CN214203605U - 质谱离子源进样装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及电喷雾萃取技术领域，具体而言，涉及一种质谱离子源进样装置；质谱离子源进样装置包括吸附组件和电离组件，吸附组件用于吸附样品中的VOC气态分子；电离组件包括电离壳体、毛细管和空气动力学透镜，空气动力学透镜设置于电离壳体内，电离壳体内设置有电离室腔体；毛细管设置于电离壳体，且毛细管伸入电离室腔体内，用于提供电喷雾，以使电离室腔体内的粒子束与电喷雾接触电离形成样品离子；电离壳体还设置有与吸附组件的出口连通的进样口、以及与电离室腔体连通的出样口，出样口用于使电离室腔体内形成的样品离子进入质谱仪。本实用新型的质谱离子源进样装置能够提高进样效率和电离效率。

Description

质谱离子源进样装置

技术领域

本实用新型涉及电喷雾萃取技术领域，具体而言，涉及一种质谱离子源进样装置。

背景技术

电喷雾萃取电离技术(Extractive electrospray ionization，EESI)是在电喷雾电离(Electrospray ionization，ESI)基础上衍生出的一种新型质谱(Massspectrometry，MS)离子化技术，其电离过程可概述为，不含样品的高纯度溶液通过ESI形成带电微液滴，与样品气溶胶颗粒接触碰撞，待分析组分被提取至带电微液滴中，完成电离。EESI离子源与传统质谱离子化技术相比，具有以下优点：1)初级离子通过ESI产生，简单、安全、易操；2)样品可以通过雾化器雾化形成气溶胶，进行萃取电离，无需进行繁琐的样品试剂配制过程；3)几乎可电离除烷烃外的所有种类的化学物质。EESI离子源耦合质谱检测器(EESI-MS)可实时在线检气溶胶化学成分，目前被广泛用于研究呼气代谢组成分、大气气溶胶成分实时演化、食物加工过程风味变化、爆炸物成分分析、尿液、血清、受污水体快速检测等(refs)。EESI-MS装置在健康医疗、环境监测、食品安全、药物研发、刑侦国安等领域具有广阔的应用前景。

但是，EESI源进样结构还存在进样效率低，电离效率低的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种质谱离子源进样装置，其能够提高进样效率和电离效率。

本实用新型的实施例是这样实现的：

第一方面，本实用新型提供一种质谱离子源进样装置，包括：

吸附组件，吸附组件用于吸附样品中的VOC气态分子，吸附组件设置有出口；

电离组件，电离组件包括电离壳体、毛细管和空气动力学透镜，空气动力学透镜设置于电离壳体内，电离壳体内设置有电离室腔体，沿样品在电离壳体内移动的方向，电离室腔体位于空气动力学透镜的下游；毛细管设置于电离壳体，且毛细管伸入电离室腔体内，用于提供电喷雾，以使电离室腔体内的粒子束与电喷雾接触电离形成样品离子；电离壳体还设置有与出口连通的进样口、以及与电离室腔体连通的出样口，出样口用于使电离室腔体内形成的样品离子进入质谱仪。

