用于使ESI操作期间的放电最小化的系统技术方案

本发明专利技术提供用于在操作电喷雾离子源来产生用于质谱分析的离子时减少不必要放电的发生的方法及系统。根据申请人的教示的各种方面，本文中描述的方法及系统可实现对离子发射电流的控制，以便限制电离条件下的电喷雾电极与对电极之间的放电的雪崩的开始，同时实现最大电离效率，所述电离条件通常会增大此类放电(电弧作用)的可能性。在各种方面中，所述电喷雾电极与通过其将离子传输到下游质量分析器的所述对电极之间的发射电流可维持处于低于10μA的经升高电平，举例来说，其中所述电喷雾电极与所述对电极之间的电位不会起始由其间的空气隙的介电击穿造成的放电雪崩，所述放电雪崩可导致溅射并影响ESI源的长期操作。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于使ESI操作期间的放电最小化的系统相关申请案本申请案主张于2015年12月18日提出申请的第62/269654号美国临时申请案的优先权的权益，所述美国临时申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。
本专利技术总的来说涉及质谱法，且更明确地说且不加限制地，涉及用于在操作电喷雾离子源来产生用于质谱分析的离子时减少不必要放电的发生的方法及设备。
技术介绍
质谱法(MS)是用于运用定性及定量应用两者来确定测试物质的元素组成的分析技术。MS可用于识别未知化合物、确定分子中的元素的同位素组成、通过观察特定化合物的片段而确定特定化合物的结构及量化样本中的特定化合物的量。多年来，已开发各种取样技术来将液体样本内的化学实体转化为适于用MS检测的带电离子。一种较常见电离方法是电喷雾电离(ESI)(例如，气动辅助的电喷雾、纳升电喷雾)，此归因于电喷雾电离将包含大分子的分子作为完整的多电荷分子离子从溶液转移到气相中的能力及电喷雾电离可耦合到各种样本源(举例来说，包含液相色谱法及毛细管电泳)的便宜性。通常在ESI中，经由导电针或喷嘴将液体样本排放到电离室中，同时取样针与对电极之间的电位差在电离室内产生对液体样本进行充电的强电场。如果强加于液体表面上的电荷强到足以克服液体的表面张力，那么此电场致使从针或喷嘴排放的液体分散为朝向对电极吸引的多个带电微液滴(即，粒子试图分散电荷并返回较低能量状态)。当微液滴内的溶剂在电离室中于去溶剂化期间蒸发时，带电分析物离子接着可进入对电极的取样孔以用于后续质谱分析。在ESI源的操作期间，导电针或喷嘴的尖端可因跨越间隙的电阻的降低而进入取样针与对电极之间的不必要放电(例如，电弧作用)的雪崩，从而增大电流。当电离室及/或针经加热以促进微液滴内的溶剂的去溶剂化时，此问题可因空气隙的电阻的减小而进一步加剧。当放电电流增长时，信号稳定性劣化且最终导致信号强度的降低。由于不必要放电问题在微流态下可尤其显著，因此常见地，通过减小电场的强度(例如，使施加到取样针的电压维持处于小于放电开始的阈值电压的值)或通过减小去溶剂化热量以避免放电的开始而以次最大电离效率操作离子源。在常规ESI中，取样针传统上由金属毛细管(例如，不锈钢)构成，液体样本从所述毛细管排放到电离室中，且相对于对电极将数千伏的电压施加到所述毛细管。随着基于ESI的技术越来越强调电离效率及/或减小的样本消耗(例如，通过减小取样针的大小以降低液体样本的体积流速)，对金属毛细管的大小的制造约束导致使用金属化硅石毛细管。举例来说，硅石毛细管在加热下可被拉伸以产生具有相对较小内径(ID)的锥形发射器，接着可用导电材料(例如，金)薄层涂覆所述锥形发射器。虽然通常难以产生具有小于约70μm的ID的不锈钢毛细管，但以非限制性实例方式，金属化硅石毛细管可展现低至10μm的ID。然而，在这些条件下，取样针与对电极之间的不必要放电的可能性可因具有相对较小直径的针尖处的电场的集中而变得更有可能。除与上文所述的不必要放电相关联的问题之外，在放电期间于金属化硅石毛细管的尖端处产生的低温等离子体可迅速侵蚀金属涂层，从而导致取样针的减小的操作寿命及不良耐用性。因此，需要用于使在ESI源的操作期间的放电最小化的经改进方法及系统。
技术实现思路
