RU2613429C2 - Method of drop-free ion flow forming at analyzed electric spraying solutions in ions sources with atmospheric pressure - Google Patents
Method of drop-free ion flow forming at analyzed electric spraying solutions in ions sources with atmospheric pressure Download PDFInfo
- Publication number
- RU2613429C2 RU2613429C2 RU2015121414A RU2015121414A RU2613429C2 RU 2613429 C2 RU2613429 C2 RU 2613429C2 RU 2015121414 A RU2015121414 A RU 2015121414A RU 2015121414 A RU2015121414 A RU 2015121414A RU 2613429 C2 RU2613429 C2 RU 2613429C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- drop
- ions
- ion
- atmospheric pressure
- meniscus
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
- H01J49/02—Details
- H01J49/10—Ion sources; Ion guns
- H01J49/14—Ion sources; Ion guns using particle bombardment, e.g. ionisation chambers
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Abstract
Description
Настоящее предлагаемое изобретение относится к области масс-спектрометрии, а именно к источникам ионов с мягким методом ионизации с использованием электрораспыления анализируемых растворов в неоднородном постоянном электрическом поле при атмосферном давлении, и найдет широкое применение в масс-спектрометрии, спектрометрии подвижности ионов при решении задач органической и биоорганической химии, иммунологии, медицины, диагностики заболеваний, биохимических исследованиях, фармацевтике, проведении анализов в протеомике, метаболомике и криминалистике: исследовании белков, следового анализа биохимических маркеров, наркотиков и их метаболитов в биологических тканях и жидкостях.The present invention relates to the field of mass spectrometry, namely to ion sources with a soft ionization method using electrospray of the analyzed solutions in a nonuniform constant electric field at atmospheric pressure, and will find wide application in mass spectrometry, ion mobility spectrometry in solving problems of organic and bioorganic chemistry, immunology, medicine, disease diagnosis, biochemical research, pharmaceuticals, proteomics, metabolomics e and forensics: the study of proteins, trace analysis of biochemical markers, drugs and their metabolites in biological tissues and fluids.
В процессе электрораспыления анализируемых растворов веществ для источников ионов с неоднородным постоянным электрическим полем при атмосферном давлении для получения ионов исследуемых веществ из заряженных микрокапель используется спутный газ.In the process of electrospray of analyzed solutions of substances for ion sources with an inhomogeneous constant electric field at atmospheric pressure, satellite gas is used to obtain ions of the studied substances from charged microdrops.
Известный метод экстракции ионов из растворов при атмосферном давлении [1] заключается в том, что на торце металлического капилляра, по которому поступает раствор вещества, под воздействием неоднородного постоянного электрического поля образуется мениск жидкости, из которого происходит эмиссия заряженных микрокапель, испаряющихся при нормальных условиях с образованием ионов, транспортируемых электрическим полем или спутным газом в анализатор ионов. Поток анализируемого раствора составлял 0,05-5 мкл/мин. Это метод имеет много общего с другими спрэй-методами [2-6]. Во всех этих методах анализируемый раствор превращается в тонко диспергированный заряженный аэрозоль, который испаряется в области с атмосферным давлением газа, а продукты испарения, в том числе и заряженные ионы, отбираются в камеру анализатора ионов через газодинамическую транспортирующую систему. Различие в используемых методах диспергирования и зарядки микрокапель не меняет сути физических процессов, приводящих к экстракции ионов из испаряющегося заряженного аэрозоля. Это подтверждается сходством масс-спектров для различных спрэй-методов. Все эти методы направлены на увеличение потока распыляемого раствора для согласования с потоком элюента из хроматографической колонки, т.е. 50-200 мкл/мин.A well-known method for extracting ions from solutions at atmospheric pressure [1] is that at the end of the metal capillary through which the solution of the substance flows, a meniscus of liquid is formed under the influence of a nonuniform constant electric field, from which the emission of charged microdrops evaporates under normal conditions with the formation of ions transported by an electric field or satellite gas to an ion analyzer. The flow of the analyzed solution was 0.05-5 μl / min. This method has much in common with other spray methods [2-6]. In all these methods, the analyzed solution is converted into a finely dispersed charged aerosol, which evaporates in the region with atmospheric gas pressure, and evaporation products, including charged ions, are taken into the chamber of the ion analyzer through a gas-dynamic conveying system. The difference in the methods used for dispersing and charging microdrops does not change the essence of the physical processes leading to the extraction of ions from an evaporating charged aerosol. This is confirmed by the similarity of mass spectra for different spray methods. All these methods are aimed at increasing the flow of the sprayed solution to match the flow of eluent from the chromatographic column, i.e. 50-200 μl / min.
