具有温控供气装置的电离室的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及与质谱仪连接的电离室。
【背景技术】
[0002]在质谱分析法中，电离室用来提供分析样本的气相离子，所述离子由合适的质量分析器根据其质量电荷比m/z在低压区予以分离并由合适的检测器予以记录。电离室通常通过气密外壳与周围环境隔离，从而防止环境大气干扰样本，它们通常仅包含几个明确定义的液体流入和流出口，例如样本注入器、排出口或与质量分析器真空级连接的离子转移孔。
[0003]现有技术可提供不同类型的电离方法，在此仅举例说明其中几种方法:电喷雾法(ESI)、热喷雾法、基质辅助激光解析电离法(MALDI)、电子碰撞电离法(EI)、大气压以及低压范围化学电离法(APCI或CI)等。
[0004]在某些情况下，可通过向电离室输入热量来改善电离过程。例如，在电喷雾法中，通过施加高电压差，将来自样本液体的带电、含离子液滴喷射到电离室中，从而在样本基质中产生离子。一些液滴由于内部库伦排斥而散开，但一些液滴会汽化，并因此将离子转变为气相。当然，输入到电离室的热量尤其会促进汽化过程，因而增加离子量。
[0005]此外，加热气体或去溶剂气体可降低干扰喷雾液滴穿过离子转移孔并进入质谱仪真空级的风险。通常通过加热气体的方式将热量引入电离室。众所周知的设计是，这种加热的干燥或去溶剂气体实质上以平行于且等同于喷雾的方向，或平行于离子转移孔轴并以与离子或液滴流相反的方向被引入到电离室中。
[0006]不言而喻，引入电离室中的气体必须尽可能不含杂质(换句话说，要尽可能纯净)，这样电离室中发生的过程才可控制和可预测。在这种背景下，供气设备和管线也非常重要，因为即便从储存容器中取出的气体纯度非常高，它也可能在流过管线时被污染，例如，可能混入管线上沉淀的脱气。
[0007]由于考虑到上述解释，因此有必要通过温控供气装置改进电离室。熟悉本领域的专业人员通过阅读下文披露的内容，可立即了解通过本发明实现的更多目的。
【发明内容】
[0008]本发明涉及与质谱仪连接的电离室。电离室具有温控块，温控块带有进气口和气道，气道开始于进气口，结束于出气口。沿气道放置温控装置，从而确保气道中流动的气体在进入电离室之前达到特定温度。温控块有通过溶胶-凝胶工艺制作的成型件，气道的结构结合在成型件内。
[0009]溶胶-凝胶工艺是一种使用胶态分散体，也就是所谓的溶胶(从溶液得到)制作非金属无机或杂化聚合物材料的方法。第一步需要使用溶液中的原始材料或前体制作包含液相和固相的凝胶状两相系统，其稠度范围包含从非常细小的粒子到连续的聚合物网络。第二步要除去残余液体，例如，在干燥过程中，凝胶可形成具有各种各样几何形状的固体，其复杂性基本只受模板或铸模形状的限制。溶胶-凝胶工艺的成本相对较低，重要的是，可低温处理具有高熔点的材料，如果不使用此方法，要施加大量热量才能使这些材料成型。这种方法尤其适于由陶瓷或玻璃材料制成的工件，这些材料受污染的风险低于金属等其他材料。
[0010]要在电离室中使用的成型件原则上也可通过其他方法制成。例如，气道的结构可由平板玻璃原坯磨出。由于这种方法工作量巨大，并且成本较高，因此商业制造实际上排除了这种制作方法。还可在玻璃原坯中蚀刻气道的结构。例如，可在US 8，044，346B2(参见章节“微芯片喷雾器”)中看到相应建议。然而，蚀刻方法也有缺点，即，待制作结构的角落和边缘的装配准确度有限，而且还必须清洁成品成型件并除去残余酸(例如，非常危险的氢氟酸)，这是非常耗时的工作。此外，随着待蚀刻的结构深入基板时也会有困难，因为酸的蚀刻作用至少在不具备复杂预防措施的情况下不会局限在垂直方向上，而是仍会腐蚀侧壁。
[0011]而且，制作成型件的上述两种替代方法有共同点，那就是，它们通常是去除材料的方法，因而增加了材料消耗。另外，显而易见，熟悉本领域的专业人员可以辨别通过溶胶-凝胶工艺制作成型件与使用其他方法之一制作成型件之间的差别。例如，研磨会在工件表面留下特征痕迹，并且，如前所述，蚀刻的组件仅有倒圆或平滑的边缘和比较平整的表面结构，而溶胶-凝胶成型件却没有这些特征。
