专利名称：质谱多通道旋转电喷雾离子源的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种质谱多通道旋转电喷雾离子源，属于质谱仪的敞开式常压离子源领域。
背景技术：
质谱技术是目前灵敏度最高的分析方法之一，被广泛应用于化学、环境、食品、生命科学等诸多领域。质谱仪通常由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统等部分组成，其中离子源的作用是将样品离子化。因为样品离子化是质谱分析的前提，所以离子源技术的发展直接关系到质谱技术的应用范围。离子源有多种设计，如电子轰击离子源(EI)、化学电离源(Cl)、场致电离/场解吸电离源(FI/FD)、快原子轰击源(FAB)、电喷雾离子源(ESI)、激光解吸源(LD)、大气压化学电离源(APCI)、基质辅助激光解吸电离源 (MALDI)等。以上这些离子源各有特点，但是大多数需要在真空条件下使用或者在测定前需要对样品进行预处理，不利于对固体样品进行连续、实时、高通量分析。最近，解吸附电喷雾离子源(DESI)、实时直接分析(DART)离子源、低温等离子体(LTP)离子源和激光解吸附喷雾后离子化(LDSPI)离子源的出现为实现在常压敞开环境中对各种样品直接快速分析提供了可能性。不同的离子源有不同的应用针对性和样品选择性，在实际应用中，当待测物是复杂混合物时，一种离子源通常只能选择性电离其中的一部分，没有被电离的部分则不能被质谱仪检测到。虽然有些离子源可以通过改变所用溶剂、气体或基质等方式来改变被电离的成分，但是过程繁琐耗时，并且仍不能实现样品中的多组分或全组分的同时检测。多路复用电喷雾(Multiplexed Electrospray)离子源是一种敞开式常压离子源， 含有多个喷针。这些喷针安放的位置各有不同，可以从同一个管路分流引出或者多个独立管路分别引出，其中多个管路可以注入同一种或不同种的电喷雾溶剂。在使用时，电喷雾溶剂从多个喷针同时喷出，具有较大的覆盖范围，可以提高质谱检测信号的强度和稳定性 (或提高灵敏度，或降低检出限)。但是，由于不同喷针喷出的电喷雾带有同种电荷，它们之间会发生排斥作用，导致这些喷雾不能或很难同时且均勻地进入质谱进样口，也就无法实现利用多种喷雾协同分析样品中的多组分或全组分。
发明内容
本发明的目的在于提供一种质谱多通道旋转电喷雾离子源。该离子源通过旋转多个喷针使喷出的电喷雾均勻混合，可以提高质谱信号的强度和稳定性并实现样品中多组分或全组分的同时分析。该离子源既可以用类似于ESI、DESI等方式独立分析待测物，也可以作为类似LDSPI等分析模式中的滞后离子源。本发明包括电动马达、中轴、后端支撑部件、传动部件、滑块、注射器安装部件、管路连接部件、离子源固定部件、前端支撑部件和装有多个喷针的喷头。其中所述中轴的左端通过联轴部件与所述电动马达的转子相连接，所述中轴的右端与所述注射器安装部件套接；所述中轴由左向右依次穿过后端支撑部件、传动部件和滑块，所述后端支撑部件通过后端轴承与所述中轴套接，所述传动部件通过直线轴承与所述中轴套接，使得传动部件能够沿着中轴左右移动，所述滑块与所述中轴套接，所述滑块能够在传动部件推动下沿中轴向右滑动并能随中轴一同旋转；所述滑块向右滑动时能够推动安装在注射器安装部件上的注射器。