專(zhuān)利名稱(chēng)：質(zhì)譜儀多功能多通道離子源的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及分析化學(xué)領(lǐng)域，特別涉及一種質(zhì)譜儀的離子源。
技術(shù)背景質(zhì)譜學(xué)是廣泛應(yīng)用于各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中通過(guò)制備、分離、檢測(cè)氣相離子來(lái)鑒定化 合物的專(zhuān)門(mén)科學(xué)和技術(shù)。質(zhì)譜儀是質(zhì)譜學(xué)研究與應(yīng)用的基礎(chǔ)。質(zhì)譜儀一般包括樣品 引入系統(tǒng)、離子源、離子光學(xué)系統(tǒng)、質(zhì)量分析器、檢測(cè)器、數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)、真空系統(tǒng)等。國(guó)際著名質(zhì)譜大師R. Graham Cooks教授認(rèn)為無(wú)論是對(duì)有機(jī)質(zhì)譜還是 無(wú)機(jī)質(zhì)譜，質(zhì)譜儀器的心臟是電離源。因此，人們圍繞電離源作出了多種設(shè)計(jì)，如 電子轟擊電離源(EI)、化學(xué)電離源(CI)、場(chǎng)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(xué)電離源(APCI)、基體輔助激光 解吸電離源(MALDI)等。其中，美國(guó)科學(xué)家JohnB. Fenn等正因?yàn)樵诎l(fā)展電噴霧 電離(ESI)這一軟電離源方面做出了重大貢獻(xiàn)而獲得了 2002年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。因 此，新離子源的開(kāi)發(fā)對(duì)現(xiàn)代科學(xué)、國(guó)計(jì)民生均具有重要意義。目前已披露的用于有機(jī)質(zhì)譜分析的各種電離源主要有EI、 ESI、 APCI、 MALDI、 PI等，雖然各有特點(diǎn)和應(yīng)用針對(duì)性，但均需要將樣品轉(zhuǎn)化為特定形態(tài)方能進(jìn)行離子 化。這種預(yù)處理一則費(fèi)時(shí)費(fèi)事，二則難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)。2004年COOKS教授 等提出的DESI源，很好解決了無(wú)須樣品預(yù)處理的情況下直接對(duì)固態(tài)表面上的物質(zhì) 進(jìn)行測(cè)定，為復(fù)雜樣品的實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)提供了思路。但該法靈敏度不高，難以對(duì)液 態(tài)和粉末樣品進(jìn)行直接分析，并使用有害試劑來(lái)產(chǎn)生試劑離子。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種新穎的產(chǎn)生不同物質(zhì)離子的多功能多通道離子源， 使用該離子源，可以在無(wú)需進(jìn)行復(fù)雜的預(yù)處理的情況下直接對(duì)氣、液、固、膠體、 懸濁液、粉末樣品等進(jìn)行質(zhì)譜方法的快速靈敏測(cè)定和實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，具有良好的分 子-離子，離子-離子反應(yīng)性能，是較理想的分子-離子、離子-離子反應(yīng)研究工具。