CN113169030B - Maldi喷嘴 - Google Patents

Abstract

一种用于电离源的喷嘴包括：光通道，其具有入口端和出口端；以及气流通道，其与光通道流体连通，其中，气流通道被构造成在使用中将气体流输送到光通道中，使得气体流基本上朝向光通道的出口端行进。

Description

MALDI喷嘴

技术领域

本文中所描述的实施例通常涉及电离源，且特别地涉及用于基质辅助激光解吸电离（“MALDI”）离子源的喷嘴。

背景技术

包括基质辅助激光解吸电离（“MALDI”）离子源的质谱仪是已知的。MALDI质谱法是已知的过程，其特别适合于非挥发物（non-volatile）质谱法的分析。将合适的基质材料（例如，有机溶剂）添加到样品，使得样品变为嵌入基质材料中。然后，将嵌入的样品定位在金属板上，并将激光脉冲引导到目标样品上。照射在目标样品上的激光脉冲造成分析物材料被消融并从目标样品中解吸。通过使分析物材料在从目标释放的气态分子热羽流中质子化和去质子化来生成分析物离子。基质在激光脉冲的波长下具有很强的吸收作用，并充当质子源以促进分析物的电离。从目标释放的气态羽流包括分析物离子连同不带电材料的混合物。然后，将分析物离子和不带电材料的混合物引导朝向质谱仪的入口。离子通过使用电场的离子引导件而被引导朝向质谱仪。将分析物离子与不带电材料分离，其中分析物离子一路向前被传输到质谱仪的质量分析器，以便进行质量分析。

尽管分析物离子被引导朝向质谱仪，但不带电材料可代替地分散到真空室中。结果，基质可吸附到真空室中的周围表面上，从而导致材料的逐渐堆积。

真空室内的任何激光光学器件都会易受该基质沉积在其表面上的影响，特别是在它们位于消融的直接视线中的情况下。这会造成镜的透照射率降低（“起雾”），而沉积在光学表面上的任何材料都可吸收后续的激光辐射，从而在激光照射在表面上的点处造成局部加热，导致损坏光学表面。这进而可使光学表面更具吸收性，从而造成进一步的损坏。

当前的方法要么依赖于在样品和激光光学器件之间形成足够的距离以防止不带电材料到达激光光学器件，和/或要么依赖于提供跨越光路的气体流（“气体帘幕”）以试图阻止不带电材料到达激光光学器件。然而，这并不总是有效的，并且当光学器件布置成远离样品时会导致空间分辨率的损失。

本文中所描述的实施例试图减轻或减少到达激光光学器件的污染物的量。本文中所描述的实施例还寻求减轻或减少在MALDI质谱法期间给激光光学器件造成的损坏的量。本文中所描述的实施例还将冷却气体的递送与生成气体屏蔽的方法相结合，以通过减少吸附在光学器件上的消融的材料的量来保护激光光学器件。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种用于电离源的喷嘴，该喷嘴包括：

