CN103681206A - 用于提供气体样本离子/分子的设备及相应的方法 - Google Patents

Abstract

一种用于从包含样本离子/分子的液滴提供气体样本离子/分子的设备。该设备具有室，该室具有限定室的内部的一个以上的壁，该室被配置成接收包含样本离子/分子的液滴。该设备还具有气流产生部件，该气流产生部件被配置成在室之内产生气体的流动，用于促进室中的液滴的蒸发从而提供气体样本离子/分子。设备被配置成使得在室之内产生的气体的流动抑制室中的液滴与室的一个以上的壁相接触。还提供一种用于提供气体样本离子/分的相应的方法。

Description

用于提供气体样本离子/分子的设备及相应的方法

技术领域

一般而言，本发明涉及一种用于从包含样本离子/分子的液滴中提供气体样本离子/分子的设备，以及相应的方法。

背景技术

概括地，这里所描述的设备和方法可以被视为与关于质谱分析法的设备和方法的增强有关，更佳地，可以被视为与离子/分子的离子/分子收集效率的提高有关，当用于分析的样本离子/分子最初存在于液相时，在大气压力区域中生成该离子/分子。

这种样本离子/分子的公用源为高效液相色谱装置（“HPLC”），该高效液相色谱装置为液相色谱质谱分析法（“LCMS”）的领域中所通常采用的。

质谱仪被广泛地用于确定样本化合物的分子量和结构。用于这种质谱仪的实例质量分析器包括以下类型：四极滤质器（“Q”）、离子回旋共振（“ICR”）、飞行时间（“TOF”）、离子阱和混合变形（hybrid variants）。

存在许多种不同的方法用于在大气压力区域中的样本化合物的电离。例如，本发明可以涉及样本化合物要被提交给用于确定分子质量或者成分或者分子结构的质谱分析的任何设备/方法，其中所述用于分析的样本在气相的电离之前存在于液相中或者在电离的处理过程中进入液相。

近年来，电离方法已经出现了迅速扩大。这些电离方法主要可以分为两类：试图从提交的连续液体流动中提供离子的那些方法，例如但并不局限于ESI、APCI、和APPI，以及试图从静态液体或者在电离处理期间进入液相中的静态样本中提供离子的那些方法。第二类中的众所周知的方法为DESI（例如参见，利用电喷雾解吸电离技术在环境条件下采样的质谱分析法，科学，2004，306，471-473）和API MALDI（例如参见US5965884），但是，近几年来，类似和相关的方法激增，例如参见：常温常压条件下质谱学技术，分析化学的年度综论（Annual Review of Analytical Chemistry），Vol.3：43-65，卷公布日期为2010年7月，在2010年2月5日预先查看在网上首次公布的该文献，DOI：10.1146/annurev.anchem.111808.073702。

在大气压力下气体离子的传输效率的逐步提高已经作为仪器开发的重要领域，并且在工业系统内具有高的关注度。最广泛使用的大气压力电离（“API”）的技术为电喷雾电离（“ESI”），该电喷雾电离首先由Dole等人（M.Dole，L.L.Mack，R.L.Hines，R.C.Mobley，L.D.Ferguson，M.B.Alice，J.Chem，Phys，49，2240，1968）提出的。在ESI中，样本（或者“被分析物”）通常被溶解在液体溶剂中，并且通过应用高压和可选择地应用雾化气体，从细的毛细管产生烟雾剂的样本喷雾。典型地，液体流动从HPLC设备、或者在分离科学之内采用的其它分离方法而产生。

如下所述，本发明可以尤其应用于高流速的HPLC，例如每分钟300到1000微升。

特别参照ESI，液滴可以由从毛细管的端部产生的液体喷射通过在探针和对电极之间应用电位差，并且通常通过提供由同心的毛细管产生的高压气体而形成，该高压气体典型地称为雾化气体。喷雾导致形成细的、带电的液滴，该液滴包含样本离子或者分子。一旦在气相中，溶剂使留下的气相样本离子或者分子蒸发。在现有技术的系统中，在HPLC内典型采用的液体流动速率导致产生很多比在MS分界面内蒸发的溶剂液滴更多的溶剂液滴。例如，参见US6700119，其中从喷雾羽流（plume）的外围只收集非常小部分的离子，因此，只有非常小部分的注射到HPLC中的样本离子可以进入质谱仪，用于检测和识别。加热的气体向喷雾羽流的引入在进入质谱仪入口之前能够帮助液滴的蒸发，其中喷雾羽流或者被布置为相交的流或者被布置为同轴的流。但是，一般而言，通过这种基本布置只能够蒸发非常小部分的液滴。

就目前发明人所知，在LCMS的领域内在所有现有技术的LCMS的各种变型中，采用该典型的“羽流采样（plume sampling)”方案。液滴的存在是有问题的，其问题在于，如果液滴进入质谱仪，那么液滴会污染质谱仪的部件和/或提供检测到的噪声信号，从而降低质谱仪的灵敏度和有效性（特别当喷雾羽流直接指向质谱仪的入口时）。在质谱分析法的某个应用中，污染是个特别关心的问题，例如临床诊断市场，其中用于分析的样本可以包含在血浆、全血或者尿中。这些复合材料的存在会污染离子源，并且防止继续操作质谱仪直到操作者进行了清洗。这样的停机时间对生产率产生损害，并且一般需要熟练的和经训练的操作者。

众所周知，ESI允许形成大范围的离子质量，例如从少于20Da到与1MDa一样大的离子。还已知一种“软”电离技术，该电离技术已经成为分析生物分子的关键技术，并且已经改革了质谱分析法。

除了ESI之外，可以在大气压力或者高压下使用许多其它的离子产生方法。例如，MALDI，尽管最初被开发作为高真空电离方法，但是目前在大气压力下也被例行使用（US5965884）。大气压力离子源具有产生离子的区域，以及一个以上的孔或者毛细管，通过一个以上的孔或者毛细管，离子被传输或者传送到第一真空区域，第一真空区域最通常被差动抽吸，也就是说，采用泵来将第一区域维持在大于质量分析器区域的压力，取决于质量分析器的类型，该质量分析器区域典型地在10^-3mbar到10^-10mbar的压力范围内操作。

当使用ESI源时，离子通常在“载体”气体之内的大气压力或者接近大气压力的区域中被最初形成。为了使气相离子进入质量分析器的低压区域，由于离子从大气区域被传输并且到质量分析器中，因此离子一般必须与载体顺序地分离。取决于离子源和分界面的设计，离子的比例可以位于溶剂液滴的范围内，并且可以被携带到包含在溶剂液滴内的中间真空区域中。

为提高API的离子收集已经进行了许多尝试。

例如，US6207955描述了使用特别配置的相交的气流以通过对液滴施加附加的切变力来帮助液滴蒸发。

作为另一个实例，US6177669描述了具有布置成使电喷雾相交的涡流气流的API界面，用于将喷雾内的较大的液滴与较小的液滴分离。据那些发明人所说，涡流气流对液滴施加离心力，并且使得大量的液滴进入包含管的外壁中并且通过蒸发和与室壁发生碰撞从而使得它们粉碎成较小的液滴。涡流气流似乎通过使得喷雾成漩涡，从而允许从热的气体到喷雾的液滴的热传递有更多的时间，来帮助离子蒸发。但是，发明人想要指出的是，这样布置在喷雾与室的壁强有力地相互作用时会导致污染的问题，从而在许多应用程序中，在阻塞或者故障只有仅有很短的间隔会起作用。

API源技术的进一步开发为引入如US6818888所描述的涡流构造，在这种情况下，被具体应用于大气压力化学电离（APCI）。本专利对教导从气体流到液滴流的传递热的方法的观点感兴趣，在这种情况下，将中性被分析物分子释放到气相中用于通过电晕放电销的后续电离。

US7595487公开了限制/聚焦涡流传输结构，包括限制/聚焦涡流传输结构的质谱分析系统，使用限制/聚焦涡流传输结构的方法，使用质谱分析系统的方法，传输液滴和离子的方法，蒸发液滴和脱溶剂离子的方法等等。

