专利名称：用于从电喷雾组件中产生离子的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于从电喷雾组件(electrospray assembly)中产生离子的装置和方法。在一个实施例中，本发明涉及适合于将离子从带电的电喷雾组件通过绝缘电极传递到离散的孤立电场中的质谱仪系统。
背景技术：
采用大气压电喷雾离子化(ESI)的质谱仪已被证明尤其适用于从液体样本中获得质谱并且已被广泛应用。ESI被与四极、扇形磁场和电场、傅立叶变换、离子阱以及飞行时间质谱仪一起使用。ESI质谱分析(MS)被频繁地与高效液相色谱法(HPLC)协同使用，并且组合的HPLC/ESI-MS系统常用于分析极性和离子种类，包括生物分子种类。ESI还被用作与毛细管电泳(CE)、超临界流体色谱(SFC)和离子色谱(IC)之间的MS接口。ESI-MS系统尤其适用于将相对非挥发性的高分子重量化合物(例如蛋白质、缩氨酸、核酸、碳水化合物)和其他易分解或易热解的化合物从液相转换到气相，同时还使化合物离子化。
ESI是一种“软”或“温和的”离子化技术，该技术在大气压下或附近并且通常在环境温度下生成带电悬浮物(dispersion)或气雾剂(aerosol)。由于ESI一般工作在环境温度下，因此易分解的极性样本可以在无需热降解的情况下被离子化，并且温和的离子化状况一般只产生少量分裂或者不产生分裂。通常，气雾剂是通过使包含溶剂和待分析物的液体样本通过经历了电位梯度化(工作在正或负模式)的电喷雾组件而在离子化室中产生的。在针尖处的电场对分散到带电液滴的细喷雾或气雾剂中的显现液体的表面进行充电。随后通常使用加热和/或利用惰性干燥气体(例如氮或氩)使液滴蒸发并在MS分析前除去溶剂蒸气。ESI系统上的变化可选地采用雾化器(例如利用气动、超声波或热“辅助”)来提高液滴的分散和均匀性。一旦离子被形成，它们随后通常就被传输到检测器进行质量分析。
当与传统的质谱仪耦合时，集成系统可以在检测器、管道和喷口(orifice)板的入口部分采用两种真空接口中的一种或两种。这两种真空接口都用于控制进入真空室的物质的量，以使负责产生真空的泵不会被淹没(overwhelm)。通常，为任意质谱仪选择的接口的类型取决于装置的整体设计以及生成离子时所处的状况。例如，金属或介电管道(例如带有具有毛细管尺寸的轴向孔的管道)可以用于限制到达真空的分子数目并向离子流动提供方向性，从而实现离子传输。另外，管道可以适合于提供质量过滤，从而消除背景噪声。管道可被加热，以进一步实现液滴干燥。但是，管道也具有固有缺陷。例如，出现的总离子流量(flux)可能过低而无法用于多序列仪器。
真空接口还可以包括相对电喷雾组件被充电的板中的开口。板中的开口可以有利地允许大量离子的传递以用于质量检测，从而对任意特定样本都能产生较强的总体信号。这样的高离子流量在多序列仪器中是有用的。但是，使用具有开口的板存在很多缺陷。例如，用于板设计的干燥路径通常比用于包括管道的设计的干燥路径短，因此在使用板代替管道时干燥更加困难。另外，带电板通常需要不接地的电喷雾组件，这种不接地的电喷雾组件可能对仪器的用户产生电击。与使用带电板相关的电击危险下面将更详细描述。
为了产生离子化样本所需的电位梯度，电喷雾组件被与真空接口绝缘，并且电喷雾组件和真空接口中的任意一个或其两者被充电。另外，很多质谱仪，尤其那些使用喷口板或金属毛细管的质谱仪，被设计为使得真空接口电连接到用金属制造的ESI室。金属拥有优选的结构和温度属性，并且在这些室中使用塑料通常由于除气作用(outgassing)而导致化学污染。与仅仅对电喷雾组件充电相比，使整个离子化室置于高电势将需要更昂贵的电源。因此，通常电喷雾组件相对于质谱仪的其余部分被充电到更高电势。
