專利名稱：：一種質譜儀用選擇性esi-ms接口的制作方法
技術領域：
：本發明涉及質譜分析技術，具體涉及質譜分析儀器中的ESI-MS(電噴霧電離-質譜儀)接口。
背景技術：
：電噴霧電離(ESI)技術最早由Chapman在20世紀30年代提出，并于60年代由Dole等對其進行了改進，使得它成為一個比較實用的離子化源，為后人將它用于生物大分子的質譜分析打下了基礎。由于它適用于眾多不同的溶劑，并且能夠和不同流速的樣品液流相匹配，工作時的流速范圍寬達10nL/min-2mL/min，同時還具有樣品耗量少、電離效率高等特點，是一個已經獲得廣泛應用的現代質譜儀(MS)軟電離源。電噴霧電離(ESI)技術中，性能優良的ESI-MS接口對于獲得穩定的MS(質譜)信號具有非常重要的意義，尤其是樣品液流特別少(如nano-ESI-MS)或者特別多(如HPLC-ESI-MS)時。為獲得穩定信號，需要對液體樣品進行去溶。對于大液流的場合，前人采用過對毛細管加熱的辦法來輔助去溶，毛細管的溫度和樣品在毛細管中的停留時間決定了去溶的效果。這種接口雖然提高了去溶效率和電離能力，但卻限制了進入采樣錐的氣體通量，降低了離子的傳輸效率；并且，該接口沒有選擇性，對低電荷離子、中性分-了和多電荷離子具有同樣的作用。另外--種比較常見的接口是在真空系統的入口前吹入切向的氣流，形成一個氣幕，這個氣幕能夠使中性組分偏離真空系統的入口，還能夠帶走大部分的溶劑分子，尤其是當氣體的溫度較高而噴嘴形成的液滴比較小時，具有很好的去溶作用，但該方法也只能去除中性粒子，對于帶有電荷的離子不具備選擇性，另一方面，這種接口適用于大液流的場合，在小液流的場合下，如nano—ESI-MS接口中，由于噴射口和真空系統入口之間的距離非常小，難以采用上述氣幕技術來消除中性粒子的影響。..
發明內容本發明的目的在于提供一種可以用于nano-ESI-MS以及現場用小型質譜儀器的能夠提高去溶效率并大幅度提高單電荷離子傳輸效率而降低多電荷離子進入真空系統的概率的選擇性ESI-MS接口。本發明提供的選擇性ESI-MS接口，包括一外殼、處于外殼中的一氣霧噴嘴、一可吹入氣體的氣幕盤，其特征在于，在外殼內氣幕盤后同軸設一帶基座的圓筒，所述圓筒基座通過一個圓環形墊片固定在一具有中心孔的擋板上，噴嘴、氣幕盤中心圓孔、圓筒的中心、圓環形墊片中心環以及擋板的中心孔均在離子流向同一條軸線上，噴嘴、氣幕盤、和圓筒之間具有間距，而圓筒通過基座與墊片和擋板相連為一體，所述圓環形墊片內徑大于圓筒內徑，所述噴嘴、氣幕盤、圓筒、和擋板均設有外接電場。所述選擇性ESI-MS接口，所述氣幕盤和擋板與離子流向垂直固定在外殼內。所述圓筒外面設加熱帶，所述加熱帶加熱溫度為室溫25(TC，優選40IO(TC;所述氣幕盤吹入氣體溫度為75°C。加在所述霧嘴、氣幕盤、圓筒、擋板上的電壓分別為2500V，1000V，1000V，50V。以上所述選擇性ESI-MS接口中，所述圓筒長度為1020mm，內徑為0.83mm，所述墊片厚度為23mm，內徑為58mm。所述氣霧噴嘴與圓筒距離為36mm。所述金屬氣幕圓環的內徑大于所述圓筒外徑。本發明采用以上方案設計了一種新型的選擇性ESI-MS接口，實驗證明它能夠阻止大部分未電離的中性粒子和多電荷離子進入真空系統，對粒子具有較好的選擇性。同時，此新型ESI-MS接口能夠提高去溶效率，可在nano-ESI-MS以及各種現場用小型質譜儀器中獲得應用。