一种质谱基质材料的制备方法及应用
阅读说明：本技术 一种质谱基质材料的制备方法及应用 (Preparation method and application of mass spectrum matrix material ) 是由 吴婷 张雨奇 于靖 王海婷 杜一平 王健 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种质谱基质材料的制备方法和应用。质谱基质材料的制备方法包括将铜片置于盐酸中并用去离子水洗涤；将洗涤后的铜片置于氢氧化钠溶液和过硫酸铵溶液中反应；将反应后的铜片置于去离子水中并晾干,加热后得到质谱基质材料。制备所得的质谱基质材料作为基质辅助激光解析飞行时间质谱的基质,能够用于检测小分子化合物,克服了传统有机基质在小分子范围内质谱响应多而杂,严重干扰待测物分析的不足。(The application discloses a preparation method and application of a mass spectrum matrix material. The preparation method of the mass spectrum matrix material comprises the steps of placing a copper sheet in hydrochloric acid and washing the copper sheet with deionized water; placing the washed copper sheet in a sodium hydroxide solution and an ammonium persulfate solution for reaction; and placing the reacted copper sheet in deionized water, airing and heating to obtain the mass spectrum matrix material. The prepared mass spectrum matrix material is used as a matrix for matrix-assisted laser desorption flight time mass spectrum, can be used for detecting small molecular compounds, and overcomes the defects that the traditional organic matrix has more and complicated mass spectrum response in a small molecular range and seriously interferes with the analysis of an object to be detected.)
技术领域
本申请涉及质谱检测技术领域，具体涉及一种质谱基质材料的制备方法及其应用。
背景技术
基质辅助激光解析飞行时间质谱(Matrix-Assisted Laser Desorption/Ionization Time of Flight Mass Spectrometry，MALDI-TOF MS)是一种在有机小分子充当基质的辅助下，待测物经激光解析电离的软电离质谱技术，近年来被广泛应用于分析生物大分子、合成聚合物、多肽、糖类、环境污染物等物质的检测。其特点是高通量、检测快速、操作简单，适用于难挥发有机化合物的分析测试，因此在医药合成、生物分析、环境分析等领域发挥着重要作用。
MALDI-TOF MS一般适用于分析分子量大于1000Da的物质，其原因是有机小分子基质(分子量通常<500Da)对紫外激光吸收能力强，在激光解析电离的过程中形成非常多的分子碎片峰及加合峰，因此在1-1000Da分子量范围内存在较多质谱响应，严重干扰对小分子待测物质的检测及分析。
近年来为了解决这一问题，研究人员开发了一系列基于纳米材料为基质的技术，其中包括金属纳米颗粒、金属氧化物、硅、新型碳材料等。但一些纳米材料制备过程繁琐，实验周期长，且价格昂贵，在一定程度上限制了该系列材料在MALDI-TOF MS中的应用。
发明内容
本申请提供一种质谱基质材料的制备方法和应用，制备过程步骤少、操作简单，能够用于小分子化合物的检测。
本申请提供一种质谱基质材料的制备方法，包括：将铜片置于盐酸中并用去离子水洗涤；将洗涤后的铜片置于氢氧化钠溶液和过硫酸铵溶液中反应；将反应后的铜片置于去离子水中并晾干，加热后得到质谱基质材料；通过该方法制得的氧化铜片材料，相比改性前的铜片材料，表面更加粗糙，激光在其表面会进行多次折射，本申请制得的氧化铜片材料紫外吸收更强，从而增加样品离子化效率。
可选的，在本申请的一些实施例中，氢氧化钠溶液的浓度可以为2～12mol/L，也可以为3～11mol/L，还可以为4～10mol/L。