US7145136提出实现细长的流动路径的方法，该细长的流动路径不是轴匀称或者形成为涡流的所必须的。

虽然发明人已经观察到气流的涡流结构似乎先前已经认为与API界面内的液滴蒸发的问题相关，但是发明人已经观察到在如上所述的变形（Varian）（US6207955、US6177669、US6818888）和Fedorov（US7595487）专利的情况下，液滴蒸发的可能性是基于给予气流和液滴的轨迹的旋涡形式。即，液滴的轨迹与流速的切向与轴向的比值成比例的延长。发明人已经观察到这些现有技术方法有以下缺点：大的气体消耗量、室壁上的大量液滴的损失和喷雾羽流的不完全处理。

发明内容

根据上述考虑事项设计了本发明。

发明的第一方面可以提供一种用于从包含样本离子/分子的液滴提供气体样本离子/分子的设备，该设备具有：

室，该室具有限定所述室的内部的一个以上的壁，所述室被配置成接收包含样本离子/分子的液滴；

气流产生部件，该气流产生部件被配置成使得在所述室内产生气体的流动，用于促进所述室中的液滴的蒸发，从而提供气体样本离子/分子；

其中，所述设备被配置成使得在所述室之内产生的气体的流动抑制室中的液滴与室的所述一个以上的壁相接触。

如此，液滴（和包含在液滴内的任何非挥发性材料）对室的一个以上的壁的污染能够得到抑制，接着能够帮助设备在不会发生阻塞/故障的情况下运行很长一段时间。

为了避免任何疑虑，气体的流动可以以许多不同的方式促进室中的液滴的蒸发。

例如，气流产生部件可以被配置成在室内产生加热的气体的流动，该室通过将热能传递到液滴来促进室中的液滴的蒸发。

作为另一个实例，室内的气体的流动可以通过使液滴受到剪切力，较佳地液滴受到大的剪切力，来促进室中的液滴的蒸发。

作为另一个实例，室内的气体的流动可以通过帮助延长室中的液滴的停留时间来促进室中的液滴的蒸发。这里，通过利用能量输入装置可以进一步促进液滴的蒸发（例如参见下文）。

如技术人员所理解的，两个以上的这些处理可以组合进行工作。

较佳地，所述设备被配置成使得在所述室之内产生的气体的流动基本上防止所有的液滴与室的所述一个以上的壁相接触。

较佳地，设备被配置成使得在室之内产生的气体的流动在室之内的至少在空间的区域中具有涡流或者漩涡结构。例如，室可以具有气体的流动绕其成漩涡的轴。

在这里，例如，室的“轴”可以为室的中心轴、室的旋转对称的轴和/或室的壁或者一部分壁可绕其旋转的轴。

较佳地，设备被配置成使得在室之内产生的气体的流动在室之内建立压力梯度。在这里，在室内建立的压力梯度还可以被称为“压力分布图”或者“压力分布”。

较佳地，由气体的流动建立的压力梯度包括室之内的空间的第一区域，该空间的第一区域具有比室内的空间的第二区域的压力大（例如静态的）的压力，其中空间的第一区域在至少一个维度上围绕空间的第二区域。较佳地，空间的第二区域与室的一个以上壁间隔一定距离。已经发现建立具有这种结构的压力梯度的气体的流动在抑制液滴与室的一个以上壁相接触方面是有效的。

不想要受到理论的限制，人们认为建立具有这个结构的压力梯度的气体的流动通过朝着空间的第二区域推动室中的液滴，而能够抑制室中的液滴与室的一个以上壁相接触。

这是有利的，由于室内的液滴的停留时间能够被延长，所以帮助增加被蒸发的液滴的比例。

较佳地，空间的第一区域在三个维度上（而不是仅仅在一个或者两个维度上）围绕空间的第二区域，例如因此抑制液滴在三个维度上与室的一个以上壁相接触，而不是仅仅在一个或者两个维度上。

较佳地，通过气体的流动建立的压力梯度将室中的液滴只限于虚拟室，该虚拟室为室内的空间的区域。虚拟室可以与空间的第二区域相对应。例如，虚拟室可以与空间的第二区域相一致、在空间的第二区域的范围内或者与其相同。

较佳地，室中的大多数液滴通过压力梯度被限制于虚拟室。较佳地，室中的大致所有的液滴通过压力梯度被限制于虚拟室。

但是，应当注意，由于例如如果室具有配置成允许气体离开室的出气口，那么有些液滴可以（例如在空间的第二区域中经过一段时间之后）与出现的任何非挥发性材料一起经由那个出口离开室（因此离开虚拟室），因此不需要所有的液滴（和在蒸发液滴之后剩余的任何非挥发性材料）通过压力梯度总是被限制于虚拟室的情况。

可以是这样的情况：使得出现的任何非挥发性材料经由出气口离开室。气阱（gas trap）可以具有有限的停留时间，而在这样情况下，可能有有些液滴会在室中存在比有限的停留时间更长的时间的统计概率。

较佳地，设备蒸发由室接收的大部分的液滴，更较佳地蒸发大多数的液滴，更较佳地蒸发大致所有的液滴。

室内的空间的第一区域能够被视为提供“挡板”，该“挡板”朝着空间的第二区域和/或虚拟室推动室中的液滴。

通过气体的流动设置的压力梯度可以被称为“气阱”，这是由于它的作用在于（较佳地）将液滴限制于虚拟室。

更一般地说，设备被较佳地配置成，在室内产生的气体的流动提供挡板，该挡板朝着与室的一个以上的壁间隔一定距离的室内的空间的区域推动室中的液滴，更较佳地，将室中的液滴限制于上述空间的区域。较佳地，室中的大多数液滴通过挡板被限制于空间的区域。更较佳地，室中的大致所有的液滴通过挡板被限制于空间的区域。

这里，较佳地，“挡板”通过由气体的流动建立的压力梯度（如上所述）被设置，并且通过该挡板朝着其推动液滴（更较佳地，液滴被限制于其）的空间的区域为如上所述的“虚拟室”。

较佳地，由于已经发现为液滴提供特别的有效挡板，从而在如上限定的空间的第一区域（或者“挡板”）内的气体的流动具有涡流或者漩涡结构。

较佳地，设备被配置成，液滴在室中的平均停留时间（假定液滴没有被蒸发，液滴进入室和从室排出之间的时间）比现有技术方法的长，例如1毫秒以上、10毫秒以上、50毫秒以上、100毫秒以上或者200毫秒以上。给定设备的停留时间较佳地被直接测量，但是也可以例如通过仿真设备被测量。典型，液滴的停留时间可以为气体的停留时间的2至4倍，但是在有些特殊情况下，液滴的停留时间可以等于气体的停留时间。

较佳地，室具有配置成允许气体进入室的进气口。室还具有配置成允许气体从室排出的出气口。进气口和/或出气口可以视为被包括在气流产生部件中。

较佳地，室内的气体的流动为到达出气口的气体的流动的至少一部分朝着进气口向后返回。

较佳地，室内的气体的流动具有内部区域和外部区域，在该外部区域中，气体的流动具有“向前”方向上的轴向速度，该“向前”方向可以为朝着出气口延伸的方向。内部区域可以接近于室的轴。外部区域可以在内部区域的外侧和/或绕内部区域延伸，和/或可以接近于室的侧壁。较佳地，室内的气体的流动还具有中间区域，该中间区域在内部区域和外部区域之间，且在该中间区域中，气体的流动具有与“向前”方向相反的“反向”反向上的轴向速度，该“相反”方向可以为从出气口向进气口延伸的方向。这里，“轴向速度”指的是沿室的轴的速度。

已经发现具有这种结构的气体的流动在抑制液滴与室的一个以上壁相接触方面是有效的。

如技术人员所理解的，该设备可以以各种方式被配置成在室中产生具有如上所述的特性的气体的流动。

例如，将设备配置为产生如上所述的气体的流动可能涉及将进气口配置为引导气体沿室的轴的切线方向地进入室，该轴可以是室的中心轴和/或旋转对称的轴。

例如，将设备配置为产生如上所述的气体的流动的配置可能涉及例如以考虑室的尺寸和/或形状的方式，选择进气口和出气口之间的压力下降。

例如，将设备配置为产生如上所述的气体的流动可能涉及例如以考虑室的尺寸和/或形状的方式，选择进气口和/或出气口的位置，。

例如，将设备配置为产生如上所述的气体的流动的配置可能涉及使用模拟，例如计算流体动力学（“CFD”）模拟，以确定和/或优化参数，该参数可以包括进气口和/或出气口的位置、室的尺寸、进气口和出气口之间的压力下降、气体进入室的方向中的任何一个或者多个。

