则可以在填充材料的上方施加一个+4 kV +15 kV的电压,或在填充材料的下方施加一个-4 kV -15 kV 的电压；如果需要在负离子模式下进行离子化，则正好相反，可以在填充材料的上方施加一个-4 kV -15 kV的电压，或在填充材料的下方施加一个+4 kV +15 kV的电压。图2示出了本发明实现电喷雾离子化方法装置的结构。如图2所示，实现电喷雾离子化方法的装置包括移液器1，高压电源2，载有填充物的移液器吸头3，导体4。其中高压电源2可以为微型高压电源，并集成到所述移液器上。此时，作为该方案的改进，可以在移液器I上设置电压大小调节按钮5，电压示数表6及电源开关按钮7 ;高压电源2还可以为外置台式电源或微型电源。载有填充物的吸头3装配在移液器的出口端，高压电源与吸头通过导体4相连。上述实现电喷雾离子化方法的装置的工作过程为
如果所分析的样品成份简单，则吸头3上的填充物最好选用与目标分析物作用弱的材料。对于形态为悬浊液及纯液体的样品，使用上述装置吸取少量样品，并将吸头的出口端置于质谱仪入口处，通过电压大小调节按钮5设定所需的电压值，打开电源开关按钮7，在所施加的高电压的辅助下，实现电喷雾离子化。对于形态为固体粉末的样品(如果是固体块状样品，应先将该固体样品粉碎为固体粉末)，取少量粉末平铺在玻璃片上，形成一薄层，然后将粉末吸入到载有填充物的吸头3中。载有填充物的吸头吸附固体粉末后，最好吸入少量的水或有机溶液，然后再进行电喷雾离子化。如果分析的样品较复杂，则吸头3上的填充物最好选用与目标分析物作用较强的材料。通过上述装置的移液器I吸取样品后，将样品溶液排出；然后吸取清洗液，再将清洗液排出；最后吸取解吸液并进行电喷雾离子化及质谱检测。所用解吸液体积以正好能没过填充材料，并略微高出填充材料的上表面，与联接吸头3与电源2的导体接触为宜。上述装置所用移液器I可以为手持式移液器，使用手工操作；也可以为安装于自动机械手上的移液器，使用自动操作。在电喷雾离子化并进行质谱检测时，上述移液器与质谱仪入口的角度在0° 90°变化，并不影响质谱仪所检测到信号的强弱，这将使目标分析物检测的重现性更好，也更利于将该装置安装于自动化机械手上使用。
下面再结合具体的实施例来说明本发明的样品制备方法
实施例I
将一购得的尖部填充多孔硅胶材料的10 μ L移液器吸头装配到图2所示电喷雾离子化装置(即图2所示的移液器吸头为市售尖部填充多孔硅胶材料的10 μ L移液器吸头)上， 吸取5 μ L纯水、50%水-甲醇(体积比)、纯甲醇、50%水-乙腈(体积比)或纯乙腈。通过调节电压大小调节按钮将电压设定为+7. 5 kV或-7. 5 kV，打开电源开关按钮，在所施加的高电压的辅助下，吸头的尖端出现伞状的电喷雾(图3)。实施例2
将一购得的尖部填充多孔硅胶材料的10 μ L移液器吸头装配到图2所示电喷雾离子化装置上，吸取5 UL苯乙双胍、吡格列酮和格列本脲的混合溶液(甲醇-7jC，l:l，v/V;各组份浓度为200 ng/mL)，通过调节电压大小调节按钮将电压设定为+7. 5 kV，将吸头置于质谱仪入口上方(垂直距离2 mm;水平距离5 mm)，移液器与质谱仪入口呈45°角，打开电源开关按钮，在所施加的高电压的辅助下，吸头的尖端出现伞状的电喷雾，同时质谱仪检测到三种分析物的质谱信号(苯乙双胍，m/z 206 ;卩比格列酮，m/z 357;格列本脲，m/z 516)。所得谱图示于图4A。实施例3
将一自制的的尖部填充玻璃纤维的10 μ L移液器吸头装配到图2所示电喷雾离子化装置上，吸取5 UL水杨酸、茉莉酸、吲哚乙酸、脱落酸及赤霉素A3的混合溶液(甲醇-水， 1:1，ν/ν;各组份浓度为200 ng/mL)，通过调节电压大小调节按钮将电压设定为-7. 5 kV, 其他步骤如实施例2。所得谱图示于图4B (水杨酸，m/z 137;茉莉酸，m/z 209 ;吲哚乙酸， m/z 174;脱落酸，m/z 263 ;赤霉素 A3, m/z 345)。实施例4
将一自制的尖部填充金属丝的10 μ L移液器吸头装配到图2所示电喷雾离子化装置上，吸取5 μ L市售可口可乐，电压设定为+7. 5 kV，其他步骤如实施例2。所得谱图示于图
5。可以清楚的看到咖啡因的信号(m/z，195)。
实施例5
