一種微液相分離系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子源的製作方法

2023-05-16 19:28:06

專利名稱：一種微液相分離系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子源的製作方法
技術領域：
本發明涉及液相分離系統與質譜聯用的離子源，具體地說是一種微液相分離 系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子源。可同時實現多套微液相分離系統與質譜 的糊。
背景技術：
在過去的十年裡，電噴霧質譜(ESI-MS)已經發展成為一種通用的質譜技術, 被應用於許多小分子樣品和生物樣品的分析，甚至可以用於分析不揮發和熱不穩 定的化合物。
隨著電噴霧質譜的廣泛應用，各種液相分離系統與質譜的聯用技術也開始走 向成熟。微分離技術是近幾年發展起來的新興技術之一，其分離系統中的流速在 微升甚至納升級範圍內，特別適合於與質譜聯用。微分離系統與質譜聯用具有比 常規聯用系統更高的分離效率、更快的分離分析速度、更少的樣品消耗以及更高 的檢測靈敏度。各種適合於微流量液相分離系統的接口技術的出現，使得ESI-MS 與微柱液相色譜(HPLC)、毛細管電泳(CE)、毛細管電色(CEC)和加壓電色 譜(pCEC)等微流量(微升級、納升級)液相分離系統的在線聯用成為可能。
質譜技術發展十分迅速。隨著製造工藝的改進和發展，質譜儀的性能得到了 顯著的提高，製造成本也開始下降。但與液相分離系統相比，其價格仍然非常昂 貴，往往是一套液相色譜儀的幾倍甚至幾十倍。所以，將多套液相分離系統同時 與質譜進行聯用，是提高質譜儀利用率，降低成本的一種有效途徑。另外，現在 的商品化電噴霧離子源很難同時實現多模式分離系統與質譜聯用。當切換不同模 式分離系統時，需要對離子源進行複雜地拆換和調試，使儀器的使用受到了限制。
近年來，組合化學和組學研究開始興起。大量的化合物需要同時得到高通量 的篩選和分析。液相分離系統與質譜聯用作為一種最廣為使用的分析工具，也同 樣面臨高通量分析的挑戰。最近開發和進入巿場的多噴霧口 ESI源開創了 一個新 的高通量平行樣品分析的可能性，即將多個色譜系統與一個質譜儀聯用。但是該 設計釆用的是機械旋轉裝置，使多通道噴口中的每一個噴口依次對準樣品釆樣孔，
從而實現多通路的同時分析。由於採用機械旋轉裝置，噴口間的切換速率較慢， 而且儀器的消耗和保養費用較高， 一般實驗室無法配備。這大大限制了該離子源 的應用範圍。同時，也有文獻報導了 2通道和4通道的ESI電離源，但是其設計 複雜、可操作性差。同時，因為採用一體化設計，只能夠實現HPLC與MS聯用， 通用性不理想。此外，還有文獻報導了陣列多噴口離子源，其中多通道噴口採用 平行方式排列，可以顯著提高樣品的電離效率。但是由於各噴霧口離質譜入口的 距離不一致，所以由各口產生的離子以及離子化效率都不一樣，從而該接口只能 用於增加樣品的電離效率，而無法實現多套液相分離系統與質譜的聯用。

發明內容
本發明的目的在於提供一種微液相分離系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子 源及其專用噴針/噴口 ，可以實現多通道或多模式微液相分離系統與質譜的聯用。
為實現上述目的，本發明釆用的技術方案為將2-100個單通道電噴霧噴針/ 噴口固定於質譜儀真空區的入口處，呈扇形空間分布。保證各個單通道電噴霧噴 針/噴口末端的中心軸線相交於真空區入口前端0-lcm的位置處，並使之與真空入 口軸線成0-90度角。當在各個電噴霧噴針/噴口上分別施加高電壓後，可以實現 多流路液相的電噴霧離子化，從而實現液相分離系統與質譜的聯用。
所述呈扇形空間分布最好為整體上呈圓錐形錐臺狀空間分布。
微液相分離系統可以是流量在納升級或微升級的液相分離系統，注射器直接 進樣、納升級/微升級HPLC、 CE、 CEC、 pCEC或微流控晶片。
所述真空區入口前端O-lcm的位置處是指以真空區入口為圓心，半徑在2-30 亳米的半圓球形區域內。所述施加合適的高電壓，可單獨施加在其中一個電噴霧 噴針/噴口上，也可以同時施加在其中兩個或兩個以上噴針/噴口上。實現多流路 液相的電噴霧離子化，可以依次分別實現各個流路的電噴霧，也可以同時實現其 中兩個或兩個以上流路的電噴霧。施加高電壓，其電壓值在1. 8至5千伏範圍內。 電噴霧噴針/噴口可以為石英毛細管、金屬管、玻璃管或聚合物管件。電噴霧噴針 /噴口的出口末端的內徑在10-50pm範圍內。微流量液相色譜分離系統的流量在 10nL/min至50uL/min範圍內。
