CN105874561A - 同心apci表面电离离子源和离子导向器及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种同心APCI表面电离探头，超音速采样管，以及所述同心APCI表面电离探头和超音速采样管的使用方法。在一种实施方式中，同心APCI表面电离探头包括外部管，内部毛细管，以及耦合到所述外部管和所述内部毛细管的电压源。所述内部毛细管安置在外部管内且与其同心，使得电离气体(例如，空气)前往至外部管的外面与样品反应，以及所产生的分析物离子被吸进内部毛细管中。超音速采样管可以包括耦合到质谱仪和/或同心APCI表面电离探头的管，其中，管包括至少一个拉伐尔喷嘴。

Description

同心APCI表面电离离子源和离子导向器及其使用方法
本申请要求2013年11月15日提交的申请号61/904,749的美国临时申请的优先权，通过引用它们的整体将该临时申请的全部内容并入本文作为参考。
背景技术
质谱仪(MS)在真空中运行且相对于荷质比(charge-to-mass ratio)来分离离子。在一些使用质谱仪的实施方式中，可以电离并分析样品，该样品可以是固体、液体或气体。可以根据荷质比在质量分析器中分离离子，并且通过能够检测带电粒子的检测器来检测离子。然后来自检测器的信号被处理成离子的相对丰度的谱图以作为荷质比的函数。可以通过确定的质量和已知质量相互关联或通过特征裂解方式来确定原子或分子。
发明内容
本发明描述了一种同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，超音速(supersonic)采样管，以及所述同心APCI表面电离探头和超音速采样管的使用方法。在一种实施方式中，同心APCI表面电离探头包括被配置为用作第一电极的外部管，被配置为用作第二电极的内部毛细管(innercapillary)，以及耦合到所述外部管和所述内部毛细管的电压源。所述内部毛细管被安置在外部管内且与其同心，使得电离气体(例如，空气)前往至外部管的外面与样品反应，以及所产生的分析物离子被吸进内部毛细管中。另外，超音速采样管可以包括耦合到质谱仪和/或同心APCI表面电离探头的管，其中，所述管至少包括第一拉伐尔喷嘴(de Laval nozzle)。离子缓冲塞(plug)经过第一拉伐尔喷嘴后以超音速通过所述管，以阻止离子缓冲塞中的离子附着于所述管的壁上。在一些实施方式中，第二拉伐尔喷嘴可以减慢离子缓冲塞的流速到亚音速(subsonic speed)。在一种实施方式中，一种采用本发明技术的利用同心APCI表面电离探头和超音速采样管的方法，该方法包括为了得到表明至少一个指纹存在的分子，使用同心APCI表面电离探头扫描表面；当至少一个指纹被检测到时表明为正信号；以及为了得到至少一个爆炸物(explosive)，使用同心APCI表面电离探头扫描所述表面。
本发明内容提供了以简单形式介绍概念的选择，在以下具体实施方式部分将会详细描述。本发明内容并不旨在确定所要保护的主题的主要特征和必要特征，也不旨在被用作辅助确定所要求保护的主题的范围。
附图说明
具体实施方式将参照附图进行描述。在说明书不同实施方式和附图中使用相同标号来表示相似或相同的部件。
图1示出了根据本发明的一种示例性实施方式的同心APCI表面电离探头的剖视图。
图2示出了根据本发明的一种示例性实施方式的当同心APCI表面电离探头被放置在靠近表面时的电离气体流场的示意图。
图3示出了根据本发明的一种示例性实施方式的由产生离子的源产生的离子浓度分布的示意图。
图4示出了根据本发明的一种示例性实施方式的由表面上的样品释放的与源离子相互作用的分析物离子的浓度的示意图。
图5示出了根据本发明的一种示例性实施方式的具有使用外部离子源产生的离子的同心APCI表面电离探头的部分剖视图。
图6示出了根据本发明的一种示例性实施方式的具有示例性内部探针的同心APCI表面电离探头的部分剖视图。
图7示出了根据本发明的一种示例性实施方式的示例性内部针电极的等距示意图。
