表面解吸常壓化學電離源及表面解吸常壓化學電離質譜分析方法

2023-09-14 04:17:55 2

專利名稱：：表面解吸常壓化學電離源及表面解吸常壓化學電離質譜分析方法
技術領域：
：本發明涉及分析化學領域，特別涉及質譜儀的離子源，具體為表面解吸常壓化學電離源及使用該電離源進行表面解吸常壓化學電離質譜分析的技術。
背景技術：
：質譜學是廣泛應用於各個學科領域中通過製備、分離、檢測氣相離子來鑑定化合物的專門科學和技術。質譜儀是質譜學研究與應用的基礎。質譜儀一般包括樣品引入系統、離子源、離子光學系統、質量分析器、檢測器、數據釆集與控制系統、真空系統等。國際著名質譜大師如R.GrahamCooks教授等普遍認為無論是對有機質譜還是無機質譜，質譜儀器的心臟是離子源。因此，人們圍繞電離源做出了多種設計，如電子轟擊電離源(EI)、化學電離源(CI)、場解吸電離源(FD)、快原子轟擊電離源(FAB)、電噴霧電離源(ESI)、大氣壓化學電離源(APCI)、基體輔助雷射解吸電離源(MALDI)等。其中，美國科學家JohnB.Fenn等正因為在發展電噴霧電離(ESI)這一軟電離源方面做出了重大貢獻而獲得了2002年諾貝爾化學獎。因此，新離子源的開發對現代科學、國計民生均具有重要意義。目前已披露的用於有機質譜分析的各種電離源主要有EI、ESI、APCI、MALDI、PI等。在這些常見電離源如APCI中，待測物質必須轉化成為不含基體的溶液後才能夠被引入APCI進行電離。分析時，樣品溶液從套有霧化氣套管的毛細管引入，然後從毛細管末端噴出並被氮氣流霧化，形成的細小液滴在加熱蒸發器中被汽化，形成氣態的中性分子。加熱管末端有電暈放電針(參見圖15)，電暈放電把溶劑分子離子化產生大量的試劑離子。試劑離子與氣態中性樣品分子碰撞，發生化學電離。由於試劑離子密度比樣品分子密度大很多，常壓下碰撞頻率很高，而樣品分子在電離區域停留的時間又較長(l-lOps)，樣品分子基本被完全電離，大大提高了電離效率，從而提高了靈敏度。APCI是一種軟電離源，形成的是單電荷準分子離子，如[M+H]+、[M+Na]+、[M+K]+和[M+NH4]+等(這與加入試劑溶液中的添加劑或緩衝劑有關)，不同添加劑或緩衝劑可與不同的物質形成特定離子。所以，除了具有比ESI更高的靈敏度外，APCI還具有很好的選擇性。但是，APCI汽化室的溫度一般為45(TC左右，不利於分析熱穩定性差的樣品。另一方面，這些電離源雖然各有特點和應用針對性，但均需要將樣品去除各種複雜基體轉化為特定形態方能進行離子化。這種預處理一則費時費事，二則難以實現實時在線監測。2004年，Cooks教授在Science雜誌上發表了關於電噴霧解吸電離(desorptionelectrosprayionization,DESI)的文章，引起了廣泛的關注。DESI源具有雙層毛細管結構的霧化器(參見圖16)，其中要加+5kV的高壓，同時需將合適的溶劑(通常是含有少量水的甲醇，而且甲醇具有較大毒性。)通過注射泵壓入內層毛細管中，在氮氣(150psi)作用下形成帶電的小液滴，這些帶電的液滴在氣流和電場的共同作用下衝擊樣品的表面，從而將吸附在表面上的待測物分子進行電離。DES撮主要優點是將表面低蒸汽壓的物質解吸出來再進行電離，所以不需要樣品預處理就可以直接對固態表面上的物質進行測定，為複雜樣品的實時在線檢測提供了思路。隨著研究的不斷深入，人們逐漸認識到DESI也具有一些不足之處，如靈敏度不高，需要使用笨重的高壓鋼瓶提供較大流速的氮氣，因此不能夠直接分析粉末樣品，沒有大氣壓化學電離源所具備的選擇性，而且和ESI、APCI—樣需要使用有害試劑(如甲醇)來產生試劑離子噴射到樣品表面，在進行實時檢測時會將受檢產品汙染，從而難以在藥品、食品等相關領域得到實際應用。
發明內容本發明的目的在於提供一種不需要樣品預處理，並不需使用有害試劑，不會對解吸樣品構成汙染和人員身體健康危害，具有良好化學選擇性，而且易於在小型質譜儀中應用的新穎的表面解吸常壓化學電離源(surfacedesorptionatomosphericpressurechemicalionization,SDAPCI)。該電離源中，試劑離子發生系統為核心，其包括一毛細管和置於毛細管中外加高壓的一電暈放電針，放電針一端延伸至毛細管的噴嘴端之外。所述的試劑離子發生系統中，所述毛細管的另一端連通化學電離試劑氣流。所述的試劑離子發生系統中，所述毛細管外設有加熱裝置。