光通道，其具有入口端和出口端；以及

气流通道，其与光通道流体连通，

其中，气流通道被构造成在使用中将气体流输送到光通道中，使得气体流基本上朝向光通道的出口端行进。

在至少一个实施例中，气流通道在光通道的入口端和光通道的出口端之间与光流通道流体连通。

在至少一个实施例中，喷嘴进一步包括沿着光通道安置的窗口。

在至少一个实施例中，窗口邻近光通道的入口端安置。

在至少一个实施例中，窗口被接收在邻近光通道的入口端的凹部中。

在至少一个实施例中，光通道的入口端的横截面积大于光通道的出口端的横截面积。

在至少一个实施例中，光通道基本上为圆锥形。

在至少一个实施例中，喷嘴进一步包括被构造成接收离子引导件的孔口。

在至少一个实施例中，光通道的纵向轴线和孔口的纵向轴线之间的角度在0度和90度之间、或在0度和45度之间、或在0度和30度之间。

在至少一个实施例中，喷嘴进一步包括观察通道，其中，观察通道的纵向轴线和孔口的纵向轴线之间的角度不同于光通道的纵向轴线和孔口的纵向轴线之间的角度。

在至少一个实施例中，喷嘴进一步包括防护件，该防护件沿孔口的纵向轴线的方向延伸。

本发明的另一个方面提供了一种喷嘴组件，其包括：

本公开的喷嘴；

离子引导件；以及

引出电极。

在至少一个实施例中，离子引导件是六极杆离子引导件。

在至少一个实施例中，引出电极邻近光通道的出口端安置。

在至少一个实施例中，引出电极包括样品入口，该样品入口被构造成在使用中接收电离的样品中的至少一些。

本发明的另一个方面提供了一种电离组件，其包括：

电离室；以及

本公开的喷嘴组件，其被接收在电离室中。

在至少一个实施例中，喷嘴组件能够可滑动地接收在电离室中。

在至少一个实施例中，电离室是真空室。

在至少一个实施例中，电离组件进一步包括气体供应通道，该气体供应通道具有入口端和出口端，该入口端在电离室的外部以接收气体流，其中，喷嘴的气流通道具有入口端，当喷嘴被接收在电离室中时，该入口端流体地连接到气体供应通道的出口端。

在至少一个实施例中，电离组件进一步包括射束操纵布置结构（arrangement），该射束操纵布置结构被构造成在使用中将光源引导通过光通道。

在至少一个实施例中，射束操纵布置结构包括安置在电离室内部的至少一个镜。

在至少一个实施例中，电离组件进一步包括激光光源。

本发明的另一个方面提供了一种用于电离源的喷嘴，该喷嘴包括：

光通道，其具有入口端和出口端；以及

窗口，其安置在沿着光通道的位置处。

本发明的另一个方面提供了一种用于电离源的喷嘴，该喷嘴包括：

光通道，其具有入口端和出口端。

附图说明

图1图示了已知的MALDI离子源。

图2图示了以横截面示出的根据本发明的一个实施例的喷嘴。

图3图示了根据本发明的一个实施例的电离布置结构，该电离布置结构并入了以横截面示出的喷嘴。

图4图示了以横截面示出的根据本发明的一个实施例的喷嘴布置结构。

图5图示了根据本发明的一个实施例的电离布置结构，该电离布置结构并入了以横截面示出的喷嘴。

图6图示了根据本发明的一个实施例的电离布置结构，该电离布置结构并入了以横截面示出的喷嘴。

具体实施方式

图1图示了已知的MALDI离子源1。离子引导件2和引出电极3被接收在电离室4中。射束操纵布置结构5安置在电离室4的外部。窗口6设置在电离室4的侧部中以允许光束9穿过电离室4朝向用于电离的样品行进。在使用中，光束将与射束操纵布置结构5相互作用并穿过窗口6以照射在样品表面7上。消融的材料的所得羽流可在电离室4内膨胀并从样品消散。所形成的离子的大多数可被离子引导件2捕获并被转移到质谱仪的前部中。碰撞冷却气体通过气体端口8被引入电离室4中，以提高电离室4中的压力。不带电的消融的材料的大多数通过周围的碰撞气体而减速，并沉积在引出电极3的前部上。当离子横穿离子引导件2时，离子束通过碰撞冷却气体而凝结。跨越样品表面7和激光窗口6之间的路径递送气体，其目的是提供气体“帘幕”，以帮助防止材料沉积在窗口6上。

图2图示了根据本发明的一个实施例的用于电离源的喷嘴10。喷嘴10以横截面示出。喷嘴10包括光通道11，该光通道具有入口端12和出口端13。在图1中，射束操纵布置结构5设置在电离室4的外部，以便保护射束操纵布置结构5。这造成光束具有相对长的焦距以及与样品表面7的相对高的入射角。这可导致特殊分辨率的整体降低。在图2的布置结构中，射束操纵布置结构14的至少一部分设置在电离室15内。这允许射束操纵布置结构14更靠近喷嘴10，从而导致减小光源的焦距。替代地或附加地，射束操纵布置结构14可安置成更靠近离子引导件，从而导致减小光源的入射角。

