CN102800554B - 一种多模式离子化方法 - Google Patents

Abstract

一种同时具有电子轰击离子源及电喷雾离子源两种电离原理的新型多模式离子化方法，其特征在于由工作在大气压环境下的电喷雾离子源和工作在高真空环境下的电子轰击离子源经耦合而成，电喷雾离子通道和电子轰击离子通道在末端交汇，单一的或混合后的离子束经后续装置调制后可输入后续质谱质量分析器进一步分析，既能分析呈不同状态的多种样品，也可对同一种样品展开两种迥异的质谱分析，更能针对性地研究样品分子与反应气体之间的分子离子反应机理。所述新型多模式离子源能在电子轰击模式、电喷雾模式、电子轰击-电喷雾模式三种工作模式之间自动切换。本发明拓展了单一电离源的功能，提高了质谱质量分析器的利用效率和实用性能。

Description

一种多模式离子化方法

技术领域

本发明属于质谱离子化技术领域，具体涉及一种电子轰击电离耦合电喷雾电离的多模式离子化方法。

背景技术

在质谱仪中，有机化合物以及生物分子的离子化是制约质谱仪灵敏度的关键因素。自质谱仪诞生以来，人们就化合物的离子化技术展开了不断的研究。目前，应用于质谱仪中的离子化技术主要有四大类（表1），这四种类型的电离技术能够将自然界存在的几乎所有气态、液态和固态的分子进行电离。其中，电子轰击电离（EI）技术与电喷雾电离（ESI）技术是最为常用的两种化合物离子化技术。

表1 有机质谱分析中常用的化合物电离技术

电离源	离子化试剂/介质	适用对象	优点	缺点	主要应用形式
						电子电离	电子	气态样品	碎片信息丰富，便于了解化合物的结构	无法得到某些化合物的分子离子，对热不稳定化合物不适用	电子轰击电离源（EI源）
化学电离	气体离子	气态样品	结构信息丰富，灵敏度高	不适于对热不稳定化合物	化学电离源（CI源），大气压电离源（API），大气压化学电离源（APCI源）
						解吸电离	光子、高能粒子	固态样品/液态样品	适用于热不稳定与难汽化的化合物，且有丰富的分子离子峰	碎片离子少，灵敏度较低	基质辅助激光解吸电离源（MALDI），等离子体解吸电离源（PDI），大气压光电离源（APPI），场解吸电离源（FDI），快原子轰击电离源（FAB）
喷雾电离	高能电场	液态样品	适用于热不稳定与难汽化的化合物	碎片离子较少	电喷雾电离源（ESI）,电喷雾萃取电离源（EESI）

电子轰击电离与电喷雾电离能够对绝大多数化合物进行电离，配合高分辨的质量滤质器与检测器，电子轰击电离质谱法与电喷雾电离质谱法能够满足日常绝大部分有机化合物的结构与含量分析，成为目前有机化合物分析领域中应用最为广泛的两类质谱分析法。电子轰击电离是一种“硬”电离技术，需要较高的真空度（10^-4pa），且只能电离处于气态的化合物，因此电子轰击电离质谱仪一般与气相色谱（GC）联合使用，用于分析易于气化且在高温下较为稳定的有机化合物；电喷雾电离是一种“软”电离技术，电离过程在大气压环境在即可进行，而且对处于溶液中的有机化合物能够进行有效电离，因此电喷雾电离质谱法一般与液相色谱（LC）联用，用于分析难于汽化且在高温下不稳定的化合物。

质谱仪检测灵敏度和检测效率的提高与化合物在离子源中电离效率有直接的关系。为了提高化合物的电离效率以及能够使离子源适用不同状态的样品，人们在传统离子源的基础上进行了改进。其中，将两种不同类型的电离技术复合在同一电离源中被证明是行之有效的发法。目前，已经有将电喷雾电离与解吸电离耦合形成单一离子源的技术。2004年，R. G. Cooks发明了将解吸电离与电喷雾电离耦合的电喷雾解吸电离（Desorption Electrospray Ionization，DESI）技术，并将其应用于固体表面吸附样品的无损检测，实现了样品表面待测物的实时、快速和高灵敏在线检测（Science, 2004, 306, 471-473）；2005年，J. Shiea在DESI的基础上发明了电喷雾辅助激光解吸电离技术（Electrospray-assisted Laser Desorption/Ionization, ELDI），并同时将其应用于固体表面待测物的实时快速检测（Rapid Commun. Mass Spectrom., 2005, 19, 3701-3704; Anal. Chem., 2007, 79, 8789-8795；Rapid Commun. Mass Spectrom., 2007, 21, 2541-2546）；国内也有发明了将脉冲激光技术应用于电喷雾电离形成的脉冲激光辅助喷雾电离源（CN 102013380 A），提高了液体的离子化效率和质谱仪的检测灵敏度；或是将不同的离子源耦合在同一个离子阱检测器上，发明了“一阱双源”技术（CN 101017762 A）。