所述製作離子源的材料可以是各種無機材料和有機材料，其中無機材料包括: l)金屬材料不鏽鋼，銅，鐵、鋁以及各種合金材料；2)非金屬材料石英、玻
璃、矽、石墨、各種金屬氧化物、非金屬氧化物以及上述材料的不同比例混合材
料；有機材料包括各種有機聚合物和塑料、PEEK材料、聚四氟塑料和聚苯乙 烯等。
所述電噴霧噴針/噴口與離子源的結合方式可採用可拆換模式和一體化模式。 其中可拆換模式是使用化學和物理的方法將噴口/噴針固定在離子源上，可以對其 進行拆換。 一體化模式是將噴針/噴口直接與離子源直接製作在一起，不能進行拆 換。
本發明的有益效果是
1、 可同時實現多套或多種模式微流量液相系統與質譜的聯用。採用多通道設 計，可以滿足多套微流量液相系統與質譜的聯用；釆用多模式噴口，可以滿足與 多種模式分離系統同時聯用，其中可以實現注射器直接進樣、納升級/微升級液相 色譜與質譜聯用、毛細管電泳與質譜聯用、電色譜與質譜聯用、加壓電色譜與質 譜聯用以及微流控晶片與質譜聯用。
2、 可滿足如飛行時間質譜(TOF-MS)等質譜儀的需要， 一邊分析一邊對分
子量進行實時校正，提供更加可靠的分子量信息。
3、 大流量液相分離系統可以分幾路從多個噴口或噴針同時進入質譜，增加樣 品的電離效率，提高質譜檢測的靈統度。
4、 該離子源及其專用噴針/噴口的結構簡單，電離源可直接固定於質譜儀， 操作簡單；噴針/噴口的安裝和調試容易，各分離模式的切換可直接通過更換不同 噴針/噴口實現。無需對電離源進行拆換，分離模式切換方便。
5、 該離子源及其專用噴針/噴口具有較強的通用性和實用性，可通過安裝不 同模式的電噴霧噴口或噴針，實現多種微液相分離系統與質譜聯用，包括注射器 直接進樣、納升t/微升級液相色譜與質譜聯用、毛細管電泳與質譜聯用、電色譜 與質譜聯用、加壓電色譜與質譜聯用以及微流控晶片與質譜聯用。該離子源可以 被安裝在各種型號的質譜儀上，與納升和微升級流量的液相系統進行聯用。
6、 該離子源及其專用噴針/噴口穩定性好，維護費用低。


圖1為一種微液相分離系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子源採用五通道噴 口的結構設計草圖。其中離子源l由加熱毛細管套管2、噴霧腔3、噴針/噴口插口4、氮氣入口 5和氮氣出口 6組成。適用於不同模式分離系統與質譜聯用的噴 針/噴口可以方便地安裝於4中，通過調整噴針/噴口與質譜真空區域入口 (加熱 毛細管口)之間的距離以達到最佳噴霧效果。
圖2為一種糹救液相分離系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子源所使用的專用 噴針/噴口的示意圖。
圖中a和b兩種型號的噴針/噴口適用於微柱液相色譜,、無鞘流液加壓電色譜 和無鞘流液電色譜與質譜聯用。其中1是導電部分，噴霧電源與其直接相連；2 是噴針/噴口套管，用於保護噴針/噴口，並保證其方向準直；3是噴針/噴口 (a為 細內徑，b為粗內徑)；4是固定套件，用於將噴針/噴口固定於離子源上。
圖中c型號的噴針/噴口適用於納升級液相色譜與質譜聯用以及質譜納升級直 接進樣分析。其中1是色譜柱或毛細管；2是噴針/噴口套管，用於保護噴針/噴口， 並保證其方向準直；3是固定套件，用於將噴針/噴口固定於離子源上。
圖中d型號的噴針/噴口適用於使用鞘流液的毛細管電泳，毛細管電色譜，加 壓電色譜以及納升級液相色譜與質譜的聯用。其中l是色譜柱或毛細管；2是導 電部分，噴霧電源與其直接相連，提供噴霧電壓；3是鞘流液輸送管道，提供噴 霧使用的鞘流液；4是毛細管或毛細管色譜柱的固定套件，用於毛細管或毛細管 色譜柱與噴針的固定；5是噴針/噴口套管，用於保護噴針/噴口實現鞘流液的噴霧, 此外還保證其方向準直；6是固定套件，用於將噴針/噴口固定於離子源上；7是 噴針/噴口套管的固定套件，用於套管的固定；8是四通，用於實現鞘流液在噴針 /噴口套管與毛細管之間流動。
圖3為本發明一個實施例中進行多肽直接進樣分析的結果圖。
圖4為本發明一個實施例中採用微柱液相與質譜聯用的分析結果圖。
圖5為本發明一個實施例中釆用Nano-LC與質譜聯用的分析結果圖。。
具體實施例方式
實施例1