在图2中，碰撞冷却气体沿沿着离子引导件17的方向通过引出电极16被引入到室15中。这可提供系统效率的提高，并且可几乎使通过离子引导件17递送的离子的数量加倍，因为气体的流动方向帮助将MALDI羽流驱动到离子引导件17的限制体积中。然而，碰撞冷却气体还可将穿过光通道11的不带电的消融的材料中的一些朝向射束操纵布置结构14载送。然后，与图1的布置结构一样，该消融的材料可沉积在射束操纵布置结构14上，从而降低布置结构的有效性并潜在地造成损坏。

图3图示了根据本发明的一个实施例的用于电离源的喷嘴20。喷嘴20以横截面示出。喷嘴20包括光通道21和气流通道24。光通道21具有入口端22和出口端23。气流通道24与光通道21流体连通。气流通道24被构造成在使用中将气体流输送到光通道21中。气体流基本上朝向光通道21的出口端23行进。尽管气体中的一些可朝向光通道21的入口端22流动，但是合适的量朝向光流通道21的出口端23流动。该气体流提供屏障以抵制消融的材料流过光通道21。光通道21基本上是直的，使得光源可以穿过光通道21。

气流通道24的至少出口端相对于光通道21成角度。在至少一个实施例中，该角度可在1度和179度之间。气流通道24不与光通道21同轴。在至少一个实施例中，该角度可以是90度。在至少一个实施例中，该角度可在45度和89度之间，使得在气流通道24和光通道21的入口端22之间存在锐角。使气流通道24相对于光通道21成角度（特别地，以锐角成角度）促进了气体朝向光通道的出口端23流动。如果气流通道24相对于光通道21以基本上90度的角度成角度，则可提供挡板和/或其他导流器件，以促进气体朝向光通道21的出口端23流动。

在一个实施例中，喷嘴由绝缘材料制成。

在图3中所示的实施例中，气流通道24在光通道21的入口端22和光通道21的出口端23之间与光通道21流体连通。替代地或附加地，光通道21和气流通道之间的流体连通点可位于光通道21的入口端22和出口端23之间的中点处。在一个实施例中，流体连通点与光通道21的入口端22的靠近程度可大于与光通道21的出口端23的靠近程度，反之亦然。

在一个实施例中，通过气流通道24提供的气体是碰撞冷却气体。附加地或替代地，气体可以用作载气以将试剂分子转移到羽流附近中。

喷嘴20还可包括沿着光通道21安置的窗口25。窗口25提供了物理屏障，该物理屏障可防止材料（例如，气体或消融的材料）通过光通道21的入口端22离开。窗口25还可通过提供用于使气体沿着行进的单个流动路径来帮助将气体流引导朝向光通道21的出口端23。

在一个实施例中，窗口25邻近光通道21的入口端22安置。替代地或附加地，窗口25可被接收在邻近光通道21的入口端22的凹部中。该凹部还通过约束沿至少一个方向的移动来帮助将窗口25固定就位。

窗口25可与喷嘴20一体地形成，或者可提供作为单独的部件。替代地或附加地，窗口25可以是可移除的和/或可更换的。这允许将窗口25从喷嘴单独地移除以进行清洁或更换，而不必清洁或更换整个喷嘴20。

图3中所示的光通道21基本上为圆锥形。在一个实施例中，光通道21的入口端22的横截面积大于光通道21的出口端23的横截面积。在一个实施例中，光通道21的入口端22的横截面积可大于光束32在光通道21的入口端22处的横截面积。在一个实施例中，光通道21的入口端22的直径大约为2 mm。替代地或附加地，光通道21的入口端22的直径可在大约2mm和6 mm之间。在一个实施例中，光通道的出口端23的直径可在大约0.5 mm和6 mm之间。在一个实施例中，光通道21可基本上为圆柱形。在一个实施例中，圆柱形光通道21的直径可大约为2 mm。替代地或附加地，圆柱形光通道的直径可在大约2 mm和6 mm之间。在一个实施例中，光通道21包括管。

