[发明专利]一种基于离子迁移谱的离子-分子反应选控测量装置

说明书

本发明提供一种基于离子迁移谱的离子‑分子反应选控测量装置。通过在同一根离子迁移管内设置三个相互间隔、平行放置的第一、第二和第三离子门，将离子迁移管分成第一电离区、第一迁移区、第二电离区和第二迁移区这四个依次相邻的区域。离子源产生的初始反应试剂离子在第一电离区内富集，并通过第一离子门注入第一迁移区内进行超高分辨的离子迁移率分离；第一迁移区与第一、第二离子门协同工作，使迁移率为K的反应试剂离子高选择性的通过第二离子门，进入第二电离区内与目标样品分子进行离子‑分子反应；第二电离区内离子‑分子反应的产物离子，经第三离子门注入第二迁移区进行分离和检测，获得产物离子的离子迁移谱；利用所获得产物离子的离子迁移谱，即可对第二电离区内被选定反应试剂离子与目标样品分子之间的离子‑分子反应进行测量研究。该装置可以对目标迁移率的反应试剂离子进行高精度选择，并且保持反应试剂离子原本的团簇化状态，从而为解析大气压、亚大气压电离源中离子‑分子反应机制提供重要的数据和技术支撑。

技术领域

本发明涉及物理化学领域离子-分子反应速率常数的测量装置，具体地说是一种基于串级离子迁移谱技术的离子-分子反应选控测量装置。

背景技术

工作在大气压、亚大气压下的常压离子源是近来来质谱、离子迁移谱领域研究的热点，已发展出上百种新型电离源技术，包括电喷雾离子化源ESI、解析电喷雾离子源DESI、二次电喷雾离子化源SESI、低温等离子体离子化源LTP、直接在线分析离子化源DART等，在药物、蛋白质分析、原位活体应用等领域展示了良好的应用前景，但是对其电离机制和影响因素认识远远不够。

同一种电离源，不同仪器间的差异很大，不同类型电离源有时测量电离产物和效率又很相似。如：ESI电离源中气相蛋白离子如何从带电液滴中释放仍然没有获得统一的认识，而不同研究团队的ESI电离效率有6个量级的差异(J.Am.Soc.Mass Spectrom.2019,30:1069)；陈焕文、Renato教授等发展的二次电喷雾电离源(SESI)和电喷雾萃取电离源(EESI)在呼出气、药物和活体分析等现场分析应用广泛，但EESI中气相离子-分子反应是否发生、液相中液滴之间是否存在相互作用仍然存在较大的争论(Anal.Chem.2010,82:4494)。此外，Blanco等发现SESI电离源内气压的对电离效率影响很大，降低气压TNT的电离效率达到1/700(Anal.Chem.2012,84:8475)；我们最近发现真空紫外(VUV)光电离和光致化学电离源中离子的强度并非随电离区气压线性变化，而是呈指数关系上升(Anal.Chem.2018,90:5398)。束继年教授等向高气压VUV光电离源中通入高浓度CH₂Cl₂和H₂O试剂分子后，同样发现了异常高效电离现象，对硝基化合物电离效率高达28％(Chem.Commun.2006,19:2042)，但增强机理仍不清楚。这主要是因为常压离子源在大气压、亚大气压条件下通常产生复杂的反应试剂离子，并且反应试剂离子的团簇化水平受到环境湿度、气体氛围背景等因素的影响较大。这一现实问题给精准解析离子源中离子-分子反应机制、设计专用型高效离子化源造成了严重的困扰。

目前，选择性离子流动管质谱(SIFT-MS)是研究常压离子源中离子-分子反应过程的重要技术。SIFT-MS利用四极杆对常压电离源中产生的反应试剂离子进行质荷比m/z筛选，送入离子-分子反应管中进行反应特性的研究。但是，SIFT-MS中四极杆滤质器和离子-分子反应管的工作气压通常在百帕范围内，被选定的反应试剂离子与其在常压离子源中原本团簇化状态差异较大，实验的结果难以反映常压离子源中离子-分子反应的真实过程。

常压源中离子电离机理，不仅与核心离子种类有关，还与反应试剂离子的尺寸大小、反应时间(t_r＝L/KE)有关，而离子迁移率K是表征这些性能物理参数，而且实验上可以精准测量的。精准测量反应离子的迁移率随气压、温度和湿度等变化趋势，特别是基于精准迁移率筛选反应离子开展离子-分子反应研究速率常数和反应分子比，有利于深入认识反应机理及其影响因素，实现电离源的全方法优化。

发明内容