В качестве последних примеров в этом направлении развития источника ионов для растворов лабильных веществ можно привести [7-8]. В этих устройствах электрораспыление играет вспомогательную роль, как способ зарядки микрокапель жидкости, распыляемой дополнительным потоком распыляющего газа, как правило азота. Для наибольшего извлечения заряженной компоненты из полученных микрокапель стали применять еще один вспомогательный поток горячего газа-испарителя. Таким образом, в конструкции источника ионов с электрораспылением раствора от самого метода осталась только зарядка распыляемых микрокапель, а получение микрокапель в виде «душа» и их испарение происходит газодинамически в потоках газов. Основным недостатком этих методов является немонодисперсность эмитируемых заряженных микрокапель и, соответственно, нестабильный ионный ток, влияющий на вид регистрируемых спектров, что показано на примере спектра ионной подвижности в работе [9].As the latest examples in this direction of the development of the ion source for solutions of labile substances, one can cite [7–8]. In these devices, electrospray plays an auxiliary role, as a way of charging micro-droplets of liquid sprayed by an additional stream of atomizing gas, usually nitrogen. For the greatest extraction of the charged component from the obtained microdrops, another auxiliary stream of hot gas-vaporizer began to be used. Thus, in the design of the ion source with electrospray of the solution, only the charging of the sprayed microdrops remained from the method itself, and the microdrops in the form of a “shower” are received and their evaporation occurs gasdynamically in gas flows. The main drawback of these methods is the non-monodispersity of the emitted charged microdrops and, accordingly, the unstable ion current, which affects the shape of the recorded spectra, as shown by the example of the ion mobility spectrum in [9].
Наилучшие характеристики по диапазону объемной скорости анализируемого раствора при помощи электрораспыления и стабильности ионного тока получены в [10]. Способ распыления больших объемов анализируемого раствора для источников ионов электроспрей со стабильным ионным током предложенный в [11] выбран в качестве прототипа в данном патенте.The best characteristics in the range of the space velocity of the analyzed solution using electrospray and ion current stability were obtained in [10]. The method of spraying large volumes of the analyzed solution for ion sources of electrospray with a stable ion current proposed in [11] is selected as a prototype in this patent.
Известен способ электрораспыления хроматографических потоков анализируемых растворов веществ для источников ионов с атмосферным давлением, основанный на формировании мениска анализируемой жидкости в сильном электрическом поле с эмиссией заряженных частиц с вершины мениска, а нераспыленный раствор удаляется из области распыления противотоком окружающего газа через коаксиальный канал при нормальных условиях.There is a method of electrospraying chromatographic flows of analyte solutions of substances for ion sources with atmospheric pressure, based on the formation of a meniscus of the analyzed fluid in a strong electric field with the emission of charged particles from the top of the meniscus, and the unsprayed solution is removed from the spraying area by countercurrent of the surrounding gas through a coaxial channel under normal conditions.
Недостатком известного способа является то, что не удается полностью избежать появления крупных капель как на начальной стадии получения стабильного распыления, так и при завершении процесса распыления. Следствием этого существенного недостатка является необходимость чистки элементов системы транспортировки из-за осаждения нелетучей компоненты (не ставшей ионами) из неиспарившихся капель.The disadvantage of this method is that it is not possible to completely avoid the appearance of large drops both at the initial stage of obtaining stable spraying and at the end of the spraying process. The consequence of this significant drawback is the need to clean the elements of the transportation system due to the deposition of non-volatile components (not become ions) from non-evaporated droplets.
