RU169146U1 - Устройство источника ионов - электроспрей для получения бескапельного стабильного ионного тока анализируемых веществ из растворов в течение длительного времени - Google Patents
Устройство источника ионов - электроспрей для получения бескапельного стабильного ионного тока анализируемых веществ из растворов в течение длительного времени Download PDFInfo
- Publication number
- RU169146U1 RU169146U1 RU2015152586U RU2015152586U RU169146U1 RU 169146 U1 RU169146 U1 RU 169146U1 RU 2015152586 U RU2015152586 U RU 2015152586U RU 2015152586 U RU2015152586 U RU 2015152586U RU 169146 U1 RU169146 U1 RU 169146U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- central metal
- electrospray
- capillary
- metal capillary
- solutions
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
- G01N30/72—Mass spectrometers
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Предлагаемое устройство относится к источникам ионов с «мягким» методом ионизации – электроспреям, которые в совокупности с жидкостным хроматографом реализуют тандемные методы анализа для качественного и количественного анализа растворов лабильных веществ, образующих молекулярные ионы при атмосферном давлении, и широко используются в экологии, технологии, фармацевтике, медицинской практике, биотехнологии и в исследовательских целях. К таким приборам можно отнести масс-спектрометры и ион-дрейфовые спектрометры. Устройство источника ионов - электроспрей для получения бескапельного стабильного ионного тока анализируемых веществ из растворов в течение длительного времени содержит распылительный узел, состоящий из центрального металлического капилляра и коаксиального ему внешнего капилляра из диэлектрика, образующих коаксиальный канал. Центральный металлический капилляр электрически соединен с регулируемым источником двухполярного высоковольтного напряжения относительно противоэлектрода – входной диафрагмы интерфейса прибора. Коаксиальный канал подключен к осушителю, за которым расположен измеритель потока газа, подключенный к управляемому воздушному микронасосу, а центральный металлический капилляр подключен к инжектору, вход которого подключен к устройству подачи элюента. Перпендикулярно оси распылителя расположена оптическая увеличивающая система, фокус которой находится на вершине мениска жидкости на торце центрального металлического капилляра, а на окуляре оптической увеличивающей системы расположена видеокамера. Поток газа омывает мениск жидкости. Центральный металлический
Description
Настоящая полезная модель относится к источникам ионов с «мягким» методом ионизации – электроспреям, и может входить в состав приборов для качественного и количественного анализа растворов лабильных веществ, образующих молекулярные ионы при атмосферном давлении. К таким приборам можно отнести масс-спектрометры и ион-дрейфовые спектрометры, которые при использовании источника ионов электроспрей в совокупности с жидкостным хроматографом реализуют тандемные методы анализа, например, метод хромато-масс-спектрометрии в реальном времени, широко использующийся в экологии, технологии, фармацевтике, медицинской практике, биотехнологии и в исследовательских целях.