本發(fā)明提供的一種質(zhì)譜儀多通道離子源，包括高壓電源、噴嘴以及樣品盤(pán)，還 包括至少兩個(gè)通道和兩個(gè)噴嘴，其第一通道由第一毛細(xì)管和置于其中的一放電極組 成，放電極的端頭向樣品電離區(qū)方向延伸至第一毛細(xì)管之外，且該第一毛細(xì)管中導(dǎo) 入化學(xué)電離試劑，被放電極的電暈放電而得到的試劑離子進(jìn)入樣品電離區(qū)；第二通 道由鞘氣毛細(xì)管和置于其中的樣品噴嘴組成，且樣品噴嘴的噴射口向樣品電離區(qū)方 向延伸至鞘氣毛細(xì)管之外，且該鞘氣毛細(xì)管具有載氣，樣品噴嘴中載入樣品或輔助 試劑，加壓下第二通道形成樣品或試劑流進(jìn)入樣品電離區(qū)；所述樣品或試劑流在樣 品電離區(qū)內(nèi)與試劑離子碰撞形成樣品離子并被引入質(zhì)譜儀的入口毛細(xì)管中。以上所述質(zhì)譜儀多通道離子源中，包括第三通道，所述第三通道結(jié)構(gòu)與第二通 道相同。以上所述質(zhì)譜儀多通道離子源中，所述第一通道為具有放電針的SDAPCI源。以上所述質(zhì)譜儀多通道離子源中，所述第二、第三通道單獨(dú)作為DESI源使用 或聯(lián)用。以上所述質(zhì)譜儀多通道離子源中，所述通道附有加熱裝置。以上所述質(zhì)譜儀多通道離子源中，所述各通道置于一四維可調(diào)的安裝架上。以上所述質(zhì)譜儀多通道離子源中，還包括一樣品盤(pán)，所述樣品盤(pán)水平設(shè)置，所 述各通道的噴嘴與樣品盤(pán)不在一水平面上，而是在樣品盤(pán)上方，并以一角度和距離 指向樣品盤(pán)。以上所述質(zhì)譜儀多通道離子源中，所述第一通道中化學(xué)電離試劑為氬氣、氮?dú)?或空氣。以上所述質(zhì)譜儀多通道離子源中，所述被檢樣品為氣體、液體、固體或膠體。本發(fā)明提供的質(zhì)譜儀多功能多通道離子源，帶有相應(yīng)的接口，可以和具備 ESI/APCI源的質(zhì)譜儀便捷地進(jìn)行離子源切換、聯(lián)接，在一臺(tái)普通質(zhì)譜儀上配置該電 離源后將可以實(shí)現(xiàn)DESI、 ESI、 SSI、 ESSI、 SDAPCI、 EESI、 EAPCI等眾多離子源的功能。本發(fā)明是集DESI、 APCI、 SDAPCI源的理論與技術(shù)于一身而提出的一種多功能、 多通道離子源及相關(guān)接口技術(shù)。由于采用多通道設(shè)計(jì)且各通道及其噴嘴均為三 四 維可調(diào)并指向樣品電離區(qū)。同時(shí)，還設(shè)有可供放置固態(tài)、液態(tài)或膠態(tài)樣品的樣品盤(pán)。 因此，氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)、膠態(tài)、粉末樣品均可直接分析而無(wú)須樣品預(yù)處理。第一 通道的噴嘴為ESSI/SSI/ESI/APCI源模式，它是一個(gè)采用氬氣(或空氣或氮?dú)?進(jìn) 行工作的基于電暈放電的表面解吸常壓化學(xué)電離源，在這個(gè)裝置中能夠產(chǎn)生豐度很 高的試劑離子(如Ar+離子或水合質(zhì)子)，這些試劑離子具有很高的電離能(15.7eV)， 能夠?qū)Υ蟛糠治镔|(zhì)進(jìn)行化學(xué)電離。而氣、液態(tài)試樣，可從第二通道引入，在噴嘴處 被霧化成為很小的液滴，然后和試劑離子作用，從而使待測(cè)物離子化。當(dāng)固、液態(tài) 試樣置于樣品盤(pán)時(shí)，高能試劑離子撞擊樣品使待測(cè)物離子化。這些待測(cè)物離子通過(guò)
質(zhì)譜儀入口毛細(xì)管被引入到質(zhì)譜儀中，進(jìn)行質(zhì)譜分析。由于第二通道樣品的噴霧方 向與質(zhì)譜儀入口毛細(xì)管不在一直線(xiàn)上，互成一定角度，而且距離比較大，所以不會(huì) 造成質(zhì)譜毛細(xì)管堵塞的現(xiàn)象。因此，將從根本上保證質(zhì)譜技術(shù)在實(shí)時(shí)在線(xiàn)監(jiān)測(cè)中得 到成功的應(yīng)用。第二通道和第三通道的噴嘴為DESI源模式，既可以用于試樣或輔助試劑的引 入，也可以作為DESI單獨(dú)使用。要實(shí)現(xiàn)DESI功能時(shí)其中心石英毛細(xì)管要加高壓，若只為引入試液(或者試劑)用時(shí)則不加高壓。


