專利名稱：用于質(zhì)譜儀的解吸電離裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及常溫常壓下的質(zhì)譜技術(shù)，尤其涉及在常壓下使被測物解吸、電 離以被導(dǎo)入進行質(zhì)量分析的用于質(zhì)譜儀的解吸電離裝置。
背景技術(shù)：
隨著質(zhì)譜技術(shù)在科研、生產(chǎn)和環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域越來越廣泛的應(yīng)用，如何將常 溫常壓下的被測定物直接電離并導(dǎo)入在真空條件下工作的質(zhì)譜儀進行分析己 變成人們目前最感興趣的課題之一。
電噴霧電離法(ESI)和大氣壓基質(zhì)輔助激光解吸電離(AP-MALDI)的出
現(xiàn)分別解決了液相和固相的常壓離子化的問題，然而大氣壓基質(zhì)輔助激光解吸 電離由于要在固態(tài)樣品中混和基質(zhì)，這對固體表面的直接快速分析造成了很大
的困難，因而其它的針對固體表面的常壓離子化方法應(yīng)運而生?！禨cience》雜 志，第306巻，471-473頁(2004年)中介紹了一種以電噴霧電離法中的電噴離 子束在大氣壓下將固體表面的被測物解吸/電離，并將離子導(dǎo)入質(zhì)譜儀進行質(zhì)量 分析的方法(解吸電噴離子化DESI)。簡捷、快速的特點使此種電離方法極大 地填補了質(zhì)譜領(lǐng)域?qū)τ跇悠番F(xiàn)場直接分析的空白。
隨后其它一些基于常壓下的樣品直接分析技術(shù)也取得了一定成功，例如，
《Analytical Chemistry》雜志，第77巻，2297-2302頁(2005年)中介紹的實 時直接分析法(DART)利用亞穩(wěn)態(tài)的氦原子取代了電噴離子束從而對吸附在 固體表面的弱極性小分子進行分析。再如美國專利US20070187589和
《Analytical Chemistry》雜志，第79巻，7867-7872頁分別介紹的與DESI類似 的解吸大氣壓化學(xué)電離(DAPCI)和解吸大氣壓光電離(DAPPI)技術(shù)，前者 是利用電暈放電，而后者是利用真空紫外光來輔助電離，尤其對DESI較難電 離的非極性和低極性小分子的分析取得了一定的成功。然而，以上幾種直接分析法均采用分子或離子束進行對被測物的解吸，而 在常壓下由于粒子束和空氣分子的碰撞會使得對被測物表面的解吸面積很難 控制，因而獲得較高的空間分辨率將變得十分困難。對于質(zhì)譜化學(xué)圖像表征
(Chemical Imaging)而言，較低的空間分辨率使得這些技術(shù)難以在其上應(yīng)用。 為解決這個問題，《Rapid Communication in Mass Spectrometry》雜志，第19 巻，3701-3704頁(2005年)中介紹了一種以紫外激光為解吸工具、以電噴離 子束為電離工具的常壓直接分析法(電噴輔助激光解吸電離(ELDI))。該方 法由于以激光為解吸源，樣品表面的解吸面積得到了很好的控制，這使得常壓 下的質(zhì)譜圖像表征變得可能。與之類似的技術(shù)如《Rapid Communication in Mass Spectrometry》雜志，第16巻，681-685頁(2002年)中所述的使用紅外激光 為解吸源、以大氣壓化學(xué)電離源為離子源的激光解吸化學(xué)電離技術(shù)(LDCI)， 以其對低極性分子的有效電離而與上述的ELDI法有著互補的作用。然而對于 電離非極性的小分子而言，大氣光電離(APPI)由于可直接用光子激發(fā)氣相樣 品而存在著更大的優(yōu)勢。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的之一是提供一種用于質(zhì)譜儀的解吸電離裝置，其將激光解吸和 大氣光電離法結(jié)合在一起以使得基于激光解吸的常壓直接分析技術(shù)更為完善。