Известен электрораспылительный источник ионов с нагреваемым газом, производимый SHIMADZU, Япония (URL: www.SHIMADZU.сom), где устройство электрораспыления анализируемого раствора расположено ортогонально относительно оси ввода заряженных частиц в систему транспортировки анализатора [1]. Такая ориентировка устройства электрораспыления позволяет избежать засорения или закупоривания входной диафрагмы системы транспортировки заряженных частиц в анализатор, так как при использовании такой геометрии расположения узла электрораспыления раствора большие капли по инерции, преимущественно пролетают мимо входа в анализатор. Кроме того, для лучшей экстракции заряженных частиц анализируемого вещества из микрокапель раствора организован коаксиальный, в направлении распыления, обдув горячим газом факела полученных микрокапель. Для извлечения заряженных частиц из потока, создаваемого горячим газом, и представляющего из себя смесь из заряженных частиц и неиспарившихся капель, кроме поперечного отвода потока через входную диафрагму в форвакуумную часть интерфейса прибора, на входную диафрагму подается потенциал изменяющий направление движения заряженных частиц и слабо влияющий на движение микрокапель, которые преимущественно проходят мимо входа в интерфейс. К недостаткам этого устройства можно отнести малую эффективность преобразования частиц анализируемых веществ из объема раствора в ток заряженных частиц поступающих в анализатор, что в свою очередь связано с объемным зарядом создаваемым как заряженными частицами вещества, так и элюента (растворителя). Зависимости плотности тока заряженных частиц, полученных электрораспылением у оси распылительной системы в пределах приосевых диаметров 0,3-0,5 мм, представленные в [2], составляют порядка 10-8 А/мм2 или 1011 зарядов, которые движутся с тепловой скоростью в газе при атмосферном давлении и представляют собой большой объемный заряд. Для его управления при таких условиях необходимо электрическое напряжение в несколько киловольт, что неприемлемо с точки зрения использования интерфейса прибора. Следующим недостатком устройства является распыление всего потока раствора, хотя для его анализа необходима его малая часть. Это влечет за собой отбор парогазовой смеси неиспользованного анализируемого раствора из области существования факела распыления. Использование в составе элюента ацетонитрила, кислот и самого анализируемого вещества, переходящих в парогазовую смесь, является небезопасным для оператора. Кроме того, использование нагревателя газа для коаксиального, в направлении распыления, обдува электрораспыленных микрокапель раствора усложняет конструкцию распылителя и удорожает эксплуатацию прибора из-за использования чистого газа.
Ближайшим из известных технических решений аналогичного назначения выбранного в качестве прототипа является устройство ионного источника с электроионизацией при испарении элюента в струе, производимый Agilent Technologies, США (URL: www.agilent.com), в котором устройство электрораспыления анализируемого раствора расположено ортогонально относительно оси ионного источника [3]. Но при этом отличительной чертой этого устройства является система подачи противотока горячего осушающего газа навстречу факелу распыленного элюента. Ортогональное по отношению к оси источника электрораспыление струи элюента снижает уровень шума, связанного с неполным испарением капель элюента, а также уменьшает загрязнение источника ионов и ионной оптики. Фиксированная установка распылителя элюента не юстируется при изменении скорости потока и состава элюента. Скорость потока осушающего газа легко меняется для настройки источника ионов на изменения скорости потока и состава элюента. Сочетание электрораспыления и стимулированного испарения микрокапель не влияет на существование больших капель, образовавшихся в результате нестационарности процесса распыления. В свою очередь нестационарность процесса электрораспыления анализируемого раствора, в основном, связана с невозможностью согласовать поток распыляемого раствора с потоком раствора, поступающего в область распыления – мениск на торце металлического капилляра. Излишек раствора смачивает внешнюю сторону капилляра, где начинает накапливаться большая капля до тех пор, пока электрическое поле не преодолеет силу смачиваемости раствора и не оторвет ее от капилляра. Размер такой капли составляет 100-1000 мкм, что много больше размера капель (≥1 мкм), из которых удается извлечь ионы вещества в соответствии с достижением соотношения Рэлея. Далее из горячей области десольватации парогазовая смесь вместе с заряженными частицами в потоке газа поступает на вход в транспортирующую систему масс-спектрометра. Кроме влияния объемного заряда на рассеяние полученных заряженных частиц оказывает влияние плотный встречный потока газа испарителя при атмосферном давлении. Использование способа ортогонального распыления в совокупности с испарением во встречном потоке горячего газа уменьшает, а не полностью устраняет загрязнение ионного источника и ионной оптики транспортирующей системы масс-спектрометра.
Существенного увеличения тока анализируемых ионов, поступающих в анализатор, кратного увеличению потока распыленного раствора, не происходит из-за влияния объемного заряда в области распыления и экстракции ионов из микрокапель.
Общим недостатком рассмотренных устройств является почти 100% преобразование анализируемого раствора в смесь заряженных частиц, паров элюента и газа, хотя в анализатор из источника поступает всего несколько процентов распыленного раствора. Таким образом, появляется задача утилизации неиспользованного парогазового заряженного потока. С другой стороны, неиспользованная для анализа, непосредственно в приборе, проба утрачивается безвозвратно.
