專利名稱:用于電離化學種的設備的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及單一和多操作模式的離子源，其利用大氣壓力化學電離來在大氣壓力下產生離子用于隨后的化學、生物學、醫學、法醫學和環境樣品的質譜分析。
背景技術：
在大氣壓力化學電離(APCI)中，帶電種在大氣壓力下附著到被分析物分子或從被分析物分子移除。試劑離子典型地由在大氣壓力下在電暈放電或者輝光放電中啟動的氣相反應的級聯(cascade)產生。如果氣相反應是能量有利的，試劑離子將充電種傳遞到被分析物分子或者從形成被分析物離子的被分析物分子移除充電種。如果水作為試劑氣體， 水合氫離子或者質子化的水(H3O) +試劑離子通過在陽離子極性操作中發生在電暈放電區域中的電離過程形成。當水合氫離子碰撞被分析物離子時，來自水合氫離子的質子傳遞到被分析物分子，其中被分析物離子具有比H3O+更高的質子親和力，從而形成正極性(M+H) + 被分析物離子和H20。反之，當通過在負極性電暈放電中發生的電離過程形成的OH—離子碰撞具有比OH—更低質子親和力的被分析物分子時，被分析物分子傳遞質子到0H—，從而形成負極性(Μ-ΗΓ被分析物離子和吐0。替代的陽離子種可以形成在電暈放電區域中，包括但不限于鈉(Na+)、鉀(K+)或氨(NH4+)。正極性被分析物離子可以通過與替代陽離子進行電荷交換由具有低質子親和力的被分析物分子形成。反之，負極性被分析物離子可以通過陰離子從試劑離子傳遞的例如氯(Cl—)的附著形成。對于一些被分析種，基的被分析物離子通過電子的增加或移除而在APCI中形成。
樣品溶液，例如來自液相色譜(LC)柱的流出物，典型地氣動霧化并在通過APCI 發生在其中的電暈放電區域之前蒸發。氮典型地被用來樣品溶液的氣動霧化以及維持電暈放電。霧化的樣品溶液液滴借助通過典型地在200和450°C之間的溫度操作的加熱器而蒸發。產生的霧化氣體、溶劑和被分析物水蒸氣樣品水蒸氣的氣相混合物穿過通過施加通常在2-8千伏的高壓到尖的針或者銷而產生的電暈放電。或者，氦可用于維持APCI液相樣品中的輝光放電。在接口到質譜儀或者離子淌度分析器的傳統的APCI源中，電暈針位于大氣壓力離子源體積中，其在霧化器和汽化器樣品入口組件之外并靠近質譜儀(MQ或者離子淌度譜儀(IMS)的取樣孔。為了實現最高的APCI/MS或者APCI/IMS靈敏度，化學電離過程和隨后的離子到質譜儀或IMS得取樣口的遷移都需要被優化。為了最大化通過MS或者IMS 分析的大氣壓力化學電離效率
1、蒸發的被分析物流需要被濃縮以通過或者靠近在那里試劑離子濃度最大的電暈放電或者輝光放電。
2、電暈針電壓和因此的電暈電流需要優化以產生期望試劑離子種的最高濃度。[0008]3、在電暈放電區域和質譜儀或IMS取樣口之間的區域中形成的電場應當優化以最大化離子聚集到取樣口的效率以及隨后傳送到真空或者IMS中的效率。
在傳統的APCI/MS源中，電暈放電針定位在接近于取樣口的開口 APCI源腔中。這樣的傳統的離子源構型不能同時實現上面的標準。被分析物水蒸氣流在退出汽化器之后在傳統的APCI源幾何結構中快速膨脹，從而減小電暈針周圍的被分析物濃度。此外，在電暈針的梢部形成的高電場阻礙在取樣口附近形成優化聚集電場，需要該取樣口將形成入該取樣口中的被分析物離子聚集到真空中。傳統的APCI源的構型與操作要求在兩個對立的工藝中折衷，從而導致較低效率的APCI/MS性能。
本實用新型的一個實施例提供改善的APCI源設計，其被優化用于最大電離效率并改善到真空中的離子遷移效率。在本實用新型的優選實施例中，電暈放電針定位在包圍的蒸氣流通道中，該通道配置在APCI探針蒸發器的出口端。蒸氣流通道幾何結構迫使被分析物水蒸氣通過電暈放電區域，并且產生的被分析物離子在當它們通過水蒸氣流和電暈放電出口時向著蒸氣流通道中心線聚集。被分析物離子向著中心線的聚集可最小化或者防止由于接觸蒸氣流通道壁所致的離子中和。水蒸氣通道部分地圍繞形成在電暈放電針梢部周圍的高電場，從而防止APCI腔室和退出的被分析物離子分散電場。施加到位于APCI源腔室中的電極的電壓形成聚集電場，其穿入到蒸氣流通道的出口中。退出的離子通過這些穿透的電場向著蒸氣流通道中心線聚集，從而提高從APCI探針到APCI腔室中的被分析物離子遷移。在APCI腔室中的電場繼續導向和聚集離子到取樣口中到真空中，在那里它們被質量-電荷分析。蒸氣流通道構型提供氣體和離子無阻礙地流動通過流通道，具有最少的由于在退出之前與通道壁碰撞所致的被分析物離子損失。