圖1為本發(fā)明雙通道離子源的結(jié)構(gòu)及工作原理圖；圖2為本發(fā)明帶加熱裝置的雙通道離子源的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明三通道離子源的結(jié)構(gòu)及工作原理圖；圖4為本發(fā)明加載樣品盤(pán)的雙通道離子源的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為使用本發(fā)明電離源對(duì)Claritin藥片有效成分測(cè)定的MS譜圖；圖5A為使用本發(fā)明電離源對(duì)Claritin藥片m/z383的CID譜圖；圖6為使用本發(fā)明電離源對(duì)天然水樣中痕量TNT的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)一級(jí)譜圖；圖6A為使用本發(fā)明電離源對(duì)天然水樣中l(wèi)pptTNT的CID譜圖。
具體實(shí)施方式
與已有單一通道的離子源不同，本發(fā)明提供的為一種多通道離子源。已有的單 一通道的離子源，待測(cè)液體樣品需被氣化，再和載氣一起在通過(guò)單一通道(毛細(xì)管) 并被電離，然后離子流從通道中的噴嘴出口噴出，離子流以一定的速度向四周擴(kuò)散 的同時(shí)在電場(chǎng)的作用下向離子流毛細(xì)管方向運(yùn)動(dòng)，通過(guò)離子流毛細(xì)管的引導(dǎo)進(jìn)入質(zhì) 量分析器。本發(fā)明的離子源包括至少兩個(gè)通道，其中第一通道(毛細(xì)管)中載入化學(xué)電離 試劑(氬氣、氮?dú)饣蚩諝?，該氣體在高壓作用下從噴嘴噴出時(shí)，由于其中央的放 電極產(chǎn)生電暈放電，而產(chǎn)生試劑的離子化，并進(jìn)入電離區(qū)間，而另外通道(如第二 通道、第三通道)中載入待測(cè)樣品或輔助試劑，樣品或輔助試劑從各自通道出口噴 出至該電離區(qū)間，在電離區(qū)間中與第一通道噴出的試劑離子發(fā)生碰撞，進(jìn)而將樣品 中待測(cè)物離子化，待測(cè)物離子在電場(chǎng)和負(fù)壓作用下，通過(guò)質(zhì)譜儀入口毛細(xì)管引入質(zhì) 量分析器。 以下結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的多通道離子源。參見(jiàn)圖1，以?xún)蓚€(gè)通道為例說(shuō) 明多通道離子源的結(jié)構(gòu)和工作原理。該例離子源具有第一通道(SDAPCI噴嘴)I、第二通道(DEsi噴嘴)n，并且第一通道i出口、第二通道n出口以及質(zhì)譜儀入口毛細(xì)管IV之間形成一樣品電離區(qū)A;其中，第一通道I出口端與質(zhì)譜儀入口毛細(xì)管IV端距離在20 80mm，并互成一定角度(90 160° )。第一通道(SDAPCI噴嘴)I由第一毛細(xì)管11和置于其中的一放電極12組成， 放電極12的針頭向樣品電離區(qū)A方向延伸至第一毛細(xì)管11之外約lmm，放電極12 外加高壓電源，化學(xué)電離試劑(氬氣、氮?dú)饣蚩諝?氣流G通過(guò)該第一通道I放電 極12產(chǎn)生的電暈放電而電離，形成試劑離子流進(jìn)入到樣品電離區(qū)A;第二通道(DESI噴嘴)II由鞘氣(或稱(chēng)載氣)毛細(xì)管21和置于其中的樣品毛細(xì) 管22組成的，樣品毛細(xì)管22是比鞘氣毛細(xì)管21更細(xì)的石英毛細(xì)管，且樣品毛細(xì) 管22的噴射口向樣品電離區(qū)A方向延伸至鞘氣毛細(xì)管21之外，鞘氣毛細(xì)管21連 接氮?dú)?，樣品毛?xì)管22連接樣品(氣態(tài)、液態(tài))；液態(tài)樣品難揮發(fā)時(shí)，第二通道II 外接加熱裝置24可實(shí)施加熱(參見(jiàn)圖2)。