本發(fā)明的另一目的是提供一種用于質(zhì)譜儀的解吸電離裝置，其將兩種常壓 直接分析技術(shù)(ELDI和本發(fā)明中的激光解吸大氣光電離)整合在一個離子源 中，以期達(dá)到對不同性質(zhì)的的樣品進行同時分析的目的，從而提高分析復(fù)雜混 合物的效率，并省去更換離子源的繁瑣步驟。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題而采用的技術(shù)方案是提供一種用于質(zhì)譜儀的 解吸電離裝置，包括激光器、激光光學(xué)系統(tǒng)以及紫外線燈。激光器產(chǎn)生激光束； 激光光學(xué)系統(tǒng)會聚激光束于被測樣品表面，使樣品中的被測物解吸或氣化。紫 外線燈設(shè)置于鄰近上述解吸或氣化發(fā)生處，用于發(fā)出紫外線而導(dǎo)致被解吸或氣 化的至少一部分被測物分子電離。 一連接質(zhì)譜儀分析器的吸入口將電離了的被 測物引向質(zhì)譜分析器。
在上述解吸電離裝置中，還包括一霧化裝置，其在上述被解吸或氣化的被測物分子途經(jīng)的區(qū)域產(chǎn)生輔助電離的氣體或霧滴，進而增強被測物中至少一部 分分子的電離效果。
上述的霧化裝置包括霧化毛細(xì)管和噴針。在第一模式下，噴針向被測物分 子途經(jīng)的區(qū)域噴射液態(tài)添加劑，霧化毛細(xì)管引入霧化氣體至噴針噴出液化添加 劑的端口，其中液態(tài)添加劑會在霧化氣體的輔助下于被測物分子途經(jīng)的區(qū)域霧
化或氣化。在第二模式下，霧化毛細(xì)管直接引入氣態(tài)添加劑至被測物分子途經(jīng) 的區(qū)域，以便作為輔助光電離的氣體反應(yīng)物。
在上述的解吸電離裝置中，霧化裝置進一步是一個電噴霧裝置，其產(chǎn)生的 帶電霧滴在前行途中與所述被解吸或氣化的被測物分子融合，進而增強被測物 中至少一部分分子的電離效果。
上述的電噴霧裝置包括霧化毛細(xì)管、噴針和高壓電源。霧化毛細(xì)管引入霧 化氣體至所述被測物分子途經(jīng)的區(qū)域。噴針會向所述被測物分子途經(jīng)的區(qū)域噴 射電噴溶劑，高壓電源會在噴針噴射電噴溶劑前先施加高壓電于溶劑使其帶 電。其中電噴溶劑會在霧化氣體輔助下于被測物分子途經(jīng)的區(qū)域產(chǎn)生帶電霧滴。
上述解吸電離裝置還包括一個腔體，此腔體呈多路通道狀，包括主通道、 第一支路以及第二支路，其中主通道一側(cè)安裝激光光學(xué)系統(tǒng)，另一側(cè)具有對準(zhǔn) 被測樣品的開孔，使經(jīng)由激光光學(xué)系統(tǒng)會聚的激光束照在被測樣品上；紫外線 燈光線至少部分照入主通道內(nèi)；第一支路連接質(zhì)譜儀分析器的吸入口，第二支 路上安裝霧化裝置。
在上述的解吸電離裝置中，還包含一個機動樣品架，被測樣品置于樣品架 上，通過移動樣品架，可以使激光束照射斑點在樣品表面掃描。
本發(fā)明的解吸電離裝置中，紫外線燈可以使用波長小于200nm的真空紫 外線燈。激光器可以使用半導(dǎo)體紅外激光器。
本發(fā)明的解吸電離裝置中，激光光學(xué)系統(tǒng)包括與激光器波長相匹配的光導(dǎo) 纖維和聚焦透鏡，光導(dǎo)纖維從激光器導(dǎo)出激光，聚焦透鏡聚焦光導(dǎo)纖維導(dǎo)出的 激光于被測樣品。
本發(fā)明由于采用以上技術(shù)方案，使之與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下顯著優(yōu)點 1.結(jié)合激光解吸和大氣壓光離子化法而設(shè)計的解吸電離裝置，使得基于激光解吸的常壓直接分析技術(shù)更為完善；