Bertsch等人的美国专利No.5,838,003涉及具有包含不对称电极的电喷雾离子化室的质谱分析系统，其中电喷雾组件被描述为可以在与工作在高电压的毛细管协同下工作在大约地电势。由于室外壳处于大约地电势，因此毛细管必须用介电材料构成或者与外壳电绝缘。另外，毛细管可能不利地除去在其中行进的离子，从而减少可用于产生谱的离子数目。
发明内容
据此，本发明的一个目的在于通过提供用于产生用于质量分析的离子的新装置来克服上述现有技术的缺点。在一个实施例中，离子通过真空接口被传递到真空室。
本发明的另一目的在于提供一种这样的装置，其采用了产生与第二电场区域隔离开的电场区域的电喷雾组件。
本发明的一个实施例的另一目的在于提供一种这样的装置，其使用被有选择地设计为无论真空接口的形式如何都工作在地电势上或地电势附近的电喷雾组件，其中所述真空接口的形式例如是板上的孔、电介质或金属毛细管等等。
以下描述中将部分地给出本发明的附加目的、优点和新颖性特征，并且在阅读了以下描述之后或在实施了本发明之后，本领域技术人员将部分地了解到这些附加目的、优点和新颖性特征。
在一个方面中，本发明涉及用于产生用于质量分析的离子的装置，该装置包含封入了第一离子化区域和第二离子化区域的离子化室，其中绝缘电极将第一和第二区域分隔开以使得两个区域之间电绝缘。在该方向上，从电喷雾组件发射的带电液滴传递通过第一电场区域，被传输通过绝缘电极并进入第二电场区域，并且包含在带电液滴中的离子不受电喷雾组件产生的第一电场区域影响。第一电场区域可以由工作在地电势上或地电势附近的雾化器产生或由工作在某一电势上的雾化器产生。在使用中，样本被从电喷雾组件引入到离子化室中，并作为包含离子的带电液滴被放电到第一离子化区域中。绝缘电极被布置得足够靠近电喷雾组件并被充电到具有足够高幅度的第一电极电压，以辅助通过离子化区域的离子传输。绝缘电极可以由单独工作或级联工作的第一电极或第一电极和第二电极构成，以隔离开第一电场与第二电场。绝缘电极还可以用于从带电的电喷雾组件产生的离子化区域吸引离子。第二离子化区域与第一离子化区域隔离开，并在功能上连接到用于质量分析的检测器，该检测器测量进入第二电场区域的离子的质量和电荷特性，以使得这些离子不受第一离子化区域中的带电的电喷雾组件产生的电场影响。该装置还采用用于在从电喷雾组件延伸通过第一电场区域到第二电场区域的气体流动路径上生成气体流的装置，其中所述气体流向离子提供足够的速度，以克服绝缘电极的排斥。室壁可被电连接到电喷雾组件。另外，室优选地处于大约大气压下。室并不意味着局限于单个单元结构，而是仅仅提供了一种用于容纳电喷雾组件、绝缘电极、气体流动源离子光学元件的一部分以及用于质量分析的检测器的封装。第一和第二电场区域可以反映部分起因于绝缘电极的布置的物理分离的程度，并且在本发明的意义内，仍旧被认为在单个离子化室中。
在另一方面，本发明涉及上述装置，其中绝缘电极包括第一电极孔并且气体流动路径从电喷雾组件延伸穿过第一电极。可替换地，绝缘电极除了第一电极之外还可以包含第二电极，并且气体流动路径从电喷雾组件延伸通过第一电场区域，横穿第一和第二电极并到达第二电场区域，并且可能通过第一电极或第二电极或其两者中的孔。在该实施例中，第一和第二电极中的任意一个都可以包括孔，并且气体流动路径从电喷雾组件延伸通过第一电极孔并通过第二电极孔。第一和第二电极可以具有任意形状或几何形状，并且可以单独地或共同地包含扁平表面，其中表面彼此基本平行。在这种情况下，气体流动路径优选地不平行于第一和第二电极的扁平表面。优选地，气体流动路径基本垂直于第一和第二电极的扁平表面。另外，优选地，真空接口在与气体流动路径相交叉的方向上与真空室通信。优选地，该方向基本垂直于气体流动路径，但是它可以在相对所述路径大于等于0°到小于180°的角度上。
在任意方面中，气体流动路径对应于以下路径通过该路径，离子从带电的电喷雾组件流过电喷雾组件产生的第一电场区域，横穿绝缘电极，并延伸到与第一电场区域电绝缘的第二电场区域中。