樣品通過(guò)樣品毛細(xì)管22形成樣品流噴射 到樣品電離區(qū)A;在樣品電離區(qū)A內(nèi)，樣品流在與試劑離子流碰撞的過(guò)程中被離子化，該樣品離 子形成離子流I在電場(chǎng)和負(fù)壓作用下通過(guò)質(zhì)譜儀入口毛細(xì)管IV被引入質(zhì)譜儀的質(zhì)量 分析器中。本發(fā)明中，高壓電源由12V直流電源、電位器、高壓模塊組成提供，亦可直接 從質(zhì)譜儀中取用。本發(fā)明另一實(shí)施方式是在第一通道I和第二通道II的外層分別設(shè)有加熱裝置 14和24，參見(jiàn)圖2，從而得到更好的電離效果并可輔助去溶。本發(fā)明另一實(shí)施方式，在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，通道數(shù)量可增加至三個(gè)，參 見(jiàn)圖3，第三通道III與第一通道I和第二通道II呈三維放置，其噴射口全部朝向樣品電離區(qū)a。第三通道in結(jié)構(gòu)和功能可以與第二通道ii相同，與第二通道n組合使 用時(shí)，可用于輸送輔助試劑；同樣，經(jīng)第二通道n射出的樣品流和第三通道m(xù)射出的輔助試劑(如去溶劑)流與從第一通道I射出的試劑離子流在樣品電離區(qū)A內(nèi)碰 撞使樣品離子化，該樣品離子在外加電場(chǎng)作用下通過(guò)質(zhì)譜儀入口毛細(xì)管IV被引入質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器中。同樣，第三通道in外層也可設(shè)有加熱裝置。本發(fā)明另一實(shí)施方式，在上述實(shí)施方式的基礎(chǔ)上，加設(shè)一樣品盤(pán)。參見(jiàn)圖4所 示，樣品盤(pán)4水平放置，樣品裝載于樣品盤(pán)內(nèi)，第一通道I與樣品盤(pán)4具有一夾角， 同樣，所述質(zhì)譜儀入口毛細(xì)管IV在樣品盤(pán)另一側(cè)與樣品盤(pán)4有一夾角。這樣從第一通道I射出的試劑離子流碰撞樣品盤(pán)4中樣品形成樣品流而進(jìn)入電離區(qū)A中，此時(shí)第二通 道n射出輔助試劑流，在電離區(qū)A中與樣品流接觸或反應(yīng)，在電場(chǎng)和負(fù)壓作用下通 過(guò)質(zhì)譜儀入口毛細(xì)管IV被引入質(zhì)譜儀質(zhì)量分析器中。在不需要加入輔助試劑的情況 下，該實(shí)施例也可以不使用第二通道?？梢岳斫猓谝陨隙喾N變化的實(shí)施例中，為固定并調(diào)節(jié)第一通道I、第二通道ii和第三通道m(xù)的位置，需要設(shè)安裝架，該安裝架為三維或四維可調(diào)，以調(diào)整通道 之間及通道與樣品、質(zhì)譜儀入口毛細(xì)管的距離和角度，以適應(yīng)不同樣品的檢測(cè)需要。本發(fā)明的多通道離子源，可與常見(jiàn)的質(zhì)譜儀(如LCQ、 LTQ、 TSQ等)聯(lián)接， 使普通質(zhì)譜功能升級(jí)、強(qiáng)大，以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣、液、固態(tài)、膠體樣品進(jìn)行質(zhì)譜分析方法 的快速、靈敏測(cè)定，并可用于工業(yè)或環(huán)境過(guò)程中的原位、實(shí)時(shí)、在線(xiàn)、非破壞性分 析。以下用具體檢測(cè)實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明多通道離子源的使用過(guò)程以及檢測(cè)效果。檢測(cè)例一正離子模式下測(cè)定Claritin 藥片中的活性成分氯雷他定 (Loratadine， FW382)本例中可以只使用第一通道和樣品盤(pán)。將離子源聯(lián)接到LTQ質(zhì)譜儀上。