基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀的製作方法

2024-03-31 20:38:05

專利名稱：基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀，這是一種可以直接對大氣中 生物氣溶膠進行連續監測和分析的儀器。
背景技術：
生物氣溶膠通常是指大氣中含有生物質成分(例如細菌、真菌、病毒、花粉、原生動物 和植物纖維等)的顆粒物。生物氣溶膠是引起傳染性和過敏性疾病的一個重要來源，例如由 細菌引起的肺結核病、病毒引起的流感、真菌引起的黴菌病以及花粉引起的過敏性疾病等， 危害人的身體健康。爆發性傳染病如SARS和流感等，不僅會造成直接的經濟損失，更會 給社會的穩定和安全帶來衝擊。
傳統的生物氣溶膠的檢測方法是採樣收集後使用顯微鏡觀察分析其形態並對其進行分類 或使用氣相、液相色譜和質譜等方法來分析其組成，這些分析方法一般需要較長的時間，不 能用於生物氣溶膠實時監測，並且樣品在收集、存儲和運輸過程中易於汙染和變質。
基質輔助雷射解吸電離質譜(MALDI-MS)技術是近年來用於檢測蛋白質等生物大分子 的重要手段。它利用輔助基質來吸收雷射光束的能量，然後由基質將能量傳給被分析的物質， 來解吸和電離生物大分子，這種方法避免了雷射直接照射分析樣品帶來的嚴重解離和非線性 過程，從而可以對蛋白質等生物大分子結構和組成進行分析。基質輔助雷射解吸電離質譜方 法的靈敏度很高(10—15mol)，它可以對微量樣品進行分析，因而這種技術可以用於檢測環境 中的生物氣溶膠。但目前商業化的基質輔助雷射解吸電離質譜儀一般採用離線採樣方法，尚 未用於生物氣溶膠的在線檢測。
氣溶膠質譜儀是近年來國際上用來實時測量非生物質氣溶膠化學成分的主要儀器，大多 數氣溶膠質譜儀都是使用脈衝雷射束來解吸氣溶膠並電離產生的氣體，然後用反射式質譜儀 檢測離子信號，從而分析氣溶膠的化學組成。與基質輔助雷射解吸電離質譜儀不同之處是氣 溶膠質譜儀一般不使用輔助基質來解吸電離氣溶膠。這種直接使用雷射解吸並電離氣溶膠的 方法會使得有機和生物大分子發生嚴重的碎片化，使得質譜圖很複雜，難以對生物氣溶膠的 生物大分子進行分析，因此目前氣溶膠質譜儀主要用於分析氣溶膠中無機和有機小分子成分。 不過相對於基質輔助雷射解吸電離質譜儀來說，氣溶膠質譜儀的一個顯著特點就是可以實時 採樣和分析。
我們研製的這種生物氣溶膠質譜儀，將基質輔助雷射解吸電離質譜(MALDI-MS)技術 與氣溶膠質譜技術緊密地結合起來，直接對大氣環境中生物氣溶膠進行採樣。相對於其它的生物氣溶膠檢測技術，我們發明的基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀具有對大氣中的 生物氣溶膠中生物成分實時分析的特點，可以迅速得到生物氣溶膠中的生物成分信息。

發明內容
為了克服現有的生物氣溶膠實時檢測技術上的不足，本發明揉合了基質輔助雷射解吸電 離技術和氣溶膠質譜儀技術，提供了一種新的基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀。該 生物氣溶膠質譜儀採用了多種先進的生物氣溶膠研究技術。包括有生物氣溶膠與基質預混和 技術，控壓進樣技術，氣動顆粒聚焦技術，基質輔助雷射解吸電離技術，離子聚焦透鏡技術， 反射式離子測量技術。
本發明專利採用的技術方案是1、生物氣溶膠與基質(包括氣態基質和顆粒基質)預混 和；2、控壓進樣，生物氣溶膠與基質混和物在控制壓力下吸入氣動聚焦透鏡；3、生物氣溶 膠與基質混和物由氣動聚焦透鏡加速並聚焦形成顆粒束流，進入到電離室，沉積到樣品板上；
4、 生物氣溶膠與基質混和物由脈衝雷射束解吸電離；5、電離產生的離子經過加速電極加速 後又經過離子聚焦透鏡將其進行聚焦；6、聚焦後的離子由反射式質譜裝置檢測。
本發明的有益效果是，對空氣中的生物氣溶膠直接採樣，實現了在線檢測，避免了離線 檢測的種種限制；將預混和技術與控壓進樣技術結合起來，實現了直接進樣；採用了氣動聚 焦透鏡作為進樣裝置，提高了樣品的進樣效率；採用了基質輔助雷射解吸電離技術，減少了 直接使用雷射解吸電離產生的碎片離子；採用了離子透鏡技術，提高了信號強度。