图8A是根据本发明的一种示例性实施方式的示例性内部针电极的剖视图。
图8B是根据本发明的一种示例性实施方式的示例性内部针电极的剖视图。
图8C是根据本发明的一种示例性实施方式的示例性内部针电极的剖视图。
图9示出了根据本发明的一种示例性实施方式的当电压被施加到具有内部针电极的内部毛细管和外部管之间时的电势分布的示意图。
图10示出了根据本发明的一种示例性实施方式的内部毛细管的圆形尖端的电场强度(magnitude of the electric field)的示意图。
图11示出了根据本发明的一种示例性实施方式的质谱系统的环境示意图。
图12示出了根据本发明的一种示例性实施方式的具有拉伐尔喷嘴的超音速采样管的部分剖视图。
图13是一种利用图1至12示出的同心APCI表面电离探头，超音速采样设备和质谱系统的示例性过程的流程图。
具体实施方式
质谱仪(MS)在真空中运行且相对于荷质比来分离离子。在一些使用质谱仪的实施方式中，可以电离并分析样品，该样品可以是固体、液体或气体。可以根据荷质比在质量分析器中分离离子，并且通过能够检测带电粒子的检测器来检测离子。然后来自检测器的信号被处理成离子的相对丰度的谱图以作为荷质比的函数。可以通过确定的质量和已知质量相互关联或通过特征裂解方式来确定原子或分子。
便携式质谱系统由于较小的泵系统对样品进入真空岐管的导入方法具有限制(最经常用的是从气相色谱毛细管排出或通过渗透膜流出)。因此，能够被有效检测的分析物的范围由所实施的样品的导入和电离方法而受到限制。一种类型的便携式质谱仪包括涉及靠近离子源的离子产生的表面电离。当使得待分析的表面接近离子源时，表面电离源的当前的几何形状(current geometry)非常适用于基于实验室的仪器。然而，当使得待扫描和检测的较大对象需要靠近质谱仪时，它可能会变得不合适。
通常，表面电离源通过采样管被耦合到质谱单元。离子在气流中沿着采样管从外界大气向下输送到质谱真空。有时，这可能会导致离子损失在管的内壁上。当气体通过管的输送时间对于分析物离子扩散或迁移到管壁来说足够长时，会导致离子在管壁上的进一步损失。
因此，本发明描述了一种同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，超音速采样管，以及同心APCI表面电离探头和超音速采样管的使用方法。在一种实施方式中，同心APCI表面电离探头包括被配置为用作第一电极的外部管，被配置为用作第二电极的内部毛细管，以及耦合到所述外部管和所述内部毛细管的电压源。所述内部毛细管被安置在外部管内且与外部管同心，使得电离气体(例如，空气)前往至外部管的外面与样品反应，以及所产生的分析物离子被吸进内部毛细管中。以这种方式配置内部毛细管电极：气体被电离离开内部毛细管而接近外部管的内壁。如图2所示，将这个位置形成的离子输送到毛细管进口的中心，同时，将靠近内部毛细管的外面通过的气体输送到毛细管的内壁。这个过程使得毛细管内部产生了离子中心塞，该离子中心塞被未电离空气的鞘包围。该离子塞和它周围的气体可以被称为是离子缓冲塞。对本领域技术人员而言显而易见的是所述离子缓冲塞的形成是由气流场驱动的。实际上，如果针电极被置于足够远离毛细管尖端的位置，产生离子的位置和探头尖端之间将有一块区域，这里的内部电极和外部电极之间的电子场完全不能驱动离子朝向探头的出口。另外，超音速采样管可以包括耦合到质谱仪和/或同心APCI表面电离探头的管，其中，所述管至少包括第一拉伐尔喷嘴。离子缓冲塞经过第一拉伐尔喷嘴后以超音速通过所述管，以阻止离子缓冲塞中的离子附着所述于管的壁上。在一些实施方式中，第二拉伐尔喷嘴可以减慢离子的缓冲塞的流速到亚音速。在一种实施方式中，一种采用本发明的技术利用同心APCI表面电离探头和超音速采样管的方法包括为了得到表明至少一个指纹存在的分子，使用同心APCI表面电离探头扫描表面；当至少一个指纹被检测到时表明为正信号；以及为了得到至少一个爆炸物，使用同心APCI表面电离探头扫描所述表面。