在另一方面中，本发明涉及上述装置，其中用于生成气体流的装置包括电喷雾组件的构件。
在又一方面中，本发明涉及上述装置，其中第一和第二电场区域具有相反的极性。在这种情况下，第一或第二电压可以是正的或负的。
在另一方面中，本发明涉及用于利用上述装置向真空室传递离子的方法。该方法包括将样本从电喷雾组件注射到第一离子化区域中，以在第一电场区域中产生样本离子。通过在离子化室中的区域内产生压力差而产生气体流动，其中所述压力差导致从第一电场区域延伸到第二电场区域的流动路径。结果，样本离子被从第一电场区域通过绝缘电极传输到与第一电场区域隔离开的第二电场区域。第二电场区域在功能上连接到用于质量分析的检测器。质量分析可以由工作在真空状态下或真空状态附近的传统质量检测器执行，该质量检测器还包括这里所述的真空接口。可替换地，质量检测器是从不工作在真空状态下的检测器装置的群组中选出的。可选的真空接口可被维持在某一接口电压上，该接口电压比第二电场更易吸引离子，以使得离子行进通过真空接口并进入检测器的真空室中。
在又一方面中，本发明涉及用于向真空室中的质量分析仪传递离子的方法。该方法包括在离子化室中提供第一和第二或第一、第二和第三电场区域，其中每个区域具有一个方向。离子被从出现在电喷雾组件的传输管的样本中产生。离子被顺序并定向地传输通过各个电场区域(例如第一、第二和第三有向电场区域)，并进入真空室中，以使得离子沿如下的方向行进该方向在离子处于第一电场区域中时相对于第一电场方向形成第一角度；在离子处于第二电场区域中时相对于第二电场方向形成第二角度；并且在离子处于第三电场区域中时相对于第三电场方向形成第三角度。第一和第三角度都不大于90°，而第二角度大于90°。
下面参考附图详细描述了本发明图1示意性地示出用在MS中的传统离子化室的侧截面图，其中在电喷雾组件和真空接口之间产生电势梯度。
图2和3示意性地示出本发明的可选实施例的侧截面图，其中每个实施例都采用第一电极、第二电极和电喷雾组件。图2示出本发明的离子化室，其中真空接口包括管道。图3示出采用电连接到第二电极的排孔的离子化室，其中真空接口包括具有贯穿其中的开口的平片电极。
图4示意性地示出与质量分析仪以及(可选地)离子光学元件组合在一起的图2的离子化室。
具体实施例方式
在详细描述本发明之前，必须注意，在说明书和所附权利要求书中使用的单数形式“这个”和“该”包括复数标号，除非上下文明确指示。因此，例如，在提及“电极”时包括多于一个电极，在提及“离子”时包括多个离子等等。
在本发明的说明书和权利要求书中，以下术语将根据以下定义来使用。
术语“角度”这里用于指使一个方向与另一方向重合所需的最小旋转量，被测量为从0°到180°。
术语“孔”(aperture)和“喷口”这里被互换用于指长度小于或大约等于其直径(或者在非圆形孔的情况下，长度小于或大约等于较小尺寸)的管道。在描述ESI离子源和真空室之间的接口时，有用的孔直径包括大约0.05mm到2.0mm，优选地是大约0.1mm到0.5mm。
术语“毛细管”这里被用于指具有非常小的尺寸的孔的管道，通常直径在大约0.1mm到3mm的范围内，优选地在大约0.2mm到1mm范围内，并且长度大于直径。
术语“电介质”和术语“绝缘体”这里被互换用于指基本不传导电流的材料。典型的介电材料表现出小于大约10-5的电导率，并且优选地小于大约10-5siemens/cm。术语“介电管道”指包括由介电材料构成的导管，但不一定排除部分由导电材料制成的导管的构件。
术语“地”或“地电势”这里在本领域普通技术人员一般理解的意义上使用。地是电子系统或电气系统的组合的参考电势或零电势。它可以等于或不等于地表电势或电力分配系统的中间电势。通常，诸如离子源和质谱仪之类仪器的外壳和暴露区域被保持在地电势，但在本发明的范围内可以考虑其他地布置。
