CN103219220B - 用于产生等离子体与离子间反应的质谱装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于产生等离子体与离子间反应的装置，该装置至少包括：常压下工作的质谱离子源（如ESI、APCI等）；常压电离气室，气室设有辅助气通路和废气、废液排出口；玻璃或陶瓷等绝缘材料制成的可离子传输管；加在离子传输管外表面，用于激发等离子体的射频电极及电源；以及放置于离子传输管后的质谱仪。本发明采用玻璃等绝缘材料作为离子传输管，并通过射频电源激发离子传输管中的待测离子和辅助气体，使其发生等离子体-离子反应。相较现有技术，该装置利用离子传输管中的低真空环境，可以激发空气或其他反应气体，产生高密度等离子体，发生离子-等离子体反应，供后续质谱分析。

Description

用于产生等离子体与离子间反应的质谱装置及方法
技术领域
本发明属于质谱分析技术领域，具体涉及一种可用于等离子体-离子反应的质谱装置及方法。
背景技术
质谱（又叫质谱法）是一种与光谱并列的谱学方法，通常意义上是指广泛应用于各个学科领域中通过制备、分离、检测气相离子来鉴定化合物的一种专门技术。质谱法在一次分析中可提供丰富的结构信息，将分离技术与质谱法相结合是分离科学方法中的一项突破性进展。在众多的分析测试方法中，质谱学方法被认为是一种同时具备高特异性和高灵敏度且得到了广泛应用的普适性方法。质谱仪器一般由样品导入系统、离子源、质量分析器、检测器、数据处理系统等部分组成。
质谱分析是一种测量离子荷质比（电荷-质量比）的分析方法，其基本原理是使试样中各组分在离子源中发生电离，生成不同荷质比的带正电荷的离子，经加速电场的作用，形成离子束，进入质量分析器。在质量分析器中，再利用电场和磁场使发生相反的速度色散，将它们分别聚焦而得到质谱图，从而确定其质量。除分子质量分析外，目前质谱技术研究，尤其是生物大分子的研究中还会通过串联质谱技术使母离子碎裂，并通过碎片的情况对其分子的结构进行研究和分析。现有的主要碎裂方式有碰撞诱导解离（CID），电子捕获解离（ECD），电子转移解离（ETD）等。这些技术目前均需要专用的质谱设备，且相关技术多被国外的生产厂商控制和保护，商用仪器价格昂贵。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种等离子体-离子反应装置及其方法，用于解决现有质谱分析技术中商用仪器价格昂贵的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种用于产生等离子体与离子间反应的质谱装置，该装置至少包括：
常压电离气室；
与所述常压电离气室导通的质谱离子源产生装置；
与所述常压电离气室导通的绝缘材料制成的离子传输管；
套设在所述离子传输管外、与所述常压电离气室导通的反吹气通道；
套设在所述离子传输管外表面、用于激发等离子体的射频电极及其电源；
以及设置于离子传输管另一端的质谱仪。
优选地，该装置进一步包括与所述常压电离气室导通的排废口。
优选地，所述绝缘材料包括石英、玻璃或陶瓷。
优选地，所述射频电极采用铝箔。
本发明还提供一种用于产生等离子体与离子间反应的质谱方法，包括以下步骤：
1）与常压电离气室导通的离子源将待测物电离，产生待测离子；
2）通过反吹气通道，向该常压电离气室内通入反应气体；
3）在设置于离子传输管另一端的质谱仪的真空设备作用下，反应气体和待测离子一起抽入到离子传输管中；
4）在离子传输管外壁的射频电极上施加射频电压，用以激发离子传输管内的反应气体，产生等离子体，进而引发待测离子与等离子体间的反应，使待测离子发生离子化学行为；
5）待测离子与等离子体间的反应产生的产物离子，经过离子传输管后，经离子传输系统引入质量分析器，进行质谱分析。
优选地，所述射频电极施加的射频电压为3kV，50kHz中频电压或者13.6MHz，50W射频电压。
优选地，反应气体和离子源产生的废液、废气通过与常压电离气室导通的排废口排出。
本发明利用质谱仪现有的常压引入离子的接口技术，采用绝缘材料（如玻璃、陶瓷等）制成的离子传输管，即可在质谱前级部分的低真空作用下，在离子传输管中激发等离子体，并引发等离子体和待测离子间的反应。该装置实现简单、生产成本便宜，可以在串联质谱分析和气相离子化学研究中应用。
附图说明
图1显示为本发明等离子体与离子间反应装置示意图。
图中标号：1为质谱离子源产生装置，2为常压电离气室，3为排废口，4为反吹气通道；5为射频电极及其电源，6为离子传输管。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅附图所示。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1所示，一种用于产生等离子体与离子间反应的质谱装置，该装置至少包括：常压电离气室2；与所述常压电离气室2导通的质谱离子源产生装置1；与所述常压电离气室2导通的绝缘材料制成的离子传输管6；套设在所述离子传输管6外、与所述常压电离气室2导通的反吹气通道4；套设在所述离子传输管6外表面、用于激发等离子体的射频电极及其电源5；以及设置于离子传输管6另一端的质谱仪（未图示）。
本实施例中，请参阅图1所示，常压电离气室2左上方与质谱离子源产生装置1连通，常压电离室内的离子源产生装置将待测物电离，从而产生待测离子。常压电离气室2右侧壁与离子传输管6的一端连通，反吹气通道4套设在该离子传输管6外的常压电离气室2右侧壁内。该反吹气通道4与常压电离气室2连通。所述离子传输管6外表面、常压电离气室2之外的部分套设有射频电极及其电源5。离子传输管6的另一端连接有质谱仪（未图示）。所述常压电离气室2下方设有排废口3，多余的反应气体和离子源产生的废液、废气等，可通过常压电离室的排废口排出。
离子传输管6采用绝缘材料，优选为石英、玻璃或陶瓷等。所述射频电极施加的射频电压为3kV，50kHz中频电压或者13.6MHz，50W射频电压。本实施例中，所述射频电极采用铝箔。本实施例中，所述离子传输管6的材质为玻璃，其内径为0.3mm；外径为6.45mm；长度为180mm。
本发明一种用于产生等离子体与离子间反应的质谱方法，其采用的常压电离气室，常规的ESI电喷雾装置（溶液为1：1ACN-水0.1%TFA，样品为多肽标样）；辅助气体为高纯He，通入固体原料萘的顶空获得反应气体；
2、加在离子传输管外表面，用于激发等离子体的射频电极5及其电源；电极采用铝箔粘合在毛细管表面，宽度为10mm，间距10mm；激发电源为10W的30kHz，3kVpp中频电源
4、设置于离子传输管后为LTQ线型离子阱质谱仪。
本方案的质谱装置，使待测离子在激发的等离子体环境中发生离子捕获、电子捕获、离子碎裂等气相离子化学行为，从而以较为方便、低廉的方式实现前置的离子碎裂。可用于串联质谱分析或气相的分子-离子、离子-离子反应研究。
本发明中发生等离子体的腔体即为绝缘材料制成的离子传输管。利用质谱系统提供的真空环境，在离子传输管中激发等离子体，是其与待测离子发生反应。常压电离中气室中可以通入辅助气体，改变被激发为等离子体的气体成分，用以控制和改变离子-离子反应。
具体的，本发明等离子体与离子间反应的质谱方法，其包括以下步骤：
1）通过常压电离室内的离子源产生装置将待测物电离，产生待测离子；
2）通过辅助气通道，向常压电离室内通入反应气体，如空气、氮气、稀有气体等；
3）在接在离子传输管尾端的质谱仪的真空设备作用下，反应气和待测离子一起抽入到离子传输管中；多余的反应气体和离子源产生的废液、废气等，可通过常压电离室的排废口排出；
4）在离子管外壁的电极上施加射频电压，用以激发离子传输管内的反应气体，产生等离子体，进而引发离子-等离子体间的反应，使待测离子发生阳离子捕获、电子捕获或碎裂等离子化学行为；
5）反应产生的产物离子，经过离子传输管后，经其他质谱常用的离子传输系统引入质量分析器，进行质谱分析。
本发明中发生等离子体的腔体即为绝缘材料（石英、玻璃、陶瓷等）制成的离子传输管，能够同时传输离子和气体、液体的蒸汽。利用质谱系统提供的真空环境（约20torr~1mTorr），在离子传输管中激发等离子体，使其与待测离子发生反应。
本发明中常压电离中气室中通入辅助气体，用于改变被激发为等离子体的气体成分，用以控制和改变离子-等离子反应。
本发明利用质谱仪现有的常压引入离子的接口技术，采用绝缘材料（如玻璃、陶瓷等）制成的离子传输管，即可在质谱前级部分的低真空作用下，在离子传输管中激发等离子体，并引发等离子体和待测离子间的反应。该装置实现简单、生产成本便宜，可以在串联质谱分析和气相离子化学研究中应用。
综上所述，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (3)