同心低温等离子探头、超音速采样管和所述同心低温等离子探头的使用方法的优点包括同心几何设计提供了致密的源，这个源可以通过整个表面而被扫描，并且接近外部管电极产生的离子在它们被吸入中心管之前可以进一步行进至远离探头，从而使得探头保持在进一步远离待测表面的位置。
当使用同心低温等离子探头时，分析物离子被引导到气流的中心，并被外部管和内部毛细管中的气流推进，从而被干净的空气鞘包围。这最大限度地减少了离子在管壁上的损失，因为大多数离子在扩散到管壁之前将到达管的末端。因为向管壁的潜在扩散，离子通过管迅速地移动是非常重要的。阻止分析物离子在管壁上的损失是重要的，因为损失在管壁上的那些离子没有到达质谱仪，由已停在管壁上的中和离子的再电离引起的记忆效应会干扰准确的分析。
图1示出了按照本发明的示例性实施方式的同心APCI表面电离探头100。如图所示，所述同心APCI表面电离探头100包括外部管102、内部毛细管104和电压源106。在一些实施方式中，外部管102可以包括合适的电导体材料。合适的电导体能够起到将电势应用到内部针电极116的功能，这转而会形成通过外部管泵送的气体中的离子。在另一些实施方式中，外部管102可以是在管的外部上由导体部分地覆盖的不良电导体(例如电介质)。
图1进一步示出了，同心APCI表面电离探头100包括安置在外部管102内且与其同心的内部毛细管104。另外，所述内部毛细管104可以包括至少一个内部针电极116。当将电势应用到第一电极(例如外部管102或其他电极)和第二电极(例如内部毛细管104或其他电极)时，离子可以由经过所述外部管102的气体(例如空气等)形成。在一些实施方式中，内部毛细管104可以包括内部针电极116。在这种实施方式中，内部针电极116可以包括具有从环向外延伸的径向尖峰(spike)。可以配置所述环适合围绕所述内部毛细管104。在一种具体实施方式中，内部针电极116是星形状，具有向外延伸的径向尖峰。在其他特殊的实施方式中，所述内部针电极116可以是具有向外延伸的径向尖峰和/或拐角的平面方形或齿轮形。在这些尖峰和/或拐角的尖端，电场强度是最高的，在此，离子由外部管102中的气体所形成。在实施方式中，内部毛细管104可以包括圆形的外部尖端，在该位置分析物离子流进入内部毛细管104中以确保在针电极116的尖端优选产生离子。
同心APCI表面电离探头100包括耦合到第一电极(例如所述外部管102或其他电极)和第二电极(例如所述内部毛细管104或其他电极)的用于提供电势的电压源106。所述电势产生电场，当电场足够大时，在所述外部管102中的气体生成离子。同心APCI表面电离探头100可以耦合到毛细管接口118，可以包括供给可泵送通过外部管102的设备和/或管道(plumbing)，将内部毛细管104耦合到分析设备的设备和/或管道，例如质谱系统200。在一种具体实施方式中，毛细管接口118可以包括超音速采样管202，如下所描述的。
图2示出了当将同心APCI表面电离探头100置于靠近(例如同心APCI表面电离探头100的直径的1-3倍)表面112时的电离气体(例如空气等)流场。按照图2的方向，应用气流使得外部管102中的气流相对是较慢且向上的(A)，所述内部毛细管104中的气流是较快且向下的(B)，特别是靠近管轴的地方(例如，R＝0)。在这种使用同心APCI表面电离探头100的表面电离模式中，配置外部管102的流出体积大致与流进内部毛细管104的体积相等，使得流进区域(C)中环境的体积接近于零。在一些实施方式中，稍微较高的气流进入所述内部毛细管104可以确保外部管102中生成的离子不会逃进环境中。在一些实施方式中，同心APCI表面电离探头100可被用于蒸汽采样模式。在这种模式中，进入所述内部毛细管104中的气流可以显著大于外部管102的流出的气流，使得从周围区域到所述内部毛细管104具有净流量。在一种具体的实施方式中，可以将震荡气流叠加到通过所述内部毛细管104的气流上，使得总气流周期性地反转。在这种具体实施方式中，平均一个完整的震荡期间的总气流从样品流走并流向质谱仪212和/或分析系统。
