[发明专利]采用电喷雾/电晕放电双模式离子源的离子迁移率谱仪

说明书

技术领域

本发明涉及离子检测技术领域，更具体地涉及一种采用电喷雾(Electrospray Ionization Source，ESI)/电晕放电(Corona discharge，CD)双模式离子源的离子迁移率谱仪(Ion Mobility Spectrometry，IMS)，能提高离子迁移率谱的探测灵敏度和分辨能力。

背景技术

离子迁移率谱仪(IMS)是一种基于气相离子在电场中迁移速率的差异对物质进行表征的分析技术。与传统的色谱和质谱等检测技术相比具有设备结构简单、在常压条件下工作而无需真空系统、检测灵敏度高、分析速度快、易于小型化和便携化等优点。其中离子源是IMS的重要组成部分，在样品分子电离成样品离子过程中起关键作用。常用的IMS离子源与质谱离子源在结构上有相似之处，但IMS离子源的样品电离及离子传输过程均在大气中进行。离子源与IMS漂移管间需建立特定电场来引导离子在大气压环境下传输，为了避免外界环境的干扰影响，离子源有相对气密的连接结构与IMS漂移管连接固定。常用的IMS电离方法有放射离化、紫外光致离化、电晕放电离化、电喷雾离化以及解析电喷雾离化等。不同物质的电离特性不同，应选用合适的离化源来获得较高离化效率。对于具有较复杂成份的液态样品，由于不同离化方法对样品的离化效率不同，采用某种单一离化方法检测，样品可能得不到充分离化，影响样品信息的获取。为获得更多检测信息，可用多种离子源进行检测，这需要来回更换IMS的离子源，将导致检测效率、可靠性和重复性下降。

在食品安全、生化检测等IMS常用领域中，样品多是半挥发、难挥发物质，通常溶解在溶剂中进行连续检测，如在线监测、高效液相色谱(HPLC)分离检测等等。液态样品分子高效率转化为气相样品离子是IMS检测技术的关键，方便有效的电离方法主要有ESI、CD离化等。

ESI离子源可以在不破坏样品分子结构的前提下，直接将液体样品离化成气相离子，可实现对非挥发性或高分子量化合物的检测。电喷雾毛细管针尖出口施加高电压(1.5～4.5kV)，针尖产生的电场梯度造成出口溶液表面形成锥状结构(泰勒锥，Tylor core)，在尖端强电场的作用下液体从锥体表面喷射出来形成液滴，并带有电荷。与质谱的ESI离化不同，IMS的ESI离化产生的雾状液滴须在常压下将溶剂蒸发(去溶剂化)，形成样品离子，被引进IMS漂移管进行分离分析，因此大流量电喷液进样、扫吹雾化去溶剂、毛细管离子传输等质谱中的ESI相关技术等无法直接用于IMS。在大气压环境下，IMS的ESI离子源喷出的带电液滴高度依赖反吹气的温度和流速进行去溶剂化，如果去溶剂化不完全，将导致检测分辨率和灵敏度大大下降。相关研究表明电喷液较小流量(几百纳升～几微升/分钟)时较容易实现喷雾，当流量加大后易出现电喷不稳定情况。中国201210538911.0号发明专利申请提出了一种电喷雾离子源离子迁移管及其应用，该申请描述的ESI离子源采用一种聚焦电极、毛细管喷雾针和对电极环的结构，实现电喷雾，由于喷雾针与聚焦电极具有相同电位，喷雾针尖必须与聚焦电极有一定距离保证针尖处存在强电场。若IMS漂移管反吹气温度较高，该结构的喷雾针将被反吹气加热，导致针内溶液沸腾汽化，无法实现电喷雾，离子源只能在较低温度下使用。而较低的反吹气温度会使得去溶剂化效果下降，因此该专利申请将电喷雾溶液流速限制在纳升每分钟的量级以实现低温下去溶剂化。电喷雾溶液低流速使得单位时间内样品进样量少，可被电离的样品量少而降低了IMS的检测灵敏度；此外较低的漂移管温度将使离子信号峰展宽，降低了检测分辨率。文献“Liquid chromatography/electrospray ionization/ion mobilityspectrometry of chlorophenols with full flow from large boreLC columns”(Int.J.Ion Mobil.Spec.11(2008)，p51～60)报道了一种与常规液相色谱(LC)联用的ESI-IMS装置，文献指出溶液流速在10～25微升每分钟范围时，IMS检测到的样品离子峰强最大。为了完成ESI的去溶剂化过程，文献提出在漂移管去溶剂化区前端加装大流量抽气泵(3升每分钟)抽除电喷雾产生的大液滴，并在电喷针周围吹辅助雾化气。由于抽气流速大，会从离子源外界环境抽入补充气体而引入干扰物质，同时由于抽走的大液滴里也含有大量样品物质，导致样品的损失而使进入IMS的样品量不稳定，影响检测重复性。此外，ESI离子源对极性化合物有较好的检测效果，但对非极性物质的检测较困难。

发明内容