基于溶質(zhì)遷移電噴霧電離技術(shù)的生物樣品質(zhì)譜分析方法
【專利摘要】基于溶質(zhì)遷移電噴霧電離技術(shù)的生物樣品質(zhì)譜分析方法，步驟一、在常溫常壓條件下，先將溶劑注入納升噴霧毛細(xì)管中，步驟二、將樣品加載在溶劑的末端或溶劑的中間；施壓直流電壓在納升噴霧毛細(xì)管，樣品中的目標(biāo)化合物便會(huì)溶解在加載溶劑中并向納升噴霧毛細(xì)管的尖端遷移，進(jìn)而發(fā)生電噴霧行為并被質(zhì)譜檢測(cè)器檢測(cè)到相應(yīng)的信號(hào)，得出分析結(jié)果；本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)便、無(wú)需樣品預(yù)處理、樣品用量少、分析靈敏度高、可用于目標(biāo)化合物的實(shí)時(shí)快速分析等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于溶質(zhì)遷移電噴霧電離技術(shù)的生物樣品質(zhì)譜分析方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種新型的質(zhì)譜電離源技術(shù)，特別涉及一種基于溶質(zhì)遷移電噴霧電離技術(shù)的生物樣品質(zhì)譜分析方法。
技術(shù)背景
[0002]質(zhì)譜分析由于具有靈敏度高、樣品用量少、分析速度快、特異性強(qiáng)等特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域目標(biāo)化合物的定性和定量分析。為了進(jìn)一步提高質(zhì)譜分析的靈敏度、降低分析檢測(cè)限，通常復(fù)雜樣品分析前需經(jīng)過(guò)繁瑣的樣品分離純化等步驟對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，該過(guò)程不僅耗時(shí)、耗力，同時(shí)也不利于小體積生物樣品的定性和定量分析。
[0003]為了簡(jiǎn)化復(fù)雜樣品的分析過(guò)程，自1989年美國(guó)耶魯大學(xué)的Fenn教授發(fā)明了電噴霧電離源技術(shù)【Science 246，64_71 (1989)】后，迄今已發(fā)展了不同類型的電離技術(shù)用于簡(jiǎn)化或去除質(zhì)譜分析前樣品的預(yù)處理過(guò)程。其中一個(gè)研究方向是發(fā)展新型的常壓電離源技術(shù)。由于該技術(shù)具有操作簡(jiǎn)單、分析通量高、價(jià)格低廉、無(wú)需樣品預(yù)處理等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)今已相繼發(fā)展了不同的電離技術(shù)，如解吸電噴霧電離技術(shù)(Desorpt1n Electrospray1nizat1n, DESI) [Science 306，471-473 (2004)】,實(shí)時(shí)直接分析技術(shù)(Direct Analysisin Real Time, DART)【Anal.Chem.77, 2297-2302(2005)】、低溫等離子體技術(shù)(LowTemperature Plasma, LTP)【Anal.Chem.77，229T7-23O2 (2OO5)】、紙噴霧電離源技術(shù)(PaperSpray 1nizat1n, PSI) [Angew.Chem.1nt.Edit.49, 877-880 (2010)】等。盡管這些技術(shù)已廣泛應(yīng)用于不同目標(biāo)化合物的快速分析，然卻由于這種方法靈敏度較低，不適合小體積樣品的分析。納升電噴霧電離源技術(shù)是一類有別于常壓電離源的質(zhì)譜電離技術(shù)，該技術(shù)由于樣品用量少、分析流速低，具有較高的靈敏度，為小體積復(fù)雜樣品的實(shí)時(shí)、直接分析提供了一種新途徑。