较佳地，室具有样本入口，并且室被配置成在样本入口处接收包含样本离子/分子的液滴。

样本入口较佳地位于与室的进气口相同的室的端部。样本入口较佳地被安置为使得通过气体的流动，抑制（较佳地防止）由室在样本入口处接收的包含样本离子分子的液滴与室的一个以上的壁相接触。实际上，这可能意味着样本入口位于室的中心轴上或者接近该中心轴，或者不是太接近于室的侧壁。

较佳地，室包括样本出口。

样本出口可以位于许多不同的地方并且可以包括一个以上的开口。

例如，样本出口可以包括位于室的侧壁的一个以上的开口，室的侧壁可以为室的外壁。

例如，样本出口可以包括位于室的内壁的一个以上的开口，室的内壁在室的外壁的内部。

较佳地，设备包括一个以上的电极，该一个以上的电极被配置成在室内产生电场，以朝着样本出口引导气体的样本离子（例如，可以从由室接收的包含样本离子/分子的液滴被释放），以致气体的样本离子经由样本出口从室排出。

如下文中更具体地描述，液滴的含量（例如不管液滴包含样本离子还是包含样本分子）一般而言将通过用于产生液滴的技术被确定。如果液滴包含样本分子（例如，除了样本离子之外的或者代替样本离子），那么设备较佳地包括电离装置，该电离装置用于电离从液滴释放的样本分子，以便例如提供样本离子。

而且，应当注意，有些样本分子可以在液滴蒸发处理期间变成被电离。例如，如果液滴具有过量电荷，例如具有过量的氢离子，并且这些氢离子在液滴蒸发时被样本分子吸收，那么那些样本分子可以在液滴蒸发处理期间变成样本离子。

例如，电离装置可以包括电晕放电针。在使用时，可以向电晕放电针施加高电压，电晕放电针较佳地为尖锐的针。电晕放电针通常位于喷雾羽流之内。因此，如果存在，则电晕放电针可以被放置在如上所述的虚拟室内或者接近于虚拟室。

较佳地，一个以上的电极被配置成，通过一个以上的电极产生的电场的方向在室内的至少空间的区域（较佳地整个空间）中基本上与气体的流动正交（例如，相对于气体的流动以70°到110°的角度，更较佳地以80°到100°的角度，更较佳地以85°到95°的角度）。如此，即使气体的流动以高速度移动，样本离子也能够在有气体的流动的情况下被电场有效地移动。

至少空间的区域例如可以包括上述空间的第一区域（如上所述，可以被描述为提供“挡板”）和/或虚拟室，在该至少空间的区域中，通过一个以上的电极产生的电场的方向基本上与气体的流动正交。

为了避免任何疑虑，电场可以作用于气体的流动的延长部或者在区域局部作用于样本出口。

限定室的内部的室的一个以上的壁可以包括侧壁，例如，侧壁可以平行于室的轴。

较佳地，限定室的内部的室的一个以上的壁可以包括从圆筒形壁、环形壁、圆锥形壁、盘旋形壁或者螺旋形壁中选择的壁，但是并不局限于上述壁。

如此，本发明可以延伸到圆筒形、环形、圆锥形、盘旋或者螺旋形的几何形状，其中几何形状可以对于提供建立如上所述的压力梯度的气流特别有效。尽管下文仅仅详细调查了圆筒形壁，但是相同或者相似的原理也适用于环形、圆锥形、盘旋和螺旋形的几何形状。其它几何形状也是可以。

较佳地，室的壁的至少一部分被配置成绕室的轴旋转。

较佳地，室的壁的至少一部分被配置成以小于Vsound/2πR的角旋转速度绕室的轴旋转，其中Vsound为室中的局部声速，R为室的内半径。

如下文中更详细地说明，已经发现具有被配置成绕室的轴旋转的室的壁的至少一部分可以帮助降低设备的气体消耗量。

作为气体从室流出的结果，室的壁的至少一部分（为了避免任何的疑虑，可以为完全的壁或者仅仅为壁的一部分）可以被配置成绕室的轴旋转。最后，配置成旋转的室的至少一个壁可以包括一个以上的部件，用于从经由出气口从室流出的气体提取能量。例如，用于提取能量的部件可以类似于涡轮叶片。

选择性地或者另外地，壁的至少一部分可以被配置成借助外部能源，例如马达或者压缩机，来绕室的轴旋转。

较佳地，设备包括能量输入装置，该能量输入装置被配置成通过向液滴（直接或间接）供应能量来促进液滴的蒸发。

作为非限制的实例，能量输入装置可以包括从以下选择的一个以上的装置：

用于加热经由进气口进入室中的气体的加热装置；

用于加热室的加热装置；

用于向室供应微波的微波源；和/或

用于向室供应声学振动的声学装置。

较佳地，气体流动产生部件包括气体供应。

例如，气体供应可以被配置成在室内产生净化氮或者净化空气的流动。也可以使用其它气体。

作为非限制的实例，气体供应可以包括以下中的任何一个：

压缩气筒；

较佳地为无油的压缩机（例如，配置成在室内产生净化的/过滤的空气）；

氮产生器（例如，配置成在室内产生氮的流动）。

典型地用于API的气体供应典型地包括压缩气筒或者氮产生器。

选择性地，代替包括气体供应，气体流动产生部件可以简单地包括连接到室的出气口端口的真空泵，以便例如在出气口端口处提供低于大气压力（例如500mbar）的压力。如此，由于出气口端口处的较低的压力，因此室内的气体的流动可以通过大气压力下的气体被拉入室的进气口中而被产生。

典型地，室将被配置成接近于大气压力进行操作，但是同样地，室可以被配置成入口部和出口部都在大气压力以上或者都在大气压力以下。

为了避免任何疑虑，这里所述的“入口”或者“出口”（例如，样本入口、样本出口、进气口、出气口）可以包含大于一个的开口，并且不应理解为仅限于一个开口。

较佳地，设备被配置成使得进气口处的压力大于出气口处的压力，以便例如在室内产生气体的流动。例如，可以通过使泵连接到出口来实现。

在有些实施例中，进气口和出气口可以都在大气压力以上或者以下。

较佳地，设备被配置成使得室内的空间区域具有100以上、200以上、500以上或者1000以上的湍流粘度比。已经发现这种条件可以帮助促进液滴的蒸发。具有这种湍流粘度比的空间区域可以与空间的第二区域或者如上所述的虚拟室重叠、在空间的第二区域或者虚拟室的范围内或者相反与之相对应。

较佳地，气体供应（或者热输入/能源供应）被配置成响应于一个以上的传感器来调节室内的气体的流动，该一个以上的传感器例如位于室的出口中或者在室的出口处。一个以上的传感器可以包括例如配置成检测流出物的液滴密度的传感器，例如气溶胶粒子计数器。

较佳地，设备包括液滴源，该液滴源被配置成产生要被室接收的包含样本离子/分子的液滴。

较佳地，液滴源被配置成在（或者接近）大气压力下产生包含样本离子/分子的液滴。如本技术领域中所已知的，液滴源可以产生包含样本离子的液滴以及载体气体。

较佳地，液滴源被配置成在大气压力、在大气压力以上或者以下产生包含样本离子/分子的液滴。

较佳地，液滴源被配置成以液滴的喷雾、喷雾羽流或者轻雾产生包含样本离子/分子的液滴。

这里的许多论述都是假定通过电喷雾电离（“ESI”）源来产生液滴。但是，技术人员将容易地评价这里所描述的设备和方法将同样与其它的液滴的源起作用，因此本发明不应理解为限制于ESI源。

作为非限制性实例，液滴源可以包括以下中的任何一个：

电喷雾电离（“ESI”）源；

大气压力化学电离（“APCI”）源；

大气压力光学电离（“APPI”）源；

解吸电喷雾电离（“DESI”）源；

大气压力基质辅助激光解吸/电离（“API MALDI”）源；

热喷射电离源；

配置成使用电流动聚焦的源。

这里应当注意，一些液滴源（例如ESI）属于产生的液滴一般包含样本离子的种类，而其它的液滴源（例如APCI、APPI）属于产生的液滴一般包含样本分子的种类。为了避免任何的疑虑，设备可以包括属于这些种类中的任何一种的液滴源，正如本领域的技术人员所理解的。