上述将激光解吸电离与电喷雾电离结合而形成的新电离技术在提高待测物中化合物的离子化效率与质谱检测器的灵敏度方面有重要的意义。然而，无论是DESI还是ELDI电离源都无法实现对多种状态样品（如气态样品、液态样品）的同时电离，无法满足利用质谱进行快速检测的目的，因而其应用范围受到一定的限制。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够同时电离气态样品和液态样品的新型多模式离子源，突破目前电子轰击源只能分析气态样品、电喷雾离子源只能分析液态样品的限制，拓宽单一离子源质谱仪的应用范围，提高离子源的适用性，以克服目前气态样品与液态样品须用不同类型离子源电离的不足。

为了实现上述目的，本发明所采取的技术方案是：

一种多模式离子化方法，由电子轰击离子源和电喷雾离子源组合成一体化的多功能离子源。所述电子轰击离子源包括灯丝、灯丝架、阳极、推斥极、电透镜组、石英毛细管柱、轰击电离室以及必要的电路组件；所述电喷雾离子源包括电喷雾喷针、进样锥、喷雾室以及必要的电路和气路装置，其特征在于：所述的多模式离子化方法所采用的耦合方式，工作在标准大气压环境下的电喷雾离子化的主要配件置于质谱真空腔之外，电子轰击离子化相关配件则全部置于质谱真空腔内部；电喷雾离子源的离子通路长于电子轰击离子源的离子通道，电子轰击离子通道和电喷雾离子通道可以在同一轴线上重叠,也可以互呈一定角度，二者在离子通道末端实现交汇。

当仅启用一种电离功能时，该离子源与常规电子轰击离子源或电喷雾离子源无异，唯一的区别是电喷雾离子通道可能需要经过已暂停工作的电子轰击离子源；当两种电离功能同时工作时，经电喷雾电离产生的样品离子与经电子轰击电离产生的样品离子在离子通道末端交汇，混合之后的离子流在调制后方可输入后续质谱质量分析器中进行精确定性定量分析。

由于新型多模式离子源中的电喷雾离子通道长于常规电喷雾离子源，尤其是部分离子通道将与电子轰击离子通道重叠或交汇，所以采用在其离子通道上增设离子传输装置、调整电子轰击离子源结构设计、设置辅助气路保证电喷雾离子化模式的传输效率。

所述的多模式离子化方法，其特征在于电子轰击离子源设置多级真空腔、前级机械泵和分子涡轮泵等真空配件来保证电子轰击离子化相关配件的正常工作所必需的高真空度，电喷雾离子化部分则相对独立地通过毛细导管进行进样。这是由于电子轰击离子源是一种真空电离源，而电喷雾离子源则需要工作在标准大气压环境下，因而导致二者对工作环境的真空度要求不同所致。

所述的多模式离子化方法，其电子轰击电离功能和电喷雾电离功能相对独立，因此可以只启用电子轰击电离功能用以分析气态样品，或只启用电喷雾电离功能用以分析液态样品，也可以同时使用上述两种电离功能完成对同一种样品不同电离方式的分析，或同时电离两种不同样品以研究其分子离子反应机理，故而离子源有电子轰击模式、电喷雾模式、电子轰击-电喷雾模式三种工作模式可选。

所述的多模式离子化方法，其特征在于当选择了电子轰击模式、电喷雾模式、电子轰击-电喷雾模式三种工作模式中的任意一种模式后，离子源的相关电路和气路参数将在软件系统控制下自动调整到该工作模式所要求的工作范围之内，待切换完成后给出状态指示信号。

本发明的特点在于提供一种新型高效的多模式离子化方法，通过电喷雾离子源与电子轰击离子源的耦合而实现电子轰击-电喷雾多模式一体化的电离功能。本方法既可以电离气态或液态样品中的待测物，也可以深入研究样品分子与反应气体之间的分子离子反应机理，可用作多种分析用途。

附图说明

图1为同轴式多模式离子化方法原理示意图。

图2为交叉式多模式离子化方法原理示意图。

附图中：1.电喷雾离子源；2.电子轰击离子源；3.电喷雾离子通道；4.电子轰击离子通道；5.质谱真空腔；6.电喷雾离子入口；7.电子轰击离子源进样口；8.电子轰击离子偏转装置。

具体实施方式

如附图1和图2所示，本发明的新型多模式离子化方法为电子轰击离子源和电喷雾离子源经耦合而成，其中电喷雾离子源（1）的主要配件置于质谱真空腔（5）之外，包括电喷雾喷针、喷雾室以及必要的电路和气路装置；电子轰击离子源（2）的相关配件则置于质谱真空腔（5）内部，由灯丝、阳极、推斥极、电透镜组、石英毛细管柱以及轰击电离室等部件组成。

