[发明专利]离子化装置、质谱仪、离子迁移谱仪及离子化方法

说明书

本发明设计质谱和或离子迁移谱仪领域，提供了一种离子化装置及带有该离子化装置的质谱仪和离子迁移谱仪，还提供了一种离子化方法。本发明中的离子化装置的采样探针能够主动快速地采集样品，采样装置和热解吸附装置合二为一，使得采样装置更为简洁紧凑；电离部设置于采样解吸部的下游，能够确保采样探针不会干扰到电离部与分析组件入口之间的流场或电场，从而保证了装置信号的重现性和分析的灵敏度。

技术领域

本发明涉及质谱或离子迁移谱仪器领域，更详细地说，本发明涉及一种用于质谱或离子迁移谱样品离子化的装置。

背景技术

随着液相色谱-质谱联用系统在分析复杂混合物上的广泛应用，大气压下工作的离子源如电喷雾离子源和大气压化学电离源已经在食品安全、环境保护和国家安全等领域投入使用。然而，分析过程中大量的时间被花费在了样品引入分析系统前的预处理过程中，阻碍了离子分析技术在工业及商业领域的进一步推广应用。

近年来，随着解吸电喷雾电离法(Desorption Electrospray Ionization,DESI)、实时直接分析法(Direct Analysis in Real Time,DART)、大气压固态样品探针(Atmospheric-pressure Solid Analysis Probe,ASAP)、解吸大气压化学电离法(Desorption Atmospheric Pressure Chemical Ionization,DAPCI)等越来越多种类的直接分析方法的出现，这一问题得到了缓解。

直接分析离子源的特点是不需要样品前处理和色谱分离，可以直接对带有基质的样品进行分析。从分析的流程上来看，其典型的分析过程可以分为两个步骤：一是将固态或者液态样品中的待测物从原来的凝聚态中解吸附出来，形成微小的液滴、气溶胶、分子以及原子等；二是将解吸附出来的待测物与各种反应物，包括离子、电子、光子以及亚稳态原子等，混合进行电离反应，从而产生待测物离子。

其中，解吸附步骤主要通过将能量传递给样品，使其获得足够的能量摆脱分子间作用力的束缚。根据获得能量方式的不同，其可以采用的方法有很多种，如利用加热、激光、超声、声表面波以及粒子撞击样品的方式进行解吸附。其中，对样品进行加热使其产生热解吸附是最常见的热解吸附方法之一。

热解吸附方法早年被应用在用于同位素丰度测量的热电离质谱中，H.W.WILSON等人在综述文章J.SCI.NSTRUM.,1963,VOL.40,273-285中对于热电离质谱中的所采用的单探针和三探针结构均予以了介绍。由于同位素丰度测量的测量时间较长，为了得到持久而有效的样品信号，通常用于解吸附的探针需要长期保持在一个相对热电离探针较低的温度下；此外，为了保证高效的电离效率和灯丝寿命，加热灯丝需要放置在非常低的气压下，无法在常压附近工作，对装置的工作环境提出了较高的要求。

热解吸附方法还可以被用于二维平面的质谱成像分析。PCT专利WO2012040559公开了一种利用纳米级探针实现对于样品表面化学成分分析的装置，该装置的探针尖端可以加热至200℃以上，当将该探针施加在样品表面时，可以将样品表面极小区域的物质气化，并通过电离装置及分析装置分析气化后物质的化学组成，以实现二维平面上高分辨的采样和分析。然而，受限于该装置的用途，即二维平面的高分辨采样和分析，承载样品的载具与加热样品的探针必须是分立设置的，该设置方式不仅使得装置结构及操作均较为复杂，无法快速采样，而且每次解吸附的样品量有限，分析灵敏度较低。

近年来，研究者们将热解吸附技术与直接分析离子源结合起来，得到了基于热解吸附的直接分析离子源。如图1所示，美国专利US8754365公开了一种可用于直接分析的离子化装置，该离子化装置的解吸附部分的样品载具为一金属丝网102，设置在电离组件101和分析组件入口103之间。使用时，可将样品施加在金属丝网102上，加热该金属丝网102使样品解吸附。