圖1為本發明結構的外觀圖，分別為1、混和室，2、進樣室，3、束源室，4、差分室，
5、 電離室，6、脈衝雷射束，7、反射質譜裝置，8、基質發生器，9、機械泵，10、分子泵。
圖2為本發明的剖面構造圖，主要部件有11、生物氣溶膠進樣口， 12、進樣室入口， 13、氣動聚焦透鏡進樣口， 14、氣動聚焦透鏡，15、束源室出口， 16、差分室與電離室連接 口， 17、樣品板，18、離子聚焦透鏡，19、離子反射鏡，20、 MCP探測器，21、加速電極。
具體實施例方式
基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀的主體部分由混和室(1)，進樣室(2)，束源 室(3)，差分室(4),電離室(5)和反射式質譜裝置(6)共六部分構成。
具體實施方式
是
一、 生物氣溶膠由直徑l毫米的生物氣溶膠進樣口 (11)從大氣中直接吸入混合室(1)
中；
二、 在混和室(1)中生物氣溶膠與基質(包括氣態基質和顆粒基質)充分混和；
三、 生物氣溶膠與基質混和物在控壓條件下通過直徑1毫米的進樣室入口 (12)進入進 樣室(2);四、 生物氣溶膠與基質混和物進入到氣動聚焦透鏡(14)中，氣動聚焦透鏡(14)由6 8個氣動聚焦鏡片組成，在氣動聚焦透鏡(14)中顆粒被加速並聚焦形成顆粒流；
五、 生物氣溶膠與基質混和物經過束源室出口 (15)和差分室與電離室連接口 (16)後 進入電離室(5);
六、 生物氣溶膠與基質混和物進入電離室(5)，沉積到樣品板(17)上，樣品板上的樣 品被脈衝雷射束(6)解吸電離；
七、 形成的離子經過加速電極(21)加速，離子聚焦透鏡(18)聚焦，由反射式質譜裝 置(7)檢測，即得到生物氣溶膠的質譜，經過處理和分析後，就可以得到生物氣溶膠中的生 物信息。
權利要求
1、基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀由混和室、進樣室、束源室、差分室、電離室和反射式質譜裝置組成。其特徵在於混和室、進樣室、束源室、差分室、電離室和反射式質譜裝置依次相連接。混和室與進樣室之間，束源室與差分室之間，差分室與電離室之間有小孔相連接，束源室與差分室以40度角相交，電離室與反射式質譜裝置相互垂直。在束源室中，安裝有氣溶膠氣動聚焦透鏡。解吸電離雷射以40度角入射電離室。進樣室上連接有機械泵，用來控制進樣壓力。束源室接有羅茨泵，差分室、電離室和反射式質譜裝置上均連接有分子泵，分子泵接有前級機械泵。
2、 根據權利要求1所述的基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀，其特徵是生物氣 溶膠不經處理，直接通過生物氣溶膠進樣孔進入到混和室中。
3、 根據權利要求1所述的基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀，其特徵是生物氣溶膠與基質(包括氣態基質和顆粒基質)在混和室中混和。
4、 根據權利要求l所述的基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀，其特徵是採樣室 上連接有機械泵。
5、 根據權利要求1所述的基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀，其特徵是通過氣 動聚焦透鏡對生物氣溶膠與基質混和物進行聚焦。
6、 根據權利要求1所述的基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀，其特徵是使用脈 衝激光束進行解吸電離。
7、 根據權利要求1所述的基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀，其特徵是電離室 中有離子聚焦透鏡。
8、 根據權利要求l所述的基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀，其特徵是離子由 反射式質譜裝置探測。
9、 根據權利要求4所述的採樣室，其特徵是採樣室的壓力是可調的。
10、 根據權利要求7所述的離子聚焦透鏡，其特徵是聚焦程度是可調的。
全文摘要
本發明申請一種可以對大氣中生物氣溶膠進行實時分析和檢測的基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀，該基質輔助雷射解吸電離生物氣溶膠質譜儀對自然環境下的生物氣溶膠進行直接採樣；採用生物氣溶膠與基質(包括氣態基質與顆粒基質)預混合和控壓進樣技術，經氣動聚焦透鏡將氣溶膠與基質混和物聚焦成顆粒束流；生物氣溶膠與基質混和物由脈衝雷射束解吸電離；產生的離子經過加速電極加速並經離子聚焦透鏡聚焦後，由反射式質譜裝置檢測，即得到生物氣溶膠的質譜；經過質譜分析後獲得生物氣溶膠中的生物信息。
文檔編號G01N27/64GK101290304SQ20071006557
公開日2008年10月22日 申請日期2007年4月17日 優先權日2007年4月17日
發明者曜 李, 束繼年, 高紹凱 申請人:中國科學院生態環境研究中心