如圖1所示， 一種微液相分離系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子源。釆用 五通道設計，即離子源1由加熱毛細管套管2、噴霧腔3以及呈扇形空間分布的 五個用於安裝單通道電噴霧噴針/噴口的插口4組成。此外5為氮氣入口、 6為氮 氣出口。適用於不同模式分離系統與質譜聯用的噴針/噴口可以方便地安裝於4 中，通過調整噴針/噴口與質譜真空區域入口 (加熱毛細管口)之間的距離以達到
最佳噴霧效果。在本實施例中保證各個單通道電噴霧噴針/噴口末端的中心軸線相
交於真空區入口前端0.8cm的位置處，使其中四個單通道電噴霧噴針/噴口末端的 中心軸線與真空入口軸線成45度角，在各個電噴霧噴針/噴口上分別施加2kV高 電壓後，可是實現液體的電噴霧離子化。
其中多通道電噴霧離子源所使用的專用噴針/噴口如圖2所示。
圖中a和b兩種型號的噴針/噴口適用於微柱液相色譜、無鞘流液加壓電色譜 和無鞘流液電色譜與質譜聯用。其中1是導電部分，噴霧電源與其直接相連；2 是噴針/噴口套管，用於保護噴針/噴口 ，並保證其方向準直；3是噴針/噴口 ( a為 細內徑，b為粗內徑)；4是固定套件，用於將噴針/噴口固定於離子源上。
圖中c型號的噴針/噴口適用於納升級液相色譜與質譜聯用以及質譜納升級直 接進樣分析。其中l是色譜柱或毛細管；2是噴針/噴口套管，用於保護噴針/噴口， 並保證其方向準直；3是固定套件，用於將噴針/噴口固定於離子源上。
圖中d型號的噴針/噴口適用於使用鞘流液的毛細管電泳，毛細管電色譜，加 壓電色譜以及納升級液相色譜與質譜的聯用。其中l是色譜柱或毛細管；2是導 電部分，噴霧電源與其直接相連，提供噴霧電壓；3是鞘流液輸送管道，提供噴 霧使用的鞘流液；4是毛細管或毛細管色譜柱的固定套件，用於毛細管或毛細管 色譜柱與噴針的固定;5是噴針/噴口套管，用於保護噴針/噴口實現鞘流液的噴霧, 此外還保證其方向準直；6是固定##，用於將噴針/噴口固定於離子源上；7是 噴針/噴口套管的固定套件，用於套管的固定；8是四通，用於實現鞘流液在噴針 /噴口套管與毛細管之間流動。
實施例2
實驗條件毛細管(河北永年銳豐色譜器件有限公司，內徑50,,外徑 375pm),注射泵(美國Harvard公司)，LCQdw離子阱質譜(美國Finnigan公司)， 所使用的離子源為實施例1中所述五通道微液相分離系統與質譜聯用電噴霧離子 源，各個單通道電噴霧噴針/噴口末端的中心軸線相交於真空區入口前端0.6cm的 位置處，使其中四個單通道電噴霧噴針/噴口末端的中心軸線與真空入口軸線成 45度角，噴霧電壓22kV。
樣品 一個多肽(m/z=815) (0.1%甲酸水溶液)
請參閱圖3，即利用本發明實施例1中所提供的一種微液相分離系統與質譜 聯用的多通道電噴霧離子源及其專用噴針/噴口進行納升級到微升級直接進樣質
譜分析獲得的總離子流質譜圖。流速分別為400nL/min、 1.4^L/min和5pL/min。 說明該離子源可以適合於納升級到微升級流量液體的電噴霧分析。 實施例3
實驗條件Michrom多維液相色譜儀，LCQdu°離子阱質譜(美國Finnigan公 司)。所使用的離子源為實施例1中所述五通道微液相分離系統與質譜聯用電噴霧 離子源，各個單通道電噴霧噴針/噴口末端的中心軸線相交於真空區入口前端lcm 的位置處，使其中四個單通道電噴霧噴針/噴口末端的中心軸線與真空入口軸線成 45度角，噴霧電壓3kV。
液相條件色譜柱250jumx50mm, 5juC18
流動相A: 2%ACN (含0.1%甲酸，0.05%HFBA ) B: 98y。ACN(含0.10/。 甲酸，0.05%HFBA ); 60min梯度Omin: 10%A; 50min: 40%; 55min: 60%A; 60min: 60%A;進樣量2mL ;流速5juL/min。
樣品50 jag/mLP-Casein酶解產物
請參閱圖4，即利用本發明所提供的一種微液相分離系統與質譜聯用的多通 道電噴霧離子源及其專用噴針/噴口進行微升級液相色譜與質譜聯用獲得的分離 譜圖。該離子源可以實現微升級流量液相色譜與質譜聯用分析。
實施例4
實驗條件毛細管(河北永年銳豐色譜器件有限公司，內徑lOO(om,外徑 375,),填料C18-3(jm，液相泵日本Jasco-PU1585, LCQdu°離子阱質譜(美國 Finnigan公司)。所使用的離子源為實施例1中所述五通道微液相分離系統與質譜 聯用電噴霧離子源，各個單通道電噴霧噴針/噴口末端的中心軸線相交於真空區入 口前端lcm的位置處，使其中四個單通道電噴霧噴針/噴口末端的中心軸線與真空 入口軸線成45度角，噴霧電壓2kV。