Целью предложенного способа является образование бескапельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением для хроматографических потоков анализируемых растворов веществ, с исключением появления крупных капель во все время проведения распыления, основанное на том, что перед подачей раствора в область электрораспыления устанавливается поток отбираемого из области распыления окружающего газа через коаксиальный канал больше необходимого для получения стабильного распыления при нормальных условиях, а отверстие в противоэлектроде закрыто скользящей проводящей задвижкой соединенной электрически с противоэлектродом. В качестве примера осуществления изобретения можно рассмотреть следующие действия. После поступления раствора по капилляру в область электрораспыления на противоэлектрод подается регулируемое электрическое напряжение, создающее при используемой геометрии узла распыления необходимую напряженность электрического поля для распыления раствора. Варьируя величины потока откачиваемого газа и электрического напряжения, выходят на режим стабильного распыления. Получение стабильного режима распыления определяют по стабильности тока заряженных частиц, поступающих на скользящую задвижку фигура 1. При достижении оптимального режима распыления ток заряженных частиц не имеет скачков. Наличие гистерезиса параметров настроек, особенно по электрическому напряжению, позволяет без нарушения процесса установившегося стабильного распыления сместить скользящую задвижку, открыв отверстие в противоэлектроде для попадания ионного потока в анализатор. Таким образом, в анализатор не попадают капли распыленного раствора на начальном этапе распыления до получения стабильного тока заряженных частиц. После выхода на режим стабильного распыления параметры настройки (напряжение на противоэлектроде и объем противотока окружающего газа через коаксиальный канал) не изменяются при неразрывном вводе потока жидкости в канал подачи в область распыления. При завершении распыления раствора скользящую задвижку устанавливают в исходное положение, закрывая отверстие в противоэлектроде и устраняют возможность попадание капель в анализатор при выходе из режима распыления. После этого прекращается подача раствора в область распыления, отключается электрическое напряжение и прекращается откачка газа из области распыления по коаксиальному каналу.The aim of the proposed method is the formation of a droplet-free ion flow during electrospray of the analyzed solutions in ion sources with atmospheric pressure for the chromatographic flows of the analyzed solutions of substances, with the exception of the appearance of large drops during the spraying time, based on the fact that a sample stream is established before the solution is supplied to the electrospray area from the area of atomization of the surrounding gas through the coaxial channel is more than necessary to obtain a stable atomization tions under normal conditions, and the hole in the counter electrode conductive closed sliding gate valve electrically connected with the counter. As an example embodiment of the invention, the following actions can be considered. After the solution arrives through the capillary into the electrospray area, a regulated electric voltage is applied to the counter electrode, which creates the necessary electric field strength for spraying the solution with the used geometry of the atomization unit. Varying the magnitude of the pumped gas flow and electric voltage, they enter the stable spraying mode. Obtaining a stable atomization mode is determined by the stability of the current of charged particles entering the sliding gate valve of Figure 1. Upon reaching the optimal atomization mode, the current of charged particles has no jumps. The presence of hysteresis of the parameter settings, especially with respect to the voltage, allows displacing the sliding gate valve without disturbing the steady-state spraying process, opening a hole in the counter electrode to allow the ion flux to enter the analyzer. Thus, droplets of the sprayed solution do not get into the analyzer at the initial stage of spraying until a stable current of charged particles is obtained. After entering the stable spraying mode, the settings (voltage at the counter electrode and the volume of the countercurrent of the surrounding gas through the coaxial channel) do not change when the fluid flow is continuously introduced into the supply channel to the spraying area. When spraying the solution is complete, the sliding gate valve is set to its original position, closing the hole in the counter electrode and eliminating the possibility of droplets entering the analyzer when exiting the spraying mode. After this, the flow of the solution to the spraying area is stopped, the electric voltage is turned off, and gas pumping from the spraying area through the coaxial channel is stopped.
При горизонтальной ориентации входа анализатора ионов мениск распыляемого раствора ориентируется под углом к горизонту по оси входа в анализатор. Такая ориентация мениска обусловлена воздействием силы тяжести на жидкий мениск и соответственно деформацией его конической симметричной формы. При этом вершина мениска, с которой происходит эмиссия заряженных частиц, смещается с оси симметрии (фигура 2). Для получения максимального тока заряженных частиц (прохождение через отверстие в противоэлектроде) вводится угловая поправка в зависимости от расстояния от мениска до противоэлектрода.With a horizontal orientation of the entrance of the ion analyzer, the meniscus of the sprayed solution is oriented at an angle to the horizontal along the axis of entry into the analyzer. This orientation of the meniscus is due to the influence of gravity on the liquid meniscus and, accordingly, the deformation of its conical symmetrical shape. In this case, the top of the meniscus, from which the emission of charged particles occurs, is shifted from the axis of symmetry (figure 2). To obtain the maximum current of charged particles (passing through the hole in the counter electrode), an angular correction is introduced depending on the distance from the meniscus to the counter electrode.
Такой вариант осуществления изобретения позволяет воспроизводить и контролировать получение бескапельного ионного потока при непрерывном стабильном электрораспылении растворов в источнике ионов при атмосферном давлении на всех стадиях процесса электрораспыления.This embodiment of the invention allows to reproduce and control the production of a drop-free ion stream with continuous stable electrospray of solutions in an ion source at atmospheric pressure at all stages of the electrospray process.
