一种基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法

技术领域

本发明是涉及一种基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法，属于质谱分析技术领域。

背景技术

质谱(MS)是一种测量离子质荷比(质量-电荷比)的分析工具。质谱优秀的灵敏度、检测限和响应速度以及样品多样性让其在分析方法中有着重要的地位。电喷雾离子化技术(ESI)自上世纪问世以来，因其不易引发碎裂的软电离特性，已成为质谱分析领域应用最广泛的方法。

ESI作为一种最为常见的离子源，在对极性小分子物质和复杂生物样品分析中有着独特的优势。但是，传统电喷雾带电液滴尺寸较大，导致单纯通过电喷雾装置，目标化合物离子化效率低；同时，当待测样品中溶剂为电喷雾不良溶剂时，样品难以被离子化；当待测样品基质较为复杂时，基质中的无机离子或其他有机干扰物抑制了目标分析物的解吸与离子化效率，基质抑制效应严重，这些都导致传统电喷雾离子化方法检测灵敏度较低。

为了提高电喷雾离子源的检测灵敏度，人们发展出纳升电喷雾技术，虽可有效提升一些药品的检测灵敏度，但是纳升电喷雾尖端通常在20μm以下，容易发生堵塞，且无法实现与液相联用实现对样品的长时间分析。

等离子体是物质除固、液、气三种状态之外的第四态，自十九世纪被发现以来，已经在人们的日常生活生产中得到了广泛应用，其基本原理与应用的深入研究一直是科研领域的热点，等离子体也常常被用于质谱领域的研究中。

另外，本申请人在专利CN201910665569.2及CN201921160027.1中公开了一种火焰辅助电喷雾离子化装置和使用该装置实现离子化的方法，该装置包括能引入待测样品的电喷雾通道，所述电喷雾通道的出口末端位于质谱进样通道的端口前方，在电喷雾通道的出口末端和质谱进样通道的端口之间设有火焰发生装置，所述火焰发生装置产生的火焰与质谱进样通道的端口相接触或位于质谱进样通道的端口的周围。虽然利用火焰发生装置产生的火焰等离子体来辅助电喷雾离子化，能有效降低基质产生的背景信号的干扰，但是，采用该方法对样品离子化过程中，样品是直接与火焰等离子体接触，容易受到过高能量而碎裂，并且火焰等离子体在燃烧过程中易产生各类燃烧物质而影响离子化效果。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法，包括如下步骤：

a)将样品溶液引入电喷雾喷针，所述电喷雾喷针通过导线连接有高压电源，所述电喷雾喷针的出口端位于质谱进样通道的端口前方，所述电喷雾喷针的外部套设有能引入雾化气的等离子体雾化气气路，所述电喷雾喷针的附近设有能放电产生等离子体的等离子体引发装置，所述等离子体引发装置的放电端设于等离子体雾化气气路内部且不与电喷雾喷针接触；

b)开启等离子体引发装置，使等离子体引发装置在等离子体雾化气气路内放电产生等离子体；

c)将雾化气引入等离子体雾化气气路，引入的雾化气在等离子体的作用下形成等离子体雾化气；

d)开启连接在电喷雾喷针上的高压电源，样品溶液在高压电与等离子体雾化气的作用下产生喷雾而形成样品离子，形成的样品离子通过质谱进样通道进入质谱仪。

一种实施方案，所述的等离子体引发装置包括通过导线相连的特斯拉线圈和放电针，所述放电针设于等离子体雾化气气路内部且不与电喷雾喷针接触。

一种优选方案，所述放电针的材料包括但不限于金属、石墨、碳纤维、导电高分子材料。

一种优选方案，所述特斯拉线圈的输入电压为10～25V，所述放电针的尖端电压为2000～5000V。

一种实施方案，所述电喷雾喷针的轴线与质谱进样通道的轴线位于同一水平线上。

一种实施方案，所述电喷雾喷针的出口端与质谱进样通道的端口之间的距离为5～20mm。

一种实施方案，所述等离子体雾化气气路的材料包括但不限于石英、金属、耐热高分子材料。

一种实施方案，所述雾化气包括但不限于氮气、氦气和氩气。

一种实施方案，样品溶液的流速为1～5000微升/分钟。

一种实施方案，雾化气的气压为0.05～0.2MPa。

一种实施方案，进行电喷雾的电离电压为2000～4000V。

相较于现有技术，本发明的有益技术效果在于：

1、与现有的电喷雾离子化方法相比，本发明通过向电喷雾过程中引入等离子体，实现了在不改变原有电喷雾装置的前提下，提高了对于一系列化合物的检测灵敏度；

2、本发明同时包含了电喷雾离子化与等离子体离子化两类离子化过程，因此对一系列电喷雾不好检测的低极性化合物，以及溶于难导电的电喷雾不良溶剂中的化合物，本发明均可以实现检测；