本發明的質譜儀表面解吸常壓化學電離源，用於向質譜儀的進樣管提供樣品離子流，至少包括前述試劑離子發生系統和一進樣系統，所述進樣系統配備一樣品承載盤，所述毛細管噴嘴端指向樣品承載盤，且與質譜儀進樣管端距離2-80mra，夾角90180°。所述質譜儀表面解吸常壓化學電離源中，所述樣品承載盤具有多個分隔樣品空間的載槽。所述質譜儀表面解吸常壓化學電離源，還包括多維調節系統，設多個三維調節架和角度調節器，所述毛細管、樣品承載盤和質譜儀進樣管均安裝在多維調節系統中被精確調節距離及角度。所述質譜儀表面解吸常壓化學電離源，還包括顯示與控制系統，包括數字顯示系統和由單片機構成的智能控制系統，所述試劑離子產生系統工作中用到的高壓發生裝置、試劑輸入與調節裝置以及高壓保護裝置與所述控制系統電連接，所述高通量進樣系統設有的驅動裝置和步進電機與所述控制系統電連接，所述多維調節系統設有的調節電機與所述控制系統電連接，通過控制系統控制所述質譜儀表面解吸常壓化學電離源整體工作，以實現自動化檢測。所述質譜儀表面解吸常壓化學電離源，還設有聯接支撐系統，主要包括支架以及與質譜儀的接口。支架用於固定或安裝上述各系統中的部件，接口的功能主要是將SDAPCI固定到質譜儀面板上合適的位置上。本發明另一目的，在於提供一種表面解吸常壓化學電離質譜分析方法。該方法包括以下步驟步驟一將以上所述質譜儀表面解吸常壓化學電離源與質譜儀連接；步驟二向電離源毛細管中的電暈放電針施以36KV高壓，調節好質譜儀參數；步驟三取得的樣品直接置於樣品盤中；步驟四開質譜儀掃描系統，獲取檢測結果。所述質譜分析方法中，步驟三還包括常壓或20psi或更高流速下向電離源毛細管中通入化學電離試劑氣流的過程，所述化學電離試劑選自為水、乙酸、氨氣、甲烷、氬氣、氮氣、氦氣、空氣、正丁垸、乙烷、乙醇等無害溶液或氣體。所述樣品為液體、塊狀固體或固體粉末。在分析液體或粉末樣品時，一般將試劑氣流(如甲烷等)減小或關閉，而直接採用空氣作為試劑進行工作。當採用惰性氣體如氬氣、氮氣、氦氣作為試劑氣體進行工作時，能夠方便地在常壓下獲得多種物質甚至極性物質(如多肽等)的自由基離子。此特性為本發明所具有的專有特性之一，將在生命科學，如蛋白質組學，代謝組學，藥物開發等領域中得到重要應用。採用以上設計，本發明是集DESI、APCI的理論與技術於一身，綜合APCI和DESI優點而設計的一種新型的表面解吸常壓化學電離源，並結合相關接口技術和現代控制技術，重新裝備現有質譜儀，從而實現基於表面解吸常壓化學電離質譜分析技術(SDAPCI-MS)。使用該技術在無須樣品預處理的前提下可以對各種不同表面吸附的痕量非揮發性物質進行常壓解吸化學電離，大幅度提高了靈敏度。同時，由於不使用有毒試劑和鋼瓶等笨重設備，不會對解吸樣品構成汙染，不會對操作人員造成身體健康危害；可利用空氣中水分作為電離試劑，能夠直接對粉末樣品進行分析，有利於在小型質譜儀上進行複雜物質的現場快速質譜分析。該技術可用於在線分析食品、藥品活性成份(含粉末)、服裝和皮膚等表面物質的痕量組分之中，非常適合現場、活體、在線分析。圖l為本發明表面解吸常壓化學電離源的主要結構及工作原理示意圖；圖2為本發明表面解吸常壓化學電離源的構成圖3為本發明表面解吸常壓化學電離源中樣品承載盤的結構示意圖4為本發明表面解吸常壓化學電離源中控制系統控制程序框圖5為實例一使用本發明表面解吸常壓化學電離質譜分析技術對Claritin藥片有效成分測定的MS譜圖5A為實例一使用本發明表面解吸常壓化學電離質譜分析技術對Claritin藥片m/z383的CID譜圖6為實例一中距離對信號強度的影響曲線；圖7為實例一中反應氣體壓力對信號強度的影響曲線；圖8為實例一中放電電壓優化曲線；圖9為實例二使用本發明表面解吸常壓化學電離質譜分析技術對TNT測定的MS譜圖9A為實例二本發明表面解吸常壓化學電離質譜分析技術對TNTm/z226的CID譜圖9B為實例二本發明表面解吸常壓化學電離質譜分析技術對TNTm/z227的CID譜圖10為實例三使用本發明表面解吸常壓化學電離質譜分析技術對測定乙醯基酚的自由基陽離子質譜圖10A為實例三使用本發明表面解吸常壓化學電離質譜分析技術對乙醯基酚的自由基陽離子m/zl50的CID譜圖ll為肽I-7的自由基陽離子質譜圖12為實例四使用本發明表面解吸常壓化學電離質譜分析技術檢測巻煙中尼古丁的自由基陽離子質譜圖12A為實例四本發明表面解吸常壓化學電離質譜分析技術檢測巻煙中尼古丁的自由基陽離子m/zl63的CID譜圖13為實例六使用本發明表面解吸常壓化學電離質譜分析技術直接檢測混合樣品中氯雷他定和對乙醯氨基酚的自由基陽離子質譜圖13A為實例六本發明表面解吸常壓化學電離質譜分析技術直接檢測混合樣品中的對乙醯氨基酚自由基陽離子m/zl52的CID譜圖14為實例七用本發明表面解吸常壓化學電離質譜分析技術直接檢測廬山雲霧茶的SDAPCI-MS總離子流圖14A為實例七用本發明表面解吸常壓化學電離質譜分析技術直接檢測廬山雲霧茶的MS化學指紋譜圖15為現有APCI源主要結構及工作原理圖；圖16為現有DESI源主要結構及工作原理圖。