CN104422727A - 两段式电喷雾针 - Google Patents

Abstract

两段式电喷雾针。一种改进的微池型电喷雾电离接口，其喷雾针由过渡管和喷头管组成。过渡管和喷头管由不同材料制成，金属喷头管配塑料过渡管，塑料喷头管配金属过渡管，从而扩大了微池型电喷雾接口的工作电压范围，增加稳定性。

Description

两段式电喷雾针

技术领域

本发明涉及毛细管电泳-质谱联用的电喷雾电离接口。

背景技术

电喷雾电离（ESI）是一种将液体样品转换成气态离子的主要技术，广泛用于质谱仪器的离子源。图1是ESI离子源的示意图。该种离子源主要由喷雾针、电源和溶液输送装置构成。使用时，在喷雾针与质谱仪进口之间加上2-5千伏的电压，含有离子的样品溶液在喷雾针末端受到电场作用，离子带动液体以雾滴形式喷出。在飞向质谱仪的途中，液体蒸发，样品离子则进入到质谱仪中，完成分析。ESI特别适用于生物大分子的电离，如蛋白质和肽。常用的溶液输送装置有注射器，液相色谱仪及毛细管电泳仪。

毛细管电泳（CE）是一种熟知的分离技术。它是在毛细管中用电场分离溶液中的带电粒子，具有效率高，速度快和用量少的优点，特别适于分离生物大分子，如肽和蛋白质。毛细管电泳与质谱联用（CE-MS）是分析、鉴定生物大分子的一种非常重要的工具，两者间的接口几乎都是ESI。

由于CE的工作条件与质谱仪的工作条件有很大不同，因此ESI接口的设计具有很高难度。目前主要有三类用于CE-MS的ESI接口：

1.同轴套管鞘液型接口。其基本结构是将CE的毛细管插入到一支金属套管并从面对质谱仪一端略伸出一点，该毛细管末端作为喷雾针。在毛细管与套管间引入电喷雾溶液，在金属套管上加上电压（R.D.Smith et al,Anal Chem.,60(1988)1948-1952）。此种接口能很好保持分离效率，允许CE分离使用多种不同的溶液，是目前应用最广的接口，并为商品仪器采用。其缺点是需要较大流量的电喷雾溶液，稀释作用使其检测灵敏度损失较大。

2.液接型接口。其基本结构是CE的毛细管与喷雾针为分立部件，然后将两者同轴对接并保留一个很小的间隙，此间隙放在一个小室中并充满电喷雾溶液。此种接口的缺点是损失分离效率并增加噪音（S.Pleasance et al,J.Chromatogr.,591(1992)325-339）。现在很少使用。

3.无鞘液型接口。其基本结构是对CE的毛细管末端加以改造，如拉制成极细尖端并外加导电涂层，或者制出多孔壁浸泡在导电溶液中（G.M.Janini et al,Anal Chem.,75(2003)1615-1619和L-M.Busnel et al,Anal Chem.,82(2010)9476-9483）。此种接口的优点是没有稀释作用，因而灵敏度远高于有鞘液的接口。其缺点是CE用的溶液必须适于电喷雾，因而大大限制了其应用范围。另外在使用中，其喷口易于堵塞和损坏。目前尚未获得广泛应用。

为了减少鞘液型接口的稀释作用，可以将毛细管末端拉细，形成小尺寸的喷口。但这种方法有和无鞘液型接口同样的缺点，即易堵塞和易损坏。另一种方法是采用斜面喷口（Mei-Chun Tseng et al,Electrophoresis,25(2004)2084-2089），如果将常规鞘流型接口的喷口改为45°斜面，则工作流速可从4μl/min降低至0.8μl/min。不过这一流速对于CE而言仍然太高。再一种方法是用石英管制成喷雾针并将其末端拉细至直径30μm，里面插入末端镀金的CE用毛细管（C.C.Liu,et al,Rapid Comm.in MassSpectr.,19(2005)187-192），可以操作在200-300nl/min。Maxwell等人（E.J.Maxwell etal,Electrophoresis,31(2010)1130-1137和E.J.Maxwell et al,国际专利WO2009109037A1）对这种接口作了改进，用不锈钢喷雾针代替石英喷雾针，并采用了斜面喷口，里面的毛细管不需镀金。Maxwell等人称其为微池型接口，基本结构见图2。

微池型接口具有鞘液型接口的各种优点，即较好地保持CE的分离，允许CE使用不同性质的溶液，耐用性好。由于可以操作在200nl/min左右，减少了稀释作用，有效地提高了检测灵敏度。其缺点是工作电压范围较窄，易于发生电晕或电弧放电。在某些情况下，样品信号不在电喷雾稳定区内，使信噪比受到损害。

1990年代初，Wittmer等人（D.P.wittmer et al,美国专利5223226,Jun.29,1993）注意到了金属喷雾针工作电压范围较窄，发明了包绝缘层的金属喷雾针及非导电材料的喷雾针。他们的发明适用于液接型或鞘液型接口，不能直接用于微池型接口。

发明内容

本发明是对微池型电喷雾接口的进一步改进。本发明将喷雾针由一个整体改为由喷头管和过渡管两部分组成，喷头管和过渡管由不同材料制成，使喷头与电极分离，即金属喷头管配塑料过渡管，或塑料喷头管配金属过渡管。

