采用電噴霧/電暈放電雙模式離子源的離子遷移率譜儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及離子檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地涉及一種采用電噴霧(Electrospray1nizat1n Source，ESI)/電暈放電(Corona discharge，⑶)雙模式離子源的離子迀移率譜儀(1n Mobility Spectrometry，IMS)，能提高離子迀移率譜的探測(cè)靈敏度和分辨能力。
【背景技術(shù)】
[0002]離子迀移率譜儀(MS)是一種基于氣相離子在電場(chǎng)中迀移速率的差異對(duì)物質(zhì)進(jìn)行表征的分析技術(shù)。與傳統(tǒng)的色譜和質(zhì)譜等檢測(cè)技術(shù)相比具有設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、在常壓條件下工作而無需真空系統(tǒng)、檢測(cè)靈敏度高、分析速度快、易于小型化和便攜化等優(yōu)點(diǎn)。其中離子源是MS的重要組成部分，在樣品分子電離成樣品離子過程中起關(guān)鍵作用。常用的頂S離子源與質(zhì)譜離子源在結(jié)構(gòu)上有相似之處，但MS離子源的樣品電離及離子傳輸過程均在大氣中進(jìn)行。離子源與IMS漂移管間需建立特定電場(chǎng)來引導(dǎo)離子在大氣壓環(huán)境下傳輸，為了避免外界環(huán)境的干擾影響，離子源有相對(duì)氣密的連接結(jié)構(gòu)與IMS漂移管連接固定。常用的IMS電離方法有放射離化、紫外光致離化、電暈放電離化、電噴霧離化以及解析電噴霧離化等。不同物質(zhì)的電離特性不同，應(yīng)選用合適的離化源來獲得較高離化效率。對(duì)于具有較復(fù)雜成份的液態(tài)樣品，由于不同離化方法對(duì)樣品的離化效率不同，采用某種單一離化方法檢測(cè)，樣品可能得不到充分離化，影響樣品信息的獲取。為獲得更多檢測(cè)信息，可用多種離子源進(jìn)行檢測(cè)，這需要來回更換IMS的離子源，將導(dǎo)致檢測(cè)效率、可靠性和重復(fù)性下降。
[0003]在食品安全、生化檢測(cè)等頂S常用領(lǐng)域中，樣品多是半揮發(fā)、難揮發(fā)物質(zhì)，通常溶解在溶劑中進(jìn)行連續(xù)檢測(cè)，如在線監(jiān)測(cè)、高效液相色譜(HPLC)分離檢測(cè)等等。液態(tài)樣品分子高效率轉(zhuǎn)化為氣相樣品離子是頂S檢測(cè)技術(shù)的關(guān)鍵，方便有效的電離方法主要有ES1、CD離化等。
[0004]ESI離子源可以在不破壞樣品分子結(jié)構(gòu)的前提下，直接將液體樣品離化成氣相離子，可實(shí)現(xiàn)對(duì)非揮發(fā)性或高分子量化合物的檢測(cè)。電噴霧毛細(xì)管針尖出口施加高電壓(1.5?4.5kV)，針尖產(chǎn)生的電場(chǎng)梯度造成出口溶液表面形成錐狀結(jié)構(gòu)(泰勒錐，Tylorcore)，在尖端強(qiáng)電場(chǎng)的作用下液體從錐體表面噴射出來形成液滴，并帶有電荷。與質(zhì)譜的ESI離化不同，頂S的ESI離化產(chǎn)生的霧狀液滴須在常壓下將溶劑蒸發(fā)(去溶劑化)，形成樣品離子，被引進(jìn)IMS漂移管進(jìn)行分離分析，因此大流量電噴液進(jìn)樣、掃吹霧化去溶劑、毛細(xì)管離子傳輸?shù)荣|(zhì)譜中的ESI相關(guān)技術(shù)等無法直接用于頂S。