具體實施例方式表面解吸常壓化學電離源(SDAPCI)是一種結合了APCI和DESI各自優點的新型離子源，其中重要的改變是離子發生系統,其由一毛細管和置於其中的一直徑200微米的電暈放電針組成，圖1顯示了SDAPCI的主要結構和工作原理。SDAPCI技術原理表面解吸常壓化學電離源(SDAPCI)是一種結合了APCI和DESI各自優點的新型離子源。與APCI類似，在SDAPCI中，試劑離子採用電暈放電產生；而產生的初級離子與固體表面作用，這與APCI顯著不同而與DESI類似；而SDAPCI與DESI不同的是初級電離採用電暈放電而非電噴霧進行，因此能夠獲得比DESI更高的靈敏度。因此SDAPCI與APCI和DESI均有顯著區別，它們之間的異同歸納在表1。在SDAPCI離子源中，可以根據不同的實驗目的選擇相應的電離試劑(如水，乙酸,氨氣，甲烷等)，然後將它們在常壓下方便地引入內嵌放電針(錸合金)的毛細管中(參見圖l)。在正/負高電壓的作用下，放電針開始電暈放電，在毛細管的開口處產生大量的正/負試劑離子。這些試劑離子在電場的作用下獲得能量，將迅速地碰撞到固體樣品的表面，發生解吸電離過程，從而獲得固體表面待測物的離子。待測物的離子在電場的作用下將被引入到離子光學系統中，從而進入線性離子阱中進行質量分析和結構鑑定。顯然，SDAPCI在常壓下工作，不同的試劑或樣品都可以方便地在常壓下進行更換，適合進行高通量分析。如果利用潮溼的空氣(相對溼度60%)作為試劑，則能夠在電暈放電中產生大量H30+離子，可避免使用任何可能對樣品產生汙染的物質，也不需要DESI的噴霧系統和鋼瓶等笨重設備，有利於在小型質譜儀中進行現場快速分析。表1SDAPCI與APCI和DESI的比較tableseeoriginaldocumentpage9電暈放電是一個複雜的物理化學過程。首先給放電電極施加高電壓(一般為3000V，與放電介質、電極尖端尺寸等相關)，當放電尖端(直徑為200)im左右)的電場強度足夠高時，電極周圍的易電離物質首先被部分電離，產生部分正離子和電子。此時正電荷和電子的數量基本相等，而且分布在接近電極表面的狹窄空間內，以至電極周圍的介質整體呈電中性。但是，這些帶電粒子在電場的作用下迅速獲得能量，繼續與其他中性分子碰撞，發生碰撞電離反應，生產更多的帶電粒子。而這些新產生的帶電粒子繼續從電場中獲得能量，然後和周圍中性分子再次發生碰撞電離反應，最終形成形成雪崩放電，從而獲得大量的高密度初級離子，即試劑離子。以空氣中的電暈放電為例，當溼度為45-60%的空氣從毛細管噴口噴出，電暈放電中發生的主要物理化學過程由以下反應式表示N2+e——N2++2e一N2++2N2—N4++N2N4++H20—H20.+2N2H20++H20—H30++HO+可見，在水蒸氣存在的正離子模式下，1130+是主要的初級離子，大量的該離子將直接與樣品表面的物質發生解吸電離反應M+H30+—[M+H]++H20除了主要生成[M+H]+外，還視物質表面性質不同，可能會產生一些絡合物離子和簇離子。如果載氣中添加其它質子親和勢(PA)較大的氣體如NH3(PA=204.2kcal/mol)作為反應氣體，則主要形成NH/初級離子，該離子僅與複雜表面中含有的質子親和勢更大的物質(M)反應，形成質子化的(M+H)+離子。因此，在SDAPCI離子源中可以通過調換試劑種類來選擇性地測定複雜基體樣品中的某些成分，進一步減少了基體的幹擾。SDAPCI結構以下結合附圖詳細說明本發明的表面解吸常壓化學電離源。參見圖2所示，SDAPCI主要由高通量進樣系統、試劑離子發生系統、聯接支撐系統、多維調節系統和顯示控制系統等組成。整個離子源通過離子發生系統產生試劑離子流，通過進樣系統將試劑離子流撞擊樣品表面得到的樣品離子流引入質譜儀中，通過調節系統調節電暈放電針和樣品的位置，通過聯接支撐系統組合成為一個整體，在控制系統的指揮下進行協調工作。試劑離子發生系統離子發生系統是SDAPCI的核心，圖l為該離子發生系統的結構和工作原理示意圖。