2. 通過霧化裝置輔助紫外線燈進行電離，可以提高被測物的電離效果， 適合電離弱極性或非極性的小分子；而電噴霧裝置的結(jié)合使用將會大大提高離 子源對于分析復(fù)雜組分的兼容性。
3. 通道式腔體設(shè)計，使得通入離子源內(nèi)的反應(yīng)氣的局部濃度能夠得到更 有效的保持，提高了離子化效率。
4. 機動樣品架的設(shè)計，可以進行樣品表面掃描而獲得樣品表面的圖像表征。


為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能更明顯易懂，以下結(jié)合附圖對本發(fā) 明的具體實施方式
作詳細(xì)說明，其中
圖1是本發(fā)明一個較佳實施例的解吸電離裝置示意圖。
圖2是本發(fā)明一個實施例的解吸電離裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
本發(fā)明適用于電離附著于各種固體表面的被測物樣品。在本發(fā)明的較佳實 施例中，測試中的離子化過程既可以通過激光解吸光電離完成，也可以通過對 解吸后的被測物分子同時進行光電離和電噴霧電離，后者可以達(dá)到最大程度地 電離混合物中的各個組分的目的。
請參照圖1所示，圖1是本發(fā)明一個較佳實施例的解吸電離裝置示意圖。 用于解吸被測樣品的激光例如采用的是半導(dǎo)體紅外激光器5，其波長范圍最好 在800-1200 nm之間。激光器通常以連續(xù)波狀態(tài)工作，但必要時也可使用快速 電源開關(guān)使其在脈沖狀態(tài)下工作。激光束2離開激光器5后進入由光導(dǎo)纖維4 和聚焦透鏡3組成的激光光學(xué)系統(tǒng)，其中由光導(dǎo)纖維4從激光器5導(dǎo)入離子源， 經(jīng)過聚焦透鏡3的會聚，聚焦在被測樣品15表面。
在一個實施例中，紫外激光，如337 nm氮氣激光和355nm的Nd/YAG激 光也可作為被測樣品的解吸源，只是激光強度要控制得較低，否則很容易造成 母離子電離并破碎。用于電離的紫外線燈采用的是波長小于200 nm的真空紫外線燈6，其發(fā)射 的紫外線7的光子能量在10到12 eV之間。在這一能量范圍的光子會被大氣中 的氧氣強烈地吸收，因而其在大氣中的飛行距離很短。因此真空紫外線燈的燈 頭要盡量深入離子源腔內(nèi)且鄰近上述解吸或氣化發(fā)生處(以不妨礙解吸用激光 束照射到樣品為限)，以便被激光解吸的被測物分子能夠及時電離。
被電離后的至少一部分被測物分子會從連接質(zhì)譜儀分析器的吸入口1導(dǎo)入 質(zhì)譜儀中進行分析。
在參照圖1的一個較佳實施例中，本發(fā)明還包括一個用于引入添加劑來輔 助光電離解吸物的霧化裝置，其包括霧化毛細(xì)管8和溶劑通道9以及噴針12; 如圖1所示，在第一模式下，噴針12會將從溶劑通道9引入的液態(tài)添加劑10 噴向被測物分子途經(jīng)的區(qū)域，而此模式下，霧化毛細(xì)管8會將霧化氣體lla引 入至噴針噴射液態(tài)添加劑的端口，并使噴出的液滴在霧化氣體的輔助下霧/汽 化。而在第二模式下，霧化毛細(xì)管8會將氣態(tài)添加劑11引入至被測物分子途 經(jīng)的區(qū)域，以作為輔助紫外光電離的氣體反應(yīng)物。氣態(tài)添加劑或是霧/汽化的液 態(tài)添加劑會在離子源腔體17中首先被真空紫外線電離，然后再與激光解吸物 發(fā)生電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)，進而增強被測物中至少一部分分子的電離效果。其中霧化 氣體lla可以是氮氣等常用氣體。