术语“按顺序”这里被用于指一系列事件。当离子“按顺序”行进通过第一电场和第二电场时，离子在行进通过第一电场之后行进通过第二电场。“按顺序”不一定意味着连续的。例如，离子按顺序行进通过第一场和第二场不排除离子在行进通过第一场之后和在行进通过第二场之前行进通过一个中间场。
术语“离子”在其传统意义上被使用，以指带电原子或分子，即包含的质子和电子数目不等的原子或分子。正离子包含的质子多于电子，而负离子包含的电子多于质子。一般情况下，本发明的离子带单电荷，但是在某些情况下也可以具有多个电荷。
术语“极性”这里被用于描述对象，其指该对象的电荷的特定电气状态。对象(例如电极或离子)的极性可以是正的、负的或中性的，但不能同时具有两种极性。具有的电子多于质子的电极被称为带负电的，其吸引带正电的离子并排斥带负电的离子。高电压下带正电的电极对正离子的排斥程度大于较低电压下带正电的电极对正离子的排斥程度。换言之，低电压下带正电的电极对于正离子的吸引强于较高电压下带正电的电极。
本发明涉及一种用于向真空室传递离子的装置。在一个实施例中，该装置包括离子化室、封闭离子化区域以及处于真空接口电压的真空接口，其中接口允许离子化室与真空室通信。离子化室中布置有处于某一电压上或大约地电势上的电喷雾组件的样品入口。室中提供有两个电极，以使得生成三个电场，其中第一场从电喷雾组件延伸到第一电极，第二场从第二电极延伸到第一电极，而第三场从第二电极延伸到真空接口。离子被强迫按顺序通过这些场，然后进入真空室。与用于向真空室传递离子的已有设备不同，场的方向是以如下方式布置的该布置使得电喷雾组件和真空接口两者都处于大约地电势。另外，本发明还涉及一种用于向真空室(具体而言是真空室中的质量分析仪)传递离子的方法。
这里参考附图描述了本发明，其中类似部件用类似标号指示。附图不是按比例绘出的，为了清晰呈现，某些尺寸可能被放大。
为了提供现有技术设备的示例，图1是没有体现本发明的传统质谱仪的电喷雾离子化室的示意图。电喷雾离子化室100包括包含离子化区域105(优选地，其基本工作在大气压上或大气压附近)的外壳110、电喷雾组件120、包含毛细管组件或喷口150的真空接口180以及用于朝真空接口180吸引离子并使离子进入通常包含质量分析仪或检测器(未示出)的真空室190。可选地，离子化室100包括排泄端口或出口160以及提供干燥气体170的装置。
接口相对于电喷雾组件的位置是这样的其位置使得电喷雾的发起和维持不会伴随由于浓缩建立或液滴桥接离子化室或外壳中的高电压元件而引起的离子化电场的频繁断电、短路、电弧或失真。如图所示，真空接口的所有组件都通过物理接触被电连接。如图1所示的真空接口的毛细管组件150包括具有入口152和出口153的毛细管151以及用于向离子化室100引入干燥气体170的装置。毛细管提供了离子化室与真空室的通信，并且通常用玻璃和金属制成。可替换地，毛细管组件可以由喷口代替。
真空接口180还由于物理接触被电连接到离子化室的外壳，并通常工作在大约地电势，即从大约-400伏到400伏的电压上，通常从大约-40伏到大约40伏，更优选地，从大约-10伏到大约10伏。外壳可以用任意提供所需结构完整性并且在通常使用状况下不会明显降解、腐败或漏气的材料制成。典型的外壳用包括金属(例如不锈钢、铝以及铝合金)和其他导电材料的材料制成。外壳的某些部分可以包括塑料，例如Delrin聚甲醛树脂和四氟乙烯，例如Teflon。也可以使用复合或多层材料。