該離子發生系統，包括一毛細管11和置於其中的一直徑200微米的電暈放電針12，放電針12由錸合金或不鏽鋼材料製成，大部分針體封裝在毛細管ll中，針頭指向樣品電離區A方向並延伸至毛細管ll噴嘴端之外約lmm，放電針12外加高壓(2-6KV,DC)，形成電暈放電，放電電流約0.120mA。放電針12所用高壓由12V直流電源、電位器、高壓模塊組成外加提供，亦可直接從質譜儀中取用。毛細管ll的另一端連通一化學試劑引入及調節裝置(如洗氣瓶或氣瓶，圖中略去)，化學電離試劑(如水，乙酸，氨氣，甲垸或空氣等)氣流G進入毛細管11;該系統通過獲得的電暈放電將引入的試劑進行電離，產生大量試劑離子，該試劑離子撞擊被測固體樣品表面，從而可對表面吸附的痕量物質進行解吸化學電離。其中通入的化學試劑可以為液體，裝載在洗氣瓶中由載氣引入，也可以為氣體化學試劑，無需載氣直接通入毛細管ll。氣流壓力可在0140KPa範圍內調節。離子發生系統中還可設高壓保護裝置(如放電電壓的開關)，在控制系統的協調指揮下，化學試劑及其載氣的引入、放電電壓的開關等都可以在合適的時機正確地開關，不但提高了系統的自動化程度，而且增加了安全性，既保護了儀器不受高電壓的破壞也避免了工作人員觸電的危險。該離子發生系統的另一種實施方式，可在毛細管11的外層設有加熱裝置14，參見圖l所示，從而能得到更好的電離效果並可輔助去溶。高通量進樣系統高通量進樣系統主要由電源、步進電機、樣品承載盤及其驅動裝置組成。為配合快速分析的需要，通過驅動裝置和步進電機，進樣系統可以自動輸送樣品，輸送速率為0.1-24樣品/秒，單個樣品分析時間(即解吸電離時間)可以在(10ms-30min)之間任意設置。參見圖3，樣品承載盤2外觀可呈光碟形，直徑為12cm，厚度為0.6cm，由輕質絕緣材料加工而成，其上設樣品承載槽22，樣品承載槽22—般為橢圓形或圓形，體積一般為600mm3，可以放置如片狀、粉末狀等不同形態的固體樣品。承載槽的體積和數量視實際需要而定，可以分別在10-1000mm3和12-96之間選擇。樣品承載盤2上還可設樣品位置識別區23，能夠識別、比較和記憶樣品的位置(即樣品的ID)。為了便於系統校正，可在樣品承載盤上設置一個參考樣品，如標準的Claritin⑥藥片等。當實際樣品分析時，系統初始化並自動將參考樣品放置在離子源中，如果獲得的信號與標準信號一致則進行下一步操作，否則將重新初始化，並對相關參數進行調整。多維調節系統-多維調節系統主要由多個三維調節架(在X,Y，Z三個方向調節，量程分別為13mm)和角度調節器(調節範圍0-360°)構成。在SDAPCI離子源中，電暈放電針和樣品的位置都可以通過三維調節架來精確調節，而放電針與質譜儀毛細管的距離及角度、放電針與樣品之間的位置和角度也可以通過三維調節架來調節。因此，整個系統具有良好的可調節性，對不同形狀的樣品具有很好的適用性。三維調節架可設計成手動調節方式，也可以在其上裝設調節電機，通過程序來自動控制調節，增加了系統的靈活性。通過該調節系統，可以調整電暈放電針與樣品盤的角度和距離，還可以調整電暈放電針與質譜儀入口毛細管端距離，如在2-80mm，夾角在90-180°範圍。顯示與控制系統顯示與控制系統主要包括數字顯示系統和由單片機構成的智能控制系統。其分別與試劑離子產生系統中的高壓發生裝置、試劑輸入與調節裝置以及高壓保護裝置電連接，與高通量進樣系統的驅動裝置和步進電機電連接，與多維調節系統的調節電機電連接，並可連接至質譜儀的控制系統之中。整個SDAPCI離子源在控制系統的智能控制下進行協調工作，而且通過數字顯示系統將離子源的工作狀態進行實時顯示。實施中，顯示面板可採用低成本的八位數碼管陣列顯示器構成，分別顯示樣品序號和分析停留時間等信息。離子源正常工作所需要的一些參數，如樣品數量，時間等可以通過顯示面板上的輸入鍵進行設置，具有較方便的人機對話功能。SDAPCI離子源的主要控制程序固化在單片機中，其程序框圖參見圖4。當電源接通的情況下，程序自動諮詢分析樣品的種類，如果是粉末樣品，則指示將化學試劑載氣關閉，此時實際上是以空氣中的水蒸氣等作為電離試劑。如果是非粉末固體樣品，則啟動合適的試劑氣體及載氣，然後檢測高壓保護是否完善。如果保護不當(如接地不妥或絕緣欠佳)，則自動回到待機狀態，同時發出警告信號，提示用戶進行相應檢查。如果檢查通過則進行電暈放電的電壓設置，如正負極性和數值等。此過程完成後在將多維調節系統初始化，將參考樣品放置在離子源中進行檢測，如獲得的信號與標準信號一致則開始實際樣品的分析工作。