本发明与现有技术相比，允许使用裸露的金属喷雾针，排除了易于发生电晕或电弧放电及可能的电化学反应的缺点，保留了金属喷雾针坚固耐用和良好湿润性的优点，能够扩大微池型电喷雾接口的工作电压范围，增加稳定性。

附图说明

图1为电喷雾离子源示意图。

图2为Maxwell等人发明的微池型电喷雾接口示意图。

图3为本发明实施例1的示意图。

图4为本发明实施例2的示意图。

图5为本发明实施例3的示意图。

数字编号与说明

300   毛细管

301   金属三通

302   金属三通的一个直通接口

303   金属三通的垂直接口

304   金属三通的另一个直通接口

305   导线

306   补充液导管

307   电喷雾溶液

310   喷雾针

311   塑料过渡管

312   对接孔

313   金属喷头管

314   锥体腔

315   喷口斜面

316   喷口

317   环氧树脂

410   喷雾针

411   金属过渡管

412   对接孔

413   塑料喷头管

414   锥体腔

415   喷口斜面

416   喷口

417   环氧树脂

501   凹槽

502   棱边

503   喷头管外壁

具体实施方式

实施例1

如图3所示，本发明所设计的电喷雾接口由毛细管300、金属三通301和喷雾针310组成。喷雾针310又由塑料过渡管311和金属喷头管313组成，两者通过过渡管上的对接孔312作同心连接，并用环氧树脂317或其它胶类材料粘合与密封。喷头管313的右端为一锥体腔314，使内径减小形成小口径（例如50-75微米）的喷口316。喷口处的切面为与喷头管轴线成30-60°角的斜面315。喷雾针310的内径略大于毛细管300的外径。喷雾针固定在金属三通301的一个直通接口302处。毛细管300从对侧的接口304插入喷雾针达到其锥体腔314。电喷雾溶液307从接在金属三通垂直接口303的补充液管306引入，充满毛细管与喷雾针之间的空间，最后从喷口316喷出。金属三通301通过导线305与电喷雾电源相连。

基于此设计，金属三通成为电喷雾电极，并通过毛细管与喷雾针之间的溶液将电势施加于喷口处。金属喷头管不作电极，避免了在喷口附近发生电化学反应或放电，因此使电喷雾接口的工作电压范围扩大并增加了稳定性。同时金属喷头管也不需要包绝缘层。

实施例2

如图4所示，此例的喷雾针410由金属过渡管411和塑料喷头管413组成，两者通过喷头管上的对接孔412作同轴连接，并用环氧树脂417或其它胶类材料粘合与密封。喷头管右端为一锥体腔414，使内径减小形成小口径（例如50-75微米）的喷口416。喷口处的切面为与喷头管轴线成30-60°角的斜面415。喷雾针410的内径略大于毛细管300的外径。与实施例1相同，喷雾针410固定在金属三通301上。

基于此设计，金属三通和金属过渡管成为电喷雾电极，并通过毛细管与喷雾针之间的溶液将电势施加于喷口处。塑料喷头管不作电极，避免了在喷口附近发生电化学反应或放电，因此改善了电喷雾接口的性能。

上述实施例中的毛细管可以是毛细管电泳仪用的毛细管，也可以是液相色谱仪或流动注射分析仪用的毛细管。

实施例3

本实施例是对实施例1和2中的喷口斜面315/415的改进。如图5所示，在喷口斜面315/415上处于喷头管远端，有一凹槽501，连接喷口316/416和喷头管外壁503。凹槽截面可选为三角形，矩形，方形，梯形，圆缺形和二次函数形，宽度和深度约5-50微米。凹槽501在喷口316/416一侧的尺寸可以大于或等于在喷头管外壁503一侧的尺寸。凹槽501与斜面315/415相交的两条棱边502可以选为锐棱边或圆滑棱边。对于金属喷头管313，其喷口斜面315上可以加上非导电涂层。

基于此设计，低流量的溶液将被限制在凹槽内，然后从给定的位置，即凹槽末端喷出，因此可以增加电喷雾的稳定性。

Claims (8)

1.两段式电喷雾针，其特征是：喷雾针由过渡管和喷头管组成，两者作同轴密封连接，当喷头管用导电材料时，过渡管用不导电材料，当喷头管用不导电材料时，过渡管用导电材料。

2.根据权利要求1所述的两段式电喷雾针，其特征是：喷头管一端有锥体腔，使喷头管内径减小，形成直径小于100μm的喷口，喷口末端切面与喷头管轴线成0-90度的预定角度。

3.根据权利要求1所述的两段式电喷雾针，其特征是：喷头管可选用材料有金属，塑料，玻璃，陶瓷。

4.根据权利要求1所述的两段式电喷雾针，其特征是：过渡管可选用材料有金属，塑料，玻璃，陶瓷。

5.根据权利要求1所述的两段式电喷雾针，其特征是：喷头管与过渡管的连接方式可选用胶合，机械挤压和螺纹。

6.根据权利要求2所述的两段式电喷雾针，其特征是：喷头管的锥体腔截面可选用正圆形和椭圆形。

7.根据权利要求2所述的两段式电喷雾针，其特征是：喷头管的喷口末端切面可选用完整平面或被一个连接喷口与喷头管外壁的凹槽切割的平面。

8.根据权利要求7所述的两段式电喷雾针，其特征是：凹槽截面可选用三角形，矩形，方形，梯形，圆缺形和二次函数形。