如图1所示，电喷雾组件120包括具有入口122和分发端123的中空针121，所述入口122用于从例如液相色谱仪、流注射器、注射泵、灌输泵或其他样本引入装置接收液体样本。如图所示，中空针121被布置在垂直方向上，其具有位于分发端123上方的样本入口122。轴向围绕针121的可选的同心管或护套124可被用来引入雾化气体或液体，以辅助气雾剂的形成。电喷雾组件120通常由不锈钢或不锈钢与熔融石英两者制成。电喷雾组件120工作在与真空接口电压相比相对较高的电压上，所述真空接口电压大约为地电压。用于将电喷雾组件充电到合适电压的装置包括电线和电触点(未示出)。在工作期间，真空接口180的电极181与电喷雾组件出口之间生成大约1000伏到大约8000伏数量级上的电势差。如图所示，电喷雾组件(尤其是针尖，即分发端123)是尖锐的，以确保生成强电压梯度来产生所需离子。
参考图1，在工作期间，包含待分析物的液体样本进入电喷雾组件120，并经由分发端123被引入到离子化室100中的离子化区域105内。液体流率通常在从大约1微升/分钟到大约2000微升/分钟的范围内。离子化区域105基本工作在大气压上或大气压附近，就是说，优选地，在大约660托和大约860托之间。离子化室中的温度通常从大约20摄氏度到大约450摄氏度。在环境温度下的工作便于并适合于很多应用。样本源可选地可以是液相色谱仪、毛细管电泳单元、超临界流体色谱仪、离子色谱仪、流注射器、注射泵、灌输泵或其他样本引入装置(未示出)。可选地，诸如氮或二氧化碳之类的流体护套或惰性雾化液体可经由出口同心管124被引入，同心管124围绕着针以辅助气雾剂的形成。经由出口123离开电喷雾组件120的样本在离子化室100中由于电喷雾组件和真空接口之间的电势差而生成的电场的影响下分散到带电液滴中。带电液滴通常通过加热或在引入到离子化室100中的干燥气体的影响下蒸发和反溶解。通过向电极181施加电势，离子被强迫经由离子化室中的毛细管150的一端152退出离子化室100。离子沿与从电喷雾入口122延伸到分发端123的方向相交叉的方向行进通过真空接口150，随后进入真空室190。
图2是本发明实施例的示意图。与现有技术设备的离子化室类似，这里的电喷雾离子化室100也包括外壳110，外壳110包含第一电喷雾组件120(优选地，基本工作在大气压上或大气压附近)、与电喷雾组件临近的第一离子化区域108、电极的第二离子化区域末梢，以及可选的真空接口180，真空接口180包括毛细管组件或喷口150以及用于朝真空接口180吸引离子的电极181，可选地还包括排泄端口或出口160以及提供干燥气体170的装置。在本示例中由两个电极130和150构成的绝缘电极被布置在离子化室中，其中每个电极优选地包括扁平构件，扁平构件中分别有开口131和136贯穿其中。扁平构件和开口可以都是圆形的，在此情况下，电极可被描述为具有双晕(dual-halo)配置。如图所示的电极彼此基本平行并且垂直于电喷雾组件120。开口131和136对齐，以使得从电喷雾组件120的样本出口123延伸的直线垂直穿过两个开口。同样如图所示，垂直于电喷雾组件的第二电极135的面积不大于垂直于电喷雾组件的第一电极130的面积，并且电极130和135被布置为使得第二电极对于电喷雾组件120而言基本“隐藏”起来。“隐藏”的意思是电喷雾组件不受与第二电极的电压相关联的电场影响。因此，无论绝缘电极由单个电极还是由第一和第二电极构成，横穿绝缘电极的离子都不受与第一电场和/或电喷雾组件相关联的电场影响。
电喷雾组件120配备有具有样本入口122和分发端123的中空针121和围绕中空针的同心管124，其中同心管适于传递或提供气体流。气体流使从中空针121的分发端123出现的样本雾化，以产生包含离子的样本液滴，并强迫离子行进通过开口131和136。从图2显而易见，气体流的方向被限定为从第一电极开口131到第二电极开口136。
