用于质谱仪的多电喷雾离子源制造技术

本发明专利技术公开了一种用于质谱仪的电喷雾离子源，其包括：(i)位于电离室内的多个(N个)电喷雾发射器，其中N≥2；(ii)混合室；(iii)多个(N个)入口，每个入口包括能从所述电喷雾发射器中相应的一个电喷雾发射器接收带电粒子并且将所述带电粒子发射到所述混合室中的导管；(iv)出口端口，所述出口端口面向中间真空室或位于所述中间真空室内；以及(v)加热器，所述加热器与所述混合室的至少一部分热接触。

【技术实现步骤摘要】
用于质谱仪的多电喷雾离子源
本专利技术涉及用于质谱分析的电离源，并且具体地涉及与单个质谱仪对接的多个电喷雾离子源。
技术介绍
熟知的电喷雾电离技术在质谱分析中被用来产生离子。在常规的电喷雾电离中，液体被推送通过很小的带电毛细管。此液体含有要研究的分析物，所述分析物溶解在大量溶剂中，所述溶剂通常比分析物更易挥发。常规的电喷雾工艺涉及使用电场将在毛细管的端部处形成的带电液体的弯月面破碎成细小的液滴。在电极与导电液体之间感应的电场最初使得在管的尖端处形成泰勒圆锥，在所述尖端处，场变得集中。波动使圆锥尖端破碎成细小的液滴，所述细小的液滴在电场的影响下，在大气压下，任选地在干燥气体的存在下被喷射到电离隔室中。任选加热的干燥气体使液滴中的溶剂蒸发。根据普遍接受的理论，当液滴缩小时，液滴中的电荷浓度增加。最终，具有类似电荷的离子之间的排斥力超过内聚力，并且离子被射出(解吸)到气相中。离子被吸引到并穿过毛细管或取样孔口进入质量分析器。不完全的液滴蒸发和离子去溶剂化可以使质谱中的背景计数水平较高，从而导致干扰以低浓度存在的分析物的检测和定量。已经观察到较小的初始电喷雾液滴往往更容易蒸发，并且进一步地，液滴大小随着流量的降低而减小。因此，期望减小流量，并且从而减小液滴大小。例如，在此方面，已经发现每发射器的流量处于小于每分钟几百纳升到每分钟1纳升的范围内的纳升电喷雾(nano-electrospray)可以产生非常好的效果。例如，图1展示了以圆形几何形状布置的熔融石英毛细管纳升电喷雾电离发射器的阵列，如以Kelly等人的名义的美国专利申请公布2009/0230296A1中所教导的。每个纳升电喷雾电离发射器2包括具有锥形尖端的熔融石英毛细管3。如在美国专利申请公布2009/0230296A1中所教导的，锥形尖端可以通过传统的牵拉技术或通过化学蚀刻形成，并且可以通过将大约6cm长的熔融石英毛细管穿过一个或多个圆盘1中的孔来制造径向阵列。一个或多个圆盘中的孔可以以期望的径向距离和发射器间间距放置，并且两个此类圆盘可以被分开以使得毛细管在纳升电喷雾电离发射器的尖端和通向其的部分处彼此平行延伸。图2是包括电喷雾离子源87的一般常规质谱仪系统10的简化示意图，所述电喷雾离子源可以包括单个电喷雾发射器或发射器阵列。电喷雾源87被配置成通过毛细管7从如液相色谱仪或注射泵等相关设备接收液体样品。电喷雾源87向电离隔室82中发射代表样品的带电粒子84(离子或可以去溶剂化以释放离子的带电液滴)的“喷雾”。液滴或离子夹带在背景气体中，所述背景气体可以由包含在电喷雾离子源87内的单独鞘气管或雾化气体管(未示出)提供。带电粒子和背景气体的一部分被离子传输管92截获，所述离子传输管将粒子从电离隔室82输送到中间真空隔室83，所述中间真空隔室的压力(通常小于10托)保持在低于电离隔室82的压力(一般气压)。离子传输管92可以热耦合到加热器23，所述加热器向离子传输管中的气体和夹带粒子提供热量，以便帮助带电液滴的去溶剂化，从而释放自由离子。一个或多个电源31向质谱仪的各个电极(包含电喷雾发射器87的电极部分)提供适当的射频(RF)和DC电压。由于电离隔室82和中间真空隔室83(图2)之间的压力差，使得气体和夹带的离子以及带电液滴通过离子传输管92流入中间真空隔室83中。第二隔板元件或壁15将中间真空隔室83与高真空隔室26或可能的第二中间真空隔室(未示出)分开，所述第二中间真空隔室压力保持在低于隔室83的压力，但高于高真空隔室26的压力。