所述注射器安装部件的右端与所述管路连接部件的左端固连，所述管路连接部件的右端与所述离子源固定部件的左端固连，所述离子源固定部件的右端通过前端轴承与所述前端支撑部件相连接；所述注射器安装部件的外侧面设置有用于安装注射器的凹槽，所述注射器安装部件的外侧面与凹槽相对应位置处可以安装用于固定注射器的注射器固定部件；所述管路连接部件为一空心管状结构，其侧面设有多个用于管路通过的通孔；所述离子源固定部件为一空心管状结构，其内装有安装了多个喷针的喷头；与注射器针尖相连接的输液管路从管路连接部件外侧面的通孔进入管路连接部件内，从右端面通孔延伸出管路连接部件后，又与离子源固定部件内侧的装有多个喷针的喷头相连通，每个喷针通过管路与一个注射器相连通。喷雾电压可施加在所述喷针上。相对于现有技术而言，本发明具有以下优点1)该离子源中的多个喷针分别配有独立管路，每个管路与一个注射器相连通，使用时不同管路可以流通不同种溶液，单独控制流速，管路之间互不影响。幻该离子源使用时，前端的装有多个喷针的喷头在电动马达带动下旋转，使不同喷针产生的电喷雾在电离区混合，得到的混合电喷雾与单个喷针产生的电喷雾相比覆盖面大且均勻，可以提高质谱检测信号的强度和稳定性。幻当在不同管路通入不同种溶液时，形成的不同喷雾在电离区混合并一同进入质谱的过程中可能发生反应，由反应生成的离子可以被质谱检测到。4)当该离子源用作两步解吸附离子化方式的滞后离子源时，如果在不同管路中通入不同种喷雾溶剂，那么装有多个喷针的喷头所产生的多种电喷雾将因旋转作用在电离区混合，此时经解吸附进入电离区的复杂样品可以被多种电喷雾离子化，从而实现多组分或全组分的同时检测。以上这些特点使得质谱多通道旋转电喷雾离子源可以提高离子化效率、增强质谱检测信号的稳定性并用于复杂样品的多组分或全组分检测。
图1为本发明质谱多通道旋转电喷雾离子源的结构示意图1 ；图2为本发明质谱多通道旋转电喷雾离子源的结构示意图2 ；图3为本发明质谱多通道旋转电喷雾离子源的结构示意图3 ；图4为电机端连接件的结构示意图；图5为中轴端连接件的结构示意图；图6为电机端连接件与中轴端连接件的安装示意图；图7为轴上传动部件的结构示意图；图8为传动连接部件的结构示意图；图9为轴上传动部件与传动连接部件的安装示意图；图10为注射器固定部件的结构示意图；图中1、电动马达，2、电动马达端连接件，3、中轴端连接件，4、后端轴承，5、后端支撑部件，6、中轴，7、轴上传动部件，8、传动连接部件，9、注射泵固定部件，10、平面轴承，11、 滑块，12、光滑金属杆，13、直线轴承，14、注射器固定部件，15、注射器安装部件，16、管路连接部件，17、离子源固定部件，18、金属环，19、前端支撑部件，20、前端轴承，21、电场屏蔽部件，22、装有多个喷针的喷头。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式
对本发明作进一步详细的说明。本发明提供了一种多通道旋转电喷雾离子源，可以安装配有独立管路的装有多个喷针的喷头，并且这些喷针随喷头同时旋转，使不同喷针产生的电喷雾在电离区混合后同时均勻进入质谱进样口。本发明提供的质谱多通道旋转电喷雾离子源结构如图1 图3所示，包括电动马达1、联轴部件(电机端连接件2和中轴端连接件幻、支撑部件(后端支撑部件5和前端支撑部件19)、中轴6、轴承(后端轴承4、平面轴承10、直线轴承13和前端轴承20)、传动部件 (轴上传动部件7、传动连接部件8和注射泵固定部件9)、注射器安装套件(滑块11、光滑金属杆12、注射器固定部件14和注射器安装部件1 、管路连接部件16、离子源固定部件17、 金属环18、电场屏蔽部件21和装有多个喷针的喷头22。