感应纸喷雾质谱的研究及应用

发布时间：2020-08-22 17:23

【摘要】：质谱因具有分析速度快、选择性好、灵敏度高、检测限低等特点,是现在分析领域一种发展迅速的检测方法。它广泛用于生命科学、环境安全、食品安全、药物科学、疾病诊断等方面。质谱大多致力于复杂样品的检测。然而常规的离子源技术在分析复杂样品时必须对样品进行前处理。为了实现对复杂样品的原位、实时、在线、无损检测,科研工作者开发了一系列简单、快速、无需或很少样品前处理的新型离子源。其中,纸喷雾不仅可以用于分析物的离子化,还可以携带和运输样品,并且无需气动辅助或激光辅助系统。它是质谱分析领域最常用的离子源之一。然而,由于传统纸喷雾中电极与样品的直接接触,导致实验装置复杂和实验操作繁琐,从而限制了纸喷雾在高通量质谱分析中的广泛应用。为了解决上述问题,我们需要开发新的方法简化传统纸喷雾,扩大其在高通量质谱分析中的应用。本课题主要是在感应纳升电喷雾与传统纸喷雾的基础上,将感应电压用于纸基质,实现感应纸喷雾。该技术的核心是利用感应电压的加电方式避免纸与电极的物理接触,使之更有利于高通量质谱分析。与传统的高通量纸喷雾质谱相比,利用高通量感应纸喷雾质谱分析,实验前不需要在移动平台上预先制备电极,实验中纸三角不受电极位置的限制,实验后不需要反复清洗电极。本文研究的主要内容包括:(1)利用感应电压,开发感应纸喷雾质谱分析平台。感应纸喷雾是基于传统纸喷雾和感应纳升电喷雾的原理,将感应电压用于湿润的纸基质,最终在纸的尖端诱导产生带电液滴。感应纸喷雾分析平台构建的步骤如下:首先,搭建高压交流电源用于提供感应纸喷雾的感应电压;其次,自制感应纸喷雾用于分析物的离子化;最后,利用感应纸喷雾质谱检测血样中的药物分子,证明感应电压对纸喷雾的可行性。(2)比较感应纸喷雾与传统纸喷雾离子抑制的程度,探究感应纸喷雾的机理。对于新开发的感应纸喷雾,我们对其机理进行了探究。我们通过利用不同分析物的混合体系,比较了感应纸喷雾与传统纸喷雾中离子抑制的程度,并且进一步通过实际样品(全血、原尿)中药物分子的检测,评价了两者的离子抑制程度。实验结果发现,与传统纸喷雾相比,感应纸喷雾的离子抑制程度较弱。我们推测该结果是因为在感应纸喷雾中,高压电源产生交变的电场,不同离子由于电迁移率的不同,导致待测物与干扰物会发生瞬时分离,从而降低了复杂样品中的离子抑制效应。(3)利用感应纸喷雾,建立高通量质谱分析方法。这一部分主要介绍如何利用我们开发的感应纸喷雾,建立简单快速的高通量质谱分析方法。首先,我们利用感应电压,搭建了高通量感应纸喷雾质谱分析平台;其次,我们利用该平台对药物分子进行快速筛选,完成一个样品检测的时间是2.6秒;最后,我们通过对该平台的重现性进行评估,实现了复杂基质中药物的快速定量。此外,我们建立了反应-高通量感应纸喷雾质谱分析方法,实现了对化学反应的快速筛选。
【学位授予单位】：中国科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O657.63
【图文】：

质谱仪分析,反馈过程,基本流程图,和数

ＳＰＥＣＴＲＵＭ逡逑图１．１质谱仪分析的基本流程图和数据系统的反馈过程ｗ。逡逑图１．１展示了一台质谱仪分析的基本流程图和数据系统的反馈过程。逡逑质谱仪通常是按以下操作步骤进行的：逡逑第一步，先使样品通过离子源进行离子化，产生离子（进样系统，离子源）；逡逑第二步，离子再由质量分析器根据不同的ｍ／ｚ进行分离；逡逑第三步，检测器根据接收的不同离子进行放大和测量离子流强度并转化为电逡逑信号；逡逑第四步，数据系统将检测器的电信号进行处理并传输到计算机，而且还可以逡逑通过反馈控制仪器。逡逑近年来，为了实现简单、快速、无需样品预处理的质谱分析，该领域的研宄逡逑方向大多针对离子源的开发和应用。本章先介绍传统的离子源，再介绍最近发展逡逑迅猛的敞开式大气压离子源，最后提出我们开发的新型敞开式大气压离子源－感逡逑应纸喷雾。逡逑２逡逑