图3示出了区域A2中由产生离子的源所产生的离子浓度分布。在接近所述内部毛细管104的位置A1处的气流可能会沿着内部轨道进入曾经没有到达样品的所述内部毛细管104中，并在分析物离子和所述内部毛细管104壁之间提供气体鞘。在接近外部管102的位置A2处生成的离子可能会沿着外部轨道并与表面112上存在的样品反应。这个离子浓度分布允许当同心APCI表面电离探头100不靠近表面112时同心APCI表面电离探头100更有效地运转。
图4示出了表面112上的样品与源离子相互作用释放出的分析物离子的浓度。在这种实施方式中，分析物离子被吸入到所述内部毛细管104中。由于上面描述的“内部跑道作用”，分析物离子仅仅在所述内部毛细管104的中心部分中结束。到达所述内部毛细管104的壁的离子倾向于失去它们的电荷而并不能被用于物质检测。在这种情况下，被干净气体包围的分析物离子塞可以被称为离子缓冲塞。
图5示出了具有使用单独的离子源的鞘气流的内部毛细管104(例如使用同心APCI表面电离探头100不能产生离子)。在这种情况下，来自所述外部管102的气流可以显著小于进入到所述内部毛细管104中的气流，使得从周围区域到所述内部毛细管104具有净流量，但是仍有足够的流量在毛细管内壁附近形成鞘气流。
图6示出了用于在靠近图3所示的位置A2处生成离子的电极几何形状的一种实施方式。在这种实施方式中，电极(例如，内部针电极116)可以包括有用于在外部管102的内壁和内部毛细管104的外壁之间的气流中生成离子的内部毛细管104。所述内部针电极116的形状可以改变成包括大量径向尖峰，例如在图6中所示的那些。在一些实施方式中，所述尖峰尽可能地尖锐以最大化所述尖峰的尖端的电场，并且对所述外部管102内部的层状气流引起尽可能小的干扰。在一些实施方式中，可以放置超过一个内部针电极116于所述内部毛细管104上。在一些具体的实施方式中，内部毛细管104包括导电材料。在其他具体的实施方式中，内部毛细管104不是导电材料。图7示出了一种具体实施方式的具有六个径向尖峰的星星构型的内部针电极116。
图8A至8C示出了内部针电极116的其他具体实施方式。在图8A中，示出了一种具有四个径向拐角的圆形构型的内部针电极116。在图8B中，示出了一种具有六个径向尖峰的星星构型的内部针电极116。在图8C中，示出了一种齿轮构型的内部针电极116。所述内部针电极116的形状可以包括许多其他构型，只要这些构型可以允许外部管102中的气流靠近所述内部毛细管104而通过且并不会被电离，并且具有电场足够高以产生离子的至少有一个尖锐的点或拐角即可。在一种具体实施方式中，从空气动力学方面配置的内部针电极116可以使得所述外部管102中充分地形成层状气流，这样可以减少电离的气流与干净(例如未电离的)气流的混合。在另一种实施方式中，内部针电极可以包括至少一个单阶、双阶、三阶、或更高阶螺纹形状的突出物。
图9示出了当将电压施加到具有内部针电极116(例如，在这个实施例中的尖峰所代表的)的内部毛细管104(例如，第一电极108)和外部管102电极(例如，第二电极110)之间时的电势分布。在这种实施方式中，所述尖峰包括以尖锐边缘磁盘构型的内部针电极116，并且靠近所述内部针电极116和所述内部毛细管104的区域的电势更高。在如上所描述的具有尖峰的同心电极几何形状下，两个电极之间的电场不输送离子到管外，但是离子由额外的气流输送到外部管的外面。
图10示出了内部毛细管104的圆形尖端处的电场强度(以对数刻度示出)。在实施方式中，内部毛细管104尖端的圆形对保持其电场比所述内部针电极116处的电场低是很重要的。
如图11所示，质谱系统200包括同心APCI表面电离探头100、超音速采样管202、热的毛细管204、离子漏斗、离子导向器208，至少一个泵210和/或质谱仪212。在实施方式中，超音速采样管202包括配置的用于迅速且有效地将离子缓冲塞从离子源(例如，同心APCI表面电离探头100)输送到质谱仪212的管。随着离子塞沿着采样管向下行进，离子可能开始向管壁扩散和迁移，管壁处的离子会中和而得不到分析。超音速采样管202的使用和/或接近离子源的采样管202中的压力下降可以阻止和/或最小化离子的中和。