如图3中所示，喷嘴20可包括被构造成接收离子引导件27的孔口26。离子引导件27可能够通过压配合/干涉配合固定到喷嘴20。替代地或附加地，离子引导件27可能够使用任何其他合适的方法固定到喷嘴20。如图3中所示，孔口26可延伸穿过喷嘴20。这允许将离子引导件27的一端布置成更靠近样品位置，使得电离的粒子行进较短的距离就到达了离子引导件27。附加地或替代地，孔口26可延伸穿过喷嘴20的一部分。附加地或替代地，孔口26的至少一部分的横截面积可小于离子引导件27的横截面积。替代地或附加地，孔口26的至少一部分的横截面积可大于离子引导件27的横截面积。

光通道21的纵向轴线和孔口26的纵向轴线（及因此离子引导件的纵向轴线）之间的角度可在0度和45度之间。替代地，该角度可在0度和30度之间。确保光通道21的纵向轴线和孔口26的纵向轴线之间的角度被最小化并且尽可能接近零度是有利的。这造成穿过喷嘴20的光束照射在具有较小椭圆形横截面的样品表面上。在一个实施例中，光束在样品处的直径大约为15 μm。替代地，光束在样品处的直径可在5 μm和20 μm之间。

气流通道24可基本上垂直于孔口26的纵向轴线（且因此垂直于离子引导件的纵向轴线）。

光束32沿着或靠近样品表面49的法线（即，基本上垂直于样品表面49）照射在样品表面49上是有利的，以最小化椭圆率。在图3的布置结构中，离子引导件27基本上垂直于样品表面49布置。这防止了射束操纵镜48被定位成沿着或接近于样品表面49的法线来引导光束32。在一个实施例中，离子引导件27可相对于样品表面49以一定角度布置。有利地，这可允许沿着或接近于样品表面49的法线来引导光束32，因为离子引导件27不再挡道。替代地或附加地，样品表面49可相对于电离室41成角度，以允许沿着或接近于样品表面49的法线来引导光束32。

在一个实施例中，喷嘴20进一步包括观察通道28。观察通道28可用于在视觉上验证该布置结构被正确地对准。观察通道28的纵向轴线和孔口26的纵向轴线之间的角度可不同于光通道21的纵向轴线和孔口26的纵向轴线之间的角度。这可防止或减少直接从样品反射到操作员的眼睛抑或相机中的光的量。观察通道28可由使用者直接观察和/或可包括相机或其他光感测装置以监测对准。

图3和图4中所示的实施例进一步包括观察窗口125，该观察窗口安置在观察通道28的一端（远离孔口31的一端）处或在其附近。观察窗口125可采用与安置在光通道21中的窗口25相同或类似的形式。观察窗口125用于封闭喷嘴20的体积，并且可防止材料（例如，气体或消融的材料）通过观察通道28离开。本文中所公开的任何其他实施例也可设置有观察窗口125。

在一个实施例中，电离源是基质辅助激光解吸电离源。附加地或替代地，电离源可以是任何其他合适的电离源。

在一个实施例中，如图4中所示提供喷嘴组件30。相似的部件被给予与图3相同的附图标记。喷嘴组件30包括喷嘴20、离子引导件27和引出电极29。引出电极29可邻近光通道21的出口端23安置。替代地或附加地，引出电极29包括样品孔口31，该样品孔口被构造成接收电离的样品中的至少一些。在一个实施例中，离子引导件27是六极杆离子引导件。附加地或替代地，可使用离子引导件的任何其他合适的构型。替代地或附加地，引出电极29可能够固定到喷嘴20。引出电极29可能够通过粘合剂、压配合或任何其他合适的固定方法来固定。通过将引出电极29固定到喷嘴20，可以将两个部件作为要维修的整体物品移除。此外，将这些部件固定在一起可防止这些部件之间的相对移动，相对移动可导致未对准。

如图4中所示，可以以单个单元来提供喷嘴组件30，可以将其从电离组件中移除以便对其进行清洁。它可作为单个单元进行清洁，或替代地，它可单独地拆卸和清洁。例如，可提供可以被单独地移除以进行清洁的窗口37。

