[發(fā)明專利]敞開式噴霧場解吸離子化方法及離子化裝置

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200710303649.0
• 申請日: 2007-12-21
• 公開（公告）號: CN101464427A
• 公開（公告）日: 2009-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 再帕爾·阿不力孜;唐飛;賀玖明;趙猛;王曉浩
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué);中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院藥物研究所
• 主分類號: G01N27/62
• 分類號: G01N27/62;H01J49/26
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• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及的離子化(電離)方法和離子化裝置(離子源)應(yīng)用于質(zhì)譜分析領(lǐng)域，屬于敞開環(huán)境下使用的質(zhì)譜儀器的相關(guān)技術(shù)。這種離子化方法也可以推廣應(yīng)用到其它電離分析領(lǐng)域。?

背景技術(shù)

傳統(tǒng)的離子化方法可以概括為電子轟擊離子化方法(EI)、化學(xué)電離離子化方法(CI)、場解吸離子化方法(FD/FI)、快原子轟擊電離方法(FAB)等。傳統(tǒng)的離子化技術(shù)要求將樣品引入高真空系統(tǒng)，裝置及操作復(fù)雜、容易導(dǎo)致離子源及分析器污染等問題。另外，這些離子化方法由于能量傳遞過程激烈，在電離過程中有破壞生物大分子結(jié)構(gòu)的可能而不適用于生命科學(xué)等研究領(lǐng)域。?

上世紀八十年代末，美國的J.B.芬恩(J.B.Fenn)和日本的田中耕一等人分別開發(fā)出的電噴霧電離方法(ESI)和基質(zhì)輔助激光解吸離子化方法(MALDI)，使得對蛋白質(zhì)等生物大分子進行質(zhì)譜分析成為可能。?

目前，大氣壓電離方法(API)包括大氣壓化學(xué)電離方法(APCI)、電噴霧電離方法(ESI)以及基質(zhì)輔助激光解吸離子化方法(MALDI)是質(zhì)譜分析領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的離子化方法。其中，ESI等大氣壓電離方法可以在大氣壓下實現(xiàn)離子化，但由于離子化過程需要電暈放電、高壓等因素，離子源仍然需要封閉的結(jié)構(gòu)設(shè)計。?

電噴霧電離方法(ESI)在噴嘴上施加電壓使噴嘴和質(zhì)譜儀真空接口之間形成靜電場，樣品溶液從噴嘴噴出形成噴霧，一般采用輔助氣的辦法實現(xiàn)噴霧，也有使用納米級毛細管直接形成噴霧(nano-ESI)。電噴霧離子源工作時典型的電場強度在3×10⁴V/m左右，相應(yīng)地噴嘴上施加的電壓也較高，一般為3～5kV。此外，為了脫去溶劑分子改善離子化效果(脫溶劑過程)，一般工作在高溫條件下。?

基質(zhì)輔助激光解吸離子化方法(MALDI)是在真空條件下通過大功率激光對樣品與基質(zhì)的混合物(晶體或固溶體)進行照射，解吸出樣品離子的電離方法。這種離子化方法需要真空條件和大功率的激光，還需要選擇合適的基質(zhì)，并將樣品分子溶入基質(zhì)中制備成均勻的固溶體等比較復(fù)雜的前處理，這些條件限制了這種方法的應(yīng)用。?

場致液滴離子化方法(FIDI)是在真空條件下，在高強度的電場中，單個液滴在電場作用下電離產(chǎn)生離子的方法。其電場強度為10⁶V/m量級，液滴的粒徑在10²μm量級。由于離子化方法需要真空條件，所以需要封閉的結(jié)構(gòu)設(shè)計。?

在敞開環(huán)境(Ambient?Environment)下實現(xiàn)離子化的質(zhì)譜技術(shù)已成為質(zhì)譜學(xué)領(lǐng)域的國際?前沿。這種新型離子化技術(shù)使用敞開式的離子源結(jié)構(gòu)，不需要真空工作條件、無需復(fù)雜的樣品前處理，在樣品的原始環(huán)境下進行分析，有利于質(zhì)譜儀器的小型化并在野外環(huán)境中使用。這種技術(shù)在醫(yī)藥、國家及公共安全、法庭醫(yī)學(xué)、商檢及海關(guān)檢驗等諸多領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。?

2004年美國R.G.Cooks教授研究小組和2005年日本電子(美國)公司分別開發(fā)出解吸電噴霧技術(shù)(Desorption?Electrospray?Ionization，DESI)和實時直接分析技術(shù)(Direct?Analysis?onReal?Time，DART)離子源。這兩項離子化技術(shù)的離子源為敞開式的結(jié)構(gòu)設(shè)計，避免了復(fù)雜的前處理過程。?

實時直接分析技術(shù)(DART)的關(guān)鍵在于使用亞穩(wěn)態(tài)氣體與樣品分子作用產(chǎn)生離子，而亞穩(wěn)態(tài)氣體的產(chǎn)生需要多個封閉空腔結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的電極結(jié)構(gòu)，使用時需要氦氣或者氮氣。采用DART離子源更適合用于較低極性分子，而且靈敏度不及DESI離子源。?

解吸電噴霧離子化方法(DESI)由電噴霧離子化方法發(fā)展而來，區(qū)別在于樣品無需溶于輔助溶劑中，而是置于開放環(huán)境下的載物板上。在噴嘴上施加電壓使噴嘴和質(zhì)譜儀真空接口之間形成靜電場，采用輔助氣的辦法首先使溶劑在電噴霧作用下產(chǎn)生氣相離子或者形成帶電荷的噴霧液滴從噴嘴噴出，并噴向置于載物板上的樣品，通過液滴捕捉和電荷交換過程實現(xiàn)樣品分子的離子化。但是與ESI相似的是DESI方法工作時典型的電場強度在3×10⁴V/m左右，在噴嘴上施加的電壓達到3～5kV。?

解吸電噴霧離子化裝置(DESI)實現(xiàn)了敞開式的結(jié)構(gòu)設(shè)計，但是存在的主要問題是：①離子化效率有待提高，樣品性質(zhì)對離子化效率影響較大。②離子傳輸系統(tǒng)有待改進，不具備離子聚焦功能。③離子化裝置對載物板的尺寸有嚴格限制，離子化效果對噴霧角度較為敏感，正常離子化需要嚴格要求噴霧角度。?