ESI源是较佳的。为了避免任何的疑虑，ESI源可以包括多个ESI放射源。

较佳地，设备包括至少一个附加的室，该至少一个附加的室被配置成经由（原始）室中的样本出口来接收来自（原始）室的气体样本离子。至少一个附加的室可以包括离子聚焦和/或传输部件。至少一个附加的室较佳地处于比（原始）室中的压力低的压力。

作为非限制性实例，包括在至少一个附加的室中的离子聚焦部件和/或传输部件可以包括用于产生静态电场的一个以上的电极、用于产生无线电频率（“RF”）电场的一个以上的电极和/或气流聚焦部件。

至少一个附加的室较佳地配置成具有比（原始）室中的压力低的压力。

设备可以被包括在质谱仪中，该质谱仪也具有配置成分析来自室的气体样本离子的质量分析器。

作为非限制性实例，质量分析器可以包括以下中的任何一个：

四极滤质器（“Q”）；

三重四极质谱仪；

离子回旋共振（“ICR”）质量分析器；

飞行时间（“TOF”）质量分析器；

一个以上的RF离子阱（例如“Paul阱”）；

一个以上的静电离子阱；

以上所述的混合变形。

至少一个附加的室（如果存在）可以为质量分析器的一部分，或者可以将设备连接到质量分析器。

发明的第二个方面可以提供一种根据发明的第一个方面的设备，其中省略气流产生部件。

因此，发明的第二个方面可以提供一种用于从包含样本离子/分子的液滴提供气体样本离子/分子的设备，该设备具有：

室，该室具有限定室的内部的一个以上的壁，室被配置成接收包含样本离子/分子的液滴；

其中，设备被配置成使得在室之内产生的气体的流动抑制室中的液滴与室的一个以上的壁相接触。

其中省略气流产生部件的设备可以包括与发明的第一个方面有关的如上所述的任何特征，除了省略了气流产生部件以外。

发明的第三个方面还可以提供与根据发明的第一方面的设备相对应的方法。

例如，发明的第三个方面可以提供一种方法，该方法可以从包含样本离子/分子的液滴提供气体样本离子/分子，该方法包括：

在具有限定室的内部的一个以上的壁的室中接收包含样本离子/分子的液滴；

在室之内产生气体的流动，用于促进所述室中的液滴的蒸发，从而提供气体样本离子/分子；

其中，在室之内产生的气体的流动抑制室中的液滴与室的一个以上的壁相接触。

方法可以包括实现或者对应于与发明的任何上述方面有关地描述的任何设备特征的任何方法步骤。

例如，在室内产生的气体的流动可以防止基本上所有的液滴与室的一个以上的壁相接触。

例如，在室内产生的气体的流动在室内的至少空间的区域中可以具有涡流或者漩涡结构。

例如，室内产生的气体的流动可以在室内建立压力梯度，由气体的流动建立的压力梯度包括室内的空间的第一区域，该空间的第一区域的压力比室内的空间的第二区域的压力大，其中空间的第一区域在至少一个维度上围绕空间的第二区域，并且空间的第二区域与室的一个以上的壁间隔一定距离。

例如，室内的气体的流动可以具有内部区域、外部区域以及中间区域，在该外部区域中，气体的流动具有向前方向上的轴向速度，该中间区域在内部区域和外部区域之间，且在该中间区域中，气体的流动具有与向前方向相对的相反方上的轴向速度。

例如，方法可以包括基本上蒸发由室接收的所有的液滴。

例如，气体的流动可以为室中的液滴的平均停留时间为1毫秒以上。

例如，室可以包括样本出口，并且方法可以包括在室产生电场以使气体样本离子指向样本出口，以使气体样本离子经由样本出口从室排出。电场可能在室内的至少空间的区域中基本上与气体的流动正交。

例如，限定室的内部的室的一个以上的壁可以包括从圆筒形壁、环形壁、圆锥形壁、螺线形壁或者螺旋形壁中选择的壁。

例如，方法可以包括室的壁的至少一部分绕室的轴旋转的步骤，例如由于从室流出的气体或者借助外部能源。

例如，方法可以包括通过例如利用加热装置、微波的源或者声学仪器向液滴供应能量来促进液滴的蒸发的步骤。

例如，室内的空间的区域可以具有100以上的湍流粘度比。

例如，方法可以包括响应于位于室的出口中或者在室的出口处的一个以上的传感器，来调节室内的气体的流动的步骤。

例如，方法可以包括例如利用如上所述的液滴源产生要被室接收的包含样本离子/分子的液滴的步骤。

例如，方法可以包括经由室中的样本出口在至少一个附加的室中接收来自室的气体样本离子/分子的步骤。

例如，方法可以包括例如用质量分析器分析来自室的气体样本离子的步骤。

当任何设备特征在这里都被描述为“配置成”达到某些效果时，这可能会局限于当使用设备时的次数，并且可以因此添加术语“当使用设备时”。

本发明还包括所描述的各方面和较佳特征的任何组合，除了组合是明显不许可的或者明确避免的以外。

附图说明

在下文中参照附图论述我们申请的实例：

图1图解用于从包含样本离子/分子的液滴提供气体样本离子/分子的设备1。

图2是在图1的设备1中使用的第一室120的侧视图。

图3是图解“虚拟室”132的图2中所示的第一室120的侧视图。

图4是沿图2中的线A-A的如图2所示的第一室120的截面图。图4还显示第一室120的进气口124和出气口126，即使这些通过线A-A位于截面之外。

图5（a）图解在图2所示的第一室120内的模拟的液滴轨迹。

图5（b）图解在图2所示的第一室120内的湍流粘度比的模拟的轮廓。

图5（c）图解用于图2所示的第一室120的x-z平面中的模拟静压轮廓。

图6是图解在图2所示的第一室120内的气体的切向速度的示意图。

图7是用于图1的设备1的第二室220的侧视图。

图8是用于图1的设备1的第三室320的侧视图。

图9是用于图1的设备1的第四室420的侧视图。

图10是用于图1的设备1的第五室520的侧视图。

图11（a）是图解用于图1的设备1的第六室620的三维图。

图11（b）是显示切向速度的大小沿着图2所示的第一室120（虚线）和图11（a）所示的第六室620（实线）的长度如何随着轴向位置而改变的曲线图。

图11（c）是图解图11（a）所示的第六室620的示意图。

具体实施方式

一般而言，下文的讨论描述涉及用于质谱分析的离子传输装置的我们的申请的实例。

本公开较佳地涉及用大气压力电离（“API”）的改进的离子收集，用于质谱分析应用，较佳地涉及到提高高流动性电喷雾的效率，其中电喷雾接收来自HPLC的洗脱液，如LCMS的领域中所普遍采用的。发明人所已知的所有现有技术系统具有由微小尺寸的液滴组成的强偏离的喷雾，并且只有可用离子的小部分通过质谱仪被采样。本公开较佳地提供捕获液滴的部件和用于使离子分离并聚焦，从而使离子被释放到质谱仪的入口孔中的部件，其中所述液滴是由于突然出现的液体喷射的混合带电体和气体动态损坏从而延长流动并限制喷雾的液滴的流动，因此由LC洗脱液形成的。

本公开可以提供用于从气流提取离子的电聚焦部件，并且可以产生比现有技术的装置更高的离子收集效率，以及更高的灵敏度和更低的检测的限制。本公开可以另外提供将样本离子/分子与非挥发性材料分离的部件，其中非挥发性材料可以与样本一起出现或者存在于另外将会污染质谱仪的部件的溶剂中。

一般地说，这里所公开的装置和方法与现有技术发展的不同之处在于：

1.气流结构可以被应用于大气压力电离（“API”）方法，并且能够在LCMS及以高压进行的其它的静电或者直接电离方法中被采用。这些新的特征具有以下优点：要被蒸发的液滴可在气流结构内被捕获，从而它们不会到室的壁，能够减少损失，非挥发性材料能够从室排出而不会污染内表面，因而能够获得API界面的稳定性。

2.电场可以在基本上与局部气流、或者与超过其流动的延长部分的气流、或者与室的大部分或者基本上所有室中的气流大致正交的方向上被应用。这样布置对于现有技术中所描述的发明人的知识来说是不知道的，并且可以有效地使离子与气流、以及与起源于用于分析的样本、LC洗脱液或者样本基质的任何未蒸发的液滴、非挥发性材料分离。