可选的，在本申请的一些实施例中，盐酸溶液的浓度可以为1～3mol/L，也可以为1.5～2.5mol/L，优选的，盐酸溶液的浓度为2mol/L。
可选的，在本申请的一些实施例中，过硫酸铵溶液的浓度可以为0.3～0.7mol/L，也可以为0.4～0.6mol/L，优选的，过硫酸铵溶液的浓度为0.5mol/L。
可选的，在本申请的一些实施例中，将洗涤后的铜片置于氢氧化钠溶液和过硫酸铵溶液中反应，反应的温度可以为20～25℃，也可以为21～24℃，还可以为22～23℃。
可选的，在本申请的一些实施例中，反应的时间可以为15～18小时，也可以为15.5～17.5小时，还可以为16～17小时。
可选的，在本申请的一些实施例中，加热的温度可以为180～220℃，也可以为190～210℃，还可以为195～205℃。
可选的，在本申请的一些实施例中，加热的时间可以为1～3小时，也可以为1.5～2.5小时，还可以为2小时。
可选的，在本申请的一些实施例中，洗涤的次数可以为1～3次，也可以为2次。
可选的，在本申请的一些实施例中，将反应后的铜片置于去离子水中3～5小时，也可以为3.5～4.5小时，还可以为4小时。
相应的，本申请还提供一种上述的制备方法制得的质谱基质材料。
此外，本申请还提供一种上述的制备方法制得的质谱基质材料作为基质辅助激光解析飞行时间质谱的基质的应用。
由于MALDI质谱是当激光照射至基质与待测样品的共结晶时，基质分子吸收紫外激光能量蒸发至气态，并在相转化过程中将能量传递给待测样品分子，使待测样品分子电离且从结晶状态解析至气态从而生成气相离子的过程。基质的结晶状态会影响分子的离子化效果，结晶程度越高，表面越粗糙，激光照射时反射次数越多，离子化效果越好。因此，本申请的基质采用氧化铜质谱基质材料，基质表面较为粗糙，离子化效果好，质谱信号强度高。
可选的，在本申请的一些实施例中，基质辅助激光解析飞行时间质谱用于检测分子量范围为1～1000Da的化合物，也可以检测分子量范围为100～700Da的化合物，还可以检测分子量范围为200～500Da的化合物。
可选的，在本申请的一些实施例中，化合物包括脂肪酸、脂肪醇、脂肪胺、聚乙二醇类物质或全氟酸类物质。
另外，本申请还提供一种对小分子物质进行质谱检测的方法，包括：
将上述的质谱基质材料制成0.2cm×0.2cm的片材，并结合于质谱仪的靶板上，作为基质表面层；
将小分子物质的溶液滴到所述基质表面层，在室温下自然风干后送进质谱仪，在负离子模式或正离子模式下进行检测，得到所述小分子物质的特征质谱图，根据特征质谱图能够确定未知的小分子物质。
本申请采用改性铜片质谱基质材料作为基质辅助激光解析飞行时间质谱的基质，具有如下有益效果：
1)制备得到的质谱基质材料表面粗糙程度高，为具有高紫外激光吸收效率的新型基质；
2)制备得到的质谱基质材料适用于检测小分子化合物，相较于传统小分子有机基质，例如9-氨基吖啶等，具有干扰少、信号强度高等突出优势；
3)本申请的质谱基质材料的制备过程简单，易于实现。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是实施例一所检测样品的MALDI谱图；
图2是实施例二所检测样品的MALDI谱图；
图3是实施例三所检测样品的MALDI谱图；
图4是实施例一所制备的质谱基质材料的紫外吸收图；
图5是实施例一所制备的质谱基质材料的SEM图。
具体实施方式
下面将对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请提供一种质谱基质材料的制备方法和应用。以下分别进行详细说明。需说明的是，以下实施例的描述顺序不作为对实施例优选顺序的限定。
本申请实施例提供一种质谱基质材料的制备方法，以铜片为原料，制备步骤如下：
(1)铜片剪成小段浸润至稀盐酸中若干分钟，后用去离子水洗涤1-3次；
(2)将步骤(1)中洗涤干净的铜片和2～12mol/L氢氧化钠溶液及0.3～0.7mol/L过硫酸铵溶液在20～25℃条件下反应15-18小时；
(3)将步骤(2)中反应结束的铜片浸泡在去离子水中3-5小时，自然晾干后180～220℃加热1～3小时，得到质谱基质材料。
下面结合具体实施例进行说明。
实施例一、
本实施例提供质谱基质材料作为MALDI基质用于对全氟磺酸类物质的分析，具体步骤如下：
质谱基质材料的制备方法：
(1)铜片剪成小段浸润至2mol/L盐酸中10分钟，后用去离子水洗涤1次；
(2)将步骤(1)中洗涤干净的铜片和2mol/L氢氧化钠溶液及0.5mol/L过硫酸铵溶液在25℃条件下反应15小时；
(3)将步骤(2)中反应结束的铜片浸泡在去离子水中3小时，自然晾干后200℃加热2小时，得到质谱基质材料。
