一種基於微型固相萃取池的電噴霧質譜分析系統及其製備方法和應用與流程
2023-10-21 02:11:42
本發明屬於質譜分析技術領域，具體涉及一種基於微型固相萃取池-電噴霧質譜分析系統及其製備方法和應用。
背景技術：
質譜分析由於其具備高靈敏度，選擇性和高速度，在實際食品，藥品，環境和生物分析中得到了非常廣泛的應用。為了獲得準確和高質量的質譜數據，必要的樣品前處理非常關鍵。可以減輕複雜基質帶來的離子抑制等問題。傳統的樣品前處理技術包括液-液萃取(LLE)，固相萃取(SPE)，液固萃取等等。其中，固相萃取技術使用最為廣泛。基於直接質譜的分析技術，由於缺少色譜分離過程，此類技術受困於樣品基質帶來的離子化抑制效應現象。由於基質分子參與離子化過程，目標化合物的電噴霧離子的信號經常會被極大的抑制；此外，由於樣品中目標化合物的分布不夠均一，對於實驗結果的可信度會造成較大的影響。
為了克服直接質譜分析中存在的這些問題，可以利用淨化技術，包括沉澱蛋白質，液液萃取，固相萃取，固相微萃取等，對樣品進行離線的簡單前處理後，進行直接質譜分析。但是，離線的淨化過程會降低分析速度和限制分析的通量；同樣，在樣品轉移和處理中會帶來損失和可能的汙染等。尤其是面對如血漿，尿液以及唾液等樣品量少目標物濃度低的情況下，常規的分析方法存在較多的局限性。因此，急需建立固相萃取與電噴霧結合的快速分析技術。
技術實現要素：
針對上述現有技術的不足，本發明提供一種基於微型固相萃取池的電噴霧質譜分析系統，從而有效解決小體積複雜樣品的固相萃取和直接質譜分析中的基質幹擾問題。
為實現上述目的，本發明採用如下技術方案：
一種基於微型固相萃取池的電噴霧質譜分析系統，所述裝置包括電噴霧裝置、攝像裝置、微型固相萃取池、支架和質譜儀；所述攝像裝置置於所述電噴霧裝置的噴針噴霧處，用於監視離子源的噴霧狀況；所述微型固相萃取池置於所述支架上，同時所述微型固相萃取池位於電噴霧的噴針與質譜儀進樣口之間；
所述微型固相萃取池由單微型固相萃取池陣列組成，所述單微型固相萃取池呈錐形，上開口內徑為80-100μm，下開口為20-30μm，深度為40-50μm；
具體的，所述微型固相萃取池的製備方法如下：將雷射打孔銅板和黏性柔性膜分別至於支架上；將雷射打孔銅板黏於黏性柔性膜表面，然後在雷射打孔銅板上加入固相萃取吸附材 料，所述固相萃取吸附材料通過雷射打孔銅板的衝壓孔接觸柔性膜。通過加壓方式固定於黏性柔性膜表面；除掉雷射打孔銅板後，通過控制衝壓針衝壓即形成由單微型固相萃取池陣列組成的微型固相萃取池；
優選的，所述微型固相萃取池的中心點與所述電噴霧裝置的噴針的距離L1、所述微型固相萃取池的中心點與所述質譜儀的距離L2，其中，L1/L2＝0.8～1.2；進一步優選的，所述L1/L2＝1；
優選的，所述微型固相萃取池的軸心線與所述電噴霧噴針以及質譜儀進樣口的中心線位於同一直線上；
優選的，所述單微型固相萃取池上開口位於電噴霧噴針一側，所述單微型固相萃取池下開口位於質譜儀進樣口一側；
優選的，所述單微型固相萃取池的進樣量為50nL。
本發明還公開了所述基於微型固相萃取池的電噴霧質譜分析系統的製備方法，所述製備方法如下：
(1)微型固相萃取池的製備：將雷射打孔銅板和黏性柔性膜分別至於支架上；將雷射打孔銅板黏於黏性柔性膜表面，然後在雷射打孔銅板上加入固相萃取吸附材料，所述固相萃取吸附材料通過雷射打孔銅板的衝壓孔接觸柔性膜。通過加壓方式固定於黏性柔性膜表面；除掉雷射打孔銅板後，通過控制衝壓針衝壓即形成由單微型固相萃取池陣列組成的微型固相萃取池；
(2)基於微型固相萃取池-電噴霧質譜對接：完成樣品轉移後，微型膜固相萃取池被安置在支架上，調整和校準微型固相萃取池和電噴霧裝置的噴針與質譜儀進樣口的距離和位置，在噴針噴霧處外接一攝像頭，用來監視離子源的噴霧狀況，並確保一次噴霧的穩定性和持續性。
