游离样品并借以进行质谱分析的方法及装置

摘要

一种游离样品并借以进行质谱分析的方法及装置，该方法包含一燃烧步骤、一脱附/游离步骤，及一分析步骤。该燃烧步骤是准备一能产生燃烧反应的燃烧单元，通过燃烧反应生成至少一种具反应性的带电物种，并使一待测样品因燃烧反应的温度而产生热脱附，形成数个样品粒子。该脱附/游离步骤是使热脱附后的所述样品粒子与燃烧反应产生的带电物种进行气相化学反应，并产生游离现象而形成数个分析物离子。该分析步骤是将所述分析物离子导入一质谱仪进行质谱分析。能简便地以该燃烧单元产生燃烧反应而使待测样品形成可供质谱仪分析的分析物离子。

说明书

技术领域

本发明涉及一种游离样品并进行质谱分析的方法及装置，特别是 涉及一种以燃烧反应生成物游离样品并借以进行质谱分析的方法及 装置。

背景技术

参阅图1，为一现有的以电晕放电游离样品并进行质谱分析的装 置，该装置包含一用于喷出样品雾粒21的喷雾单元11、一设置于该 喷雾单元11下游的电晕针尖12，及一设置于该电晕针尖12下游，并 具有一样品入口131的质谱分析仪13。该喷雾单元11包括一输送样 品的毛细管111、一围绕该毛细管111并用于提供使样品雾化的高压 气体的供气管112，及一设置于该供气管112外侧的加热器113。

该喷雾单元11主要功能是对待测样品进行脱附(desorption)，以 形成脱附后的样品雾粒21，且通过该加热器113，能先行加热所述的 样品雾粒21，使所述样品雾粒21气化为气态样品粒子，所述的气态 样品粒子经过该电晕针尖12放出电晕的范围时，较易因电晕的高能 而游离为数个离子22。当所述离子22自该质谱分析仪13的样品入口 131进入导入该质谱分析仪13，即可开始对该样品进行质谱分析。

然而，由于要产生电晕放电现象必须对该电晕针尖12施加高电 压，故会消耗相当多的能量，且亦需要配合该喷雾单元11对待测样 品进行脱附，才能有较佳的游离效果，因而采用电晕放电来游离样品， 具有实验设备复杂的缺点，无法快速且简便地进行质谱分析。而为了 产生较佳的电晕放电效果，并在使用高电压的情况下维护实验安全， 也需要较为精良且高价的实验设备，因此也产生成本高，以及实验仪 器因体积庞大而不便携带、移动的缺点。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低耗能且设备简单、便宜、易操作的 以燃烧反应生成物游离样品的方法。

本发明游离样品的方法，包含一燃烧步骤及一脱附/游离步骤。

该燃烧步骤是准备一能产生燃烧反应的燃烧单元，通过燃烧反应 生成至少一种具反应性的带电物种。

该脱附/游离步骤是使一待测样品因燃烧反应的温度而产生热脱 附，形成数个样品粒子。热脱附后的所述样品粒子与燃烧反应产生的 带电物种进行气相化学反应，并产生游离现象而形成数个分析物离 子。故不需消耗大量能量产生高电能，即可使该待测样品脱附为所述 样品粒子，并且形成游离的分析物离子。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步 实现。

较佳地，前述游离样品的方法，其中该燃烧步骤中的燃烧反应是 利用燃料进行有焰燃烧。

较佳地，前述游离样品的方法，其中在该燃烧步骤中是以催化剂 催化燃料进行无焰燃烧。

较佳地，前述游离样品的方法，其中在该燃烧步骤中可在该燃料 中添加一样含有至少一种金属成分的辅助物，以形成含有该种金属成 分的带电物种。

本发明的次一目的在于提供一种低耗能且设备简单、便宜、易操 作的游离样品并借以进行质谱分析的方法。

本发明游离样品并借以进行质谱分析的方法，包含一燃烧步骤、 一脱附/游离步骤，及一分析步骤。

该燃烧步骤是准备一能产生燃烧反应的燃烧单元，通过燃烧反应 生成至少一种具反应性的带电物种。

该游离步骤是使一待测样品因燃烧反应的温度而产生热脱附，形 成数个样品粒子。而热脱附后的所述样品粒子与燃烧反应产生的带电 物种进行气相化学反应，并产生游离现象而形成数个分析物离子。通 过简单的燃烧反应所形成的分析物离子，即可供后续的质谱分析使 用。