3、与现有的基于等离子体技术的离子化方法相比，由于本发明中等离子体区域与样品不直接接触，因此不会产生热裂解、氧化、聚合等副反应影响样品的检测；

4、本发明中，等离子体引发装置产生等离子体的区域中只含有雾化气，气体环境相对稳定，不会引入等离子体离子化过程中常见的背景信号；

5、本发明可以提升质谱检测的灵敏度，同时对于样品的基质效应有一定的抑制；

6、本发明可方便地与常见的电喷雾技术(如：解吸电喷雾电离、原位超声喷雾电离、溶剂辅助电喷雾电离等)和质谱仪(如：三重四极杆质谱仪、飞行时间质谱仪、离子阱质谱仪等)联用，可以推广应用到其他质谱分析中，应用范围广，实用性强。

附图说明

图1是本发明提供的一种可实现本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法的装置结构示意图；

图2是本发明实施例1中L-亮氨酸、合成辣椒素、水杨酸甲酯、2-甲基丁醛、除虫菊酯、氰戊菊酯和豆甾醇各化合物分别采用传统电喷雾离子化方法和本发明提供的电喷雾离子化方法所得信噪比的对比图；

图3是本发明实施例2中化合物烯丙菊酯的标准溶液和加标基质溶液分别采用传统电喷雾离子化方法和本发明提供的电喷雾离子化方法所得的标准曲线的对比图；图中：A是表示采用传统电喷雾离子化方法检测烯丙菊酯的标准溶液所得的标准曲线，B是表示采用传统电喷雾离子化方法检测烯丙菊酯的加标基质溶液所得的标准曲线，C是表示采用本发明提供的电喷雾离子化方法检测烯丙菊酯的标准溶液所得的标准曲线，D是表示采用本发明提供的电喷雾离子化方法检测烯丙菊酯的加标基质溶液所得的标准曲线；

图4是本发明实施例3中化合物胆固醇在使用不同溶剂体系下分别采用传统电喷雾离子化方法和本发明提供的电喷雾离子化方法所得信噪比的对比图；

图中标号示意如下：1、电喷雾喷针；2、等离子体雾化气气路；3、高压电源；4、特斯拉线圈；5、放电针；6、导线；7、质谱进样通道。

具体实施方式

下面结合附图对本发明技术方案做进一步详细、完整地说明。

图1所示是一种可实现本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法的装置结构示意图，包括电喷雾喷针1和质谱进样通道7，所述电喷雾喷针1通过导线6连接有高压电源3，所述电喷雾喷针1的出口端位于质谱进样通道7的端口前方，所述电喷雾喷针1的外部套设有能引入雾化气的等离子体雾化气气路2，所述电喷雾喷针1的附近设有能放电产生等离子体的等离子体引发装置，所述等离子体引发装置的放电端设于等离子体雾化气气路2内部且不与电喷雾喷针1接触。

本发明中所采用的质谱仪可以为三重四极杆质谱仪、飞行时间质谱仪、离子阱质谱仪、傅里叶变换离子回旋共振质谱仪等常见的质谱仪。

本发明中，所述的等离子体引发装置包括通过导线6相连的特斯拉线圈4和放电针5，所述放电针5设于等离子体雾化气气路2内部且不与电喷雾喷针1接触。放电针5即相当于等离子体引发装置的放电端。等离子体引发装置放电产生的等离子体可称为放电等离子体，与火焰等离子体相比，可避免火焰等离子体在燃烧过程中易产生各类燃烧物质而影响离子化效果的缺陷，且可有效减少污染。

本发明中，所述放电针5的材料包括但不限于金属、石墨、碳纤维、导电高分子材料。

本发明中，所述特斯拉线圈4的输入电压为10～25V，所述放电针5的尖端电压为2000～5000V。

本发明中，所述电喷雾喷针1的轴线与质谱进样通道7的轴线位于同一水平线上，即电喷雾喷针1的出口端位于质谱进样通道7的端口正前方。此外，所述电喷雾喷针1的出口端与质谱进样通道7的端口之间的距离d为5～20mm。