Реализация условий получения стабильного ионного тока в рассмотренных источниках ионов с электрораспылением связана с дополнением конструкции источника термостатами и узлами очистки, подогрева и подачи больших объемов газа с использованием дополнительного компрессора и осушителя.
Предлагаемая полезная модель решает следующие задачи:
- работа источника ионов при нормальных условиях;
- сбор неиспользованной для распыления пробы (раствора анализируемого вещества);
- полное отсутствие загрязнений в источнике ионов и ионной оптике системы транспортировки ионов в анализатор;
- электрораспыления без использования встречного потока горячего газа;
- стабильность процесса электрораспрыления (тока заряженных частиц);
- простота реализации;
- визуализация процесса электрораспыления для контроля режима стабильности распыления.
Указанные задачи решаются за счет того, что известное устройство, содержащее электрораспылитель растворов, состоящий из центрального металлического капилляра, и коаксиального ему внешнего капилляра, образующих коаксиальный канал, центрального металлического капилляра, электрически соединенного с регулируемым источником высоковольтного напряжения, противоэлектрода, снабжено: коаксиальным внешним капилляром выполненным из диэлектрика, коаксиальный канал подключен к осушителю, за которым расположен измеритель потока газа, подключенный к управляемому воздушному микронасосу, а центральный металлический капилляр подключен к инжектору, вход которого подключен к устройству подачи элюента, перпендикулярно оси распылителя расположена оптическая увеличивающая система, фокус которой находится на вершине мениска жидкости на торце центрального металлического капилляра, а на окуляре оптической увеличивающей системы расположена видеокамера.
Полезная модель поясняется фиг. 1, на которой представлена схема заявляемого устройства источника ионов - электроспрея для получения бескапельного стабильного ионного тока анализируемых веществ из растворов в течение длительного времени. Предлагаемое устройство содержит распылительный узел, состоящий из центрального металлического капилляра (1) и коаксиального ему внешнего капилляра из диэлектрика (2), образующих коаксиальный канал (3). Центральный металлический капилляр (1) электрически соединен с регулируемым источником двухполярного высоковольтного напряжения (4) относительно противоэлектрода (5) – входной диафрагмы интерфейса прибора. Коаксиальный канал (3) подключен к осушителю (6), за которым расположен измеритель потока газа (7), подключенный к управляемому воздушному микронасосу (8), а центральный металлический капилляр (1) подключен к инжектору (9), вход которого подключен к устройству подачи элюента (10), перпендикулярно оси распылителя расположена оптическая увеличивающая система (11), фокус которой (12) находится на вершине мениска жидкости (13) на торце центрального металлического капилляра (1), а на окуляре (14) оптической увеличивающей системы (11) расположена видеокамера (15). Поток газа (16), омывает мениск жидкости (13). Центральный металлический капилляр (1), инжектор (9) и устройство подачи элюента (10) соединены между собой тефлоновым капилляром (17), а осушитель (6), измеритель потока газа (7), управляемый воздушный насос (8) соединены между собой тефлоновой трубкой (18).