其中电动马达和中轴之间通过联轴部件相连接，联轴部件带动中轴6随电动马达1 一同旋转。电动马达1安装有外置调速器，其转速可在0 1350转/分钟区间内连续调节。支撑部件可与三维平移台固定连接， 将除电动马达1和传动部件的其他部件支撑固定。传动部件将注射泵推动块在水平方向的推动力传递到沿中轴6的水平方向上，用于推动安装在注射器安装部件15上的一个或多个注射器。金属环18用于将高电压传递给装有多个喷针的喷头22。电场屏蔽部件21用于屏蔽左侧的带电部件(金属环18和前端轴承20)对喷针与质谱进样口之间电场的影响。联轴部件包括电动马达端连接件2和中轴端连接件3。其中，电机端连接件2与电动马达1的转子固定连接，中轴端连接件3与中轴6固定连接。电动马达端连接件2为镂空设计，内部可以嵌入中轴端连接件3，两者之间不固定，具有一定的活动空间(容错性)，利于减弱在高速旋转时由于轴向不完全准直引起的振动，其具体结构如图4 图6所示。电动马达端连接件包括左右两个中间设置有通孔的圆柱形构件以及连接在两个圆柱形构件之间的连杆。中轴端连接件包括中间设置有通孔的圆柱形构件以及均勻固定于圆柱形构件外周的连杆。中轴端连接件嵌入在电动马达端连接件的连杆部分，中轴端连接件的连杆从电动马达端连接件的相邻连杆之间的间隙穿过，电动马达端连接件的连杆对中轴端连接件的连杆进行周向限位。电动马达转子与电动马达端连接件中的左端圆柱形构件的通孔固定连接，中轴穿过电动马达端连接件中的右端圆柱形构件后与中轴连接件中的圆柱形构件的通孔固定连接。支撑部件包括后端支撑部件5和前段支撑部件19。其中，后端支撑部件5上端通孔中套装后端轴承4，后端轴承4内圈与中轴6套接，后端支撑部件5的下端有通槽，可以固定在三维平移台上。前端支撑部件19上端通孔中套装前端轴承20，前端轴承20内圈与金属环18套接，前端支撑部件19的下端有通槽，可以固定在三维平移台上。支撑部件在起到支撑作用的同时并不影响所支撑的部件的正常旋转。中轴6左端与中轴端连接件3固定连接，右端与注射器安装部件15固定连接。中轴6由左向右依次穿过电动马达端连接件2的右端的圆柱形构件的通孔(不直接连接)、安装在后端支撑部件5上的后端轴承4 (接触连接)、轴上传动部件7 (不直接连接)、平面轴承10 (不直接连接)和滑块11 (滑动连接)。中轴6的右端与注射器安装部件15套接。 注射器安装部件15的右端与所述管路连接部件16的左端固连，管路连接部件16的右端与离子源固定部件17的左端固连，离子源固定部件17的右端通过前端轴承与前端支撑部件相连接。电动马达1工作时，直接固定在中轴6上的部件(如滑块11、注射器安装部件15) 和间接固定在中轴6上的部件(如管路连接部件16、离子源固定部件17)随电动马达1 一同转动，转速相同。轴承包括后端轴承4、平面轴承10、直线轴承13和前端轴承20。其中，后端轴承4 外圈与后端支撑部件5套接，内圈与中轴6套接。平面轴承10内圈与轴上传动部件7套接， 左侧面与轴上传动部件7接触连接，右侧面与滑块11接触连接。直线轴承13外圈与注射器安装部件15套接，内圈与光滑金属杆12套接。前端轴承20外圈与前端支撑部件19套接， 内圈与金属环18套接。装置中所选用的轴承主要用于减小摩擦力，其中前端轴承20(金属材质)同时起到传递电压的作用，其外圈接触的电压传递到内圈套接的金属环18上，并继而传递给装有多个喷针的喷头22。质谱多通道旋转电喷雾离子源中的传动部件包括轴上传动部件7、传动连接部件 8和注射泵固定部件9、如图7 图9所示。其中，轴上传动部件7中间的通孔孔径大于中轴6的直径，两者不直接接触。