一种内部萃取电喷雾电离源及其质谱分析方法

摘要

本发明涉及分析化学领域，公开了一种内部萃取电喷雾电离源及其质谱分析方法，该内部萃取电喷雾电离源由取样器手柄11、定量取样器12、毛细管固定器13、固定器内套管14、萃取剂毛细管15、手拧接头16和萃取剂通道17构成，所述取样器手柄11与定量取样器12构成取样装置，定量取样器12、毛细管固定器13、固定器内套管14、萃取剂毛细管15和手拧接头16顺序连接，并与萃取剂通道17连接。本发明保证分析结果的稳定性和可信度。该电离源装置内置电喷雾嘴，取样后可直接用于形成电喷雾，操作简便，并消除了由组织样品纹路或血管的差异带来的影响。本发明提高了iEESI‑MS的稳定性、定量能力和分析速度，并扩展了iEESI‑MS的应用范围。

权利要求

1.一种内部萃取电喷雾电离源装置，其特征在于，由取样器手柄(11)、定量取样器(12)、毛细管固定器(13)、固定器内套管(14)、萃取剂毛细管(15)、手拧接头(16)和萃取剂通道(17)构成，所述取样器手柄(11)与定量取样器(12)构成取样装置，定量取样器(12)、毛细管固定器(13)、固定器内套管(14)、萃取剂毛细管(15)和手拧接头(16)顺序连接，并与萃取剂通道(17)连接；

其中，毛细管固定器(13)一端与定量取样器(12)无缝隙紧密连接，另一端与手拧接头(16)紧密连接，毛细管固定器材质具有防裂功能；固定器内套管(14)与毛细管固定器(13)同轴紧密结合，中心小孔按需加工，便于不同尺寸毛细管从中心小孔通过并插入定量取样器(12)内样品中，其材质可为不带来污染的任意硬度大的材料；固定器内套管(14)与毛细管固定器(13)同轴紧密结合，中心小孔按需加工，便于不同尺寸毛细管从中心小孔通过并插入定量取样器(12)内样品中，其材质可为不带来污染的任意硬度大的材料；萃取剂毛细管(15)尺寸可按需选择，萃取剂毛细管(15)涂层稳定不解离，萃取剂毛细管(15)从手拧接头(16)卡头处插入至样品不外露。

2.根据权利要求1所述的内部萃取电喷雾电离源装置，其特征在于，所述取样器手柄(11)设有防滑套，与定量取样器(12)连接口既能保证结合紧密，又能保证定量取样器(12)方便脱离，取样器手柄(11)材质可按需选择。

3.根据权利要求1所述的内部萃取电喷雾电离源装置，其特征在于，定量取样器(12)由不锈钢制成，所述定量取样器(12)的样品切割端为锋利结构，而所述定量取样器(12)的电喷雾端成锥形，所述定量取样器(12)的内部靠近样品切割端为空心结构，可用于盛放样品，所述电喷雾端中心设有小孔且内部光滑。

4.根据权利要求1所述的内部萃取电喷雾电离源装置，其特征在于，萃取剂通道(17)由微量进样器、进样泵和石英毛细管构成。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的内部萃取电喷雾电离源装置，其特征在于，手拧接头(16)内置毛细管卡头，毛细管卡头可根据萃取剂毛细管尺寸进行更换，手拧接头(16)一端与毛细管固定器(13)无缝隙紧密连接，另一端与萃取剂通道(17)连接。

6.一种内部萃取电喷雾电离质谱分析方法，其特征在于，使用权利要求1至4中任一所述内部萃取电喷雾电离源装置采集样品并将样品内部物质萃取离子化后将样品离子引入质谱分析。