3.液滴蒸发的新的机构可以被更有效引入。例如，微波加热和超声波振动可以被有利地应用于辅助或者帮助液滴蒸发。与单独使用加热气体的热传递相比，这些方法具有更有效蒸发液滴的优点，这就可能会使得电力减少。

一般地说，本公开可以提供具有使得液滴的蒸发最大化的条件的环境，以便继续有效地释放到样本离子的最高比例的气相。此外，液滴的蒸气压力较佳地大致保持在平衡条件以下，这可能导致连续的液滴蒸发。这些条件较佳地为这样的条件：在该条件下，来自液滴的表面的物质的蒸发和凝结之间的平衡在有利于减少液滴尺寸的方向上偏移。一般地，这是周围气体的低压和高温。附加的能量可以被应用于系统以加速接近平衡状态的处理，并且将来自液体的更多的样本离子和分子释放到气相。此外，液滴在环境中的时间越长，系统液滴/蒸气的状态越接近平衡。因此，较佳地，在液滴通过废气并且作为废物被抽出之前，在室中创建气流的结构以使得液滴在室中存在延长的时间。

为了蒸发以作为典型流速的1ml/min的流速传递的液体流，可能需要一定的功率来克服液滴的蒸发潜热。需要的功率可能取决于溶剂组成，该溶剂组成可能在LC分析的过程中发生改变。典型地，必须将近似100瓦特的功率传递给喷雾羽流以提供总的蒸发。在这方面与现有技术系统相关的问题不是在于缺乏传递到加热的气流的功率，而是缺乏功率传递到喷雾羽流中的效率。在这里所公开的设备和方法中，喷雾羽流较佳地在延长的区域的范围外被捕获，以便为能量传输提供更长的时间。在这里教导用于从气流向液滴传输能量的各种方法。但是，单独来自气流的可用能量可能会不足，因此可能想喷雾羽流引入不同形式的附加的能量。因此，本公开还教导例如通过加热气流、或者通过添加微波或者通过添加超声波振动向液滴可选择地传输能量。

本公开教导设备和方法的范围。在简单的构造中，“离子富集（ion enrichment）”室可以具有圆筒形。在这个简单的结构内，有可以实际被实现的几个实施例。这些实施例相对于进气口端口和出气口端口的相对位置和净流量（net flow）方向是不同的。但是，室可以同样具有其它的形式，并且本发明并不局限于圆筒形系统。例如，同样可以用圆锥形或者环形形式建立适当的气流结构。后者为循环系统的实例：例如，液滴一次或多次穿过室而不会使主流方向反向。诸如盘旋形的更复杂系统能够带来附加的特征和新的优点。

图1图解用于从包含样本离子/分子的液滴提供气体样本离子/分子的设备1。

设备1较佳地具有室20和气流产生部件50。

气流产生部件50较佳地包括气体供应，例如，该气体供应可以包括压缩气筒或者氮产生器。

设备1还可以包括液滴源60。设备还可以包括质量分析器70，该质量分析器70被配置成分析来自室20的气体样本离子，在这样的情况下，设备1可以被视为质谱仪。

室20较佳地具有限定室20的内部的一个以上的壁。室20较佳地被配置成接收来自液滴源60的包含样本离子/分子的液滴。

气流产生部件50较佳地被配置成在室20内产生气体的流动，用于促进室20中的液滴的蒸发，从而提供气体样本离子/分子。

较佳地，液滴源60被配置成较佳地在大气压力下产生包含样本离子/分子的液滴。如技术领域所已知的，液滴源60可以产生包含样本离子的液滴以及载体气体。较佳地，液滴源60被配置成以液滴的喷雾、喷雾羽流或者轻雾产生包含样本离子/分子的液滴。

作为非限制性的实例，液滴源60可以包括以下中的任何一个：

电喷雾电离（“ESI”）源；

大气压力化学电离（“APCI”）源；

大气压力光学电离（“APPI”）源；

解吸电喷雾电离（“DESI”）源；

大气压力基质辅助激光解吸/电离（“API MALDI”）源；

热喷射电离源；

配置成使用电流动聚焦的源。

作为非限制性的实例，质量分析器70可以包括以下中的任何一个：

四极滤质器（“Q”）；

三重四极质谱仪；

离子回旋共振（“ICR”）质量分析器；

飞行时间（“TOF”）质量分析器；

一个以上的RF离子阱（例如“Paul阱”）；

一个以上的静电离子阱；

以上所述的混合变形。

参照图2，用于图1的设备1的第一室120较佳地具有限定第一室120的内部的一个以上的壁，并且较佳地包括圆筒形侧壁122。由于从下文的论述中将变得显而易见，因此第一室120可以被称为“离子富集室”。

如图2所示，第一室120较佳地具有进气口124，该进气口124位于第一室120的入口端120a，并且被配置成允许气体进入到室120中。第一室120较佳地还具有出气口126，该出气口126位于第一室120的出口端120b，并且被配置允许气体从室120排出。进气口124和出气口126可以被视为包括在气流产生部件50中。

在使用时，进气口124处的压力较佳地大于出气口126处的压力，以便在第一室120内产生气体的流动。

第一室120还具有样本入口128，或者“喷雾入口”，在该样本入口128处，例如在大气压力下的包含样本离子/分子的液滴的喷雾可以从液滴源60被接收。样本入口128较佳地位于第一室120的入口端120a处。第一室120可以在大气压力、大气压力以上或以下被操作。

例如，进气口124、出气口126、样本入口128和样本出口130（如下所述）中的每一个都可以分别采用一个以上的端口、孔或者狭缝或者其它开口的形式。

返回参照图1，设备1被较佳地配置成使得在室20内产生的气体的流动抑制室中的液滴，较佳地防止室中的基本上所有的液滴，与室20的一个以上的壁相接触，如将在下文中更详细说明的。

更较佳地，设备1被配置成使得在室内产生的气体的流动在室内建立压力梯度（也可以称为“压力分布图”）。较佳地，通过气体的流动建立的压力梯度包括室内空间的第一区域，该室内空间的第一区域的（例如，静态的）压力比室内空间的第二区域的压力大，空间的第一区域在至少一个维度上围绕空间的第二区域，较佳地在三个维度上围绕空间的第二区域。较佳地，空间的第二区域与室的一个以上的壁间隔一定距离。

不想要受到理论的限制，人们认为建立具有该结构的压力梯度的气体的流动通过朝着空间的第二区域推动第一室120中的液滴而能够抑制第一室120中的液滴与第一室120的一个以上的壁相接触。这样的优点是，由于第一室120内的液滴的停留时间能够被延长，所以帮助增加被蒸发的液滴的比例。

较佳地，通过气体的流动建立的压力梯度将室中的液滴只限于虚拟室132，该虚拟室132为第一室120内的空间的区域（见图3）。虚拟室132可以与空间的第二区域相对应。例如，虚拟室132可以与空间的第二区域相重接、在空间的第二区域的范围内或者与其相同。较佳地，第一室120中的大多数液滴通过压力梯度被限制于虚拟室132。较佳地，室中的大致所有的液滴通过压力梯度被限制于虚拟室132。

室内空间的第一区域能够被视为提供“挡板”，该“挡板”朝着空间的第二区域和/或虚拟室132推动室中的液滴。

通过气体的流动建立的压力梯度可以称为“气阱”，这是由于它的作用在于将液滴（较佳地）限制于虚拟室132。“气阱”较佳地具有气体动态流动特性，该气体动态流动特性使液滴相对缓慢地传输通过室，同时防止大致所有的液滴与室的一个以上的壁相接触。

设备1可以包括附加的室140，该附加的室140被配置成经由第一室120中的样本出口130，接收来自第一室120的气体样本离子/分子。对于第一室120，样本出口130大致位于第一室120的轴线上，且在第一室120的输出端120b处。

返回参照图2，进气口124较佳地被配置成引导来自气流产生部件50的气体，以相对于第一室120的轴线121切线方向地进入第一室120。

较佳地，进气口124处的气体压力相对地高于第一（“离子富集”）室120内的（平均）压力，并且附加的室140中的（平均）压力较佳地低于第一室120中的压力。

较佳地，设备1被配置成在室内产生的气体的流动在第一室120内的至少空间的区域中具有涡流或者漩涡结构，空间的区域可以与如上所述的空间的第一区域相对应。因此，在进气口124处进入的气体的流动可以绕第一室120的轴线成漩涡，即，绕第一室120的轴线进行旋转移动，同时120b沿着轴线朝着出口端移动。这里，气体的最大速度较佳地处于第一室120的周围。尽管没有必要直接排出，但是大多数的气流一般将经由出气口126从第一室120排出。相对小比例的气体可以经由样本出口130从第一室120排出，以便被附加的室140接收。