實(shí)驗(yàn)時(shí)，將檢測(cè)樣品Claritin 藥片放置在樣品盤(pán)上，調(diào)整好第一通道與樣品盤(pán)的夾角為45-80° ，聯(lián)接到LTQ質(zhì)譜儀上的入口毛細(xì)管與樣品盤(pán)的夾角為5-10° ，調(diào)節(jié)好LTQ質(zhì)譜儀參數(shù)。第一通道中通入化學(xué)電離試劑為氮?dú)?含水量為45 60%)，壓力為0. 1 20psi，放電極加高壓為3 6KV，對(duì)樣品進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)圖5和圖5A。圖5中顯示了強(qiáng)度很高的分子離子峰m/z 383，說(shuō)明該方法能夠有效檢測(cè)到Claritin 藥片中有效成分的準(zhǔn)分子離子峰(m/z 383)，并且二級(jí)質(zhì)譜對(duì)m/z 383的CID圖(參見(jiàn)圖5A)給出明顯的m/z 337峰[M+H-CH3CH20H]+，對(duì)(m/z 338)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了確認(rèn)，從而證明使用本發(fā)明多通道離子源進(jìn)行測(cè)定的準(zhǔn)確性。另外，從圖5中還可以看出，本方法檢測(cè)所獲得的信號(hào)強(qiáng)度為4.86X 107，而在Science上報(bào)道的同樣藥片在同樣條件下由DESI-MS電離源檢測(cè)的信號(hào)強(qiáng)度為5X104?？梢?jiàn)使用本發(fā)明電離源進(jìn)行檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度將大幅提高，顯示使用本發(fā)明電離源不僅可以對(duì)固體樣品可以直接檢測(cè)，還對(duì)于藥品和食品等實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)質(zhì)譜檢測(cè)具有重大意義，本發(fā)明也將對(duì)環(huán)保、化工、公共安全和生命科學(xué)等領(lǐng)域產(chǎn)生積極的影響。 檢測(cè)例二對(duì)天然水樣中的痕量TNT的檢測(cè)。檢測(cè)中，第一通道中通入化學(xué)電離試劑為氬氣，放電極外加高壓為5KV，將被 檢測(cè)水樣通過(guò)第二通道噴射到電離區(qū)。樣品中待測(cè)物在該區(qū)域離子化，引入質(zhì)譜儀
進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果參見(jiàn)圖6和圖6A。結(jié)果顯示，當(dāng)—水樣中的TNT含量為lppt時(shí)，還 能夠進(jìn)行TNT的二級(jí)質(zhì)譜研究。該檢測(cè)結(jié)果顯示，使用本發(fā)明電離源可以提高檢測(cè) 靈敏度，實(shí)現(xiàn)對(duì)痕量物質(zhì)的快速靈敏測(cè)定和實(shí)時(shí)在線(xiàn)檢測(cè)。
以上例舉了兩個(gè)檢測(cè)實(shí)例，除此之外，本發(fā)明還可以通過(guò)調(diào)整外加電壓的極性 和大小、各通道的距離和角度，根據(jù)樣品的性質(zhì)、狀態(tài)靈活改變工作模式，可方便 于進(jìn)行各種不同樣品的質(zhì)譜測(cè)定，大大拓寬了現(xiàn)有質(zhì)譜儀器的應(yīng)用領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1. 一種質(zhì)譜儀多通道離子源，包括高壓電源、噴嘴以及樣品盤(pán)，其特征在于，還包括至少兩個(gè)通道和兩個(gè)噴嘴，其第一通道由第一毛細(xì)管和置于其中的一放電極組成，放電極的端頭向樣品電離區(qū)方向延伸至第一毛細(xì)管之外，且該第一毛細(xì)管中導(dǎo)入化學(xué)電離試劑，被放電極的電暈放電而得到的試劑離子進(jìn)入樣品電離區(qū)；第二通道由鞘氣毛細(xì)管和置于其中的樣品噴嘴組成，且樣品噴嘴的噴射口向樣品電離區(qū)方向延伸至鞘氣毛細(xì)管之外，且該鞘氣毛細(xì)管具有載氣，樣品噴嘴中載入樣品或輔助試劑，加壓下第二通道形成樣品或試劑流進(jìn)入樣品電離區(qū)；所述樣品或試劑流在樣品電離區(qū)內(nèi)與試劑離子碰撞形成樣品離子并被引入質(zhì)譜儀的入口毛細(xì)管中。