當完成所有的樣品分析後則首先切斷高壓電源和氣體，然後等待下一個分析任務。如果10min內沒有任務，則系統自動復位，然後關機。聯接支撐系統主要包括支架以及離子源與質譜儀的物理接口。支架用於固定或安裝上述各系統中的部件，接口的功能主要是將SDAPCI固定到質譜儀(如LTQ)面板上合適的位置上，代替原來的商品化ESI/APCI電離源。表面解吸常壓化學電離源的工作過程本發明的表面解吸常壓化學電離源使用時，當向毛細管中通入電離試劑時，放電針產生的電暈放電而使試劑電離，形成試劑離子流進入到樣品電離區A;某些情況(如在較為潮溼的環境中分析粉末樣品時)也可以不通入電離試劑，放電極產生的電暈放電可使空氣中含有的水分發生電離形成離子流，該離子流碰撞樣品，樣品被離子化，該樣品離子在電場和負壓作用下形成樣品離子流通過質譜儀入口毛細管3被引入質譜儀的質量分析器中。本發明表面解吸常壓化學電離源(或稱SDAPCI)使用中，儘可能保持採集樣品的原始狀態而省去樣品預處理，簡化了樣品處理或對樣品不做處理，並最終能簡化檢測過程。本發明的表面解吸常壓化學電離源還設計了不同的活動接口裝置，可與普通質譜儀(如LCQ、LTQ、TSQ等)聯接，使普通質譜儀具有了表面解吸常壓化學電離質譜分析功能。以下用具體檢測實例說明利用本發明的離子源進行表面解吸常壓化學電離質譜分析的特點。實例一、正離子模式下測定Claritin⑧藥片中的活性成分氯雷他定(Loratadine，FW382)將本發明離子源聯接到LTQ質譜儀上。實驗時，將檢測樣品Claritin⑧藥片放置在樣品盤上，調整好離子源噴嘴與樣品盤的夾角為45-80°，質譜儀上的入口毛細管與樣品盤的夾角為5-10°，噴嘴到質譜儀入口毛細管距離為50mm，調節好LTQ質譜儀參數。通入化學電離試劑為水蒸汽(含水量為4560%，氮氣作為載氣)，壓力為20psi，放電極加高壓為36KV，對樣品進行檢測，結果見圖5。圖5中顯示了藥片中的活性成分氯雷他定(FW382)強度很高(1.16X106)的質子化分子離子峰(m/z383),同時獲得了它的同位素峰(m/z385)。說明該方法能夠有效檢測到Claritin藥片中有效成分的準分子離子峰(m/z383)，並且二級質譜對m/z383的CID圖(參見圖5A)給出明顯的m/z337峰[M+H-CH3CH20H]+，對(m/z338)結構進行了確認，從而證明使用本發明表面解吸常壓化學電離源進行測定的準確性。另外，從圖5中還可以看出，本方法檢測所獲得的信號強度為1.16X106，而在Science上報導的同樣藥片在同樣條件下由DESI-MS電離源檢測的信號強度為5X104。可見使用本發明電離源進行檢測信號強度將大幅提高。顯示使用本發明電離源不僅可以對固體樣品可以直接檢測，而且具有較高的靈敏度，同時由於試劑無毒性，還對於藥品和食品等實現在線質譜檢測具有重大意義，本發明也將對環保、化工、公共安全和生命科學等領域產生積極的影響。為進一步提高信號強度，提高質譜分析靈敏度，可以在檢測中進一步優化影響信號強度的主要因素。以下以Claritin藥片檢測為例說明優化方法，對其餘樣品的檢測優化數值不限於以下所列數值。1、放電針尖至質譜入口毛細管的距離在560mm之間選擇放置，檢測信號強度隨距離的變化如圖6。顯示，當距離超過20mm後，信號強度己達最大值，與距離的相關度已很小。所以放電針尖至質譜入口毛細管的距離在20mm之上均可，結合樣品的位置，可選擇50mm的距離。2、化學電離試劑氣流的壓力在O.1200psi範圍內按圖7點的數值改變化學電離試劑氣流的壓力，結果顯示信號強度隨氣流氣壓增加而增加，當氣壓超過一固定值後信號強度達到最大水平。SDPACI信號強度變化符合這一趨勢(如圖8所示)，當氣壓超過20psi後，信號強度達到最大值(1.16X106)，而且再不隨壓力增加而變化。這種小氣流壓力亦有高靈敏度，適宜於粉末樣品分析。該壓力遠比DESI源(大於300psi)所需要的壓力小得多，這就是DESI源不能對固體粉末進行直接分析，而本發明離子源可以對固體粉末進行分析的原因。由於無須使用高壓鋼瓶等笨重設備，也有利於將SDAPCI用於小型質譜儀進行現場分析。3、放電針尖電壓選擇針尖放電電壓直接決定氣態反應離子數的多少，放電電壓越高，產生的帶電離子數越多，對樣品的離子化效率越高。分別採用氦氣和氮氣兩種載氣(化學電離試劑)對電壓進行了優化，如圖8所示，氮氣作為反應氣體較氦氣可在較低電壓下產生更高的信號強度。因此，選擇20psi的氮氣，4KV放電電壓可作為測定Claritin⑧藥片時的最佳儀器條件。