專利號US7041，972B2描述一種APCI源，包括在定位在汽化器的出口端的殼體中操作的電暈放電針。離子和中性水蒸氣通過關于汽化器軸九十度定位的通道開口退出，并且退出通道配置為在退出殼體之前具有九十度彎曲。這樣的構型(圖6)產生在電暈放電針梢部周圍的紊流區域，其可以增加被分析物離子在殼體壁上的撞擊和中和。所述裝置沒有提供導向無阻礙的出口流動路徑并且沒有提供配置來聚集遠離離子損失會發生的表面的被分析物離子。描述在專利號US7，041972B2中的APCI源構型沒有提供到取樣口的被分析物離子到真空的優化遷移。本實用新型引入圍繞電暈放電針梢部的蒸氣流通道，其配置為同時約束樣品水蒸氣流通過電暈放電以最大化化學電離效率，同時最小化到流通道壁的被分析物離子損失。蒸氣流通道還配置為部分地屏蔽電暈放電場，同時允許外部離子聚集電場貫穿以最大化到取樣口的離子到真空中的遷移效率。
已知大氣壓力化學電離提供對有限范圍的化學種的有效率的離子化。典型地， APCI用于從能夠蒸發而不會降級的較低分子量化學種產生用于質譜分析的離子。電噴射離子化用于分析較大范圍的化合物類型，包括較小的易揮發種和熱不穩定、極性較高分子量化學種。盡管電噴射離子化與APCI離子化能力明顯重疊，但是一些分析應用受益于運行電噴射和APCI離子化二者以獲得在較寬范圍的化合物和化學系統上的改進的電離效率的能力。組合電噴射(ES)和APCI源的多個實施例描述在專利號US7，078，681B2中，其中樣品被引入通過氣動霧化器，該氣動霧化器可以操作以產生電噴射離子。電暈放電針配置在開口源體積中以在將離子取樣到真空中用于質譜分析之前電離一部分蒸發的霧化的液滴水蒸氣。在專利號7，078，681B2中描述的組合離子源的所有實施例中，所有氣體和液體流從
5樣品引入入口探針進入離子源，并且樣品水蒸氣通過無屏蔽的電暈放電區域。不同的組合 ES和APCI源構型描述在專利號US207/0114439A1中，其中樣品水蒸氣通過樣品溶液的氣動霧化產生，具有或者沒有電噴離子化，該樣品水蒸氣隨后通過汽化器加熱器。樣品水蒸氣并不通過電暈放電但是與從電暈放電產生的離子在圍繞的反應室中混合。電噴射和APCI離子通過90度退出通道退出反應室進入離子源腔室中。離子通過氣流驅動退出反應室，在流動路徑中沒有電聚集場。本實用新型的替代實施例是具有部分屏蔽的電暈放電區域的APCI 探針和電噴射樣品入口探針的構型，其組合電噴射離子化和APCI。接口到質譜儀(MS)的該組合ES和APCI源在所有操作模式中執行，具有高電離效率和高離子遷移效率。
在探針上引入的固體和液體樣品以及直接引入到大氣壓力離子源中的氣體樣品可以利用APCI進行電離，其中試劑離子獨立于引入的樣品從源產生。這樣的離子源的一個構型模式在專利號6，949，741中，其中電暈放電用于從引入的氣體分子(主要是氦)產生電子受激原子或振動受激分子(亞穩的種)，所述引入的分子與離子源容積和蒸發的樣品中的氣體相互作用以通過APCI或者直接離子化氣相反應形成被分析物離子。產生的離子通過氣流驅動但沒有施加電場低被取樣通過口進入真空中。在本實用新型的替代實施例中，包括電暈放電的APCI探針從在APCI探針入口末端供應的液體和氣體化學試劑二者提供試劑離子。該APCI探針根據實用新型配置在多功能大氣壓力離子(API)源中。被引入該遠程試劑APCI源中的固體液體或氣體相樣品被高效電離、遷移到真空中并且被質量-電荷分析。
實用新型內容
依照本實用新型的一個實施例，大氣壓力化學電離源包括樣品入口探針、配置的加熱器或者汽化器以及定位在加熱器或者汽化器下游的蒸氣流通道。進入APCI探針中的樣品溶液通過氣動霧化輔助而成為霧狀。在霧化器中產生的液滴噴霧通過加熱器，在那里它們蒸發。樣品水蒸氣退出APCI探針加熱器并進入到蒸氣流通道中，蒸氣流通道包括電暈放電針、一個或多個靜電透鏡和大致與加熱器軸對齊的開口出口端。蒸氣流通道幾何結構限制樣品蒸氣在徑向方向分散并將樣品蒸氣導向通過電暈放電區域。電暈放電通過施加適當的電壓到電暈放電針和配置在蒸氣流通道中的圍繞的反電極而得以維持。蒸氣流通道的形狀提供水蒸氣和離子在軸向的不受限制的流動，同時包含或者屏蔽由電暈放電形成的電場。配置在蒸氣流通道中的一個或多個靜電透鏡位置和形狀適合以向著APCI探針中心線聚集被分析物離子。APCI產生的離子的該中心線聚集最小化或者消除到蒸氣流通道壁的被分析物離子損失。退出蒸氣流通道的離子通過穿入到蒸氣流通道出口端中的外部電場進一步向著中心線聚集。施加到配置在APCI源腔中的電極的電壓形成一電場，該電場將退出 APCI探針的離子導向到取樣口中，到真空中，在所述真空的地方被分析物離子被質量-電荷分析。本實用新型提高APCI電離效率并且增大到真空中的離子遷移效率。當與利用傳統的APCI源配置的APCI MS性能相比明顯改善的APCI MS信號強度通過利用根據本實用新型配置和操作的APCI源完成。根據本實用新型配置的APCI源的替代實施例包括兩個溶液霧化器入口組件、上游球分離器和膨脹水蒸氣通道幾何結構，其結合電暈放電針位置調整以改善對于不同分析場合的APCI MS性能。