圖1為常用的ESI-MS接口結構示意圖；圖2為本發明接口結構示意圖；圖3為本發明接口中圓筒內徑對信號大小的影響曲線圖；圖4為本發明接口中圓筒長度對信號的影響曲線圖；圖5為本發明接口中粒子分布圖。實施方式常用的ESI-MS接口如圖1所示。該接口的液體樣品通過進樣管6在電場3的作用下形成細小的帶電霧滴，從氣霧噴嘴1噴出，在負壓的作用下被吸入初級真空系統I，該初級真空系統I中有毛細管2，毛細管2管口和氣霧噴嘴1正對，之間有520mm的距離，霧滴在該初級真空系統I中去溶，去溶后的離子則由采樣錐5吸入下一級真空系統II，并且在離子光學系統的作用下被引入質量分析器進行質量分析。這種接口的主要優點是結構簡單，信號比較穩定，缺點是去溶效率比較低，對微粒沒有選擇性，容易造成后級毛細管4堵塞。在由圖1所示的ESI-MS接口中，電噴霧形成的離子和帶電的液滴具有一定的初速度，它們在以一定的速度向四周擴散的同時還在電場的作用下向毛細管2方向運動。現有技術中另一種方法是采用氣幕技術，是在真空系統I的入口前吹入切向的氣流，形成一個氣幕，這個氣幕能夠使中性組分偏離真空系統I的入口，在此區間內一般也可以發生去溶作用，形成更小的液滴。這些經過初步去溶的液滴在負壓和電場的共同作用下被吸入初級真空系統I，然后再進一步去溶，去溶后的離子則由采樣錐5采入下一級真空系統n，并且在離子光學系統的作用下被引入質量分析器，進行質量分辨。但如果進樣量較大(大于100nL/min)時，這種接口的去溶效果較差，尤其是對于用水做溶劑的體系以及某些含難揮發有機溶劑的體系。本發明是在氣幕技術的基礎上的改進，本發明添加了一個層流穩定區和粒子選擇區，整個接口裝置(如圖2)放置在電噴霧形成液滴之后與液滴進入毛細管2之前的區域。如圖2所示，該接口裝置包括一外殼30，在該外殼30內依次固定安裝有一進樣管氣霧噴嘴10，一與噴嘴10相垂直的氣幕盤14，一與噴嘴10同軸的一圓筒11,--圓環形墊片12，以及一帶有中心孔20的擋板16，其中，氣幕盤14中心也具有一圓孔17，噴嘴10、氣幕盤圓孔17、圓筒11的中心、圓環形墊片12中心環以及擋板中心孔20均在同一條軸線X軸(離子軸向方向)上，噴嘴10、氣幕盤14、和圓筒11之間具有一定距離，而圓筒11通過一基座15與墊片12和擋板16相連為--體。具體實施中，帶基座15的圓筒11由不銹鋼材料制作，其圓筒長度為15mm，內徑為1mm，外徑為8mm，圓筒11的基座15通過真空樹脂固定在用特福龍(Teflon)制作的圓環形墊片12上，該墊片12的厚度為2mm,內徑為8mm，外徑為20mm，該墊片12同軸地固定在中心孔20內徑為0.5mm的擋板16上，擋板16垂向固定在外殼30內。通過以上裝配，在外殼30內，通過基座15、墊片12和擋板16共同圍成一個底面直徑為8mm(墊片12的內徑)、高度為2mm(墊片12的厚度)的空間A，本發明通過該空間A實現對粒子的選擇。和現有技術相同，氣幕盤14為一金屬圓環，中間圓孔17內徑為8.5mm。氣幕盤14垂直X軸固定安裝在外殼30內。氣幕盤14表面光滑，沿著表面吹過與離子軸向方向X相切的N2氣，N2氣在到達氣幕盤圓孔17之前被加熱，在一定的溫度和流速下，形成的熱氮氣氣幕，與噴嘴10噴出的電噴霧液滴作用，能夠帶走霧滴中絕大部分溶劑分子和部分中性微粒，有很好的去溶作用。和現有技術類似，為使粒子在電場作用下運動，在噴嘴IO、氣幕盤14、圓筒11和擋板16上均接有電壓。