便攜式電噴霧離子源裝置及質譜儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種便攜式電噴霧離子源裝置，包括電噴霧模塊、直流電源和鞘氣供應模塊，所述電噴霧模塊包括儲液塊、中空毛細管和腔體，所述中空毛細管的一端連接在所述儲液塊的儲液池底部作為樣品進樣端，所述中空毛細管的另一端伸入所述腔體作為噴霧端，所述鞘氣供應模塊連通到所述腔體，輸入輔助霧化的鞘氣作用于所述中空毛細管的噴霧端，所述直流電源施加到所述中空毛細管中的樣品溶液上，提供電噴霧所需的高壓。一種質譜儀，包括所述便攜式電噴霧離子源裝置。本發(fā)明體積小，便于攜帶，且噴霧穩(wěn)定，離子化效率高。
【專利說明】便攜式電噴霧離子源裝置及質譜儀
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及分析儀器領域，特別是涉及一種便攜式電噴霧離子源裝置及具有該裝置的質譜儀。
【背景技術】
[0002]離子源是質譜儀中不可或缺的一部分，它的主要作用是將樣品電離，以便導入質譜儀中進行分析。離子源的電離性能在一定程度上決定了質譜儀的分析性能與應用領域。電噴霧電離(Electrospray 1nization, ESI)是質譜中最常用的離子化方法之一,它是一種軟電離技術，可以用于電離大部分極性化合物，對于大分子化合物還易形成多電荷離子。
[0003]電噴霧的過程可以簡單描述為:流經(jīng)毛細管末端的液體樣品在高壓電場的作用下發(fā)生極化，溶液內的電荷會不斷聚集在液體的前沿形成突體，當電荷積累到一定程度，電荷之間的靜電斥力超過了溶液的表面張力時，突體就會脫離液滴表面形成帶電液滴。隨著這些帶電液滴中溶劑的揮發(fā)，帶電液滴直徑不斷縮小，而表面電荷密度不斷增大，當電荷間斥力超過液滴表面張力時就會發(fā)生庫侖爆炸，形成更小的液滴，不斷重復此過程最終就會生成用于質譜分析的樣品離子。目前有兩種理論解釋ESI電離機理，即“帶電的殘渣機理(CRM)”和“離子蒸發(fā)理論(IEM)”，此外，通過載氣輔助霧化的方式將溶液變成細小霧滴后再發(fā)生ESI電離過程則可以提高ESI的離子化效率和穩(wěn)定性。
[0004]ESI離子源的基本結構就是利用進樣裝置，將樣品溶液導入中空的毛細管，并且在毛細管上或溶液上施加高電壓，形成電噴霧，在大氣壓下產(chǎn)生離子，然后經(jīng)真空接口導入質譜儀，進行質量分析。
[0005]目前，電噴霧離子源的進樣裝置一般都采用注射器、微流注射泵驅動溶液在管路中流動實現(xiàn)進樣，用氮氣瓶加上配套的氣路進行輔助氣體霧化，而且其高壓模塊、電源模塊較大，導致整個裝置體積大，不便于移動，不利于攜帶，這種裝置只適用于實驗室操作，不適用于現(xiàn)場實時檢測分析，極大地限制了其在小型儀器尤其是便攜式質譜儀中的應用。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，提供一種便攜式電噴霧離子源裝置，其體積小，便于攜帶，且噴霧穩(wěn)定，離子化效率高。
[0007]另一目的是提供具有該便攜式電噴霧離子源裝置的質譜儀。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0009]一種便攜式電噴霧離子源裝置，包括電噴霧模塊、直流電源和鞘氣供應模塊，所述電噴霧模塊包括儲液塊、中空毛細管和腔體，所述中空毛細管的一端連接在所述儲液塊的儲液池底部作為樣品進樣端，所述中空毛細管的另一端伸入所述腔體作為噴霧端，所述鞘氣供應模塊連通到所述腔體，輸入輔助霧化的鞘氣作用于所述中空毛細管的噴霧端，所述直流電源施加到所述中空毛細管中的樣品溶液上，提供電噴霧所需的高壓。
[0010]可進一步采用以下一些技術方案:[0011 ] 所述鞘氣供應模塊包括微型真空泵，所述直流電源包括可充電蓄電池和可調微型高壓模塊，所述微型真空泵產(chǎn)生的輔助霧化的鞘氣輸入所述腔體，可調微型高壓模塊將可充電蓄電池的輸出電壓轉換為高電壓施加到所述中空毛細管中的樣品溶液上，所述電噴霧模塊、所述微型真空泵、所述可充電蓄電池和所述可調微型高壓模塊設置在一個外殼內。