对制得的氧化铜片材料和未经改性的铜片材料分别进行检测，得到紫外吸收图如图4所示，以及SEM(扫描电子显微镜)图如图5所示。根据图5结果，图5a为未经改性的铜片材料的SEM图，图5b为本申请制得的氧化铜片材料的SEM图，可见，氧化铜片材料明显比未经改性的铜片材料表面更粗糙；由图4结果可知，氧化铜片材料紫外吸收较改性前的铜片材料明显提升。说明本申请制得的氧化铜片材料表面粗糙，紫外吸收增强，作为质谱基质材料能够增加样品离子化效率。将制备得到的质谱基质材料作为MALDI基质应用于样品检测：
S1：将两种样品全氟丁基磺酸钾(PFBS，相对分子质量298.94Da)，全氟辛烷磺酸(PFOS，相对分子质量498.93Da)，分别溶于甲醇中配置成2mg/mL样品溶液；
S2：再取各样品溶液30μL配置成含各样品1mg/mL的待测混合溶液待用；
S3：将质谱基质材料剪成0.2cm×0.2cm的碎片，贴上双面胶粘于靶板上；
S4：取0.6μL待测混合溶液滴到基质表面层，在室温下自然风干，送进MALDI质谱，在负离子模式下进行检测，检测结果如图1a所示。
对比例一：取一定量的有机小分子基质9-氨基吖啶(9-AA)溶解于异丙醇/乙腈(3：2,v/v)的混合溶剂中，基质浓度为10mg/mL。取0.6μL待测混合溶液滴到MALDI靶板上，在室温下自然风干，形成结晶层；取9-AA基质溶液0.6μL滴到样品结晶上，室温下自然风干，送进MALDI质谱在负离子模式下检测，结果如图1b所示。
图1的结果表明：相较于传统有机基质9-AA用于全氟磺酸类样品的检测，本申请的质谱基质材料有背景干扰少、分析物信号强度高的优势，说明本申请的质谱基质材料能成功应用于全氟磺酸类样品的检测。
实施例二、
本实施例提供质谱基质材料作为MALDI基质用于对脂肪酸类物质的分析，具体步骤如下：
质谱基质材料的制备方法：
(1)铜片剪成小段浸润至2mol/L盐酸中10分钟，后用去离子水洗涤2次；
(2)将步骤(1)中洗涤干净的铜片和2mol/L氢氧化钠溶液及0.5mol/L过硫酸铵溶液在25℃条件下反应16小时；
(3)将步骤(2)中反应结束的铜片浸泡在去离子水中4小时，自然晾干后200℃加热2小时，得到质谱基质材料。
将制备得到的质谱基质材料作为MALDI基质应用于样品检测：
S1：将四种样品十五烷酸(CH3(CH2)13COOH，相对分子质量214.2Da)，十七烷酸(CH3(CH2)15COOH，相对分子质量269.2Da)，十九烷酸(CH3(CH2)17COOH，相对分子质量297.2Da)，二十一烷酸(CH3(CH2)19COOH，相对分子质量325.2Da)，分别溶于氯仿中配置成10mg/mL样品溶液；
S2：再取各样品溶液30μL配置成含各样品1mg/mL的待测混合溶液待用；
S3：将质谱基质材料剪成0.2cm×0.2cm的碎片，贴上双面胶粘于靶板上；
S4：取0.6μL待测混合溶液滴到基质表面层，在室温下自然风干，送进MALDI质谱，在负离子模式下进行检测，检测结果如图2所示。
图2的结果表明：本申请的质谱基质材料可用于脂肪酸类样品的检测，本申请的质谱基质材料有背景干扰少、分析物信号强度高的优势，说明本申请的质谱基质材料能成功应用于脂肪酸类样品的检测。
实施例三、
本实施例提供质谱基质材料作为MALDI基质用于聚乙烯醇类物质的分析，具体步骤如下：
质谱基质材料的制备方法：
(1)铜片剪成小段浸润至2mol/L盐酸中20分钟，后用去离子水洗涤3次；
(2)将步骤(1)中洗涤干净的铜片和12mol/L氢氧化钠溶液及0.5mol/L过硫酸铵溶液在25℃条件下反应18小时；
(3)将步骤(2)中反应结束的铜片浸泡在去离子水中5小时，自然晾干后200℃加热2小时，得到质谱基质材料。
将制备得到的质谱基质材料作为MALDI基质应用于样品检测：
S1：将三种样品聚乙烯醇(PEG-600，平均分子量600)，十八胺聚氧乙烯醚(AC-1820，平均分子量1820)，异构十三醇聚氧乙烯醚(E-1310，平均分子量1310)，分别溶于无水乙醇中，配置浓度为2mg/mL的溶液待测；
S2：将制备的质谱基质材料剪成0.2cm×0.2cm的方片大小，用双面胶固定在MALDI靶板上，用洗耳球吹动贴至MALDI靶板上的质谱基质材料以确保其不会脱落；
S3：取0.6μL待测分析物溶液点在基质表面层上，在室温下自然风干，送进MALDI质谱检测，检测模式为正离子模式，检测结果如图3所示。
图3的检测结果表明：三种样品的检测结果背景干扰少，信号强度高。说明本申请的材料能成功应用于聚乙烯醇类物质的检测。检测过程简单，剪成固定形状的质谱基质材料能有效防止有机溶剂在MALDI靶板上的扩散，有希望应用于可抛弃型免清洗MALDI靶板的制作。
本申请制备得到的质谱基质材料表面粗糙程度高，具有高紫外激光吸收效率，作为基质辅助激光解析飞行时间质谱的基质应用于小分子化合物的检测，具有干扰少、信号强度高等优势。
以上对本申请所提供的一种质谱基质材料的制备方法和应用进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。
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