液态样品注入质谱真空腔（5）前方的电喷雾离子源（1）喷针并得以电离，相应地在质谱真空腔（5）的前端正中心位置开有一小孔，即电喷雾离子入口（6），电喷雾离子源（1）电离生成的离子通过电喷雾离子入口（6）进入质谱真空腔（5）内；气态样品通过石英毛细管柱输入质谱真空腔（5）内的电子轰击源（2）电离出大量离子，形成电子轰击离子，直接进入后续装置；电喷雾离子通道（3）和电子轰击离子通道（4）在末端交汇，单一的或混合后的离子经调制后输入质谱质量分析器内，得以精确定性定量分析。

下面举出实际应用的实例对本发明予以进一步说明。

实施例1离子通道呈同轴式排布的多模式离子化方法

如图1所示，电喷雾离子通道（3）和电子轰击离子通道（4）都排布在中心轴线上，电子轰击离子通道（4）和部分电喷雾离子通道（3）重合。因此，电喷雾离子通道（3）长于电子轰击离子通道（4），也长于常规的电喷雾离子通道。

液态样品在质谱真空腔（5）前方的电喷雾离子源（1）喷针内经电离生成电喷雾离子，通过电喷雾离子入口（6）进入质谱真空腔（5）内。输送气态样品的石英毛细管柱也通过电喷雾离子入口（6）直接插入质谱真空腔（5）内的电子轰击离子源（2），故而电喷雾离子入口（6）即是电子轰击离子源进样口；气态样品在电子轰击离子源（2）内电离出大量电子轰击离子，直接进入后续装置。

当仅启用一种电离功能时，该离子源与常规电子轰击离子源或电喷雾离子源无异，唯一的区别是电喷雾离子通道（3）需要经过已暂停工作的电子轰击离子源（2），单一的电喷雾离子或电子轰击离子经调制后输入质谱质量分析器中；当选择电子轰击-电喷雾工作模式时，电子轰击离子与源源不断地经过电子轰击离子源（2）的电喷雾离子在轰击电离室内混合，再经调制后输入质谱质量分析器中。

实施例2离子通道呈交叉式排布的多模式离子化方法

如图2所示，电喷雾离子通道（3）位于中心轴线上，电子轰击离子通道（4）则与之呈一定角度交叉，电子轰击离子通道（4）和电喷雾离子通道（3）在末端交汇。同实例1一样，电喷雾离子通道（3）长于电子轰击离子通道（4），也长于常规的电喷雾离子通道。

液态样品的电离和离子传输与实例1的过程相同。气态样品的电离和传输则与与实例1稍有迥异：电子轰击源（2）与中心轴线呈一定角度交叉，输送气态样品的石英毛细管柱不再通过电喷雾离子入口（6）进入，而是从专门的电子轰击离子源进样口（7）插入电子轰击源（2）中；电子轰击源（2）电离气态样品而生成的电子轰击离子，经过电子轰击离子偏转装置（8）后，偏转并进入后续装置。

当仅启用一种电离功能时，该离子源与常规电子轰击离子源或电喷雾离子源无异，唯一的区别是电子轰击离子需经偏转后再进入位于中心轴线上的后续调制装置；当选择电子轰击-电喷雾工作模式时，偏转后的电子轰击离子将与电喷雾离子在末端交汇，再经调制后输入质谱质量分析器中。

Claims (2)

1.一种多模式离子化方法，由电子轰击离子源和电喷雾离子源组合成一体化的多功能离子源，所述电子轰击离子源包括灯丝、灯丝架、阳极、推斥极、电透镜组、石英毛细管柱和轰击电离室；所述电喷雾离子源包括电喷雾喷针、进样锥和喷雾室，其特征在于：所述的多模式离子化方法所采用的耦合方式，工作在标准大气压环境下的电喷雾离子源置于质谱真空腔之外，电子轰击离子源则全部置于质谱真空腔内部；电喷雾离子源的离子通路长于电子轰击离子源的离子通道，电子轰击离子通道和电喷雾离子通道可以在同一轴线上重叠,也可以互呈一定角度，二者在离子通道末端实现交汇；电子轰击离子源设置多级真空腔、前级机械泵和分子涡轮泵来保证电子轰击离子化相关配件的正常工作所必需的高真空度，电喷雾离子化部分则相对独立地通过毛细导管进行进样；所述的多模式离子化方法中电子轰击电离功能和电喷雾电离功能相对独立，可以只启用电子轰击电离功能用以分析气态样品，或只启用电喷雾电离功能用以分析液态样品，也可以同时使用上述两种电离功能完成对同一种样品不同电离方式的分析，或同时电离两种不同样品以研究其分子离子反应机理，故而离子源有电子轰击模式、电喷雾模式、电子轰击-电喷雾模式三种工作模式。

2.如权利要求1所述的多模式离子化方法，其特征在于当选择了电子轰击模式、电喷雾模式、电子轰击-电喷雾模式三种工作模式中的任意一种模式后，离子源的相关电路和气路参数将在软件系统控制下自动调整到该工作模式所要求的工作范围之内，待切换完成后给出状态指示信号。