在進一步的較佳實施例中，本發(fā)明的霧化裝置是電噴霧裝置，此時噴針12 會作為電噴噴針，溶劑通道9會被高壓電源13施加一高壓電而使其中電噴溶 劑10a帶電。帶電溶劑10a與霧化氣體lla會在被測物分子途經(jīng)的區(qū)域產(chǎn)生帶 電霧滴，進而增強被測物中至少一部分分子的電離效果。電噴霧所使用的溶劑 可以是常用的電噴用溶劑10a，如甲醇和水的混合物等。輔助電噴的霧化氣體 lla也可以是氮氣等常用氣體。電噴霧時的電壓最好控制在3 5kV，以保證電 噴霧電離的正常工作。
此外，本發(fā)明的裝置還包括一個多通道腔體，圖2是本發(fā)明的一種多通道 腔體式解吸電離裝置。離子源腔體17可由鋁或塑料制成，局部內(nèi)壁可以鍍金 屬以保證適當(dāng)?shù)碾娢环植肌榱吮阌诩庸ず颓逑?，腔體由前后兩部分組成，每 一部分包含腔體各通道的一半。兩部分由定位銷定位，由定位螺栓鎖緊。
腔體17呈多路通道狀，包括一個主通道20，主通道一側(cè)安裝激光光學(xué)系統(tǒng)的光導(dǎo)纖維4以及聚焦透鏡3，主通道另一側(cè)具有對準(zhǔn)被測樣品15的開孔， 使經(jīng)過會聚的激光束2照在被測樣品上。紫外線燈6至少有部分光線照入主通 道內(nèi)，以便使紫外線鄰近被測物解吸區(qū)域；連接質(zhì)譜儀分析器(圖未示)的吸 入口1安裝在連通主通道的第一支路上。
另外，在設(shè)有霧化裝置的實施例中，還設(shè)有第二支路來安裝霧化裝置，其 中霧化毛細(xì)管8引入的霧化氣體通向第二支路，而溶劑通道9引入溶劑至位于 第二支路中的噴針12中。
當(dāng)上述的霧化裝置是電噴霧裝置時，還通過高壓電引入接口 16來引入高 壓電源13 (參照圖1)的高壓電信號至電噴針12。
值得注意的是，相比常用的大氣光電離法(APPI)和最近出現(xiàn)的解吸大氣 光電離法(DAPPI)，本發(fā)明的通道式腔體設(shè)計，由于結(jié)構(gòu)緊湊，使得通入離 子源內(nèi)的反應(yīng)氣的局部濃度能夠得到更有效的保持。
下面對本發(fā)明的解吸電離裝置的工作過程進行描述。
進行樣品分析時，樣品15既可放置于機動樣品架14 (參照圖1)上，也 可直接用醫(yī)用鉗托置于離子源下端的進樣口。無論采用哪種方式，被測物表面 要盡量靠近開孔底側(cè)，以使被激光解吸的離子能較容易進入離子源腔體17內(nèi)。
對于沒有霧化裝置或電噴霧裝置的實施例，當(dāng)被激光解吸的被測物分子進 入離子源腔體17后，它們中的一部分隨后會在真空紫外線燈6附近被紫外線 燈發(fā)射的光子直接電離，而其中至少一部分被測物會從連接質(zhì)譜儀的吸入口 1 進入質(zhì)譜儀。
對于具有霧化裝置的實施例而言，其過程如下當(dāng)被激光解吸的被測物分 子進入離子源腔體17后，它們中的一部分隨后會在真空紫外線燈6附近被紫 外線燈發(fā)射的光子直接電離。但由于真空紫外能夠達(dá)到的區(qū)域非常有限，很多 時候需要借助添加劑來間接電離被測物(參見《Analytical Chemistry》雜志， 72巻，3653-3659頁(2000年))。因此，霧化裝置的作用之一就是引入添加 劑。當(dāng)添加劑在常溫下為氣態(tài)時(如甲烷)，可以由霧化毛細(xì)管8直接導(dǎo)入腔 道；而當(dāng)添加劑在常溫下為液態(tài)時(如甲苯)，可以由溶劑通道9經(jīng)噴針12 導(dǎo)入腔道，并于針口處在霧化氣體(由霧化毛細(xì)管8導(dǎo)入)的輔助下霧化/汽化。 最終在腔道中添加劑會被真空紫外燈6發(fā)出的一種真空紫外線7電離或激發(fā)，
9并通過電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)或彭寧反應(yīng)使被解吸或氣化的被測物分子電離。由于離子 源在此工作模式下可以直接或通過電荷轉(zhuǎn)移反應(yīng)而不需通過質(zhì)子遷移來電離 被測物分子，因而上述模式非常適合電離弱極性或非極性的小分子。