离子光学组合件或离子透镜20提供一个或多个电场(源于由电源31提供的RF和/或DC电压)，所述电场通过第二隔板元件或壁15中的孔口22引导并聚焦离开离子传输管16的离子流，所述孔口可以是撇渣器21的孔口。可以提供第二离子光学组合件或透镜24，以便将离子传输或引导到质量分析器28。离子光学组合件或透镜20、24可以包括传输元件，例如多极杆离子引导件，以便引导离子穿过孔口22并进入质量分析器28中。质量分析器28包括一个或多个检测器30，所述一个或多个检测器的输出可以被显示为质谱。真空端口13用于抽空中间真空隔室83，并且真空端口19用于抽空高真空隔室26。另外的中间真空隔室和/或离子操纵组件，如质量过滤器、离子存储装置、离子破碎单元等可以沿着质谱仪系统10内的一般离子路径安置。一般认为，当采用电喷雾发射器阵列时，观察到的电喷雾电流与电喷雾发射器的数量n的平方根成比例增加(例如，以专利技术人Oleshuk等人的名义的美国专利第10,297,435号)。因此，这种对电喷雾电流并且因此对可见质谱仪离子信号的量值的限制归因于每个泰勒圆锥和与相邻电喷雾发射器泰勒圆锥相关的静电场之间的干扰。单个泰勒圆锥往往彼此偏离，从而导致喷雾射流的轨迹偏离其预期目标，所述预期目标通常是质谱仪的入口。实验结果已经表明，为了显著降低此种干扰，电喷雾发射尖端彼此之间应间隔至少3mm。优选地，发射尖端彼此之间应间隔至少5mm，以便显著减少干扰。然而，如此宽的电喷雾间距会造成与在质谱仪内对产生的离子流进行中心化相关的其它困难，其中典型的离子路径的宽度为最多数百微米。因此，在质谱分析领域中需要用于更有效地引入电喷雾生成的离子的设备、系统和方法。
技术实现思路
根据本专利技术教导的第一方面，提供了一种用于质谱仪的电喷雾离子源，所述电喷雾离子源包括：(i)位于电离隔室内的多个(N个)电喷雾发射器，其中N≥2；(ii)混合腔室；(iii)多个(N个)入口，每个入口包括被配置成从所述电喷雾发射器中相应的一个电喷雾发射器接收带电粒子并且将所述带电粒子发射到所述混合腔室中的导管；(iv)出口端口，所述出口端口面向中间真空隔室或位于所述中间真空隔室内；以及(v)加热器，所述加热器与所述混合腔室的至少一部分热接触。在各个实施例中，所述电喷雾离子源可以进一步包括：多个电极，所述多个电极安置在所述多个入口与所述出口端口之间的所述混合腔室内；以及电源，所述电源被配置成向所述多个电极中的每一个电极供应相应的DC电压，其中所供应的电压从所述混合腔室的第一端部到相对端部逐渐增加或逐渐减小，其中所述电源被配置成不向所述多个电极中的任何一个电极供应RF电压。根据各个实施例，所述混合腔室包括其中心纵轴，并且每个入口导管相对于延伸的所述中心纵轴以相同的非零角α安置。根据一些此类实施例，所述中心纵轴也是出口管或具有所述出口端口的出口管区段的中心纵轴。根据一些实施例，一些入口导管相对于延伸的所述中心纵轴以第一角α1安置，并且一些入口导管相对于所述中心纵轴以第二角α2安置，其中所述角α1和α2均不等于零。根据各个实施例，每个电喷雾发射器包括发射尖端，并且所有N个发射尖端位于公共圆上。根据各个实施例，每个发射尖端安置在距每个其它发射尖端至少3mm的距离处。根据一些此类实施例，每个发射尖端安置在距每个其它发射尖端至少5mm的距离处。根据各个实施例，每个发射尖端包括具有圆锥轴线的圆锥形部分，其中每个圆锥轴线与被配置成接收从所述每个发射尖端发射的所述带电粒子的所述入口的纵轴对准。根据各个实施例，所述混合腔室、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于质谱仪的电喷雾离子源，所述电喷雾离子源包括：/n位于电离室内的多个(N个)电喷雾发射器，其中N≥2；/n混合室；/n多个(N个)入口，每个入口包括能从所述电喷雾发射器中相应的一个电喷雾发射器接收带电粒子并且将所述带电粒子发射到所述混合室中的导管；/n出口端口，所述出口端口面向中间真空室或位于所述中间真空室内；以及/n加热器，所述加热器与所述混合室的至少一部分热接触。/n

