專利名稱：質譜儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種質譜儀，特別涉及液體色譜-連接的質譜儀，即，液體色譜/質譜儀，適用于分離和分析在生命物體中的大范圍的重要和非揮發的化合物，諸如胺，氨基酸，類固醇，抗生素，糖，肽，維生素，等等。
現在，用于有關生命物體的化合物的分離和分析的研究是分析領域中重要任務之一。迄今，已對具有顯著的識別能力與質譜儀相連接的具有顯著的分離能力的液體色譜進行了廣泛的研究。


圖11中是一個全部液體色譜/質譜儀的結構，其中雙聚焦質譜儀包括一個電場分析部分4和一個磁場分析部分5，是用于質譜分析區域的，其所示是用于幫助理解液體色譜/質譜儀的工作原理。
在溶液中的樣品，是從液體色譜1分離和洗提出，通過管路2引入到離子源3。在離子源3中所形成的樣品分子的離子通過一個孔洞引入到真空，再進入到包括電場分析部分4和磁場分析部分5的質量分析區進行質量分析。分析的質量離子是由一離子檢測器6進行檢測的，檢測到的信息是被引導到一個數據處理部分7。質量分析區包括電場分析部分4和磁場分析部分5，它是由合適的泵系統9進行抽空的。號8是用于離子源3的電源，號10是一個信號傳輸線。液體色譜/質譜儀本身的工作原理如上所述很簡單，但是，液體色譜處理一個在液體溶液態的樣品，而質譜儀處理一個在氣體態的樣品，也就是說在它們之間有不相容性，這樣，液體色譜/質譜儀的研制是一個很困難的問題。
為解決這個難題，提出了幾種方法，其中典型的是在日本專利申請公開號60-127453中所公開的大氣壓離化方法和在分析化學，Vol，55，NO.4，1983年4月PP.750-754中公開的熱噴射法。
如圖12中所示，大氣壓離化方法包括用加熱毛細管11或由超聲波噴霧作用通過噴霧作用從液體色譜中洗提噴霧的溶液，通過加熱塊12進一步加熱噴霧的溶液，從而汽化噴霧的溶液，用針電極13通過電暈放電離化汽化的樣品分子，並通過一系列的連續的離子-分子反應，將這樣形成的離子通過第一孔洞14和第二孔洞15引入到真空對離子進行質量分析。大氣壓力離化方法的特征是高靈敏度和易于與液體色譜連接，因為該離子源在大氣壓下工作。高強度的分子離子可從低-極性的胺，類固醇，抗生素等中獲得，其中重要的是在生命物體中非揮發的化合物中獲得并可進行質量分析，然而，從高-極性的糖和肽中不大可能獲得分子離子而且很難進行質量分析。
另一方面，如圖13中所示，熱噴射方法包括噴射含有樣品和緩沖劑象醋酸鹽銨(ammonjumacetate)的溶液，是從加熱的毛細管11′進入到幾個乇或小于幾個乇的真空，將由這樣形成的滴蒸汽形成的離子通過第二孔洞15引入到質量分析區，并在此質量分析區中進行質量分析，與該大氣壓離化法相對的熱噴射法可分析高極性化合物，諸如糖，肽，而很難分析低極性的化合物如，胺，類固醇，抗生素等。
這樣，似乎通過研制了備有兩離子源的液體色譜/質譜儀可對有關生命物體的寬范圍的重要的化合物進行分析。一種具有離化功能的基于這兩種離子源之上的結合的離子源看來具有這樣的結構，例如如圖14所示。然而，下面的新問題是由大氣壓離化法在大氣壓力下工作和熱噴射法是在低到幾個乇的壓力下工作之間的基本區別帶來的。