该分析步骤是将所述分析物离子导入一质谱仪进行质谱分析，能 简便地对各种待测样品进行质谱分析。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步 实现。

较佳地，前述游离样品并借以进行质谱分析的方法，其中该燃烧 步骤中的燃烧反应是利用燃料进行有焰燃烧。

较佳地，前述游离样品并借以进行质谱分析的方法，其中在该燃 烧步骤中是以催化剂催化燃料进行无焰燃烧。

较佳地，前述游离样品并借以进行质谱分析的方法，其中在该燃 烧步骤中可在该燃料中添加一样含有至少一种金属成分的辅助物，以 形成含有该种金属成分的带电物种。

本发明的又一目的在于提供一种低耗能且设备简单、便宜、易操 作的游离样品的方法。

本发明游离样品并借以进行质谱分析的方法，包含一脱附步骤、 一燃烧步骤，及一游离步骤。

该脱附步骤是利用一脱附单元将一待测样品分离为数个样品粒 子，所述样品粒子较该待测样品具有更大的反应面积，较易产生后续 的反应。

该燃烧步骤是准备一能产生燃烧反应的燃烧单元，通过燃烧反应 生成至少一种具反应性的带电物种。

该游离步骤是使所述样品粒子与燃烧反应产生的带电物种进行 气相化学反应，并产生游离现象而形成数个分析物离子。在该待测样 品经由该脱附单元进行脱附后，仅依靠单纯的燃烧反应即可使所述样 品粒子游离为数个分析物离子，故不需消耗过多的能量。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步 实现。

较佳地，前述游离样品的方法，其中该燃烧步骤中的燃烧反应是 利用燃料进行有焰燃烧。

较佳地，前述游离样品的方法，其中在该燃烧步骤中是以催化剂 催化燃料进行无焰燃烧。

较佳地，前述游离样品的方法，其中在该燃烧步骤中可在该燃料 中添加一样含有至少一种金属成分的辅助物，以形成含有此种金属成 分的带电物种。

本发明的再一目的在于提供一种低耗能且设备简单、便宜、易操 作的游离样品并借以进行质谱分析的方法。

本发明游离样品并借以进行质谱分析的方法，包含一脱附步骤、 一燃烧步骤、一游离步骤，及一分析步骤。

该脱附步骤是利用一脱附单元将一待测样品分离为数个样品粒 子，所述样品粒子较该待测样品具有更大的反应面积。

该燃烧步骤是准备一能产生燃烧反应的燃烧单元，通过燃烧反应 生成至少一种具反应性的带电物种。

该游离步骤是使所述样品粒子与燃烧反应产生的带电物种进行 气相化学反应，并产生游离现象而形成数个分析物离子。该待测样品 经由该脱附单元进行脱附后，通过燃烧反应即可产生数个可供进行质 谱分析的分析物离子。

该分析步骤是将所述分析物离子导入一质谱仪进行质谱分析，能 简便地对各种待测样品进行质谱分析。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步 实现。

较佳地，前述游离样品并借以进行质谱分析的方法，其中该燃烧 步骤中的燃烧反应是利用燃料进行有焰燃烧。

较佳地，前述游离样品并借以进行质谱分析的方法，其中在该燃 烧步骤中是以催化剂催化燃料进行无焰燃烧。

较佳地，前述游离样品并借以进行质谱分析的方法，其中在该燃 烧步骤中可在该燃料中添加一样含有至少一种金属成分的辅助物，以 形成含有此种金属成分的带电物种。

本发明的另一目的在于提供一种便于携带、移动，并能快速且简 便地的游离样品并借以进行质谱分析的装置。

本发明游离样品并借以进行质谱分析的装置，包含一燃烧单元， 用于产生燃烧反应生成至少一种具反应性的带电物种，并使一待测样 品因燃烧反应的温度而产生热脱附，形成数个样品粒子，所述样品粒 子与燃烧反应产生的带电物种进行气相化学反应，并产生游离现象而 形成数个分析物离子；及一质谱仪，设置于该燃烧单元下游，用于接 收所述分析物离子并进行质谱分析。该燃烧单元仅需能产生足以使待 测样品脱附并且游离的火焰即可，不需复杂的设备，即可配合该质谱 仪快速且简便地进行质谱分析。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步 实现。