如图12所示，超音速采样管202包括管300、第一拉伐尔喷嘴302，以及可能包括第二拉伐尔喷嘴304。在一种使用超音速采样管202的实施方式中，气体(例如，空气等)从高压气氛流入所述超音速采样管202中并使用真空泵(例如，泵210)从另一端泵出。随着气体流动，横穿所述第一拉伐尔喷嘴302的压力下降会引起气体膨胀并加速到等于或者大于第一拉伐尔喷嘴302最窄处的音速(1马赫)。随着第一拉伐尔喷嘴302变宽，气体进一步膨胀且流速比达到的音速更大。为了尽可能得到层状流并保持能量损失在最小值，所述超音速采样管202可以使用光滑的壁(例如，所述超音速采样管202可以有一个最小值的曲率半径)。在一种实施方式中，一种相反的方法用于在所述超音速采样管202的低压端通过使用第二拉伐尔喷嘴304(例如，超音速扩散器)以音速以下的速度带回气流。在这种实施方式中，可以使用电场从亚音速离子流中提取离子。在一个具体实施方式中，所述超音速采样管202内的气流速度可以大于500m/s。在这种具体实施方式中，如果气体没有被管壁上的能量损失充分降低速度，气体沿着1米长的管传输将花费大约两(2)ms。在一种具体实施方式中，在具有直径约小于0.2mm的第一拉伐尔喷嘴302之前的约1mm的入口管300中气压大约是760托。第一拉伐尔喷嘴302之后的气压可能是约100托，流速大约是0.6slm。
在第二种实施方式中，所述第一拉伐尔喷嘴302的下游的所述超音速采样管202的长度和宽度的比可以设置为足够大以使管300的壁的能量损失能够减速气体到亚音速(例如，低于1马赫)。在这种实施方式中，当从亚音速气流中采离子样时可以省略第二拉伐尔喷嘴304。
如图11所示，质谱系统200包括热的毛细管204。在实施方式中，质谱系统200包括设置在入口孔的上游的热的毛细管204。利用热的毛细管204是一种用于限制气流从所述同心APCI表面电离探头100和超音速采样管202进入质谱仪212的真空系统的方法。在实施方式中，所述热的毛细管204可以被加热以提供热量给经过它们的溶剂化离子，从而使这些离子溶剂化。为了使采样管很好地起作用(例如，为了保持离子缓冲塞远离壁)，期望始终保持通过采样管202的流动。当通过使用间歇入口周期性地减少进入质谱仪的气体量时，可能实现这种流动。例如所示出的，所述间歇入口包括与采样管的低压侧连接的额外的泵210和阀214。
如图11所示，质谱系统200包括离子漏斗206。在实施方式中，离子漏斗206可以包括平行的组件，同轴设置环形的具有由窄的中间垫片隔开的尖细内部直径的开孔隔膜。在这些实施方式中，隔膜的开孔的直径向所述离子漏斗206的中间出口处逐渐变细进入随后的室(例如，离子导向室，质量分析系统等)。所述离子漏斗206可以起到在离子漏斗206的出口处聚集离子束(或离子样品)到小的极限传导中的功能。在一些实施方式中，离子漏斗206在相对高压下运转(例如，高至30托)，从而提供离子约束且有效地输送进入后续相对低压下的真空阶段(例如，离子导向器208，质谱仪212等)。然后离子样品可以从离子漏斗206流入离子导向器208和/或质谱仪212。
如图11所示，质谱系统200包括离子漏斗206下游且邻近离子漏斗的离子导向器208。在一些实施方式中，所述离子导向器208起到将离子从所述离子漏斗206传导进入所述质谱仪212同时泵走中性分子的作用。在一种具体实施方式中，离子导向器208包括多极离子导向器，该多极离子导向器可以包括位于沿着离子路径的多个棒电极，在该路径中，由电极生成RF电场且限制离子沿着离子导向轴。在一些实施方式中，虽然也可以利用其他的压力，离子导向器208在约高达100毫托的压力下运转。另外，所述离子导向器208后续可以与直径比所述离子导向器208的出口直径小的传导极限口连接。在一种具体实施方式中，耦合到质谱仪212的采样管202低压端可以包括位于邻近采样管202的内壁的RF离子导向器。在一种具体实施方式中，所述RF离子导向器可以包括至少两个双螺旋形式的导体。在另一种实施方式中，所述RF离子导向器可以集成到所述采样管的壁中。可以配置这个RF离子导向器使得在RF循环的整个期间离子和带电粒子经历平均净移动而远离所述采样管202内壁。