優選的，所述黏性柔性膜為Parafilm膜；
優選的，所述單微型固相萃取池處吸附材料的重量為18-20ug；
優選的，調整和校準微型固相萃取池、電噴霧裝置的噴針與質譜進樣口之間的距離和位置通過線性移動平臺、2-軸電動平臺和XYZ三軸移動平臺實現；
本發明還公開了所述基於微型固相萃取池的電噴霧質譜分析系統對樣品的分析方法，包括：
(1)將稀釋或處理後的待測樣品置於微型固相萃取池中進行固相萃取；
(2)微型固相萃取池與電噴霧裝置和質譜儀進行對接，並開啟攝像裝置；
(3)啟動電噴霧裝置和質譜儀，對完成固相萃取的樣品直接進行電噴霧-質譜分析。
最後，本發明公開了所述基於微型固相萃取池的電噴霧質譜分析系統在分析血漿中的藥物成分、胰蛋白酶解牛血清白蛋白和磷酸化肽段中的應用。
本發明的有益效果：
(1)本發明創造性的採用微型固相萃取池技術，實現了在線萃取過程，進而直接進行電噴霧-質譜分析，有效避免了離線萃取淨化過程中因轉移和處理中帶來的損失和汙染問題，從而切實解決了小體積複雜樣品的固相萃取和直接質譜分析中的基質幹擾問題，而且節省了前處理時間，大大提高了樣品檢測效率；
(2)本發明分析系統結構簡單，靈敏度高，造價成本低，操作使用方便，實用性強，所述吸附材料可以根據待測樣品需求改變，具有良好的可拓展性，非常適合推廣應用。
附圖說明
圖1為微型固相萃取池圖；
圖2為微型固相萃取陣列-質譜組裝圖，其中，a-三維支架；b-噴針；c-2-軸電動平臺；d-萃取池支架；e-攝像頭；f-微型固相萃取池。
圖3為血漿中抗糖尿病藥物維格列汀的質譜圖；其中圖3(a)為未處理；圖3為(b)C18-MFSI譜圖；
圖4為牛血清白蛋白酶解的質譜圖；其中圖4(A)為常規噴霧；圖4(B)為使用C18填料；圖4(C)為使用MIL-53(Al)填料；
圖5為酪蛋白酶解的質譜圖；其中圖5(a)未處理的磷酸化多肽質譜圖；圖5(b)為使用TiO2的微型固相萃取池的磷酸化多肽質譜圖。
具體實施方式
結合實施例對本發明作進一步的說明，應該說明的是，下述說明僅是為了解釋本發明，並不對其內容進行限定。
實施例1
一種基於微型固相萃取池的電噴霧質譜分析系統，所述裝置包括電噴霧裝置、攝像裝置、微型固相萃取池、支架和質譜儀；所述攝像裝置置於所述電噴霧裝置的噴針噴霧處，用於監視離子源的噴霧狀況；所述微型固相萃取池置於所述支架上，同時所述微型固相萃取池位於電噴霧的噴針與質譜儀進樣口之間；
所述微型固相萃取池由單微型固相萃取池陣列組成，所述單微型固相萃取池呈錐形，上開口內徑為80-100μm，下開口為20-30μm，深度為40-50μm；
其中，所述微型固相萃取池的中心點與所述電噴霧裝置的噴針的距離L1、所述微型固相萃取池的中心點與所述質譜儀的距離L2，其中，L1/L2＝1。
所述微型固相萃取池的軸心線與所述電噴霧噴針以及質譜儀進樣口的中心線位於同一直線上；
所述單微型固相萃取池上開口位於電噴霧噴針一側，所述單微型固相萃取池下開口位於質譜儀進樣口一側；
所述單微型固相萃取池的進樣量為50nL。
實施例2
一種基於微型固相萃取池的電噴霧質譜分析系統的製備方法，所述製備方法如下：
(1)微型固相萃取池的製備：將雷射打孔銅板(孔間距為1.0mm)和黏性柔性膜分別至於支架上；將雷射打孔銅板黏於黏性柔性膜表面，然後在雷射打孔銅板上加入固相萃取吸附材料，所述固相萃取吸附材料通過雷射打孔銅板的衝壓孔接觸柔性膜。通過加壓方式固定於黏性柔性膜表面；除掉雷射打孔銅板後，通過控制衝壓針衝壓即形成由單微型固相萃取池陣列組成的微型固相萃取池；