為加強霧化效果，本發明還可在圓筒11的外面纏繞加熱帶13，加熱帶13可通過調節兩端的電壓使圓筒11的溫度在室溫和300。C之間變化。以下通過實驗部分對本發明進行詳細描述本發明實驗中，所用儀器為Fi皿iganLCQ色/質聯用儀，所甩試劑葡糖化血紅纖維肽(glufibrinopeptide):Sigma公司，0.25umol/L水溶液(含0.1%甲酸)；肌球素胰腺蛋白酶水解液Sigma公司，往水和乙腈(l:1V/V)混合溶液中添加甲酸，使得甲酸含量為0.1%,制得的混合溶液作溶劑，將肌球素胰腺蛋白酶水解液配制成2.4pmol/yL的工作液；細胞色素C消解液Sigma公司，用50mmol/L碳酸氨溶液作溶劑配制成5mg/mL的溶液，檢査酸堿度，用氨水調節至pH=8.5。1、圓筒參數的確定本發明中，作為接口的主體部件之一，圓筒ll是影響接口主要性能的關鍵部件之一。本發明通過實驗的方法，確定了圓筒ll的參數。實驗過程中采用同樣的不銹鋼材料，加工了一系列長度為15mm、內徑為0.2mm6mm的圓筒，用肌球素胰腺蛋白酶水解液作為樣品(濃度為lOOfmol)，以質荷比為752和460.5的兩峰為研究對象，考察了圓筒內徑對信號大小的影響，結果如圖3所示。圖3表明，在圓筒內徑比較小(<0.8mm)時，圓筒內徑是信號強度的主要制約因素，而當內徑大于一定值(lmm)時，信號的強度基本不受圓筒內徑大小的影響。這一現象對不同的質荷比的峰同樣適用，因為在實驗中沒有觀測到顯著的質量歧視現象。但是，在實驗過程中發現，當圓筒的內徑大于3mm時，信號將變得不太穩定。導致這種不穩定的因素可能是由于氣體的流速和通量過大，使得真空系統的負荷較大而難以平穩工作，故而使信號不穩；另外一方面是過大的內徑降低了后面選擇腔對粒子的選擇性，使得中性分子、多電荷離子等大量進入離子的傳輸系統，而且中性微粒有可能在中途沉積，干擾了信號。因此，選擇的圓筒內徑為lmm。實驗過程中還考察了內徑為1mm的圓筒長度對信號的影響，其結果如圖4所示。結果表明，如果圓筒長度大于2cm，則其信號強度將明顯下降，這是因為圓筒長度太長，使得離子的傳輸效率顯著降低。因此，此圓筒的長度選擇為1.5cm。2、電場強度的調節ESI產生的微粒中除了中性粒子外，粒子的行為將受到氣流和電場的雙重影響。在本發明的接口中，加在ESI噴霧嘴、氣幕盤、圓筒、毛細管上的電壓分別為2500V，1000V，1000V,50V。在噴嘴上施加的電壓一般為1500V-5000V，主要是用于產生帶電的細小液滴，其具體的電壓主要決定于具體的樣品和所使用的溶劑，這和一般的ESI源的工作條件一致。氣幕盤和圓筒基本保持在同一個電勢上，主要是將離子導入到圓筒中而又使離子在圓筒中能夠主要受氣體流速的約束，有利于提高離子傳輸效率和獲得較好的選擇性。在圓筒的后部和毛細管之間的電勢差比較大，主要目的是要在選擇性腔中產生比較強的電場，在此強電場的作用下，多電荷離子易于獲得足夠多的動能而偏離軸心線，不易被吸引到毛細管中，從而實現對多電荷離子的選擇性去除。3、接口溫度對接口性能的影響在一般的ESI源中，溫度對霧化效率具有重要作用。在沒有氣幕盤或不考慮其影響的情況下，使用0.25umol/L葡糖化血紅纖維肽酸性水溶液，考察了圓筒溫度從室溫分別升高到40。C，80°C，120°C，160°C，220。C，250。C時，信號強度等方面的變化。實驗發現，當溫度從室溫升高到80°C時，信號強度增加了2-3倍。如果溫度繼續升高到250。