1)結合的離子源的結構是復雜的，因為當采用大氣壓離化方法時，必須提供一個閥(在圖中未示出)這樣不會有液體從在熱噴法中使用的毛細管11′漏出，而當熱噴射法使用時，必須提供一個閥(在圖中未示出)，這樣不會使氣體從用于引入由大氣壓離化法形成的離子的孔洞中漏出。
2)大氣壓離化方法不需要液氮陷井，等等，以防止由于從液體色譜洗提泵系統的沾污，而熱噴射法需要陷井(在圖中未示出)，連續的操作必須間斷以使在幾小時的間隙中清洗陷井。
3)如用熱噴射方法，離子源的內部總是暴露于大量氣體中，這樣對沾污提供了大量機會。
痙⒚韉哪康氖翹峁┮恢志哂行呂胱釉吹囊禾逕 質譜儀，它結合了大氣壓離化法的離子源和熱噴射法離子源，因此克服了上述的問題。
本發明的目的，可用使熱噴射法的離子源在大氣壓下工作，將熱噴射法的離子源與大氣壓離化法的離子源結合為一體而達到。
然而，由熱噴射法形成的離子的大多數不能用簡單地通過熱噴射法的工作壓力從幾個乇提高到大氣壓如圖15所示而將其引入到質量分析區，因為通過孔洞14和15進入真空的離子的量，由于如圖15所示結構中的用熱噴射法，極大地降低了，所以質譜儀不能正常工作。
在大氣壓下用噴射溶液產生離子的方法中，噴霧和用加熱汽化的過程和離化過程并行發生，此方法可取的是在毛細管的頂端部產生離子，因為噴霧的離子不在毛細管的內壁產生。還有，在大氣壓下用噴射溶液從毛細管獲得的徑向分布的離子流在靠近毛細管中心軸的地方較高而朝外周圍邊要小得多。如圖16所示，在這樣的結構中，如同在熱噴射方法的通常的離子源，即毛細管與孔洞平行，大多數的離子不能通過孔洞引入到質量分析區。
本發明中，毛細管的頂端部可被加熱，同時溫度可控，與毛細管的其余部分無關，以上即使是在熱噴射法中毛細管的中心軸沿中心孔洞對準，也是如此。這樣獲得的噴射是在完全的汽化態中，并能如此應用在大氣壓離化法中。
在從液體色譜提洗物的極性成分用噴射從金屬毛細管的提洗物將其離化，這樣形成的離子通過孔洞移入，進行取樣和質量分析。
較少極性成分用電暈放電在諸如針等的放電電極上離化，并通過一系列的連續的離子-分子反應和質量分析。這樣，具有各種化學特性的組分可在本發明中被離化和分析。
圖1是根據本發明一個實施例的質譜儀的離子源的結構示圖。
圖2和圖3是示出用于加熱一金屬毛細管的方法示圖。
圖4和圖5示出電暈放電電極的實施例。
圖6是示出在熱噴射模式中改變金屬毛細管的頂端和第一孔洞之間的距離時蔗糖分子離子(M+Ma)+(分子重量365)的離子強度變化的圖。
圖7示出了加到放電電極上的電勢和放電電流之間關系的示圖。
圖8是示出蔗糖質譜的圖。
圖9是示出在液體色譜中由使用的不同種移動相的分子離子強度中變化的圖。
圖10是根據通常大氣壓離化法，常規的熱噴射法和基于大氣壓離化法和熱噴射法結合的本發明的17-α-黃體銅(progesteron，精氨酸(arginine)和水蘇糖(stachyose)的分子離子強度的比較圖。
圖11是示出普通液體色譜/質譜儀結構的流程圖。
圖12是示出常規的大氣壓離化法的離子源的結構的圖。
圖13是示出常規的熱噴射法的離子源結構的圖。
圖14和15是示出大氣壓離化法和熱噴射法相結合的離子源結構的圖。
圖16是示出在熱噴射模式中當離子產生時用改變中心軸的距離時電流變化的圖，這是由具有1mm寬度，在大氣壓下，從毛細管的頂端10mm距離處的電極檢測到的。