如图11所示，质谱系统200包括泵210，例如低真空泵和/或高真空泵。至少部分由低真空泵210(例如，隔膜泵)产生的真空可能是必要的，因为它可以减少和/或消除分子间的相互碰撞，否则分子间的相互碰撞会减少基于它们的荷质比分离元素的所述质谱系统200的效果，因为分子的碰撞可以明显改变所涉及离子的轨道，从而导致更少的离子到达检测器(未示出)。在实施方式中，将真空泵210耦合到所述质谱系统200的至少一个真空室。在一些实施方式中，真空泵210可以包括，例如，涡旋真空泵。在一种具体实施方式中，尽管真空泵210也可以提供其他真空压力，但是所述真空泵210提供了约高达30托的真空(例如，为包括离子漏斗206的真空室提供)。
如图11所示，质谱系统200包括质谱仪212。在实施方式中，质谱仪212包括基于荷质比分离已电离的质量和输出已电离的质量到检测器的部件。质谱仪212的一些示例包括质量分析器，飞行时间(TOF)质量分析器、扇形磁场(magnetic sector)质量分析器，扇形静电质量分析器，离子阱质量分析器，便携式质谱仪等。在另一种实施方式中，质谱仪212可以包括离子阱设备，离子阱设备可以包括用于在小体积内捕获离子的多种电极。
图13示出了一种实施所公开技术的示例性方法400，该方法中采用同心APCI表面电离探头100，超音速采样管202，和/或质谱系统200，例如如图1至12所示的同心APCI表面电离探头100，超音速采样管202，和/或质谱系统200。
因此，使用同心APCI表面电离探头(方框402)扫描表面以得到可以表明至少一个指纹存在的分子。在实施方式中，表面112可以从表面112被扫描至少1-2cm。然而，如果使得探头接近(2-3mm)表面，同心APCI表面电离探头100的敏感性将增加。在一种实施方式中，用耦合到质谱系统200的同心APCI表面电离探头100扫描表面112以得到可以表明指纹存在的分子，像乳酸，乳酸盐，或丙酮酸盐。当同心APCI表面电离探头100保持与光滑表面大约2cm时，可以容易地检测到指纹。被污染的指纹通常被认为是爆炸痕迹和类似物的主要转移模式。
当至少一个指纹被检测到(方框404)时，表明为正信号。在实施方式中，当检测到正信号时，可以通过声音(通过体积或音调)表明信号的强度，以帮助操作者向指纹的真实方向移动。一旦发现指纹，所述同心APCI表面电离探头100和/或质谱系统200会通过来自所述同心APCI表面电离探头100和/或质谱系统200接近实时的光或声音来表明正信号。
然后用同心APCI表面电离探头(方框406)扫描表面以得到至少一个爆炸物。在实施方式中，这个第二次扫描期间，可以修改一个或更多质谱系统200和/或离子源参数。可能修改的参数例子包括APCI表面电离气体的温度，掺杂剂的加入，质谱的质量范围等。通过示出与指纹信号相一致的样品114的信号，质谱系统200可以将如较低、甚至平均分配、背景的物质和来自指纹的物质之间区分。就像通常的家用化学品变成关注的物质，这种区分变得更有意义，因为它们被用于自制爆炸物的制造。
虽然用语言具体地描述了本发明的结构特征和/或方法的实施，但是应当理解的是在所附的权利要求中并不需要将本发明限制到所描述的具体的特征或实施。虽然各种各样的结构被论述了，但是设备、系统、子系统、部件等等可以用各种各样的方式被构造只要不脱离本发明。当然，详细的特征和实施作为实施被要求保护的发明的实施例的形式被公开。

Claims (38)

1.一种同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，包括：
外部管，其中，通过所述外部管泵送气体，所述外部管被配置为用作第一电极；
安置在所述外部管内且与所述外部管同心的内部毛细管，所述内部毛细管被配置为用作第二电极，其中，分析物离子和鞘气体层通过所述内部毛细管返回；以及
