[发明专利]一种电喷雾扩散离子的聚焦装置及方法

说明书

技术领域

本发明属于质谱仪的相关领域，涉及到电喷雾电离的方法，产生正或负离子并将其聚焦、引导至离子探测器中的设备。电喷雾电离设备是用来进行前期提高离子输运效率的装置，大量离子能够被其传输到离子探测器中。

背景技术

在分析化学领域，电喷雾电离质谱ESI-MS仪已经成为最有力和最广泛的应用工具。它能够以更低的探测限制来检测到更大的质量范围，同时拥有更强大的分辨能力和质量探测的准确性。电喷雾电离ESI是一种软电离技术。溶液中的分子可以通过这种技术被有效地离子化，并传送到气相的大气压中，同时没有任何不利的杂质。ESI对于各式各样的分子和大分子有很好的适用性，比如多缩氨酸、多肽类或者是蛋白质等。这使得连接着液相色谱这类其他分离仪器的ESI，成为四极质谱仪、渡越时间质谱仪或傅里叶变换回旋共振质谱仪这些设备的理想离子源。

众所周知，诸如由ESI技术在大气压下产生的这些离子，必须经过一个真空界面传输到质谱仪的高真空区域。其中这个界面两端是由一个微孔或是一根限制电导率的毛细管所连接。另外，大家一致认为，仅有一小部分ESI产生的离子可以经过微孔或是毛细管穿过取样界面。大部分重要的有机离子都在这个界面损失掉了。

许多文章根据喷雾溶液，喷针距真空入口距离，真空入口温度这些方面进行了许多真空界面输运效率的实验特性研究。他们也注意到了由于羽状膨胀在真空界面处形成的大量离子损失。这个损失率随喷针和真空界面入口距离的增加而增大。尽管如此，还是有必要保证样品的流量来达到蒸发液滴的目的。以此来提高整个的离子化效果。另一个离子流失原因是入口处被加热的毛细管，溶剂在毛细管中仍然不断地从带电液滴中蒸发出来。毛细管的温度决定了溶剂蒸发的速度和更大溶剂团簇的去团簇率。在这个过程当中，自由气相中离子的密度不断增加，导致明显的库伦爆炸和离子扩散。结果造成很大一部分进入到毛细管的离子在内壁上损失掉。研究表明，离子的输运效率随着溶液流量和喷针距真空界面距离的减小而增大。尽管如此，记录当中最高的输运效率只有20-25%。

Wilm和Mann最近介绍了一种纳升电喷雾技术。这种技术部分解决了喷雾中羽状发散和低离子化效率的问题。并不像以前传统的有着相对高流动系统的ESI，纳升ESI在纳升流动系统中操作。这种过程当中产生的液滴要比传统ESI产生的液滴小2-3个因素。这种液滴蒸发的相当快，所以可以使离子源位置距离质谱仪真空界面更近，以此来增加总的离子流传输效率。

E1-Faramawy等，曾表明通过使用纳升流量和精确的在真空入口前摆放纳升喷针位置，可以得到高达75%的输运效率 。如他们的研究显示，低效率主要是因为溶剂离子的不完全离子化和离子流在质谱仪真空界面的损失。另外，整个的输运效率很大程度上依赖于喷针能否根据取样口的位置，来摆放在正确位置上。

其它各式各样尝试用来提高输运效率的装置都是整合在离子源和质谱仪进样口之间。

Zhou等人，通过在ESI源附近设置有锥形孔的界面平板，达到了离子峰值强度五倍的提高。当确定的电压加载到平板上，羽状喷雾的聚焦效果得到明显提高。这使得更多的的带电液滴进入到取样口中。正如该作者所声明的，这使得ESI离子源与进样口的距离可以进一步增大。但是这个方法受到相当大的微喷雾流量方法限制。另外，除了测试到的峰值强度，没有提供其它数据关于输运离子流和实际离子流进入到真空界面。

先前Shaffer等人所讲的技术，被成功用来代替了在质谱仪第一泵级的传统离子收集和聚集过滤装置。该技术是基于直流电和射频震荡电场理论研制出了离子锥透镜。典型的离子锥由很多内径逐渐变小的同心圆柱形电极对齐来构成的，即锥心或是沙漏的形状。在电极上施加以DC直流静电场和RF射频震荡电场。同时，RF电压在相邻的两个电极之间不断进行相位的反转变化。这样一来，在靠近仪器的内壁或是内部空间边界的位置上，就产生了赝势井围栏。而这部分空间在纵轴方向几乎是没有电场强度的。这些围栏屏障有效地防止了离子从仪器中流失或是碰撞到电极表面而损失掉。所以，这些离子在流向仪器出口的时候被很好的聚集起来。虽然离子输运效率在低压条件下非常高，但是由于用来聚焦离子的电压过高就会导致放电的危险，他们仍然无法有效地在大气压下进行此实验操作。另外，由于射频震荡电场的应用，在周围环境中产生了不希望得到的电磁噪声。