本发明提供了一种用于质谱的电喷雾离子源,其使用振荡电压模块控制电喷雾电压,使电喷雾的电压在短时间内从低压线性上升到高压,然后在从高压梯度下降到低压,来回振荡扫描,这样不同的电压适于不同的大分子物质进行离子化,提高了大分子混合物的离子化效率。这种振荡电压模块集成于电路板上,非常容易安装调试,使用方便,使电喷雾质谱更加适应于蛋白质组学等复杂生物大分子的检测,提高其质谱鉴定率,提高了检测的灵敏度。
1.一种电喷雾离子源,用于蛋白质等大分子的质谱检测,其包括三维操作台、 放置于三位操作平台上的电喷雾装置,该电喷雾装置包括一端与液相色谱馏分连 通,另一端与喷针连接的连接组件以及施加在该电喷雾装置上的电喷雾电压,其 特征在于:所述电喷雾离子源进一步包括控制电喷雾电压的振荡电压模块,用于 产生振荡电压; 所述振荡电压模块包括设有低压端和高压端的高压模块, 所述高压模块包括高压线圈变压器,用于将低电压转换成高压交流; 与高压线圈变压器输出端连接的倍压器,用于提高高压线圈变压器输出的峰 值电压并整流为直流电压; 与高压模块低压端连接的高频矩形波发生器,用于产生高频矩形波。
2.如权利1所述的电喷雾离子源,其特征在于:所述振荡电压模块进一步包 括 输入端与高频矩形波发生器连接,输出端与高压模块低压端连接的调制器, 用于调节高频矩形波的峰值强度; 与调制器连接的低频开关信号发生器,用于产生低频信号,控制调制器。
3.如权利1所述的电喷雾离子源,其特征在于:所述振荡电压模块进一步 包括与高压模块的高压端连接的脉冲高压电源模块,所述脉冲高压电源模块包括 高压开关,用于产生高压矩形波脉冲, 与高压开关连接的低频开关信号发生器,用于产生低频信号,驱动高压开关; 与高压开关另一端连接的RC回路,用于展宽高压矩形波脉冲的上下沿。
4.如权利1所述的电喷雾离子源,其特征在于:振荡电压模块进一步包括产 生输入端与直流电压连接,输出端与高压线圈变压器连接的调压器,用于调节直 流电源的强度; 与调压器连接的低频振荡信号发生器,用于产生低频振荡信号。
5.如权利1所述的电喷雾离子源,其特征在于:所述直流电源为与高压线圈 变压器连接的低频振荡直流电源。 技术领域 本发明涉及一种质谱的电喷雾离子源,更具体的说,涉及到使用振荡电压模 块控制电喷雾电压来进行蛋白质等大分子电离的电喷雾离子源技术。 背景技术 电喷雾技术是一种软电离技术,最早由Fenn等提出。在这之后得到了广泛 的应用。电喷雾应用电场来产生带电雾滴,然后通过离子蒸发将分析物离子送入 质谱进行分析。这种软电离技术适合于蛋白质等生物大分子物质的电离,但是这 种软电离方法的效率比较低,通常为1/10⁴,喷雾的稳定性也有待提高,对不挥 发性盐的忍耐能力也比较低。 因此有许多人在改进电喷雾方面做了研究。Alexeixa0Gapeev等利用电路回路 控制在电喷雾过程中电喷雾喷针的电流不变,这样可以增加喷雾的稳定性,可以 增强电喷雾对样品溶液含盐量的容忍能力,更加方便与和分离仪器如液相色谱进 行联用分析;杨芃原等提出了脉冲电喷雾的离子源,利用高压电源产生脉冲,利 用脉冲的开关配合离子阱等脉冲型的质量分析器,提高了离子的利用效率,也提 高了质谱的灵敏度。 如图9所示,现有的电喷雾装置中不锈钢两通1坐落在操作平台4上,起到 连接液相色谱馏分3和喷针2的作用,喷针2就是一个毛细管带有尖端的,通常 是内径是50um,但是尖端大约是10um左右,毛细管是逐渐缩小的。在尖端上时 施加电压进行电喷雾,然后在质谱5中进行分析。 