本专利技术教示通常涉及用于在操作电喷雾离子源以产生用于质谱分析的离子时减少不必要放电的方法及系统。根据申请人的教示的各种方面，本文中描述实现在通常往往增大此放电(电弧作用)的可能性的电离条件下控制离子发射电流以限制电喷雾电极与对电极之间的放电的雪崩的开始的方法及系统。以非限制性实例方式，根据本专利技术教示的一些方面的方法及系统可使电喷雾电极维持处于高电压(例如，大于约4000V)，同时电离室维持处于经升高温度(例如，介于约200℃至约800℃之间)以提供最大电离效率，同时降低不必要放电的风险。在各种方面中，电喷雾电极与通过其将离子传输到下游质量分析器的对电极之间的发射电流可维持处于低于10μA的经升高电平，举例来说，其中电喷雾电极与对电极之间的电位不起始由其间的空气隙的介电击穿造成的放电雪崩，放电雪崩可导致溅射并影响ESI源的长期操作。在各种方面中，当电离室内的条件增大放电的可能性时，可在不监测及/或修改(例如，减小)由电源施加的电压的情况下控制离子发射电流。在各种方面中，举例来说，根据本专利技术教示的离子源可放置在LC柱下游且经操作以在多个溶剂的整个洗脱梯度内提供液体样本的高效电离，而不需要在整个洗脱内修改电喷雾电压，及/或不必计划整个洗脱梯度内的所供应电压来防止在特定洗脱时间在特定洗脱/电离条件下开始放电。根据各种方面，申请人的教示的某些实施例涉及一种用于产生供质谱仪分析的离子的电喷雾离子源组合件，所述组合件包括界定电离室的离子源壳体，所述电离室经配置以与形成于质谱仪系统的对电极中(例如，延伸穿过所述对电极)的取样孔流体连通地安置。所述系统还包含界定轴向开孔的电喷雾电极，所述轴向开孔用于将在所述电喷雾电极的入口端处从样本源接收的液体样本传输到用于将所述液体样本从所述电喷雾电极排放到所述电离室中的出口端。另外，示范性系统包含：电源，其经配置以为含有所述电喷雾电极及所述对电极的电路提供电力，以在所述电喷雾电极与所述取样孔之间产生离子发射电流(即，由经由电离而产生的电子及离子载运的电流)；及离子发射电流控制器，其经配置以限制所述电喷雾电极与所述对电极之间的放电的开始(例如，电弧作用、汤森放电(Townsenddischarge))。在各种方面中，所述系统可包含以下各项中的一或多者：加热器，其用于加热所述电离室；或雾化器探针，其具有导管，所述电喷雾电极至少部分地延伸穿过所述导管以在所述电喷雾电极的所述出口端处提供雾化器气体。以非限制性实例方式，所述加热器可使所述电离室的温度维持处于约30℃到约800℃的范围内，以促进从所述电喷雾电极的所述出口端排放的液体样本羽流内的微液滴的去溶剂化。所述电喷雾电极可包括金属导电导管或金属涂覆的硅石导管中的任一者。举例来说，以非限制性实例方式，所述电喷雾电极可包括具有小于约70μm的内径的金属化硅石毛细管。在一些方面中，所述电喷雾电极的所述出口端的形状经控制以在所述出口端处提供大体上均匀电场。根据本专利技术教示的各种方面，所述离子发射电流控制器可具有多种配置。举例来说，在一些方面中，所述离子发射电流控制器可包括串联安置在所述电路中介于所述电源与所述电喷雾电极之间的一或多个(例如，多个)限流电阻器。在相关方面中，所述限流电阻器可展现介于从约1GΩ到3GΩ的范围内的总电阻。另外或另一选择为，在离子源的正常操作条件(例如，其中在所述电喷雾电极与所述对电极之间不放电的情况下产生离子发射电流的条件)下，所述限流电阻器可展现介于从所述电喷雾电极与所述对电极之间的空气隙的电阻的约20％到约100％的范围内的总电阻。在一些方面中，另外或另一选择为，所述离子发射电流控制器可包括安置在所述电喷雾电极的所述入口端上游且与所述液体样本电连通的分流电极，其中所述电喷雾电极与所述取样孔之间的电流的至少一部分被转向到所述分流电极(例如，经由所述液体样本)。在相关方面中，所述经转向电流的值可是基于所述液体样本的在所述电喷雾电极与所述分流电极之间的部分的导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于产生供质谱仪分析的离子的电喷雾离子源组合件，其包括：离子源壳体，其界定电离室，所述电离室经配置以与质谱仪系统的取样孔流体连通地安置，所述取样孔形成于对电极中；至少一个加热器，其用于加热所述电离室；电喷雾电极，其界定轴向开孔，所述轴向开孔穿过所述电喷雾电极以用于将所述电喷雾电极的入口端处从样本源接收的液体样本传输到出口端，所述出口端用于将所述液体样本从所述电喷雾电极排放到所述电离室中；电源，其经配置以为含有所述电喷雾电极及所述对电极的电路提供电压，以在从所述电喷雾电极排放后所述液体样本的至少一部分被电离时，在所述电喷雾电极与所述取样孔之间产生离子发射电流；及离子发射电流控制器，其经配置以在大体上不更改由所述电源提供到所述电路的所述电压的情况下限制所述电喷雾电极与所述对电极之间的放电的开始。