本发明中，所述等离子体雾化气气路2的材料包括但不限于石英、金属、耐热高分子材料。等离子体雾化气气路2类似于一个空心套管，使用的时候，套在电喷雾喷针1的外部。

本发明中，所述雾化气包括但不限于氮气、氦气和氩气。

本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法，包括如下步骤：

a)将样品溶液引入电喷雾喷针1(采用常规样品溶液引入方法即可，例如：通过进样泵将样品溶液引入电喷雾喷针1)；

b)开启等离子体引发装置，使等离子体引发装置在等离子体雾化气气路2内放电产生等离子体；具体为：开启特斯拉线圈4，放电针5尖端生成高压放电，从而在等离子体雾化气气路2内放电产生等离子体；

c)将雾化气引入等离子体雾化气气路2，引入的雾化气在等离子体的作用下形成等离子体雾化气；

d)开启连接在电喷雾喷针1上的高压电源3，样品溶液在高压电与等离子体雾化气的作用下产生喷雾而形成样品离子(图1中电喷雾喷针1与质谱进样通道7之间的黑点即为样品离子)，形成的样品离子通过质谱进样通道7进入质谱仪。

本发明中，样品溶液的流速为1～5000微升/分钟，优选2～10微升/分钟；雾化气的气压(即步骤c)中通入的雾化气气压)为0.05～0.2MPa。进行电喷雾的电离电压(即进行电喷雾时高压电源3的工作电压)为2000～4000V。

下面结合具体应用实施例进一步说明本发明所能实现的技术效果。

实施例1

采用图1所示装置与质谱仪(质量分析器为三重四极杆)联用，分别对化合物L-亮氨酸

使用甲醇分别将L-亮氨酸、合成辣椒素、水杨酸甲酯、2-甲基丁醛、除虫菊酯、氰戊菊酯配置成1mg/mL的样品溶液，使用正己烷将豆甾醇配置成1mg/mL的样品溶液，备用；

使用进样泵向电喷雾喷针中分别通入上述样品溶液，样品溶液流速为5μL/min；打开雾化气与高压电源，在0.1MPa雾化气与电喷雾喷针上3000V电压的作用下，样品喷雾发生解吸离子化，使用MRM模式检测样品信号，在此模式下得到采用传统电喷雾离子化方法检测的信噪比；

打开特斯拉线圈4，在放电针5的尖端产生4000V的高压，从而在等离子体雾化气气路2内放电产生等离子体，等离子体将雾化气离子化产生等离子体雾化气，然后在0.1MPa等离子体雾化气与3000V电压的共同作用下，样品喷雾发生解吸离子化，使用MRM模式检测样品信号，在此模式下得到采用本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法检测的信噪比。

开启特斯拉线圈4，放电针5尖端生成高压放电，从而在等离子体雾化气气路2内放电产生等离子体；

图2是本实施例中分别采用本发明提供的电喷雾离子化方法和传统电喷雾离子化方法对一系列化合物检测得到的信噪比对比图，其中采用传统电喷雾离子化方法所得信噪比经过归一化处理；由图2可见，相对于传统电喷雾离子化方法，本发明提供的电喷雾离子化方法对于具有不同极性和分子量的化合物，均可使信噪比得到明显提升，其中对于水杨酸甲酯此类在ESI下信号较差的分子，也能使信噪比提升较为明显，说明本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法与传统电喷雾离子化方法相比，具有更高的分析灵敏度。

实施例2

采用图1所示装置与质谱仪(质量分析器为三重四极杆)联用，分别对化合物烯丙菊酯

使用甲醇将烯丙菊酯配置成0.01μg/mL、0.025μg/mL、0.05μg/mL、0.075μg/mL、0.1μg/mL、0.25μg/mL、0.5μg/mL、0.75μg/mL、1μg/mL的标准样品溶液；取2.5g新鲜草叶，加10mL甲醇，超声30分钟，取上清液在转速10000rpm、4℃下离心10分钟，取上清液转移到25mL容量瓶中加甲醇定容至25mL，制成空白基质溶液；之后使用空白基质溶液，将烯丙菊酯样品配置成0.01μg/mL、0.025μg/mL、0.05μg/mL、0.075μg/mL、0.1μg/mL、0.25μg/mL、0.5μg/mL、0.75μg/mL、1μg/mL的加标基质样品溶液。