1.一种基于用于产生等离子体与离子间反应的质谱装置的质谱方法，该装置至少包括：
常压电离气室；
与所述常压电离气室导通的质谱离子源产生装置以及排废口；
与所述常压电离气室导通的绝缘材料制成的离子传输管；
套设在所述离子传输管外、与所述常压电离气室导通的反吹气通道；
套设在所述离子传输管外表面、用于激发等离子体的射频电极及其电源；
以及设置于离子传输管另一端的质谱仪；
其特征在于包括以下步骤：
1）与常压电离气室导通的离子源将待测物电离，产生待测离子；
2）通过反吹气通道，向该常压电离气室内通入反应气体；
3）在设置于离子传输管另一端的质谱仪的真空设备作用下，反应气体和待测离子一起抽入到离子传输管中；
4）在离子传输管外壁的射频电极上施加射频电压，用以激发离子传输管内的反应气体，产生等离子体，进而引发待测离子与等离子体间的反应，使待测离子发生离子化学行为；
5）待测离子与等离子体间的反应产生的产物离子，经过离子传输管后，经离子传输系统引入质谱仪，进行质谱分析。
2.根据权利要求1所述的质谱方法，其特征在于，所述射频电极施加的射频电压为3kV，50kHz中频电压，或者为13.6MHz，50W射频电压。
3.根据权利要求1所述的质谱方法，其特征在于，进一步包括以下步骤：反应气体和离子源产生的废液、废气通过与常压电离气室导通的排废口排出。
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