本发明涉及检测仪器技术领域，具体地说，涉及一种离子源装置和电泳质谱联用接口。
背景技术：
毛细管电泳-质谱(ce-ms)联用技术是一种分离效率高、检测灵敏度高的分析方法。现有的ce-ms接口设计中，电喷雾离子化(esi)的应用最为广泛。但将ce与esi-ms联用时有两个比较大的挑战：1、电接触的建立，ce的实现和喷雾的产生都需要电压；2、样品流速和喷雾流速的匹配，这是因为ce中的比常规esi过程的最佳流速要低。
对于建立电接触的问题，目前最常见的方式(maxwell,e.j.2008)主要有：ce的末端电极与溶液直接接触，在毛细管出口尖端外壁涂覆导电涂层，或者直接采用分离高压作为喷雾高压等，但这些方法中会存在电化学反应产生气泡等现象而影响分离效果。
而对于色谱柱中样品流速和喷雾流速匹配的问题(sun,l.2015)，常用的方式有鞘液辅助、压力辅助等，但这些方式可能会引起峰展宽、分离效率降低等问题。
现有技术中另外一种流速匹配方式是采取纳升喷雾(marginean,i.2014)的方式，即运用较细毛细管并拉尖其端口使毛细管提供较低流速，实现纳升级电喷雾，但是由于太细的毛细管容易堵塞，这个方式比较难实现。
因此，一种既不影响分离效率和灵敏度，又无需改变毛细管内径的接口技术方案亟待提出。
技术实现要素：
为了克服上述技术问题，本发明提供了一种离子源装置和毛细管电泳质谱联用接口，提高了分离效率和灵敏度，且不易堵塞毛细管。
为了实现上述目的，一方面，本发明提供了一种离子源，包括：
毛细管、喷雾电极；
所述喷雾电极与所述毛细管轴向平行地安装在所述毛细管的出口端并沿所述毛细管的出口端向外形成一个突起，所述突起与所述毛细管中流出的液体形成电接触。
在一种可选的实施方式中，所述喷雾电极以镶嵌于所述毛细管的出口端的基质中的方式安装在所述毛细管的出口端。
在一种可选的实施方式中，所述喷雾电极以与所述毛细管外壁接触的方式安装在所述毛细管的出口端。
在一种可选的实施方式中，所述毛细管的出口端端面与所述毛细管轴向之间形成90度夹角；或
所述毛细管的出口端端面与所述毛细管轴向之间形成一锐角。
在一种可选的实施方式中，所述突起的形状为圆锥状。
在一种可选的实施方式中，所述装置还包括：
分离电极；
所述分离电极位于所述毛细管的进口端附近。
在一种可选的实施方式中，所述装置还包括：
电源；
所述电源与所述分离电极电连接；和/或
所述电源与所述喷雾电极电连接。
在一种可选的实施方式中，所述装置还包括：
溶液补充部件；
所述溶液补充部件连接所述毛细管的进口端。
在一种可选的实施方式中，所述突起小于等于2mm。
在一种可选的实施方式中，包括：
如前任意一项所述的离子源装置、质谱进样口；
所述离子源装置的毛细管的出口端正对所述质谱进样口。
本发明所述的离子源装置和毛细管电泳质谱联用接口，包括毛细管、喷雾电极；喷雾电极与毛细管轴向平行地安装在毛细管的出口端并沿毛细管的出口端向外形成一个突起，突起与毛细管中流出的液体形成电接触。本发明提供的技术方案具有较高的分离效率，安装方便，且不改变毛细管内径，因而不易出现堵塞情况，并且有效避免样品分钟聚集堵塞在毛细管尖端带来的质谱信号谱图灵敏度下降问题。本发明提供的技术方案因毛细管电泳可实现纳升级别的进样量且不改变毛细管内径的变化，故样品分子流出毛细管端面的瞬时即可被高分辨质谱信号检测，从而具有比常规分析仪器更高的灵敏度。传统nanoesi为获得较高的离子化，时常在毛细管的一端作拉尖处理，这一方面在容易造成样品堵塞的同时，还可能因为外部施加电场过大，拉尖毛细管内的样品溶液获得较高能量而超出了细的尖端出口速度限制，使得喷雾源爆破，本发明提供的技术方案中毛细管的出口端的结构则可避免此种情况的发生。并且本发明的技术方案通过在毛细管的出口端设置突起，便于为毛细管中流出的溶液样品提供非直接接触溶液本体式的喷雾电压，毛细管中液体不被电极阻挡，溶液不会形成涡流，样品不易受污染。
附图说明
图1为本发明所述离子源装置的结构示意图；