较佳地，前述游离样品并借以进行质谱分析的装置，其中该燃烧 单元是利用燃料进行有焰燃烧。

较佳地，前述游离样品并借以进行质谱分析的装置，其中该燃烧 单元是以催化剂催化燃料进行无焰燃烧。

较佳地，前述游离样品并借以进行质谱分析的装置，其中在该燃 料中添加一样含有至少一种金属成分的辅助物，用于在进行燃烧反应 后形成含有此种金属成分的带电物种。

本发明的再一目的在于提供一种便于携带、移动，并能快速且简 便地的游离样品并借以进行质谱分析的装置。

本发明游离样品并借以进行质谱分析的装置，包含一燃烧单元， 用于产生燃烧反应生成至少一种具反应性的带电物种；一脱附单元， 与该燃烧单元间隔设置，用于将一待测样品分离为数个样品粒子，所 述样品粒子与燃烧反应产生的带电物种进行气相化学反应，并产生游 离现象而形成数个分析物离子；及一质谱仪，设置于该燃烧单元及该 脱附单元的下游，用于接收所述分析物离子并进行质谱分析。该燃烧 单元配合该脱附单元，可简便地使脱附后的所述样品粒子游离为分析 物离子，不需复杂的设备，即可配合该质谱仪快速且简便地进行质谱 分析。

本发明的目的及解决其技术问题还可采用以下技术措施进一步 实现。

较佳地，前述游离样品并借以进行质谱分析的装置，其中该燃烧 单元是利用燃料进行有焰燃烧。

较佳地，前述游离样品并借以进行质谱分析的装置，其中该燃烧 单元是以催化剂催化燃料进行无焰燃烧。

较佳地，前述游离样品并借以进行质谱分析的装置，其中在该燃 料中添加一样含有至少一种金属成分的辅助物，用于在进行燃烧反应 后形成含有此种金属成分的带电物种。

本发明的有益的效果在于：该燃烧单元进行燃烧反应所生成的带 电物种，能以较低的耗能及简单的操作使所述样品粒子游离为质谱仪 可接受的分析物离子。而利用该燃烧单元处理该待测样品的方式，不 但能快速且简便地进行质谱分析，也能简化质谱分析的设备，使以燃 烧反应生成物游离样品并借以进行质谱分析的装置具有便于携带、移 动的优点。

附图说明

图1是一示意图，说明一现有的以电晕放电游离样品并进行质谱 分析的装置；

图2是一流程图，说明本发明游离样品并借以进行质谱分析的方 法的一第一实施例；

图3是一示意图，说明本发明游离样品并借以进行质谱分析的装 置的一第一实施例；

图4是一数据分布图，说明通过该方法及该装置的第一实施例实 际进行质谱分析的结果；

图5是一数据分布图，说明以不同燃料对同一待测样品进行质谱 分析的情况；

图6是一示意图，说明以无焰燃烧的方式进行该方法的第一实施 例的情况；

图7是一数据分布图，辅助说明图6；

图8是一流程图，说明本发明游离样品并借以进行质谱分析的方 法的一第二实施例；

图9是一示意图，说明本发明游离样品并借以进行质谱分析的装 置的一第二实施例；

图10是一趋势图，说明改变待测样品浓度分别进行质谱分析的 数据趋势；

图11是一数据比较图，比较采用该方法的第二实施例与采用针 尖电晕放电方式所得的质谱图；及

图12是一数据分布图，说明在燃料中添加含有金属成分的辅助 物的分析结果。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

在本发明被详细描述前，应当注意在以下的说明内容中，类似的 元件是以相同的编号来表示。

参阅图2，为本发明游离样品并借以进行质谱分析的方法的第一 实施例，该第一实施例包含一燃烧步骤71、一脱附/游离步骤72，及 一分析步骤73。而参阅图3，为本发明游离样品并借以进行质谱分析 的装置的第一实施例，该第一实施例包含一用于产生燃烧反应的燃烧 单元31，及一设置于该燃烧单元31下游的质谱仪32。其中，待测样 品40是沾附于一支以化性较为稳定的材料所制成的检测棒41上，使 该待测样品40位于燃烧反应所产生的火焰301与该质谱仪32间，而 该待测样品40是与所述的火焰301相间隔，避免该待测样品40中的 特定有机成分因直接接触所述的火焰301而被热分解。要特别说明的 是，该检测棒41通常是采用实验室中较易取得的玻璃棒，但不以玻 璃棒为限。

同时参阅图2与图3，该燃烧步骤71是以该燃烧单元31产生燃 烧反应，通过燃烧反应生成至少一种具反应性的带电物种302，并使 一待测样品40因燃烧反应的温度而产生热脱附(ThermalDesorption)， 形成数个样品粒子401。其中，该燃烧单元31产生燃烧反应的方式， 可以是利用一燃料(图中未绘示)进行有焰燃烧，或者是以一催化剂催 化一燃料进行无焰燃烧。要特别说明的是，就算该燃烧单元31是进 行无焰燃烧，亦仅为所产生的火焰301所放出的辐射，不在人眼所能 看见的可见光范围，而并非未产生火焰301。因此，采用无焰燃烧的 方式时，仍需要以经验判断所产生的火焰301的范围，避免使该待测 样品40直接接触到该火焰301而被燃烧分解。

由于在进行燃烧所选用的燃料通常具有碳元素和氢元素，故在与 氧元素反应产生燃烧反应时，会产生以下化学反应：

CH+O→CHO⁺+e^─

CHO⁺+H₂O→H₃O⁺+CO

因此，在燃烧反应中会产生CHO+及H₃O+，而随着燃料种类和 燃烧反应产生条件的不同，产生的带电物种302可能略有差异，但燃 烧反应的目的是在于产生至少一种容易产生气相化学反应的带电物 种302，而带电物种302的种类不以上述为限。

在该脱附/游离步骤72中，热脱附后的所述样品粒子401与燃烧 反应产生的带电物种302会进行气相化学反应，并产生游离现象而形 成数个分析物离子501，所述分析物离子501即是可被该质谱仪32 接受的样品型态。

在该分析步骤73中，是将所述分析物离子501导入该质谱仪32 进行质谱分析，该质谱仪32会针对所述分析物离子501的质荷比进 行分析，并且得到电荷、质量及信号强度相关的质谱图，而依据已知 质荷比的物质的既有资料，可分析该待测样品40所含有的成分。

参阅图4，为采用游离样品并借以进行质谱分析的方法及装置的 第一实施例，对局部麻醉剂─利多卡因(Lidocaine、MW234)─，以及 正十六烷(Hexadecane)进行质谱分析所得到的质谱图。其中，图中的 横轴为质荷比(m/z)，而纵轴则为相对强度(RelativeIntensity)。如图4 中所示，针对利多卡因的质谱分析中，明显可见在质荷比为 235(M+H)+处产生明显的强度高峰，代表利多卡因具有质荷比为235 的物质成分。另外，分析正十六烷所产生的质谱图中亦显示质荷比为 239(M+O-3H)+，及253的强度高峰。依据图4所示，可知通过游离 样品并借以进行质谱分析的方法及装置的第一实施例，确实能进行质 谱分析并且分析待测物的成分。

因此，利用如图3所示的燃烧单元31进行样品游离，相较于利 用现有的针尖电晕放电游离设备而言，该燃烧单元31的体积是远小 于所述的针尖电晕放电游离设备。另外，由于该燃烧单元31的制造 及设计难度，相较于上述的针尖电晕放电游离设备而言，明显亦容易 许多，故该装置的第一实施例能达成简化质谱分析的设备，并且使质 谱分析的设备具有易于携带、移动的功效。况且，当该装置的第一实 施例是易于携带、移动时，亦能使质谱分析的流程变得更加简便且快 速。

