[发明专利]基于康达效应的电喷雾电离源辅助电离装置

说明书

本发明涉及电离源技术领域内的一种基于康达效应的电喷雾电离源辅助电离装置，包括喷雾毛细管、溶剂脱附气体喷管以及导流装置；所述导流装置为开放结构导流装置，所述导流装置位于所述喷雾毛细管的管口至质谱仪大气压接口所形成气流方向的上游；所述溶剂脱附气体喷管喷出的溶剂脱附气体流经所述导流装置后，通过所述导流装置的表面曲线对所述溶剂脱附气体的束流进行重构。本发明中采用的溶剂脱附气体导流装置位于喷雾针与质谱仪大气压接口的上游，不存在分析样品在该结构上的吸附，分解等负面效果，提高质谱仪的信噪比，杜绝假阳性信号。

技术领域

本发明涉及电离源技术领域，具体的，涉及一种基于康达效应的电喷雾电离源辅助电离装置。

背景技术

离子源将进样的中性物质电离成离子，是质谱仪的核心部件之一，离子源产生的样品离子通过质量分析器被选择或依据质荷比排列形成质谱信号，使得现代科学家和科研工作者可以对广泛的化学物质种类进行痕量级的分析，因此质谱在分析科学领域中发挥着相当重要的作用。离子源的种类非常多，在生命科学领域及药物检测方面，对于液相物质的分析往往采用电喷雾电离源(ESI)和大气压化学电离源(APCI)等。这两种使用最广泛的电离源均依赖于样品液流的喷雾分散过程，其中喷雾液滴通过脱溶剂化作用的细小化、分散化所形成的样品离子产生效率，是影响这类电离源重要分析效能，如离子强度、电离效率、谱峰纯净度等的关键因素之一。

电喷雾电离源又称ESI源，兼容如毛细管电泳、液相色谱等多种进样方式。其核心原理为，极性溶液在毛细管中保持一定流速通过，流经毛细管末端处受高压电离，导致溶液中正负离子被分离。因为与真空接口处相比电离喷雾针处于较高的正电位，受电场力影响负离子向远离针尖的方向转移，导致正离子大量富集于喷雾针尖端处的溶液液滴表面。常态下汇聚于毛细管下端管口处的液滴保持水滴形，但液滴表面富集的正电荷离子互相存在斥力，当外加电压超过某临界值时，液滴外形受其包含的正电荷离子相互斥力影响变化为“泰勒锥”。随着锥体表面正电荷继续富集，库伦力持续增大，导致携带正电荷离子的小液滴开始从泰勒锥的尖端向外发生溅射，形成喷雾。这些液滴中都包含大量正电荷，形成喷雾与空气充分接触后，溶剂进一步挥发，导致液滴体积、半径缩小，电荷密度增大，当这两项数值到达临界点时，液滴就会发生“库伦爆炸”，分解出更多小液滴；这些小液滴随溶剂进一步挥发到达瑞利稳定限后再次发生库伦爆炸，产生更小的液滴，如此循环，因此液态样品经电离喷针形成电喷雾的过程中就经历了去溶剂化。 APCI源去溶剂化的原理则是使用助喷气吹散液态样品，将其分解为细小液滴。因此液滴中包含离子较少，与ESI源相比分析离子的性能较差。

喷雾类离子源可分析的化合物种类十分庞大，包括多种有机化合物，例如药物及其代谢产物、蛋白质、肽、糖等。因此，寻找有效的脱溶剂技术手段，对于喷雾类电离源的应用及对整个质谱技术的发展有着十分重大的意义。所以改进溶剂脱附技术，提高脱附效率，对电喷雾电离源技术乃至质谱领域的发展都有积极意义。

在现代高效电喷雾源中，通常包含3层同轴流体，如在先技术图1所示，最内层为来自于上游分析仪器如高效液相色谱、毛细管电泳等的含有微量样品的溶剂流喷雾管 101。中间层为高压高速助喷雾气体102，通过气束在其约束端末端开口的快速膨胀，打碎离开喷雾管的液滴104，形成雾化晕。最外层为具有较高温度的溶剂脱附气体流103，如高温氮气流等。以上流层整体呈同轴嵌套结构。雾滴通过外层加热鞘气时，会剧烈蒸发其所携带的溶剂形成有效的去溶剂化过程，形成离子105。其中去溶剂化气的消耗量是最大的，这是由于同轴结构末端为约束形的喷嘴，为在一个较大区域形成加热脱溶剂气体的包层分布，只能通过进一步增加该气体流量来实现。以现行使用最广泛的美国 Sciex公司或Thermo公司的Turbospray等加热去溶剂化离子源为例，其高温加热去溶剂化气体的流速高达5～15L/min，在高灵敏度分析时，这些脱溶剂化气体的消耗，通常只能采用大型液氮罐或专用空压机来实现，耗费大量资源与能量，有悖于节能环保的社会认知。同时，大量的喷雾气流102与脱附气体流103的存在也会对未能脱溶剂化的液滴104进行扩散，为避免其进入质谱大气压接口106形成噪音，需要在接口附近通过反吹鞘气或气帘约束装置107形成气帘气鞘108，去除这些液滴，而这个气流又增加了质谱仪的耗气量。