轴上传动部件7右侧面与平面轴承10接触连接，侧面的环形凹槽用于与传动连接部件8连接。轴上传动部件7可在中轴6上水平移动，但不随中轴一同转动。传动连接部件8的上端嵌入轴上传动部件7侧面的凹槽并与之固定连接，下端与注射泵固定部件9的顶端固定连接。注射泵固定部件9的下端与外置注射泵的推动块固定连接。传动部件将注射泵推动块在水平方向的推动力传递到沿中轴6的水平方向上，用于推动安装在注射器安装部件15上的一个或多个注射器，将溶液注入到装有多个喷针的喷头22中。质谱多通道旋转电喷雾离子源中的注射器安装套件包括滑块11、光滑金属杆12、 注射器固定部件14和注射器安装部件15，如图1、图10所示。其中，滑块11的通孔与中轴 6滑动连接，左侧面与平面轴承10接触连接，右侧面上的3个孔(各成120°角)中嵌入固定光滑金属杆12，右侧面平滑部分用于推动注射器的推杆。光滑金属杆12 (共3个，也可以选其他数目)左端固定在滑块11上，右端与直线轴承13套接并水平延伸到注射器安装部件15内部。通过光滑金属杆12的连接，滑块11与注射器安装部件15可以一同旋转，并且两者之间的水平距离可调节。注射器安装部件15左端的3个孔(各成120°角)中嵌入固定直线轴承13。注射器安装部件15的侧面有3个注射器形状的凹槽(各成120°角)用于安装注射器，在凹槽的上面安装有注射器固定部件14，如图1所示，注射器固定部件14通过卡槽固定在凹槽的上面，用于固定安装在注射器安装部件15上的注射器。在注射器固定部件14上有螺纹孔可以用于安装固定把手，便于注射器固定部件14的装卸。注射器安装部件15的右端与管路连接部件16固定连接。注射器安装套件可以用于固定安装一个或多个注射器，可带动所安装的注射器一同旋转。通过安装不同容量规格的注射器可以调节不同管路中溶液流速的大小。质谱多通道旋转电喷雾离子源中的管路连接部件16为通心管状结构，侧面有3个通孔(各成120°角)。与注射器针尖连接的输液管路从侧面的3个通孔进入到管路连接部件16内侧，而后从管路连接部件右端通孔穿出后，又连接到离子源固定部件17内侧的装有多个喷针的喷头22上。质谱多通道旋转电喷雾离子源中的离子源固定部件17为通心管状结构，内侧安装装有多个喷针的喷头22。离子源固定部件17左端与管路连接部件16固定连接，右端与电场屏蔽部件21固定连接、喷头22从电场屏蔽部件21的右侧延伸出离子源固定部件17 外。离子源固定部件17靠近右端位置处的外侧套接金属环18，在金属环18外侧安装有前端支撑部件19，前端支撑部件19上端通孔中套装前端轴承20，前端轴承20内圈与金属环 18套接。离子源固定部件17的侧面有螺纹孔，可通过金属螺丝将外侧金属环18与内侧的装有多个喷针的喷头22搭接，将外接在前端轴承20外圈的电压通过内圈传递给金属环18， 并继而传递给装有多个喷针的喷头22。根据离子源外形的不同需要可加工与之匹配的离子源固定部件17。施加在多个电喷针上的高压可以由独立高压电源提供，也可以由商用质谱仪提供。质谱多通道旋转电喷雾离子源中的电场屏蔽部件21中间有通孔，安装在离子源固定部件17的右端，用于屏蔽左侧的带电部件(金属环18和前端轴承20)对喷针与质谱进样口之间电场的影响。质谱多通道旋转电喷雾离子源中的装有多个喷针的喷头22可以是自制的，也可以是购买的商品。自制离子源由金属两通或三通和石英毛细管组成，其针尖平均分布在垂直于中轴6的圆周上，圆周的圆心正对质谱进样口，圆周的大小可以调节。