本發明的實施將在下面描述，參照圖1到圖11，一個系統采用雙聚焦質譜儀它包括電場分析部分4和磁場分析部分5。在本發明中也可采用其它形式的質譜儀，諸如四極質譜儀等，這無需說明。
在圖1中，示出了一個根據本發明的一個實施例的離子源結構。
在溶液中由液體色譜分離的和從液體色譜洗提的樣品用連接器通過管路2被引入到一個金屬毛細管11。金屬毛細管11能被尤群臀露瓤刂啤＝鶚裘腹 1可直接通過加熱電源16，埋在金屬塊12中的加熱夾頭加熱器17作為一個整體加熱。特別地為加熱金屬毛細管11的頂端部分，金屬毛細管11的頂端部分可直接由適當的輔助電源16′進行電加熱，如圖2(a)所示。用分別加熱頂端部可觀察離子量的增加。在此實施中，使用了非直接加熱毛細管11作為一個整體和直接加熱頂端部分的結合。進而，為充分加熱金屬毛細管11，金屬毛細管11被分為多個部分而可分別地如圖2(b)所示加熱(各自)部分。還有，也可能直接地電加熱頂端部〔圖3(a)〕的一個部分或非直接加熱該部分〔圖3(b)〕，盡管與前述的圖2(a)和(b)的兩過程的該部分相比較通過噴射所產生的離子量減少了。
為能抑制由于加熱溶液部分地蒸發到某種程度而使毛細管的內部壓力增加，將要加熱的毛細管的頂端部〔圖3(c)和(d)〕的內徑擴大一點兒，或使另一個具有大一點直徑的毛細管28與另一個毛細管11能相連接并加熱〔圖3(e)〕。在任何這些情況下，在金屬毛細管11或金屬塊12上備有熱偶18以監視和控制溫度。
從液體色譜1的洗提物被加熱并通過金屬毛細管11用上述加熱程序加熱蒸發，蒸汽的一部分被放電成為離子。
如此產生的離子能有效地被引入到質量分析區，汽化的樣品分子能根據圖4和5中所示的實施例在大氣壓下用電暈放電被離化。從毛細管11噴出的離子的徑向分布已示于圖16中。也就是，離子的量在中心軸附近較大，而在朝外圍邊較小。為能有效地將離子引入到質量分析區，必需將孔洞14與沿毛細管11的中心軸對準。離子的量可用改變毛細管11的頂端和孔洞14之間的距離來改變，如圖6所示。也就是說，毛細管11和孔洞14之間最可取的距離是不超過1Cm，因為可獲得足夠大量的離子。既使距離不超過3Cm，可獲得一穩定的足夠量的離子。如果距離大于3Cm，產生的離子量被減少到當距離是1Cm的1/10-1/20，這是不實際的。
另一方面，從孔距離3-5mm距離的位置上備有電暈放電電極的放電部分是有效的。即，放電電極是在離子源中放置以使其在毛細管11和第一孔洞14之間插入，而且毛細管的電勢與放電極的電勢一樣或高于放電極電勢。作為一個電暈放電電極，可用普通的針13〔圖4(a)〕，導線19〔圖4(b)〕導線或導線網20〔圖4(c)〕導線19〔圖4(b)〕直接固定到毛細管11〔圖4(d)〕等。當僅由電暈放電的質譜是所要求時，毛細管部分必需要在比放電電極更低的電勢。無需說明用熱噴射法不用對放電電極施加電勢，即，不用產生電暈放電就可形成并可觀察到離子。還有，熱噴射模式(情況A)和大氣壓離化模式(情況B)可用在預定的頻率上對放電電極施加一個電勢或不加如圖7所示交替地產生。