在一个实施例中，提供电离组件40，如图3中所示。电离组件40包括电离室41和被接收在电离室41中的喷嘴组件30。在一个实施例中，喷嘴组件30可滑动地被接收在电离室41中。可通过使用设置在电离室41中的轨道来可滑动地接收喷嘴组件30。电离室41可保持在大气压力下或者可保持低于大气压力。在一个实施例中，电离室41是真空室。

在一个实施例中，电离组件40包括气体供应通道43。气体供应通道43可具有在电离室41的外部的入口端44以接收气体流。气体供应通道43还可包括出口端45。喷嘴20的气流通道24具有入口端46，当喷嘴20被接收在电离室41中时，该入口端流体地连接到气体供应通道43的出口端45。替代地或附加地，气体供应通道43可包括柔性管。替代地或附加地，气体供应通道43可采取任何其他合适的形式，条件是它允许气体被递送到气流通道中。

尽管图3示出了进入到光流通道21中的气体，但是在一个实施例中，也可通过引出电极29来引入气体（如在图2中）。在一个实施例中，引出电极29还与电离室41形成密封。

在一个实施例中，电离组件40包括光源47。在一个实施例中，光源47是激光光源。

在一个实施例中，电离组件40包括射束操纵布置结构48。射束操纵布置结构48可被构造成将光源47引导通过光通道22。射束操纵布置结构48可包括至少一个镜。所述至少一个镜可安置在电离室41内部。

在一个实施例中，射束操纵布置结构48附加地包括至少一个透镜。所述至少一个透镜可被构造成使光源聚焦。如先前所讨论的，避免使用长焦距是有利的。在一个实施例中，光源的焦距是75 mm。

图5图示了用于电离源的喷嘴50的替代性实施例。与图2类似，喷嘴50包括光通道51，该光通道具有入口端52和出口端53。射束操纵布置结构54设置在电离室55内。可通过引出电极56提供碰撞冷却气体，并且沿着离子引导件57来引导碰撞冷却气体。如先前所讨论的，该布置结构可通过增加通过离子引导件57递送的离子的数量来提高系统的有效性。然而，它也可导致射束操纵布置结构54的损坏。为了帮助减轻或克服该问题，沿着光通道51安置窗口58。在一个实施例中，窗口58可邻近光通道51的入口端52安置。替代地或附加地，窗口58可安置在邻近光通道51的入口端52的凹部中。与图3的实施例一样，窗口58提供物理屏障，其可防止材料（例如，气体或消融的材料）通过光通道21的入口端22离开。

在本文中所讨论的任何实施例中使用的离子引导件27可包括多个圆柱形杆，所述多个圆柱形杆平行地、以正方形、六边形或基本上圆形的图案布置。每个杆之间可存在间隙。

图6图示了喷嘴20的替代性实施例。相似的部件被给予与图3相同的附图标记。当消融的材料行进通过离子引导件27时，材料中的一些可通过离子引导件27的侧部离开。然后，该材料可吸附到电离室41内的表面上，该电离室包括射束操纵布置结构48。在图6中，附加地提供了防护件60。防护件60沿喷嘴20的孔口26的纵向轴线的方向延伸。防护件60充当物理屏障，以防止或减少通过离子引导件27的侧部离开的粒子的数量。也可在本文中所讨论的任何实施例中利用图6中所示的防护件60。

参考图3，在使用中，样品设置在邻近光通道21的出口端23的样品表面49上。接通激光光源47，从而造成激光束穿过窗口44进入电离室41中。由射束操纵布置结构48将来自激光光源47的激光束引导通过喷嘴20的光通道21。激光束照射在样品上，从而使样品至少部分地电离并形成材料羽流。通过气体通道24提供气体流，该气体流随后流入光通道23中（如由图3中的箭头所示）。气体将朝向光通道21的出口端23流动，从而防止或限制可以进入光通道21的消融的材料的量。电离的材料中的至少一些将穿过引出电极29、穿过喷嘴20并进入离子引导件27中。离子引导件27随后将电离的材料引导通过电离室41并进入附接到电离室41的质谱仪中。然后，可以通过质谱仪来分析电离的样品。