C以上，對于高質量數的信號而言，其強度沒有顯著變化；但是在低質量數的區域(m/z<200)，信號背景強度顯著降低，大部分在低溫下大量產生的化學噪音得到了抑制。當有氣幕盤存在時，氣幕的溫度和流量直接影響到去溶效果。一般而言，溫度較高、流量較大時，去溶效果較好。因為溫度較高時溶劑容易氣化，而一定速度的氣體流速將吹走大部分中性粒子(包括溶劑分子)和特別大的液滴(此類大液滴一般將帶有較多的電荷)，能夠顯著提高去溶效率。但是，氣幕氣體的流量如果特別大，則將使微粒的行為主要受氣流的控制，甚至將大部分的帶電粒子吹跑，嚴重影響到信號的強度。因此，實驗中將氣幕氣體的流量一般控制在50-1200mL/min之間，根據具體的進樣量和溶劑組成來選擇。對于一般的uL進樣量的50/50甲醇-水體系而言，氣體流量為250mL/min。氣幕氣體的溫度對去溶效果也有影響，如果將氣體的溫度從室溫逐漸升高到80°C,信號的強度也呈逐漸增大的趨勢。但是，如果氣體的溫度太高(>100°C)且ESI的噴嘴距離氣幕太近時，氣幕氣體的溫度甚至可以加熱噴嘴內毛細管中的液體而導致液體在毛細管內氣化而產生許多氣泡，這些氣泡將降低信號強度，增加信號的不穩定性，甚至可能導致毛細管被堵塞。這種現象在高鹽、高濃度樣品或有機溶劑體系中更加明顯。因此，氣幕的氣體溫度實際上應該控制在75。C左右，以達到較好的去溶效率和較高的信噪比，并且獲得較好的測量精密度。4、選擇性空間的優化在圓筒11的后面由基座15和Teflon環墊片12以及擋板16共同圍成了一個具有很高電場強度(4000-5000V/cm)的圓柱形腔體A。實驗發現，此腔體的高度和直徑以及施加其上的電場強度對實現微粒的選擇性具有比較大的影響。氣體以及離子在圓筒內部漂移時，其行為主要受制于氣體的流速，被限定在圓筒內徑所規定的軸向方向做類似于層流的氣體運動，而在沒有這種圓筒限制的情況下，氣體以及其所承載的粒子將以一定的空間角向前方擴散，做類似于渦流的運動。很明顯，在層流的情況下，氣體的運動變的易于控制而且相互之間很少擾動。當氣體達到圓筒的后部時，由于圓柱形腔體A的內徑要比圓筒的內徑大很多，這就改變了氣體的運動形態，使得外層的氣體開始做類似于渦流的運動。在這種情況下，動量較大的粒子(離子或中性分子)可以偏離原來的運動方向，向四周拓展。由于在這個區間內具有很高的電場強度，這種電場將促進這種偏移，放大這種運動上的差異性。因此，在一段時間后，動量大的粒子，尤其是多電荷離子，將漂移到圓環距軸心較遠的外邊緣，沉積在擋板上(如圖5所示)；中性分子則容易受到承載氣體的影響，也偏移軸心，沉積在距離軸心較近的檔板上；而帶單個電荷的離子則由于受到了軸向的牽引和電場的共同影響，繼續向前漂移而通過擋板的中心孔進入毛細管，從而被傳輸到質量分析器，繼而被檢測。5、噴嘴位置的影響在常規的ESI源中，噴嘴的相對位置對信號有很大的影響，常常需要進行精確的調節，否則難以獲得穩定的信號和很高的信噪比。在本發明的接口中，考察了噴嘴相對于圓筒的距離對信號的影響，其結果如表l所示。從表l中可以看出，當噴嘴和圓筒的距離為3-6mm時，信號的強度達到最大而且穩定。這表明在本發明的接口中，噴嘴的位置相對不敏感，在實驗過程中可以省去精確的定位操作。這不但可以節省實驗時間，提高效率，而且，克服了小型化質譜儀在現場測量中噴嘴需要重新精確定位的缺陷，使本發明接口可以在小型化質譜儀中得到應用。