如上所述，包含样本离子的喷雾羽流较佳地通过喷雾入口130被第一室120接收到，该喷雾入口130对于第一室120大致位于第一室120的轴线上，且在第一室120的输入端120a。

在几何和物理参数的某个值，第一室120内的气体的流动较佳地具有这样的结构：在到达出口端120b时的气流的至少一部分朝着它的入口端120a向后返回，然而仍然维持强的漩涡，即，旋转的流动路径。为了避免任何的疑虑，进气口124、出气口126、样本入口128和样本出口130的位置并不局限于图2所示的位置，这是由于例如设备的最优化可以使得这些位置被改变。

我们注意到，如上所述的气体动态结构在兰克-赫尔胥（Ranque-Hilsch）管的概念上是类似的，该兰克-赫尔胥管被用于工程应用的范围内。这些应用包括，但不局限于涡流冷却器、涡流调节器、涡流恒温调节器、漩涡燃烧器（包括起火器，即，具有火焰前锋的稳定性）、基于涡流管的热泵[Ranque,G.J.Experiments on expansion in a vortex with simultaneousexhaust of hot air and cold air.Le Journal de Physique et Le Radium,4(7)pp112-115,1933。Hilsch,R.The use of expansion of gases in a centrifugal field as cooling process.The Review ofScientific Instruments,18(2)pp108-113,1947A。Gutsol.The Ranque effect.Physics-Uspekhi,40(6):639–658,1997。L.Khodorkov,N.V.Poshernev,and M.A.Zhidkov.The vortex tube—auniversal device for heating,cooling,cleaning,and drying gases and separating gas mixtures.Chemical and Petroleum Engineering,39(7-8):409–415,July2003]。但是，以发明人的知识，具有这种类型的结构的气流以前未被考虑到用于限制包含样本离子/分子的液滴。

不希望受到理论的限制，发明人相信在某个直径以下的液滴，如～10um以下，将“可靠地”跟随第一室120中的切线方向的气流。因此，如果样本离子/分子（例如以喷雾的形式）以某个半径被导入，则认为液滴将保持在那个半径，而在这样的情况下，将不会经历向外扩散。当在轴线上喷射喷雾时，发明人相信液滴一般将展开到某个半径，并且不会进一步展开，其中对于该某个半径，气流是足够高的。因此，根据当前的了解，样本入口128的位置是重要因素，由于如果样本入口128太接近于第一室120的周围，那么液滴将到达室壁。

不希望受到理论的限制，人们相信建立的气流结构的结果在于，有效地形成（相对高压力的）气体“屏障”，该气体“屏障”有效地提供挡板，该挡板限制如上所述的虚拟室132内的喷雾羽流的大致所有的液滴。这里，参照图3，图3显示具有一般的圆筒形形状的虚拟室132。

图3所示的图显示了限定“气阱”的轴向和径向压力梯度。注意，在轴向和径向尺寸上，围绕空间的第二区域的空间的第一区域的压力大于空间的第二区域的压力。还注意，空间的这个第二区域对应于虚拟室132。

不希望受到理论的限制，人们相信在第一室120的外围处空间的第一区域的增加的压力帮助防止液滴移动到第一室120的外侧壁122。

不希望受到理论的限制，人们相信抑制液滴移动到第一室120的轴线，不是由于增加的压力，而是由于通过气体的流动而施加给液滴的速度。如果液滴损失了它们的速度，那么它们仍然会到达中心轴。因为液滴和出现的任何非挥发性材料由于他们的离心力而被抑制到达轴线，所以在室的中心的本体的存在（例如存在于参照图10在下文所描述的第五室520）不会显著地改变状况。

第一室120内的气体的向前“正常”的流动由图2中的箭头标记133a显示。通过样本入口128喷射的液滴获得朝着第一室120的出口端120b的相对缓慢的向前运动，同时绕其对称轴旋转。当液滴到达室的出口端时，部分液滴较佳地被反向气流返回，由图2中的箭头标记133b显示其一般反向。

不希望受到理论的限制，人们相信，有益地，旋转反向流中携带的液滴由于第一室120中建立的气压梯度而远离第一室120的壁，正如上所述，相信有效地提供挡板，该挡板限制虚拟室132内的喷雾羽流的大致所有的液滴。注意，液滴的流动路径不必绕第一室120的轴线对称。

较佳地，设备1蒸发由第一室120接收的大部分的液滴，更较佳地蒸发大多数的液滴，更较佳地蒸发大致所有的液滴。但是，没有必要通过设备1蒸发所有的液滴。大多数任何未蒸发的液滴（和/或之前包含在已经蒸发了的液滴中的非挥发性材料）在虚拟室132中停留一段时间之后通过出气口126从室排出。

如上所述的第一室120内的气流结构的优点在于，即使羽流最初不具有平行于第一室120的轴线的速度分量，但是液滴的喷雾羽流仍可以有效地进入到第一室120中。

如上所述的第一室120内的气流结构的进一步的优点在于，液滴有长的路径。液滴轨迹具有复杂的形状和长的停留时间。停留时间典型地在从几毫秒到数十毫秒，有时甚至达到几百毫秒的区域内，并且可以被维持在第一室120的中心部分处的虚拟室132内。

较佳地，虚拟室132与第一室120的壁间隔一定距离，从而不会延伸到样本出口130。相反，较佳地是，样本离子例如以目前所描述的方式通过施加的电场从在样本出口130附近的气流被移动出去。

较佳地，设备1包括一个以上的电极（图2中未显示），该一个以上的电极被配置成在第一室120内产生电场，以引导气体样本离子经由样本出口130离开第一室120。注意，如果液滴包含样本分子（而不是样本离子），那么设备1可以包括电离装置（未显示），用于在已经蒸发液滴之后电离样本分子，以便提供通过由一个以上的电极产生的电场被引导离开第一室120的样本离子。电离装置可以例如包括电晕源，或者紫外线灯或者紫外激光器。

图4中的插图图解第一室120内的气体的流动的可能轴向速度（Vaxial）。如图4所示，在第一室120的接近于轴线的内部区域和在外围的外部区域，即，在接近于侧壁122的外部区域，气体的流动具有向前方向的轴向速度。在内部区域和外部区域之间的中间区域中，气体的流动具有反向方向上的轴向速度。

不希望受到理论的限制，人们相信室的内部区域有效地起到类似于汽化器的作用，在汽化器中，液滴被径向捕获。对应于如上所述的虚拟室132的中心部分具有高值的湍流粘度比（湍流的测量），从而提供强的‘混合’。这些条件帮助促进更有效率的扩散，并且对捕获的液滴施加高的剪切力，从而促进并加速液滴蒸发的处理。

以下为模拟的参数，图5（a）-（c）中描述的模拟结果如下：室为如图2所表示的圆筒形，并且具有80mm的长度，直径为20mm，标称压力为1Bar。样本入口128是直径为5mm的端口，并且位于室的轴线上。进气口124为具有矩形截面（1mm乘2mm）的端口，并且被连接到在2Bar的压力下提供气体的气体供应，以及被配置成经由进气口124将气体沿切线方向导入到室中。出气口126是宽度为2mm的径向槽。样本出口130是直径为0.5mm的端口，并且样本出口130的外部（即，在附加的室140中）的压力为0.1Bar。对于这些参数，通过室的气流为2.6m3/Hr，并且到室中的切向气体速度为250m/s。随着传播气体的（平均）时间为～100ms，这使得气体在向前方向上有9个转弯并且返回气体有50个转弯。气体的动能从进气口124处的100W降低到出气口126处的45W。湍流粘度比达到2400。气阱的作用还可以从图5（c）中的曲线图的静压场来理解，图5（c）显示室外围处的压力比轴线上的压力大70mbar。不希望受到理论的限制，人们相信压力差的作用在于抑制，更较佳地防止液滴接触外部室壁，然而切向的气流帮助防止液滴到达室的轴线。