在本實用新型的另一個實施例中，多功能APCI源配置為具有根據本實用新型配置的屏蔽的電暈放電APCI探針和用于引入與APCI入口探針分離的固體、液體和/或氣體相樣品的裝置。固體、液體或者氣體樣品探針定位被電離的分開引入的樣品在APCI探針蒸氣流通道的出口附近。退出APCI探針的加熱的氣體和試劑離子蒸發液體或者固體樣品并通過大氣壓力化學電離而產生離子。與氣相被分析物分子碰撞的試劑離子在APCI源腔中形成被分析物離子。施加到配置在APCI源腔中的電極的電壓形成電場，該電場向著該取樣口導向被分析物離子到真空中。被分析物離子通過施加的電場和中性氣流被導向到取樣口中并通過取樣口進入真空。試劑離子由試劑溶液或者一種或者多種試劑氣體或者試劑液體和在APCI探針入口端引入的氣體的組合形成。引入到根據本實用新型配置的APCI探針的入口中的試劑液體霧化并蒸發，隨后通過電暈放電以形成試劑離子。通過施加的靜電場和氣流的試劑離子在退出蒸氣流通道之前向著APCI探針中心線聚集。靜電場和氣流將試劑離子束導向以撞擊在定位在APCI探針出口下游的固體、液體或氣體上以最大化電離效率。 蒸氣流通道從電暈放電場屏蔽APCI源腔，從而允許形成在APCI源腔中的將被分析物離子導向到取樣口中到真空中的靜電場最佳化。根據本實用新型配置的多功能APCI源可包括一個或多個固體樣品探針，液體樣品探針和/或氣體入口。氣體樣品可以通過利用在源腔體出口上的氣流泵被抽吸通過多功能APCI源腔，或者氣體樣品可以從氣相色譜柱引入或者手動通過注氣端口引入。多功能APCI源還可以在例如來自液相色譜的液體樣品流APCI 中操作，樣品溶液被引入到APCI探針入口中。
在本實用新型的又另一實施例中，組合的電噴射(ES)和APCI源包括根據本實用新型配置的APCI探針，并且電噴射入口探針接口至質譜儀。組合的ES和APCI源可以僅在電噴射模式中、僅APCI模式中或者組合ES離子化和APCI模式中操作。電噴射入口探針配置為具有氣動霧化輔助。電噴射入口探針和電暈放電屏蔽的APCI探針配置在組合的ES和 APCI源腔中以使得霧化的電噴射煙流首先通過取樣口中心線，然后進入APCI探針出口端中。退出APCI探針的加熱的氣體進一步蒸發包含在電噴射煙流中的液滴，產生的水蒸氣在它借助在APCI探針中產生的試劑離子通過電暈放電區域時被電離。APCI可以通過設置施加至電暈放電針的電壓為零伏而關閉。電噴射離子化可以通過改變在組合ES和APCI源端板和毛細管入口電極上的電壓而停止和開始。組合ES和APCI源允許分離的試劑離子種通過APCI探針引入，并不由霧化或電噴射的樣品溶液形成。用于蒸發霧化或者電噴射的煙流的熱量從與ES入口探針同心地引入的加熱鞘氣體、通過APCI探針引入的加熱氣體或水蒸氣和加熱的逆流干燥氣體而增加。電噴射離子由在電噴射煙流中的蒸發的充電液滴形成并在受制于大氣壓力化學電離之前通過施加的靜電場導向到取樣口進入真空中。APCI產生的離子從電噴射產生的離子的相反方向接近取樣口以進入真空中，從而最小化空間電荷分散效果和最小化電荷降低或者電噴射離子和試劑氣體之間的交換。APCI探針加熱的氣流、 加熱的逆流干燥氣流和電噴射探針霧化和加熱鞘氣流的流速和溫度被調節以最大化相應于不同的樣品溶液組分和流速以及相應于不同組合ES和APCI離子源操作模式的離子源性能。
根據本實用新型的內容，一種用于電離化學種(chemical species)的設備，包括 大氣壓力化學電離入口探針和離子源，包括樣品溶液霧化器，加熱器，用于蒸發霧化的樣品溶液，蒸氣流通道，包括具有梢部的電暈放電針和至少一個反電極，該反電極形狀適合以部分地屏蔽電暈放電場并允許外部電場進入所述蒸氣流通道的出口端中，所述蒸氣流通道包括壁，具有電壓的端板電極，和施加電壓到所述電暈放電針的裝置，所述至少一個反電極和所述端板電極在所述梢部形成電暈放電并提供穿透入所述蒸氣流通道中的電場以聚集導向大氣壓力化學電離產生的離子離開所述蒸氣流通道的壁。