但是上述的这些方法并没有从根本上解决电离效率的问题,在当今蛋白质组 学研究日益广泛的背景下,复杂的蛋白质的质谱鉴定需要其提高离子化效率,提 高质谱的灵敏度。在常规的电喷雾离子源中,离子喷雾电压在整个喷雾过程中是 保持不变的,在蛋白质等大分子混合物中,由于每种蛋白的组成和构象不同,极 性和非极性分子电喷雾对电压的要求不同,长链的和短链的蛋白质电喷雾的电压 也不同,造成适合于混合物中每种物质电离的电压也就不同,使得在复杂蛋白质 检测的过程中,有些蛋白不能够离子化或者离子化的强度不够不能够检测的到或 者检测的灵敏度很低。因此,固定电压进行喷雾势必会造成离子化效率低下。 鉴于此,实有必要设一种新的电喷雾离子源以解决上述技术问题。 发明内容 本发明涉及电喷雾离子源,用于解决对复杂蛋白质混合物进行电喷雾离子化 时,不同组成和构象的蛋白质需要喷雾电压不同,用固定电喷雾电压电离离子化 效率低下的问题。 为了解决上述技术问题,本发明采用如下的技术方案:一种电喷雾离子源, 用于蛋白质等大分子的质谱检测,其包括三维操作台、放置于三位操作平台上的 电喷雾装置,该电喷雾装置包括一端与液相色谱馏分连通,另一端与喷针连接的 连接组件以及施加在该电喷雾装置上的电喷雾电压,所述电喷雾离子源进一步包 括控制电喷雾电压的振荡电压模块,用于产生振荡电压; 所述振荡电压模块包括设有低压端和高压端的高压模块, 所述高压模块包括高压线圈变压器,用于将低电压转换成高压交流; 与高压线圈变压器输出端连接的倍压器,用于提高高压线圈变压器输出的峰 值电压并整流为直流电压; 与高压模块低压端连接的高频矩形波发生器,用于产生高频矩形波。 作为本发明的优选方式之一,所述振荡电压模块进一步包括输入端与高频矩 形波发生器连接,输出端与高压模块低压端连接的调制器,用于调节高频矩形波 的峰值强度;与调制器连接的低频开关信号发生器,用于产生低频信号,控制调 制器。 作为本发明的优选方式之一,所述振荡电压模块进一步包括与高压模块的高 压端连接的脉冲高压电源模块,所述脉冲高压电源模块包括高压开关,用于产生 高压矩形波脉冲,与高压开关连接的低频开关信号发生器,用于产生低频信号, 控制高压开关;与高压开关另一端连接的RC回路,用于展宽高压矩形波脉冲的 上下沿。 作为本发明的优选方式之一,振荡电压模块进一步包括产生输入端与直流电 压连接,输出端与高压线圈变压器连接的调压器,用于调节直流电源的强度;与 调压器连接的低频振荡信号发生器,用于产生低频振荡信号。 作为本发明的优选方式之一,所述直流电源为与高压线圈变压器连接的低频 振荡直流电源。 振荡电压模块进一步包括与高压线圈变压器连接的低频振荡直流电源。 本发明通过振荡电压模块来控制电喷雾的电压,使电压在短时间内梯度上升 或者下降,来回震荡,适合于混合物中不同蛋白质的离子化的电喷雾离子源。一 方面,连续变化的振荡电压可以使电喷雾的尖端(泰勒锥)处于不同的电场和拉 伸状态,导致泰勒锥的喷雾状态随着电压的高低而不断改变,为不同极性、大小 和重量的离子都或多或少的提供优化的机会,而不是传统电喷雾中单一的倾向于 某类离子的优化。解决了用固定电喷雾电压电离离子化效率低下的问题。 另一方面,这种振荡电压模块集成于电路板上,非常容易安装调试,使用方 便,使电喷雾质谱更加适应于蛋白质组学等复杂生物大分子的检测,提高其质谱 鉴定率,提高了检测的灵敏度。 附图说明 图1为本发明振荡电压模块一实施例的结构框图; 图2为图1所示实施例的振荡电压波形图; 图3为本发明振荡电压模块另一实施例的结构框图; 图4为图3所示实施例中RC电路示意图; 图5为图3所示实施例的振荡电压波形图; 图6为本发明振荡电压模块又一实施例的结构框图; 图7为图6所示实施例的振荡电压波形图; 图8为本发明振荡电压模块再一实施例的结构框图; 图9为现有的电喷雾结构示意图。 