用于在电喷雾离子源中加热气体的方法与流程

本发明涉及在质谱和/或离子迁移谱离子源中通过电喷雾产生去溶剂化离子，尤其涉及一种用于在电喷雾离子源中加热气体以进行分析研究样品的气体加热方法。通过高电压从喷雾毛细管中吸引出的高度带电的液滴云通常被包围微小液滴云的一束惰性雾化气体聚焦和稳定。为了快速干燥液滴，将通常加热到高达几百摄氏度(诸如在300℃和500℃之间的温度)被称为去溶剂化气体的第二气体流吹入到喷雾云中。本发明特别涉及一种有助于产生去溶剂化离子的气体的加热方法。

背景技术：

1、在电喷雾离子源中，通过向喷雾毛细管施加四千伏量级的高电压，在毛细管的末端处形成对于液体的高电吸引场，来喷洒分析物质的溶液，由此产生分析物分子的离子。2002年，j.b.fenn因开发了这种离子源而被授予诺贝尔化学奖。主要将水与如甲醇或乙腈等有机液体的混合物用作溶剂。该方法形成由远离毛细管末端的场加速的高度带电的液滴(气雾剂)的云，从而由云内的空间电荷形成广角锥形束。溶剂从带电液滴中蒸发，直到达到其瑞利极限(rayleighlimit)时变得不稳定。此时，随着在不断减小的液滴尺寸中相同电荷的静电排斥变得比将液滴保持在一起的表面张力更占优势，液滴变形。液滴经历库仑分裂(coulomb fission)，由此原始液滴“爆炸”，从而产生许多更小的液滴。新的微滴经历去溶剂化，随后进一步经历库仑分裂。通过从液滴直接喷射或通过液滴的完全干燥，留下带电分子离子。可以通过质谱法、离子迁移谱法或两者的组合来研究这些离子。

2、为了减小喷雾锥的角度和稳定喷雾过程，平行于喷雾方向急剧地吹入化学惰性雾化气体(或“鞘气(sheath gas)”)，从而完全包围液滴云。在大多数情况下，氮气被用作雾化气体。雾化气体通常不被加热。它由管子引导到喷雾毛细管的末端，该管子通常围绕喷雾毛细管同心地布置。这种布置将喷雾毛细管内的包含分析物的溶液保持在低温，从而避免形成将对电喷雾器的功能有害的气泡。

3、喷雾云由微小液滴组成，微小液滴必须被蒸发直到分析物离子完全被去溶剂化。为了进行液滴的这种干燥，需要热能。热能可以由称为去溶剂化气体的另外的气体流来供应。这种惰性气体在大多数情况下是氮气，可以由喷嘴从侧面吹入到喷雾云中。该去溶剂化气体通常通过穿过加热块体内的微小通道被加热至高达几百摄氏度，通常通过使电阻加热器与加热块体紧密接触使加热块体达到一定温度。

4、由于喷雾过程使用高电压，所以，用于去溶剂化气体的这种类型的电阻加热不是非常令人满意。因此，需要一种用于分析光谱法的电喷雾离子源中的气体的更有效、易于安装的加热方法。

5、专利us6，681，998b2描述了一种气雾剂发生器，其包括感应加热装置，以使容纳在流体通路中的流体(诸如，液体或粉末)蒸发，然而，该专利属于提供气雾化药用液体或粉末的领域，因此与分析研究领域无关。

6、国际申请wo2015/040391a1公开了一种用于质谱仪的设备，其包括离子源、用于加热通向离子源的气体流的加热器、用于监测加热器温度的温度传感器、以及通过监测供应到加热器的功率和加热器温度来确定气体流的流量的控制系统。

7、申请公开us2016/0336156a1公开了一种将离子引入质谱仪的方法，其中，使用例如电喷雾离子源将样品电离以形成多个离子，该多个离子在气体中被运送经过可包括感应加热毛细管的通路并进入质谱仪的入口。然而，所述感应加热毛细管与离子源的功能无关。

技术实现思路

1、本发明提供一种作为电喷雾过程的一部分对有助于产生去溶剂化离子的气体进行加热的方法，在加热电源与加热装置本身之间没有任何机械接触，而是使用了电磁感应。具有多个绕线的导电元件，诸如线圈或盘旋形件(spiral)(其可以被称为平的“薄饼”线圈)，被供应有千赫(kilohertz)至兆赫(megahertz)范围内的ac电流；具有多个绕线的导电元件内的电磁场通过生成涡电流(eddy current)而在用于气体加热装置的导电加热器中感应热量。感应加热的加热装置可以简单地是金属的或其他导电的块体，例如具有用于供气体通过的通道的包围喷雾毛细管的圆筒。替代地，它可以只是例如在非导电圆筒(诸如陶瓷圆筒)内通过感应被直接加热的一束金属的或其他导电的毛细管；或者，在另一变型中，它可以是在用于气体的非导电通道内的填充物，诸如多孔导电材料，例如成束的金属或其他导电绒棉(wool)。加热装置也可以是由具有多个绕线的相邻的平导电元件(诸如，盘旋形件)加热的具有气体通道的薄板，薄板包围喷雾毛细管，并且由于其短的同轴延伸长度，因此仅向毛细管和其中的分析物溶液传递很少的热量，通常不期望该分析物液体暴露于热量。

