[发明专利]一种产生、分析离子的方法与装置

说明书

技术领域

本发明一般地涉及产生、分析离子的过程，尤其是涉及在大气压下产生气态中性分子并在低压区域进行电离的方法和装置。

背景技术

质谱作为一种在不同领域中都十分有效的分析手段已存在多年。然而，为了满足目前不断增长的应用方面的需要，样品的电离过程仍然是一个十分重要的研究领域。基质辅助激光解吸电离和电喷雾电离方法的出现标志着质谱在生化领域的广泛应用。而这两种方法以及其它涉及分析固体或液体的成熟电离方法均需要在电离前进行复杂的样品前处理。

因此，不需要对样品进行预处理的快速检测离子化方法在特别是国家安全、食品安全和非法药物检测领域越来越受到青睐。解吸电喷雾电离(DESI，Science 2004，306，471)技术的发明开创了直接分析技术的新领域，它极大地缩短了分析凝聚态样品所需要的时间。自此，许多直接分析方法开始陆续出现，如实时直接分析源(DART，Anal.Chem.2005，77，2297)，大气压固体分析探头(ASAP，Anal.Chem.77，7826)，电喷辅助激光解吸电离(ELDI，Rapid Commun.Mass Spectrom.2005，19，3701)，解吸大气压光电离(DAPPI，Anal.Chem.2007，79，7867)，以及激光解吸光电离(LDPI，中国专利申请CN 101520432)等。尽管每种方法都有其独特的离子化机理，但是其中大部分方法都是分两步来进行的。第一步为从表面解吸样品形成气态分子，第二步为电离该气态分子形成分子离子。通常我们将两步法中的电离步骤称为后电离步骤。

根据这一特点，将不同的解吸方式和电离方式组合起来新离子化方法出现了，每一种组合都有它自身的特点，在一个特定的领域都有其优于其它方法的功能。例如，ELDI和LDPI都使用激光作为它们的解吸源，但是与LDPI中利用真空紫外光子作为离子源产生的离子相比，ELDI在电离阶段用电喷雾的方法可以产生更多的极性产物，这种区别使得ELDI更加适合分析生物大分子，而LDPI更加适合应用在小分子分析领域。

对于大部分的直接分析方法而言，考虑到样品载入的方便，解吸和电离两个过程都是在大气压下进行的。但是，为了维持大气压和真空之间的压力差，其间的接口尺寸需要被控制得很小，这就造成在大气压下产生的大部分离子不能通过接口，这是造成质谱仪分析灵敏度降低的一个主要原因。同时，由于在大气压下缺乏有效的电场聚焦手段来对产生的离子云进行会聚，因此离子云的空间电荷效应使得离子更加扩散，离子从而更难被引入大气压与真空间的接口。另外，对于使用毛细管作为离子引入接口的设备，其开口处的发散电场也极不利于离子进入接口，从而离子会不可避免地损失在毛细管入口处的管壁上。除此以外，对于那些足够幸运进入毛细管的离子而言，和毛细管的内壁发生碰撞而导致它们失去电荷的可能性仍然很大。

作为一种替代方案，如果电离过程被挪到大气压与真空的接口之后的区域，即挪至低压区域，那么在接口处损失离子的问题就可以得到缓解。通过这种方式，仅有那些被解吸的中性分子需要通过毛细管被传送，因此空间电荷、发散电场及在接口处损失电荷的现象都不存在了。Marksteiner和他的同事在J.Phys.Chem.A  2009，113，9952文章中有过类似的报导，他们主要的工作是在大气压下进行激光解吸，将解吸得到的中性分子传输至高真空区域，并在高真空区域中的飞行时间质量分析器加速源里进行真空紫外电离。

类似的做法也被运用在将气相色谱与质谱相结合并以真空紫外光为后电离手段的方法中。如Zimmermann等人在质谱仪的真空腔中使用了一种电子束泵浦激态复合物真空紫外灯来对气相色谱仪的流出物进行电离(Anal.Chem.2006，78，6365-6375)。此种方法能够对单光子电离过程提供极其丰富的理论数据。又如美国专利申请(US2010/0032559)中提到的使用无窗口的低压惰性气体放电灯对气相色谱仪流出物在低压区进行的电离。

对于电离方法而言，它在不同的压力范围下的离子化效率可能有显著的差别。并且，考虑到不同离子源的特点，在检测复杂的混合物时使用两种电离源同时工作是较理想的方案。因此寻找适合一种或一种以上电离方法的低压范围，成为提高离子化效率的关键。

发明内容

本发明涉及一种能够在低气压下提供高电离效率及离子传导效率的方法及设备，同时该方法和设备还具备在大气压下进行解吸从而对样品进行直接分析的方便性。