[0012]還包括毛細管連接頭和毛細管套管，所述毛細管連接頭設有一個中通的空腔，所述毛細管套管套于所述中空毛細管上，裝進所述毛細管連接頭的中通的空腔中，所述毛細管連接頭的兩端分別與所述儲液塊及所述腔體緊密連接在一起。
[0013]毛細管連接頭包括中間的手擰用圓環(huán)和兩端漸小的錐形結構，所述錐形結構上設有外螺紋以與所述儲液塊和所述腔體的螺紋接口旋緊配合。
[0014]所述毛細管套管和所述毛細管連接頭為可變形的材料，與所述儲液塊及所述腔體緊密連接的所述毛細管連接頭將所述毛細管套管和所述中空毛細管壓緊形成密封；優(yōu)選地，所述毛細管套管為橡膠材料，所述毛細管連接頭為PEEK或聚四氟乙烯材料，所述中空毛細管為玻璃毛細管或金屬毛細管。
[0015]所述腔體內具有三通結構的通孔，所述通孔的中間部分與所述鞘氣供應模塊相連通，所述通孔的一端與所述毛細管連接頭配合，所述通孔的另一端為鞘氣出口端，孔徑漸小，所述中空毛細管的噴霧端處于所述腔體的鞘氣出口端，優(yōu)選地，所述噴霧端伸出所述腔體O?3mm。
[0016]所述儲液池上方設有一個蓋，按壓所述蓋可促進所述儲液池中的溶液浸潤所述中
空毛細管。
[0017]所述直流電源直接施加在導電材料的所述中空毛細管上，或是施加在所述中空毛細管外的導電材料的毛細管套管上，或是施加在導電材料的所述儲液塊上，或是施加在所述儲液塊中的樣品溶液上，藉此施加到所述中空毛細管中的樣品溶液上，優(yōu)選地，所述導電材料為金屬。
[0018]所述輔助霧化的鞘氣為氮氣、空氣、氧氣、氬氣、氦氣、氫氣或上述氣體中幾種氣體的混合，優(yōu)選地，所述輔助霧化的鞘氣流速為lL/min?10L/min。
[0019]一種質譜儀，包括質譜儀本體以及所述的便攜式電噴霧離子源裝置，所述便攜式電噴霧離子源裝置的噴霧端連接到所述質譜儀本體。
[0020]本發(fā)明的有益技術效果:
[0021]本發(fā)明利用樣品溶液的重力以及高速鞘氣在中空毛細管噴霧端產(chǎn)生的負壓來驅動液體的流動完成進樣，并產(chǎn)生穩(wěn)定的離子噴霧，避免了注射器和微流注射泵的使用，使得電噴霧離子源裝置大大簡化，同時使整個裝置的體積縮小，便于攜帶，通用性好，適用于便攜式質譜儀的離子源，另外，裝置在施加高電壓的同時，還利用輔助鞘氣加強霧化效果，提高了電噴霧的去溶效果，增強了離子化效果。該裝置可以安裝在質譜儀前端，也可以手持使用。該裝置可以在大氣壓條件下工作，通用性強，尤其適合作為便攜式質譜儀的離子源，能夠實現(xiàn)實時現(xiàn)場檢測分析，順應了質譜儀微型化的趨勢。本發(fā)明將進樣、輔助霧化與噴霧的裝置集成在一起，設置在一個外殼內，進一步使整個裝置的體積縮小。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明實施例便攜式電噴霧離子源裝置的結構與原理示意圖；[0023]圖2是便攜式電噴霧離子源裝置的一個優(yōu)選實施例的結構示意圖；
[0024]圖3是圖2中電噴霧模塊的一個優(yōu)選實施例的剖視圖；
[0025]圖4是圖2中電噴霧模塊的另一個優(yōu)選實施例的剖視圖；
[0026]圖5是便攜式電噴霧離子源與質譜儀本體連接的一個優(yōu)選實施例的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0027]以下結合附圖對本發(fā)明的實施例作詳細說明。應該強調的是，下述說明僅僅是示例性的，而不是為了限制本發(fā)明的范圍及其應用。
[0028]圖1所示為本發(fā)明實施例的結構與原理示意圖，電噴霧離子源裝置包括儲液塊1、樣品溶液2、中空毛細管3、直流電源4和腔體5，中空毛細管3的一端連接在儲液塊I的儲液池底部作為樣品進樣端，另一端伸入腔體5作為噴霧端，腔體5通入輔助霧化的鞘氣X，作用于中空毛細管3的噴霧端，直流電源4施加在中空毛細管3中的樣品溶液上，提供電噴霧所需的高壓。