7.根据权利要求6所述的内部萃取电喷雾电离质谱分析方法，其特征在于，包括：

从毛细管固定器一端将固定器内套管装配于毛细管固定器中；

将毛细管固定器一端与手拧接头紧密连接；

将取样器手柄与定量取样器组合，对样品进行按压切割后完成取样；

将结合在取样器手柄上的携有样品的定量取样器按入毛细管固定器另一端，取下取样器手柄；

从手拧接头处插入萃取剂毛细管，调节毛细管插入样品内部的深度；

将手拧接头与萃取剂通道连接，通过连接器将萃取剂通道的萃取剂毛细管与手拧接头连接，固定内部萃取电离源于精细调控装置上，向内部萃取电喷雾电离源装置内部通入萃取剂；

进样泵控制微量进样器，设定流速为0.1～3μL/min；

向引入萃取剂的萃取剂通道口的金属针头上施加直流电压，使萃取剂萃取出的样品内部物质得以电离，其中，直流电压为4～7kV；

调节内部萃取电喷雾电离源装置与质谱仪进样口之间的角度和位置；

打开质谱仪扫描系统，获取检测结果。

说明书

一种内部萃取电喷雾电离源及其质谱分析方法

技术领域

[0001] 本发明涉及分析化学领域，尤其涉及一种内部萃取电喷雾电离源及其质谱分析方法。

背景技术

[0002] 质谱分析(Mass spectrometry，MS)技术是现代众多分析测试技术中同时具备了灵敏度高、特异性好、响应速度快的普适性方法。对于绝大多数质谱仪器而言,从待测物离子产生到获得离子的响应信号仅仅需要毫秒级的时间，封闭结构的ESI等软电离技术离子源开发使常压条件下大分子的质谱分析成为可能，然而目前大部分实验室装配的质谱仪器完成一个实际样品(如组织样中的特定蛋白)的定性和定量分析,需要对样本组织进行提取、纯化等步骤将待测样品预先处理后才可以进行后续的质谱检测，整合过程通常需要数小时。可见复杂的样品预处理过程是制约现代质谱技术在生物组织研究中的瓶颈。

[0003] 常压直接质谱技术作为近年来发展较快的一种分析技术，因其分析速度快等优点，被广泛应用于化学、物理、医学和生物等学科领域。通过在大气压环境下对样品进行离子化，由于较少或不需预处理，能够最大可能的保证样品本身的性质，便于重复实验以解决分析过程中存在的问题，并对分析结果进行确认。但是，迄今为止，无论传统的质谱技术还是大多数常压质谱技术对于块状样品的直接分析只能达到样品的表层或浅表层。例如，电喷雾解吸电离质谱(DESI-MS)技术只能对样品表面的物质进行检测，无法直接分析样品内部深层物质，这样将丢失原始块状样品的内部物质信息。而各种各式的分析样品，尤其是生物组织样品，由于其自身成分的复杂性，若要揭示其内在的信息，一方面需要重复、大量的实验进行对比确定，同时还需要尽量排除样品自身物理性质如体积、位置不同造成的差异；另一方面，需要进行原位活体分析，以保留样品的原始信息。

发明内容

[0004] 本发明提供一种内部萃取电喷雾电离源及其质谱分析方法，解决现有技术中的分析方法和装置操作复杂，容易改变样品，易受组织样品内部结构差异的影响的技术问题。

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

[0006] 一种内部萃取电喷雾电离源装置，由取样器手柄11、定量取样器12、毛细管固定器13、固定器内套管14、萃取剂毛细管15、手拧接头16和萃取剂通道17构成，所述取样器手柄
11与定量取样器12构成取样装置，定量取样器12、毛细管固定器13、固定器内套管14、萃取剂毛细管15和手拧接头16顺序连接，并与萃取剂通道17。

[0007] 一种内部萃取电喷雾电离质谱分析方法，使用本发明提供的内部萃取电喷雾电离源装置采集样品并将样品内部物质萃取离子化后将样品离子引入质谱分析

[0008] 本发明提供一种内部萃取电喷雾电离源，由取样器手柄11、定量取样器12、毛细管固定器13、固定器内套管14、萃取剂毛细管15、手拧接头16和萃取剂通道17构成，所述取样器手柄11与定量取样器12构成取样装置，定量取样器12、毛细管固定器13、固定器内套管14、萃取剂毛细管15和手拧接头16顺序连接，并与萃取剂通道17连接。能够实现样品的形状不改变，保证分析结果的稳定性和可信度。该电离源装置内置电喷雾嘴，取样后可直接用于形成电喷雾，操作简便，并消除了由组织样品纹路或血管的差异带来的影响。通过该内部萃取电喷雾电离源进行质谱分析提高了iEESI-MS的稳定性、定量能力和分析速度，并扩展了iEESI-MS的应用范围。