Источники информацииInformation sources
1. Александров М.Л., Галь Л.Н., Краснов Н.В., Николаев В.И., Павленко В.А., Шкуров В.А. ДАН Т. 277, №2. Физическая химия, с. 379-383, (1984).1. Alexandrov M.L., Gal L.N., Krasnov N.V., Nikolaev V.I., Pavlenko V.A., Shkurov V.A. DAN T. 277, No. 2. Physical chemistry, p. 379-383, (1984).
2. Iribarne J.V., Thomson В.А. Int. J. Mass-spectrom. Ion Phys. V. 50, p. 331, (1982).2. Iribarne J.V., Thomson B.A. Int. J. Mass-spectrom. Ion phys. V. 50, p. 331, (1982).
3. Fenn J.B., Whitehouse С.М., Dreyer R.N., Yamashita M. Anal. Chem. V. 57, p. 675 (1985).3. Fenn J. B., Whitehouse S. M., Dreyer R. N., Yamashita M. Anal. Chem. V. 57, p. 675 (1985).
4. Covey T.R., Bruins A.P., Henion J.D. Anal. Chem. V. 59, p. 2642, (1984).4. Covey T.R., Bruins A.P., Henion J.D. Anal. Chem. V. 59, p. 2642, (1984).
5. Pilesot D., Kin H.Y., Diches D.F., Vestal M. Anal. Chem. V. 56, p. 1236, (1984).5. Pilesot D., Kin H.Y., Diches D.F., Vestal M. Anal. Chem. V. 56, p. 1236, (1984).
6. Kambara H. Anal. Hem. V. 54., p. 143 (1982).6. Kambara H. Anal. Hem. V. 54., p. 143 (1982).
7. Shimadzu Corp. (www.Shimadzu.com).7. Shimadzu Corp. (www.Shimadzu.com).
8. Thermo Scientific (www.tectronica.com).8. Thermo Scientific (www.tectronica.com).
9. В.А. Самокиш, H.B. Краснов, М.З. Мурадымов. Электроспрей источник ионов с динамическим делителем потока жидкости // Научное приборостроение. 2012 г., Т. 22, №3, С. 5-129. V.A. Samokish, H.B. Krasnov, M.Z. Muradymov. Electrospray ion source with a dynamic divider of fluid flow // Scientific Instrument Making. 2012, T. 22, No. 3, S. 5-12
10. Н. Арсеньев, Н.В. Краснов, М.З. Мурадымов. Исследования стабильности электрораспыления при динамическом делении потока жидкости // Масс-спектрометрия, 2014, T. 11, №1, С. 36-38.10. N. Arseniev, N.V. Krasnov, M.Z. Muradymov. Investigations of electrospray stability during dynamic division of a fluid flow // Mass Spectrometry, 2014, T. 11, No. 1, P. 36-38.
11. Н.В. Краснов, М.З. Мурадымов, Самокиш В.А. Патент на изобретение №2530782 от 15.08.2014. Способ электрораспыления хроматографических потоков анализируемых растворов веществ для источников ионов.11. N.V. Krasnov, M.Z. Muradymov, Samokish V.A. Patent for invention №2530782 from 08/15/2014. Method for electrospraying chromatographic streams of analyzed solutions of substances for ion sources.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015121414A RU2613429C2 (en) | 2015-06-04 | 2015-06-04 | Method of drop-free ion flow forming at analyzed electric spraying solutions in ions sources with atmospheric pressure |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015121414A RU2613429C2 (en) | 2015-06-04 | 2015-06-04 | Method of drop-free ion flow forming at analyzed electric spraying solutions in ions sources with atmospheric pressure |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015121414A RU2015121414A (en) | 2016-12-27 |
RU2613429C2 true RU2613429C2 (en) | 2017-03-16 |
Family
ID=57759253
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015121414A RU2613429C2 (en) | 2015-06-04 | 2015-06-04 | Method of drop-free ion flow forming at analyzed electric spraying solutions in ions sources with atmospheric pressure |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2613429C2 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2732074C2 (en) * | 2018-10-04 | 2020-09-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Девайс Консалтинг" | Device for ion transport in sources with ionization at atmospheric pressure with conversion of continuous flow into pulse one |
RU2732075C1 (en) * | 2019-07-24 | 2020-09-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук | Method for preliminary separation of a flow of charged particles in a source of ions with ionization at atmospheric pressure |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114896905B (en) * | 2022-05-12 | 2024-03-29 | 西安交通大学 | Similarity criterion determination method for different working medium spray droplet motion evaporation process |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US20080156985A1 (en) * | 2006-12-28 | 2008-07-03 | Andre Venter | Enclosed desorption electrospray ionization |
EA015051B1 (en) * | 2006-05-31 | 2011-04-29 | Шеммельвеиш Эдьетем | Method and device for desorption ionization by liquid jet |
US20140158882A1 (en) * | 2008-10-13 | 2014-06-12 | Purdue Research Foundation | Systems and methods for transfer of ions for analysis |
