[发明专利]在电喷雾电离中用于去除微粒物质的偏轴通道

说明书

本发明涉及一种在大气压下与质谱仪耦联的电喷雾电离(ESI)，特别是一种特殊的微电喷雾，其液流以每分钟0.1至100微升的范围流动。本发明描述在ESI离子源中使用一种偏轴预进通道，以阻止比气体分子(带电的)惯性更高的微粒物质(例如液滴)进入质谱仪。消除微粒物质可改善LC/MS生物检测的定量精确度、最小化质谱仪内的污染，并改善高通量检测的稳定性。

技术领域

本发明涉及大气压下运行与一台质谱仪耦联的电喷雾电离(ESI)装置，特别是一种特殊的微电喷雾，其喷雾流速范围为每分钟0.1至100微升。

背景技术

可以使用LC/MS(液相色谱-质谱(liquid chromatography/mass spectrometry))中使用的电喷雾电离装置来分离、识别、表征、和定量很大范围的样品分子，特别是高分子量分子，例如多肽和蛋白。

在过去的二十年中，已经开发了一些LC/MS可使用的电喷雾装置和方法。当今，LC/MS检测主要采用每分钟50至5000微升的LC液流进入质谱仪中的ESI源。对于这些较高的LC液流流速，气动辅助电喷雾已成为一种优选技术。该技术使用一种加热的鞘气围绕ESI喷嘴共轴快速吹入，以辅助带电液滴形成、去溶剂化和最终汽化，以获得尽可能纯的分析物分子的离子流。这些离子部分高度带电(highly-charged)。虽然这种气体很大程度上帮助形成喷雾，并使电喷雾电离操作更容易和更稳定，但过多的气体会稀释样品离子，导致较低的样品转移效率和降低灵敏度。

在电喷雾电离中，高电场首先会将喷雾溶液的连续且高度带电的射流喷射出喷雾毛细管尖端的液面。喷雾溶液射流会在数十分之一毫米(millimeter)后衰减为大量的(每秒约10⁷至10⁸个液滴)细微而高度带电的液滴，其直径范围为1.0至2.0微米(micrometers)。这些液滴会快速形成云雾，其会在空间电荷驱动下发生侧向延伸。在这种情况下，这些液滴会在多种效应下越来越小：带电溶剂分子(类似水合氢离子)和带电分析物分子抛射样汽化，电荷不平衡会排斥较小的高电荷液滴，或断裂液滴。所有这些过程会伴随液滴蒸汽冷却，其需要在加热的鞘气中由碰撞加热所补偿。在大多数情况下，液滴最终完全汽化，留下带电分子，包括带电的分析物分子。

但是，这一过程并不会总以完全汽化结束。如果开始时液滴过大，或者喷雾液体的液滴中重分子浓度过高，则液滴不会在与离子源直径可比的距离中完全汽化。由于液滴可能会过冷不适于进一步汽化，该汽化可能会停止。在一个液滴中的高浓度下，可能会形成分子的多聚物，其不会变成片状。在液滴内可能会形成凝胶样结构。一些液滴甚至可能会过饱和，会发生分子的突然结晶，这样不能再次削弱液滴。通过不要将喷雾导向该入口而是使之偏轴，可以让所有这些液滴进入但不穿过质谱仪。相对重的液滴的惯性会使其脱离。

大多数这类ESI源使用这种偏轴喷雾以使质谱仪受到包含在LC洗脱液中未完全汽化的小液滴的污染降至最低。虽然高度带电，高惯性液滴会脱离进入质谱仪的电吸引入口孔。一些ESI源使用特殊温控和气流来进一步降低质谱仪的污染，并增加LC/MS检测的稳定性，例如通过在喷雾束周围使用鞘气和保护进气口的气帘。

如果液滴只包含有最大数量的一种分子量较大的分子，那么任何LC/ESI-MS检测都能最佳运行。但这一规则通常会被打破，这是因为其限制了检测的最低水平。

虽然使用较大的样品量并结合当前高流量LC-ESI/MS系统可使检测限降低，但样品量会越来越受限，因为越来越多的检测需要在有限的患者生物体液上进行，例如血液、尿液、痰液等。随着这些检测所需灵敏度越来越高，研究者已尝试使用微ESI(microESI)(每分钟～0.1至100微升(microliters per minute))或nanoESI(每分钟～10至1000纳升(nanoliters per minute))来实现所需的较低检测限，但这些尝试至少一定程度上是失败的，无法提供定量生物分析所需的精确度和稳定性。