图2a-图2f为本发明中喷雾电极和毛细管的结构示意图；
图3a-图3b为本发明中呈锐角的毛细管出口端的示意图；
图4为本发明所述另一种离子源装置的结构示意图；
图5为本发明所述另一种离子源装置的结构示意图；
图6为本发明所述另一种离子源装置的结构示意图；
图7为本发明所述离子源装置的一种具体组成形态；
图8a为采用实施例1的离子源装置3次检测咖啡因的总离子流图；
图8b为采用实施例1的对照组3次检测咖啡因的总离子流图；
图9a为采用实施例2检测的总离子流图；
图9b为采用实施例2对苯丙氨酸和多种肽段检测的离子流图；
图10a为采用实施例3检测的总离子流图；
图10b-图10d为血管紧张肽ⅱ、缓激肽和咖啡因三种样品特征峰的提取离子流图；
图10e-图10f为检测强度比较图。
具体实施方式
下面参考附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其他附图或实施方式中示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件或处理的表示和描述。
本发明实施例提供了一种离子源装置，如图1所示，该装置包括：
毛细管1，喷雾电极2。
喷雾电极2与毛细管1轴向平行的安装在毛细管1的出口端，并沿毛细管1的出口端向外形成一个突起21。该突起21能够与毛细管1中流出的液体形成电接触。
具体的，如图2a、图2b所示，喷雾电极2可以以镶嵌于毛细管1的出口端的基质中的方式安装在毛细管的出口端，其中图2b为图2a的右视图。
具体的，如图2c、图2d所示，喷雾电极2还可以以与毛细管1外壁接触的方式安装在毛细管1的出口端,其中图2d为图2c的右视图。如图2d所示喷雾电极2的截面为圆形，并且喷雾电极2与毛细管外壁边缘以相切的方式接触。喷雾电极2的截面也可以是其他形状。喷雾电极2与毛细管1边缘相切的接触方式具有易于搭建和操作的效果，无需特殊处理即可完成装配。
本发明实施例提供的离子源装置，在喷雾电极一端设置突起，便于使突起与毛细管流程的液体形成电接触。该方案无需修饰毛细管端面或改变毛细管内径，溶液从毛细管流出不会受到毛细管外壁等应力的改变，能有效避免样品分子堵塞毛细管的尖端。并且，在实现纳升级别进样的同时不改变毛细管内径，因而容易被高分辨质谱信号检测，从而具有更高的灵敏度。该方案还避免了传统方案中的将毛细管一端做拉尖处理时，拉尖毛细管内样品溶液获得较高能量而超出尖端速度限制导致喷雾源爆破的问题。此外，通过在毛细管的出口端设置导电突起，为持续流出的溶液样品提供喷雾电压，毛细管中液体不会被电极阻挡，溶液不会形成涡流，样品也不易被污染，并且也避免传统电喷雾模式下的导体在溶液本体中发生电化学反应，进而避免电化学反应产物或气泡扩散进入毛细管或样品管。
进一步的，喷雾电极2的突起21形状具体可以为圆锥形。如图2e、图2f所示。突起21呈圆锥形或类似的形状具有电场聚焦的效果，可以避免因过高电压造成的毛细管破裂。
图2a、图2c中示出的毛细管1的端面与毛细管1轴向所成的角度为90度。
毛细管1的另一端开口处为样品注入，其毛细管1的内径与外径的大小可根据分离样品所需导电的热效益和分辨率随时选择不同毛细管规格进行更改，具有较好的方便性。如图2a、图2b所示的结构，当喷雾电极2镶嵌在毛细管1的组成基质中时，可以形成比较稳固的突起21，喷雾电极2的上边界与毛细管内部边缘相聚较短的距离，也就是说，由毛细管内管流出的溶液很容易的顺着端口壁而清润到喷雾电极2上并直到喷雾电极的顶端，强电场使毛细管流出的液滴带电，液滴溶剂蒸发后，表面积缩小，表面电荷密度不断增加，液滴爆裂为更小的带电液滴，最后形成单电荷或多电荷离子。
如图3a、图3b所示，毛细管1的出口端的端面与毛细管1轴向可以形成一定的锐角。因毛细管1的倾斜的端面具有较大截面积，毛细管1中流出的液体能够较大范围的亲润其端面，毛细管1里不同流速的样品分子能以较相同速率被解析成带电小分子或者离子。此种处理带来的流体速度的变化能够更强适应与质谱喷雾速度，其倾斜的角度也有助于溶液导流到喷雾电极2。同理，喷雾电极2也可以以上述方式与毛细管接触或者分别在各种接触关系上可对突起21作聚集电场作用的形状处理。