Работает предлагаемое устройство следующим образом. По центральному металлическому капилляру (1), через инжектор (9), представляющий собой трехходовой кран-переключатель с петлей ввода пробы от устройства подачи элюента (10), поступает элюент. Использование инжектора позволяет избежать разрыва потока элюента при поступлении пробы в тефлоновый капилляр, что не нарушает процесс стабильного электрораспыления. На центральный металлический капилляр (1) от источника двухполярного высоковольтного напряжения (4) относительно противоэлектрода (5) подается управляемое напряжение, обеспечивающее экстракцию заряженных частиц из вершины мениска жидкости (13). Через коаксиальный канал (3), образованный внешней стороной центрального металлического капилляра (1) и внутренней стороной внешнего диэлектрического капилляра (2), происходит откачка парогазовой смеси неизрасходованного элюента и потока омывающего мениск жидкости лабораторного воздуха (16) при нормальных условиях из области существования мениска жидкости (13). Откачиваемая парогазовая смесь поступает в осушитель (6), где отделяется воздух от неизрасходованного элюента, который может быть использован в других экспериментах. Осушенный газ из осушителя (6) поступает в измеритель потока газа (7) для контроля режима работы устройства. Величина потока газа определяется управляемым воздушным насосом (8). Для визуального контроля режима электрораспыления с вершины мениска жидкости (13), которая является фокусом (12), используется оптическая увеличивающая система (11), на окуляре которой (14) расположена видеокамера (15). Подача элюента осуществляется по тефлоновым капиллярам (17), а откачка парогазовой смеси и газа происходит по тефлоновым трубкам (18). Изображение мениска в режиме бескапельного стабильного ионного тока анализируемых веществ из растворов в течение длительного времени представлено на фиг. 2. Использование описываемой полезной модели источника ионов в составе ион-дрейфового спектрометра позволило воспроизводимо зарегистрировать спектры подвижности ионов из растворов макро-биомолекул Human serum albumin (69 367 Da), Hemoglobin Human (16 000 Da), Apoferritin (445 000 Da), Myoglobin (17 083 Da), Chymotrypsinogen A (25666 Da) и додицела сульфата натрия (265 Да) в положительной и отрицательной модах, которые представлены на фиг. 3,4 соответственно. Работоспособность описываемого устройства источника ионов в составе масс-спектрометра продемонстрирована на фиг. 5 в виде спектра молекулярного иона резерпина m/z = 609,281 Да при концентрации резерпина в водно-ацетонитрильном растворе 10-7 М.
Предложенное техническое решение позволяет реализовать стабильную работу источника ионов с электрораспылением при нормальных условиях без использования встречного потока горячего газа при полном отсутствии загрязнений в источнике ионов и ионной оптике системы транспортировки ионов в анализатор; сбор неиспользованной для распыления пробы; визуализацию процесса электрораспыления для контроля режима стабильности распыления и простоту устройства.
Источники информации
1. URL: www.SHIMADZU.com.
2. Пашков О.В., Мурадымов М.З. Краснов Н.В., Краснов М.Н. Характеристики факела электрораспыления с динамическим делением потока жидкости при атмосферном давлении//Научное приборостроение, 2015, т.25, №3, с. 21-27.
3. URL: www.agilent.com.
4. V.A. Samokish, M.Z. Muradymov, N.V. Krasnov. Electrospray ion sourse with a dynamic liquid flow splitter//Rapid Commun. Mass spectrometry. 2013, N27(8), p.904-908 DOI 10.1002/rcm 6524.
Claims (2)
1. Устройство источника ионов - электроспрей для получения бескапельного стабильного ионного тока анализируемых веществ из растворов в течение длительного времени, содержащее электрораспылитель растворов, состоящий из центрального металлического капилляра и коаксиального ему внешнего капилляра, образующих коаксиальный канал, центральный металлический капилляр, электрически соединенный с регулируемым источником высоковольтного напряжения, противоэлектрод, отличающееся тем, что коаксиальный внешний капилляр выполнен из диэлектрика, коаксиальный канал подключен к осушителю, за которым расположен измеритель потока газа, подключенный к управляемому воздушному микронасосу, а металлический капилляр подключен к инжектору, вход которого подключен к устройству подачи элюента, перпендикулярно оси распылителя расположена оптическая увеличивающая система, фокус которой находится на вершине мениска жидкости на торце металлического капилляра, а на окуляре оптической увеличивающей системы расположена видеокамера.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что центральный металлический капилляр заземлен.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015152586U RU169146U1 (ru) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | Устройство источника ионов - электроспрей для получения бескапельного стабильного ионного тока анализируемых веществ из растворов в течение длительного времени |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015152586U RU169146U1 (ru) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | Устройство источника ионов - электроспрей для получения бескапельного стабильного ионного тока анализируемых веществ из растворов в течение длительного времени |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU169146U1 true RU169146U1 (ru) | 2017-03-07 |
