[发明专利]碰撞离子发生器和分离器

说明书

技术领域

本发明涉及用于量化、分析和/或识别化学粒种(species)的装置、系统和方法。更具体地，本发明涉及用于通过表面撞击现象将气溶胶(aerosol)和液相样本的某些分子组成转换为气态分子离子的装置、系统和方法，其中表面撞击现象将气溶胶颗粒或液体喷射分解成包括气相分子离子的更小颗粒。

背景技术

质谱分析法通常被用于调查具有任意性质的样本的分子组成。在传统质谱分析程序中，样本的分子成分被转变至它们的气相并且个体分子被充电以产生气相离子，气相离子随后能够经受质量分析，诸如基于这些离子的不同质荷比对离子进行分离和选择性检测。

由于某些分子成分是非挥发的，故这些混合物的蒸发在充电之前不会实现。传统地，化学衍生被用于通过消除极性官能团来增强这些粒种的挥发性。然而，化学衍生无法用于典型地包括低聚糖、缩氨酸、蛋白质和核酸的较大分子的情况。为了离子化和通过质谱方法调查这些粒种的生物相关性，已经开发出其他离子化策略，包括解吸和喷洒离子化。

在解吸离子化(不包括场解吸)中，通过被称为分析束的一束高能颗粒轰击缩相样本，以在单个步骤中将样本的缩相分子成分转换为气态离子。该技术的低灵敏度连同其与色谱分离的不兼容性影响了其对生物基质中的生物分子的定量测定的一般适用性。影响解吸离子化法的低灵敏度通常与如下事实相关，即大多数材料以具有低带电或不带电的大分子簇(cluster)的形式解吸。最近，已经描述了一些方法手段来使用被称为次级离子化或后离子化的处理将这些簇转换为气态离子。这些方法采用第二离子源产生带电颗粒的高速流动，其有效地使解吸离子化处理中形成的气溶胶离子化。

喷洒离子化方法被开发以作为解吸离子化技术的替代并用于解决由解吸离子化所解决的相同问题—任意样本的非挥发成分的离子化。在喷洒离子化中，液相样本使用静电力和/或气动力喷洒。在完成溶剂的蒸发时，由喷洒所产生的充电液滴逐步地转换为个体气相离子。喷洒离子化方法，尤其是电喷离子化，在与上面提到的解吸离子化方法相比时表现出了优秀的灵敏度以及与色谱分析技术良好的结合能力(对于色谱分析技术来说，某些时候解吸离子化是不成功的)。

虽然理论上喷洒离子化方法能够提供近乎100％的离子化效率，但这种高值因为实际实施问题而通常无法到达。纳电喷洒或纳喷洒方法给出了极高的离子化效率，但受限于极低的流速；这种方法仅能够为小的纳升每分钟范围内的流速提供高离子化效率。由于实际液体色谱分离涉及较高的液体流速(例如，包括大的微升每分钟至小的毫升每分钟)，纳喷洒不是液体色谱-质谱系统的常用选择方法。虽然气动辅助的电喷洒源在理论上能够喷洒上述范围内的液体流；然而，它们的离子化效率却陡然跌至1-5％的范围。与解析离子化方法类似，喷洒离子化源也产生相当多的带电和中性簇，这些簇降低了离子化效率并且能够易于污染质谱大气接口。

质谱仪的大气接口被设计为将由喷洒或大气压解析离子化形成的离子引导至质谱仪的真空区域。大气接口的基本功能是使进入质谱仪的离子浓度最大化，同时降低进入质谱仪的中性分子(例如，空气、溶剂蒸汽、喷雾剂可见气体等)的量或浓度。在商用仪器中当前使用的手段是将大气气体引入质谱仪的真空腔中并且使用撇去器电极(skimmer electrode)对自由超音速真空喷射的核心进行采样。这种手段基于如下假设，即所关注离子具有较低径向速度分量并且将因此被集中在气体喷射的中央核心中。撇去器电极通常紧接着射频交流电势驱动多极离子引导器，该引导器将离子粒种传输至质量分析器，同时中性体在统计上被分散并且被真空系统泵出。撇去器电极和射频交流电势驱动多极离子引导器的这种组合能够允许高达30％的离子传输效率，然而，其不解决或处理被较大分子簇污染的问题。

对质谱仪的进一步开发包括在撇去器电极的缘的周围增加圆形电极，其中撇去器电极用于使更多带电粒种转向至撇去器电极的开口。环形电极或有时也称为“镜筒透镜(tube lens)”还允许撇去器电极相对于第一电导极限的从共轴位置侧向转移。该偏移能够通过向镜筒透镜施加静电势来部分补偿。以这种方式对撇去器电极进行定位阻止任意尺寸的中性体(包括簇)进入该质谱仪的高度真空区域。