电离源用进样接口装置、质谱仪和液相色谱质谱联用仪

摘要

本发明提供了一种电离源用进样接口装置、质谱仪和液相色谱质谱联用仪；电离源用进样接口装置包括液相毛细管，其具有液相进口；能够将液相毛细管的液相出口的液态样品转化为喷雾输送到离子源的出口与质谱分析器的离子采样口之间的电离区的气液喷管，其外套于液相毛细管并与液相毛细管形成气液通道并设置有鞘气进口和鞘液进口；用于向气液通道内输送预设气压的鞘气的鞘气管路，其与鞘气进口连通；用于向气液通道内输送鞘液的鞘液管路，其与鞘液进口连通；用于对从气液喷管的喷出口喷出的喷雾进行加热的加热件，其位于气液喷管的喷出口靠近电离区的一侧。本发明能够降低无机盐及弱极性有机溶剂对质谱仪电离的影响，扩大了液质联用的应用范围。

说明书

技术领域

本发明涉及检测分析技术领域，更具体地说，涉及一种电离源用进样接 口装置，本发明还涉及一种具有上述电离源用进样接口装置的质谱仪和一种 具有上述质谱仪的液相色谱质谱联用仪。

背景技术

质谱技术是通过理化手段使得目标分子电离，利用电磁场将带电分子依 照质荷比区分检测的技术。该技术具有分析速度快、灵敏度高和专属性强等 特点，因而在化学与化工、生物学与生命科学、医学、药学、材料科学、环 境保护科学等领域有广泛的应用。液相色谱分析技术，包括毛细管电泳，是 一种比较成熟的分离方法，具有分离效率高、灵敏度高、快速、适应范围广、 重复性好和操作方便等特点，因而广泛应用于医学的临床诊断、药物的质量 控制、药物代谢产物分析及药代动力学研究等领域。近年来，高效液相色谱 与质谱的成功联用，实现了液相色谱的强分离能力与质谱的高灵敏度和强鉴 别能力的结合，可以直接对成分复杂的样品进行分离和分析。

现有的LC-ESI/MS(液相色谱-质谱联用仪)通过电喷雾电离源(ESI) 将毛细管内液相色谱分离的液态样品电离并导入到质谱离子传输通道进行检 测。但是，当液态样品中含有不挥发性无机盐(如无机缓冲盐或盐酸盐等) 时，盐会在喷头处堆积，破坏喷雾的完整性，还会堵塞质谱离子传输通道， 并且，盐以及液态样品中的弱极性有机试剂还会产生竞争电离和基质效应等 抑制作用导致目标分子无法有效电离。因此，限制了液质联用的应用范围。

综上所述，如何降低无机盐及弱极性有机溶剂对质谱仪电离的影响，以 扩大液质联用的应用范围，是目前本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电离源用进样接口装置，以降低 无机盐及弱极性有机溶剂对质谱仪电离的影响，从而扩大液质联用的应用范 围。

本发明的另一目的在于提供一种具有上述电离源用进样接口装置的质谱 仪和一种具有上述质谱仪的液相色谱质谱联用仪。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种电离源用进样接口装置，包括：

液相毛细管，所述液相毛细管具有供液态样品进入的液相进口；

能够将所述液相毛细管的液相出口的液态样品转化为喷雾输送到离子源 的出口与质谱分析器的离子采样口之间的电离区的气液喷管，所述气液喷管 外套于所述液相毛细管并与所述液相毛细管之间形成气液通道，所述气液喷 管上设置有鞘气进口和鞘液进口；

用于向所述气液通道内输送预设气压的鞘气的鞘气管路，所述鞘气管路 与所述鞘气进口连通；

用于向所述气液通道内输送鞘液的鞘液管路，所述鞘液管路与所述鞘液 进口连通；

用于对从所述气液喷管的喷出口喷出的喷雾进行加热的加热件，所述加 热件位于所述气液喷管的喷出口靠近所述电离区的一侧。

优选的，上述电离源用进样接口装置中，所述液相毛细管的液相出口突 出于所述气液喷管的喷出口。

优选的，上述电离源用进样接口装置中，所述气液喷管的出口端自远离 所述电离区的一端向靠近所述电离区的一端渐缩，且所述气液喷管的喷出口 直径为0.8mm-1.2mm；

所述液相毛细管的液相出口距所述气液喷管的喷出口的距离为0.3mm -0.5mm。

优选的，上述电离源用进样接口装置中，所述气液喷管的出口端为锥形 喷出口，所述锥形喷出口与所述气液喷管的直管段可拆卸连接。

优选的，上述电离源用进样接口装置中，所述加热件为外套于所述气液 喷管的圆柱套筒，所述圆柱套筒靠近所述电离区的一侧具有加热部；

所述电离源用进样接口装置还包括底座，所述圆柱套筒设置在所述底座 上并通过螺栓与所述气液喷管固定连接，所述圆柱套筒上设置有供所述螺栓 穿过的螺纹通孔，所述气液喷管的外壁与所述螺栓相抵，且所述气液喷管外 壁上具有沿其轴向设置的多条固定标示线。

优选的，上述电离源用进样接口装置中，所述圆柱套筒通过第一千分尺、 第二千分尺以及第三千分尺设置在所述底座上，所述第一千分尺的测微螺杆 沿X向设置，所述第二千分尺的测微螺杆沿Y向设置，所述第三千分尺的测 微螺杆沿Z向设置，所述第二千分尺的框架固定在所述第一千分尺的测微螺 杆上，所述第三千分尺的框架固定在所述第二千分尺的测微螺杆上，所述圆 柱套筒固定设置在所述第三千分尺的测微螺杆上；其中，X向、Y向、Z向两 两垂直。

优选的，上述电离源用进样接口装置中，所述圆柱套筒外还套设有陶瓷 筒体，所述陶瓷筒体远离所述电离区的一端与所述圆柱套筒远离所述电离区 的一端螺纹连接。

优选的，上述电离源用进样接口装置中，还包括：

控制所述加热件的工作电压以及温度的控制箱；

调节所述鞘气管路输送到所述气液喷管内的鞘气压力的隔膜阀，所述隔 膜阀设置在所述鞘气管路上。

从上述的技术方案可以看出，本发明提供的电离源用进样接口装置包括 液相毛细管、气液喷管、鞘气管路、鞘液管路和加热件；其中，液相毛细管 具有供液态样品进入的液相进口；气液喷管能够将液相毛细管的液相出口的 液态样品转化为喷雾输送到离子源的出口与质谱分析器的离子采样口之间的 电离区，气液喷管外套于液相毛细管并与液相毛细管之间形成气液通道，气 液喷管上设置有鞘气进口和鞘液进口；鞘气管路用于向气液通道内输送预设 气压的鞘气，鞘气管路与鞘气进口连通；鞘液管路用于向气液通道内输送鞘 液，鞘液管路与鞘液进口连通；加热件用于对从气液喷管的喷出口喷出的喷 雾进行加热，加热件位于气液喷管的喷出口靠近电离区的一侧。

应用时，首先将液态样品从液相进口导入液相毛细管；同时通过鞘气管 路向气液通道内输送鞘气，通过鞘液管路向气液通道内输送鞘液，从而使气 液通道内充满预设压力(一般在5kPa到10kPa)的气液混合流体，在气液混 合流体向喷出口流出的过程中能够带动液相毛细管的液相出口流出的液态样 品一起转化为喷雾；接着加热件对整个喷雾进行加热，使从喷出口发射的气 液混合物能够充分加热，进而使待测物分子气化，无机盐分子簇聚成固态微 晶，从而可以有效地分离液态样品中的待测物分子与无机盐，如磷酸盐，碳 酸盐，硼酸盐，盐酸盐等；将待测物分子喷射到离子源的出口与质谱分析器 的离子采样口之间的电离区内，在此过程挥发的溶剂如水、甲醇等质子化溶 剂可以提高电离源的电离效率，而弱极性有机溶剂难以与质子结合生成准分 子离子，几乎不与待测物竞争电离。

综上可知，本发明的电离源用进样接口装置能够降低无机盐和弱极性有 机溶剂对质谱仪电离的影响，从而扩大了液质联用的应用范围。

本发明还提供了一种质谱仪，包括质谱离子源和质谱分析器，所述质谱 离子源为DART电离源，所述质谱仪还包括用于将液态样品输送到所述DART 电离源的进样接口装置，所述进样接口装置为上述任一种电离源用进样接口 装置，由于上述电离源用进样接口装置具有上述效果，具有上述电离源用进 样接口装置的质谱仪具有同样的效果，故本文不再赘述。

本发明还提供了一种液相色谱质谱联用仪，包括色谱仪和与所述色谱仪 的液态样品出口连接的质谱仪，所述质谱仪为上述任一种质谱仪，由于上述 质谱仪具有上述效果，具有上述质谱仪的液相色谱质谱联用仪具有同样的效 果，故本文不再赘述。

附图说明

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 施例或现有技术描述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 付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的电离源用进样接口装置的局部结构示意图；

图2是本发明实施例提供的电离源用进样接口装置的另一局部结构示意 图。

具体实施方式

本发明实施例提供了一种电离源用进样接口装置，能够降低无机盐和弱 极性有机溶剂对质谱仪电离的影响，从而扩大液质联用的应用范围。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发 明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获 得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考附图1-2，本发明实施例提供的电离源用进样接口装置包括液相毛 细管1、气液喷管2、鞘气管路4、鞘液管路5和加热件；其中，液相毛细管 1具有供液态样品进入的液相进口；气液喷管2能够将液相毛细管1的液相出 口的液态样品转化为喷雾输送到离子源的出口与质谱分析器的离子采样口之 间的电离区，气液喷管2外套于液相毛细管1并与液相毛细管1之间形成气 液通道，气液喷管2上设置有鞘气进口和鞘液进口；鞘气管路4用于向气液 通道内输送预设气压的鞘气，鞘气管路4与鞘气进口连通；鞘液管路5用于 向气液通道内输送鞘液，鞘液管路5与鞘液进口连通；加热件用于对从气液 喷管2的喷出口喷出的喷雾进行加热，加热件位于气液喷管2的喷出口靠近 电离区的一侧。

需要说明的是，上述鞘气管路4输送到气液通道内的鞘气沿液相毛细管1 的轴向流动，与鞘液一起带动从液相毛细管1流出的液态样品均匀连续喷雾。 具体的，为了降低重力影响，气液喷管2沿竖直方向设置，离子源的出口与 质谱分析器的离子采样口位于同一水平线上，两者之间形成电离区，气液喷 管2设置于电离区上方；加热件位于气液喷管2的喷出口靠近电离区的一侧， 即加热件位于气液喷管2的喷出口正下方，对整个喷雾进行加热，具有较好 的信号效果。

上述液态样品可以是液体样品直接进样以及经过色谱分离的液态样品。

应用时，首先将液态样品从液相进口导入液相毛细管1；同时通过鞘气管 路4向气液通道内输送鞘气，通过鞘液管路5向气液通道内输送鞘液，从而 使气液通道内充满预设压力(一般在5kPa到10kPa)的气液混合流体，在气 液混合流体向喷出口流出的过程中能够带动液相毛细管1的液相出口流出的 液态样品一起转化为喷雾；接着加热件对整个喷雾进行加热，使从喷出口发 射的气液混合物能够充分加热，进而使待测物分子气化，无机盐分子簇聚成 固态微晶，从而可以有效地分离液态样品中的待测物分子与无机盐，如磷酸 盐，碳酸盐，硼酸盐，盐酸盐等；将待测物分子喷射到离子源的出口与质谱 分析器的离子采样口之间的电离区内，在此过程挥发的溶剂如水、甲醇等质 子化溶剂可以提高电离源的电离效率，而弱极性有机溶剂难以与质子结合生 成准分子离子，几乎不与待测物竞争电离。

综上可知，本发明的电离源用进样接口装置能够降低无机盐和弱极性有 机溶剂对质谱仪电离的影响，从而扩大了液质联用的应用范围。

具体的实施例中，本发明的电离源用进样接口装置将气化分离出的待测 物分子喷射到DART(Direct Analysis in Real Time的缩写，实时直接分析) 电离源的出口与质谱分析器的离子采样口之间的电离区内，通过DART电离 后引入质谱的质谱分析器内，适用于液体样品直接进样以及经过色谱分离的 液态样品的质谱检测。

为了达到较好的喷雾效果，上述实施例提供的电离源用进样接口装置中， 液相毛细管1的液相出口突出于气液喷管2的喷出口。此时，液相毛细管1 的液相出口位于气液喷管2的喷出口外侧即靠近电离区的一侧，便于带动液 态样品形成喷雾。当然，上述液相毛细管1的液相出口也可以设置于气液喷 管2的喷出口内侧。

进一步的，如图1-2所示，气液喷管2的出口端自远离电离源的一端向靠 近电离源的一端渐缩，且气液喷管2的喷出口直径为0.8mm-1.2mm，优选为 1mm；液相毛细管1的液相出口距气液喷管2的喷出口的距离0.3mm-0.5mm， 优选为0.5mm。这样一来，气液喷管2具有较小的喷出口，加快了鞘液鞘气 混合流体在喷出口处的流速，配合气液通道内的鞘气和鞘液能够带动液相出 口的液态样品获得良好的气液共混喷雾状态，从而使待测物分子与无机盐之 间具有较好的分离效果。同时上述缩小的喷出口还可以在一定程度上限制液 相毛细管1摆动。可以理解的是，上述气液喷管2也可以为直筒形，只要能 够实现带动液态样品达到喷雾状态的形状均可。

为了优化上述技术方案，气液喷管2的出口端为锥形喷出口，锥形喷出 口与气液喷管2的直管段可拆卸连接。此时，气液喷管2的表面为圆锥面， 便于加工。具体的，该锥形喷出口利用螺纹连接实现了可拆卸，当锥形喷出 口磨损较严重时可以仅更换喷出口，节约了成本，同时便于拆装。该气液喷 管2的出口端也可以为多个平面构成、或曲面形成的渐缩形状

为了使喷雾受热均匀，优选的，加热件为外套于气液喷管2的圆柱套筒3， 圆柱套筒3靠近电离区的一侧具有加热部31；为了降低重力影响，气液喷管 2沿竖直方向设置，DART的出口与质谱的质谱分析器的离子采样口位于同一 水平线上，两者之间形成电离区，气液喷管2设置于电离区上方，圆柱套筒3 的顶部套设在气液喷管2外侧，底部设有加热部31，位于气液喷管2的下方 对整个喷雾进行加热，信号效果更好。可替换的，上述加热件还可以为沿周 向设置的多个加热板。

为了便于安装，电离源用进样接口装置还包括底座(图中未示出)，圆 柱套筒3设置在底座上并通过螺栓与气液喷管2固定连接，圆柱套筒3上设 置有供螺栓穿过的螺纹通孔，气液喷管2的外壁与螺栓相抵，且气液喷管2 外壁上具有沿其轴向设置的多条固定标示线。本发明通过使螺栓穿过圆柱套 筒3上的螺纹通孔并与气液喷管2的外壁相抵，利用螺栓压迫气液喷管2外 壁产生细微的金属形变箍紧圆柱套筒3与气液喷管2。根据检测液态样品的不 同，本发明还通过调整气液喷管2的高度位置，使螺栓锁紧在气液喷管2相 应的固定表示线的位置，从而通过改变气液喷管2的高度，实现了加热部31 与气液喷管2的喷出口之间的相对位置可调，从而通过调节使液态样品达到 较好的分离状态，提高电离效果。当然，圆柱套筒3与气液喷管2还可以通 过其他结构实现固定连接，如分别与两者焊接相连的连接柱等。

为了进一步优化上述技术方案，上述圆柱套筒3通过第一千分尺、第二 千分尺以及第三千分尺设置在底座上，第一千分尺的测微螺杆沿X向设置， 第二千分尺的测微螺杆沿Y向设置，第三千分尺的测微螺杆沿Z向设置，第 二千分尺的框架固定在第一千分尺的测微螺杆上，第三千分尺的框架固定在 第二千分尺的测微螺杆上，圆柱套筒3固定设置在第三千分尺的测微螺杆上； 其中，X向、Y向、Z向两两垂直。本发明通过三个千分尺使得圆柱套筒3 相对于底座能够三维可调，从而在分析不同缓冲盐体系和不同有机溶剂体系 时可以通过调节气液喷管2的喷出口相对于DART和质谱的质谱分析器的三 维位置，获得稳定的检测信号。

该电离源用进样接口装置可以与高效/超高效液相色谱/毛细管电泳— DART电离源—质谱分析器整合使用，对经过液相分离的样品或者直接进样 的液态样品进行敞开式大气压电离并引入质谱进行分析检测，本装置提高了 液质联用对液相缓冲盐的要求，并加强了DART检测的信号强度和稳定性。

当然，本发明还可以通过其他装置实现圆柱套筒3相对于底座能够三维 可调，如均由直线滑轨、滚珠丝杠以及伺服电机构成的X向、Y向、Z向的 运动机构。

圆柱套筒3外还套设有陶瓷筒体(图中未示出)，陶瓷筒体远离电离区 的一端与圆柱套筒3远离电离区的一端螺纹连接。上述陶瓷筒体能够对加热 部31进行保温，实现集热和限制气流，使液态样品达到更好的分离效果。

优选的，电离源用进样接口装置还包括控制加热件的工作电压以及温度 的控制箱；调节鞘气管路4输送到气液喷管2内的鞘气压力的隔膜阀，隔膜 阀设置在鞘气管路4上。具体工作过程中，加热件工作电压为24V，由控制 箱的温控表控制温度。鞘气流的压力可以根据需要通过隔膜阀调节。本装置 分析不同缓冲盐体系和不同有机溶剂体系时还可以通过控制加热温度和鞘气 流速等参数获得稳定的检测信号。

为了便于装配，上述液相毛细管1通过石墨垫圈固定于气液喷管2远离 电离源的一端即顶端，石墨垫圈套设并密封在液相毛细管1与气液喷管2之 间，鞘气进口和鞘液进口位于石墨垫圈靠近电离源的一侧。此时可以根据需 要，通过调节石墨垫圈与液相毛细管1的相对位置，来调节液相毛细管1的 液相出口与气液喷管2的喷出口的相对位置。

进一步的，液相毛细管1的内径为75μm-150μm。液相毛细管1为金属毛 细管或者表层具有聚酰亚胺涂层的石英毛细管，从而使液相毛细管1可弯折， 便于调整其位置，同时降低工作过程中因弯折发生的损坏。上述聚酰亚胺， 具有较好的耐高低温性，电气绝缘性，粘结性，耐辐射性，耐介质性，化学 稳定性和阻燃性，提高了液相毛细管1的使用寿命。

本发明在电离区的下方还设置废液收集装置，便于收集喷出的废液。

本发明实施例还提供了一种质谱仪，包括质谱离子源和质谱分析器，质 谱离子源为DART电离源，质谱仪还包括用于将液态样品输送到DART电离 源的进样接口装置，进样接口装置为上述任一项实施例提供的电离源用进样 接口装置，能够降低无机盐及弱极性有机溶剂对质谱仪电离的影响，从而扩 大液质联用的应用范围；其优点是由电离源用进样接口装置带来的，具体的 请参考上述实施例中相关的部分，在此就不再赘述。

在具体实践的一实施例中：

电离源用进样接口装置参数设置：加热温度为250℃，鞘气气压为 5kPa，DART温度为350℃，DART与质谱分析器距离为10mm，喷出 口位于DART与质谱分析器连线上方距离质谱分析器7mm。

待测液态样品为利血平，浓度5μg/mL，溶于水/乙腈为1:1的溶 液中，溶液体系含有137mM NaCl，2.7mM KCl，10mM Na₂HPO₄， 2mM KH₂PO₄。

该样品通过蠕动泵以200μL/min的流速进入本装置，排除了无 机盐分的干扰，获得了良好的电离效果。

在具体实践的另一实施例中：

电离源用进样接口装置参数设置：装置加热温度为260℃，鞘气气 压为10kPa，DART温度为350℃，DART与质谱分析器距离为15mm， 喷出口位于DART与质谱分析器连线上方距离质谱10mm。

待测样品为劳拉西泮、氯硝西泮、地西泮、奥沙西泮、硝西泮、 氯氮卓和马来酸咪达唑仑等七种苯二氮平类药物，在甲醇中溶解后， 用pH为2.5的磷酸-磷酸二氢钾溶液稀释到浓度分别为30-150μg/mL。

混合样品通过液相色谱，以梯度洗脱的方式分离，并引入本装 置，DART电离后得到的液质联用谱图与单纯液相分离的分离度没 有明显差异，七种物质均可以良好电离而不受到磷酸盐的影响。

本发明采用的DART电离源对无机盐和非质子化溶剂、弱极性溶剂 有良好的耐受性。DART(实时直接分析技术)电离源是一种新型的敞开式大 气压电离技术。DART技术是基于大气压化学电离(APCI)原理发展而来的， 通过这种分子—离子反应的方式进行电离可以在样品含较高的盐分和较强的 基质效应情况下对目标分子进行电离。其主要的电离过程主要包括放电产生 的激发态气体(如氮气、氦气或氩气)原子与环境空气中的水反应，通过形 成水分子簇离

子进而与样品分子反应生成待测物的准分子离子的方式进行电离和激发 态气体原子与气相中待测物分子直接反应生成分子离子的方式进行电离即彭 宁电离(Penning ionization)两种原理。

在此过程挥发的溶剂如水、甲醇等质子化溶剂可以提高DART的电离效 率。DART电离后得到的液质联用谱图与单纯液相分离的分离度没有明显差 异，七种物质均可以良好电离而不受到磷酸盐的影响。

本发明实施例还提供了一种液相色谱质谱联用仪，包括色谱仪和与色谱 仪的液态样品出口连接的质谱仪，质谱仪为上述质谱仪，由于上述质谱仪具 有上述效果，具有上述质谱仪的液相色谱质谱联用仪具有同样的效果，故本 文不再赘述。

本发明实现液相色谱与DART-MS联用分析。并通过优化液相流出物与 质谱入口的位置、辅助溶剂的种类、电离相关的各项参数，实现对不同性质 化合物的定性定量分析，并且可以根据研究结果建立起包括适用于中药复杂 体系及生物样品的LC-DART-MS分析方法。本发明将大大拓展DART在相关 领域的应用，并且使液质联用对液相缓冲盐的要求进一步放宽。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都 是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用 本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易 见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下， 在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例， 而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。