一种电喷射离子源，包括(a)一个发射极毛细管，该毛细管包括(i)一个内孔，用于传输一种液体样品，(ii)一个电极部分，用于提供一个第一施加的电位、以及(iii)一个发射极顶端，用于发射从液体样品产生的带电粒子；以及(b)一个对电极，用于提供一种第二施加的电位，该电位不同于该第一施加的电位，该电喷射离子源的特征在于：(c)一个屏蔽电极，该屏蔽电极至少部分地布置在该对电极与该发射极毛细管的发射极顶端之间，用于提供一个介于该第一和第二施加的电位之间的第三施加的电位，该屏蔽电极的轮廓被确定为处于以下等电位表面的一部分的形式中：在没有该屏蔽电极的情况下、在将该第一和第二施加的电位对应地施加到该发射极毛细管的电极部分和该对电极上时所产生的等电位表面。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于质谱分析法的电离源，并且具体地涉及包括多个分离的离子发射极的电喷射电离源。
技术介绍
已知的电喷射电离技术被用于质谱分析法中以产生自由的离子。惯用的电喷射方法包括使用一个电场将在毛细管的末端形成的带电液体的弯月形打断。在常规的电喷射电离作用中，液体被推动穿过一个非常小的带电的毛细管。这种液体包含被溶解在大量的溶剂中的、有待研究的分析物，该溶剂通常比该分析物更具挥发性。在该毛细管电极与该导电液体之间感应的电场起初使得一个泰勒锥形体形成在管顶端，在此该电场变得集中。波动使该锥形体顶端碎裂成多个精细的小液滴，这些小液滴(在电场的影响下)在大气压力下、在干燥气体的存在下被喷射进入到一个腔室中。可以施加一种任选的干燥气体(它可以被 加热)，以便使这些小液滴中的溶剂蒸发掉。根据一个总体上为人接受的理论，当这些小液滴收缩时，这些小液滴中的电荷浓度就会增加。最终，在离子与同类电荷之间的斥力超过了这些内聚力，并且这些离子被喷出(脱附)到气相中。这些离子被吸引到、并且穿过一个毛细管或采样孔口进入质谱分析器中。未完成的小液滴蒸发和离子去溶剂化作用会在质谱中引起高水平的背景计数，因此造成了对以低浓度存在的分析物的探测以及定量化的干扰。已经观察到，更小的初始电喷射小液滴趋向于更容易被蒸发，并且另外，小液滴尺寸随着流量的降低而减小。因此，为了具有极小的背景干扰的光谱，所希望的是减少每个发射极的流量，并且因此尽可能大幅度地(在每分钟多少微升或者甚至纳升的级别上)减少小液滴的尺寸。然而，常规的电喷射装置和常规的液体色谱设备(将洗脱液递送给此类电喷射装置)典型地是与每分钟几微升一直到每分钟Iml的流量相关联的。因此有意义的是使用多个纳米喷射或微米喷射的发射极的组件或阵列，目的是在每单位体积的分析物溶剂中产生更多的离子而同时还实现了每个发射极的较低的流量。已经做出了多种努力来制造产生纳米电喷射的电喷射装置。例如，Wilm和Mann，分析化学(Anal. Chem.) 1996,68,1-8描述了从被拉拔至内径为2_4 y m的熔融石英毛细管以20nL/min的流速进行电喷射的方法。确切地，从2 y m内径和5 U m外径的、拔出的熔融石英毛细管以600-700V在距一台API质谱仪的离子采样孔口 l_2mm的距离处实现了在20nL/min下的纳米电喷射。已经使用微制造技术(从电子工业和微机电系统(MEMS)中借用)从基本上平面式的基底制造了其他纳米电喷射装置，这些微制造技术诸如化学气相沉积、分子束外延、光刻术、化学蚀刻、干蚀刻(反应性离子蚀刻以及深度反应性离子蚀刻)、模制、激光烧蚀，等等。为了在更高的整体流量下实现上述微米喷射或纳米喷射的益处，已经使用毛细管拉拔或者微制造以及MEMS技术开发了紧密堆积的管或喷嘴的电喷射阵列，以便增加整体流量而不影响喷出小液滴的尺寸。例如，图IA展示了以一个圆形的几何形状安排的熔融石英毛细管纳米电喷射电离发射极的一个阵列，如在Kelly等人名下的美国专利申请公开2009/0230296A1中传授的。每个纳米电喷射电离发射极2包括一个熔融石英毛细管，该毛细管具有一个锥形的顶端3。如在美国专利申请公开2009/0230296A1中传授的，这些锥形的顶端可以通过传统的拉拔技术或者通过化学蚀刻来形成，并且这些径向阵列可以按如下方式制造使约6cm长的熔融石英毛细管穿过一个或多个盘I中的多个孔。