在操作中，包含待分析物的液体样本通过入口122进入电喷雾组件120，并经由中空针的分发端123被引入到离子化室100中的离子化区域105内。惰性雾化气体(例如氮或二氧化碳)经由同心管124被引入，以辅助气雾剂的形成。电喷雾组件120可被保持在大约地电势或可被“悬浮”于某一电势电压。第一电极被充电到第一电极电压。当样本经由出口123离开电喷雾组件120时，样本通过雾化气体分散到液滴中。在一个实施例中，电喷雾组件高到足以在离子化室100中生成第一电场，其被限定为电喷雾组件和绝缘电极130、135之间的区域。液滴中的离子将具有与第一电场的极性相反的极性。因此离子将被第一电极所吸引。换言之，由电喷雾组件和第一电极之间的电势差生成的第一电场将具有从电喷雾组件指向第一电极的方向，在图2中该方向被指示为箭头E1。离子将趋向于沿电场的方向行进。另外，来自电喷雾组件的同心管的气体流也将趋向于拖动离子，并使离子沿气体流动的方向加速。在第一电场中产生的离子将趋向于朝第一电极开口行进并通过第一电极开口。
在附加实施例中，绝缘电极由第二电极135构成，第二电极135被充电到比第一电极电压更排斥离子的第二电极电压。结果，在第一电极130和第二电极135之间的离子化室中生成第二电场。优选地，第二电极电压具有与第一电极电压相反的极性。第一电极电压是正的还是负的取决于被离子化的样本分子或原子的所需极性。第二电场具有箭头E2所指示的相关方向。第二电场方向从第二电极发起并朝向第一电极。第二电场区域也被限定为离子化室中的某一部分，在该部分中，离子不受第一电场区域的电场影响，并在第二电极的末梢沿气体流动路径朝用于质量分析的检测器(例如质量分析仪220)延伸。换言之，在离子化区域中生成并已经通过第一电极开口加速后进入第二电场的离子一般将趋向于被第二电极所排斥。然而，离子例如通过如下手段被强迫行进通过第二电极开口通过产生适合于拖动离子并向离子提供足够速度以克服第二电场的排斥力的气体流。该气体流可以通过强迫被加压的气体通过围绕电喷雾组件的中空针的管或通过另一气体流来生成。如果没有这样的力，则第二电极可能将离子排斥回第一电极，从而有效地防止离子到达电极的第二电场区域末梢的部分并与第一电场区域绝缘。
如图所示，可以提供真空接口180以允许离子化室100和真空室190之间的通信。真空接口180包括介电毛细管151和电极154，并类似于传统离子化室中所使用的真空接口。真空接口180，尤其是电极，通过直接与装置的分隔离子化室和真空室的壁物理接触而被电连接。接口可以具有任意电压，只要接口电压比第二电极的电压对离子的吸引更强即可。优选地，接口电压大约为地电势。由于第二电极和真空接口之间的电压差，从第二电极喷口出现的离子将被第二电极排斥并被吸引到真空接口。结果，离子将行进通过真空接口并进入真空室。离子可以可选地通过本领域公知的附加离子光学元件(未示出)被传递到真空室中的质量分析仪(图2中未示出)。可替换地，可以在第二电极和带电的真空接口之间创建第三电场。第三电场具有从第二电极延伸到真空接口的方向，如箭头E3所指示。如图所示，第三电场方向基本垂直于气体流的流动路径。这样的垂直性对本发明而言是优选的，但不是必须的。一般而言，优选地，气体流的流动路径与真空接口不交叉。当气体流的流动路径与真空接口交叉时，与接口接触的液滴可能产生过量的质量检测器信号噪声。但是，干燥空气的方向可以反向以实现离子朝向真空接口的拖动，如图所示。
图3示意性地示出本发明另一实施例。在该实施例中，真空接口包括平板151，其具有贯穿其中的孔152。平板151与外壳110电连接。类似于图2的实施例，第二电极135包括具有贯穿其中的开口136的平片。但是，附加排孔(scupper)137被电附接到第二电极135的下游表面。该排孔可以是固体金属片也可以是网格，如图所示。排孔的目的有两方面。如上所述，一旦离子已经行进通过第二电极，第三电场就指引离子朝真空接口行进。排孔可被定形以优化第三电场，以有效地传递离子到真空接口。另外，排孔可以向气体流动提供某种方向性并辅助有效地传递离子到真空接口。网格被优选地作为排孔，这是因为网格的固体部分趋向于指引离子朝向真空接口，同时网格的孔允许不带电的液滴穿过，以避免干扰离子传递以及过量背景噪声的生成。在某些实施例中，电极130和/或135可以部分或全部用网格构成。