為了提高納升電噴霧電離源技術(shù)在復(fù)雜樣品分析方面的性能，2011年Huang等提出了一種誘導(dǎo)納升電噴霧電離源技術(shù)【Angew.Chem.1nt.Edit.50, 9907-9910 (2011)】。該技術(shù)是將一脈沖式直流電壓施加在納升電噴霧電離毛細(xì)管的尖端，這種方法有效避免了電極與噴霧溶劑的直接接觸，可直接對(duì)復(fù)雜樣品基體(如血清、尿樣、高濃度鹽溶液等)中的目標(biāo)化合物進(jìn)行快速分析，最低定量限可達(dá)到2ng.mL—1。為了有效去除復(fù)雜樣品中基體的干擾，2013年Wei等提出了一種階梯電壓納升電噴霧電離技術(shù)【Angew.Chem.1nt.Edit.52，11025-11028(2013)】，該方法是先在納升電噴霧毛細(xì)管上施加5.2kV的高壓，持續(xù)時(shí)間為30秒，然后將電壓調(diào)節(jié)至2.4kV對(duì)目標(biāo)化合物進(jìn)行分析。盡管這些方法對(duì)小體積復(fù)雜樣品的快速分析起到了關(guān)鍵作用，但是它們并不能有效避免樣品基體的干擾，從而不利于質(zhì)譜分析靈敏度的提高。為此，發(fā)展可有效去除樣品基質(zhì)干擾的方法對(duì)小體積樣品的高靈敏質(zhì)譜分析將會(huì)起到至關(guān)重要的作用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了克服上述技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于溶質(zhì)遷移電噴霧電離技術(shù)的生物樣品質(zhì)譜分析方法，該方法是基于有機(jī)溶劑對(duì)生物樣品中強(qiáng)極性化合物較弱的溶解能力，有機(jī)溶劑可將生物基質(zhì)中的目標(biāo)化合物有效萃取出來(lái)并遷移至納升毛細(xì)管的尖端發(fā)生電噴霧行為，而生物基體仍保留在原處的思想，采用該電離源技術(shù)可直接對(duì)小體積、復(fù)雜樣品中的目標(biāo)化合物進(jìn)行快速、高靈敏度分析，可有效避免生物樣品中基體對(duì)分析目標(biāo)化合物的干擾，同時(shí)該方法具有操作簡(jiǎn)單、無(wú)需樣品預(yù)處理、靈敏度高等特點(diǎn)。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0006]基于溶質(zhì)遷移電噴霧電離技術(shù)的生物樣品質(zhì)譜分析方法，包括以下步驟:
[0007]步驟一、在常溫常壓條件下，先將溶劑注入納升噴霧毛細(xì)管中，所采用的溶劑為有機(jī)溶劑，包括甲醇、乙醇、異丙醇或乙腈，溶劑的體積為10-25 yL ;納升噴霧毛細(xì)管包括石英毛細(xì)管、玻璃毛細(xì)管，納升噴霧毛細(xì)管的尖端孔徑大小可為10-50μπι ;
[0008]步驟二、將樣品加載在溶劑的末端或溶劑的中間，樣品的體積為1-5 μ L，樣品為生物樣品，包括血樣、尿樣或食品；施壓直流電壓在納升噴霧毛細(xì)管，電壓大小為1.5 -4.0kV ;樣品中的目標(biāo)化合物便會(huì)溶解在加載溶劑中并向納升噴霧毛細(xì)管的尖端遷移，進(jìn)而發(fā)生電噴霧行為并被質(zhì)譜檢測(cè)器檢測(cè)到相應(yīng)的信號(hào)，得出分析結(jié)果，質(zhì)譜檢測(cè)器為三重四極質(zhì)譜儀或線性離子肼質(zhì)譜儀。