所述電暈放電針位置是可調節的。所述樣品溶液霧化器包括超過一個的溶液霧化器入口組件。所述樣品溶液霧化器包括二個溶液霧化器入口組件。該設備進一步包括位于所述APCI源上游的球分離器。該設備進一步包括與配置在所述大氣壓力化學電離離子源中的所述大氣壓力化學電離探針相接口的質量-電荷分析器。該設備進一步包括用于將所述大氣壓力化學電離產生的離子傳遞到真空中的裝置。該設備進一步包括用于調節所述加熱器的溫度的裝置。該設備進一步包括通向所述大氣壓力化學電離探針中的輔助氣體入口。所述離子源在氣體壓力下操作，進一步包括用于控制所述氣體壓力的裝置。
所述質量-電荷分析器包括與所述大氣壓力化學電離源軸向對齊的電噴射入口探針。所述質量-電荷分析器包括不與所述大氣壓力化學電離源軸向對齊的電噴射入口探針。所述質量-電荷分析器包括配置為噴射入所述大氣壓力化學電離離子源中的電噴射入口探針。
根據本實用新型的內容，一種用于電離化學種的設備，包括多功能大氣壓力化學電離源，其配置有大氣壓力化學電離探針，其包括部分屏蔽的電暈放電區域，和至少一個樣品入口探針。
所述樣品入口探針包括至少一個固體樣品入口探針。所述樣品入口探針包括液體樣品入口探針。所述樣品入口探針包括液體樣品入口探針。所述樣品入口探針包括氣體樣品入口探針。所述樣品入口探針包括氣體樣品入口探針。所述樣品入口探針包括氣體樣品入口探針。其進一步包括與配置在所述大氣壓力化學電離離子源中的所述大氣壓力化學電離探針相接口的質量-電荷分析器。其進一步包括通向所述大氣壓力化學電離探針中的輔助氣體入口。
根據本實用新型的內容，一種用于電離化學種的設備，包括組合的電噴射和大氣壓力化學電離源，包括電噴射入口探針，大氣壓力化學電離探針，其包括配置在蒸氣流通道中的電暈放電針，該蒸氣流通道部分地屏蔽所述電暈放電場并且在其出口端配置有開口，定向所述電噴射入口探針以噴射入所述蒸氣流通道，端板電極，和進入真空中的孔。
所述電噴射入口探針與所述大氣壓力化學電離源軸向地對齊。所述電噴射入口探針不與所述大氣壓力化學電離源軸向地對齊。進一步包括結合所述設備的質量分析器。
圖1是根據實用新型配置的APCI源的優選實施例的圖形，其中APCI入口探針包括樣品溶液霧化器、加熱器和結合電暈放電針并圍繞電極的蒸氣流通道。
圖2是接口到質譜儀的傳統的APCI源構型的圖形。
圖3A是使用類似于圖1的本實用新型的實施例在lml/min流速在1 1水/甲醇以及0. 乙酸溶液中的Ipg的利血平1 μ 1注射的基離子色譜(BIC)。
圖;3Β是利用與圖3Α中相同的注射、樣品溶液和流動條件但是通過利用類似于圖 2所示的傳統的APCI源獲得的利血平的BIC。
圖4是根據實用新型配置的APCI探針的一個實施例的橫截面圖形，示出在模擬APCI操作過程中計算的電場線路和離子軌跡。
圖5是替代APCI探針實施例的橫截面視圖，其中兩個樣品溶液入口配置在APCI 入口探針中，該探針包括加熱器和配置有電暈放電針和一個聚集電極的蒸氣流通道。
圖6A是本實用新型的替代實施例的橫截面，其中蒸氣流通道開口幾何結構和電暈放電針位置是可調節的。圖6A示出定位在APCI探針加熱器軸上的APCI。
圖6B是如圖6A所示的本實用新型的實施例的橫截面，電暈針位置調節為離開加熱器軸并且蒸氣流通道調節到膨脹的蒸氣流通道尺寸。
圖7是根據本實用新型配置的APCI探針的橫截面圖形，該探針包括在汽化器加熱器上游的噴霧液滴球分離器。
圖8是APCI探針的替代實施例的橫截面圖形，其中蒸氣流通道出口減少。
圖9A-9C是類似于圖8所示的蒸氣流通道的實施例的橫截面圖形。圖9A、9B和9C 示出用于施加到配置在蒸氣流通道中的電極的三個不同的電壓在模擬的APCI操作過程中計算的電場線路和離子軌跡。
圖10是本實用新型的替代實施例的橫截面圖形，其中APCI源包括根據本實用新型配置的供應試劑離子以電離引入在入口探針上的固體或液體相樣品的APCI入口探針。
圖11是本實用新型的替代實施例的橫截面圖形，其中根據本實用新型配置的 APCI源和APCI入口探針定位為大致沿著口的軸到真空中，供應試劑離子以電離引入在入口探針上的固體或者液體相樣品。
圖12是利用類似于如圖11所示地配置的APCI源從引入在固體上的咖啡因樣品獲得的隨時間變化的(Time-Of-Flight)質譜。
圖13是利用類似于圖11所示地配置的APCI源從引入在固體探針上阿司匹林藥丸獲得的隨時間變化的質譜。
圖14是從引入到類似于圖10所示配置的APCI源中的二十美元鈔票(a twenty dollar bill)蒸發的包括可卡因的分子的隨時間變化的質譜(TOFMS)。
圖15是利用配置在如圖11所示的APCI源從引入在固體探針上的Tylenol藥片獲得的隨時間變化的質譜。