液相條件色譜柱勵Mmxl70mm, 3jaC18;流動相A: ACN(含0.10/0 甲酸)；B: H20 (含0.1%甲酸)；60min梯度Omin: 10%A; 50min: 40%; 55min: 60%A; 60min: 60%A;雙分流系統，進樣量2uL;流速400nL/min。
樣品lmg/mL鼠肝蛋白酶解24小時，除鹽後分離鑑定。
請參閱圖5,即利用本發明所提供的一種微液相分離系統與質譜聯用的多通 道電噴霧離子源及其專用噴針/噴口進行納升級液相色譜與質譜聯用獲得的分離 譜圖。該離子源可以實現納升級流量液相色譜與質譜聯用分析。
權利要求
1. 一種微液相分離系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子源，其特徵在於將2-100個單通道電噴霧噴針/噴口固定於質譜儀真空區的入口處，呈扇形空間分布，保證各個單通道電噴霧噴針/噴口末端的中心軸線相交於真空區入口前端0-1cm的位置處，並使之與真空入口軸線成0-90度角，當在各個電噴霧噴針/噴口上分別施加高電壓後，可以實現多流路液相的電噴霧離子化，從而實現液相分離系統與質譜的聯用。
2、 按照權利要求1所述微液相分離系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子源， 其特徵在於所述呈扇形空間分布為整體上呈圓錐形錐臺狀空間分布。
3、 按照權利要求1所述微液相分離系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子源, 其特徵在於:所述微液相分離系統可以是流量在納升級或微升級的液相分離系統， 注射器直接進樣、納升級/微升級液相色譜、毛細管電泳、電色譜、加壓電色譜或 微流控晶片。
4、 按照權利要求1所述微液相分離系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子源, 其特徵在於所述電噴霧噴針/噴口可以為石英毛細管、金屬管、玻璃管或聚合物管件。
5、 按照權利要求1所述微液相分離系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子源, 其特徵在於所述電噴霧噴針/噴口的出口末端的內徑在10-50,範圍內。
6、 按照權利要求1所述微液相分離系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子源， 其特徵在於所述真空區入口前端O-lcm的位置處是指以真空區入口為圓心，半徑在2-30毫米的半圓球形區域內。
7、 按照權利要求1所述微液相分離系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子源， 其特徵在於所述施加合適的高電壓，可單獨施加在其中一個電噴霧噴針/噴口上, 也可以同時施加在其中兩個或兩個以上噴針/噴口上。
8、 按照權利要求1所述微液相分離系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子源， 其特徵在於所述施加高電壓，其電壓值在1.8至5千伏範圍內。
全文摘要
本發明涉及一種微液相分離系統與質譜聯用的多通道電噴霧離子源。將2-100個單通道電噴霧噴針/噴口固定於質譜儀真空區的入口處，呈扇形空間分布，保證各個單通道電噴霧噴針/噴口末端的中心軸線相交於真空區入口前端0-1cm的位置處，並使之與真空入口軸線成0-90度角。當在各個電噴霧噴針/噴口上分別施加高電壓後，可以實現多流路液相的電噴霧離子化，從而實現液相分離系統與質譜的聯用。該離子源具有結構簡單、調試操作容易、模式切換方便、穩定性好、維護費用低等特點，可直接固定於質譜儀上，具有較強的通用性和實用性。通過安裝不同模式的電噴霧噴口或噴針，可實現多種模式微液相分離系統與質譜的聯用。
文檔編號G01N30/00GK101206207SQ200610134979
公開日2008年6月25日 申請日期2006年12月22日 優先權日2006年12月22日
發明者張麗華, 張玉奎, 張維冰, 振 梁, 梁作成, 段繼誠, 暉 王, 袁輝明 申請人:中國科學院大連化學物理研究所