质谱仪中的大气压力离子源接口的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于将大气压力离子源(API)中的离子输送到质谱仪的真空区的
目.ο
【背景技术】
[0002]已知用于API接口的进气系统，例如，在液相色谱仪-质谱仪(LC/MS)布置中，将大气压力下电离的洗脱液从高性能液相色谱仪(HPLC)输送到质谱仪的第一真空区。在这种进气系统中可以使用毛细管和小孔。很明显，除了第一真空区的抽吸速度，小孔的直径和毛细管的直径与长度也将决定离子的通量和残余气体量以及第一真空区的压力。
[0003]毛细管接口通常被认为具有改善流动气体传热性的优点，这可以实现更理想的去溶剂化过程，即，将气体中的液滴汽化，同时伴随其他关注离子的释放。但是，在穿过毛细管期间，离子和液滴等带电粒子可能在碰撞毛细管壁时丢失，从而减少质谱分析时可用的离子数量(灵敏度)。该领域从业者公认，随着毛细管长度增加，这种影响会变得更加严重。
[0004]另一方面，小孔通常被认为能够减少带电粒子的损失，因为其没有会与带电粒子发生碰撞的壁。然而，当接口小孔的直径增加到一定程度时，对于通过粒子和气态物质的热传递将下降，随之发生去溶剂化作用不足，即，出于不同原因使灵敏度降低。
[0005]美国专利编号6，803，565A(发明人Smith等)公开了一种多毛细管入口，其能够将等于或接近大气压力下生成的离子和其他带电粒子集中到压力相对较低的区域，从而提升离子和其他带电粒子的传导率。该多毛细管入口并列放置在离子源和接近大气压力的仪器内部之间。这样布置是为了提升离子输送，尤其是电喷雾电离源和质谱仪的第一真空级之间的尚子输送。
[0006]美国专利编号6，914，240B2(发明人Giles等人)描述了一种质谱仪，该质谱仪的离子源前面安装了多个大气压力样本离子发生器。每个样本离子发生器都将延伸到相应的样本区，每个样本离子发生器的尖端在安装时均与对应的进样锥(多个进样锥中的一个)成直角，每个进样锥中均具有进样孔。各进样锥依次向具有第一和第二部分的进气道打开。进气道的两部分由电门隔开。与各进样锥相对应的进气道全部汇集到通向质谱仪的共用出气道。因此，通过适当操作分隔进气道的门，能够实现在质量分析器中分析的样本之间的快速切换。
[0007]美国专利编号6，914，243B2(发明人Sheehan等)提供了一种位于两个压力区接口的多孔层压结构。穿过层压结构的电场几何形状和强度以及孔的直径能够优化离子从压力较高区域向压力较低区域的输送，同时降低压力较低区域的气体负荷。
[0008]美国专利编号7，462，822B2(发明人Gebhardt等)公开了将接近大气压力的气体中生成的离子传输到质谱仪真空系统的方法和装置。该装置使用具有数十万短而狭窄的毛细管的多通道板，而非商业仪器中惯用的单毛细管，其气体总通量并不高于普通单毛细管。气流中尚子的大面积提取率能够进一步提尚输送量。
[0009]美国专利编号8，309，916B2(发明人Wouters等)展示了一种质谱仪的离子传输管，其包括:具有进口端和出口端的管道构件;和从进口端至出口端延伸通过该管道构件的至少一个小孔，该至少一个小孔具有非圆形截面。
[0010]鉴于上述观点，需要在API源和质谱仪的真空区之间提供一个接口，来增加离子通量，从而提高分析的灵敏度，并且使液滴去溶剂化效率不会随之大幅降低。
【发明内容】
[0011]根据第一方面，本发明涉及一种质谱仪，该质谱仪具有实质上大气压力下的离子源区，其中离子从液态样本形成，而且该质谱仪还具有一个接口，其用于将所形成的离子从离子源区转移到压力级远低于大气压力的真空区，在其中对所形成的离子做进一步处理，其中，接口包括分隔离子源区和真空区的壁(或等效边界)，其具有在其中形成的中心孔，中心孔用于让气体和微粒物质在压力梯度下从离子源区进入真空区，中心孔被多个侧孔至少分段地围绕。
[0012]在不同的实施例中，中心孔实质上为圆形。