圖16本實用新型的替代實施例的橫截面圖形，其中多功能、多取樣入口的APCI源包括大致沿著到真空中的口的軸線定位的根據本實用新型配置的APCI入口探針，供應試劑離子以電離引入在入口探針上的固體或者液體相樣品或者通過分離的入口引入的氣相樣品。
圖17是本實用新型的替代實施例的橫截面圖形，其中多功能、多取樣入口 APCI源包括大致沿著到真空中的口的軸線定位的根據本實用新型配置的APCI入口探針，供應試劑離子以電離通過分離的入口系統引入的液體或者氣體相樣品。
圖18是本實用新型的替代實施例的橫截面圖形，其中組合電噴射和APCI源包括大致垂直于取樣口軸定位并大致對齊電噴射入口探針軸的根據本實用新型配置的屏蔽的 APCI入口探針。
圖19是本實用新型的替代實施例的橫截面圖形，其中組合電噴射和APCI源包括與取樣口軸成一定角度以及與電噴射入口探針軸成一定角度定位的根據本實用新型配置的屏蔽APCI入口探針。[0045]圖20是利用僅在ES模式操作的類似于圖18中所示的組合ES和APCI源的包含胰島素制劑和吲哚的樣品溶液混合物的TOF MS譜。
圖21是利用僅在APCI模式操作的類似于圖18中所示的組合ES和APCI源的包含胰島素制劑和吲哚的樣品溶液混合物的TOF MS譜。
圖22是本實用新型的替代實施例的橫截面圖形，其中組合電噴射和APCI源包括與取樣口軸成一定角度以及與電噴射入口探針軸成一定角度定位的根據本實用新型配置的具有膨脹的蒸氣流通道幾何結構的屏蔽APCI入口探針。
圖23是如圖22所示的組合ES和APCI的電噴射和APCI區域的視圖的放大視圖。
具體實施方式
如圖1所示的本實用新型的優選實施例包括配置在接口到質譜儀3的大氣壓力化學電離源2中的大氣壓力化學電離(APCI)探針1。APCI探針1包括樣品溶液入口霧化器組件5、加熱器或者汽化器組件7和蒸氣流通道組件4。樣品溶液通過樣品入口管8引入到 APCI探針1中。在出口端10退出入口管8的樣品溶液的氣動霧化形成導向到加熱器或者汽化器7中的一股液滴15。霧化氣體12通過霧化器組件5的氣體入口 11引入并通過圍繞入口管8出口端10的環帶32退出。此外，通過輔助氣體入口通道14引入的輔助氣流13 在攜帶霧化樣品溶液液滴噴流5進入和通過汽化器7中補充霧化氣流12。霧狀液滴噴霧 15隨著它通過汽化器7通道17時蒸發。加熱器線圈16的溫度能夠通過溫度控制器進行調節，該溫度控制器具有來自定位在汽化器7通道17的出口 21上的熱電偶20的反饋。在出口端21的樣品水蒸氣退出汽化器通道17進入蒸氣流通道組件4的蒸氣流通道48。電暈放電針34的梢部28大致沿著蒸氣流通道48的中心線定位。電暈放電針34電連接到圓柱形電極22和電壓供應源30。配置在蒸氣流通道組件4中的圓柱形電極23和M分別電連接到電壓供應源50和51。絕緣體60電隔離電極22、23、M和主體27。在操作過程中相對電壓設置在電暈放電針34和靜電透鏡22和23上以支持在選取的放電流水平的電暈放電35 并向著APCI探針中心線聚集退出的APCI產生的離子。
當在APCI操作過程中樣品溶液水蒸氣通過電暈放電35時來自樣品溶液的蒸發的溶劑的一部分形成試劑離子。試劑離子與蒸發的被分析物分子交換陽離子或者陰離子以形成被分析物離子。施加到電暈放電針34的電壓極性相對于施加到圓柱形電極23的電壓為正時，正極性試劑和被分析物離子得以形成。反之，當施加到電暈放電針34的電壓極性相對于施加到圓柱形電極23的電壓為負時，負極性試劑和被分析物離子得以形成。在APCI 操作過程中，相對電壓施加到電暈放電針34和圓柱形電極22和23以維持電壓放電35在期望放電流并且當被分析物和多余的試劑離子退出APCI探針時向著蒸氣流通道48的中心線聚集被分析物和多余的試劑離子。退出蒸氣流通道48的被分析物離子通過穿透電場55 到蒸氣流通道48的出口端向著APCI探針1的中心線進一步聚集。退出蒸氣流通道48的被分析物離子通過又施加到端板和鼻形件電極37和毛細管入口電極38的電壓形成的電場 55向著絕緣體毛細管52的入口 43導向。通過氣體加熱器41加熱的加熱的逆流式干燥氣流36通過端板電極37中的開口 18退出。APCI產生的離子58向著通過電場55驅動的毛細管口入口 43導向。離子58逆著逆流式干燥氣體36典型地為氮移動，其防止熱水蒸氣凝結并防止中性溶劑水蒸氣進入真空。逆流氣流37還有助于通過減緩離子軌跡而聚集離子，
