[發明專利]小型化便攜式質譜儀及用于產生水團簇離子的離子源裝置

在審

• 申請號: 201710660257.3
• 申請日: 2017-08-04
• 公開（公告）號: CN109390206A
• 公開（公告）日: 2019-02-26
• 發明（設計）人: 黃偉;彭秀球;黃騰;洪雨
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: H01J49/16
• 分類號: H01J49/16;H01J49/26
• 代理公司: 北京集佳知識產權代理有限公司 11227
• 代理人: 陳志海;李海建

本發明公開了一種用于產生水團簇離子的離子源裝置，從對整個噴霧過程起決定性作用的溶液參數方向入手，在電噴霧離子源本身沒有加熱裝置的前提下，從石英毛細管噴霧出口切面和噴霧出口所處的環境兩個角度出發，采用毛細管切面平整度高和光滑無毛疵，對液滴的體積進行控制，生成穩定的噴霧，從而有效的進行去溶劑化過程；采用質譜儀進樣級腔體，防止外界環境(風，空氣中的灰塵等)對離子噴霧強度的影響和干擾。兩種措施對提高電噴霧效率，降低儀器檢測限起到了一定的效果。本裝置結構簡單、體積小，在檢測過程中能夠保持穩定，還具有較高的靈敏度和穩定性，出霧口高度和距離調節方便。本發明還公開了一種應用上述離子源裝置的小型化便攜式質譜儀。

技術領域

本發明涉及質譜儀系統技術領域，涉及一種集成于小型化便攜式質譜儀的電噴霧電離源裝置，尤其涉及一種用于產生水團簇離子的離子源裝置。

背景技術

質譜分析方法在物質分析和檢測中具有很高的靈敏度，是世界上應用最廣泛的分析技術之一。目前，質譜儀已經成為許多領域的必備分析儀器，并在制藥、生命科學、環境監測和保護、食品安全、興奮劑檢測、邊防安檢、航天和軍事技術等諸多熱點領域發揮著越來越重要的作用。一套完整的質譜儀器一般由離子源、離子傳輸部分、質量分析器、檢測器、真空系統、電路控制和數據采集系統等部分組成。質譜儀在物質分析及成分鑒定中具有很高的靈敏度和分辨率，其基本工作原理是：首先把被檢測的物質電離成離子，通過電場或磁場將離子按質荷比(m/z)的大小進行分離，然后通過離子檢測器檢測這些被分離的離子，從而得到質譜圖；通過對質譜圖的分析，即可獲得被檢測物質的化學成分、結構以及含量信息。在質譜儀中，將物質電離的部件被稱為離子源，對離子進行質量分析的部件被稱為質量分析器，離子源和質量分析器是組成質譜儀的兩個關鍵部件。

在質譜儀的發展歷程中，離子源扮演了非常重要的角色。在對物質進行質量分析之前，必須先把中性物質電離成離子。過去幾十年來，許多電離源不斷涌現，包括激光濺射(LS)、電子轟擊離子源(EI)、化學電離源(CI)、激光氣化源(LV)、電噴霧電離源(ESI)、基質輔助激光解析電離源(MALDI)、直接實時分析(DART)、場致電離/場解吸電離源(FI/FD)、激光解吸源(LD)、快原子轟擊源(FAB)、大氣壓化學電離源(APCI)等，這些離子源在功能上各有所長，但是大多數還是需要在真空條件下使用或者在測定前需要對樣品進行預處理，不利于對固體樣品進行連續、實時、高通量的分析。2002年獲諾貝爾化學獎的電噴霧電離源技術是近年來發展較為迅速的一種常壓軟電離技術，由John B.Fenn于上世紀80年代首次運用到質譜上，它的特別之處在于引入了高極性非揮發性化合物溶液的同時，能夠使分析物離子化，通常可以作為生物分子以及多電荷團簇離子的研究。

目前一些新型的電噴霧離子源接口也陸續出現，例如紙基電噴霧、碳纖維噴霧器、木質尖端電噴霧、多通道電噴霧離子源、冷噴霧離子化、電噴霧解析離子化(DESI)、電噴霧萃取離子化(EESI)技術等等，這些基于電噴霧的離子化技術的很多重要發展都是源自于John B.Fenn的開拓性工作。在電噴霧電離源(ESI)中，樣品首先被溶解在水以及其他的溶劑里，在輸送樣品溶液的毛細管出口端與對應電極之間施加數千伏的高電壓，就會在毛細管出口形成圓錐狀的液體錐，在強電場的作用下，引發正、負離子的分離，生成帶有高電荷的泰勒錐，從而能夠穩定噴霧。噴出的大的帶電荷的樣品離子液滴由于溶劑的汽化，隨著液滴體積的逐漸縮小，液滴的電荷密度超過了表面張力極限，就會引起液滴自發的分裂，最終導致離子從帶電液滴中蒸發出來，產生單電荷或者多電荷的離子。在樣品離子形成過程中，如果離子團簇不能充分汽化分離，就會降低樣品的離子化效率。在很多商業儀器里，大都是通過對輔助氣體加熱或在離子傳輸裝置外纏繞加熱帶的方法提高其靈敏度，這些方法雖然可以不同程度的提高離子源的靈敏度，但抑或過于復雜，抑或大幅增加儀器體積而不利于質譜儀器的小型化研究。

因此，如何得到一種電噴霧電離源裝置，結構簡單而且體積小，產生離子噴霧強度穩定，適合于小型化發展的大趨勢，已成為行業內各一線研發人員廣泛關注的焦點之一。

發明內容