CN110164747A - 电喷雾离子源辅助加热的进样装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电喷雾离子源辅助加热的进样装置和方法，在椭圆的套筒结构件1的一个焦点A处放置一个加热件，加热件的温度可以根据需要进行调节，加热产生热辐射，经由椭圆内表面折射，始终汇聚于椭圆的另一个焦点B处，此处温度与加热源处温度相当。由离子源进样针产生的小液滴经过焦点B处时，受热加速溶剂蒸发，形成气相样品离子。本发明的装置结构简单，易实现；通过热辐射在镜面折射的方式获得去溶剂化的热能，加热件与待测样品液滴始终不存在接触，相较于传统的接触式加热来说，对离子通路的影响较小，离子化效率更高。

Description

电喷雾离子源辅助加热的进样装置和方法
技术领域
本发明涉及常压质谱离子化技术领域，具体地，涉及一种为电喷雾离子源辅助加热的进样装置和方法。
背景技术
电喷雾离子源(ESI)是目前液相色谱-质谱(LC-MS)联用最常用的接口，属软电离方式，可用于研究热不稳定和极性较大的化合物。
ESI利用电场产生带电液滴，经过去溶剂化过程最终产生被测物离子，进入质谱分析。此过程中包括带电液滴的形成、液滴收缩及产生气相离子3个阶段。ESI-MS中，样品溶液以低流速(0.1～10μL/min)通过毛细管，毛细管上通入高电压(2～5kV)，该电压的正负取决于待测物的性质，电压提供液体表面电荷分离所需要的电场梯度。在电场的作用下，液体从毛细管的尖端形成“泰勒锥”(taylorcone)，当泰勒锥尖端的溶液达到瑞利极限(Rayleighlimit)，即表面电荷的库伦斥力与溶液表面张力相当的临界点时，锥尖将产生含有大量电荷的液滴，随着溶剂蒸发，液滴收缩，液滴内电荷间排斥力增大。当达到并超越瑞利极限，液滴会发生库伦爆炸，除去液滴表面的过量电荷，生成更小的带电小液滴。生成的带电小液滴进一步发生新一轮的爆炸，往复循环，最终得到气相离子。
通过分析电喷雾离子源的工作原理可知，去溶剂化的效率是决定最终离子化效率的关键因素之一。目前用于电喷雾离子源去溶剂化的方式通常有两种：反吹鞘气法和毛细管加热法。反吹鞘气法通常用于小孔采样装置，由于加热的干燥气(N2)的逆流使溶剂不断蒸发，喷雾针喷出的液滴不断达到瑞利极限，不断发生库伦爆炸，最终形成离子，并进入传输装置。反吹鞘气法的优点是不易污染进样口，能够扫除喷雾中的中性物质碎片。然而此种方法存在一定的缺点：使用过程中需要消耗大量的气体，增加了使用成本；干燥气要保持一定的温度，否则无法完全去除溶剂，还会导致离子化效率低，且逆流气体在一定程度上会冲散液滴。毛细管加热法常用于金属毛细管采样装置，通过金属加热块对金属毛细管进行加热来达到去溶剂化的目的。此方法不需通入干燥气，降低了成本，能够实现快速、高分辨率的离子化过程。但由于毛细管的半径很小，容易发生堵塞，需要经常清洗，且其进样接口结构相对复杂，温度很难控制精准。同时，由于金属加热块对金属毛细管加热以间接加热离子，容易导致通过的离子受热不均，对电离效率造成影响。
直接加热对离子可以更加有效地去溶剂化并促进离子充分电离。专利文献CN105845540A中采用酒精灯放置于金属毛细管口对离子进行加热以提高其去溶剂化程度，但此种加热方式容易使离子受热不均。此外，火焰燃烧也会产生很多未知杂质，可能会污染待测样品。同时，该专利中提出的去溶剂化装置对环境的要求比较高，需要设置一个封闭的空间，并对该封闭空间的气体压力和温度进行调节，这就增加了去溶剂化装置结构的复杂性，在一定程度上提高了成本。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种电喷雾离子源辅助加热的进样装置和方法。
根据本发明提供的一种电喷雾离子源辅助加热的进样装置，包括套筒结构件、加热件；
套筒结构件上设置有第一焦点、第二焦点；
加热件位于第一焦点处，加热件的温度由温控装置调节；
离子源通过进样针正对第二焦点处，经由进样针的针头液滴爆炸产生的喷雾从第二焦点处经过。
优选地，所述套筒结构件采用椭圆套筒式结构。
优选地，所述套筒结构件的表面附着有镜面反射涂层，能够提升光线折射率。
优选地，所述加热件采用加热棒、加热灯或加热片。
优选地，无需对套筒结构件、加热件进行加压设置，工作环境设置为常压。
根据本发明提供的一种电喷雾离子源辅助加热的进样装置，包括进样针、椭圆套筒结构件、加热装置、进样口；
加热装置设置在椭圆套筒结构件上；
椭圆套筒结构件设置在进样针与进样口之间。
优选地，在椭圆套筒结构件与进样口之间还设置有采样锥、进样毛细管、截取锥、前端盖、四极质量分析器；
液体样品经由进样针、椭圆套筒结构件，再经采样锥、进样毛细管、截取锥、前端盖后进入四极质量分析器。
根据本发明提供的一种采用上述的电喷雾离子源辅助加热的进样装置的方法，液体样品由进样针经过第二焦点处，加热件受热产生热辐射，热辐射由套筒结构件的内表面折射，折射后汇聚在第二焦点处，形成进样通道，进样通道的温度与加热件的温度相当，液体样品在进样通道中受热加速蒸发，形成气相样品离子。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明的装置结构简单，易实现；
2、通过热辐射在镜面折射的方式获得去溶剂化的热能，加热件与待测样品液滴始终不存在接触，相较于传统的接触式加热来说，对离子通路的影响较小，离子化效率更高。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的加热进样结构示意图。
图2为本发明具体实施例的结构示意图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
本发明提供的一种椭圆套筒式电喷雾离子源辅助加热的装置和方法，利用了椭圆的光学特性实现加热去溶剂化，即从椭圆的一个焦点发出的光线，经过椭圆反射后，反射光线交于椭圆的另一个焦点上。而热辐射与光线类似，因此利用该光学特性，可实现对离子进样通道进行加热，有效地提升离子化效率。
本发明的目的在于提供一种椭圆套筒式电喷雾离子源辅助加热的装置和方法。
为了实现上述目的，本发明提供的电喷雾离子源辅助加热方法。利用椭圆的光学性质，在椭圆的一个焦点A处放置一个加热源。加热源产生热辐射，经由椭圆内表面折射，始终汇聚于椭圆的另一个焦点B处，此处温度与加热源处温度相当。由离子源进样针产生的小液滴经过焦点B处时，受热加速溶剂蒸发，形成气相样品离子。
如图1所示，本发明的装置包括一个套筒结构件1和一个加热件2。在椭圆的套筒结构件1的一个焦点A处放置一个加热件，加热件的温度可以根据需要进行调节，加热产生热辐射，经由椭圆内表面折射，始终汇聚于椭圆的另一个焦点B处，此处温度与加热源处温度相当。由离子源进样针产生的小液滴经过焦点B处时，受热加速溶剂蒸发，形成气相样品离子。所述加热件可以为加热棒、加热灯或者加热片等，但不仅限于这三种。所述椭圆套筒材料不限，其内表面附有镜面反射涂层，以提升光线折射率。所述椭圆套筒式辅助加热装置安装于进样针与进样口之间。本发明中仅设置一个内表面为镜面涂层的椭圆套筒和一个加热件即可实现常压下对待测样品小液滴加热去溶剂化。
如图2所示，一种椭圆套筒式电喷雾电离源辅助加热进样装置，应用于电喷雾离子源质谱系统。图中201为液体样品，202为进样针，203为椭圆套筒结构件，204为加热棒，205为采样锥，206为进样毛细管，207为截取锥，208为前端盖，209为四极质量分析器。加热棒204位于椭圆套筒的一个焦点处，进样针202正对椭圆的另一焦点。由进样针头液滴爆炸产生的喷雾从椭圆的焦点处经过，进入采样锥205，传输至毛细管206，截止锥208之后，经过前端盖208，最终进入质量分析器209中被分析。加热棒203的温度仅需一个简单的PID控温装置调节控制，保证温度的精确稳定。所述椭圆套筒式辅助加热进样装置位于进样针202和采样锥205之间。当加热棒204通电加热时，热辐射在椭圆套筒内表面的反射下，始终汇聚于椭圆的另一个焦点，即液滴通路处。液滴通路的温度与加热棒的温度相当，通过的小液滴在受热情况下，溶剂更容易被蒸发，去溶剂化的效率被提高，进入采样锥的离子量也将会有很大的提升。特别是当进样流速较大时，产生的液滴较大，在用作进样针的喷雾针与采样锥距离较近的情况下无法在进入采样锥之前蒸发完全，这种情况下离子化效率较低，极大地影响质谱系统的检测效率。而加热装置的使用，在高流速的情况下，仍能获得较高的离子化效率，这对提升仪器的分析效率具有较大的意义。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (8)