具体实施方式 下面结合附图进一步说明本发明的具体实施步骤。 实施例一 如图1所示,一种电喷雾离子源,用于蛋白质等大分子的质谱检测,其包括 三维操作台、放置于三位操作平台上的电喷雾装置,该电喷雾装置包括一端与液 相色谱馏分连通,另一端与喷针连接的连接组件以及施加在该电喷雾装置上的电 喷雾电压,所述电喷雾离子源进一步包括控制电喷雾电压的振荡电压模块,用于 产生振荡电压; 所述振荡电压模块包括设有低压端和高压端的高压模块, 所述高压模块包括高压线圈变压器11,用于将低电压转换成高压交流; 与高压线圈变压器11输出端连接的倍压器12(HVxa0Multiplier),用于提高 高压线圈变压器11输出的峰值电压并整流为直流电压; 与高压模块低压端连接的高频矩形波发生器16,用于产生高频矩形波。 所述振荡电压模块进一步包括输入端与高频矩形波发生器16连接,输出端 与高压模块低压端连接的调制器14,用于调节高频矩形波的波形和频率;与调 制器14连接的低频开关信号发生器15,用于产生低频信号,控制调制器14。 该实施例中振荡电压是利用调制器14调制高压模块低压端的高频矩形波发 生器产生。由低频开关信号发生器15引入的低频开关信号调制高压电源模块内 固有的高频的震荡,当有高频振荡存在时高压线圈变压器产生高压高频振荡,进 入倍压器12,产生单极性的高压电;反之没有高频震荡时,倍增器的输出端电 压会衰减到0。调制的结果便是高压输出为逐渐上升和下降的振荡电压,产生如 图2所示的波形图。 实施例二 如图3、图4所示,一种电喷雾离子源,用于蛋白质等大分子的质谱检测, 其包括三维操作台、放置于三位操作平台上的电喷雾装置,该电喷雾装置包括一 端与液相色谱馏分连通,另一端与喷针连接的连接组件以及施加在该电喷雾装置 上的电喷雾电压,所述电喷雾离子源进一步包括控制电喷雾电压的振荡电压模 块,用于产生振荡电压; 所述振荡电压模块包括设有低压端和高压端的高压模块, 所述高压模块包括高压线圈变压器21,用于将低电压转换成高压交流; 与高压线圈变压器21输出端连接的倍压器22,用于提高高压线圈变压器输 出的峰值电压并整流为直流电压; 与高压模块低压端连接的高频矩形波发生器26,用于产生高频矩形波。 所述振荡电压模块进一步包括与高压模块的高压端连接的脉冲高压电源模 块,所述脉冲高压电源模块包括高压开关24,用于产生高压矩形波脉冲,与高 压开关24连接的低频开关信号发生器25,用于产生低频信号,驱动高压开关24; 与高压开关24另一端连接的RC回路27,用于展宽高压矩形波脉冲的上下沿。 本实施例利用脉冲高压电源和由电阻R和电容C组成的RC回路构成。脉冲高 压电源模块是在高压模块的高压输出端利用MOSFET、IGBT、高压继电器直接进 行开关产生,或者通过高压脉冲变压器产生,输出电压波形是接近于矩形波的脉 冲,上升沿和下降沿较短。这里引入RC回路,将脉冲的上下沿展宽,达到震荡 电压的目的。电阻和电容的数值可以根据RC回路的基本物理公式计算。例如, 高压脉冲电源提供10kHzxa00~10kV的50%占空比矩形波(方波),R=200kΩ(20kV 耐压),C=50pF(20kV耐压),可以得到如图5所示的振荡电压波形图。 