图4示意性地示出本发明在质谱系统中的应用。包含本发明的电极130和135的离子化室100被附接到真空室190，其中真空接口180允许室之间的通信，如上所述。在真空室中提供了质量分析仪220(可选地具有离子光学元件210)。行进通过真空接口180并经由毛细管一端152进入真空室190的离子进入质量分析仪220(可选地，在穿过离子光学元件210之后)，如本领域所公知的。离子根据其质量/电荷被质量分析仪220所分析，所述质量分析仪220包括离子检测装置和信号分析系统(未明确示出)。这样的质量分析系统与离子源一起构成质谱仪并且是本领域公知的。它们包括(但不限于)四重质量过滤器、离子阱、磁扇区仪器、飞行时间质谱仪以及傅立叶变换离子回旋谐振质谱仪。虽然图4示出本发明使用毛细管接口150和质量分析仪，但是显而易见，应用中可以使用其他真空接口，例如图3所示的板151和孔152。
本发明还包括用于将离子传递到真空室中的方法。该方法在离子化室中提供了隔离开的第一和第二(以及可选的第三)电场区域。离子从出现在电喷雾组件的分发端的样本中产生并进入第一电场区域。一旦离子被产生，就会按顺序传输通过第一电场区域并进入隔离开的第二电场区域并可选地进入真空室。在一个实施例中，离子路径方向是这样的其相对第一、第二或第一、第二和第三电场分别形成第一、第二或第一、第二和第三角度，其中第一和第三角度不大于90°而第二角度大于90°。优选地，第一和第三角度不大于大约15°，而第二角度不小于大约165°。换言之，当离子行进通过第一电场区域时，离子路径方向一般与第一电场方向对齐。类似地，当离子行进通过第三电场区域时，离子路径方向也一般与第三电场方向对齐。但是，当离子行进通过第二电场时，离子路径方向一般与第二电场的至少一部分相反。这可以通过提供拖动离子并在与电场相反方向上流动的气体流来实现。气体流可以通过在期望气体流动的方向上生成压力差来提供。从被加压的气体源、真空或其两者可以生成压力差。在围绕电喷雾组件的中空针的管中使用加压气体上面已经描述过。在离子化室处于大约大气压下时使用被加压的气体源可以生成更高压力梯度，这是因为大气压下的室与绝对真空之间可以生成的最大压力梯度是大气压。所需压力梯度可以随离子化室的总体组件布置而变化。这样的梯度可以通过各种手段来产生，例如通过将室划分成具有不同压力的隔间或分区。绝缘电极130和135可被设计为用于形成出于这种目的的合适划分的全部或一部分。更高压力梯度在电场与离子行进强烈相反时是合乎需要的。较低压力梯度在电场与离子行进不强烈相反时可能是合适的。一旦离子已经行进通过电场，它们就受到质量分析，例如通过将离子传递到真空室中，更具体而言，通过使离子可选地通过离子光学元件以进入真空室中的质量分析仪。这样的离子光学元件对本领域普通技术人员来说是已知的。
显而易见，本发明提供了很多本领域原先不知道的优点。另外，本发明节省了整个光谱仪产生和工作的成本。更便宜且更简单的电源可被用来向源电极提供电势，这是因为从电喷雾组件到地的主要漏电流被本发明消除。最后，从图中显而易见的是，只要稍为修改传统光谱仪的设计，操作者就可以从本发明的优点中受益。
将会理解，虽然已经结合本发明的优选特定实施例描述了本发明，但是希望先前的描述是示例性的，而不希望其限制本发明的范围。对本发明所属领域的技术人员而言，本发明范围内的其他方面、优点和修改将变得明显。例如，本发明的电极不一定是扁平的。可以使用任意形状来相对于上述离子行进方向产生所需电场。这些形状包括(但不限于)规则和不规则的三维主体类型，例如环形的、椭圆体的、多面球形的和螺旋管形的。
这里提到的所有专利都通过引用被整体结合于此。