进一步的，如图4所示，该离子源装置还包括电源5，电源5与喷雾电极电连接，具体可以通过导线8电连接。并且毛细管1的出口端位于以质谱仪器的质谱进样口4中心为圆心的射线的直线上约3-4mm。电源5提供喷雾电极2与质谱进样口4之间样品所需的电喷雾电压，其样品离子化不仅与喷雾电压有关，也与毛细管中1中样品的流速，极性和浓度有关。在不改变样品溶液的流速浓度等理化性质情况下，本领域技术人员可以根据待测样品的极性确定喷雾电极2和质谱进样口4之间的距离和施加的电压强度，具体情况需要结合质谱仪的情况而定。
进一步的，如图5所示，该离子源装置还包括分离电极3，电源6，溶液补充部件7，分离电极3位于毛细管1的进口端附近，电源6与分离电极电连接。溶液补充部件7连接至毛细管1的进口端。电源5和电源6可以集成在一起，分别向分离电极和喷雾电极提供所需电压。
毛细管1的一端为毛细管电泳仪的分离管进样端，分离电极3通过导线接通高压电源6，喷雾电极2连接电源5时候，施加在毛细管1上的电压形成电场，对样品进行分离。同时，电源5也作为离子源喷雾电压提供方，同质谱进样口4一同形成完整毛细管电泳质谱联用，实施对样品的在线分离和检测功能。
溶液补充部件7可以是任何具有使液体在分离管中流动的仪器。溶液补充部件7可以补充是液相色谱仪，可以是蠕动泵也可以是毛细管电泳仪。当毛细管1的进口端通过三通或者其他连接部件连接毛细管电泳仪的分离管出口端时，其实现了离子源的装置的可拆卸功能。当离子源中的一个或几个部件损坏时可更换其他元部件，拓展了溶液补充仪器7的使用寿命和分析拓展能力。
此外，本发明实施例还提供了另一种离子源装置，如图6所示，包括毛细管1、喷雾电极2、分离电极3、电源6、溶液补充部件7。分离电极3和电源6电连接。喷雾电极2具有突起21。毛细管1的出口端正对质谱仪的质谱进样口4。
本发明实施例中的离子源装置可与毛细管所连接的溶液补充部件形成组合，实现离子源装置的可拆卸。如图7所示，示出了离子源装置的一种具体组成形态。
本发明实施例中的喷雾电极形成的突起不超过2mm。
本发明实施例中，喷雾电极2或突起21可以用任何导电的材料制作而成，比如可以是金属电极、非金属电极、复合材料电极或者本体绝缘、通过电镀技术实现导电功能的材料。金属材料如化学性质比较惰性的金、常见的铁，而非金属电极可以利用碳棒等，复合材料电极可以不锈钢材料也可以是铝合金等。通过不同材料制作的喷雾电极2或者突起21具有不同的电阻，因而当电源施加喷雾电压时，其更有利于电喷雾获取一种尺寸较小的样品带电雾滴。
毛细管1出口端流出的溶液，能够导流至喷雾电极2，一方面是因为流动溶液的动能原因，另一方面也因为溶液特别是水溶液的表面能的缘故。为获得更好的导流效果，喷雾电极2可以采用亲水性材料或者涂覆亲水性的涂层。
本发明实施例还提供了一种电泳质谱联用接口，其包括质谱进样口，以及如前实施例所述的任意一种离子源装置。其中离子源装置的毛细管出口端正对质谱进样口。具体的，毛细管的出口端位于可位于质谱进样口的中心为圆心的直线上，距离质谱进样口的中心约3-4mm。
本发明实施例还提供了一种毛细管电泳与质谱联用的样品分析方法，通过在喷雾电极、分离电极施加的电场的时间，强度不同，可实现不同的操作模式，其中在喷雾电极施加的喷雾电压在不同时间可施加或不加，在分离电极施加的分离电压在不同时间可施加或不加，施加时的强度可恒定或变化，构成不同毛细管电泳-质谱联用系统样品分析方法。
对于如图5所示的离子源装置，本发明实施例提供一种毛细管电泳与质谱联用的样品分析方法，具体为：在分离电极3和喷雾电极2同时施加电压形成分离电场，并且使电源5施加给喷雾电极2的电压高于样品喷雾所需的电压，此方法可实现毛细管中样品溶液的分离和喷雾的同步完成。
