一种高通量ICP炬管及其应用和质谱分析方法
本发明涉及质谱分析，尤其涉及一种高通量icp炬管及其应用和质谱分析方法。
背景技术：
1、现代流式细胞技术以其高通量和快速分析能力而著称，其中传统荧光流式细胞仪在这些方面表现出色。不过，它们在进行元素和元素分析时面临一些挑战。荧光标记的发射光谱较宽，易发生光谱重叠，这不仅限制了可检测通道的数量至不足20个，还可能引发复杂的串色问题，需要进行繁琐的信号补偿计算。
2、近年来，cy-tof质谱技术突破了这些局限，提供了一种高精度的多元素分析手段。cy-tof是质谱流式细胞技术(mass cytometry)的简称，也被称为“细胞计数法飞行时间”(cytometry by time-of-flight)；与标准流式细胞技术相比，cy-tof技术能够检测上百个通道，且各通道间无干扰，拥有丰富的金属标签且背景信号极低。
3、尽管cy-tof技术在生物医学和材料科学领域具有重要的应用潜力，但由于其较低的细胞通量，它在高通量分析场景中的应用受到了一定限制。为了克服这些限制，需要进一步优化icp炬管设计，提高分析速度和细胞通量，从而使cy-tof技术能够更好地满足现代科研和临床的需求。
技术实现思路
1、为克服相关技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种高通量icp炬管及其应用和质谱分析方法。
2、第一方面，本申请提供了一种离心管冷却结构高通量icp炬管，包括样品管道以及与样品管道同轴设置的鞘气管道；
3、所述鞘气管道包括依次连接的进气段、中间段以及锥形结构的收缩段，所述样品管道出口设置在所述进气段或所述中间段内侧，所述样品管道用于引导样品气进入鞘气管道，所述收缩段的入口与所述中间段相接，所述收缩段的出口为鞘气管道出口，所述收缩段的入口直径大于所述收缩段的出口直径；所述收缩段用于将炬管内能量集中。
4、在其中一个实施例中，所述收缩段侧壁所在直线与所述中间段侧壁所在直线所成锐角为15-45°。
5、在其中一个实施例中，还包用于向鞘气管道提供辅助气体的辅助管道，所述辅助管道设置在所述样品管道出口外侧且设置在所述进气段或所述中间段内侧。
6、在其中一个实施例中，还包括环绕设置在鞘气管道外侧的线圈，所述线圈用于产生交变电磁场。
7、在其中一个实施例中，所述线圈内通入冷却水，所述冷却水用于降低所述线圈温度。
8、在其中一个实施例中，所述样品管道以及鞘气管道均为非磁性材料。
9、在其中一个实施例中，所述样品管道出口处设有锥形开口，所述锥形开口的入口直径小于所述锥形开口的出口直径，所述锥形开口的入口与所述样品管道出口相接，所述锥形开口的出口设置在所述进气段或所述中间段内侧。
10、在其中一个实施例中，所述进气段与所述中间段之间还设有扩张段，所述扩张段为锥形结构，所述扩张段的入口与所述进气段相接，所述扩张段的出口与所述中间段相接，所述扩张段的入口直径小于所述收缩段的出口直径。
11、第二方面，本申请还提供了一种上述的高通量i cp炬管在电感耦合等离子体质谱仪中的应用。
12、第三方面，本申请还提供了一种应用上述的高通量i cp炬管的质谱分析方法，所述方法包括，
13、s1.样品准备：用带有金属元素标签的抗体标记细胞样品；
14、s2.细胞雾化及输送：将标记的细胞样品悬浮在液体介质中，通过样品输送系统将含细胞样品的溶液引入雾化器，细胞样品经雾化转化为气溶胶态进入雾化室，雾化室外部的加热装置将细胞表面水分加热蒸发，同时将分散的细胞集中引入权利要求1-8任一项所述的高通量i cp炬管中间段内；将流速为0.8-1.0l/min的载气通过雾化器引入所述高通量i cp炬管中，将流速为6-8l/min的鞘气通入鞘气管道中；
15、s3.等离子体离子化：控制射频电源向鞘气管道外侧的线圈提供600-800w，26.5-27.5mhz的射频电流，使高通量i cp炬管形成等离子体，细胞样品被等离子体完全汽化、解离和离子化，产生细胞内包含金属元素标签的离子；