耦合到所述外部管和所述内部毛细管的电压源，其中，由电压源供给的电压提供被配置为与样品反应的电离气体。
2.根据权利要求1所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，所述内部毛细管相对于所述外部管是同心的。
3.根据权利要求1或2所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，通过所述外部管泵送的气体是空气。
4.根据权利要求1至3中任意一项所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，通过所述外部管和内部毛细管泵送的气体持续地被泵送。
5.根据权利要求1至3中任意一项所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，通过所述内部毛细管泵送的气体持续地被泵送，同时通过所述外部管的气流间歇地停止或反转。
6.根据权利要求1至5中任意一项所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，将震荡气流叠加在通过所述内部毛细管的气流上，使得总气流周期性地反转，但是平均一个完整的震荡期间的总气流从样品表面流走并流向质谱仪。
7.根据权利要求1至6中任意一项所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，使用间歇入口将通过所述内部毛细管泵送的气体持续地泵向质谱仪。
8.根据权利要求1至7中任意一项所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，所述内部毛细管包括导体。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，所述外部管是外面被导体覆盖或部分覆盖的绝缘体。
10.根据权利要求1至9中任意一项所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，所述内部毛细管包括圆形的管尖端。
11.根据权利要求1至10中任意一项所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，所述内部毛细管包括至少一个内部针电极。
12.根据权利要求11所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，所述至少一个内部针电极包括星形内部针电极。
13.根据权利要求11或12所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，所述至少一个内部针电极包括至少一个单阶、双阶、三阶或更高阶螺纹形状的突出物。
14.根据权利要求1至13中任意一项所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，通过持续气流促使被配置为与样品反应的电离气体从所述外部管出来。
15.根据权利要求1至14中任意一项所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，从管出来和进入毛细管中的气流通过这样的方式被平衡：将离子从来自于毛细管中心线处的塞的表面解吸，同时没有参与离子形成的气体在离子和毛细管壁之间形成缓冲。
16.根据权利要求1至15中任意一项所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，通过下述方法中的一种产生离子：介质阻挡放电电离，低温等离子体，AC电晕放电，DC电晕放电，大气压辉光放电电离。
17.根据权利要求1至16中任意一项所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，通过向所述外部管流出的气流中加入挥发性掺杂剂化学品来加强在样品表面上解吸和/或电离分子的能力。