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.18 US 62/269,6541.一种用于产生供质谱仪分析的离子的电喷雾离子源组合件，其包括：离子源壳体，其界定电离室，所述电离室经配置以与质谱仪系统的取样孔流体连通地安置，所述取样孔形成于对电极中；至少一个加热器，其用于加热所述电离室；电喷雾电极，其界定轴向开孔，所述轴向开孔穿过所述电喷雾电极以用于将所述电喷雾电极的入口端处从样本源接收的液体样本传输到出口端，所述出口端用于将所述液体样本从所述电喷雾电极排放到所述电离室中；电源，其经配置以为含有所述电喷雾电极及所述对电极的电路提供电压，以在从所述电喷雾电极排放后所述液体样本的至少一部分被电离时，在所述电喷雾电极与所述取样孔之间产生离子发射电流；及离子发射电流控制器，其经配置以在大体上不更改由所述电源提供到所述电路的所述电压的情况下限制所述电喷雾电极与所述对电极之间的放电的开始。2.根据权利要求1所述的电喷雾离子源组合件，其中所述离子发射电流控制器包括串联安置在所述电路中介于所述电源与所述电喷雾电极之间的一或多个限流电阻器，其中所述一或多个限流电阻器展现介于从约1GΩ到3GΩ的范围内的总电阻。3.根据权利要求1所述的电喷雾离子源组合件，其中所述离子发射电流控制器包括串联安置在所述电路中介于所述电源与所述电喷雾电极之间的一或多个限流电阻器，且其中在离子源的正常操作条件下，所述一或多个限流电阻器展现介于从所述电喷雾电极与所述对电极之间的空气隙的电阻的约20％到约100％的范围内的总电阻，在所述正常操作条件下，离子发射电流在所述电喷雾电极与所述对电极之间不放电的情况下产生。4.根据权利要求1所述的电喷雾离子源组合件，其中所述离子发射电流控制器包括安置在所述电喷雾电极的所述入口端上游且与所述液体样本电连通的分流电极，其中来自所述电源的电流的至少一部分被转向到所述分流电极，且其中所述经转向电流的值基于所述液体的在所述电喷雾电极与所述分流电极之间的部分的导电性。5.根据权利要求4所述的电喷雾离子源组合件，其中所述离子发射电流控制器包括安置在所述电喷雾电极的所述入口端上游不同距离处的多个分流电极，其中所述多个所述分流电极中的一者基于所述液体样本的所述导电性而选择性地接地。6.根据权利要求1所述的电喷雾离子源组合件，其中所述电喷雾电极包括金属化硅石毛细管。7.根据权利要求6所述的电喷雾离子源组合件，其中所述电喷雾电极的所述出口端的形状经控制以减小所述出口端处的电场。8.根据权利要求1所述的电喷雾离子源组合件，其中所述离子发射电流控制器经配置以使所述发射电流维持低于约10μA。9.根据权利要求1所述的电喷雾离子源组合件，其中所述离子发射电流控制器经配置以使所述发射电流维持处于约0.5μA到约10μA的范围内。10.根据权利要求1所述的电喷雾离子源组合件，其中所述电喷雾电极中的所述液体样本的流速维持处于约1μL/min到约100μL/min的范围内。11.根据权利要求1所述的电喷雾离子源组合件，其中所述电源经配置以为所述电喷雾电极提供介于约2000V到约6000V的范围内的DC电压。12.一种质谱仪系统，其包括：液相色谱LC柱，其用于提供待分析的液体样本；电喷雾离子源，其与所述LC柱流体连通，所述电喷雾离子源包括：离子源壳体，其界定电离室；至少一个加热器，其用于加热所述电离室；电喷雾电极，其界定轴向开孔，所述轴向开孔穿过所述电喷雾电极以用于将所述电喷雾电极的入口端处从...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰·J·科尔，托马斯·R·科维，彼得·科瓦里克，
申请(专利权)人：DH科技发展私人贸易有限公司，
类型：发明
国别省市：新加坡,SG