在可选的实施方式中，电离组件包括至少两个空气动力学透镜，沿样品在电离壳体内移动的方向，至少两个空气动力学透镜依次间隔排布。

在可选的实施方式中，至少两个空气动力学透镜同轴分布。

在可选的实施方式中，吸附组件包括吸附壳体和设置于吸附壳体内的吸附材料，吸附壳体设置有进口和出口，吸附材料用于吸附从进口进入吸附壳体内的样品中的VOC气态分子。

在可选的实施方式中，吸附材料包括活性炭。

在可选的实施方式中，电离组件还包括固定支座和散热板，固定支座与电离壳体连接，且邻近出样口设置，散热板与固定支座背离进样口的一侧连接。

在可选的实施方式中，电离组件还包括隔热板，隔热板与散热板背离固定支座的一侧连接。

在可选的实施方式中，质谱离子源进样装置还包括电极聚焦模块，电极聚焦模块设置于电离室腔体内，且邻近出样口设置。

在可选的实施方式中，毛细管的长度延伸方向与样品在电离壳体内的移动方向呈夹角设置。

在可选的实施方式中，毛细管的雾化口与空气动力学透镜的轴线的延长线之间的间距为5-15mm。

本实用新型实施例的质谱离子源进样装置的有益效果包括：本实用新型实施例提供的质谱离子源进样装置包括吸附组件和电离组件，吸附组件用于吸附样品中的VOC气态分子，吸附组件设置有出口；电离组件包括电离壳体、毛细管和空气动力学透镜，空气动力学透镜设置于电离壳体内，电离壳体内设置有电离室腔体，沿样品在电离壳体内移动的方向，电离室腔体位于空气动力学透镜的下游；毛细管设置于电离壳体，且毛细管伸入电离室腔体内，用于提供电喷雾，以使电离室腔体内的粒子束与电喷雾接触电离形成样品离子；电离壳体还设置有与出口连通的进样口、以及与电离室腔体连通的出样口，出样口用于使电离室腔体内形成的样品离子进入质谱仪。这样一来，可以在进样时，先利用吸附组件将样品中的VOC气态分子除去，改善进入电离组件的样品被VOC气态分子干扰的问题，电离组件设置的空气动力学透镜能够利用颗粒物和气体分子之间的惯性差异，使颗粒物聚焦加速成束，降低了颗粒物在腔体内由扩散沉积、重力沉降、惯性碰壁现象造成的传输损失，进而提高了进样效率；而且传输损失降低后，大量颗粒物进入电离室腔体内与电喷雾接触电离形成样品离子，还能提高电离效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本实用新型的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本实用新型实施例中质谱离子源进样装置的结构示意图；

图2为本实用新型其他实施例中质谱离子源进样装置的结构示意图。

图标：010-质谱离子源进样装置；100-吸附组件；110-吸附壳体；111-进口；112-出口；120-吸附材料；200-电离组件；210-电离壳体；211-进样口；212-出样口；213-固定支座；214-散热板；215-隔热板；220-毛细管；221-雾化口；230-空气动力学透镜；240-电离室腔体；250-质谱进样口。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

相关技术提供的EESI源进样结构通常存在颗粒进样效率低，电离效率低的现象，主要因为气溶胶颗粒与气态分子之间存在较大的惯性差异，气溶胶颗粒在运动过程中往往容易发生碰壁损失，与带电微液滴接触时，仅剩少量颗粒物，导致电离效率低。

请参照图1，本实施例提供一种质谱离子源进样装置010，其包括吸附组件100和电离组件200；吸附组件100用于吸附样品中的VOC气态分子，吸附组件100设置有出口112；电离组件200包括电离壳体210、毛细管220和空气动力学透镜230，空气动力学透镜230设置于电离壳体210内，电离壳体210内设置有电离室腔体240，沿样品在电离壳体210内移动的方向，电离室腔体240位于空气动力学透镜230的下游；毛细管220设置于电离壳体210，且毛细管220伸入电离室腔体240内，用于提供电喷雾，以使电离室腔体240内的粒子束与电喷雾接触电离形成样品离子；电离壳体210还设置有与出口112连通的进样口211、以及与电离室腔体240连通的出样口212，出样口212用于使电离室腔体240内形成的样品离子进入质谱仪。

上述VOC气态分子是指挥发性有机物气态分子。

本实施例的质谱离子源进样装置010在进样时，先利用吸附组件100将样品中的VOC气态分子除去，改善进入电离组件200的样品被VOC气态分子干扰的问题，电离组件200设置的空气动力学透镜230能够利用颗粒物和气体分子之间的惯性差异，使颗粒物聚焦加速成束，降低了颗粒物在腔体内由扩散沉积、重力沉降、惯性碰壁现象造成的传输损失，进而提高了进样效率；而且传输损失降低后，大量颗粒物进入电离室腔体240内与电喷雾接触电离形成样品离子，还能提高电离效率。

需要说明的是，EESI可电离气溶胶颗粒物中的有机成分。但是，相关技术提供的EESI源的进样系统没有区分气体和气溶胶颗粒物的功能，实际进样时会同时引入气体和气溶胶颗粒物，而气溶胶颗粒物中的有机成分均能被EESI源电离、并在质谱中被检出，这会导致无法确认检出的成分是存在与气相还是颗粒相，也就难以应用于大气化学研究等领域。本实施例的质谱离子源进样装置010能够利用吸附组件100将颗粒物中的气体分离，进而能够用于大气化学研究，以便于了解颗粒物的形成机制，还能用于呼气测试研究中，以准确的揭示药物来源。

