基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源及其操作方法技术

本发明专利技术公开了一种基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源，包括纳喷雾喷针，用于装载样品溶液；金属电极，插入到纳喷雾喷针内，与样品溶液直接接触；绝缘端盖，封堵在纳喷雾喷针的尾端，防止漏电；高压电源，具有正反双向输出功能，与金属电极连接，连接金属电极的电线穿过绝缘端盖。本发明专利技术首先使用反相负高压对样品溶液进行预处理，然后使用正相高压产生纳喷雾，相比于普通nano‑ESI而言，具有更高的信号强度、更高的信噪比，对缓冲盐基质的耐受性增强。在检测过程中，不会导致蛋白质分子折叠结构的展开。装置和操作简单，无需额外添加剂和其它预处理手段。

Nano Spray ion source based on polarity inversion voltage strategy and operation method thereof

The invention discloses a voltage polarity reversal strategy based on the nano electrospray ion source, including sodium spray needle, for loading sample solution; metal electrodes inserted into nano spray needle in direct contact with the sample solution; the insulation cover, plugging in nano spray needle end, to prevent leakage of high voltage power supply; that has the bidirectional output function, connected with the metal electrode, connecting metal electrode wire through the insulating cover. The invention firstly using reversed-phase high pressure on the negative sample pretreatment, and then use the positive pressure generated nanospray, compared to the ordinary nano ESI, has higher signal intensity, higher signal-to-noise ratio, tolerance to salt buffer matrix enhancement. In the detection process, the unfolded structure of protein molecules will not be unfolded. The equipment and operation are simple, without additional additives and other pretreatment methods.

