[发明专利]基于电喷雾电离源去溶剂化的加热电离装置

说明书

本发明公开了一种基于电喷雾电离源去溶剂化的加热电离装置，其包括金属毛细管、加热装置，加热装置的数量至少为一个，多个加热装置之间相互独立，加热装置位于喷雾针与金属毛细管之间，加热装置中设有至少一个的绝热调节装置，加热装置通过绝热调节装置调节相对喷雾针和金属毛细管的位置，绝热调节装置同时用于调节两个加热装置之间的间距。本发明通过直接对离子进行均匀加热来提高液滴的去溶剂化效率和离子化效率，达到改善高流速ESI分辨率的效果。

技术领域

本发明涉及一种电离装置，特别是涉及一种基于电喷雾电离源去溶剂化的加热电离装置。

背景技术

离子源是质谱仪的核心部件，它将进样的中性物质电离成离子，使得质量分析器可以进行质量分析，因此在质谱技术领域中扮演了相当重要的角色。离子源的种类非常多，包括快原子轰击电离子源(FAB)、电子轰击电离源(EI)、化学电离源(CI)、基质辅助激发解吸电离源(MALDI)、电喷雾电离源(ESI)和大气压化学电离源(APCI)等。其中，电喷雾电离源(ESI)作为一种较新的电离技术，因其自身具备的独特优点与广阔的发展前景而倍受关注。

电喷雾电离源(Electrospray Ionization)，也被称为ESI源，兼容多种样品引入方式，如液相色谱、毛细管电泳等。这种电离技术不仅可以分析大分子化合物，并且能在电离过程中产生多电荷离子，其可分析的化合物种类十分庞大，包括有机化合物、药物及其代谢产物、蛋白质、肽、糖等。因此，电喷雾电离源对整个质谱技术的发展和应用有着十分重大的意义。

电喷雾电离源包含两个部分，即大气区域部分和真空接口部分。大气区域部分包括喷雾毛细管和相关辅助硬件，负责产生离子；真空接口部分负责将产生的离子传输到质谱仪内部的质量分析器。

电喷雾电离的原理(以正离子模式为例)：极性溶液以一定流速通过毛细管，毛细管末端所加的高电压会使溶液中的正负离子发生分离。此时，电喷雾的电离喷雾针相对真空接口保持一个较高的正电位，负离子由于电场的作用被吸引到远离针尖的一端，而针尖处的液滴表面聚集了大量的正离子。液体表面的正电荷离子之间相互排斥并从针尖处的液体表面扩展形成泰勒(Taylor)锥。随着椎体表面过程的正电荷越来越多，库伦力的作用越来越大，最终小液滴会从Taylor锥体的尖端溅射出来，形成喷雾。从带正电压的电喷雾针喷出的小液滴带有大量的正电荷，随着溶剂的挥发，当小液滴中的电荷密度与半径达到瑞利(Rayleigh)稳定限时，小液滴就会发生溅射，生成的小液滴随着溶剂的进一步挥发又会重新达到瑞利稳定限，发射出更小的液滴，周而复始。因此，实际上电喷雾电离形成气相离子的过程就是一个去除溶剂的过程。

目前，ESI源普遍受限于液相流动的速率，低流速ESI源容易达到较高的去溶剂化程度，从而获得较高的离子传输效率和分辨率。但是在液相质谱分析过程中，通常需要较快的样品液体流速，而液滴的半径与流速成正比，这增加了去溶剂化所需的时间和距离，导致去溶剂化程度低，造成真空接口的取样效率不高，从而失去了低流速ESI源的高分辨率。

目前用于电喷雾过程中去溶剂化的方式有两种：反吹鞘气法和毛细管加热法。反吹鞘气法通常用于小孔采样装置如图1所示，由于加热的干燥气(N₂)的逆流使溶剂不断蒸发，喷雾针喷出的液滴不断达到瑞利极限，不断发生库伦爆炸，最终形成离子，并进入传输装置。反吹鞘气法的优点是不易污染进样口，能够扫除喷雾中的中性物质碎片。然而此种方法存在一定的缺点：使用过程中需要消耗大量的气体，增加了使用成本；干燥气要保持一定的温度，否则无法完全去除溶剂，会导致离子化效率低，且逆流气体在一定程度上会冲散液滴。毛细管加热法常用于金属毛细管采样装置如图2所示，通过金属加热块对金属毛细管进行加热来达到去溶剂化的目的。此方法不需通入干燥气，降低了成本，能够实现快速、高分辨率的离子化过程。但由于毛细管的半径很小，容易发生堵塞，需要经常清洗，且其进样接口结构相对复杂。同时，由于金属加热块对金属毛细管加热以间接加热离子，容易导致通过的离子受热不均，对电离效率造成影响。