[發明專利]離子傳輸裝置以及離子傳輸方法

有效

• 申請號: 201310419386.5
• 申請日: 2013-09-13
• 公開（公告）號: CN104465296B
• 公開（公告）日: 2017-10-31
• 發明（設計）人: 蔣公羽;孫文劍;張小強
• 申請（專利權）人: 島津分析技術研發（上海）有限公司
• 主分類號: H01J49/04
• 分類號: H01J49/04;H01J49/06;H01J49/26
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所31210
• 代理人: 肖華

技術領域

本發明涉及一種減小真空系統負載的離子傳輸裝置，特別涉及一種與可控氣體通量通道導通同步的離子傳輸裝置及其方法。

背景技術

色譜質譜連用裝置是目前分析技術領域最廣泛使用的廣譜高分析分離能力的儀器分析裝置。然而，基于物質在不同相間分離的色譜技術主要在大氣壓及大氣壓強以上的壓力區間工作，而基于自由離子在電磁場中運動性質的質譜技術需要在遠低于一大氣壓強的真空系統下工作。兩者自然存在的工作壓力區間使得色譜裝置向質譜裝置的分析傳質過程存在著若干限制。其中，由于真空界面導致的傳質損失是當前色譜質譜連用裝置中儀器靈敏度的主要限制條件。

為解決在質譜儀接口處的傳質損失，目前在色質連用裝置上存在兩種解決方法。第一類方法以典型的氣質連用儀為代表，從氣相色譜分離裝置流出的分析物及流動相直接流入高真空的質譜系統并電離化，然后被后繼同樣位于高真空區域的質量分析器及離子探測器分析測量。這種方式的主要問題是離子源區需要用較大的分子泵抽去未電離的樣品以避免背景污染，同時受到泵抽速的限制，對質譜系統離子源所允許的最大進樣量有限，這使得氣質聯用儀的靈敏度水平被長期限制在亞皮克級水平。

另一類方法以目前流行的液質聯用儀器為代表，其離子化技術主要是由1984年John Fenn發明的電噴霧技術(ESI)及其衍生化技術為主，這些離子化技術主要由從電噴霧源尖端產生帶電液滴，經過后期蒸發和庫侖爆炸的過程，在大氣壓下或后續真空級內產生分子或準分子單或多電荷離子。由于液相色譜內分析物分子數密度通常高于氣相色譜2-3個數量級，液質聯用儀目前極限靈敏度已容易到達亞飛克級或更好。然而由于液質聯用時質譜前端的物質流密度更大，直接注入真空腔的方法通常不適用。所以，在目前幾乎所有商業儀器中都需要一系列的真空接口和離子導引裝置使得電噴霧產生的離子可以進入分析器。由于通常的離子傳輸裝置均需工作在133Pa或更低的工作壓強，大氣壓真空接口(通常是毛細管或者取樣錐孔)必須保持很小的入口面積才能維持后級真空(一般直徑小于1mm)，帶來的結果是，90％或更多的離子損失在了真空界面上。此外，流動相中的基質往往也造成對真空系統的干擾，首先是無機鹽或碳水化合物類物質的濃度不能過高，否則會在極短的時間內堵截真空接口小孔。其次，未電離化的物質直接進入高真空后會直線運動，在檢測器區間產生中性噪音。這些都需要在后級質量分析器及傳輸系統中采用額外設計來去除。因此，相比起較為廉價的氣質聯用儀，液質聯用儀的成本和尺寸都偏大，最廉價的主流液質儀價格均在100萬元附近或以上，這些成本主要反映在復雜的前級真空接口與真空泵組上。因此，提出一種減少真空系統負載的離子傳輸裝置，無論對于液質還是氣質聯用裝置，都能起到擴大樣品及離子流通量，提高靈敏度，及降低儀器成本，尺寸有著重大的意義。

通常，為了解決真空界面上的離子損失，可以采用流體力學或其他手段，減少分析樣品物質流的尺寸，例如納升噴霧(如US6803565等)，在液相接口上采用更小尺寸的針尖以減少噴霧區的面積，或者如氣相色譜上的分流器，利用樣品分子質量較大的特點利用其擴散速度不同，將低分子量的載氣由外圍抽除。這樣都可以在相同分析物質流強的條件下減少進入真空接口的物質流密度，降低真空系統所需負載。然而，這些方法都需要降低色譜分離時的實際有效流體流速，因此分析同一濃度樣品時，單位時間到達離子檢測器的離子變少了，因此儀器靈敏度并未明顯有數量級的提高。

另一種方法是使液相接口像氣相接口一樣，將離子源如電噴霧接口(如US5838002、US6068749所示)或電暈電離接口直接置于真空腔內。這樣，離子真空界面損失雖然避免了，然而中性流也被100％地引入了真空系統，雖然在一些其他裝置發明如US7671344中采用了離子接收口很大的離子導引裝置如“離子漏斗”，可以使得絕大多數離子被傳輸、聚焦入下級真空。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，大量中性流所導致的溶劑簇噪音仍會導致儀器系統的背景噪聲偏大。最關鍵的是，由于中心液流真空膨脹產生的氣流會使體積流擴大2～3個數量級，因此，盡管可以使用納升液相技術配合低氣壓噴霧，避免真空界面損失，將入口液流降低2～3個數量級，下級真空系統所需的氣抽速仍是一樣的。否則，下級離子傳輸系統的效率將由于氣壓增高而迅速下降，事實上，簡單的低氣壓噴霧接口并不能減少色質聯用裝置的真空系統負載，而是限制了色譜系統的流量，降低了它的分析速度。