将一购得的尖部填充C-18层析材料的10 μ L移液器吸头装配到图2所示电喷雾离子化装置上，吸取5 μ L添加有三种降糖药标品的血浆(苯乙双胍，吡格列酮和格列本脲，加标浓度为每组份200 ng/mL)，弃去样品溶液，然后吸取5 μ L甲醇-水(1: 5，v/v)用于清洗， 弃去甲醇-水溶液，接着再吸入5 UL纯甲醇，用于解吸。所吸入的解吸液保留在层析材料上。其他步骤如实施例2。所得谱图示于图6A。作为对照，用装配有尖部填充C-18层析材料的10 μ L移液器吸头的电喷雾离子装置，直接吸取5 μ L上述添加有降糖药的血浆，不经清洗及解吸步，直接进行离子化，所得谱图示于图6Β。由于血浆中杂质对目标分析物的干扰及离子化抑制，直接对血浆样品进行离子化时，目标分析物未被检测到(图6Β所示)；而经清洗及解吸后，再进行离子化并质谱检测，即可检测到目标分析物，且所得质谱峰信号较强，谱图干扰明显减少(苯乙双胍，m/z 206;吡格列酮，m/z 357;格列本脲，m/z 516)。以上实验表明，在分析复杂样品时，通过简单的在离子源上的样品制备，即可有效解决杂质干扰及离子化抑制问题，提高了分析灵敏度及准确度。实施例6
将市售银翘片研磨为粉末，取少量平铺于玻璃片上。将一购得的尖部填充C-18层析材料的10 μ L移液器吸头装配到图2所示电喷雾离子化装置上，吸取少量平铺于玻璃片上的药粉，其他步骤如实施例5。所得谱图示于图7，谱图上可以清楚地看到扑尔敏的信号(m/z， 275)。实施例7
将市售银翘片研磨为粉末，取10 mg粉末于离心管中，加入I mL水配成悬浊液。将一购得的尖部填充C-18层析材料的10 μ L移液器吸头装配到图2所示电喷雾离子化装置上， 吸取5 μ L上述悬浊液，其他步骤如实施例5。所得谱图示于图8，谱图上可以清楚地看到扑尔敏的信号(m/z，275)。
以上结合附图揭示了本发明优选的具体实施方式
和实施例，但是本发明并不限于上述实施方式和实施例，在不脱离本发明的精神和范围内，任何本领域技术人员还可以作些修改和完善。
权利要求
1.一种电喷雾离子化方法，依次包括如下步骤样品吸取、电喷雾离子化，其特征在于所述样品吸取是将样品吸入载有填充物的移液器吸头中；所述电喷雾离子化是通过高电压施加在移液器吸头上并在载有填充物的移液器吸头上进行。
2.如权利要求I所述电喷雾离子化方法，其特征在于将样品吸入载有填充物的移液器吸头后，对吸头内的填充物进行清洗，再对吸附在填充物上的样品中的目标分析物进行解吸，然后再进行电喷雾离子化。
3.如权利要求I或2所述电喷雾离子化方法，其特征在于所述移液器吸头具有一宽度逐渐收缩的端部。
4.如权利要求I或2所述电喷雾离子化方法，其特征在于所述填充物位于靠近移液器吸头的端部。
5.如权利要求I或2所述电喷雾离子化方法，其特征在于所述高电压的绝对值介于 4 kV与15 kV之间。
6.如权利要求I或2所述电喷雾离子化方法，其特征在于所述样品为液体、悬浊液、 或固体粉末。
7.一种用于实现权利要求I所述电喷雾离子化方法的装置，其特征在于包括高压电源，移液器及与移液器连接的载有填充物的移液器吸头，所述高压电源通过导体与移液器吸头连接。
8.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述导体位于所述填充物的上方。
9.如权利要求7所述的装置，其特征在于所述导体位于所述填充物的下方。
10.如权利要求7或8或9所述的装置，其特征在于所述高压电源为微型高压电源， 微型高压电源与所述移液器连接成一整体。
11.如权利要求7或8或9所述的装置，其特征在于所述装置还包括与移液器连接的机械手。
12.如权利要求7或8或9所述的装置，其特征在于所述移液器上设有电压调节按钮、电压示数表及电源开关按钮。
13.如权利要求7或8或9所述的装置，其特征在于所述移液器为单通道移液器或多通道移液器。
14.如权利要求7或8或9所述的装置，其特征在于所述移液器为手持式。
全文摘要
本发明涉及一种电喷雾离子化方法和实现该方法的装置。电喷雾离子化方法包括如下步骤样品吸取、电喷雾离子化，所述样品吸取是将样品吸入载有填充物的移液器吸头中；所述电喷雾离子化是通过高电压施加在移液器吸头上并在载有填充物的移液器吸头上进行。当样品复杂时，在电喷雾离子化步骤前还包括清洗和解吸步骤。实现该方法的装置，包括高压电源，移液器及与移液器连接的载有填充物的移液器吸头，所述高压电源通过导体与移液器吸头连接。采用本发明的电喷雾离子化方法及装置，可以实现在离子化装置上进行样品制备，有效减少复杂样品中杂质对目标分析物的干扰及离子化抑制。
文档编号H01J49/16GK102610482SQ20121009008
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月30日 优先权日2012年3月30日
发明者冯钰锜, 黄云清 申请人:武汉大学