在图5（a）-（c）中，第一室120被描绘成在左边具有入口端120a并且在右边具有出口端120b。

现在参照图6所示的上面的图，气体的切向（“漩涡”）速度（v_φ）在壁的附近高。在室的内部区域，气体的切向速度比较低。下面给定压力和切向速度分量之间的关系：

其中：

p=静压（不考虑气体的移动的情况下所经历的压力）

r=半径

ρ=密度

v_φ=气体的切向速度。

现在参照图6中的上面的图所示，显示径向位置上的静压的相依性。图6的上面的图中所示的切向速度相依性可以从该静压相依性获得。

在使用时，液滴可以被视为在“气阱”内被捕获，并且在此期间它们逐渐蒸发还可以被气阱所包含的留下的溶剂蒸气、分子样本离子和中性样本分子以及其它的非挥发性材料。携带到样本出口130的附近的样本离子可以通过例如以如上所述的方式产生的适当应用的电场被有效地从气阱去除，电场较佳地在期望的方向上对着缓慢的轴向气流（典型地，几ms^-1或以下）且朝着样本出口130有效地移动离子。这里应该注意，应用的电场部件由于它们非常低的移动性，一般而言将不会影响任何液滴，并且（由于它们缺乏电荷）一般而言也不会移动任何的中性分析物样本分子。因此，较佳地，电场有效地从液滴及被“气阱”限制的其它物质优先选择样本离子。因此第一室120可以被视为“离子富集”室，这是由于第一室120较佳地处理从液滴源发出的大多数液滴，较佳地大致所有的液滴，而不是如在现有技术方法中那样处理非常小部分的液滴。

第一室120的较佳特征在于，在室内的至少空间的区域中，电场与气体的局部流动大致正交，此外较佳地作用于气体的流动的延长的部分。较佳地，在气体流动从第一室120的入口端120a和出口端120b折回时，有几个气体流动的完全旋转。这就帮助为通过正交定向的电场从流动要被提取的样本离子提供足够的时间。因此，较佳地，电场有效地从气体流动优先去除离子，并且将它们朝着样本出口130聚焦。这里应当注意，因为电场与高切向气流大致正交，所以气流的高切向速度不会过于影响离子朝着样本出口130的聚焦。

在如下所述的其它实施例中，电场可以大致贯穿整个室地延伸。参照第一室120，离子可以通过电场逆着或者利用缓慢的轴向气流从第一室120的入口端120a移动到出口端120b。

对于一些液滴产生的方法，附加的电离装置可以有利地位于室内。这种电离装置可以例如为电晕源，或者紫外线灯或者紫外激光器。

较佳地，设备1包括能量输入装置（未显示），该能量输入装置被配置成通过向液滴（直接或间接）供应能量来促进液滴的蒸发。

能量输入装置可以包括从以下选择的一个以上的装置：

用于加热经由进气口进入室中的气体的加热装置；

用于加热室的加热装置；

用于向室供应微波源；和/或

用于向室供应声学振动的声学装置。

如技术人员考虑到以上的讨论所理解的，可以使用许多选择性的室几何形状和电极排列，现在将参照图7、图8、图9和图10描述其中的几种。这些图中所示的室包括许多与第一室120相同的特征。同样的特征给予相对应的附图标号，并且这里不需要进一步描述。

参照图7所示的第二室220，配置成在第二室220内产生电场的电极包括聚焦板234a和出口漏杓（skimmer）234b。在使用时，在聚焦板234a和出口漏杓234b之间产生电场，因此样本离子通过出口漏杓234被聚焦，并且被聚焦到附加的室240中，该附加的室240被保持在比第二室220的压力低的压力下，并且可以包含离子聚焦和传输部件。

参照图8所示的第三室320，配置成在第三室320内产生电场的电极包括在第三室320的壁中或者接近所述壁而形成的多个电极340a，并且可选择地包括在离子富集室的中心区域内形成的多个电极334b。通过电极334a以及可选择的电极334b产生的电场较佳为轴向电场，该轴向电场有效地与离子富集室的轴线平行地并且朝着样本出口330移动样本离子，该样本出口330可以采用位于第三室320的出口端330a的一个以上的出口的形式。

参照图9所示的第四室420，配置成在第四室420内产生电场的电极包括电极434a和434b。在使用时，由这些电极产生电场，以朝着样本出口430移动离子，该样本出口430可以采用位于第四室420的外壁中的一个或多个孔或者狭缝的形式，该样本出口430允许离子排出到维持在低于第四室420的压力的附加的室440中。

参照图10所示的第五室520，配置成在第五室520内产生电场的电极包括电极534a和534b。在使用时，由这些电极产生电场，以朝着样本出口530移动离子，该样本出口530采用位于第五室520的内壁523中的一个或多个孔或者狭缝的形式，该样本出口530允许离子排出到维持在低于第五室520的压力的附加的室540中。定位在更靠近第五室520的轴线的电极534b限定允许离子通过样本出口530排出的孔。附加的室540包括RF离子引导部542，用于将离子引导到附加的室540内的下部隔室540a。

这里可能注意到，第三室320、第四室420和第五室520由于它们的离子出口330、430、530的分布或者延伸的性质而可以提供更大的充电量（charge throughput）。因此，这些室可以比第二室220能够接收更多的样本离子/分子的浓聚物。

在所有的情况下，电极较佳地被放置成基本上防止液滴和微粒接触电极的表面，特别防止其接触关联的绝缘体。即，电极较佳地位于虚拟室的外部。这是重要的特征，因为与溶剂蒸汽接触的绝缘体一般而言将不再能够支撑期望的电压，因此抑制它们使离子指向样本出口。

此外，在所有情况下，电极较佳地可基本上透过室内的气体流动，否则形成在室的壁内。

如上所述的室一般而言将具有高的气体负载，即，它们将具有高吞吐量的气体。

第六室620可以被认为如图11（a）所示。第六室620在许多方面类似于图2所示的第一室120。同样的特征给予相对应的附图标号，并且这里不需要进一步描述。

第六室620的功能实质上与第一室120的功能相同，其相同之处在于，期望的是在室内创建气体动态流动的结构，该室用于将液滴沿着室的轴线从样本入口628缓慢传输到样本出口630（较佳地至少1ms，并且较佳地在10-100ms以内），并且又较佳地不允许液滴与室壁接触。

但是，第六室620与第一室120的不同之处在于，圆筒形侧壁622的部分622a被配置成能够绕第六室620的轴线旋转。圆筒形侧壁622的另一部分622b是不可旋转的。较佳地，第六室620的圆筒形侧壁622的可旋转部分622a包括一个以上的（较佳地多个）微型涡轮或者叶片，用于从室流出的气体提取能量，因此可旋转侧壁部分622a由于第六室620内的气流而旋转。图11（a）所示的附加的室640较佳地为不可旋转的。

图11（a）中的虚线箭头显示进入第六室620的液滴，例如，像ESI喷雾，还显示经由样本出口630从第六室620排出的气体样本离子。

参照图11（b）说明第六室620的工作原理，图11（b）是显示切向速度的大小沿着图2所示的第一室120（虚线）和图11（a）所示的第六室620（实线）的长度如何随着轴向位置而改变的曲线图。对于具有静态侧壁122的第一室120，参照图11（b），切向速度Vφ

沿着室的长度被绘制在一些非零常数半径处。

为了证明旋转室的优点，图11（b）中图解长的室。对于具有固定的侧壁122的第一室120，切向气体速度按指数规律衰减，并且对于足够长的室，切向气体速度将衰减到零。但是，对于具有可旋转的侧壁部分622a的第六室620，切向气体速度对室的整个长度可以被维持在大致不变的值。因此，旋转室的引入允许延伸室长度，而无需增加入口压力或者气体消耗量。

换句话说，对于给定的气体入口压力，旋转室提供具有V_φ的气体，该V_φ在所有半径和对于室的整个长度都高于固定不动的情况。通过在流出气体的位置处引入涡轮叶片，气流使得可旋转侧壁部分622a旋转，接着增加了室的旋转部分中的气流的切向速度。

