[发明专利]一种利用空气动力学辅助的方法提高离子传输效率的装置

说明书

本发明涉及一种利用空气动力辅助离子高效传输的装置。该装置利用高速空气流经电极两侧后，在电极的后部形成一个相对的低压区。在该低压区中，通过纳升电喷雾电离源电离或其他方式电离形成的离子可以被该低压区所束缚，从而减小离子在传输过程中的损失，同时离子在挡板电极(Baffle)的排斥力作用下，会向着DAPI进样口接近。由于质谱进样口和电喷雾针头呈90°夹角，溶剂中的中性分子会被边缘的高速空气所带走，这大大减少了检测器的背景噪音。利用流体仿真软件fluent模拟了装置内部的流体场分布，然后将流体分布场导入离子光学软件simion中，仿真结果计算表明该方法离子的传输效率接近100％。

技术领域

本发明公开了一种利用空气动力学辅助的方法提高离子传输效率的新装置。该方法中结合了流体场和电场的作用，通过高速空气流经电极两侧后，在电极的后部形成一个相对的低压区。在该低压区，通过纳升电喷雾电离源形成的离子可以被该低压区所束缚，从而减小离子在传输过程中的损失，同时离子在挡板电极的电场力作用下，会向着DAPI进样口接近。由于质谱进样口和电喷雾针头呈90°夹角，溶剂会被高速空气所带走，这大大减少了检测器的背景噪音，同时提高了离子的传输效率。为了证明该方法的可行性，我们利用自己编写的离子光学软件simion中的程序和流体仿真软件fluent对该低压区离子的运动轨迹进行了仿真模拟，并且对影响离子运动轨迹的主要因素，金属毛细管进样口与挡板距离进行了优化。仿真结果表明，通过流体场合电场对离子的共同作用，离子会在一个圆锥口附近聚焦。

背景技术

大气压下的离子传输和聚焦一直是质谱技术中一个十分重要的内容。传统使用的离子漏斗可以在1～10Torr的压力范围内有效进行离子聚焦和传输。但是单纯依靠电场作用的传统的离子漏斗存在例如质量歧视，无法去除中性气体的分子等缺陷，所以在常压环境下，如何能够利用除了电场以外的其他方法，或者采用特殊的结构设计来实现离子的聚焦和传输对质谱技术发展具有重要意义。

其中，利用空气动力学辅助来进行常压下高效离子传输一直是质谱进样方式改进的重要方向。Mylchreest[美国发明专利：US005157260A]利用干燥的N₂沿着在所设计的多孔离子传输管运动，从而在管的外层形成一个气体隔膜，溶剂受热挥发会被气体带走，而离子则通过管进入后端的质谱进样口。

文丘里装置是一种间接利用空气动力学辅助离子传输的装置。Covey等人设计的文丘里装置[美国发明专利：US5412208]，通过N₂流高速流动时形成的负压，电喷雾电离源形成的离子中的溶剂分子带走，同时不影响离子的传输效率。

Fluent是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，所采用的边界条件为速度进样，压力出口条件。进样速度为0.4m/s，出口压力为760Torr。采用的湍流模型是高精度的SSTk-ω模型。Fluent软件具有良好的接口特性，既可以将外界的软件建模的模型导入，也可以将仿真的结果导入到其他离子光学软件进行进一步的分析。

发明内容

发明了一种空气动力辅助离子高效传输装置。该方法中结合了流体场和电场的作用，通过高速空气流经电极两侧后，在电极的后部形成一个相对的低压区。在该低压区，通过纳升电喷雾电离源形成的离子可以被该低压区所束缚，从而减小离子在传输过程中的损失，同时溶剂会被周围的气流所带走，减小了质谱进样过程溶剂的背景噪音。

本发明采用的技术方案如下：

以便携式离子阱质谱仪作为检测仪器；

该方法中结合了流体场和电场的作用，通过高速空气流经电极两侧后，在电极的后部形成一个相对的低压区。从流体仿真软件fluent中的压力场分布图可以看到，电极后部的相对的低压区具有圆锥体的外形。圆锥体的中心具有最低的压力。我们将样品通过电喷雾毛细管导入或者通过不锈钢毛细管导入该区域，离子具有垂直的速度和受到电极排斥的水平的移动速度，逐渐靠近质谱进样口。而中性的溶剂分子会一直向下移动，最终被边缘的气体带走。