附图说明

[0009] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可根据这些附图获得其他的附图。

[0010] 图1为本发明内部萃取电喷雾电离源装置全部组件示意图；

[0011] 图1A为本发明内部萃取电喷雾电离源装置全体组件剖面图；

[0012] 图2为本发明内部萃取电喷雾电离源装置完成采样后示意图；

[0013] 图2A为本发明内部萃取电喷雾电离源装置完成采样后剖面图；

[0014] 图3为本发明内部萃取电喷雾电离质谱分析方法流程图；

[0015] 图4为本发明内部萃取电喷雾电离源装置配合质谱使用示意图；

[0016] 图5为本发明内部萃取电喷雾电离质谱法分析肺癌组织质谱图；

[0017] 图6为本发明内部萃取电喷雾电离质谱法分析肺部癌旁组织质谱图；

[0018] 图7为iEESI源主要结构及工作原理图。

具体实施方式

[0019] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

[0020] 本发明实施例提供了一种内部萃取电喷雾电离源装置，如图1、图1A、图2、图2A、图3所示，由取样器手柄11、定量取样器12、毛细管固定器13、固定器内套管14、萃取剂毛细管
15、手拧接头16和萃取剂通道17构成，所述取样器手柄11与定量取样器12构成取样装置，定量取样器12、毛细管固定器13、固定器内套管14、萃取剂毛细管15和手拧接头16顺序连接，并与萃取剂通道17。

[0021] 其中，所述取样器手柄11设有防滑套，与定量取样器12连接口既能保证结合紧密，又能保证定量取样器12方便脱离，取样器手柄11材质可按需选择。

[0022] 定量取样器12由不锈钢制成，所述定量取样器12的样品切割端为锋利结构，而所述定量取样器12的电喷雾端成锥形，所述定量取样器12的内部靠近样品切割端为空心结构，可用于盛放样品，所述电喷雾端中心设有小孔且内部光滑。

[0023] 毛细管固定器13一端可与定量取样器12无缝隙紧密连接，另一端与手拧接头16紧密连接，毛细管固定器材质具有防裂功能。

[0024] 固定器内套管14与毛细管固定器13同轴紧密结合，中心小孔按需加工，便于不同尺寸毛细管从中心小孔通过并插入定量取样器12内样品中，其材质可为不带来污染的任意硬度大的材料。

[0025] 萃取剂毛细管15尺寸可按需选择，萃取剂毛细管15涂层稳定不解离，萃取剂毛细管15从手拧接头16卡头处插入至样品不外露。

[0026] 萃取剂通道17由微量进样器、进样泵和石英毛细管构成。

[0027] 手拧接头16内置毛细管卡头，细管卡头可根据萃取剂毛细管尺寸进行更换，手拧接头16一端与毛细管固定器13无缝隙紧密连接，另一端与萃取剂通道17连接。

[0028] 采用以上设计，本发明内部萃取电喷雾电离源装置创造性的使用精密设计和加工的定量取样器采集定量的样品，控制了萃取深度，保证每次分析时不会因有效样品量的差异对分析结果造成难以解释的影响。同时，由于样品被束缚在定量取样器内，被分析时样品形状不会因为萃取剂的引入而发生改变，保证同一样品不同批次被分析的位置相同，进而更容易对分析结果进行比较，从而对分析结果进行确定。本发明的内部萃取电喷雾电离源装置内置电喷雾嘴，不会因为生物样品的纹理或血管等影响喷雾方向造成结果的不稳定性。本发明的内部萃取电喷雾电离源装置结构小巧紧凑，设计精密，使用方便，方便进行高通量的不规则样品分析；本发明的的内部萃取电喷雾电离源装置中定量取样器、萃取剂毛细管和毛细管固定器为一次性使用，可用于分析大量样品，并且避免交叉污染。本发明的内部萃取电喷雾电离质谱分析法，能够获得稳定、可信的分析结果。因此，该方法特别适用于对样品形状不规则、内部信息不易获取的样品进行分析。

[0029] 本发明提供一种内部萃取电喷雾电离源，由取样器手柄11、定量取样器12、毛细管固定器13、固定器内套管14、萃取剂毛细管15、手拧接头16和萃取剂通道17构成，所述取样器手柄11与定量取样器12构成取样装置，定量取样器12、毛细管固定器13、固定器内套管14、萃取剂毛细管15和手拧接头16顺序连接，并与萃取剂通道17连接，并通过该内部萃取电喷雾电离源进行质谱分析。能够实现样品的形状不改变，保证分析结果的稳定性和可信度。
该电离源装置内置电喷雾嘴，取样后可直接用于形成电喷雾，操作简便，并消除了由组织样品纹路或血管的差异带来的影响。本发明提高了iEESI-MS的稳定性、定量能力和分析速度，并扩展了iEESI-MS的应用范围。