[0009]本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn):1、本電噴霧電離源技術(shù)可在常溫、常壓條件進(jìn)行操作，具有操作簡(jiǎn)單、分析速度快等特點(diǎn)。2、本電噴霧電離源技術(shù)無(wú)需樣品預(yù)處理。采用本電離源技術(shù)，可直接對(duì)復(fù)雜生物樣品進(jìn)行直接分析，無(wú)需復(fù)雜的樣品純化分離步驟。3、本電噴霧電離源技術(shù)靈敏度高。本電離源技術(shù)可有效去除樣品基質(zhì)對(duì)分析目標(biāo)化合物的干擾，同時(shí)兼顧納升電噴霧電離源靈敏度高的優(yōu)點(diǎn)，促使該電離源技術(shù)對(duì)復(fù)雜樣品中目標(biāo)化合物分析具有較高的靈敏度。4、本電離源技術(shù)樣品用量少。采用本發(fā)明的電離體系，所需分析樣品的體積為微升級(jí)，甚至更低。5、本電離源技術(shù)可用于目標(biāo)樣品的實(shí)時(shí)快速分析。采用本發(fā)明裝置，可對(duì)小體積復(fù)雜樣品中的目標(biāo)化合物進(jìn)行實(shí)時(shí)快速分析。
[0010]本發(fā)明具有操作簡(jiǎn)便、無(wú)需樣品預(yù)處理、樣品用量少、分析靈敏度高、可用于目標(biāo)化合物的實(shí)時(shí)快速分析等特點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1是將2 μ L含有I μ g.mL—1維拉帕米藥物化合物的血樣加載到注有20 μ L甲醇溶劑毛細(xì)管末端(毛細(xì)管尖端的孔徑為20 μ m)噴霧前后血樣位置的變化情況:圖1A為噴霧前；圖1B為噴霧后，噴霧電壓為:2.0kV。
[0012]圖2是將2 μ L含有I μ g.mL—1維拉帕米藥物化合物的血樣加載到注有20 μ L甲醇溶劑毛細(xì)管中間(毛細(xì)管尖端的孔徑為20μπι)噴霧前后血樣位置的變化情況:圖2Α為噴霧前；圖2Β噴霧后，噴霧電壓為:2.0kV。
[0013]圖3是將2 μ L含有I μ g.mL—1維拉帕米藥物化合物的血樣加載到注有20 μ L甲醇溶劑毛細(xì)管末端，毛細(xì)管尖端的孔徑分別為I μ m和20 μ m，噴霧一段時(shí)間后特征離子峰m/z 165峰強(qiáng)度的變化趨勢(shì):㈧毛細(xì)管的尖端為I μ m ;⑶毛細(xì)管的尖端為20 μ m ; (C)采用毛細(xì)管尖端孔徑尺寸為Iym所得特征離子峰m/z 165的信號(hào)；(D)采用毛細(xì)管尖端孔徑尺寸為20 μ m所得特征離子峰m/z 165的信號(hào)(噴霧電壓為:2.0kV)。
[0014]圖4是溶質(zhì)遷移電噴霧電離源(AM-ESI)與紙噴霧電離源(PSI)分析靈敏度的比較(分析樣品:含有不同濃度維拉帕米藥物化合物0.05 -1OOOng.mL-1的血樣；樣品量:2yL;溶劑:20 μ L甲醇；溶質(zhì)遷移電噴霧電壓:2.0kV ;紙噴霧電壓:3.5kV;溶質(zhì)遷移電噴霧毛細(xì)管尖％5尺寸:15μπι)。
[0015]圖5是溶質(zhì)遷移電噴霧電離源對(duì)不同復(fù)雜生物樣品分析的質(zhì)譜圖:圖5Α為橄欖油，溶劑:20μ?甲醇；噴霧電壓:+2.0kV);圖5B為豬肝臟，溶劑:20μ?乙醇；噴霧電壓:-2.0kV ;分析樣品:采用注射器針頭在豬肝臟表皮內(nèi)4mm處取一定量體積的樣品；圖5C為黑發(fā)根，圖為白發(fā)根溶劑:20 μ L甲醇；噴霧電壓:+2.0kV ;分析樣品:發(fā)根是從一志愿者頭部直接取樣。
[0016]圖6是溶質(zhì)遷移電噴霧電離源對(duì)不同食用植物油，包括芝麻油、橄欖油、花生油、玉米油和芥末油樣品所得質(zhì)譜圖的PCA分析結(jié)果，溶劑:20μ L甲醇；噴霧電壓:-1.5kV ;樣品體積:2μ Lo
[0017]圖7是本發(fā)明的裝置及其步驟示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0018]下面通過(guò)實(shí)施例詳述本發(fā)明；但本發(fā)明并不限于下述的實(shí)施案例。
[0019]參照?qǐng)D7，基于溶質(zhì)遷移電噴霧電離技術(shù)的生物樣品質(zhì)譜分析方法，包括以下步驟:
[0020]步驟一、在常溫常壓條件下，先將溶劑注入納升噴霧毛細(xì)管中，所采用的溶劑為有機(jī)溶劑，包括甲醇、乙醇、異丙醇或乙腈，溶劑的體積為10-25 yL ;納升噴霧毛細(xì)管包括石英毛細(xì)管、玻璃毛細(xì)管，納升噴霧毛細(xì)管的尖端大小為10-50 μ m ；