本实施例中，请参照图1，电离壳体210的出样口212与质谱仪的质谱进样口250连通，以便于电离室腔体240内形成的样品离子通过质谱进样口250抽入质谱仪进行检测分析。

请参照图1，本实施例的吸附组件100包括吸附壳体110和设置于吸附壳体110内的吸附材料120，吸附壳体110设置有进口111和出口112，吸附材料120用于吸附从进口111进入吸附壳体110内的样品中的VOC气态分子。如此设置，在使用该质谱离子源进样装置010时，在电离前，可以先将样品从进口111通入吸附壳体110内，利用吸附壳体110内的吸附材料120将样品中的VOC气态分子除去，再使样品从出口112通入电离组件200，即可有效地除去VOC气态分子的干扰，提高检测的准确性和可靠性。

进一步地，吸附材料120可以选择活性炭。

电离组件200设置的空气动力学透镜230(又称聚焦喷嘴)的数量可以根据需要选择，电离组件200的空气动力学透镜230的数量可以是一个、两个、三个、四个等，在此不作具体限定。当电离组件200包括至少两个空气动力学透镜230时，沿样品在电离壳体210内移动的方向，至少两个空气动力学透镜230依次间隔排布，且同轴分布。

请参照图1，本实施例的质谱离子源进样装置010包括三个空气动力学透镜230，沿样品在电离壳体210内移动的方向，三个空气动力学透镜230依次间隔设置于电离壳体210内，且同轴分布。进一步地，沿样品在电离壳体210内移动的方向，从上游到下游，三个空气动力学透镜230的孔径逐渐减小。如此设置，可以有效地利用颗粒物与气体分子之间的惯性差异，使颗粒物聚焦加速成束，降低了颗粒物在腔体内由扩散沉积、重力沉降、惯性碰壁现象造成的传输损失，进而有效地形成粒子束。

进一步地，沿样品在电离壳体210内移动的方向，电离室腔体240位于远离进样口211的最后一个空气动力学透镜230的下游。如此设置，可以确保经过三个空气动力学透镜230的样品形成较窄的准直粒子束，进入电离室腔体240内，以提高进样效率。

需要说明的是，空气动力学透镜230的孔径尺寸可以根据需要选择，其形状规格也可以根据需要选择，可以采用孔板、锥形或喇叭形喷嘴等，在此均不作具体限定。

需要进一步说明的是，本实施例的空气动力学透镜230无电极；在其他实施例中，根据需要还可以选用电聚焦透镜进行替换。

请参照图1，本实施例的毛细管220插接于电离壳体210的侧壁，且毛细管220的雾化口221伸入电离室腔体240内。毛细管220提供的电喷雾能够与进入电离室腔体240内的粒子束有效地接触电离，进而形成样品离子；由于样品的传输损失降低，大量颗粒物进入电离室腔体240内与电喷雾接触电离形成样品离子，还能提高电离效率。

进一步地，毛细管220的长度延伸方向与样品在电离壳体210内的移动方向呈夹角a设置。在使用时，可以根据喷雾方向和雾化口221的位置进行调节，以提高电离效果。

可选地，毛细管220的长度延伸方向与样品在电离壳体210内的移动方向之间的夹角a的角度可以是20-70℃，在此不作具体限定。

需要说明的是，还可以根据喷雾方向和雾化口221的位置调节毛细管220的雾化口221与空气动力学透镜230的轴线的延长线之间的间距，进而调整毛细管220的雾化口221与电离室腔体240内的形成的粒子束之间的间距b，以获得更好的电离效果。

可选地，毛细管220的雾化口221与空气动力学透镜230的轴线的延长线之间的间距为5-15mm，以使毛细管220的雾化口221与电离室腔体240内的粒子束之间的间距b为5-15mm，在此不作具体限定。

需要说明的是，毛细管220的数量可以根据需要选择，本实施例的电离组件200包括一个毛细管220。

请参照图2，在其他实施例中，毛细管220的数量还可以是两个，沿样品在电离壳体210内移动的方向，两个毛细管220间隔排布。当然，在其他实施例中，毛细管220的数量还可以是三个、四个等，可以根据对颗粒样品的电离需求自由选择。需要说明的是，当毛细管220的数量大于等于两个时，各个毛细管220设置的角度和雾化口221的位置可以是一致的或不一致的，在此不作具体限定。