对于如图5所示的离子源装置，本发明实施例还提供另一种毛细管电泳与质谱联用的样品分析方法，具体为：分离电极3和喷雾电极2同时施加电压形成分离电场，且喷雾电极2的电压低于喷雾所需的电压，此时可实现分离电场内毛细管中的样品预分离；一段时间以后，同时提高分离电极3和喷雾电极2的电压且使得喷雾电极2的电压高于喷雾所需的电压后，保持电场强度不变，可实现预分离-分离/喷雾模式操作。
对于如图6所示的离子源装置，对分离电极3施加电压，同时喷雾电极2上不施加电压。当施加到分离电极3上的电压高于样品喷雾所需电压后，样品分子在以电源6施加到分离电极3和质谱进样口4的电压之间形成的电场中进行分离，并同时完成喷雾。
本发明实施例的样品分析方法具有在线同时分离和离子化检测效果。具有不同带电性质的样品可通过电场加以分离，具体体现为通过改变电极上的不同电场方式，不同电场大小和时间，带电样品出峰时间变得差异性，实现样品的快速分离和精确定性。同时该方法具有保护生物大分子样品自然结构的效果，分离式电接触保护了样品分子原始状态，避免了生物大分子因在溶液本体中接触喷雾电极产生电化学反应致使样品分子自然结构发生改变或者解离，同时避免了反应产物或者微尺度气泡的干扰。
下面结合具体实施例详细说明本发明的技术方案。
实施例1
将10.00mg咖啡因粉末溶于甲醇/水＝1:1(体积比)的溶液中制成母液。在使用样品时，取适量的母液用同样体积比的甲醇/水为1:1溶液稀释至0.03mg/ml，作为待测溶液。
按照图6组装离子源装置。选用一根完整的、常规尺寸(内径为50μm，外径为365μm)的毛细管，喷雾电极2优选与毛细管1外径边缘相切安装且突起距离毛细管1端面约为2mm。溶液补充部件7为蠕动泵，毛细管1一端以可拆卸方式连接在蠕动泵的出口端，设定蠕动泵的流速为330nl/mim，将毛细管1的出口端对准质谱仪进样口，同时将分离电极3与大地相连，将离子源装置与质谱仪连接，设定质谱仪锥孔电压-3500v。同时以没有喷雾电极的离子源作为对照组，按照当装置组装完成并设置好各个参数后，即可开始对待测溶液检测。
图8a为采用本实施例1的离子源装置3次检测咖啡因的总离子流图。图8b为本实施例1的对照组3次检测咖啡因的总离子流图。表1为本实施例1的对照组稳定性总结表。
表1
结合图8a-图8b和表1的数据可以看出，采用毛细管电泳质谱分析方法组装离子源装置，样品在形成样品离子后，离子源能形成一个较为稳定强度的总离子流，而其平均离子强度较高，约为对照组的3倍，也即采用毛细管质谱接口更能使样品分子得到较多的离子，故较多的样品分子能被质谱分析所检测到。另一方面，离子源所提供的离子数目比较稳定，其cv变化仅为1.34％，而同样情况下，对照组源却变化异常，离子流非常不稳定，从表中得知cv高达24.59％。由此可以看出，采用本实施例的电喷雾离子源装置在检测单一样品时具有稳定性。
实施例2
由于小分子相对于生物大分子容易离子化，为检验电离源是否适合生物大分子比如多肽等及是否已被其他样品的干扰等，选取苯丙氨酸、咖啡因、缓激肽、血管紧张素ii和m/z(质荷比)为671的包含小分子和大分子的生物混合样品。
采用乙腈/水＝7：3混合溶液为溶剂，配置终浓度分别为10ppm的苯丙氨酸，50ppm的咖啡因，50ppm的缓激肽，50ppm血管紧张素ii和50ppm的m/z＝671的混合样品体系。
选取一根完整的内径为50μm，外径为365μm，长度为25cm的毛细管；选取外径120μm的不锈钢材质针灸针作为喷雾电极，喷雾电极优选与毛细管外径边缘相切安装且突起距离毛细管端面约为1mm。将毛细管的一端连接至一种溶液补充部件的出口端，其溶液补充部件主要为通过nano液相泵连接进样阀(agilent1200series2position/6port,vici,no.g1162a)和缓冲瓶，同时三通的一端连接进样阀的出口，其一端连接分离电极，三通的最后一端即作为补充溶液部件的出口端。通过控制定量环开关闭时间即可对毛细管注入一定体积的样品。首先将以乙腈/水(体积比为7:3)混合液为缓冲溶剂充满毛细管的内径并设定其流速为40μl/h。设定分离电极电压为1500v，导电电压通过导线接地，分离电极和喷雾电极通过电势差构成样品分子在毛细管中分离所需的电场。待流速稳定后，设定质谱仪锥孔电压-2850v，通过程序控制软件设置进样阀阀门时间间隔0.1min，待液体流速稳定后即可开始实施对待测溶液检测。