[0021]步驟二、將樣品加載在溶劑的末端或溶劑的中間，樣品的體積為l-5yL，樣品為生物樣品，包括血樣、尿樣或食品；施壓直流電壓在納升噴霧毛細(xì)管，電壓大小為1.5 -4.0kV ;復(fù)雜樣品中的目標(biāo)化合物便會(huì)溶解在加載溶劑中并向納升噴霧毛細(xì)管的尖端遷移，進(jìn)而發(fā)生電噴霧行為并被質(zhì)譜檢測(cè)器檢測(cè)到相應(yīng)的信號(hào)，得出分析結(jié)果，質(zhì)譜檢測(cè)器為三重四極質(zhì)譜儀或線性離子肼等質(zhì)譜儀。
[0022]實(shí)施例一
[0023]溶質(zhì)遷移電噴霧電離源將分析樣品加載在溶劑的末端
[0024]室溫條件下，將20 μ L溶劑(甲醇)注入尖端孔徑尺寸為20 μ m的毛細(xì)管，然后采用移液器將2 μ L含有目標(biāo)藥物化合物的血樣加載在溶劑的末端。當(dāng)施加2.0kV的直流電壓后，血樣中的藥物化合物便會(huì)被溶劑萃取出來(lái)，并向毛細(xì)管的尖端遷移，進(jìn)而發(fā)生電噴霧行為。在該過(guò)程中，血樣基質(zhì)不會(huì)隨著溶劑的遷移而發(fā)生變化，具體過(guò)程如圖1所示。圖1A為當(dāng)加入2 μ L血樣后電噴霧毛細(xì)管的情況；圖1B為當(dāng)施加2.0kV直流電壓在噴霧毛細(xì)管一段時(shí)間后，毛細(xì)管所拍圖片，從中可看出，噴霧前后血樣的位置基本保持不變。
[0025]實(shí)施例二
[0026]溶質(zhì)遷移電噴霧電離源將分析樣品加載在溶劑的中間
[0027]室溫條件下，將20 μ L溶劑(如甲醇)注入尖端孔徑尺寸為20 μ m的毛細(xì)管，然后采用移液器將2 μ L含有目標(biāo)藥物化合物的血樣加載在溶劑的中間。當(dāng)施加2.0kV的直流電壓后，血樣中的藥物化合物便會(huì)被溶劑萃取出來(lái)，并向毛細(xì)管的尖端遷移，進(jìn)而發(fā)生電噴霧行為。在該過(guò)程中，血樣基質(zhì)不會(huì)隨著溶劑的遷移而發(fā)生變化，具體過(guò)程如圖2所示。圖2Α為當(dāng)加入2 μ L血樣后電噴霧毛細(xì)管的情況；圖2Β為當(dāng)施加2.0kV直流電壓在噴霧毛細(xì)管一段時(shí)間后，毛細(xì)管所拍圖片，從中可看出，噴霧前后血樣的位置基本保持不變。
[0028]實(shí)施例三
[0029]毛細(xì)管尖端尺寸對(duì)溶質(zhì)遷移電噴霧電離源的影響
[0030]室溫條件下，將20 μ L溶劑(如甲醇)分別注入尖端孔徑尺寸為I μ m和20 μ m的毛細(xì)管，然后采用移液器將2 μ L含有目標(biāo)藥物化合物如維拉帕米(濃度為I μ g.ml/1)的血樣加載在溶劑的末端。當(dāng)施加2.0kV的直流電壓后，溶劑便會(huì)在毛細(xì)管的尖端發(fā)生電噴霧行為。在該過(guò)程中，采用尖端尺寸為Iym的毛細(xì)管，30min內(nèi)觀察不到明顯的特征分子峰強(qiáng)度的變化(如圖3A所示)；相反，當(dāng)采用尖端尺寸為20 μ m的毛細(xì)管，經(jīng)過(guò)大約2min左右的溶質(zhì)遷移過(guò)程，目標(biāo)藥物化合物的質(zhì)譜信號(hào)達(dá)到最高值(如圖3B所示)。從中可看出，由于血樣的位置基本保持不變(如圖1A所示)，而血樣中目標(biāo)藥物化合物的信號(hào)通過(guò)該過(guò)程的遷移達(dá)到最高值，說(shuō)明分析化合物在毛細(xì)管中發(fā)生了溶質(zhì)遷移，進(jìn)而到達(dá)毛細(xì)管的尖端發(fā)生電噴霧行為，而血樣由于與有機(jī)溶劑如甲醇較弱的溶解能力，其位置保持不變。
[0031]實(shí)施例四
[0032]溶質(zhì)遷移電噴霧電離源具有較高的靈敏度