1.一种电喷雾离子源辅助加热的进样装置，其特征在于，包括套筒结构件(1)、加热件(2)；
套筒结构件(1)上设置有第一焦点、第二焦点；
加热件(2)位于第一焦点处，加热件(2)的温度由温控装置调节；
离子源通过进样针(202)正对第二焦点处，经由进样针(202)的针头液滴爆炸产生的喷雾从第二焦点处经过。
2.根据权利要求1所述的电喷雾离子源辅助加热的进样装置，其特征在于，所述套筒结构件(1)采用椭圆套筒式结构。
3.根据权利要求1所述的电喷雾离子源辅助加热的进样装置，其特征在于，所述套筒结构件(1)的表面附着有镜面反射涂层，能够提升光线折射率。
4.根据权利要求1所述的电喷雾离子源辅助加热的进样装置，其特征在于，所述加热件(2)采用加热棒、加热灯或加热片。
5.根据权利要求1所述的电喷雾离子源辅助加热的进样装置，其特征在于，无需对套筒结构件(1)、加热件(2)进行加压设置，工作环境设置为常压。
6.一种电喷雾离子源辅助加热的进样装置，其特征在于，包括进样针(202)、椭圆套筒结构件(203)、加热装置、进样口；
加热装置设置在椭圆套筒结构件(203)上；
椭圆套筒结构件(203)设置在进样针(202)与进样口之间。
7.根据权利要求6所述的电喷雾离子源辅助加热的进样装置，其特征在于，在椭圆套筒结构件(203)与进样口之间还设置有采样锥(205)、进样毛细管(206)、截取锥(207)、前端盖(208)、四极质量分析器(209)；
液体样品经由进样针(202)、椭圆套筒结构件(203)，再经采样锥(205)、进样毛细管(206)、截取锥(207)、前端盖(208)后进入四极质量分析器(209)。
8.一种采用权利要求1至5中任一种所述的电喷雾离子源辅助加热的进样装置的方法，其特征在于，液体样品由进样针(202)经过第二焦点处，加热件(2)受热产生热辐射，热辐射由套筒结构件(1)的内表面折射，折射后汇聚在第二焦点处，形成进样通道，进样通道的温度与加热件(2)的温度相当，液体样品在进样通道中受热加速蒸发，形成气相样品离子。
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