10其有利于離子軌跡遵循聚集電場58。進入絕緣體毛細管口或者通道44的離子通過來自大氣壓力的中性氣體流掃入真空45中。進入真空的被分析物離子的一部分通過質量-電荷分析器3進行質量-電荷分析。質量-電荷分析器3可以是任何類型的，包括但不限于，四極、三倍四極、三維離子收集器、線性離子收集器、隨時間變化(Time-of-Flight)、傅里葉變換、Orbitrap或者Magnetic kctor質譜儀。通過入口管8引入的樣品溶液可從但不限于液體色譜、離子色譜或者注射器泵供應。
絕緣體毛細管52，其描述在專利號4，542, 293中，物理地和靜電地解耦入口 43和出口末端47，該專利在此被引用作為參考。在入口端43進入毛細管口 44的離子具有大致等于施加到毛細管入口電極38的電壓的勢能。在出口端47退出口 44的離子具有大致等于施加到毛細管退出電極42的電壓的勢能。通過膨脹的中性氣體流推動通過毛細管口 44 的離子可以具有與入口勢能相比高數千伏的退出勢能。結果，電壓可以施加到端板電極37 和毛細管入口電極38，其最大化到毛細管口 44中的被分析物離子聚集，同時維持APCI探針入口管8在地電位。離子在優化的電勢下遞送到真空中用于所采用的質量-電荷分析器。 在APCI探針1的優選實施例中，蒸氣流通道組件4的主體27和樣品入口管8在地電位操作。當正極性離子通過APCL產生時，負極性電勢施加到端板電極37和毛細管入口電極38。 當負極性離子產生時，正極性電壓施加到端板電極37和毛細管入口電極38。或者，APCI探針組件1可以配置在電壓施加到蒸氣流通道主體27的地方以優化到口 44中的離子聚集。 毛細管52可以替代地配置為到真空中的導熱毛細管、噴嘴或者薄口。
蒸氣流通道組件4配置為圍繞針34，其在操作過程中部分地包含或者屏蔽電暈放電35電場。在APCI源腔53中從離子聚集電場55屏蔽電暈放電場允許被分析物離子到毛細管口 44中的優化聚集。蒸氣流通道48的開口端允許電場55貫穿到水蒸氣流道48的入口中。電場55的貫穿聚集退出蒸氣流通道48的離子并向著毛細管口 44的入口 43導向離子。該離子聚集示出在圖4中。圖4是在根據本實用新型配置的APCI探針1中利用典型地施加到電極的電壓通過蒸氣流通道48的計算的靜電場線路和離子軌跡的圖形。參照圖 4，圓柱形電極71電連接到電暈放電針81。雖然具有稍微不同的橫截面形狀，圓柱形電極 71、72和73、接地主體70、電暈放電針81和電極74類似于在如圖1所示的本實用新型的實施例中所示的電極22、23和24、主體27、電暈放電針34和端板電極37進行配置和操作。 圖4是用于模擬陽離子極性APCI操作的電場線路75和離子軌跡82的圖形。+3，000V、0V、 0V、0V和-1，500V的操作電壓在電場和離子軌跡計算中分別施加到電極71/81、72、73、70和 74。如圖4所示，由施加的電壓形成的電場線路78延伸到蒸氣流通道48的出口端M中并且向著蒸氣流通道48的中心線聚集退出蒸氣流通道48的被分析物離子。產生在電暈放電針梢部80附近的離子的軌道通過電暈放電場77在當它們向著出口端M移動時散開。被分析物和試劑離子由于電場77和78和氣流84向著出口端M移動。離子軌跡82利用僅電場力進行計算，不考慮通過蒸氣流通道48的氣流的其它聚集力。在如圖1和4所示的實施例中，圓柱形電極M和73分別配置有比電極23和72分別更大的內徑。在出口端M的該增大的內徑允許聚集電場78的更深貫穿并最小化將導致電荷中和的與電極73的離子接觸。由電暈放電35形成的電場77被屏蔽以防止徑向延伸并且在通向APCI源腔53的下游方向部分地被屏蔽。退出蒸氣流通道48的離子是自由的以遵循向著毛細管口 44的入口 43 的優化的聚集電場。電極幾何結構、施加的電極電壓和蒸氣流通道幾何結構和氣流最大化電離效率、從APCI探針1到毛細管口 44的入口 43的APCI產生的離子的聚集和遷移。
在如圖2所示的傳統的APCI離子源幾何結構中，對于相同量的注入的被分析物， 靈敏度隨著樣品溶液流速迅速降低。在本實用新型中，當蒸發的樣品溶液退出加熱器7時限制它在蒸氣流通道48中的流動提高APCI效率，即使對于低于1. 0μ Ι/min的較低樣品溶液流速，這是與傳統的APCI源的性能相比較而言的。傳統的APCI源100示出在圖2中。 配置在APCI源100中的APCI入口探針90包括樣品溶液入口管91、霧化器氣體入口 92、輔助氣體入口 93和加熱器94。氣動霧化的噴霧95在加熱器94中蒸發并在出口端96退出進入APCI源腔101中。在APCI操作過程中，一部分水蒸氣通過并圍繞形成在電暈放電針 102的梢部的電暈放電98。通過保持在地電位的APCI入口探針主體105，施加到電暈放電針102、端板電極103和毛細管入口電極104的相對電壓建立并保持電暈放電98。這些施加的電壓還必須設置為優化進入毛細管口 107中的離子聚集。如圖4所示，電暈放電場使得離子軌跡散開。在傳統的APCI源100中，電暈針102位置和電極施加電壓設置來優化性能，但是這樣的優化是電離效率和離子遷移效率之間的一種折中。被分析物水蒸氣退出加熱器94分散在APCI源腔101中，從而降低電離效率。電暈放電強度和離子聚集電場之間的折中導致減小的A信號強度。如圖1所示的本實用新型的實施例同時增大到真空中的大氣壓力化學電離效率和離子遷移效率，從而明顯提高APCI MS性能。
