[發(fā)明專利]離子產(chǎn)生裝置以及離子產(chǎn)生方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310059058.9
• 申請(qǐng)日: 2013-02-25
• 公開（公告）號(hào): CN104008950B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張小強(qiáng);孫文劍
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 株式會(huì)社島津制作所
• 主分類號(hào): H01J49/16
• 分類號(hào): H01J49/16;H01J49/06
• 代理公司: 上海市華誠律師事務(wù)所31210
• 代理人: 肖華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及離子產(chǎn)生裝置以及離子產(chǎn)生方法。

背景技術(shù)

自從1984年John Fenn發(fā)明電噴霧技術(shù)（ESI）以來，由于電噴霧電離的低電離能量、易形成多電荷離子、易與液相色譜聯(lián)用等特性，已經(jīng)成為質(zhì)譜分析領(lǐng)域最常用的離子源。提高電噴霧離子源區(qū)域的靈敏度，成為該領(lǐng)域內(nèi)重要的課題。

目前對(duì)電噴霧質(zhì)譜靈敏度的限制因素，主要來源于以下幾個(gè)方面：其一是離子產(chǎn)生數(shù)較少。離子產(chǎn)生過程牽涉到噴霧液滴的形成、蒸發(fā)和庫侖爆炸的過程，該過程中可以通過調(diào)整電化學(xué)參數(shù)、表面張力、液滴半徑等來到較多的液滴累積電荷。然而，該過程中最重要的限制因素是能否充分將液滴去溶劑化而將氣態(tài)的離子“釋放”出來。其二是巨大的離子傳輸損失。目前幾乎所有商業(yè)儀器中的電噴霧都工作在大氣壓或者近大氣壓下，而質(zhì)譜分析器的工作都需要較高的真空度，所以需要一系列的真空接口和離子導(dǎo)引裝置使得電噴霧產(chǎn)生的離子可以進(jìn)入分析器。由于大氣壓真空接口（通常是毛細(xì)管或者取樣錐孔）必須保持很小的尺寸來維持后級(jí)真空（一般直徑小于1mm），帶來的結(jié)果是，超過90%的離子損失在了真空界面上。其三是嚴(yán)重的噪音干擾。電噴霧過程中的噪音比較復(fù)雜，除了由于實(shí)際樣品中鹽分、糖類等雜質(zhì)爭(zhēng)奪電荷帶來的基質(zhì)效應(yīng)之外，還有由未充分去除的溶劑分子、背景氣體雜質(zhì)等帶來的中性分子噪音，這一部分噪音會(huì)大大降低質(zhì)譜分析的靈敏度。

為了解決離子產(chǎn)生數(shù)少、去溶劑化不充分的問題，通常的方法是通入高流量、高溫度的霧化氣來幫助液滴的去溶劑化過程。比如美國專利US6759650、US8039795等，但是高流量的霧化氣會(huì)帶來較高的費(fèi)用，而高溫氣體還會(huì)引起一些易揮發(fā)溶劑的蒸發(fā)甚至沸騰。

為了解決真空界面上的離子損失，可以采用更小尺寸的針尖以減少噴霧區(qū)的面積，實(shí)際上就是降低噴霧時(shí)的液體流速，這樣可以提高進(jìn)入接口的離子比例，這就是所謂的納升噴霧的方法。還可以采用更大口徑的毛細(xì)管，但同時(shí)也對(duì)后級(jí)的真空泵提出了更高的要求。美國專利US6803565中提出了采用多根納升噴針和多根毛細(xì)管接口的方法，實(shí)際上是前兩種方法的結(jié)合。還有一種更有效的方法，就是直接在低氣壓下進(jìn)行電噴霧。美國專利US5838002、US6068749和US7671344中，都揭示了低氣壓下進(jìn)行電噴霧的裝置和方法，特別是US7671344中采用了離子接收口很大的離子導(dǎo)引裝置“離子漏斗”，可以使得絕大多數(shù)離子被傳輸、聚焦入下級(jí)真空。但是這種方法不能解決噪音問題，“離子漏斗”雖然提高了離子的傳輸效率，但是也提高了噪音的傳輸效率，而且由于低壓下缺少氣體分子碰撞，去溶劑化過程更加不充分，因此溶劑分子噪音的影響會(huì)更加嚴(yán)重，甚至可能完全淹沒待測(cè)分析物的質(zhì)譜信號(hào)。目前處理噪音的主要方法還是復(fù)雜的樣品前處理過程和色譜分離過程，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且在過程中還可能引入新的雜質(zhì)噪音。

為了降低電噴霧離子源的噪音，美國專利US6730904和US2011/0049357提出了離子偏軸傳輸?shù)膶?dǎo)引裝置，這些裝置將離子通過電場(chǎng)產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，而中性分子沿直線路徑被真空泵抽出，以此實(shí)現(xiàn)離子偏軸傳輸，從而降低中性分子帶來的噪音。但這些裝置除了結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜性之外，目前都只能應(yīng)用于大氣壓離子源接口，而不能用于低壓電噴霧接口，原因是這些傳輸裝置典型的工作氣壓都在3torr甚至0.1torr以下，而目前可形成穩(wěn)定、靈敏的電噴霧的氣壓都在10torr以上，因此離子在真空接口上的嚴(yán)重?fù)p失仍然存在。比如，對(duì)于US2011/0049357闡述的由兩個(gè)不同直徑（典型值為15mm和5mm）的層疊電極耦合在一起的裝置，如果要工作在10torr以上，為了保持后級(jí)系統(tǒng)的真空度（通常在10^-3tor量級(jí)），較小尺寸的層疊電極直徑必須降低到2mm以下，否則會(huì)帶來巨大的真空泵負(fù)載。而在此尺寸下，離子很難克服大直徑的層疊電極和小直徑的層疊電極間的射頻勢(shì)壘，很難再實(shí)現(xiàn)有效的偏軸傳輸。

總之，目前還沒有一種較好的方法，可以同時(shí)解決這幾種限制電噴霧靈敏度的因素，從而得到較好的靈敏度響應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種離子產(chǎn)生裝置以及離子產(chǎn)生方法。該方法可以降低電噴霧離子在真空接口上的損失，同時(shí)又可以減少中性噪音的影響，以提高電噴霧離子源的靈敏度。