第六室620的上述描述可以被认为与第六室620的“自由旋转”实施例有关。在第六室620的其它实施例中，室的侧壁部分622a可以在外部能源的帮助下旋转。换句话说，侧壁622或者侧壁622的部分622a会受到强制旋转。在这种“强制”的情况下，旋转壁部分可以具有外部驱动部件，例如一些其它的外路驱动部件的电动机。结果是气体的V_φ可以被增加，而不会增加气体入口624处的压力，并且与第一室120相比也不会增加气体消耗量，例如以便增加气阱的效率。从其它观点来看，与第一室120相比，可以以较低的气体入口压力以及较低的气体消耗量而获得相同的虚拟气缸（气阱）。第六（“旋转”）室620的另外的优点在于：对于室的整个长度可以维持期望的气流结构。

较佳地，在使用时，可旋转侧壁部分622a的角旋转速度大于0revs/second，并且较佳地小于Vsound/2πR，其中Vsound为室中的局部声速，R为室的内半径。

在任何一种上述的室中，样本入口可以接收包含用于分析的样本离子的喷雾或者喷雾羽流。喷雾可以由LC洗脱液来创建，该LC洗脱液在0.1到0.5mm的范围内被典型地传递到ID的柔性的PEEK管中的质谱仪的分界面。尽管如上所述的ESI、APCI或者APPI可以提供这种喷雾或者喷雾羽流，但是如已经论述过的，其它方法也能够应用于当前的发明，例如电流动聚焦同样可以被用于将液体流动转换为中性或者电离的喷雾(A.M.Ganan-Calvo,J.M.Lopez-Herrera and P.Riesco-Chuega.J.Fluid Mech.(2006),vol.566,pp.421–445.2006Cambridge University Press),thermospray(GB2207548)。所有这些方法典型地创建从由毛细力保持的弯液面产生的稳定的液体微喷射。这种弯液面一般在流动聚焦的情况下采用附着于馈送管的尖状液滴的形式，在电喷雾的情况下采用热喷射和泰勒锥（Taylor cone）的形式。产生的微喷射通过液体压力或者电水力从原始的弯液面强制形成或者“吸出”。在所有情况下，后来的喷射的毛细管破裂产生细的喷雾。

例如根据V2/r-av～dp，如上所述的气阱可以被视为依据力的平衡。

当用于该说明书和权利要求书中时，术语“包含”和“构成”、“包括”、“含有”以及其变形意思是包括特定的特征、步骤或者整型。术语不应被解释为排除出现的其它特征、步骤或者整型。

在上文的说明书中、或者在下文权利要求中、或者在附图中公开的，用它们的特定形式表示的或者依据用于执行公开的功能的部件、或者用于获得公开的结果的方法或者处理来表示的特征，视情况，所述特征可以分别或者以这种特征的任何组合被用于以其多种多样的形式实现本发明。

例如，虽然如上所述的室具有圆筒形几何形状，但是也可以使用例如环形的其它几何形状。

虽然连同如上所述的典型实施例已经描述了本发明，但是在将本公开给本领域的技术人员时，许多等效的变化例和变型对于本领域的技术人员将变得显而易见。因此，如上所述的发明的典型实施例被认为是例证性的而不是限制本发明。在不背离本发明的精神和范围的情况下可以对所述的实施例进行各种改变。

通过引用而结合参照上述的所有引用。

Claims (26)

1.一种用于从包含样本离子/分子的液滴提供气体样本离子/分子的设备，其特征在于，所述设备具有：

室，所述室具有限定所述室的内部的一个以上的壁，所述室被配置成接收包含样本离子/分子的液滴；

气流产生部件，所述气流产生部件被配置成在所述室之内产生气体的流动，用于促进所述室中的液滴的蒸发，从而提供气体样本离子/分子；

其中，所述设备被配置成使得在所述室之内产生的所述气体的流动抑制所述室中的液滴与所述室的所述一个以上的壁相接触。

2.如权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备被配置成使得在所述室之内产生的所述气体的流动基本上防止所有的所述液滴与所述室的所述一个以上的壁相接触。

3.如权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述设备被配置成使得在所述室之内产生的所述气体的流动在所述室之内的至少空间的区域中具有涡流或者漩涡结构。

4.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备被配置成使得所述室之内产生的所述气体的流动在所述室之内建立压力梯度，由所述气体的流动建立的所述压力梯度包括所述室之内的空间的第一区域，所述空间的第一区域具有比所述室之内的空间的第二区域的压力大的压力，其中，所述空间的第一区域在至少一个维度上围绕所述空间的第二区域，并且所述空间的第二区域与所述室的所述一个以上的壁相隔开。

5.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述室之内的所述气体的流动具有内部区域和外部区域以及中间区域，在所述内部区域和外部区域中，所述气体的流动具有向前方向的轴向速度，所述中间区域在所述内部区域和外部区域之间，且在所述中间区域中，所述气体的流动具有在与所述向前方向相反的反向方向上的轴向速度。

6.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备基本上蒸发由所述室接收的所有的所述液滴。

7.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备被配置成所述气体的流动使得所述室中的液滴的平均停留时间为1毫秒以上。

8.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述室包括样本出口，并且所述设备包括一个以上的电极，所述一个以上的电极被配置成在所述室之内产生电场，以朝向所述样本出口引导气体样本离子，以使所述气体样本离子经由所述样本出口从所述室排出。

9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述电极被配置成使得所述电场在所述室之内的至少空间的区域中与所述气体的流动大致垂直。

10.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，限定所述室的所述内部的所述室的所述一个以上的壁可以包括从圆筒形壁、环形壁、圆锥形壁、盘旋形壁或者螺旋形壁中选择的壁。

11.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述室的壁的至少一部分被配置成绕所述室的轴旋转。

12.如权利要求11所述的设备，其特征在于，所述壁的至少一部分被配置成绕所述室的轴旋转，作为所述气体离开所述室的结果。

13.如权利要求11或12所述的设备，其特征在于，所述壁的所述至少一部分被配置成借助外部能源，绕所述室的轴旋转。

14.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备包括能量输入装置，所述能量输入装置被配置成通过向所述液滴供应能量来促进所述液滴的蒸发。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述能量输入装置包括从以下选择的一个以上的装置：

用于加热经由所述进气口进入所述室中的气体的加热装置；

用于加热所述室的加热装置；

用于向所述室供应微波的微波源；和/或

用于向所述室供应声学振动的声学装置。

16.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备被配置成使得所述室之内的空间的区域具有100以上的湍流粘度比。

17.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备被配置成响应于位于所述室的出口处的一个以上的传感器，来调节所述室之内的所述气体的流动。

18.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备包括配置成产生要被所述室接收的包含样本离子/分子的液滴的液滴源。

19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述液滴源包括下述中的任何一种：电喷雾电离源；

大气压力化学电离源；

大气压力光学电离源；

解吸电喷雾电离源；

大气压力基质辅助激光解吸/电离源；

热喷射电离源；

配置成使用电流动聚焦的源。

20.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备包括至少一个附加的室，所述至少一个附加的室被配置成经由所述室中的样本出口，接收来自所述室的气体样本离子，所述附加的室被配置具有比所述室的压力低的压力。

21.如前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述设备被包括在质谱仪中，所述质谱仪还具有配置成分析来自所述室的气体样本离子的质量分析器。

22.如权利要求21所述的设备，其特征在于，所述质量分析器包括下述中的任何一种：

四极滤质器；

三重四极质谱仪；

离子回旋共振质量分析器；

飞行时间质量分析器；

一个以上的RF离子阱；

一个以上的静电离子阱；

以上所述的混合变形。

23.一种用于从包含样本离子/分子的液滴提供气体样本离子/分子的设备，其特征在于，所述设备具有：

室，所述室具有限定所述室的内部的一个以上的壁，所述室被配置成接收包含样本离子/分子的液滴；

其中，所述设备被配置成使得所述室之内产生的气体的流动抑制所述室中的液滴与所述室的所述一个以上的壁相接触。

24.一种从包含样本离子/分子的液滴提供气体样本离子/分子的方法，其特征在于，所述方法包括：

在具有限定室的内部的一个以上的壁的所述室中接收包含样本离子/分子的液滴；

在所述室之内产生气体的流动，用于促进所述室中的液滴的蒸发，从而提供气体样本离子/分子；

其中，在所述室之内产生的所述气体的流动抑制所述室中的液滴所述与室的所述一个以上的壁相接触。

25.基本如参照附图并如附图所示说明的任何一个实施例的设备。

26.基本如参照附图并如附图所示说明的任何一个实施例的方法。

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