另外，由於空氣的80%為氮氣，採用空氣作為SDAPCI-MS的反應氣體也可以，並且這樣可以大大節省費用。實例二、負離子檢測模式SDAPCI也可以在負離子模式下工作，從而對複雜基體中的某些組分轉變成負離子後進行質譜分析。實驗時按下表電離源參數選擇了TNT(MW227)為代表，考察了SDAPCI對普通信封表面的TNT(10pg/cm2)的檢測能力。檢測時調整參數如下質量範圍50600放電電壓(KV)-3.00毛細管溫度(°C)150毛細管電壓(V)-22.00試劑氣體線性流速(m/s)3.5-35離子透鏡電壓(V)-60.00質譜入口與樣品表面距離(mm)4放電針尖與樣品表面距離(mm)2放電針尖與質譜入口距離(mm)6放電針與樣品表面角度(a)35°_樣品表面與質譜入口毛細管角度(P)10°_結果參見圖9，顯示在負離子模式下，TNT—級質譜的譜圖中清楚的顯示了去質子化後的負離子峰m/z226,同時得到了少量的自由基負離子(m/z227)。m/z226、227二級質譜結果(參見圖9A和圖9B)表明，m/z226主要丟失NO得到碎片m/zl96，也可以直接丟失N02而得到碎片m/z180。在這些碎片離子中，所有離子的豐度都比母離子(m/z226)要小,表面母離子能量較低,難以裂解。與m/z226相比,TNT的自由基負離子m/z227具有更豐富的碎片，再次表明自由基離子具有較高的能量，能夠在串聯質譜中提供更豐富的信息。實例三、自由基陽離子分析在SDAPCI中,由於在常壓下進行操作,能夠方便地進行試劑的更換和樣品的添加等操作。因此,針對不同的實驗目的,可以方便地更換試劑,以便能更好地對複雜集體樣品中的待測物進行檢測。實驗說明，如果將空氣換成氬氣,也可以進行SDAPCI-MS檢測。當氬氣中不含有水分子等活潑試劑時，還可以獲得相當豐度的自由基陽離子。實驗採用對乙醯基酚樣品在氬氣氛圍中獲得了相應的質譜譜圖(如圖10)。對乙醯基酚主要表現的自由基陽離子(m/z151)。由於自由基陽離子具有很高的能量,所以非常活潑,能夠迅速裂解為更小的碎片。因此，在MS譜圖中,除了基峰m/z151夕卜，還具有很多低風度的小峰。通過cid進行串聯質譜分析後發現，在二級質譜(參見圖10A)中，m/z151主要丟失CO而得到碎片離子m/z123,該碎片再次丟失苯環中的CO基團得到碎片m/z95,而碎片m/z109為丟失CH2=C=0後的的產物，m/z135則是丟失O後的產物。這些離子的豐度不高,表明該碎裂方式也不佔主導地位,產生的產物離子也可能不穩定。比較空氣做試劑時獲得的譜圖發現，m/z151的信號強度下降到原來的百分之一。這可能與氬氣中離子化效率不高而且產物離子易於分裂有關。由於自由基陽離子具有較高的能量,在蛋白質組學等方面具有重要應用。因此利用氬氣作為反應氣體,對棉布表面上的多肽I-7(Peptide1-7,MW757)(lng/mm2)進行SDAPCI-MS分析,結果表明,即使對多肽等常規方法不能獲得自由基陽離子的物質,也可以獲得具有相當豐度的多肽自由基陽離子(m/z757)(如圖11)。相對於乙醯基酚等小分子而言，多肽I-7的MS圖比較複雜,獲得了許多豐度約為20%的小峰。這可能是因為多肽自由基陽離子能量較高,在質譜分析過程中迅速裂解所致。MS中部分大離子如m/z780應該是多肽與Na+結合形成的產物。如果選擇m/z757進行CID-，雖然在低能量(10MCE左右)下,多肽離子m/z757也能夠給出明顯的碎片離子,如丟失水、HCOOH、CO、C02後的產物m/z739、m/z660等碎片離子,具有較豐富的碎片,尤其是在CID的能量較高時更是如此。實例四、直接電離空氣產生離子流對菸絲中尼古丁的檢測實例在不通入試劑的條件下用正離子模式(其它檢測條件參考實例一)對紅雙喜巻煙進行檢測，結果參見圖12。菸絲中尼古丁(m/zl63)信號強度很高，其CID圖見圖12A。該實例說明本發明表面解吸常壓化學電離源在不通入電離試劑的情況下，可以直接電離被測樣品周圍的空氣而產生離子流，從而對樣品進行測定。實例五、粉末樣品的直接檢測APCI-MS分析需要在較高的溫度下霧化樣品溶液後才能將目標分析物電離，對難揮發，熱不穩定化合物(如糖類)的電離效果差。SDPACI-MS不同APCI-MS,無須較高溫度來霧化樣品溶液，可直接對粉末樣品進行表面解吸/電離。為考察難揮發、極性大物質的SDPACI-MS分析行為，對棉布表面1ng/cm2甘油醛溶液進行SDAPCI-MS檢測，一級全譜上給出m/z91的基峰。