在大氣壓環(huán)境下，頂S的ESI離子源噴出的帶電液滴高度依賴反吹氣的溫度和流速進(jìn)行去溶劑化，如果去溶劑化不完全，將導(dǎo)致檢測(cè)分辨率和靈敏度大大下降。相關(guān)研究表明電噴液較小流量(幾百納升?幾微升/分鐘)時(shí)較容易實(shí)現(xiàn)噴霧，當(dāng)流量加大后易出現(xiàn)電噴不穩(wěn)定情況。中國(guó)201210538911.0號(hào)發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N電噴霧離子源離子迀移管及其應(yīng)用，該申請(qǐng)描述的ESI離子源采用一種聚焦電極、毛細(xì)管噴霧針和對(duì)電極環(huán)的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)電噴霧，由于噴霧針與聚焦電極具有相同電位，噴霧針尖必須與聚焦電極有一定距離保證針尖處存在強(qiáng)電場(chǎng)。若頂S漂移管反吹氣溫度較高，該結(jié)構(gòu)的噴霧針將被反吹氣加熱，導(dǎo)致針內(nèi)溶液沸騰汽化，無法實(shí)現(xiàn)電噴霧，離子源只能在較低溫度下使用。而較低的反吹氣溫度會(huì)使得去溶劑化效果下降，因此該專利申請(qǐng)將電噴霧溶液流速限制在納升每分鐘的量級(jí)以實(shí)現(xiàn)低溫下去溶劑化。電噴霧溶液低流速使得單位時(shí)間內(nèi)樣品進(jìn)樣量少，可被電離的樣品量少而降低了 IMS的檢測(cè)靈敏度；此外較低的漂移管溫度將使離子信號(hào)峰展寬，降低了檢測(cè)分辨率。文獻(xiàn)“Liquid chromatography/electrospray 1nizat1n/1n mobilityspectrometryof chlorophenols with full flow from large boreLC columns，，(Int.J.1on Mobil.Spec.11 (2008)，p51?60)報(bào)道了一種與常規(guī)液相色譜(LC)聯(lián)用的ES1-頂S裝置，文獻(xiàn)指出溶液流速在10?25微升每分鐘范圍時(shí)，IMS檢測(cè)到的樣品離子峰強(qiáng)最大。為了完成ESI的去溶劑化過程，文獻(xiàn)提出在漂移管去溶劑化區(qū)前端加裝大流量抽氣栗(3升每分鐘)抽除電噴霧產(chǎn)生的大液滴，并在電噴針周圍吹輔助霧化氣。由于抽氣流速大，會(huì)從離子源外界環(huán)境抽入補(bǔ)充氣體而引入干擾物質(zhì)，同時(shí)由于抽走的大液滴里也含有大量樣品物質(zhì)，導(dǎo)致樣品的損失而使進(jìn)入IMS的樣品量不穩(wěn)定，影響檢測(cè)重復(fù)性。此外，ESI離子源對(duì)極性化合物有較好的檢測(cè)效果，但對(duì)非極性物質(zhì)的檢測(cè)較困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對(duì)上述技術(shù)問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種采用電噴霧/電暈放電雙模式離子源的離子迀移率譜儀，以綜合利用兩種離子源不同的優(yōu)勢(shì)，提高離子迀移率譜的探測(cè)靈敏度和分辨能力。
[0006]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的采用電噴霧/電暈放電雙模式離子源的離子迀移率譜儀，其特征在于，所述離子迀移率譜儀包括離子源，所述離子源既能實(shí)現(xiàn)電噴霧離子化，又能實(shí)現(xiàn)電暈放電離子化。