[0030] 利用本发明实施例提供的内部萃取电喷雾电离源装置采集样品并将样品内部物质萃取离子化后将样品离子引入质谱分析，如图3所示，分析方法包括：

[0031] 步骤301、从毛细管固定器B端将固定器内套管装配于毛细管固定器中；

[0032] 步骤302、将毛细管固定器B端与手拧接头紧密连接；

[0033] 步骤303、将取样器手柄与定量取样器组合，对样品进行按压切割后完成取样；

[0034] 步骤304、将结合在取样器手柄上的携有样品的定量取样器按入毛细管固定器A端，取下取样器手柄；

[0035] 步骤305、从手拧接头处插入萃取剂毛细管，调节毛细管插入样品内部的深度；

[0036] 步骤306、将手拧接头与萃取剂通道连接，通过连接器将萃取剂通道的萃取剂毛细管与手拧接头连接，固定内部萃取电离源于精细调控装置上，向内部萃取电喷雾电离源装置内部通入萃取剂；

[0037] 步骤307、进样泵控制微量进样器；

[0038] 其中，可设定流速为0.1～3μL/min。

[0039] 步骤308、向引入萃取剂的萃取剂通道口的金属针头上施加直流电压，使萃取剂萃取出的样品内部物质得以电离；

[0040] 其中，直流电压设为为4～7kV。

[0041] 步骤309、调节内部萃取电喷雾电离源装置与质谱仪进样口之间的角度和位置；

[0042] 步骤310、打开质谱仪扫描系统，获取检测结果。

[0043] 如图4所示，本发明将内部萃取电喷雾电离源装置与质谱仪配合使用，通过电喷雾内部萃取电离质谱(Internal  Extractive  Electrospray Ionization  Mass Spectrometry,iEESI-MS)技术，能够直接获取凝聚态样品内部及表面信息，同时具有电喷雾萃取电离质谱(EESI-MS)技术分析速度快、基体耐受性好等优点，因此，iEESI-MS特别适用于分析样品深层次的信息。陈焕文等人采用iEESI-MS技术分析了草莓、大蒜、萝卜、动物和人体组织等样品，充分证明了其设计合理性。然而应用中，iEESI也存在着样品引入量不确定、引入效率低、被分析时组织样品的喷雾方向受样品纹路或血管等影响分析效果的不足，因此为获得可靠的分析结果，需要增加样品的分析数量，增添了工作量。

[0044] 下面介绍应用本发明内部萃取电喷雾电离源进行质谱法分析人体肺癌组织的案例如下：

[0045] 在外科手术中，能够准确快速判定肿瘤边缘，保证能够完全切除恶性肿瘤，又不过多地切除正常组织，可以有效地提高癌症病人的生存效率，具有良好的预期社会效益。传统的切除手术如何确定切除范围完全由医生根据自身经验进行判断，因此，受人为经验的影响很大，过多的组织切除会对患者健康和术后恢复造成影响，而如果病变组织未能够被完全切除，有癌症复发的可能。考虑到肉体组织的特性，如肺部组织正常色红，触之质软，有捻发感；病变组织颜色各异，有白色、暗红色等，触之较硬，因此如何取得固定形状和大小的组织是一个需要解决的问题。

[0046] 采用常压质谱分析的方法，快速确定病变组织和癌旁正常组织的指纹谱图，手术中通过对组织的持续检测，以确定病变组织能够被完全切除，而癌旁正常组织能够最大程度的被保留，对于手术有十分重要的临床意义。

[0047] 如图7所示为本案例中iEESI源主要结构及工作原理图，实验中，用取样器手柄配合定量取样器对人体肺组织样品进行按压切割，切割后按入毛细管固定器中，按照权利要求书中的方法组装内部萃取电喷雾电离源。选用丙酮/水/乙酸(50:50:1，v/v/v)做为萃取剂，施加5kV的高电压，以2μL/min的流速通入人体肺组织中，对癌症组织和癌旁组织分别进行快速质谱分析，获得了两种组织的质谱指纹谱图(图5为肺癌组织谱图，图6为癌旁组织谱图)分析结果具有明显的差异性，为了对分析结果进行确定，对实验进行了多次重复，实验结果具有一致性，验证了该分析方法的可重复性。

[0048] 以上实验表明，本发明利用内部萃取电喷雾电离质谱法(iEESI-MS)，由于使用定量采样技术，能够对复杂基体生物样品内部物质进行稳定可靠的检测，大大扩展了质谱分析的应用范围。同时，将微量取得的块状组织，用结构简单、操作方便、高灵敏度、无损、无污染、实时在线检测的直接电离技术iEESI耦合不同型号的质谱仪器，为不规则块状组织采样与检测等领域的研究提供了一种实时在线、获取样品信息全面的分析技术。该技术可广泛适用于食品安全、成分分析、生物医药、临床诊断等领域。

[0049] 以上对本发明进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。