[发明专利]用于使ESI操作期间的放电最小化的系统

说明书

本发明提供用于在操作电喷雾离子源来产生用于质谱分析的离子时减少不必要放电的发生的方法及系统。根据申请人的教示的各种方面，本文中描述的方法及系统可实现对离子发射电流的控制，以便限制电离条件下的电喷雾电极与对电极之间的放电的雪崩的开始，同时实现最大电离效率，所述电离条件通常会增大此类放电(电弧作用)的可能性。在各种方面中，所述电喷雾电极与通过其将离子传输到下游质量分析器的所述对电极之间的发射电流可维持处于低于10μA的经升高电平，举例来说，其中所述电喷雾电极与所述对电极之间的电位不会起始由其间的空气隙的介电击穿造成的放电雪崩，所述放电雪崩可导致溅射并影响ESI源的长期操作。

相关申请案

本申请案主张于2015年12月18日提出申请的第62/269654号美国临时申请案的优先权的权益，所述美国临时申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明总的来说涉及质谱法，且更明确地说且不加限制地，涉及用于在操作电喷雾离子源来产生用于质谱分析的离子时减少不必要放电的发生的方法及设备。

背景技术

质谱法(MS)是用于运用定性及定量应用两者来确定测试物质的元素组成的分析技术。MS可用于识别未知化合物、确定分子中的元素的同位素组成、通过观察特定化合物的片段而确定特定化合物的结构及量化样本中的特定化合物的量。

多年来，已开发各种取样技术来将液体样本内的化学实体转化为适于用MS检测的带电离子。一种较常见电离方法是电喷雾电离(ESI)(例如，气动辅助的电喷雾、纳升电喷雾)，此归因于电喷雾电离将包含大分子的分子作为完整的多电荷分子离子从溶液转移到气相中的能力及电喷雾电离可耦合到各种样本源(举例来说，包含液相色谱法及毛细管电泳)的便宜性。通常在ESI中，经由导电针或喷嘴将液体样本排放到电离室中，同时取样针与对电极之间的电位差在电离室内产生对液体样本进行充电的强电场。如果强加于液体表面上的电荷强到足以克服液体的表面张力，那么此电场致使从针或喷嘴排放的液体分散为朝向对电极吸引的多个带电微液滴(即，粒子试图分散电荷并返回较低能量状态)。当微液滴内的溶剂在电离室中于去溶剂化期间蒸发时，带电分析物离子接着可进入对电极的取样孔以用于后续质谱分析。

在ESI源的操作期间，导电针或喷嘴的尖端可因跨越间隙的电阻的降低而进入取样针与对电极之间的不必要放电(例如，电弧作用)的雪崩，从而增大电流。当电离室及/或针经加热以促进微液滴内的溶剂的去溶剂化时，此问题可因空气隙的电阻的减小而进一步加剧。当放电电流增长时，信号稳定性劣化且最终导致信号强度的降低。由于不必要放电问题在微流态下可尤其显著，因此常见地，通过减小电场的强度(例如，使施加到取样针的电压维持处于小于放电开始的阈值电压的值)或通过减小去溶剂化热量以避免放电的开始而以次最大电离效率操作离子源。

在常规ESI中，取样针传统上由金属毛细管(例如，不锈钢)构成，液体样本从所述毛细管排放到电离室中，且相对于对电极将数千伏的电压施加到所述毛细管。随着基于ESI的技术越来越强调电离效率及/或减小的样本消耗(例如，通过减小取样针的大小以降低液体样本的体积流速)，对金属毛细管的大小的制造约束导致使用金属化硅石毛细管。举例来说，硅石毛细管在加热下可被拉伸以产生具有相对较小内径(ID)的锥形发射器，接着可用导电材料(例如，金)薄层涂覆所述锥形发射器。虽然通常难以产生具有小于约70μm的ID的不锈钢毛细管，但以非限制性实例方式，金属化硅石毛细管可展现低至10μm的ID。然而，在这些条件下，取样针与对电极之间的不必要放电的可能性可因具有相对较小直径的针尖处的电场的集中而变得更有可能。除与上文所述的不必要放电相关联的问题之外，在放电期间于金属化硅石毛细管的尖端处产生的低温等离子体可迅速侵蚀金属涂层，从而导致取样针的减小的操作寿命及不良耐用性。

因此，需要用于使在ESI源的操作期间的放电最小化的经改进方法及系统。

发明内容

本发明教示通常涉及用于在操作电喷雾离子源以产生用于质谱分析的离子时减少不必要放电的方法及系统。