RU2530782C2 (en) * | 2011-12-06 | 2014-10-10 | Учреждение Российской академии наук Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН) | Method for electrospraying chromatographic streams of test solutions of substances for ion sources |
-
2015
- 2015-06-04 RU RU2015121414A patent/RU2613429C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EA015051B1 (en) * | 2006-05-31 | 2011-04-29 | Шеммельвеиш Эдьетем | Method and device for desorption ionization by liquid jet |
US20080156985A1 (en) * | 2006-12-28 | 2008-07-03 | Andre Venter | Enclosed desorption electrospray ionization |
US20140158882A1 (en) * | 2008-10-13 | 2014-06-12 | Purdue Research Foundation | Systems and methods for transfer of ions for analysis |
RU2530782C2 (en) * | 2011-12-06 | 2014-10-10 | Учреждение Российской академии наук Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН) | Method for electrospraying chromatographic streams of test solutions of substances for ion sources |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Масс-спектрометрия, 2014, т. 11, N1, c. 36-38. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2732074C2 (en) * | 2018-10-04 | 2020-09-11 | Общество с ограниченной ответственностью "Девайс Консалтинг" | Device for ion transport in sources with ionization at atmospheric pressure with conversion of continuous flow into pulse one |
RU2732075C1 (en) * | 2019-07-24 | 2020-09-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук | Method for preliminary separation of a flow of charged particles in a source of ions with ionization at atmospheric pressure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015121414A (en) | 2016-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9768004B2 (en) | Systems, devices, and methods for connecting a chromatography system to a mass spectrometer | |
Covey et al. | Atmospheric pressure ion sources | |
CA2725612C (en) | Single and multiple operating mode ion sources with atmospheric pressure chemical ionization | |
Manisali et al. | Electrospray ionization source geometry for mass spectrometry: past, present, and future | |
Ghosh et al. | Influence of ionization source design on matrix effects during LC–ESI-MS/MS analysis | |
US7355172B2 (en) | Liquid cheromatography/mass spectrometry apparatus | |
RU2530783C2 (en) | Apparatus for electrospraying chromatographic streams of test solutions of substances for ion sources | |
US9704699B2 (en) | Hybrid ion source and mass spectrometric device | |
RU2613429C2 (en) | Method of drop-free ion flow forming at analyzed electric spraying solutions in ions sources with atmospheric pressure | |
US9528968B2 (en) | Enhanced sensitivity of detection in electrospray ionization mass spectrometry using a post-column modifier and a microfluidic device | |
JP2005528746A (en) | A fast combined multimode ion source for mass spectrometers. | |
Markert et al. | Observation of charged droplets from electrospray ionization (ESI) plumes in API mass spectrometers | |
DE102016125204A1 (en) | SECONDARY ULTRASOUND DIVERSITY | |
US8716675B2 (en) | Methods and apparatus for mass spectrometry utilizing an AC electrospray device | |
Kottke et al. | DRILL: An electrospray ionization-mass spectrometry interface for improved sensitivity via inertial droplet sorting and electrohydrodynamic focusing in a swirling flow | |
GB2523873A (en) | Systems, devices and methods for connecting a chromatography system to a mass spectrometer | |
Wu et al. | On-demand mass spectrometry analysis by miniature mass spectrometer | |
Schneider et al. | Particle discriminator interface for nanoflow ESI-MS | |
Han et al. | Feedback Control of Electrospray with and without an External Liquid Pump Using the Spray Current and the Apex Angle of a Taylor Cone for ESI-MS | |
RU2530782C2 (en) | Method for electrospraying chromatographic streams of test solutions of substances for ion sources | |
Samokish et al. | Electrospray ion source with a dynamic liquid flow splitter | |
RU2608361C2 (en) | Device for formation of drop-free ion flow at electrospraying of analyzed solutions in ion sources with atmospheric pressure | |
Schneider et al. | Sampling efficiency improvement to an electrospray ionization mass spectrometer and its implications for liquid chromatography based inlet systems in the nanoliter to milliliter per minute flow range | |
RU2608362C2 (en) | Device of stable electro-spraying solutions of substances at atmospheric pressure for ion sources | |
JP4254546B2 (en) | Mass spectrometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180605 |