[0033]室溫條件下，將20 μ L溶劑(如甲醇)注入尖端孔徑尺寸為20μπι的毛細(xì)管，然后采用移液器將2μ L含有不同濃度目標(biāo)藥物化合物如維拉帕米(濃度介于0.05-1000ng.πιΓ1)的血樣加載在溶劑的中間。當(dāng)施加2.0kV的直流電壓后，溶劑便會(huì)在毛細(xì)管的尖端發(fā)生電噴霧行為。通過(guò)對(duì)所得數(shù)據(jù)的總結(jié)分析，所得藥物化合物特征碎片峰m/z 165的強(qiáng)度隨維拉帕米濃度的變化曲線如圖4所示，可看出，采用發(fā)展的遷移電噴霧電離技術(shù)對(duì)維拉帕米的最低定量限可達(dá)到0.5ng.mL—1。相反，在相同條件下，當(dāng)采用紙噴霧電離技術(shù)[Angew.Chem.1nt.Edit.49, 877-880 (2010)】時(shí)，其最低定量限為 5ng.mL、由此可見(jiàn)，采用發(fā)展的溶質(zhì)遷移電噴霧電離技術(shù)，其質(zhì)譜分析的靈敏度提高了一個(gè)數(shù)量級(jí)。
[0034]實(shí)施例五
[0035]溶質(zhì)遷移電噴霧電離源可用于各種復(fù)雜生物樣品的快速分析
[0036]室溫條件下，將20 μ L有機(jī)溶劑注入尖端孔徑尺寸為20 μ m的毛細(xì)管，然后將不同生物樣品如食用植物油、動(dòng)物腎臟、頭發(fā)樣品等加載在溶劑的中間。當(dāng)施加2.0kV的直流電壓后，溶劑便會(huì)將復(fù)雜樣品中的化合物溶解，并將其遷移到噴霧毛細(xì)管的尖端發(fā)生電噴霧行為。圖5為不同復(fù)雜生物樣品采用溶質(zhì)遷移電噴霧電離源所得質(zhì)譜圖。
[0037]實(shí)施例六
[0038]溶質(zhì)遷移電噴霧電離源可用于復(fù)雜生物樣品的快速辨別
[0039]室溫條件下，將20 μ L溶劑(如甲醇)注入尖端孔徑尺寸為20 μ m的毛細(xì)管，然后采用移液器將2 μ L植物油加載在溶劑的末端。當(dāng)施加-1.5kV的直流電壓后，溶劑便會(huì)在毛細(xì)管的尖端發(fā)生電噴霧行為，通過(guò)質(zhì)譜檢測(cè)便會(huì)得到相應(yīng)的質(zhì)譜圖。經(jīng)過(guò)對(duì)質(zhì)量范圍為m/z 50-1200所有離子峰的PCA分析，所得五種植物油的PCA分析結(jié)果如圖6所示。由圖可看出，采用發(fā)展的溶質(zhì)遷移電噴霧電離技術(shù)可有效辨別所選用的五種復(fù)雜植物油(芝麻油、橄欖油、花生油、玉米油和芥末油)。
【權(quán)利要求】
1.基于溶質(zhì)遷移電噴霧電離技術(shù)的生物樣品質(zhì)譜分析方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、在常溫常壓條件下，先將溶劑注入納升噴霧毛細(xì)管中，所采用的溶劑為有機(jī)溶齊U，包括甲醇、乙醇、異丙醇或乙腈，溶劑的體積為10-25 μ L ;納升噴霧毛細(xì)管包括石英毛細(xì)管、玻璃毛細(xì)管，毛細(xì)管的尖端孔徑大小為10-50 μ m ； 步驟二、將樣品加載在溶劑的末端或溶劑的中間，樣品的體積為1_5μ L，樣品為生物樣品，包括血樣、尿樣或食品；施壓直流電壓在納升噴霧毛細(xì)管，電壓大小為1.5 - 4.0kV ;樣品中的目標(biāo)化合物便會(huì)溶解在加載溶劑中并向納升噴霧毛細(xì)管的尖端遷移，進(jìn)而發(fā)生電噴霧行為并被質(zhì)譜檢測(cè)器檢測(cè)到相應(yīng)的信號(hào)，得出分析結(jié)果，質(zhì)譜檢測(cè)器為三重四極質(zhì)譜儀或線性離子肼質(zhì)譜儀。
【文檔編號(hào)】G01N27/64GK104316592SQ201410616034
【公開日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】張智平, 鄭亞君, 張新榮 申請(qǐng)人:西安石油大學(xué)