2、在第一方面，本发明提出一种用于产生待进行分析研究的去溶剂化离子的电喷雾离子源，该电喷雾离子源具有供应有喷雾溶液的喷雾毛细管、用于在喷雾毛细管的末端处产生电吸引场以建立用于电喷雾的条件的第一电源、以及有助于产生去溶剂化离子的气体供应装置，并且电喷雾离子源还包括用于将气体朝向喷雾溶液引导的加热装置、在加热装置附近的具有多个绕线的导电元件(诸如线圈或盘旋形件)以及第二电源，该第二电源连接到具有多个绕线的导电元件，以通过电磁感应在加热装置中产生热量，以使得气体在通向喷雾溶液的途中通过加热装置时被加热。

3、在各种实施例中，用于将气体朝向喷雾溶液引导的加热装置优选地被布置和构造成使得经加热的气体以射流的形式被引导向喷雾溶液，例如以便与喷雾溶液相交。

4、在各种实施例中，第二电源可以是输送频率在1千赫与1千兆赫(gigahertz)之间的交流电的低电压高电流ac电源。

5、在各种实施例中，具有多个绕线的导电元件可以被螺旋状地缠绕成例如线圈，并且加热装置可以位于这样的螺旋状缠绕的导电元件的内部宽度内。

6、在另外的实施例中，具有多个绕线的导电元件(诸如线圈或盘旋形件)可以被嵌套在中空筒状的加热装置的内部，以便促进和/或改进对杂散电磁辐射的遏制。对于喷雾毛细管和具有多个绕线的导电元件不是同轴和同心的实施例，可以想到这种变型。

7、在各种实施例中，具有多个绕线的导电元件可以具有在相反方向上彼此交错和/或缠结的绕线，诸如具有向前螺旋状盘旋然后翻转的第一段绕线、以及在第一段绕线之间的间隙之间向后螺旋状盘旋的第二段绕线。这种沿相同路径向前和向后的交错和/或缠结的绕线可以使电场消除长距离并且仅辐射到(双缠绕)导线附近。这种实现方式还将减少不期望的杂散电磁辐射的影响。

8、在各种实施例中，加热装置可以是包围喷雾毛细管的中空圆筒。优选地，中空圆筒在靠近喷雾毛细管的末端的前端部处渐缩，使得排出的经加热的气体与喷雾溶液相交。可以将电喷雾离子源构造为使得中空圆筒(i)是导电的并且包含用于引导气体的直的或蜿蜒的通道，(ii)是不导电的并且包含埋设的金属的或其他导电的毛细管以传导气体，或(iii)包含用于气体的具有导电多孔填充物的非导电通道。特别优选的是，在非导电通道内的导电多孔填充物包括以下两项中的一种：(i)成束的金属或其他导电的绒棉；和(ii)成片的多孔烧结金属。绒棉用惰性金属来镀覆，以避免腐蚀。

9、在各种实施例中，加热装置可以是具有一个或多个通道以加热气体的金属薄板或其他导电板，该薄板具有包围喷雾毛细管的环的形式。优选地，具有多个绕线的导电元件具有盘旋形件的形式并且定位成与薄板相对，同样包围喷雾毛细管。电喷雾离子源还可以包括从薄板伸出的朝喷雾溶液的方向引导经加热的气体的至少一个毛细管。可以将电喷雾离子源构造成使得至少一个毛细管沿径向向内渐缩，使得经加热的气体被直接引导到喷雾溶液中。

10、在第二方面，本发明涉及一种用于分析研究去溶剂化离子的光谱仪，诸如质谱仪、离子迁移谱仪或两者的组合，光谱仪从电喷雾离子源接收去溶剂化离子，该电喷雾离子源具有供应有喷雾溶液的喷雾毛细管(该喷雾溶液可以从上游物质分离器接收，诸如液相色谱仪或电泳装置)、用于在喷雾毛细管的末端产生电吸引场以建立用于电喷雾的条件的第一电源、以及有助于产生去溶剂化离子的气体供应装置，并且该电喷雾离子源还包括用于将气体朝向喷雾溶液引导的加热装置、在加热装置附近的具有多个绕线的导电元件(诸如线圈或盘旋形件)以及第二电源，该第二电源连接到具有多个绕线的导电元件，以通过电磁感应在加热装置中产生热量，以使得气体在通向喷雾溶液的途中通过加热装置时被加热。

11、在第三方面，本发明涉及一种用于在电喷雾离子源中加热气体以进行分析研究样品的方法，该气体有助于产生去溶剂化离子作为分析物溶液的电喷雾的一部分，其中，气体通过加热装置并从加热装置接收热量，该加热装置是通过电磁感应在不接触的情况下被加热的。

12、在各种实施例中，气体可以是在被加热时被引导到喷雾羽流(plume)中的惰性去溶剂化气体。

13、在各种实施例中，方法还可以包括通过改变用于实现电磁感应的电源的操作条件来控制气体的温度。优选地，进行第二电源的操作条件的调节以适应待进行分析研究的分析物溶液的时间特性。特别优选的是，操作条件的调节遵循物质分离运行(诸如液相色谱运行或电泳分离运行)期间分析物溶液的时间特性，其中的洗脱液(eluent)作为分析物溶液被输送到电喷雾离子源。