[0007]其中，所述離子源包括噴針，所述噴針既能作為電噴霧針，也能作為電暈放電針，且所述噴針針尖能夠軸向調(diào)整伸向電極網(wǎng)的距離。
[0008]其中，所述噴針為金屬毛細(xì)管針，且所述噴針與高電壓裝置連接，能夠根據(jù)需要調(diào)節(jié)所述高電壓裝置的電壓。
[0009]其中，所述噴針由加熱和/或冷卻裝置環(huán)繞，從而能夠根據(jù)需要調(diào)節(jié)所述噴針的溫度。
[0010]其中，所述冷卻裝置為由PEEK樹脂材料制作的冷卻筒，所述冷卻筒上形成有冷卻腔，灌滿冷卻液并與外界密封，所述冷卻液循環(huán)流動(dòng)來實(shí)現(xiàn)快速降溫；所述加熱裝置為加熱膜，通過電加熱來實(shí)現(xiàn)升溫，且所述加熱膜與所述噴針之間填充有導(dǎo)熱硅膠。
[0011]其中，所述離子迀移率譜儀還包括漂移管，所述漂移管為采用金屬陶瓷封接技術(shù)制備的整體漂移管。
[0012]其中，所述漂移管管壁上還設(shè)置有反吹氣出口和反吹氣預(yù)熱管，所述反吹氣出口和反吹氣預(yù)熱管用于產(chǎn)生預(yù)加熱的反吹氣對(duì)待檢測(cè)的樣品進(jìn)行去溶劑化；以及
[0013]所述漂移管和所述反吹氣出口、反吹氣預(yù)熱管均整體安裝在具有均勻溫度的加熱筒內(nèi)。
[0014]其中，所述加熱筒由鋁或銅材料制作，內(nèi)嵌云母絕緣的加熱絲；以及
[0015]所述漂移管與所述加熱筒之間由聚酰亞胺膜和聚四氟乙烯膜疊放的漂移管絕緣保護(hù)套隔離。
[0016]其中，所述離子源與所述漂移管之間的電噴霧/放電區(qū)域采用朝向所述漂移管逐漸擴(kuò)大的喇叭狀空間。
[0017]其中，所述漂移管分為去溶劑化區(qū)和迀移區(qū)；以及
[0018]所述漂移管為由同軸的交替連接的電極環(huán)和絕緣環(huán)采用金屬陶瓷封接工藝焊接成整體的氣密圓筒結(jié)構(gòu)，其中所述電極環(huán)材料為可伐合金，所述絕緣環(huán)材料為陶瓷。
[0019]基于上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的雙模式離子源的離子迀移率譜儀可以實(shí)現(xiàn)以下有益技術(shù)效果:
[0020](I)本發(fā)明所描述的電噴霧/電暈放電離子源裝置，用于離子迀移率譜儀檢測(cè)的液體樣品離化。該離子源裝置與漂移管固定連接，只需要通過調(diào)整噴針位置、溫度和放電電壓，即實(shí)現(xiàn)兩種電離方式的切換；根據(jù)檢測(cè)樣品的電離特性選擇合適的離化方式離化，改善樣品離化效果，擴(kuò)展可檢測(cè)樣品的范圍。離子源裝置與漂移管之間除了反吹氣出口，與外界大氣隔離，減少環(huán)境污染物質(zhì)對(duì)離化的影響。
[0021](2)離子源中有液冷、加熱膜部件，用于快速設(shè)定噴針的工作溫度，滿足兩種電離方式對(duì)噴針溫度的不同要求。電噴霧電離方式時(shí)，啟動(dòng)液冷循環(huán)，降低噴針溫度低于樣品溶液沸點(diǎn)，避免樣品溶液在噴針內(nèi)部發(fā)生沸騰，有利于針尖處形成穩(wěn)定泰勒錐，保證電噴霧持續(xù)進(jìn)行；電暈放電電離方式時(shí)，關(guān)閉液冷循環(huán)，開啟加熱膜加熱噴針，使通過噴針的樣品溶液快速汽化噴出，避免液體在針尖影響電暈放電。通過離子源的噴針溫度控制，擴(kuò)大了進(jìn)樣樣品流量范圍，從而提高檢測(cè)靈敏度，同時(shí)也擴(kuò)展了 MS漂移管工作溫度，改善檢測(cè)分別率。
[0022](3)離子源與漂移管之間的電噴霧/放電區(qū)域采用喇叭狀空