(2)基於微型固相萃取池-電噴霧質譜對接：完成樣品轉移後，微型膜固相萃取池被安置在支架上，調整和校準微型固相萃取池和電噴霧裝置的噴針與質譜儀進樣口的距離和位置，在噴針噴霧處外接攝像頭，用來監視離子源的噴霧狀況，並確保一次噴霧的穩定性和持續性。
其中，所述黏性柔性膜為Parafilm膜；
所述單微型固相萃取池處吸附材料的重量為18-20ug；
所述調整和校準微型固相萃取池和電噴霧裝置的噴針與質譜進樣口的距離和位置通過線性移動平臺、2-軸電動平臺和XYZ三軸移動平臺實現。
實施例3
一種基於微型固相萃取池的電噴霧質譜分析系統對樣品的分析方法，包括：
(1)將稀釋或處理後的待測樣品置於微型固相萃取池中進行固相萃取；
(2)微型固相萃取池與電噴霧裝置和質譜儀進行對接，並開啟攝像裝置；
(3)啟動電噴霧裝置和質譜儀，對完成固相萃取的樣品直接進行電噴霧-質譜分析。
所述質譜條件：採用FTICR-MS(4.7Tesla APEX III和9.4Tesla Solarix,Bruker Instrument Inc.,Billerica,MA)進行的樣品採集和分析。典型的設置為N2(at～150to 250℃)用來加熱毛細管和輔助去噴霧液滴溶劑化。產生的離子在六極杆內累積1-2s後進入質量分析器。數據採集以5-20次的信號合計。
實施例4基於微型固相萃取池的電噴霧質譜分析系統分析血漿中的藥物
利用C18作為吸附材料結合微型固相萃取池技術，對血漿中藥物的直接分析。血漿作為最複雜的基質，其中含有諸如蛋白質，葡萄糖，電解質，荷爾蒙以及相關的代謝物。這些基質的濃度都會高於樣品藥物的濃度，會在電噴霧離子化中很嚴重的產生離子抑制現象。圖3展示了抗糖尿病藥物維格列汀的質譜圖。如果不採用任何的處理技術，如圖3(a)所示，由於離子抑制，不能得到明顯的母離子峰。如圖3(b)所示，採用C18填料，將20uL血漿置於萃取池中，採用水三次清洗萃取池後處理，直接噴霧，即可以清晰的獲得該藥物的母離子峰。實施例5基於微型固相萃取池的電噴霧質譜分析系統分析胰蛋白酶解牛血清白蛋白
在蛋白質組學中，通常情況下採用自下而上的分析技術來獲得序列信息。在質譜分析前，蛋白質分子首先被酶解成肽段。常規方法為首先將蛋白質變性，破壞其二硫鍵。加入較大量的離散劑，如尿素等。此外，酶解中用的緩衝液在質譜分析應該避免。因此，分析前需要進行嚴格的淨化。酶解過程同常規的酶解過程。除了常用的C18外，此處我們也採用了MIL-53(Al)作為吸附材料進行淨化。圖4展示了採用不同的填料分析牛血清白蛋白酶解樣品的質譜圖。不同方法得到的數據進行了資料庫比對分析。採用MASCOT搜尋引擎和SWISSPROT資料庫。使用無填料，C18以及MIL-51(Al)的序列覆蓋率分別為12％,68％和68％。並且不同的材料展示了一定的選擇性。綜合三種材料結果，序列覆蓋率可以達到82％。通常採用液質連用分析的序列覆蓋率介於52-85％之間。由此可見，微型固相萃取池-電噴霧質譜分析具有與其他複雜技術可比的性能。
實施例6基於微型固相萃取池的電噴霧質譜分析系統對磷酸化肽段進行分析
磷酸化是一種最常見的翻譯後修飾。在分析中，由於其含量低，其通常被其他非磷酸化肽段所掩蓋。這裡我們採用TiO2作為SPE-MFSI的吸附材料對磷酸化肽段進行了富集分析。酪蛋白酶解過程同常規方法，我們採用了兩個含磷酸化片段(FQpSEEQQQTEDELQDK和RELEELNVPGEIVEpSLpSpSpSEESITR)的β-casein進行了研究。如圖5所示，直接電噴霧質譜，只能檢測到一個低豐度的磷酸化肽段。採用TiO2填料後，可以清晰的獲得單磷酸化肽段和四磷酸化肽段的質譜峰。
上述雖然結合實施例對本發明的具體實施方式進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。