本申请是2006年2月24日递交的申请11/361,125的部分继续申请，11/361,125是2005年10月29日递交的申请10/977,179的继续申请，而10/977,179是2000年5月23日递交的申请09/579,276的继续申请，其中09/579,276已经授权为USP 6,998,605。本申请要求以上在先申请的优先权，并且上述每个在先申请的公开文本据此通过引用被整体上结合于此。
权利要求
1.一种用于离子化样本的装置，包括具有电压梯度的电喷雾组件，其用于产生所述样本的带电液滴；封闭的离子化室，其包括与所述电喷雾组件的分发端相邻的用于吸引所述电喷雾组件产生的所述带电液滴的第一电场区域，以及比所述第一电场在更大程度上排斥所述带电液滴的第二电场区域；以及用于在气体流动路径上生成气体流的装置，其中所述气体流向所述带电液滴提供足够的速度以克服所述第二电场的排斥力。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述第一电场区域由具有第一电压的第一电极产生。
3.如权利要求1所述的装置，其中所述第二电场区域由具有第二电压的第二电极产生。
4.如权利要求1所述的装置，其中所述第一电场区域由具有第一电压的第一电极产生，而所述第二电场区域由具有第二电压的第二电极产生。
5.如权利要求2所述的装置，其中所述第一电极包括第一电极孔。
6.如权利要求5所述的装置，其中所述气体流动路径从所述第一电极孔延伸到所述第二电极。
7.如权利要求4所述的装置，其中所述第二电极包括第二电极孔。
8.如权利要求7所述的装置，其中其中所述气体流动路径从所述第一电极孔延伸到所述第二电极孔。
9.如权利要求4所述的装置，其中所述第一和第二电极基本垂直于所述电喷雾组件。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述气体流动路径基本垂直于所述第一和第二电极。
11.如权利要求4所述的装置，其中所述第一电极、所述第二电极或其两者包含网格部分。
12.如权利要求1所述的装置，其中所述用于生成气体流的装置包含所述电喷雾组件的构件。
13.如权利要求4所述的装置，其中所述第一和第二电极电压具有相反的极性。
14.如权利要求13所述的装置，还包括电附接到所述第二电极的下游表面的排孔。
15.如权利要求14所述的装置，其中所述排孔至少部分由网格构成。
16.一种用于离子化样本的方法，包括传递样本通过具有电压梯度的电喷雾组件，以产生所述样本的带电液滴；在从所述电喷雾组件通过第一电场区域延伸到第二电场区域的路径上流过气体，其中所述第一电场区域与所述电喷雾组件的分发端相邻，所述第二电场区域比所述第一电场在更大程度上排斥所述带电液滴；将所述带电液滴从所述电喷雾组件传输到所述第二电场区域；以及对所述带电液滴中包含的离子执行质量分析。
17.如权利要求16所述的方法，其中所述第一电场区域和所述第二电场区域被具有第一电压的第一电极隔离开。
18.如权利要求16所述的方法，其中所述第一和第二电场区域被第一电极和第二电极隔离开。
19.如权利要求18所述的方法，其中所述第一电极具有第一电压，所述第二电极具有第二电压。
20.如权利要求18所述的方法，其中传输所述带电液滴的步骤包括将所述液滴传递通过具有第一电极孔的所述第一电极。
21.如权利要求20所述的方法，其中传输所述带电液滴的步骤还包括将所述液滴传递到具有第二电极孔的所述第二电极的步骤。
全文摘要
本发明涉及用于从电喷雾组件产生离子的装置。该装置包括离子化室、电喷雾组件、绝缘电极、离子化室中隔离开的离子化区域以及可选的处在真空接口电压上的真空接口和真空室。样本被从电喷雾组件引入离子化室中，并被传输到与电喷雾组件产生的电场隔离开的电场区域。
文档编号H01J49/04GK101051597SQ20071009088
公开日2007年10月10日 申请日期2007年4月9日 优先权日2006年4月7日
发明者史蒂文·M·费希尔 申请人:安捷伦科技有限公司