[0012]可参考相关文献了解使用溶胶-凝胶工艺制作一件式固体的详细信息，例如Fikret Kirkbir等人的《通过溶胶-凝胶干燥和烧结方法获得大块Si02.料》，《溶胶-凝胶科学与技术杂志》第6期，第203-217页(1996年)；A.-Μ.Siuoffi的《通过溶胶-凝胶方法制作二氧化硅凝胶基整料:事实与数据》，《色谱杂志A辑》第1000期(2003年)第801 - 818页；或Koichi Kajihara的《溶胶-凝胶法合成一件式二氧化娃和二氧化娃基玻璃的最新研究进展》，《亚洲陶瓷协会杂志》第1期(2013年)第121 - 133页。也可参考专利出版物，请参见 EP0131057A1、US5, 236，483A、TO01/53225A1、TO2006/056291A1、TO2006/094874A1、W02006/094869AU W02008/028797A1 或 EP2088128A1。
[0013]可使用两个盘形的基板制作温控块，将每个基板的一个侧面正面接合在一起就可形成单个块。气道的结构可采用结合到第一个盘形基板(下文可称之为成型件)的接合面中的凹口的图案。第二个盘形基板的相对面可以形成为光滑且平整，并且可在一侧上封闭相对的气道结构。然而，类似地，也可通过溶胶-凝胶工艺在两个待接合基板的两个侧面上设置凹口结构，最终接合在一起的两个基板构成成型件。此外，溶胶-凝胶工艺还可用于制作光滑平整的基板，该基板与同样使用溶胶-凝胶工艺制作的结构化的成型件接合在一起。在后一种情况中，可将相同材料(尤其具有相同熔点的材料)用于两个基板，以此来增强接合强度。从这些说明中可清楚得知，温控块设计的多样性几乎是无穷的。
[0014]温控块在电离室中的位置最好能够使其构成电离室外部边界的一部分，或者，换句话说，最好能嵌入到电离室壁中，使其能构成电离室壁的一部分。随后可直接接触电离室内部的优点是，气体在电离室附近就达到所需温度，因此温控装置和电离室之间的温度变化保持很小。这有利于监视温控过程。另外，温控块材料中积累的热量(或冷)也可用于电离室。例如，如果温控装置是加热装置，则将自动加热电离室壁的一部分，这可避免在这些位置形成不需要的沉淀。
[0015]根据具体应用的需要，气道上的温控装置用来将热量引入气道，或从气道排出热量，即加热或冷却气道中的气体(温控)。加热装置的示例是金属层，或其他电导体层，可通过蒸汽沉积、溅镀沉积形成，或通过向成型件的一面上发射等离子束来涂敷，并配有电触点，这样在电流通过装置时就可产生电阻热，电阻热被释放到周围(例如气道的内部)。在此类设计中，最大限度增加温控块中的气道的长度，有利于让流过的气体尽可能长时间地受热。温控块中的气道可以是弯曲的，或者沿类似迷宫的路径布置，最好充分利用温控块的全部尺寸。为了提高传热效率和节约材料，导电层(或者概括地称为温控装置)尽量沿着成型件中的气道路径施加，这一点很有益。换句话说，只有在热量可以传递给气道中的气体的位置才会产生或释放热量。因此，用来加热的能源用量可以较低，同时，还可控制并在空间上限制温控块材料的热应力。
[0016]在温控块中也可实施冷却装置，例如，可提供平行但在流体上独立的两个通道，例如只有其中的一个通道通过出口与电离室连接。第二个液体通道可以是在温控块的内部和外部延伸的封闭环路的一部分，并且具有用于在独立通道中流动的工作介质(例如气体或液体)的冷却装置。该冷却装置在温控块外将工作介质冷却到所需温度，然后再让其进入温控块，工作介质通过与通道壁接触来吸收温控块材料的热量。冷却后的工作介质连续循环，因此可通过温控块的材料不断带走第一个气道中的温控气体的热量。当然，如果封闭环路中的第二种工作介质未经过冷却，而是经过加热，从而使热通量方向相反，则这里描述的版本也适合作为加热装置。在这一版本中，如果独立的通道在温度块中尽可能长的距离内彼此相邻，则有利于最大限度提高相应热量交换(排热或供热)时间。在此处，最好使用逆流原理，g卩，不同通道系统中使用的工作介质流向相反。
[0017]进气口通常是温控块中或温控块上的孔或几个孔，通过进气口可将气体送入气道，或换句话说，通过进气口可在气道或任何类型的气源之间形成流体连通，例如，通过使用与液化气体容器连接的管道或管子实现。温控气体在本质上最好是惰性气体，以免与电离室中的待分析样本产生化学反应。例如，惰性气体可以是氮气或氦气等稀有气体。然而，在某些情况下，例如，与电离室中的样本发生反应被认为有益时，尤其为了引起化学改性