然而，在進行現(xiàn)場實時分析時所遇到的樣品，常常會是復(fù)雜的混合物，各 組分的分子量和分子極性會相差很遠(yuǎn)。對于解吸出來的極性分子，如蛋白質(zhì)和 多肽等，電噴霧產(chǎn)生的霧滴將與解吸出來的極性分子發(fā)生融合、質(zhì)子遷移過程， 而大大提高其電離效率。所以，如果同時使用離子源的真空紫外光和電噴霧裝 置，將會大大提高離子源對于分析復(fù)雜組分的兼容性。
因此，對于具有電噴霧裝置的實施例而言，其基本工作過程就是使用激光 先對被測物進行解吸，然后通過真空紫外光和電噴霧同時進行被測物的電離。 這時，電噴霧裝置具有提供電噴霧和反應(yīng)氣的雙重功能。
另外，如前所述，與目前比較流行的大氣壓電離法DESI相比，使用激光 進行樣品的解吸有著高空間分辨率的特點。這一特點使得在大氣壓下對樣品表 面的圖像表征成為可能。因此，本發(fā)明的一個實施例還在離子源的底部安裝了
可以在X、 Y、 Z三個方向移動的機動樣品架14，且樣品臺在X和Y方向上的 移動還可用電腦通過電機進行控制。當(dāng)樣品上的每一個點經(jīng)過激光解吸的位置 時，激光束照射斑點會在樣品表面掃描，質(zhì)譜儀會測量并記錄下該點所有的質(zhì) 量信息，最后當(dāng)所有各點的質(zhì)量信息被整合在一起時，可以得到一幅被測物表 面的質(zhì)量分布圖。
雖然本發(fā)明已以較佳實施例揭示如上，然其并非用以限定本發(fā)明，任何本 領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當(dāng)可作些許的修改和完善， 因此本發(fā)明的保護范圍當(dāng)以權(quán)利要求書所界定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1. 一種用于質(zhì)譜儀的解吸電離裝置，包括激光器，用于產(chǎn)生激光束；激光光學(xué)系統(tǒng)，用于會聚所述激光束于被測樣品表面，使樣品中的被測物解吸或氣化；紫外線燈，設(shè)置于鄰近上述解吸或氣化發(fā)生處，用于發(fā)出紫外線而導(dǎo)致被解吸或氣化的至少一部分被測物分子電離；以及連接質(zhì)譜儀分析器的吸入口，用于將電離了的被測物引向質(zhì)譜分析器。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1的所述解吸電離裝置，其特征在于，還包括一霧化裝置，其在上述被解吸或氣化的被測物分子途經(jīng)的區(qū)域產(chǎn)生用于輔助電離的氣體或霧滴，進而增強被測物中至少一部分分子的電離效果。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2的所述解吸電離裝置，其特征在于，所述霧化裝置包括噴針，用于在一第一模式下向所述被測物分子途經(jīng)的區(qū)域噴射液態(tài)添加劑；霧化毛細(xì)管，用于在一第二模式下，引入氣態(tài)添加劑至所述被測物分子途經(jīng)的區(qū)域，或在一第一模式下，引入霧化氣體至所述噴針噴出所述液態(tài)添加劑的端口；其中所述液態(tài)添加劑會于所述被測物分子途經(jīng)的區(qū)域在所述霧化氣體輔助下霧化或氣化。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的解吸電離裝置，其特征在于，所述霧化裝置是電噴霧裝置，其產(chǎn)生的帶電霧滴在前行途中與所述被解吸或氣化的被測物分子融合，進而增強被測物中至少一部分分子的電離效果。