示意图,毛细管,电喷雾,示意图

年？邋ＤｏＷ３６］等人初步描述了电喷雾对生物分子离子化的适用性；２０世纪８０年代，逡逑Ｆｅｎｎ［３］推进电喷雾的使用。逡逑如图１．２所示，电喷雾［３，１２－１４］是在大气压条件下，样品溶液以１邋一ｌＯ＾Ｌ／ｍｉｎ的逡逑低流速流经毛细管，然后在毛细管上施加一个３－６邋ｋＶ的高压，毛细管与对电极逡逑的距离大概是０．３－２邋ｃｍ，结果毛细管和对电极之间产生强烈的电场（ｌ0６Ｖ／ｍ的逡逑量级）。在电喷雾中，形成气相离子的过程可以概括为以下三个步骤：（１）在电逡逑喷雾毛细管的顶端形成带电的液滴；（２）由于溶剂的蒸发和电荷感应导致液滴衰逡逑变，产生更小的液滴，重复该过程，直到它们足够小；（３）气相离子从这些液滴逡逑中产生。逡逑Ｎ２邋（８０°Ｃ）逡逑＋３邋ｔｏ邋６邋ｋＶ，邋ｉｏｎｓ邋＋逦ｊ逦Ｎｏｚｚｌｅ逡逑＿邋ｉ逦邋ｙ逦ｚ逡逑？邋Ｓｋｉｍｍｅｉ邋Ａｎａｌｙｓｅｒ逡逑Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ逦／／邋Ｉ逡逑Ｍｅｔａｌｌｉｃ邋ｃａｐｉｌｌａｒｙ逦＾逡逑Ｌｅｎｓ逦＇）逦Ｐｕｍｐ逡逑Ｎ２（８０°Ｃ）逡逑、—．．邋．．逦们邋ｊ逡逑Ｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ邋Ｓｈｅａｔ邋ｇａｓ邋逦—？ｔ—Ｔ逦｜逡逑ｍｅｔａｌｌｉｃ邋ｆｌｏｗ逦Ｈｅａｔｅｄ邋ｃａｐｉｌｌａｒｙ逦Ｔｕｂｅ邋0邋？逡逑ｃａｐｉｌｌａｒｙ逦ｌｅｎｓ邋Ｓｋ，ｍｍｅｒ逡逑图１．２电喷雾离子源（上）和加热的毛细管示意图（下）［ｉ２］。逡逑电喷雾中喷雾形成的初始电压由溶剂的表面张力决定。在电喷雾中，水作为逡逑溶剂的初始电压为４邋ｋＶ邋（水的表面张力为０．０７３邋Ｎｍ＿２）

示意图,电喷雾,示意图,喷针

ｎａｎｏｅｌｅｃｔｒｏｓｐｒａｙ邋ｉｏｎｉｚａｔｉｏｎ，邋ｉｎｄｕｃｅｄ邋ｎＥＳＩ）［４５］，实现了更为简单的实验操作，提高逡逑了通量分析和耐基质效应。该方法将感应电压用于纳升电喷雾喷针的尖端，诱导逡逑产生带电液滴。感应纳升电喷雾的设计如图１．４所示，它完全避免了电极与样品逡逑的直接物理接触。在距离纳升电喷雾喷针２ｍｍ的位置放一块电极，与高压交流逡逑电源相连，提供感应电压。它所需要的高压一般为２－４ｋＶ，频率可以从１０－２０００ＨＺ，逡逑一般设置频率为５０Ｈｚ。当接通高压电源时，在相邻纳升电喷雾喷针周围产生强逡逑烈的电磁场，促使感应纳升电喷雾的液滴发生破裂，从而产生电喷雾，实现质谱逡逑６逡逑

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