為能同時檢測到用大氣壓離化法和用熱噴射法產生的離子，有必要用電性放電從毛細管注入的噴射物離化外圍組分，允許中心組分利用的離子是直接從毛細管用噴射形成如圖5(a)和(b)所示，或者提高毛細管11的頂端部分的電勢，提供一輔助電極23，它具有比毛細管高的電勢，允許離子在毛細管11的頂端部上形成以達到第一孔洞14而不會由于放電電極19的電勢導致任何偏離，如圖5(c)和(d)所示。
圖5(a)和(b)所示的實施是這樣的情況，電性放電是發生在設置在金屬毛細管11的頂端尖的輔助電極23的邊緣21或是在固定到輔助電極23的數個針22上，以用大氣壓離化法與形成在毛細管頂端部上形成的離子一起產生離子。質譜是用于整個這些離子獲得的。在圖5(c)和(d)中示出的實施是這樣的情況，放電電極如導線19等是提供在與圖5(a)和(b)相對照的中心上，輔助電極23是如此提供的，將電場聚焦到第一孔洞14的方向中。
也可以將導線19等提供在中心上如圖5(c)所示，使導線19的電位比第一孔洞14的足夠高并控制毛細管11的溫度，從而在導線19的頂端部獲得離子場發射效應。
這樣形成的離子被引入到質量分析區的真空中，是通過在電極支承塊24(見圖1)支承的第一電極的孔洞14和在備有泵出口的電極支承塊25上支承的第二電極的孔洞15引入的。在電極支承塊24和備有泵出口的電極支承塊24之間備有一絕緣板26諸如陶瓷等以在其之間獲得絕緣，也允許在兩塊24和25之間施加電勢及同時用泵系統對兩塊24和25之間的空間進行抽真空達到幾個乇或更小。當離子通過第一電極14的孔洞被引入時，施加到兩塊之間的電勢加速由絕熱擴張所形成的聚團離子，從而與中性分子引起碰撞及分裂聚團離子，這些是對質量分析不便利的。通過第一孔洞14和第二孔洞15的離子用雙聚焦質譜儀進行質量分析，該質譜儀包括一個電場分析部分4和磁場分析部分5并由離子檢測器6檢測。
在圖8中，蔗糖(分子重量342)質譜，一易于熱分解的化合物，是由常規的大氣壓離化法〔圖8(a)〕法獲得的，示出了常規的熱噴射法〔圖8(b)〕和本發明的〔圖8(c)〕，其中使用了流率為1ml/min的水，作為液體色譜中的移動相，在電性放電期間放電電流為5μA。在用大氣壓離化模式〔圖8(a)〕的質譜中，除質子H+-誘導的分子離子種類(M+H)+(質量數343)可觀察到由分子破損形成的分裂離子(質量數163)，溶解分子的聚團離子等等。在用熱噴射模式〔圖8(b)〕的質譜中，除鈉離子(質量數23)和鉀離子(質量數39)以外，只觀察到與堿金屬諸如鈉Na或鉀K誘導的包含在水中作為液體色譜中的移動相的分子離子種類(M+Na)+(分子重量365)和(M+K)+(分子重量381)，而基本上一點兒沒有觀察到分裂離子。另一方面，當用大氣壓離化法形成的離子和用熱噴射法形成的離子根據本發明〔圖8(c)〕同時檢測到時，可獲得象用大氣壓離化法和由熱噴射法產生離子質譜的總和的質譜，觀察到如分子離子的(M+H)+，(M+Na)+，(M+K)+等。
這樣，根據本發明獲得的質譜具有下述光譜的特性，它與已述的用熱噴射法得到的質譜不同。
(1)在常規的熱噴射法中，需要諸如醋酸鹽銨等電解液用來獲得分子離子，而在本發明的離子源的分子離子密度不取決于醋酸鹽銨的量，甚至可在水中或帶有甲醇的混合物中觀察到在圖9中用本離子源獲得的蔗糖準-分子離子〔M+Na〕+(分子重量365)的比較是在100%的水中，水/甲醇(50/50)，水/甲醇(10/90)多水狀的0.01M醋酸鹽銨溶液和多水狀的0.1M醋酸鹽銨溶液在液體色譜中作為移動相進行的。