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4的所述的解吸電離裝置，其特征在于，所述電噴霧裝置包括霧化毛細(xì)管，用于引入霧化氣體至所述被測物分子途經(jīng)的區(qū)域；噴針，用于向所述被測物分子途經(jīng)的區(qū)域噴射電噴溶劑；高壓電源，用于在所述噴針噴射所述電噴溶劑時施加高壓電于所述電噴溶劑；其中所述電噴溶劑會在所述霧化氣體輔助下于所述被測物分子途經(jīng)的區(qū)域產(chǎn)生所述帶電霧滴。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1的所述解吸電離裝置，其特征在于還包括一個腔體，所述腔體呈多路通道狀，包括主通道以及一支路，其中從所述主通道一側(cè)安裝所述激光光學(xué)系統(tǒng)，主通道另一側(cè)具有對準(zhǔn)被測樣品的開孔，使經(jīng)由激光光學(xué)系統(tǒng)會聚的激光束照在被測樣品上；所述紫外線燈光線至少部分照入所述主通道內(nèi)；所述支路連接所述質(zhì)譜儀分析器的吸入口。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2的所述解吸電離裝置，其特征在于還包括一個腔體，所述腔體呈多路通道狀，包括主通道、第一支路以及第二支路，其中從所述主通道一側(cè)安裝所述激光光學(xué)系統(tǒng)，主通道另一側(cè)具有對準(zhǔn)被測樣品的開孔，使經(jīng)由激光光學(xué)系統(tǒng)會聚的激光束照在被測樣品上；所述紫外線燈至少部分位于所述主通道內(nèi)；所述第一支路連接所述質(zhì)譜儀分析器的吸入口，所述第二支路上安裝所述霧化裝置。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項所述的解吸電離裝置，其特征在于，還包含一機動樣品架，所述被測樣品置于所述樣品架上，通過移動樣品架，使所述激光束照射斑點在樣品表面掃描。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項所述的解吸電離裝置，其特征在于，所述紫外線燈是波長小于200nm的真空紫外線燈，和/或所述激光器是半導(dǎo)體紅外激光器°
10. 根據(jù)權(quán)利要求1 5任一項所述的解吸電離裝置，其特征在于，所述激光光學(xué)系統(tǒng)包括與所述激光器波長相匹配的光導(dǎo)纖維和聚焦透鏡，所述光導(dǎo)纖維從所述激光器導(dǎo)出激光，所述聚焦透鏡聚焦所述光導(dǎo)纖維導(dǎo)出的激光于被測樣品。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種在大氣壓下用激光進行固體表面被測物的解吸而后利用真空紫外光對被解吸物電離的解吸電離裝置。該裝置包括用于產(chǎn)生激光束的激光器，用于會聚所述激光束于被測樣品表面使樣品中的被測物解吸或氣化的激光光學(xué)系統(tǒng)，以及設(shè)置于鄰近上述解吸或氣化發(fā)生處而發(fā)出紫外線而導(dǎo)致被解吸或氣化的至少一部分被測物分子電離的紫外線燈。通過結(jié)合霧化裝置使本裝置對于非極性或弱極性的小分子有更高的電離效率。通過真空紫外/電噴霧可使該解吸電離裝置適用于對不同極性和分子量的復(fù)雜混合物的快速同步分析。同時，解吸電離裝置的多通道式腔體結(jié)構(gòu)設(shè)計很好地保持了測試時離子源中各個組分的局部濃度，提高了離子化效率。
文檔編號G01N27/64GK101520432SQ20081003397
公開日2009年9月2日 申請日期2008年2月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月28日
發(fā)明者力 丁, 孫文劍 申請人:島津分析技術(shù)研發(fā)(上海)有限公司