图9a为采用本实施例2的检测混合样品的总离子流效果图。
图9b为采用本实施例2对小分子苯丙氨酸及多种肽段检测的提取离子流图。
结合图9a-图9b可以看出电离源能够对5种样品分子都能离子化，而且样品几乎在同时出峰。血管紧张肽ⅱ素明显较强，其次为咖啡因，本发明实施例的毛细管电泳质谱电离源对较小的肽片段能得到较高的离子化强度，同时我们也看出大分子样品(质荷比为671.33)峰最弱，而且其有较大峰宽，可能体系存在离子竞争效应；小分子苯丙氨酸峰的强度因浓度较小而仍能获得较好的离子强度。
实施例3
采用图6的装置实现对2种肽段和1种小分子进行在线实时分离和检测。选取样品为血管紧张素ii、缓激肽和咖啡因。
以乙腈/水体积比为7:3的混合液为溶剂，配置各成分浓度为50ppm的样品。如实施例2所示搭建装置，溶液补充部件为蠕动泵(kdscientificsyringepumpcompany)，电离源毛细管的一端通过二通连接至蠕动泵进样针的出口端，乙腈/水溶剂为缓冲液以流速为700μl/h充满毛细管的内径。设定分离电极电压为1500v，喷雾电极通过导线接地，分离电极和喷雾电极通过电势差可构成样品分子在毛细管中分离所需的电场。待流速稳定后，设定质谱仪锥孔电压-3500v，控制进样阀阀门时间间隔0.1min，即可开始实施对待测溶液检测。
图10a为采用本实施例的电喷雾离子源检测混合样品的总离子流图。可以看出分为3个时间段。
图10b-图10d分别为对应的血管紧张素ⅱ、缓激肽和咖啡因三种样品特征峰的提取离子流图，其中咖啡因作为特征峰检测离子流变化，可以看出三种样品出峰的先后顺序。
图10a中时间段(1)为出峰前离子流，时间段(2)为出峰时的离子流，采用本实施例的联用接口检测混合样品，在时间段(1)内只有大量杂质塑化剂的出现，在时间段(2)内，结合图10d-e可知，咖啡因出峰时间较两个肽段早，其时间为1.241min，同时从图10d中可以看出，咖啡因的强度大于几乎不见其峰强度的血管紧张素ⅱ和缓激肽离子峰；图10b为中血管紧张素ⅱ的出峰情况，大约时间为1.523min时其强度最大，其相对小分子晚了约0.3min。对比图10c中可以看出血管紧张素ⅱ出峰时间早于样品缓激肽，结合图10f，在1.523min时，两个肽段相对于1.241min时的其峰的强度都有所增加，故证明了肽段的出峰时间晚于小分子苯丙氨酸，同时也可以看出血管紧张素ⅱ峰强度大于缓激肽峰强度。综合可以得出其检测出峰的顺序为咖啡因，血管紧张素ⅱ，最后是缓激肽。
综上，采用本实施例3的离子源装置分离检测混合样品时，可简化复杂混合样品与处理过程，同时较精确对样品进行分离和鉴别。
本发明实施例提供的离子源装置和毛细管电泳质谱联用接口，采用无修饰的毛细管端面，有效避免了样品分子聚集堵塞毛细管尖端所引起的质谱信号谱图峰容量和灵敏度降低，同时尖端不易堵塞从而延长了nanoesi喷针的使用寿命。通过在毛细管出口端安装可导电的喷雾电极并通过其延伸出的突起为管内流程的溶液样品提供电接触，改变了电化学反应的地点，避免了传统情况中在溶液本体中直接接触，从而使得电化学反应产物不会扩散至毛细管中造成污染，因而提高了仪器分析灵敏度，增长了质谱分析样品峰容量。
此外，本发明实施例的毛细管质谱接口可拆卸的安装至色谱仪检测器端，在提高多维样品分析能力的同时，降低了传统联用分析的材料和安装成本。
虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。