離子強度在本發明的離子源中較少地依賴于移動相的種類，這樣本發明的離子源對射體色譜所使用的分析條件是方便的。
(2)用堿金屬誘導的分子離子可用對移動相加堿金屬等穩定地獲得。
(3)在熱噴射法中，易于形成倍增充電的離子如雙倍地、三倍地充電離子，對于分析是很不方便的，而在本發明中倍增充電的離子形成得較少，質譜被簡化，這樣容易理解頻譜。
(4)在通常的熱噴射法中，只能測量高極性的化合物，而在通常的大氣壓離化法中只測量到低極性的化合物，而在本發明的新特征中，結合了大氣壓離化和熱噴射法中的離子源可測得所有的化合物，不用考慮極性強度。在圖10中，在本發明中，常規大氣壓離化法和常規熱噴射法之中進行了17-α-黃體銅(較小極性類固醇)精氨酸(一種有點兒高極性氨基酸)和水蘇糖(特別高極性糖)的分子離子強度的比較。如所示于圖10中的結果，很明顯特別高的極性糖根據大氣壓離化法很難進行測量而較小高極性的類固醇根據熱噴射法很難進行測量，而所有化合物的分子離子強度可根據本發明的用較高強度進行測量。
從上述的描述很明顯在本發明中將大氣壓離化法的離子源和熱噴射法的離子源結合為一個新的離子源在大氣壓下工作，和(1)有關生命物體的重要的非揮發的化合物應用范圍大大擴大了，(2)不用在泵系統中象常規的熱噴射法一樣備有任何陷井可連續進行很長時間，(3)不需要引入大量氣體進入到真空及當質譜儀備有本發明的新的離子源時可減少離子源的內部沾污。
權利要求
1.一質譜儀，它包括用于使樣品離化的離子源和用于把所形成的離子進入真空並進行質量分析離子的質量分析區域，具有噴射離子源的離子源包括至少在大氣壓下工作的可加熱毛細管，毛細管的中心軸沿孔中心對準的，用于抽取離子而毛細管的頂端被固定到接近孔口處。
2.根據權利要求1的質譜儀，其中毛細管的頂端和孔之間的距離不超過3Cm。
3.根據權利要求1的質譜儀，其中電暈放電電極是布設在噴射離子源和孔之間，用于抽取離子。
4.根據權利要求3的質譜儀，其中輔助電極是用于聚焦離子進入孔的方向上，它布設在電暈放電電極和毛細管之間。
5.根據權利要求1的質譜儀，其中毛細管被分成多個部分，各個部分分別被加熱並進行溫度控制，這樣加熱毛細管。
6.根據權利要求3的質譜儀，其中電勢是脈沖地施加到電暈放電電極上，由噴射所形成的離子和由離子-分子反應所形成的離子經過電性放性是交替地從孔中抽取出。
7.根據權利要求1的質譜儀，其中樣品是包含在來自液體色譜的洗提物中。
8.根據權利要求1的質譜儀，其中毛細管是一金屬毛細管。
全文摘要
一質譜儀，包括用于離化樣品的離子源和用于引入如此形成的離子到真空的對其進行質量分析的質量分析區，離子源備有一包括至少在大氣壓下工作的可加熱的毛細管的噴射離子源，毛細管的中心軸是與沿孔中心對準用于收回離子，毛細管的頂端置于靠近孔的位置以從液體色譜離化樣品，通過熱噴射離化和大氣壓離化兩模式，對離子進行質量分析，從而對樣品獲得更精確的分析信息。
文檔編號G01N27/62GK1037593SQ8910296
公開日1989年11月29日 申請日期1989年4月27日 優先權日1988年4月27日
發明者坂人實, 神原秀記 申請人:株式會社日立制作所