[0013]在不同的实施例中，壁的一部分具有圆锥形，圆锥的顶点朝向离子源区的方向，中心孔位于顶点处。
[0014]在不同的实施例中，壁由诸如金属片的导电材料制成。在某些实施例中，对壁施加电位来吸引离子源区中形成的离子。
[0015]在不同的实施例中，每个侧孔的可穿过面积实质上大于或等于中心孔的可穿过面积。
[0016]在不同的实施例中，侧孔均具有细长弓形形状。在某些实施例中，侧孔的弧形(内)轮廓与中心孔的弧形(外)轮廓一致。
[0017]在不同的实施例中，侧孔与中心孔通过狭窄的细长开口(切口)互相连接。
[0018]在不同的实施例中，多个侧孔在中心孔的角圆周的至少一半上延伸。
[0019]在不同的实施例中，真空区的压力最高为离子源区的压力的一半，例如，如果大气压力约为101325帕，则真空区的压力约为53700帕。
[0020]在不同的实施例中，RF离子导向器位于与多个孔相对的真空区中，用以接收从多个孔发出的气体和离子流。在某些实施例中，RF离子导向器为RF离子漏斗，其较宽一端朝向多个孔。
[0021]在不同的实施例中，离子源区包含喷雾源，液态样品在离子源区中通过该喷射源喷成雾状，喷雾源被布置为使得从喷雾锥散发的离子和气体能够通过多个孔取样到真空区。在某些实施例中，喷雾源为电喷雾探针。在其他实施例中，喷雾源接收液相色谱仪和毛细管电泳装置中一个的洗脱液作为液态样本。
[0022]根据第二方面，本发明还涉及一种质谱仪，该质谱仪具有实质上大气压力下的离子源区，其中离子从液态样本形成，并且该质谱仪还具有接口，其用于将所形成的离子从离子源区转移到压力水平远低于大气压力的真空区，在其中对所形成的离子做进一步处理，其中，接口包括分隔离子源区和真空区的壁，所述壁具有形成在其中的不规则形状的孔，其用于让气体和微粒物质在压力梯度下从离子源区进入真空区，所述孔包括中心部分，其与多个不同外围部分流体连接。
[0023]在不同的实施例中，在中心部分和多个外围部分之间的流体连接部分与多个外围部分的延长线实质上垂直。
[0024]在不同的其他实施例中，在中心部分和多个外围部分之间的流体连接部分与多个外围部分实质上成一条线。
[0025]多个外围部分的弧形轮廓通常与中心部分的弧形轮廓一致。
【附图说明】
[0026]参考以下附图可以更好地理解本发明。图中的组件无需与实际尺寸相符，相反(通常以图解形式)突出显示以阐释本发明的原理。在图中，相同参考编号表示不同视图中的对应部分。
[0027]图1示出了分析样品在最终质谱测量之前可能通过的步骤的示意图；
[0028]图2示出了本发明可以采用的接口布置的示意图；
[0029]图3示出了大气压力-亚大气压力接口处的自由射流膨胀效果；
[0030]图4示出了根据本发明原理的接口布置的正面示意图；
[0031 ]图5A至图5C示出了根据本发明原理的接口布置的不同实施例；以及
[0032]图6示出了实验测试设置的草图。
【具体实施方式】
[0033]图1显示了(2)、(4)、(6)、(8)四个步骤的集合示意图，其中液体所含的分析样本最初例如在液相色谱仪或毛细管电泳(CE)装置中经过分离(2)。分离装置的洗脱液被输送至大气压力离子源(4)，进行雾化/汽化和离子化。气体样品(通常伴有液滴形态的微粒物质)通过接口(6)从离子源区转移到质谱仪(8)的(第一)真空区，离子和残余气体将在此进一步分离。最终，待分析离子进入质谱仪(8)并且被测量。
[0034]本领域的技术人员都了解目前的HPLC和CE技术，所以在此不需要进一步讨论细节。这同样适用于在这种布置中可以使用的不同类型的质谱仪(8)。示例包含单个四级杆质量分析器、三重四级杆质量分析器、射频(RF)离子阱、飞行时间质谱仪(由于这种情况下可能为垂直射入，它可以是线性或反射模式)、离子回旋共振池等。
[0035]图2显示了质谱仪中接口布置的示意图。在显示的示例中，离子通过电喷雾过程在实质上大气压力下生成，该领域从业者熟知这一过程。喷射探针(10)在实质上大气压力下将包含溶剂和待分析物的样本液体喷