18.根据权利要求1至17中任意一项所述的同心大气压化学电离(APCI)表面电离探头，其中，通过加热所述外部管流出的气流来加强在样品表面上解吸和/或电离分子的能力。
19.一种超音速采样管，包括：
耦合到质谱仪的管，其中，所述管被配置为将来自离子源的离子缓冲塞输送到质谱仪，其中，所述管包括被配置为引起所述离子缓冲塞的超音速流的第一拉伐尔喷嘴。
20.根据权利要求19所述的超音速采样管，其中，所述第一拉伐尔喷嘴之前的气流是亚音速的。
21.根据权利要求19或20所述的超音速采样管，其中，进一步包括被配置为引起所述离子缓冲塞的亚音速流的第二拉伐尔喷嘴。
22.根据权利要求21所述的超音速采样管，其中，所述第二拉伐尔喷嘴是超音速扩散器。
23.根据权利要求21或22所述的超音速采样管，其中，第一拉伐尔喷嘴之后且第二拉伐尔喷嘴之前的气流是超音速的。
24.根据权利要求21至23中任意一项所述的超音速采样管，其中，第二拉伐尔喷嘴之后的气流是亚音速的。
25.根据权利要求19至24中任意一项所述的超音速采样管，其中，第一拉伐尔喷嘴之后的管被配置为使得离子缓冲塞从超音速的速度转变为亚音速的速度。
26.根据权利要求19至25中任意一项所述的超音速采样管，其中，耦合到所述质谱仪的管被配置为使得离子缓冲塞在管壁上的能量损失最小化。
27.根据权利要求19至26中任意一项所述的超音速采样管，其中，耦合到所述质谱仪的管的低压端具有由位于接近内部管的壁的两个导体所形成的RF离子导向器，所述超音速采样管被配置为这样的方式：在RF循环的整个期间离子和带电粒子经历平均净移动而远离管壁。
28.根据权利要求19至27中任意一项所述的超音速采样管，其中，进一步包括采样探头，该采样探头包括具有导体和至少一个内部针电极的内部毛细管。
29.根据权利要求19至28中任意一项所述的超音速采样管，其中，进一步包括采样探头，该采样探头包括具有导体的内部毛细管，其中，将所述采样探头耦合到离子迁移光谱(IMS)检测仪上。
30.一种使用同心APCI表面电离探头的方法，包括：
使用同心APCI表面电离探头扫描表面以得到能表明至少一个关注区域的指示物存在的分子；
当检测到至少一个关注区域时表明正信号；以及
使用同心APCI表面电离探头扫描表面以得到至少一个爆炸物。
31.根据权利要求30中所述的方法，其中，用具有信号强度功能的强度、音调或颜色将指示信号转变为可视的或可听见的信号，从而用可视的或可听见的信号引导操作者将探头向关注区域移动。
32.根据权利要求30或31中所述的方法，其中，将表明关注区域的信号和分析物的信号结合以表明分析物的位置与关注区域是一致的。
33.根据权利要求30至32中任意一项中所述的方法，其中，关注区域是指纹。
34.根据权利要求33中所述的方法，其中，将所述指纹制作成可视的以表明在与关注分析物相一致的位置上留下指纹的人。
35.使用权利要求30至34中任意一项所述的同心APCI表面电离探头的方法，其中，使用同心APCI表面电离探头扫描表面以得到能表明至少一个指纹存在的分子，包括扫描以得到至少一个乳酸，乳酸盐，或丙酮酸盐。
36.使用权利要求30至35中任意一项所述的同心APCI表面电离探头的方法，其中，使用同心APCI表面电离探头扫描表面期间，信号中得到的信息将被用于修改以下仪器参数中的至少一种：气体温度，至少一个门控放电参数，至少一种掺杂剂存在，或质谱仪的质量范围。
37.一种同心质谱仪入口，包括：
大气压离子源；
外部管，其中，通过所述外部管泵送气体，将内部毛细管安置在所述外部管内且与所述外部管同心，其中，由离子源生成分析物离子且将鞘气体层通过所述内部毛细管返回，并被输送至质谱仪。
38.根据权利要求37所述的同心质谱仪入口，其中，流入量和流出量通过这样的方法被平衡：流入量足够大以向所述内部毛细管输送由离子源生成的离子，同时向外流出量较小，但是足够大来维持鞘气体层以阻止离子和中性物到达毛细管的内壁。
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