圖3A示出使用如圖1所示的本實用新型的APCI源實施例的在1 1水/甲醇和0. 乙酸溶液中Ipg的利血平的1 μ 1注射的包含多個峰111的基離子色譜(BIC) 110。 到樣品溶液入口管中的樣品溶液流速為lml/min。圖示出在如圖2所示地配置的傳統的APCI源中在相同流速的相同利血平樣品溶液流的Iy 1的注射的包含多個峰113的 BIC112。對于每個BICllO和112，隨時間變化的MS質譜在每秒20譜的速度下獲得。根據本實用新型配置的APCI源2示出與傳統的APCI源的性能相比超過六倍的被分析物信號強度增加以及超過十倍的信噪比改善。與傳統的離子源的性能相比，根據本實用新型配置的 APCI源2還呈現在較低樣品溶液流速下提高的靈敏度，如表1關于正極性離子產生所概括的。
表 1
權利要求
1.一種用于電離化學種(chemical species)的設備，其特征在于，包括大氣壓力化學電離入口探針和離子源，包括樣品溶液霧化器，加熱器，用于蒸發霧化的樣品溶液，蒸氣流通道，包括具有梢部的電暈放電針和至少一個反電極，該反電極形狀適合以部分地屏蔽電暈放電場并允許外部電場進入所述蒸氣流通道的出口端中，所述蒸氣流通道包括壁，具有電壓的端板電極，和施加電壓到所述電暈放電針的裝置，所述至少一個反電極和所述端板電極在所述梢部形成電暈放電并提供穿透入所述蒸氣流通道中的電場以聚集導向大氣壓力化學電離產生的離子離開所述蒸氣流通道的壁。
2.根據權利要求
1所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，所述電暈放電針位置是可調節的。
3.根據權利要求
1所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，所述樣品溶液霧化器包括超過一個的溶液霧化器入口組件。
4.根據權利要求
1所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，所述樣品溶液霧化器包括二個溶液霧化器入口組件。
5.根據權利要求
1所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，進一步包括位于所述 APCI源上游的球分離器。
6.根據權利要求
1所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，進一步包括與配置在所述大氣壓力化學電離離子源中的所述大氣壓力化學電離探針相接口的質量-電荷分析ο
7.根據權利要求
6所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，進一步包括用于將所述大氣壓力化學電離產生的離子傳遞到真空中的裝置。
8.根據權利要求
1所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，進一步包括用于調節所述加熱器的溫度的裝置。
9.根據權利要求
1所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，進一步包括通向所述大氣壓力化學電離探針中的輔助氣體入口。
10.根據權利要求
1所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，所述離子源在氣體壓力下操作，進一步包括用于控制所述氣體壓力的裝置。
11.根據權利要求
6所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，所述質量-電荷分析器包括與所述大氣壓力化學電離源軸向對齊的電噴射入口探針。
12.根據權利要求
6所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，所述質量-電荷分析器包括不與所述大氣壓力化學電離源軸向對齊的電噴射入口探針。