由於是複雜基體，需要通過串聯質譜來排除假陽性，因此選擇該母離子進行CID，在MSH普圖中主要獲得了丟失水後的碎片離子(m/z73)，同時還可以丟失HCHO得到碎片離子m/z61,表明在一級質譜中觀測到的m/z91確為質子化的甘油醛的分子。為考察SDAPCI對胺基酸等常見粉末樣品的檢測能力，分別對棉布表面五種胺基酸(如絲氨酸、纈氨酸、賴氨酸、甘氨酸、脯氨酸)進行檢測，均得到經典的分子離子峰，並且通過CID獲得了相關的碎片離子峰，歸納在表2中。表2表明SDAPCI能夠在不需要樣品預處理的情況下直接對不同胺基酸(包括酸性、鹼性、不同旋光構型的胺基酸)等粉末樣品進行分析。表2胺基酸樣品的結構式和相關質譜數據Table2ChemicalstructuresandMSdataofaminoacidstableseeoriginaldocumentpage17實例六、混合樣品的直接檢測為考察SDPACI-MS對混合樣品的分析能力，製備Claritin和對乙醯氨基酚混合樣品(50mg)，以與實例一同樣的條件進行了檢測，結果如圖13所示。顯然，在一級譜圖中可清晰地獲得高強度的氯雷他定(m/z383)和對乙醯氨基酚(m/z152)的質子化分子離子峰，並且可以得到少量的氯雷他定碎片離子(m/z337)，豐度約10%。分別選擇m/z152和m/z383進行二級質譜分析，m/z383二級質譜分析圖參見圖5A，m/z152二級質譜分析圖參見圖13A，獲得了與單組分分析時完全一致的二級質譜。因此，圖13表明SDAPCI能夠對混合樣品中的多組分樣品進行同時檢測。實際上，該混合樣品中氯雷他定等活性組分的含量很低(0.1%),而其它組分則為藥品中的澱粉等輔料。雖然這些輔料佔藥品主要成分，但是從圖13獲得質譜圖來看，即使不採用任何的樣品分離富集等預處理手續，仍然可以對混合樣品中的痕量組分進行檢測，並通過串聯質譜進行鑑定。實例七、茶葉樣品的直接檢測儀器和試劑LTQ—XL型線性離子阱質譜儀(美國Finnigan公司)；表面解吸常壓化學電離(SDAPCI)源；廬山雲霧茶，當年新茶，購買後室溫密閉存放，實驗前未作任何處理。實驗條件放電針電壓+2.50kV，放電針尖至質譜入口毛細管的距離為5.0mm，以溼度為60%的空氣作為反應氣體，空氣流速0.1L/min。質譜儀採用正離子檢測模式，離子透鏡及檢測系統由LTQTime功能自動優化，其他條件為LTQ預設條件。所獲得的一級質譜圖經過背景扣除，而二級質譜通過碰撞誘導解離反應(CID)獲得，CID碰撞能量20%30%。茶葉樣品放置在擦鏡紙上，平鋪成lcn^厚度為35mm，茶葉表面離放電針尖端距離為25mm，進樣時間以為0.10.6min為宜。實驗結果對茶葉樣品進行SDAPCI-MS檢測，結果參見圖14，其中，廬山雲霧茶的總離子流圖如線(a)所示；(b)線為選擇離子m/z212的離子流圖，(c)線為選擇離子m/zl86的離子流圖，(d)線為選擇離子m/z為144的離子流圖。由圖14中(a)線可見，以質譜儀開始記錄數據時為Omin計算，進樣時間從0.5min到1.0min約0.5min，進樣前總離子流基線較平穩，進樣後表現為信號強度的快速增大，然後穩定在一定水平，進樣結束時信號強度回到基線水平，信號強度與進樣有較好的相關性。圖14中(b)、(c)和(d)反映了所選擇的3種離子m/z212、186和144信號強度與進樣的相關性，與(a)總離子流相比，其基線更穩定，說明未進樣時背景中這兩種離子含量較低。圖14A為所測茶葉樣品的MS化學指紋譜圖，其中有較明顯的m/z212、186、172、144、118和92等信號，而m/z195、149信號較弱，甚至未見明顯的m/z135信號；6次重複測定，結果上述特徵都能很好地重複，說明SDAPCI-MS譜圖能在一定程度上反應茶葉的化學指紋特徵。SDAPCI-MS可以在無需樣品預處理的條件下快速測定茶葉的化學指紋圖譜，從而避免了色譜指紋圖譜煩瑣的提取、分離步驟，這對於茶葉的快速鑑別及質量分析有一定的實際應用價值。該實例還驗證了使用本發明技術的分析速度LTQ線性離子阱質譜儀全譜掃描的最短時間為0.001ms，為提高檢測靈敏度和信號穩定性，實驗設定掃描時間為100ms，CID碰撞解離時間為3050ms，即使對每個樣品進行串聯質譜研究，單個樣品的測定時間也小於ls，因此SDAPCI-MS特別適合對批量樣品進行快速檢測。另一方面，由於SDAPCI電離源不需要使用高壓氣體，非常適合在小型質譜儀上使用。