实施例三 如图6、图7所示,一种电喷雾离子源,用于蛋白质等大分子的质谱检测, 其包括三维操作台、放置于三位操作平台上的电喷雾装置,该电喷雾装置包括一 端与液相色谱馏分连通,另一端与喷针连接的连接组件以及施加在该电喷雾装置 上的电喷雾电压,所述电喷雾离子源进一步包括控制电喷雾电压的振荡电压模 块,用于产生振荡电压; 所述振荡电压模块包括设有低压端和高压端的高压模块, 所述高压模块包括高压线圈变压器31,用于将低电压转换成高压交流; 与高压线圈变压器输出端连接的倍压器32,用于提高高压线圈变压器输出 的峰值电压并整流为直流电压; 与高压模块低压端连接的高频矩形波发生器36,用于产生高频矩形波。 振荡电压模块进一步包括产生输入端与直流电压33连接,输出端与高压线 圈变压器31连接的调压器34,用于调节调节直流电压的强度;与调压器34连 接的低频振荡信号发生器35,用于产生低频振荡信号。 本实施例直接利用高压电源的低压端电压控制输入调节。普通可调电压高压 模块都具有0~5V或者0~10V的电压控制输入或者电位器控制输入。改变控制 电压高低也能够在高压端产生震荡的高电压。如图7所示,高压模块控制电压输 入是0~5V100Hz的锯齿波,高压端输出为200~4500Vxa0100Hz锯齿波平滑后的振 荡电压。 实施例四 如图8所示,一种电喷雾离子源,用于蛋白质等大分子的质谱检测,其包括 三维操作台、放置于三位操作平台上的电喷雾装置,该电喷雾装置包括一端与液 相色谱馏分连通,另一端与喷针连接的连接组件以及施加在该电喷雾装置上的电 喷雾电压,所述电喷雾离子源进一步包括控制电喷雾电压的振荡电压模块,用于 产生振荡电压; 所述振荡电压模块包括设有低压端和高压端的高压模块, 所述高压模块包括高压线圈变压器41,用于将低电压转换成高压交流; 与高压线圈变压器41输出端连接的倍压器42,用于提高高压线圈变压器41 输出的峰值电压并整流为直流电压; 与高压模块低压端连接的高频矩形波发生器44,用于产生高频矩形波。 所述直流电源43为与高压线圈变压器41连接的低频振荡直流电源。 本发明中利用固定普通高压模块控制电压,直接改变高压模块的电源输入。 如,24V输入+5kV高压模块控制电压为4V,输入电压设置为12~24V的100Hz 锯齿波,高压模块输出为100Hzxa02kV~4kV之间变化的振荡电压。此方案也能达 到高压模块输出端高电压震荡的效果。 本发明优选的振荡电压的频率为质谱仪采样速度的10倍,以保证质谱仪在 不同时间采集的离子流不受到电喷雾电压的影响。对于速度较快的线型离子阱质 谱仪,这一频率是50~200Hz。振荡电压最大是普通电喷雾电压的5倍,即20kV 以下,以不发生放电为准。振荡电压最小是0V。 本发明通过振荡电压模块来控制电喷雾的电压,使电压在短时间内梯度上升 或者下降,来回震荡,适合于混合物中不同蛋白质的离子化的电喷雾离子源。一 方面,连续变化的振荡电压可以使电喷雾的尖端(泰勒锥)处于不同的电场和拉 伸状态,导致泰勒锥的喷雾状态随着电压的高低而不断改变,为不同极性、大小 和重量的离子都或多或少的提供优化的机会,而不是传统电喷雾中单一的倾向于 某类离子的优化。解决了用固定电喷雾电压电离离子化效率低下的问题。另一方 面,这种振荡电压模块集成于电路板上,非常容易安装调试,使用方便,使电喷 雾质谱更加适应于蛋白质组学等复杂生物大分子的检测,提高其质谱鉴定率,提 高了检测的灵敏度。 上述实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。任何不脱离本发明精神 和范围的技术方案均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。