13.根據權利要求
6所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，所述質量-電荷分析器包括配置為噴射入所述大氣壓力化學電離離子源中的電噴射入口探針。
14.一種用于電離化學種的設備，其特征在于，包括多功能大氣壓力化學電離源，其配置有大氣壓力化學電離探針，其包括部分屏蔽的電暈放電區域，和至少一個樣品入口探針。
15.根據權利要求
14所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，所述樣品入口探針包括至少一個固體樣品入口探針。
16.根據權利要求
14所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，所述樣品入口探針包括液體樣品入口探針。
17.根據權利要求
15所述的用于電離化學種的設備，其中，所述樣品入口探針包括液體樣品入口探針。
18.根據權利要求
14所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，所述樣品入口探針包括氣體樣品入口探針。
19.根據權利要求
15所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，所述樣品入口探針包括氣體樣品入口探針。
20.根據權利要求
16所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，所述樣品入口探針包括氣體樣品入口探針。
21.根據權利要求
14所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，進一步包括與配置在所述大氣壓力化學電離離子源中的所述大氣壓力化學電離探針相接口的質量-電荷分析器。
22.根據權利要求
14所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，進一步包括通向所述大氣壓力化學電離探針中的輔助氣體入口。
23.一種用于電離化學種的設備，其特征在于，包括組合的電噴射和大氣壓力化學電離源，包括電噴射入口探針，大氣壓力化學電離探針，其包括配置在蒸氣流通道中的電暈放電針，該蒸氣流通道部分地屏蔽所述電暈放電場并且在其出口端配置有開口，定向所述電噴射入口探針以噴射入所述蒸氣流通道，端板電極，和進入真空中的孔。
24.根據權利要求
23所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，所述電噴射入口探針與所述大氣壓力化學電離源軸向地對齊。
25.根據權利要求
23所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，所述電噴射入口探針不與所述大氣壓力化學電離源軸向地對齊。
26.根據權利要求
23所述的用于電離化學種的設備，其特征在于，進一步包括結合所述設備的質量分析器。
專利摘要
本實用新型公開一種用于電離化學種的設備。接口到質譜儀的大氣壓力化學電離(APCI)源配置為具有定位在APCI入口探頭組件內部的電暈放電針。流入APCI入口探針中的液體樣品在通過電暈放電區域之前被霧化和蒸發。在電暈放電區域中產生的包含在APCI入口探頭組件離子中的全部向著APCI探針中心線聚集以最大化通過APCI探針出口的離子遷移。貫穿到APCI探針出口端開口中的外部電場提供退出探針的樣品離子的額外的中心線聚集。APCI探針配置為從電暈放電區域屏蔽電場，同時允許外部電場貫穿以聚集APCI產生的離子到口中到真空中用于質量-電荷分析。退出APCI探針的離子僅通過外部電場和氣流導向，從而最大化到質量-電荷分析器中的遷移。新式的APCI探針可以配置為操作作為獨立的APCI源入口探針、作為試劑離子槍用于電離在固體或者液體樣品探針上或者通過多功能離子源中的氣體入口引入的樣品、或者作為組合電噴射和APCI多功能離子源的APCI部分。樣品離子和氣相試劑離子在APCI探針中從液體或者氣體入口種或者二者混合物產生。
文檔編號H01J49/00GKCN202172060 U發布類型授權 專利申請號CN 200990100377
公開日2012年3月21日 申請日期2009年5月29日
發明者克雷格.懷特豪斯, 維克托.萊科 申請人:珀金埃爾默健康科學股份有限公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan