化合物快速电分离装置及实现快速电分离质谱检测的方法与流程

本发明属于化合物分离技术领域，特别是涉及一种化合物快速电分离装置及实现快速电分离质谱检测的方法。

背景技术：

化合物的分离技术目前主要有机械分离、传质分离、分子蒸馏、膜分离、亲和层析、结晶分离、萃取以及色谱分离等技术。在分析领域，目前主要依赖于色谱分离技术，色谱分离技术又称层析分离技术或色层分离技术，是一种分离复杂混合物中各个组分的有效方法。它是利用不同物质在由固定相和流动相构成的体系中具有不同的分配系数，当两相作相对运动时，这些物质随流动相一起运动，并在两相间进行反复多次的分配，从而使各物质达到分离。传统的色谱分离技术速度慢，样品消耗量大，针对不同的化合物分析需求，需要使用不同的色谱柱，为了获得最佳的分离条件常常需要开发复杂的分析方法。

因此，如何解决上述技术问题成为了该领域技术人员努力的方向。

技术实现要素：

本发明的目的就是提供一种化合物快速电分离装置及实现快速电分离质谱检测的方法，该装置无需色谱与质谱联用即可实现对多组分样品的快速分离并通过质谱进行检测，减少复杂样品的基质干扰和多组分间的离子化抑制，简化谱图，方便质谱解析；且对各类质谱接口均具有普适性，从而解决上述现有技术的不足之处。

本发明的目的通过下述技术方案来实现：

一种化合物快速电分离装置，包括固体基底、旋转电机、高压电源和样品溶液喷头，所述固体基底的一端为尖端，另一端通过绝缘连接器连接旋转电机，固体基底通过电刷与高压电源电联，所述样品溶液喷头对应尖端置于固体基底一侧。

作为优选，所述固体基底为导体或半导体。

作为优选，所述固体基底的尖端对应质谱仪的质谱离子入口通道。

作为优选，当样品溶液喷头喷射样品溶液时，断开固体基底与高压电源之间的电连接，样品喷射完成后固体基底保持与高压电源之间的电联。这种设计可以使得样品溶液的分离效果更佳。如果喷射时不断开高压电源，那么喷射到固体基底上的样品溶液时也同时进行着分离，也可获得较好的分离效果，但分离效果不能达到最优。

一种实现快速电分离质谱检测的方法，所述固体基底的尖端对应质谱仪的质谱离子入口通道，旋转电机通过绝缘连接器带动固体基底旋转，同时，高压电源向固体基底施加高压电场，样品溶液喷头向固体基底的尖端喷射样品溶液，且在样品溶液喷头的喷射阶段断开固体基底与高压电源的连接，当样品溶液喷头喷射完成后，继续保持向固体基底施加高压电，样品溶液在高压电的作用下发生分离，并在移动到固体基底尖端时离子化形成待测物离子，待测物离子通过质谱离子入口通道进入质谱仪进行质谱分析。

作为优选，在未喷射样品时和质谱仪进行质谱分析的整个过程中，均保持向固体基底施加高压电。这种设计可以使得样品溶液的分离效果和离子化效果更佳。

作为优选，所述旋转电机的转速范围为0～10000rpm。旋转电机的转速会影响样品溶液涂覆在固体基底表面的均匀性，旋转电机的转速控制在10000rpm内可以保证样品溶液涂覆均匀。

作为优选，所述高压电源的电压范围为-5000～5000v。此电压范围可以适应质谱电喷雾离子化的应用，使得样品溶液在分离后能更好的离子化，并进行质谱检测。此外，分离效果和速度也受到电压的影响，在此电压范围内调节可以很好的调整分离效果和速度。

作为优选，所述固体基底尖端的顶端与质谱离子入口通道端口之间的水平距离为d1，且0.5mm≦d1≦10mm，固体基底尖端的顶端与质谱离子入口通道中心线之间的垂直距离为d2,且0≦d2≦5mm，固体基底的旋转轴线与质谱离子入口通道中心线之间的夹角为α1，且90°≦α1≦180°。这种设计是为让电喷雾离子化后的离子在质谱离子入口通道的轴线附近，方便进入质谱仪，质谱检测效果更佳。

作为优选，所述固体基底底面与样品溶液喷头顶端之间的垂直距离为d3，且0.5mm≦d3≦10mm，固体基底尖端的顶端与样品溶液喷头中轴线之间的垂直距离为d4,且0≦d4≦5mm，固体基底底面与样品溶液喷头中轴线之间的夹角为α2，且30°≦α2≦120°。这种设计是为让样品溶液喷头喷射的样品更好的喷射到固体基底上。

经研究表明直接将高压电场作用于固体基底上的薄膜状样品溶液时可以获得快速且良好的分离效果，其分离程度与液膜的厚度、电压相关。该方法简单，样品溶液消耗量极少，且无需固定相(色谱柱)，也无需常规色谱中所必需的高压泵等昂贵组件。其通过高压电直接分离的特点也使得其可以很好的将分离后的样品溶液离子化产生带电离子，方便其与质谱仪联用。

在进行混合样品的直接分析研究中，将样品中的多组分化合物直接电分离并通过电喷雾离子化(electrosprayionization，esi)进入质谱仪进行质谱检测，通过质谱采集获得混合物样品中不同化合物的质谱图，相当于先将化合物分离后再分别获取各成分的质谱图(类似于色谱-质谱联用分析)，这种形式的分离分析技术解决了常规色谱质谱联用技术的不足，如分离速度慢、分析方法开发困难、样品消耗量大、装置复杂等的问题。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1.结构简单，设计合理，成本低廉，能实现液相色谱和毛细管电泳等分离方法类似的分离功能，且需调节参数少，操作简便，分析时间短，样品和溶剂消耗量极少，可用于微量待测样品的分析，高效环保；

2.本发明中的固体基底可由导体或半导体材料制成，基本无电喷雾基底材料的消耗，无毛细管堵塞的风险，易于清洁和重复多次使用，非常便捷；

3.本发明装置可与常见的质谱仪(如：三重四极杆质谱仪、飞行时间质谱仪、离子阱质谱仪等)相兼容，应用范围广，实用性强，具有广泛的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明装置的结构示意图；

图2是本发明实施例中4种化合物的提取离子流图；

图3是本发明实施例中4种化合物的质谱图。

图中：1-固体基底，2-绝缘连接器，3-旋转电机，4-电刷，5-高压电源，6-质谱离子入口通道，7-样品溶液喷头。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。

如图1所示，一种化合物快速电分离装置，包括固体基底1、旋转电机3、高压电源4和样品溶液喷头7，所述固体基底1的一端为尖端，另一端通过绝缘连接器2连接旋转电机3，固体基底1通过电刷4与高压电源5电联，所述样品溶液喷头6对应尖端置于固体基底1一侧。

所述固体基底1为导体或半导体。本实施例采用导体材料，所述导体材料可以选用不锈钢、金、银等。

在进行质谱检测时，所述固体基底1的尖端对应质谱仪的质谱离子入口通道6，固体基底1安装在移动底座(图中未画出)上，使得固体基底1的尖端与质谱离子入口通道6之间的距离可以根据需要进行调整。

当样品溶液喷头7喷射样品溶液时，断开固体基底1与高压电源5之间的电连接，样品喷射完成后固体基底1保持与高压电源5之间的电联。

一种实现快速电分离质谱检测的方法，所述固体基底的尖端对应质谱仪的质谱离子入口通道，旋转电机通过绝缘连接器带动固体基底旋转，同时，高压电源向固体基底施加高压电，样品溶液喷头向固体基底的尖端喷射样品溶液，且在样品溶液喷头的喷射阶段断开固体基底与高压电源的连接，当样品溶液喷头喷射完成后，继续保持向固体基底施加高压电，样品溶液在高压电的作用下发生分离，在固体基底尖端形成待测物离子，待测物离子通过质谱离子入口通道进入质谱仪进行质谱分析。

在质谱仪进行质谱分析的整个过程中，均保持向固体基底施加高压电。

所述旋转电机的转速范围为0～10000rpm。所述高压电源的电压范围为-5000～5000v。所述旋转电机和高压电源与固体基底之间的通断均通过控制程序调控。

所述固体基底尖端的顶端与质谱离子入口通道端口之间的水平距离为d1，且0.5mm≦d1≦10mm，固体基底尖端的顶端与质谱离子入口通道中心线之间的垂直距离为d2,且0≦d2≦5mm，固体基底的旋转轴线与质谱离子入口通道中心线之间的夹角为α1，且90°≦α1≦180°。

所述固体基底底面与样品溶液喷头顶端之间的垂直距离为d3，且0.5mm≦d3≦10mm，固体基底尖端的顶端与样品溶液喷头中轴线之间的垂直距离为d4,且0≦d4≦5mm，固体基底底面与样品溶液喷头中轴线之间的夹角为α2，且30°≦α2≦120°。

下面使用上述装置和方法，对含3-氨基吡啶、1,2,3-三苯基胍、奋乃静和利血平共4种化合物的甲醇溶液(详细信息见表1)进行质谱分析，浓度为40μm。

表1：4种化合物的化学信息

所述固体基底为不锈钢针，长度为37mm，其尖端为圆锥形，尖端直径为10μm；d1＝2mm,d2＝0mm，α1＝180°，d3＝5mm,d4＝0.5mm,α2≦90°。

利用本发明提供的装置和方法对上述含有4种化合物的甲醇溶液进行质谱分析，包括以下步骤：

a)将待测溶液放置于载物台上，调试旋转电机，开启高压电源，电压为+2500v；

b)通过旋转电机驱动固体基底做旋转运动，速度为1000rpm，将样品溶液通过样品溶液喷头喷射到固体基底的尖端，样品溶液在高压电的作用下发生分离，并在固体基底尖端离子化形成待测物离子，待测物离子进入质谱入口通道6，并由质谱仪进行质谱分析。

如图2所示，提取3-氨基吡啶、1,2,3-三苯基胍、奋乃静和利血平[m+h]⁺的提取离子流图(m/z：95、288、404和609)，从图2可见上述4种化合物在10秒内获得了良好的分离，图3为图2所对应的化合物峰的质谱图，由图3可见所分析的4个化合物的质谱图很干净，说明获得了良好的分离效果。

上述实施例表明，本发明的化合物快速电分离装置具有良好的快速分离能力。本装置可与常见的质谱仪(如：三重四极杆质谱仪、飞行时间质谱仪、离子阱质谱仪等)相兼容，应用范围广，实用性强。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。