在这个或这些盘中的孔可以被放在所希望的径向距离以及发射极间距处，并且两个这样的盘可以被分开，以使这些毛细管在这些纳米电喷射电离发射极的顶端以及引导到其上的部分上彼此平行地延伸。为了将由一个多发射极电喷射装置产生的离子引入一个质谱仪(MS)中，最简单的途径往往是将几个发射极以距彼此足够的距离进行定位，这样使得来自任何给定的发射极的电场不会在测定上影响任何其他发射极的工作并且对于每个发射极提供一个到质谱仪中的、分开的离子进口。这种方法总体上是并不实际的，因为随着发射极和离子入口的 数量增加，成比例地要求更高的排空泵送速度。一种优选的方法是使用一种标准真空接口(到该质谱仪上的单一离子入口，如离子转移管的进入孔口)，同时对这些发射极进行定位和配置的方式为，使进入单一离子入口的传输效率接近最优。正常地，具有从一个发射极顶端发射的带电荷小液滴的液体喷射物，占据了概略地由在顶点(在该发射极的顶端)具有80-90度角的锥形体所代表的空间。因此，相对于一个MS离子入口，最佳的发射极位置是在样品进入离子入口的有效转移与样品有效的脱溶剂化作用的这些竞争性要求之间的妥协。为了完成有效的样品转移，在该发射极毛细管与离子入口之间的距离应该是较短的并且该发射极的轴线应该是朝向该离子入口。另一方面，为了实现有效率的脱溶剂化作用，要求到该入口的一个更长的行进距离。对一个单一的发射极，发现该最优距离是在2与4mm之间，导致了在入口平面上4-8mm直径的离子股流。以上考虑因素暗示，如果使用多个电喷射发射极代替一个单一的发射极，这些发射极应该全部被定位为尽可能靠近它们所取代的单一发射极的位置。不幸的是，在该真空界面附近的非常有限的体积内将多个发射极随机堆放或安排在一个规则的图案中在实际上很少成功。很少成功的原因之一是，源于这些不同的发射极(当堆积在必要的小空间中时)的电场的干扰。该效应已经由Si等人进行了理论建模(“在喷嘴阵列中考虑到干扰效应时对电喷射微推进器的锥形喷射物的实验和理论研究(Experimental andtheoretical study of a cone-jet for an electrospray microthruster consideringthe interference effect in an array of nozzles)，，，气溶胶化学杂志(Journal ofAerosol Science) 38，2007，pp. 924-934)，他证明了，对于同时工作的、紧密地间隔开的发射极的阵列，随着发射极间隔的减小，要求用于喷射锥形体喷出物的工作电压增加。Regele等人(“毛细管间隔对来自锥形喷射物阵列的EHD喷射作用的影响(Effects of capillaryspacing on EHD spraying from an array of cone jets)，，,气溶胶化学杂志 33, 2002,第1471-1479页)对于四个电喷射毛细管的阵列在实验上测定了类似结果并且在数学上预测了 5X5正方形阵列的相同行为。Regele等人还发现在非常近的间距(3_4个毛细管直径)，稳定的电喷射工作所要求的电位可以降低，并且假设散布在毛细管之中的细丝电极会改进工作。同样地，由多个单独的锥形体喷出物产生的空间电荷云增强了干扰作用。最近,Deng等人(“单分散的电喷射的紧凑多路复用(Compact multiplexing ofmonodisperse electrosprays) ”,气溶胶化学杂志 40, 2009,第 907-918 页)已经说明了一种微制造的平面式的喷嘴阵列系统，示意性地展示在图IB中，这种系统能够制造有高达11，547个源极/cm2的堆积密度。Deng等人的装置(附图说明图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：V·V·科夫托恩，E·R·乌特斯，R·P·阿瑟顿，
申请(专利权)人：赛默菲尼根有限责任公司，
类型：发明
国别省市：
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