需要说明的是，本实施例的毛细管220为熔融石英毛细管220，其用于提供纳升电喷雾。纳升电喷雾通常指每分钟流量达到纳升量级1-1000nL的电喷雾，典型值为100nL/min，纳升电喷雾电离效果相对于传统的电喷雾更佳。当然，在其他实施例中，也可以替换为传统电喷雾，通常大于1mL/min，在此不作具体限定。

需要进一步说明的是，采用常规电喷雾电离(ESI)方式产生初级离子需要使用辅助气以提高脱溶剂效率、提高ESI效率，但是，辅助气会扰动初级喷雾与样品气溶胶的相互作用，降低二次电离过程的稳定性，进而影响分析结果的重现性。采用纳升电喷雾(纳升ESI电喷雾)无需辅助气，则不会扰动初级喷雾与样品气流的相互作用。

烷烃类物质是一类重要化学物质，比如对于呼气代谢组研究，烷烃类物质是脂质过氧化最终产物，可用来监测人体过氧化损伤的程度。烷烃也是大气中一类重要的挥发性有机化合物。然而，相关技术提供的EESI源对低极性物质电离效率低、无法电离烷烃类物质。为了使本申请提供的质谱离子源进样装置010增强对于低极性物质的电离效果，在电离室腔体240内还可以耦合电源放电针、紫外线灯或激光器等。

请参照图1，本实施例的电离组件200还包括固定支座213和散热板214，固定支座213与电离壳体210连接，且邻近出样口212设置，散热板214与固定支座213背离进样口211的一侧连接。如此设置，在使用该质谱离子源进样装置010时，可以使散热板214位于电离室腔体240和质谱进样口250之间，利用散热板214散热，以降低与出样口212连通的质谱进样口250产生的热量，且使得电离室腔体240内的温度适宜，以有效地电离易挥发组分。

散热板214可以根据需要选择各种类型具有良好的散热性能的材质，在此不作具体限定；本实施例的散热板214为散热铝板。

进一步地，本实施例的电离组件200还包括隔热板215，隔热板215与散热板214背离固定支座213的一侧连接。如此设置，在使用该质谱离子源进样装置010时，可以使隔热板215位于电离室腔体240和质谱进样口250之间，利用隔热板215有效地阻隔质谱进样口250产生的热量，进一步使电离室腔体240内的温度适宜，以有效地电离易挥发组分。

隔热板215可以根据需要选择各种类型具有良好的隔热性能的材质，在此不作具体限定；本实施例的隔热板215为聚四氟乙烯隔热板215。

需要说明的是，在使用质谱离子源进样装置010时，可以使隔热板215背离散热板214的一侧与质谱仪连接，一方面可以利用隔热板215有效地隔离质谱进样口250产生的热量，另一方面确保质谱仪进样口211与电离组件200的出样口212可靠地连通。进一步地，隔热板215与质谱仪的连接方式可以是抵接、卡接等，在此不作具体限定。

需要说明的是，采用毛细管220进样是大气压电离质谱(Atmospheric PressureInterface-Mass Spectrometry，API-MS)通常采用的进样方式，需要对管路进行加热，防止水汽凝结堵塞毛细管220，温度通常大于100℃，在电离室腔体240和质谱进样口250之间设置隔热板215和散热板214则可以有效地防止样品颗粒的化学组分在电离前挥发，进而确保电离的有效进行。

可选地，质谱离子源进样装置010还包括电极聚焦模块(图未示出)，电极聚焦模块设置于电离室腔体240内，且邻近出样口212设置。如此设置，可以使电极聚焦模块位于质谱进样口250和电离室腔体240之间，以便于利用电极聚焦模块进一步聚焦样品离子，以确保样品离子可靠地从质谱进样口250进入质谱仪，进而降低样品离子在质谱进样口250处产生的损失，以进一步提高样品离子的进样效率。

EESI源非密封设计会使得室内空气进入离子源区，产生背景干扰、降低方法灵敏度。为了改善上述问题，可以将质谱离子源进样装置010进行密封设置。本实施例中，吸附壳体110与电离壳体210连接，且吸附壳体110的出口112与电离壳体210的进样口211连通，吸附壳体110和电离壳体210之间紧密连接，形成密封状态。