本实施例中喷针 22与注射器个数相同，即喷针22与注射器一一对应连接，保证每个喷针都连接有一条独立的管路。不同的管路可以注入同种或不同种溶液(待测溶液或喷雾溶剂)。质谱多通道旋转电喷雾离子源中的喷雾溶剂可以有多种，如甲醇/水、乙腈等，但应考虑到不同喷雾溶剂之间可能发生的反应和相应产物带来的问题。本发明离子源可用作电喷雾离子源(ESI)、解吸附电喷雾离子源(DESI)以及激光解吸附喷雾后离子化(LDSPI)等两步解吸附离子化方式中的滞后离子源。本发明中的离子源单独使用时适于检测液体样品，当与样品解吸附技术联用时，适于分析液体、胶体和固体样品。当用作两步解吸附离子化的滞后离子源时，待测物的大小、形状、薄厚将不受限制，待测物可以是液体、胶体、或固体样品。如果待测物需置于一定的载体上，该载体可以是金、 铝、不锈钢等金属；也可以是玻璃、聚四氟乙烯等绝缘材料。以上所述质谱多通道旋转电喷雾离子源的整套装置可以置于一个三维可调的平移台上。本发明离子源在测试样品时的使用情况如下电动马达1带动电动马达端连接件2、中轴端连接件3、中轴6、滑块11、光滑金属杆12、注射器固定部件14、注射器安装部件15、管路连接部件16、离子源固定部件17、金属环18、电场屏蔽部件21和装有多个喷针的喷头22 —同旋转。电喷雾溶剂从注射器流入管路，再注入装有多个喷针的喷头22形成电喷雾。高电压通过前端轴承20传递到金属环 18，进而传递给多个喷针的喷头22实现电导通。本发明离子源可使用类似于电喷雾离子源 (ESI)的方式，将待测物溶液注入到多个电喷针中，依靠旋转的作用将产生的多个电喷雾混合，在电离区得到覆盖范围较大的、稳定的电喷雾，提高质谱信号的强度和稳定性。当停止转动时，将传动部件7向左回位，同时将滑块11 一起向左运动，在重新开始旋转前将滑块11与平面轴承10接触好，该回位过程是通过人工完成的。本发明离子源也可以作为一种滞后电离源与样品解吸附技术联用，例如采用类似激光解吸附喷雾后离子化(LDSPI)的方式分析样品时，可在不同的管路中注入不同的电喷雾溶剂，依靠旋转作用将产生的不同成分的电喷雾在电离区混合，有利于复杂样品的多组分或全组分的同时检测。
以上是对本发明所提供的一种质谱多通道旋转电喷雾离子源进行的详细介绍。本文中应用了具体实施例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
权利要求
1.一种质谱多通道旋转电喷雾离子源，其特征在于，包括电动马达、中轴、后端支撑部件、传动部件、滑块、注射器安装部件、管路连接部件、离子源固定部件、前端支撑部件和装有多个喷针的喷头，其中所述中轴的左端通过联轴部件与所述电动马达的转子相连接，所述中轴的右端与所述注射器安装部件套接；所述中轴由左向右依次穿过后端支撑部件、传动部件和滑块，所述后端支撑部件通过后端轴承与所述中轴套接，所述传动部件通过直线轴承与所述中轴套接， 使得传动部件能够沿着中轴左右移动，所述滑块与所述中轴套接，所述滑块能够在传动部件推动下沿中轴向右滑动并能随中轴一同旋转；所述滑块向右滑动时能够推动安装在注射器安装部件上的注射器；所述注射器安装部件的右端与所述管路连接部件的左端固连，所述管路连接部件的右端与所述离子源固定部件的左端固连，所述离子源固定部件的右端通过前端轴承与所述前端支撑部件相连接；所述注射器安装部件的外侧面设置有用于安装注射器的凹槽，所述注射器安装部件的外侧面与凹槽相对应位置处安装用于固定注射器的注射器固定部件；所述管路连接部件为一空心管状结构；所述离子源固定部件为一空心管状结构，其内装有安装了多个喷针的喷头；与注射器针尖相连接的输液管路经过所述管路连接部件后与离子源固定部件内侧的装有多个喷针的喷头相连通，每个喷针通过管路与一个注射器相连通。喷雾电压可施加在所述喷针上。