参阅图5，为利用各种不同燃料游离利多卡因并进行质谱分析所 得的质谱图，其中质谱图(a)是利用乙醇为燃料所得的结果，质谱图(b) 是利用丙酮为燃料所得的结果，而质谱图(c)则是直接点燃火柴当作游 离源所得的结果。由图中所示，可见质谱图(a)、(b)、(c)皆显示在质 荷比为235.2(M+H)⁺及273.1(M+K)⁺时呈现明显的强度高峰，三个质 谱图(a)、(b)、(c)的结果一致。代表不论采用何种燃料，皆能确实分 析出同一种待测物所含有的成分。

参阅图6与图7，当以一怀炉当作该燃烧单元31进行无焰燃烧时， 同样以该检测棒41沾附该待测样品40而进行该待测样品40的游离， 并供该质谱仪32进行检测。如图7所示，为以利多卡因当作待测样 品40的分析结果，由图7中可见，在质荷比为235.1时形成强度高峰， 与如图5所示以有焰燃烧进行分析的结果相比较，并考虑到些许的实 验误差因素，与图5中的质荷比235.2所形成的强度高峰应属于同样 的成分。而依据既有的质荷比数据，上述测得质荷比为235.1或235.2 的成分属于质子化离子(M+H)⁺，可见无论是采用有焰燃烧及无焰燃 烧，皆可在进行质谱分析时得到同样的成分信号。

重新参阅图3与图6，无论是采用有焰燃烧或者无焰燃烧，在该 燃料中可添加一含有至少一种金属成分的辅助物，以形成含有该种金 属成分的带电物种302。其中，上述含有特定金属成分的带电物种302， 能配合特定待测样品40的成分产生特定的气相化学反应，可达成使 质谱分析结果更加明显的效果。而视所添加的金属成分的特性，若能 与该待测样品40中较不易检测的成分反应，形成较易检测到的加成 离子，亦能达成针对较不易检测的成分进行检测的功效。

参阅图8，为本发明游离样品并借以进行质谱分析的方法的第二 实施例，该第二实施例包含一脱附步骤81、一燃烧步骤82、一游离 步骤83，及一分析步骤84。而参阅图9，为本发明游离样品并借以进 行质谱分析的装置的第二实施例，该第二实施例包含一用于产生燃烧 反应的燃烧单元31、一与该燃烧单元31间隔设置的脱附单元33，及 一设置于该燃烧单元31及该脱附单元33下游的质谱仪32。

同时参阅图8与图9，游离样品并借以进行质谱分析的方法的第 二实施例与第一实施例的差异在于：该方法的第二实施例还包含一脱 附步骤81，也就是说，该脱附步骤81与该游离步骤83是分别以两个 不同的元件所进行的。而游离样品并借以进行质谱分析的装置的第二 实施例与第一实施例的差异在于：该装置的第二实施例还包含一脱附 单元33。该方法及该装置的第二实施例，除了能达到与该方法及该装 置的第一实施例相同的功效外，由于在该第二实施例中的脱附步骤81 时，已利用该脱附单元33先行将该待测样品40分离为数个样品粒子 401，故在该燃烧步骤82时，不需通过该燃烧单元31对该待测样品 40进行脱附，可直接使所述样品粒子401与燃烧反应产生的带电物种 302进行气相化学反应，并在该游离步骤83时产生游离现象而形成数 个分析物离子501。而在该分析步骤84中，所述分析物离子501被导 入至该质谱仪32中，并进行质谱分析。

其中，图9中所绘示的脱附单元33是一个喷雾器，且能对脱附 后的样品粒子401进行加热，经过加热的样品粒子401具有较高的温 度，因而更容易与所述带电物种302进行反应，使所述样品粒子401 能更有效率地游离为所述分析物离子501。要特别说明的是，该脱附 单元33的主要功能为使该待测样品40脱附为数个样品粒子401，故 该脱附单元33只要能具有上述脱附功能即可，不以前述具有加热功 能的喷雾器为限，可视该待测样品40的形态，采用例如雷射、震波， 或者气流等等不同的工具和方法进行脱附。

