[发明专利]两段式电喷雾针

说明书

技术领域

本发明涉及毛细管电泳-质谱联用的电喷雾电离接口。

背景技术

电喷雾电离（ESI）是一种将液体样品转换成气态离子的主要技术，广泛用于质谱仪器的离子源。图1是ESI离子源的示意图。该种离子源主要由喷雾针、电源和溶液输送装置构成。使用时，在喷雾针与质谱仪进口之间加上2-5千伏的电压，含有离子的样品溶液在喷雾针末端受到电场作用，离子带动液体以雾滴形式喷出。在飞向质谱仪的途中，液体蒸发，样品离子则进入到质谱仪中，完成分析。ESI特别适用于生物大分子的电离，如蛋白质和肽。常用的溶液输送装置有注射器，液相色谱仪及毛细管电泳仪。

毛细管电泳（CE）是一种熟知的分离技术。它是在毛细管中用电场分离溶液中的带电粒子，具有效率高，速度快和用量少的优点，特别适于分离生物大分子，如肽和蛋白质。毛细管电泳与质谱联用（CE-MS）是分析、鉴定生物大分子的一种非常重要的工具，两者间的接口几乎都是ESI。

由于CE的工作条件与质谱仪的工作条件有很大不同，因此ESI接口的设计具有很高难度。目前主要有三类用于CE-MS的ESI接口：

1.同轴套管鞘液型接口。其基本结构是将CE的毛细管插入到一支金属套管并从面对质谱仪一端略伸出一点，该毛细管末端作为喷雾针。在毛细管与套管间引入电喷雾溶液，在金属套管上加上电压（R.D.Smith et al,Anal Chem.,60(1988)1948-1952）。此种接口能很好保持分离效率，允许CE分离使用多种不同的溶液，是目前应用最广的接口，并为商品仪器采用。其缺点是需要较大流量的电喷雾溶液，稀释作用使其检测灵敏度损失较大。

2.液接型接口。其基本结构是CE的毛细管与喷雾针为分立部件，然后将两者同轴对接并保留一个很小的间隙，此间隙放在一个小室中并充满电喷雾溶液。此种接口的缺点是损失分离效率并增加噪音（S.Pleasance et al,J.Chromatogr.,591(1992)325-339）。现在很少使用。

3.无鞘液型接口。其基本结构是对CE的毛细管末端加以改造，如拉制成极细尖端并外加导电涂层，或者制出多孔壁浸泡在导电溶液中（G.M.Janini et al,Anal Chem.,75(2003)1615-1619和L-M.Busnel et al,Anal Chem.,82(2010)9476-9483）。此种接口的优点是没有稀释作用，因而灵敏度远高于有鞘液的接口。其缺点是CE用的溶液必须适于电喷雾，因而大大限制了其应用范围。另外在使用中，其喷口易于堵塞和损坏。目前尚未获得广泛应用。

为了减少鞘液型接口的稀释作用，可以将毛细管末端拉细，形成小尺寸的喷口。但这种方法有和无鞘液型接口同样的缺点，即易堵塞和易损坏。另一种方法是采用斜面喷口（Mei-Chun Tseng et al,Electrophoresis,25(2004)2084-2089），如果将常规鞘流型接口的喷口改为45°斜面，则工作流速可从4μl/min降低至0.8μl/min。不过这一流速对于CE而言仍然太高。再一种方法是用石英管制成喷雾针并将其末端拉细至直径30μm，里面插入末端镀金的CE用毛细管（C.C.Liu,et al,Rapid Comm.in Mass Spectr.,19(2005)187-192），可以操作在200-300nl/min。Maxwell等人（E.J.Maxwell et al,Electrophoresis,31(2010)1130-1137和E.J.Maxwell et al,国际专利WO2009109037A1）对这种接口作了改进，用不锈钢喷雾针代替石英喷雾针，并采用了斜面喷口，里面的毛细管不需镀金。Maxwell等人称其为微池型接口，基本结构见图2。

微池型接口具有鞘液型接口的各种优点，即较好地保持CE的分离，允许CE使用不同性质的溶液，耐用性好。由于可以操作在200nl/min左右，减少了稀释作用，有效地提高了检测灵敏度。其缺点是工作电压范围较窄，易于发生电晕或电弧放电。在某些情况下，样品信号不在电喷雾稳定区内，使信噪比受到损害。

1990年代初，Wittmer等人（D.P.wittmer et al,美国专利5223226,Jun.29,1993）注意到了金属喷雾针工作电压范围较窄，发明了包绝缘层的金属喷雾针及非导电材料的喷雾针。他们的发明适用于液接型或鞘液型接口，不能直接用于微池型接口。

发明内容