【技术实现步骤摘要】
基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源及其操作方法
本专利技术涉及一种纳喷雾质谱离子源，尤其涉及一种基于机型反转电压策略的纳喷雾离子源及其操作方法。
技术介绍
在现有技术中，质谱(massspectrometry，MS)是一种将不同化合物按质荷比(m/z)进行分离和检测的装置。质谱具有高灵敏度、多物质同时检测的能力以及化学专一性，因而在化合物的定性和定量分析中备受青睐。近年来，随着生命科学，尤其是细胞生物学的兴起，质谱被广泛地应用于痕量生物分子的检测。很多生物分子具有含量低、样品难以制备，并且需要保存于缓冲盐体系中的特点，这对质谱的灵敏度及其对缓冲盐基质的耐受性提出了更高的要求。离子源是质谱不可或缺的组成部分，也是直接影响质谱检测灵敏度及基质耐受性的关键部件之一。近年来提出的纳喷雾离子源(nano-electrosprayionization，nano-ESI)是较为成功的一种生物样品离子源。纳喷雾离子源需要在特殊拉制的纳喷雾喷针(nano-tip)上实现。nano-tip一般为中空的玻璃或石英管。经拉制，管子的一端被加工成为具有1-10μm内径的尖端。测样前，溶液样品被注入nano-tip中。进样量为5μL左右。检测时，样品溶液被施加1-2kV直流高压电。在高压电场的驱动下，样品溶液从nano-tip尖端形成电喷雾，实现生物分子的离子化。相对于普通电喷雾(electrosprayionization，ESI)而言，nano-ESI具有较低的流动相流速(nL/min级别)和较高的离子化效率，且对缓冲盐基质具有一定的耐受性，更有利于痕量生物分子的检测。此外，nano-ESI不需要辅助气的协助，装置更为简单。这些优势使得nano-ESI在生化领域受到更为广泛的应用。在普通ESI或nano-ESI中，正离子模式的信号增强一般依赖于向溶液中添加额外的有机酸(如0.1％甲酸或乙酸等)。样品中的高浓度缓冲盐基质需要进行额外的预处理降低其浓度或彻底除去，以防止对待测分子的信号产生干扰。随着应用研究的不断深入，人们需要进一步提高nano-ESI的检测灵敏度及其对缓冲盐基质的耐受性。
技术实现思路
针对上述现有技术中的缺点和不足，本专利技术的目的在于提供一种高检测灵敏度以及对缓冲盐基质具有高耐受性的基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源以及其操作方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源，包括纳喷雾喷针，用于装载样品溶液；金属电极，插入到纳喷雾喷针内，与样品溶液直接接触；绝缘端盖，封堵在纳喷雾喷针的尾端，防止漏电；高压电源，具有正反双向输出功能，与金属电极连接，连接金属电极的电线穿过绝缘端盖。优选地，所述高压电源的正向输出电压范围为0至+3kV，反向输出电压范围为0至-5kV。优选地，所述金属电极为惰性电极。优选地，所述惰性电极为铂丝。一种基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源的操作方法，包括如下步骤：S1，从纳喷雾喷针的尾端注入样品溶液；S2，将金属电极从纳喷雾喷针尾端插入到纳喷雾喷针内，直至金属电极与样品溶液接触到；S3，用绝缘端盖封住纳喷雾喷针的尾端并连通高压电源和金属电极；S4，打开高压电源先对金属电极输出-2.5kV至5.0kV电压，持续输出3s至12s；然后对金属电极输出+1.5kV至+2.0kV电压，用于产生纳喷雾。优选地，在步骤S4中，在打开高压电源后，先对金属电极输出-3kV电压，持续输出6s；然后对金属电极输出+1.75kV电压。与现有技术相比，本专利技术实施例至少具有以下优点：本专利技术首先使用反相负高压对样品溶液进行预处理，然后使用正相高压产生纳喷雾，相比于普通nano-ESI而言，本专利技术在检测效果上具有以下优势：(1)更高的信号强度：待测生物分子的信号强度得到了增强(1-2个数量级)。(2)更高的信噪比：所得待测生物分子的质谱图具有更高的信噪比(1-2个数量级)。对待测分子产生信号增强的同时，有效地抑制了噪音的信号强度，从而使得待测分子的信噪比得到了显著增强。(3)对缓冲盐基质的耐受性增强：能够承受更高浓度的缓冲盐基质。对于普通nano-ESI无法完成检测的高浓度缓冲盐基质样品(mM级浓度)，本专利技术能够顺利地进行检测。(4)在检测过程中，不会导致蛋白质分子折叠结构的展开。(5)装置和操作简单，无需额外添加剂和其它预处理手段。在本专利技术中，无需额外添加有机酸，就能够实现信号的显著增强。并且，本专利技术对mM级别的高浓度缓冲盐基质具有较强的耐受性，无需额外预处理手段，可直接实现对待测分子的检测。附图说明图1为本专利技术基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源的结构以及电压施加策略示意图；图2a为通过普通纳喷雾离子源产生的纳喷雾对10μM细胞色素c的检测结果示意图；图2b为图2a中主峰(带有8+电荷数的峰)的放大图；图2c为通过本专利技术基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源产生的纳喷雾对10μM细胞色素c的检测结果示意图；图2d为图2c中主峰(带有8+电荷数的峰)的放大图；图3a为通过普通纳喷雾离子源对100nM细胞色素c样品的检测结果示意图；图3b为通过本专利技术基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源产生的纳喷雾对100nM细胞色素c的检测结果示意图；图3c为通过普通纳喷雾离子源对10nM细胞色素c样品的检测结果示意图；图3d为通过本专利技术基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源产生的纳喷雾对10nM细胞色素c的检测结果示意图；图3e为通过普通纳喷雾离子源对1nM细胞色素c样品的检测结果示意图；图3f为通过本专利技术基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源产生的纳喷雾对1nM细胞色素c的检测结果示意图；图4a为通过普通纳喷雾离子源对胰岛素的检测结果示意图；图4b为图4a中主峰(带有5+电荷数的峰)的放大图；图4c为通过本专利技术基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源产生的纳喷雾对胰岛素的检测结果示意图；图4d为图4c中主峰(带有5+电荷数的峰)的放大图；图5a为通过普通纳喷雾离子源对含有NaCl基质的胰岛素样品的检测结果示意图；图5b为通过本专利技术基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源产生的纳喷雾对含有NaCl基质的胰岛素样品的检测结果示意图；图6a为通过本专利技术基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源产生的纳喷雾对浓度为10μM细胞色素c样品检测后生成的带有8+电荷的质子化的细胞色素c离子[M+8H]8+的萃取离子色谱图；图6b为通过本专利技术基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源产生的纳喷雾对浓度为10μM细胞色素c样品检测后生成的带有8+电荷的Na+加合离子[M+5H+3Na]8+的萃取离子色谱图；图6c为图6a和图6b当时间上处于第一区域时所得到的质谱图；图6d为图6a和图6b当时间上处于第二区域时所得到的质谱图。具体实施方式下面结合实施例及其附图对本专利技术作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本专利技术的保护范围。一种基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源，包括纳喷雾喷针，用于装载样品溶液；纳喷雾喷针的材质不限，一般为玻璃或石英；尖端内径与普通纳喷雾所需内径一致，为1至10μm。Nano-tip尾端的尺寸不限。金属电极，插入到纳喷雾喷针内，与样品溶液直接接触；电极材质不限，但应具有化学惰性，不易与样品溶液发生化学反应导致腐蚀和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源，其特征在于，包括纳喷雾喷针，用于装载样品溶液；金属电极，插入到纳喷雾喷针内，与样品溶液直接接触；绝缘端盖，封堵在纳喷雾喷针的尾端，防止漏电；高压电源，具有正反双向输出功能，与金属电极连接，连接金属电极的电线穿过绝缘端盖。

【技术特征摘要】
1.一种基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源，其特征在于，包括纳喷雾喷针，用于装载样品溶液；金属电极，插入到纳喷雾喷针内，与样品溶液直接接触；绝缘端盖，封堵在纳喷雾喷针的尾端，防止漏电；高压电源，具有正反双向输出功能，与金属电极连接，连接金属电极的电线穿过绝缘端盖。2.根据权利要求1所述的基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源，其特征在于，所述高压电源的正向输出电压范围为0至+3kV，反向输出电压范围为0至-5kV。3.根据权利要求1或2所述的基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源，其特征在于，所述金属电极为惰性电极。4.根据权利要求3所述的基于极性反转电压策略的纳喷雾离子源，其特征在于，所述惰性电极为铂丝。5...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚晓云，方向，熊行创，叶似剑，赵迎晨，
申请(专利权)人：中国计量科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11