[发明专利]离子聚集构件及使用离子聚集构件的质谱仪

说明书

技术领域

本发明关于一种离子聚集构件，特别是指一种应用于质谱仪中，用以聚集分析物离子的离子聚集构件。本发明还关于一种应用该离子聚集构件的质谱仪。

背景技术

近年来，使用电喷雾电离(Electrospray Ionization，以下简称ESI)装置的质谱仪，已经广泛地应用于合成化合物结构鉴定、环境有毒物质检测、能源成分分析、药物开发、生物或药物代谢体学、天然产物分析、食品成分分析等领域。

质谱仪主要包括一电离装置、一质量分析器以及一检测器。图1所示，即为商业化ESI装置10的电离机制示意图，ESI装置10主要具有一金属毛细管(metal capillary)11，金属毛细管11的管口端111对应于该质量分析器20的进样口21。进行检测时，该管口端111与该质量分析器20的进样口21之间建立有约3,000至5,000伏特的电位差，使金属毛细管11内的待测样品溶液30朝该管口端111流动，位于该管口端111的样品溶液30会受到电场作用力与液体表面张力的影响，而形成布满电荷的泰勒锥(Taylor Cone)T，当电场作用力大于液体表面张力时，就会发生电喷洒现象，产生带有多价电荷的微液滴31，微液滴31内的溶剂会经一雾化气体40吹拂而逐渐挥发，形成分析物离子33，之后经进样口21进入质量分析器20内进行分析，以获得质谱图。

如图1所示，由于传统ESI机制的金属毛细管11喷洒出的分析物离子33会呈现羽流状(plume)，也即分析物离子33的分散面积会远大于质量分析器20的进样口21的截面积，导致至少有50％的分析物离子33无法进入质量分析器20中，造成配备有传统ESI装置的质谱仪的分析物信号强度明显降低以及检测极限无法降低等问题。

为改善前述问题，发展出许多通过控制电场的方式集中离子，再将离子传送至质谱仪的方法，例如电场不对称离子运动电离源(Field Asymmetric Ion Mobility Spectrometry，以下简称FAIMS)。但前述方法会受到麦克斯韦方程式(Maxwell's equations)的影响，使其集中离子的效果有限。同时，FAIMS的装置庞大、费用昂贵且无法适用于各种品牌及机型的质谱仪，使其应用性受限。

发明内容

有鉴于此，本发明的一目的在于提供一种离子聚集构件，其可直接应用于各种质谱仪，适用性好，且能够有效地提高进入质量分析器的分析物离子的量，以有效提高分析物的信号强度，降低质谱仪的检测极限。

本发明的另一目的在于提供一种应用前述离子聚集构件的质谱仪。

为达成前述目的，本发明所提供的一种离子聚集构件，可应用于一质谱仪，该质谱仪包括有一金属毛细管以及一质量分析器，该金属毛细管用以喷洒出分析物离子，而该质量分析器具有一进样口。本发明的离子聚集构件包括有一球体，其表面布满多个凹窝。当该离子聚集构件设置于该质谱仪内时，该球体位于该分析物离子的喷洒路径上且邻近该质量分析器的进样口，使该球体具有分别朝向该金属毛细管以及该质量分析器的一前侧以及一后侧。从而，当金属毛细管喷出的分析物离子流经该球体时，该球体表面的该等凹窝会使分析物离子紧贴球体表面而聚集至该球体后侧的下游处，邻近该质量分析器的位置，使得该分析物离子经由电位差而进入质量分析器中。如此，相较于传统ESI装置，本发明可通过流体力学原理将呈羽流状喷洒的分析物离子聚集至该球体后侧的下游位置，而被该质量分析器所接收，以有效地提高进入质量分析器中的分析物离子的量，成功提升离子的传输(ion transmission)效率。因此，当本发明使用于质谱仪时，可使质谱仪具有分析物信号强度增强、检测误差降低以及检测极限降低等优点。

在本发明所提供的离子聚集构件中，该球体表面的该凹窝的内径可为1nm至1mm。

在本发明所提供的离子聚集构件中，该球体表面的该凹窝的深度可为1nm至小于该球体半径。

在本发明所提供的离子聚集构件中，该球体最好由耐酸碱溶液、耐有机溶剂以及耐至少260℃以上高温的材质所制成，以避免球体损坏或是影响分析结果。