表1噴嘴和圓筒之間距離對信號強度和穩定性的影響<table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>6、長期穩定性實驗采用細胞色素C消解液為樣品，在采用氣幕盤和優化的操作條件下，考察了接口的長期穩定性。實驗表明，在連續使用IO小時后，信號的強度、信噪比、精密度等沒有顯著的變化。因此，可以認為本發明接口具有比較好的長期穩定性。通過以上實驗表明，本發明的接口具有提高單電荷離子的傳輸效率、降低中性分子和多電荷離子進入真空系統概率、改善系統穩定性等優點。將此接口運用于與LC-MS聯用，實現LC-MS接口的微型化，可提高其靈敏度和信號的穩定性，改進LC-ESI-MS聯用方法中存在著的信號強度低，精密度差的缺點。權利要求1.一種選擇性ESI-MS接口，包括一外殼、處于外殼中的一氣霧噴嘴、一可吹入氣體的氣幕盤，其特征在于，在外殼內氣幕盤后同軸設一帶基座的圓筒，所述圓筒基座通過一個圓環形墊片固定在一具有中心孔的擋板上，噴嘴、氣幕盤中心圓孔、圓筒的中心、圓環形墊片中心環以及擋板的中心孔均在離子流向同一條軸線上，噴嘴、氣幕盤、和圓筒之間具有間距，而圓筒通過基座與墊片和擋板相連為一體，所述圓環形墊片內徑大于圓筒內徑，所述噴嘴、氣幕盤、圓筒、和擋板均設有外接電場。2、根據權利要求1所述選擇性ESI-MS接口，其特征在于，所述氣幕盤和擋板與離子流向垂直固定在外殼內。3、根據權利要求1所述選擇性ESI-MS接口，其特征在于，所述圓筒外面設加熱帶，所述加熱帶加熱溫度為室溫25(TC，優選4010(TC;4、根據權利要求1所述選擇性ESI-MS接口，其特征在于，所述氣幕盤吹入氣體溫度為75t:。5、根據權利要求1所述選擇性ESI-MS接口，其特征在于，加在所述霧嘴、氣幕盤、圓筒、擋板上的電壓分別為2500V，1000V，1000V，50V。6、根據權利要求1至5任一所述選擇性ESI-MS接口，其特征在于，所述圓筒長度為1020mm，內徑為0.83mm，所述墊片厚度為23mm，內徑為58mm。7、根據權利要求1至5任一所述選擇性ESI-MS接口，其特征在于，所述氣霧噴嘴與圓筒距離為36mm。8、根據權利要求6所述選擇性ESI-MS接口，其特征在于，所述氣霧噴嘴與圓筒距離為36mm。9、根據權利要求1至5任一或8所述選擇性ESI-MS接口，其特征在于，所述金屬氣幕圓環的內徑大于所述圓筒外徑。10、根據權利要求7所述選擇性ESI-MS接口，其特征在于，所述金屬氣幕圓環的內徑大于所述圓筒外徑。全文摘要本發明公開了一種選擇性ESI-MS接口，包括一外殼、處于外殼中的一氣霧噴嘴、一可吹入氣體的氣幕盤，在外殼內氣幕盤后同軸設一帶基座的圓筒，所述圓筒基座通過一個圓環形墊片固定在一具有中心孔的擋板上，噴嘴、氣幕盤中心圓孔、圓筒的中心、圓環形墊片中心環以及擋板的中心孔均在離子流向同一條軸線上，噴嘴、氣幕盤、和圓筒之間具有間距，而圓筒通過基座與墊片和擋板相連為一體，所述圓環形墊片內徑大于圓筒內徑，所述噴嘴、氣幕盤、圓筒和擋板均設有外接電場。該選擇性ESI-MS接口能夠提高去溶效率并大幅度提高單電荷離子傳輸效率而降低多電荷離子進入真空系統的概率，可用于nano-ESI-MS以及現場用小型質譜儀器。文檔編號H01J49/02GK101241830SQ200710063618公開日2008年8月13日申請日期2007年2月6日優先權日2007年2月6日發明者周建光,杰姜,許曉宇,強費,偉金,金欽漢,陳煥文申請人:吉林大學