Family
ID=58449599
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015152586U RU169146U1 (ru) | 2015-12-09 | 2015-12-09 | Устройство источника ионов - электроспрей для получения бескапельного стабильного ионного тока анализируемых веществ из растворов в течение длительного времени |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU169146U1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2733530C1 (ru) * | 2019-06-27 | 2020-10-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук | Устройство для нанесения наночастиц оксидов металлов на металлическую поверхность при нормальных условиях |
| CN114792620A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-07-26 | 中国科学院化学研究所 | 电喷雾质谱装置和电喷雾方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6690006B2 (en) * | 2001-05-24 | 2004-02-10 | New Objective, Inc. | Method and apparatus for multiple electrospray sample introduction |
| RU2530783C2 (ru) * | 2012-04-27 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН) | Устройство электрораспыления хроматографических потоков анализируемых растворов веществ для источников ионов |
-
2015
- 2015-12-09 RU RU2015152586U patent/RU169146U1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6690006B2 (en) * | 2001-05-24 | 2004-02-10 | New Objective, Inc. | Method and apparatus for multiple electrospray sample introduction |
| RU2530783C2 (ru) * | 2012-04-27 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН) | Устройство электрораспыления хроматографических потоков анализируемых растворов веществ для источников ионов |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| V.A. Samokish, Electrospray ion sourse with a dynamic liquid flow splitter, Rapid Commun., Mass spectrometry. 2013, N27(8), c.904-908. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2733530C1 (ru) * | 2019-06-27 | 2020-10-05 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук | Устройство для нанесения наночастиц оксидов металлов на металлическую поверхность при нормальных условиях |
| CN114792620A (zh) * | 2022-04-11 | 2022-07-26 | 中国科学院化学研究所 | 电喷雾质谱装置和电喷雾方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10796894B2 (en) | System and method for ionization of molecules for mass spectrometry and ion mobility spectrometry | |
| Covey et al. | Atmospheric pressure ion sources | |
| JP3299335B2 (ja) | 時間変調が課される電気的噴霧装置および方法 | |
| US4999493A (en) | Electrospray ionization interface and method for mass spectrometry | |
| US6943346B2 (en) | Method and apparatus for mass spectrometry analysis of aerosol particles at atmospheric pressure | |
| Manisali et al. | Electrospray ionization source geometry for mass spectrometry: past, present, and future | |
| JP5073168B2 (ja) | 質量分析計用の高速組合せマルチモードイオン源 | |
| US6653626B2 (en) | Ion sampling for APPI mass spectrometry | |
| JP3079055B2 (ja) | エレクトロスプレー、大気圧化学的イオン化質量分析計およびイオン発生源 | |
| JP4178110B2 (ja) | 質量分析装置 | |
| US10242856B2 (en) | Systems and methods for relay ionization | |
| GB2420008A (en) | Ionization means for mass spectrometer | |
| JPH043622B2 (ru) | ||
| RU2530783C2 (ru) | Устройство электрораспыления хроматографических потоков анализируемых растворов веществ для источников ионов | |
| US20180166268A1 (en) | Ionization and ion introduction device for mass spectrometer | |
| Bush et al. | The nanopore mass spectrometer | |
| Rahman et al. | High pressure nanoelectrospray ionization mass spectrometry for analysis of aqueous solutions | |
| RU169146U1 (ru) | Устройство источника ионов - электроспрей для получения бескапельного стабильного ионного тока анализируемых веществ из растворов в течение длительного времени | |
| US20100193679A1 (en) | Guiding charged droplets and ions in an electrospray ion source | |
| US20150108347A1 (en) | Method and apparatus to desolvate ions at high pressure and to improve transmission and contamination in the coupling of mass spectrometers and mobility spectrometers with ionizers | |
| JP3846417B2 (ja) | 大気圧イオン化質量分析装置 | |
| JP5219274B2 (ja) | 質量分析計 | |
| CN110164747B (zh) | 电喷雾离子源辅助加热的进样装置和方法 | |
| JP2007066903A (ja) | ガス流を管理するための装置及び方法 | |
| CN109979797A (zh) | 一种用于质谱仪的离子源装置及其使用方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20181210 |