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀多通道離子源，其特征在于，還包括第三通 道，所述第三通道結(jié)構(gòu)與第二通道相同。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的質(zhì)譜儀多通道離子源，其特征在于，所述第一通道 為具有放電針的SDAPCI源。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的質(zhì)譜儀多通道離子源，其特征在于，所述第二、第 三通道單獨(dú)作為DESI源使用或聯(lián)用。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的質(zhì)譜儀多通道離子源，其特征在于， 所述通道附有加熱裝置。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的質(zhì)譜儀多通道離子源，其特征在 于，所述各通道置于一四維可調(diào)的安裝架上。
7、 根據(jù)權(quán)利要求所述的質(zhì)譜儀多通道離子源，其特征在于，還包括一樣品盤(pán)， 所述樣品盤(pán)水平設(shè)置，所述各通道的噴嘴與樣品盤(pán)不在一水平面上，而是在樣品盤(pán) 上方，并以一角度和距離指向樣品盤(pán)。
8、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的質(zhì)譜儀多通道離子源，其特征在于，所述第 一通道中化學(xué)電離試劑為氬氣、氮?dú)饣蚩諝狻?br> 9、 根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的質(zhì)譜儀多通道離子源，其特征在于，所述被 檢樣品為氣體、液體、固體或膠體。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種質(zhì)譜儀多通道離子源，包括高壓電源、多個(gè)噴嘴和樣品盤(pán)組成的樣品電離區(qū)，還包括至少兩個(gè)通道，其第一通道由第一毛細(xì)管和置于其中的一放電極組成，第二通道由鞘氣毛細(xì)管和置于其中的樣品噴嘴組成，由第二通道射出的樣品流與由第一通道射出的試劑離子碰撞形成樣品離子，或由第一通道射出的試劑離子撞樣品盤(pán)中的樣品而發(fā)生樣品離子化，并被引入質(zhì)譜儀入口毛細(xì)管中。本發(fā)明的多通道離子源，可與常見(jiàn)的質(zhì)譜儀如LCQ、LTQ、TSQ等聯(lián)接，使普通質(zhì)譜儀功能升級(jí)、強(qiáng)大，以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣、液、固態(tài)、膠體樣品進(jìn)行質(zhì)譜分析方法的快速、靈敏測(cè)定，并可用于工業(yè)或環(huán)境過(guò)程中的原位、實(shí)時(shí)、在線(xiàn)、非破壞性分析。
文檔編號(hào)H01J49/10GK101211741SQ20061017031
公開(kāi)日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2006年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月28日
發(fā)明者燮 張, 李建強(qiáng), 王志暢, 羅明標(biāo), 陳煥文 申請(qǐng)人:東華理工學(xué)院