2.根据权利要求1所述的一种质谱多通道旋转电喷雾离子源，其特征在于，所述联轴部件包括电动马达端连接件和中轴端连接件；所述电动马达端连接件包括左右两个中间设置有通孔的圆柱形构件以及连接在两个圆柱形构件之间的连杆；所述中轴端连接件包括中间设置有通孔的圆柱形构件以及均勻固定于圆柱形构件外周的连杆；所述中轴端连接件嵌入在所述电动马达端连接件的连杆部分，所述中轴端连接件的连杆从所述电动马达端连接件的相邻连杆之间的间隙穿过，所述电动马达端连接件的连杆对中轴端连接件的连杆进行周向限位；所述电动马达的转子与所述电动马达端连接件中的左端圆柱形构件的通孔固定连接， 所述中轴穿过所述电动马达端连接件中的右端圆柱形构件的通孔后与所述中轴连接件中的圆柱形构件的通孔固定连接。
3.根据权利要求1所述的质谱多通道旋转电喷雾离子源，其特征在于所述传动部件包括轴上传动部件、传动连接部件和注射泵固定部件，所述轴上传动部件为一圆柱形部件， 通过直线轴承与中轴套接，所述轴上传动部件与传动连接部件固定连接，所述传动连接部件与所述注射泵固定部件固定连接，所述注射泵固定部件通过传动连接部件带动轴上传动部件沿着中轴左右滑动。
4.根据权利要求3所述的质谱多通道旋转电喷雾离子源，其特征在于所述轴上传动部件与所述滑块之间通过平面轴承相连接，所述平面轴承内圈套在所述轴上传动部件右端凸出的部分，所述平面轴承左侧面与轴上传动部件接触连接，右侧面与所述滑块接触连接。
5.根据权利要求4所述的质谱多通道旋转电喷雾离子源，其特征在于所述滑块的右端沿周向均勻固定有滑杆，所述滑杆右端与直线轴承套接并水平延伸到所述注射器安装部件内部，使得滑杆能够沿着注射器安装部件的轴向方向左右滑动，进而调节所述滑块与所述注射器安装部件之间的水平距离。
6.根据权利要求1所述的质谱多通道旋转电喷雾离子源，其特征在于所述离子源固定部件的右端外侧套接金属环，离子源固定部件的侧面有螺纹孔，通过金属螺丝将外侧的金属环与内侧的装有多个喷针的喷头搭接，所述前端轴承的外圈可接喷雾电压，金属环与前端轴承的内圈导电连接，前端轴承外圈通过内圈及金属环将外接的电压传递给装有多个喷针的喷头。
7.根据权利要求6所述的质谱多通道旋转电喷雾离子源，其特征在于在所述前端支撑部件的右侧靠近喷头出口的位置设置有电场屏蔽部件。
8.根据权利要求1所述的质谱多通道旋转电喷雾离子源，其特征在于所述喷头上的多个喷针的针尖均勻分布在垂直于中轴的圆周上，圆周的圆心正对质谱进样口。
全文摘要
本发明公开了一种质谱多通道旋转电喷雾离子源，属于质谱仪的敞开式常压离子源领域。本发明包括电动马达、中轴、后端支撑部件、传动部件、滑块、注射器安装部件、离子源固定部件、金属环和装有多个喷针的喷头等部件。中轴的一端通过联轴部件与电动马达相连接，另一端与注射器安装部件套接，并依次穿过后端支撑部件、传动部件和滑块。注射器安装部件与管路连接部件、离子源固定部件依次固连，而离子源固定部件的另一端则通过轴承与前端支撑部件相连接。本发明能够提高离子化效率、增强质谱检测信号的稳定性以及用于复杂样品的多组分或全组分检测。
文档编号H01J49/16GK102306603SQ20111024013
公开日2012年1月4日 申请日期2011年8月19日 优先权日2011年8月19日
发明者刘佳, 张成森, 秦震, 罗海 申请人:北京大学