参阅图10并配合图9，为利用游离样品并借以进行质谱分析的方 法及装置的第二实施例对蛇根碱(Reserpine)进行各种不同浓度的质谱 分析所得的趋势图。其中，每一资料点是陆续增加该待测样品40的 浓度而依序测得的结果，图中的横轴为待测样品的浓度，纵轴则为质 谱分析所得到的信号强度(Intensity)。根据质谱分析的结果，可见在该 待测样品40的浓度陆续增加的同时，质谱分析所测得的信号强度亦 随着呈线性增加，在50ppb至104ppb浓度范围内皆呈现良好的线性 分布，代表以上述方法进行质谱分析时所测得的数据具有相当的准确 性。而由图10所载的数据可知，利用该方法及该装置的第二实施例 实际进行质谱分析时，确实能得到准确的结果。

参阅图11，为采用针尖电晕放电的游离方式进行质谱分析，与采 用该方法的第二实施例进行质谱分析的数据比较图。其中，质谱图(d) 是以针尖电晕放电的游离方式对蛇根碱进行分析的结果，质谱图(e) 是以该第二实施例对蛇根碱进行分析的结果，质谱图(f)是以针尖电晕 放电的游离方式对氟氯霉素(Florfenicol)进行分析的结果，质谱图(g) 是以该第二实施例对氟氯霉素进行分析的结果。比较质谱图(d)与质谱 图(e)，皆可见在质荷比为609.3的位置形成强度高峰，两者的结果完 全一致。而质谱图(f)与质谱图(g)则分别是在质荷比为355.6、355.5 的位置，及分别在质荷比为357.6、357.5(同位素峰)的位置形成强度 高峰，两者亦能测得同样成分的强度高峰，显示该第二实施例能取代 以针尖电晕放电的游离方式进行的质谱分析。

另外，由于要产生针尖电晕放电的现象，需要对一针尖施以相当 大的电压，故采用针尖电晕放电来游离样品，需要消耗相当多的能量。 而本发明游离样品并借以进行质谱分析的方法的第一实施例及该第 二实施例中，利用燃烧反应来游离样品的方式，仅需要点燃燃料或者 以催化剂催化燃料使其产生燃烧反应即可，所消耗的能量则相对较 少，故亦具有低耗能的优点。

参阅图12，为分别在燃料中添加多种各自含有一种金属成分的辅 助物，并分别以该方法及该装置的第二实施例对冠醚(18-crown-6)进 行质谱分析所得的数据。在图12所示的数据中，是以乙炔为燃料进 行氧化燃烧反应，质谱图(x1)中为未添加辅助物的质谱分析结果，分 别在质荷比为265(M+H)⁺、283(M+H₃O)⁺的位置形成强度高峰，质谱 图(x2)是在乙炔燃烧反应中添加氯化锂(LiCl)，会在质荷比为 271(M+Li)⁺的位置形成强度高峰，质谱图(x3)是在乙炔燃烧反应中添 加氯化钠(NaCl)，会在质荷比为287(M+Na)⁺的位置形成强度高峰，质 谱图(x4)是在乙炔燃烧反应中添加氯化钾(KCl)，会在质荷比为 303(M+K)⁺的位置形成强度高峰，质谱图(x5)是在乙炔燃烧反应中添 加氯化铯(CsCl)，会在质荷比为396(M+Cs)⁺的位置形成强度高峰，而 质谱图(x6)是在乙炔燃烧反应中添加氯化铷(RbCl)，可在质荷比为349 (M+Rb)⁺的位置形成强度高峰。

由质谱图(x1)至质谱图(x6)所显示的数据，可知在燃料燃烧反应 中添加各种碱金族氯化盐类(AlkaliMetalChloride)所呈现的图形，皆 会分别显示与锂、钠、钾、铯、铷形成加成离子的信号。由此实验可 知，在燃料中所添加的金属成分，会通过燃烧反应形成特定的带电产 物，并与待测物进行加成反应形成含有该金属成分的加成离子。另外， 也有可能与气体待测物产生化学反应而生成其他产物，也就是说，燃 料中所添加的金属成分在与待测物进行反应时，所产生的产物不以加 成离子为限，亦有可能因化学反应产生其他产物，因此会改变质谱分 析时所测得的质荷比数据，且借此能检测待测物中原本不易形成离 子，但与所含有与添加的金属成分容易反应为加成离子的成分。