使用进样泵向电喷雾喷针中通入标准样品溶液，流速为5μL/min，打开雾化气与高压电源，在0.1MPa雾化气与喷雾针上3000V电压的作用下，样品喷雾发生解吸离子化，使用MRM模式检测样品信号，得到采用传统电喷雾离子化方法检测标准样品的信号，并根据不同的浓度与信号强度绘制出采用传统电喷雾离子化方法检测标准样品的定量曲线；

打开特斯拉线圈4，在放电针5的尖端产生4000V的高压，从而在等离子体雾化气气路2内放电产生等离子体，等离子体将雾化气离子化产生等离子体雾化气，在0.1MPa等离子体雾化气与3000V电压的共同作用下，样品喷雾发生解吸离子化，使用MRM模式检测样品信号，得到采用本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法检测标准样品的信号，并根据不同的浓度与信号强度绘制出采用本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法检测标准样品的定量曲线；

以相同的方法检测烯丙菊酯的加标基质溶液，分别得到采用传统电喷雾离子化方法和采用基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法检测加标基质样品的信号，并根据不同的浓度与信号强度分别绘制出采用传统电喷雾离子化方法和采用本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法检测加标基质样品的定量曲线。

图3是本实施例中分别采用传统电喷雾离子化方法和采用本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法检测烯丙菊酯的标准样品溶液和加标基质样品溶液所得的定量曲线；由图3可以看出，采用本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法，对于标准溶液和加标基质溶液的检测结果相差不大，基质效应小于5％；而采用传统电喷雾离子化方法检测标准样品和加标基质样品时，信号相对更低，同时基质效应更为明显；说明本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法可以较好地抑制对于质子亲合能较低地化合物离子化中常见的基质效应问题。

实施例3

采用图1所示装置与质谱仪(质量分析器为三重四极杆)联用，对化合物胆固醇

使用正相液相色谱常用流动相作为溶剂的样品进行检测，具体操作如下：

分别使用正己烷和丙醇将胆固醇配置成1mg/mL的样品溶液；

使用进样泵向电喷雾喷针中通入样品溶液，流速为5μL/min，打开雾化气与高压电源，在0.1MPa雾化气与喷雾针上3000V电压的作用下，样品喷雾发生解吸离子化，使用MRM模式检测样品信号，得到采用传统电喷雾离子化方法检测样品的信噪比；

打开特斯拉线圈4，在放电针5的尖端产生4000V的高压，从而在等离子体雾化气气路2内放电产生等离子体，等离子体将雾化气离子化产生等离子体雾化气，在0.1MPa等离子体雾化气与3000V电压的共同作用下，样品喷雾发生解吸离子化，使用MRM模式检测样品信号，得到采用本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法检测样品的信噪比。

图4是本实施例中采用传统电喷雾离子化方法和采用本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法在正相液相色谱常用的流动相下检测胆固醇样品所得的信噪比对比图，因使用极性较低的正己烷溶剂时，在传统电喷雾离子化方法下信号很低，没有检测到样品信号，而本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法则可以检测到信号；并且，在使用极性更高的丙醇作为溶剂时，采用本发明所述的电喷雾离子化方法检测得到的信噪比也得到明显提升；由图4可以看出，本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法对于溶解在难导电的电喷雾不良溶剂中的化合物也可以很好的实现检测，并能提升电喷雾检测的灵敏度，说明本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法也可以和正相液相色谱进行联用。

综上所述可见：采用本发明所述的基于等离子体雾化气辅助的电喷雾离子化方法，可以在原有电喷雾离子化的基础上实现对电喷雾质谱检测灵敏度的提升，且对大多数化合物均有较好的信噪比提升能力，适用范围广；因为本发明同时包含电喷雾离子化与等离子体离子化两个过程，因此对于一些在电喷雾方法下较难检测的化合物，以及一些溶解在一些难以导电的电喷雾不良溶剂中的化合物，也可以实现很好的检测，对于电喷雾方法中常见的基质效应问题也可以很好的解决；并且，与传统等离子体离子化(例如火焰等离子离子化)方法不同，本发明中等离子体与样品不接触，不仅减少了污染，还可避免等离子离子化中容易发生的样品变性问题，同时其也还有等离子体离子化的具有较低基质效应的优点，可以适应复杂基质样品的检测。

最后有必要在此指出的是：以上所述仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。