当在本说明书和权利要求书中使用时，数值范围被认为也包括所述范围的端点。

当在本说明书和权利要求书中使用时，术语“包括（comprises）”和“包括……的（comprising）”及其变型意指包括指定的特征、步骤或整数。这些术语将不被解释为排除其他特征、步骤或部件的存在。

在前述描述或以下权利要求书或附图中公开、以其特定形式或根据用于执行所公开的功能的手段、或用于获得所公开的结果的方法或过程表达的特征在适当时可单独地或以这种特征的任何组合被利用来以其多种形式实现本发明。

Claims (22)

1.一种用于电离源的喷嘴，所述喷嘴包括：

光通道，其具有入口端和出口端；以及

气流通道，其与所述光通道流体连通，

其中，所述气流通道被构造成在使用中将气体流输送到所述光通道中，使得所述气体流基本上朝向所述光通道的所述出口端行进。

2.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述气流通道在所述光通道的所述入口端和所述光通道的所述出口端之间与所述光通道流体连通。

3.根据任何前述权利要求所述的喷嘴，其进一步包括沿着所述光通道安置的窗口。

4.根据权利要求3所述的喷嘴，其中，所述窗口邻近所述光通道的所述入口端安置。

5.根据权利要求3所述的喷嘴，其中，所述窗口被接收在邻近所述光通道的所述入口端的凹部中。

6.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述光通道的所述入口端的横截面积大于所述光通道的所述出口端的横截面积。

7.根据权利要求1所述的喷嘴，其中，所述光通道基本上为圆锥形。

8.根据权利要求1所述的喷嘴，其进一步包括被构造成接收离子引导件的孔口。

9.根据权利要求8所述的喷嘴，其中，所述光通道的纵向轴线和所述孔口的纵向轴线之间的角度在0度和90度之间、或在0度和45度之间、或在0度和30度之间。

10.根据权利要求8所述的喷嘴，其进一步包括观察通道，其中，所述观察通道的纵向轴线和所述孔口的纵向轴线之间的角度不同于所述光通道的纵向轴线和所述孔口的纵向轴线之间的角度。

11.根据权利要求8所述的喷嘴，其进一步包括防护件，所述防护件沿所述孔口的纵向轴线的方向延伸。

12.一种喷嘴组件，其包括：

根据权利要求1所述的喷嘴；

离子引导件；以及

引出电极。

13.根据权利要求12所述的喷嘴组件，其中，所述离子引导件是六极杆离子引导件。

14.根据权利要求12所述的喷嘴组件，其中，所述引出电极邻近所述光通道的所述出口端安置。

15.根据权利要求12所述的喷嘴组件，其中，所述引出电极包括样品入口，所述样品入口被构造成在使用中接收电离的样品中的至少一些。

16.一种电离组件，其包括：

电离室；以及

根据权利要求12所述的喷嘴组件，其被接收在所述电离室中。

17.根据权利要求16所述的电离组件，其中，所述喷嘴组件能够可滑动地接收在所述电离室中。

18.根据权利要求16所述的电离组件，其中，所述电离室是真空室。

19.根据权利要求16所述的电离组件，其进一步包括气体供应通道，所述气体供应通道具有入口端和出口端，所述入口端在所述电离室的外部以接收气体流，其中，所述喷嘴的所述气流通道具有入口端，当所述喷嘴被接收在所述电离室中时，所述入口端流体地连接到所述气体供应通道的所述出口端。

20.根据权利要求16所述的电离组件，其进一步包括射束操纵布置结构，所述射束操纵布置结构被构造成在使用中将光源引导通过所述光通道。

21.根据权利要求20所述的电离组件，其中，所述射束操纵布置结构包括安置在所述电离室内部的至少一个镜。

22.根据权利要求16至20中任一项所述的电离组件，其进一步包括激光光源。