【技术特征摘要】
20191030 US 16/668,4141.一种用于质谱仪的电喷雾离子源，所述电喷雾离子源包括：
位于电离室内的多个(N个)电喷雾发射器，其中N≥2；
混合室；
多个(N个)入口，每个入口包括能从所述电喷雾发射器中相应的一个电喷雾发射器接收带电粒子并且将所述带电粒子发射到所述混合室中的导管；
出口端口，所述出口端口面向中间真空室或位于所述中间真空室内；以及
加热器，所述加热器与所述混合室的至少一部分热接触。


2.根据权利要求1所述的电喷雾离子源，其中所述混合室包含出口管的内腔，所述出口管具有所述出口端口并且包括中心纵轴，并且其中每个入口导管相对于所述中心纵轴的延伸方向以相同的角度α安置，其中α≠0。


3.根据权利要求1所述的电喷雾离子源，其中每个电喷雾发射器包括发射尖端，并且所有这些N个发射尖端均位于一个公共圆上。


4.根据权利要求3所述的电喷雾离子源，其中每个发射尖端安置在距每个其它发射尖端至少3mm的距离处。


5.根据权利要求4所述的电喷雾离子源，其中每个发射尖端安置在距每个其它发射尖端至少5mm的距离处。


6.根据权利要求2所述的电喷雾离子源，其中每个发射尖端包括具有圆锥轴线的圆锥形部分，其中每个圆锥轴线与所述入口的纵轴相对准，所述入口被配置成接收从所述每个发射尖端发射的所述带电粒子。


7.根据权利要求1所述的电喷雾离子源，其进一步包括：
多个电极，所述多个电极安置在所述多个入口与离子传输管之间的所述混合室内；及
电源，所述电源被配置成向所述多个电极中的每一个电极供应相应的DC电压，其中所供应的电压从所述混合室的第一端部到相对端部逐渐增加或逐渐减小，其中所述电源被配置成不向所述多个电极中的任何一个电极供应RF电压。


8.根据权利要求1所述的电喷雾离子源，其进一步包括：
电阻构件，所述电阻构件包括电阻性材料，该材料安置在所述多个入口与所述离子传输管之间，并且所述电阻构件具有第一端部和第二端部；及
电源，所述电源被配置成在所述电阻构件的所述第一端部与所述第二端部之间供应DC电压。


9.根据权利要求8所述的电喷雾离子源，其中所述电阻构件包括所述混合室的边界的至少一部分。


10.根据权利要求1所述的电喷雾离子源，其中所述混合室、所述多个(N个)入口和所述出口端口均为单个整体式离子传输管的构成部分。


11.根据权利要求2所述的电喷雾离子源，其中所述混合室、所述多个(N个)入口和所述出口管均为单个整体式离子传输管的构成区段。


12.根据权利要求1所述的电喷雾离子源，其中所述混合室的表面的一部分的形状为漏斗的一部分。


13.一种质谱分析方法，其包括：
(a)提供电离室；
(b)提供混合室；
(c)提供出口端口，所述出口端口被配置成将带电粒子从所述混合室传输到质谱仪的抽空室；以及
(d)在所述电离室内提供多个(N个)电喷雾发射器，其中每个电喷雾发射器包括发射尖端，所述发射尖端包括相对于所述混合室的纵轴延伸方向以角α安置的导管，其中α≠0，并且其中任何两个发射尖端彼此之间的距离不小于3mm；以及
(e)提供多个入口，每个入口包括被配置成从所述电喷雾发射器中相应的一个电喷雾发射器接收所述带电粒子的一部分并且将所述带电粒子的所述部分传输到所述混合室中的导管。


14.根据权利要求13所述的质谱分析方法，其中所述角α是十度。


15.根据权利要求13所述的质谱分析方法，其进一步包括：
(f)...

【专利技术属性】
技术研发人员：V·V·科夫通，E·R·武泰斯，
申请(专利权)人：萨默费尼根有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US