以上大量實驗證明，SDAPCI代替DESI和APCI作為表面分析質譜的新型離子源，很好地克服了DESI和APCI兩種離子源的缺點。正離子模式下，電暈放電產生的H30+被加速轟擊樣品表面，與表面待測物發生分子離子反應，進行質子和能量的轉移，接受了能量和質子的待測物質子[M+H]+發生解吸，再被引入質譜進行分析。負離子模式下，主要利用放電產生的反應離子如OH(H20)-等與樣品表面待測物發生去質子反應和能量轉移，去質子待測物離子[M-H]—再從樣品表面解吸出來進入質譜分析。自由基陽離子主要是通過Ar+'為反應離子的電荷轉移反應產生，而大量氬氣的存在保護了這些活潑的自由基陽離子不與其它質子化試劑反應，從而能夠被檢測。SDAPCI-MS分析過程無須樣品預處理、無須使用有毒溶劑、無須使用高壓氣體，可直接利用空氣作為反應氣體且裝置簡單、易於操作，成功用於紙張、棉布表面痕量爆炸物、胺基酸、糖類等物質以及對乙醯氨基酚等片劑藥物中活性成分的快速分析，對爆炸物等物質的檢出限不高於lpg/cm2。表明該方法更適合於樣品的非破壞、無汙染、實時在線分析，尤其適合於與生命科學領域相關的活體、在線分析，還可能在小型質譜儀上進行複雜基體物質的快速現場分析。權利要求1、一種試劑離子發生系統，其特徵在於，用於質譜儀表面解吸常壓化學電離源中，包括一毛細管和置於毛細管中外加高壓的一電暈放電針，放電針一端延伸至毛細管的噴嘴端之外。2、根據權利要求l所述的試劑離子發生系統，其特徵在於，所述毛細管的另一端連通化學電離試劑氣流。3、根據權利要求2所述的試劑離子發生系統，其特徵在於，所述毛細管外設有加熱裝置。4、一種質譜儀表面解吸常壓化學電離源，用於向質譜儀的進樣管提供樣品離子流，其特徵在於，包括前述任一權利要求所述試劑離子發生系統和一進樣系統，所述進樣系統配備一樣品承載盤，所述毛細管噴嘴端指向樣品承載盤，且與質譜儀進樣管端距離2-80mm，夾角90-180°。5、根據權利要求4所述質譜儀表面解吸常壓化學電離源，其特徵在於，所述樣品承載盤具有多個分隔樣品空間的載槽。6、根據權利要求4所述質譜儀表面解吸常壓化學電離源，其特徵在於，還包括多維調節系統，設多個三維調節架和角度調節器，所述毛細管、樣品承載盤和質譜儀進樣管均安裝在多維調節系統中被精確調節距離及角度。7、根據權利要求4或5或6所述質譜儀表面解吸常壓化學電離源，其特徵在於，還包括顯示與控制系統，包括數字顯示系統和由單片機構成的智能控制系統，所述試劑離子產生系統工作中用到的高壓發生裝置、試劑輸入與調節裝置以及高壓保護裝置與所述控制系統電連接，所述高通量進樣系統設有的驅動裝置和步進電機與所述控制系統電連接，所述多維調節系統設有的調節電機與所述控制系統電連接，通過控制系統控制所述質譜儀表面解吸常壓化學電離源整體工作。8、一種表面解吸常壓化學電離質譜分析方法，包括以下步驟步驟一將權利要求4至7任一所述質譜儀表面解吸常壓化學電離源與質譜儀連接；步驟二向電離源毛細管中的電暈放電針施以36KV高壓，調節好質譜儀參數;步驟三取得的樣品直接置於樣品盤中；步驟四開質譜儀掃描系統，獲取檢測結果。9、根據權利要求8所述質譜分析方法，其特徵在於，步驟三中還包括常壓或以20psi或更高流速向電離源毛細管中通入化學電離試劑氣流的過程，所述化學電離試劑選自為水、乙酸、氨氣、甲垸、氬氣、氮氣、氦氣、空氣、正丁垸、乙烷、乙醇等無害溶液或氣體。10、根據權利要求8或9所述質譜分析方法，其特徵在於，所述樣品為液體、塊狀固體或固體粉末；樣品為液體或粉末時，將電離試劑氣流減小或關閉，並直接採用空氣作為電離試劑進行工作。全文摘要公開了一種質譜儀表面解吸常壓化學電離源，主要由一毛細管和置於其中的一放電針組成試劑離子發生系統，由毛細管導入的試劑在毛細管一端噴出時由於放電極電暈放電使試劑離子化而產生試劑離子，試劑離子碰撞樣品盤中的樣品而發生樣品離子化，並被引入質譜儀入口毛細管中用於檢測。本發明電離源配有活動接口，可與常見的質譜儀如LCQ、LTQ、TSQ等聯接，使其能升級、強大，以表面解吸常壓化學電離質譜技術實現樣品在無需樣品預處理的條件下對複雜基體樣品的快速、靈敏測定，並可用於工業或環境過程中的原位、實時、在線、非破壞性分析。本離子源與相關質譜儀聯接，可根據樣品性質實現正離子檢測、負離子檢測及自由基離子檢測等不同檢測模式。文檔編號G01N27/64GK101201335SQ20071030711公開日2008年6月18日申請日期2007年12月29日優先權日2006年12月29日發明者燮張,李建強,王志暢,羅明標,陳煥文申請人:東華理工學院