16、s4.离子传输及分析：产生的离子通过质谱接口进入离子传输模块，离子透镜系统聚焦离子束，四极传输杆将离子稳定传输至质量分析模块，根据质荷比进行离子分离，分离后的离子被检测器检测，将生成电信号转换为数字信号，通过采集卡收集并传输至上位机。
17、本发明的有益效果为：
18、上述高通量i cp炬管，采用了具有锥形结构收缩段的设计，显著提升了细胞样品在等离子体中的离子化速度，锥形结构收缩段能够提供集中高功率密度区，使细胞样品能快速且充分地离子化，从而提升整体分析速度，满足了流式细胞技术的分析需求；
19、本发明的高通量i cp炬管能够在较低线圈功率(600-800w)的情况下即可实现高效离子化，降低了能耗，高效的离子化过程与较低的能耗相结合，不仅提升了分析效率，同时避免了过热问题和信号干扰，提高了设备的稳定性和长期运行的可靠性；
20、本发明的高通量i cp炬管在同等功率条件下无需提供较高的气体流量，使得在较低气体流速下也能实现有效冷却，避免了炬管过热，延长了仪器的使用寿命；本发明的高通量i cp炬管还拥有比传统炬管长约10mm的离子化距离，这种快速离子化过程不仅加快了溶剂蒸发、颗粒汽化和原子电离，还有效解决了传统炬管样品处理通量不足的问题；
21、综上，通过这些技术手段，本发明的高通量i cp炬管改善了对流换热效率，在离子化速度、能耗、冷却效率和分析通量等方面均表现出显著优势，即使在较低的气体流速下，也能实现与传统fasse l炬管相同的冷却效果，确保设备在高通量分析中的稳定运行，延长设备使用寿命，减少维护频率和成本，解决了传统fasse l炬管在高通量分析应用中的关键技术问题。
22、本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
技术特征：
1.一种高通量i cp炬管，其特征在于，包括样品管道以及与样品管道同轴设置的鞘气管道；
2.根据权利要求1所述的高通量icp炬管，其特征在于：所述收缩段侧壁所在直线与所述中间段侧壁所在直线所成锐角为15-45°。
3.根据权利要求1所述的高通量icp炬管，其特征在于：还包用于向鞘气管道提供辅助气体的辅助管道，所述辅助管道设置在所述样品管道出口外侧且设置在所述进气段或所述中间段内侧。
4.根据权利要求1所述的高通量icp炬管，其特征在于：还包括环绕设置在鞘气管道外侧的线圈，所述线圈用于产生交变电磁场。
5.根据权利要求4所述的高通量icp炬管，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的高通量icp炬管，其特征在于：
7.根据权利要求1所述的高通量icp炬管，其特征在于：
8.根据权利要求1所述的高通量icp炬管，其特征在于：
9.一种如权利要求1-8任一项所述的高通量icp炬管在电感耦合等离子体质谱仪中的应用。
10.一种应用如权利要求1-8任一项所述的高通量i cp炬管的质谱分析方法，其特征在于：所述方法包括，
技术总结
本发明公开了一种高通量I CP炬管，包括样品管道以及与样品管道同轴设置的鞘气管道；所述鞘气管道包括依次连接的进气段、中间段以及锥形结构的收缩段，所述样品管道出口设置在所述进气段或所述中间段内侧，所述样品管道用于引导样品气进入鞘气管道，所述收缩段的入口与所述中间段相接，所述收缩段的出口为鞘气管道出口，所述收缩段的入口直径大于所述收缩段的出口直径；所述收缩段用于将炬管内能量集中；本发明改善了对流换热效率，在离子化速度、能耗、冷却效率和分析通量等方面均表现出显著优势，即使在较低的气体流速下，也能实现与传统Fasse l炬管相同的冷却效果，确保设备在高通量分析中的稳定运行，延长设备使用寿命，减少维护频率和成本。
技术研发人员：李磊,廖国缘,陈剑松
受保护的技术使用者：暨南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5