需要说明的是，吸附壳体110和电离壳体210的连接方式可以根据需要选择，例如：焊接或卡接等，在此不作具体限定。当吸附壳体110和电离壳体210采用卡接等方式连接时，吸附壳体110和电离壳体210之间还可以设置密封胶圈等密封件。

本实施例的质谱离子源进样装置010的工作远离包括：使样品从吸附壳体110的进口111进入吸附壳体110内部，由吸附壳体110内的吸附材料120吸附、去除样品中的VOC气态分子，得到气溶胶样品；气溶胶样品从吸附壳体110的出口112进入电离壳体210的进样口211，然后依次通过三个空气动力学透镜230，聚焦形成较窄的准直粒子束，且粒子束进入电离室腔体240内，粒子束与毛细管220提供的纳升电喷雾接触电离，形成样品离子，样品离子能够由电离壳体210的出样口212和质谱进样口250抽入质谱仪，进行检测分析。

综上所述，本实用新型提供的质谱离子源进样装置010在进样时，先利用吸附组件100将样品中的VOC气态分子除去，改善进入电离组件200的样品被VOC气态分子干扰的问题，电离组件200设置的空气动力学透镜230能够利用颗粒物和气体分子之间的惯性差异，使颗粒物聚焦加速成束，降低了颗粒物在腔体内由扩散沉积、重力沉降、惯性碰壁现象造成的传输损失，进而提高了进样效率；而且传输损失降低后，大量颗粒物进入电离室腔体240内与电喷雾接触电离形成样品离子，还能提高电离效率。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种质谱离子源进样装置，其特征在于，包括：

吸附组件，所述吸附组件用于吸附样品中的VOC气态分子，所述吸附组件设置有出口；

电离组件，所述电离组件包括电离壳体、毛细管和空气动力学透镜，所述空气动力学透镜设置于所述电离壳体内，所述电离壳体内设置有电离室腔体，沿样品在所述电离壳体内移动的方向，所述电离室腔体位于所述空气动力学透镜的下游；所述毛细管设置于所述电离壳体，且所述毛细管伸入所述电离室腔体内，用于提供电喷雾，以使所述电离室腔体内的粒子束与所述电喷雾接触电离形成样品离子；所述电离壳体还设置有与所述出口连通的进样口、以及与所述电离室腔体连通的出样口，所述出样口用于使所述电离室腔体内形成的所述样品离子进入质谱仪。

2.根据权利要求1所述的质谱离子源进样装置，其特征在于，所述电离组件包括至少两个所述空气动力学透镜，沿所述样品在所述电离壳体内移动的方向，至少两个所述空气动力学透镜依次间隔排布。

3.根据权利要求2所述的质谱离子源进样装置，其特征在于，至少两个所述空气动力学透镜同轴分布。

4.根据权利要求1所述的质谱离子源进样装置，其特征在于，所述吸附组件包括吸附壳体和设置于所述吸附壳体内的吸附材料，所述吸附壳体设置有进口和所述出口，所述吸附材料用于吸附从所述进口进入所述吸附壳体内的样品中的VOC气态分子。

5.根据权利要求4所述的质谱离子源进样装置，其特征在于，所述吸附材料包括活性炭。

6.根据权利要求1所述的质谱离子源进样装置，其特征在于，所述电离组件还包括固定支座和散热板，所述固定支座与所述电离壳体连接，且邻近所述出样口设置，所述散热板与所述固定支座背离所述进样口的一侧连接。

7.根据权利要求6所述的质谱离子源进样装置，其特征在于，所述电离组件还包括隔热板，所述隔热板与所述散热板背离所述固定支座的一侧连接。

8.根据权利要求1所述的质谱离子源进样装置，其特征在于，所述质谱离子源进样装置还包括电极聚焦模块，所述电极聚焦模块设置于所述电离室腔体内，且邻近所述出样口设置。

9.根据权利要求1所述的质谱离子源进样装置，其特征在于，所述毛细管的长度延伸方向与所述样品在所述电离壳体内的移动方向呈夹角设置。

10.根据权利要求1所述的质谱离子源进样装置，其特征在于，所述毛细管的雾化口与所述空气动力学透镜的轴线的延长线之间的间距为5-15mm。

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