[0029]如圖2所示，在本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施例中，該便攜式電噴霧離子源裝置包括電噴霧模塊16、微型真空泵12、可充電蓄電池13、可調微型高壓模塊14和外殼15。微型真空泵12產(chǎn)生輔助霧化的鞘氣作用在電噴霧模塊16上，可調微型高壓模塊14產(chǎn)生的高電壓也施加在電噴霧模塊16上。
[0030]如圖3所示，電噴霧模塊16的一個優(yōu)選實施例包括儲液塊1、中空毛細管3、毛細管套管6、毛細管連接頭7、腔體5、輔助氣接頭9和O形密封圈8。
[0031]在具體實施例里，中空毛細管3的外徑可以為200?2000 μ m，內徑可以為I?1000 μ m。中空毛細管3的一端連接在儲液塊I底部作為樣品端，另一端芽過腔體而形成嗔霧端，噴霧端可以伸出或不伸出腔體，與腔體鞘氣出口端的距離為-3?3mm，優(yōu)選地，噴霧端伸出腔體O?3_。中空毛細管3可以為拉制的玻璃毛細管，優(yōu)選地，其外徑在Imm左右，噴霧尖端的內徑在50?100 μ m范圍內。玻璃毛細管外面可緊緊套有一個毛細管套管6，套好后將其放進毛細管連接頭7中。中空毛細管3在毛細管接頭7中可前后移動，以便安裝時調節(jié)位置。毛細管套管6優(yōu)選采用橡膠材料，可以變形，既可以保證玻璃毛細管不被壓斷或壓碎，又可以起到很好的密封作用。
[0032]如圖3所示，優(yōu)選地，毛細管連接頭7為一個對稱結構，中間為手擰圓環(huán)，圓環(huán)上可設有網(wǎng)紋或直紋，方便擰緊，其兩端為錐形結構，且設有螺紋以與儲液塊I和腔體5的螺紋接口旋緊配合。優(yōu)選地，毛細管連接頭7具有一定的塑形變形能力，但變形也不宜過大，要易于機械加工且化學穩(wěn)定性好，優(yōu)選地，可以使用PEEK或聚四氟乙烯等材料。旋緊時，毛細管連接頭7產(chǎn)生一定的形變作用于毛細管套管6上，從而壓緊毛細管3，而且能夠保證密封可靠。
[0033]儲液塊I的儲液池中存放一定體積的樣品溶液2，儲液池底部設有通孔，可以通過螺紋以及錐形孔與毛細管連接頭7相連。優(yōu)選地，儲液池上方設有一個絕緣的蓋(未圖示)，可以通過按壓此蓋使得儲液池中的溶液浸潤中空毛細管3，以利于形成噴霧。儲液塊I的材質可以選擇不銹鋼或鋁合金。儲液塊I上可設有一個螺紋孔(未圖示)以方便加載噴霧電壓。
[0034]如圖3所示，優(yōu)選地，腔體5的結構類似于三通，其中間為一個中空的通孔，通孔一端設有螺紋和錐形孔結構以與毛細管連接頭7配合，另一端優(yōu)選設有一個直徑漸小的通孔，以增大鞘氣的流速，增強霧化效果。腔體5的中間部分設有一個與輔助氣接頭9配合的螺紋孔，螺紋孔與中空的通孔相貫通。
[0035]參閱圖2和圖3，可充電蓄電池13電壓為12V。微型真空泵12的出氣口可與輔助氣接頭9通過軟管11連接，為電噴霧離子源裝置提供輔助霧化的鞘氣。微型真空泵12由12V的可充電蓄電池13驅動，當打開微型真空泵12時，氣體通過輔助氣接頭9，進入腔體5，通過漸小的通孔提高氣體的流速，在中空毛細管的噴霧端形成負壓。樣品溶液在重力和壓差的雙重作用下，通過浸潤過的毛細管3，并在高電壓和鞘氣的作用下形成噴霧。微型真空泵12可以通過電壓調節(jié)流量，也可以在氣路中應用流量閥控制氣體流量。
[0036]圖2所示實施例中采用可調微型高壓模塊14，其可將低壓轉換成高壓輸出，輸入電壓例如為12V，由可充電蓄電池13提供，輸出電壓范圍可以是-5000V?5000V，且輸出電壓可以通過電位器調節(jié)。圖3實施例中可調微型高壓模塊的正極接在導電材質的儲液塊上，負極接地，也可以接在質譜儀的真空接口處。
[0037]圖2所示實施例中，外殼15將電噴霧模塊16、微型真空泵12、可調微型高壓模塊14、可充電蓄電池13以一種合理的布局包圍在其中，整合為一個體積小、通用性強的便攜式電噴霧離子源裝置。外殼15應該具有可充電蓄電池13的充電接口、儲液塊加樣口、腔體前端出口、可調微型高壓模塊電壓調節(jié)旋鈕、輔助霧化的鞘氣流量調節(jié)旋鈕以及使用者把手等。
[0038]圖4展示的是電噴霧模塊16的另一個優(yōu)選實施例，與圖3的不同之處在于，在中空毛細管3外面加上一個金屬套管10，直流電源4施加在金屬套管上，實現(xiàn)電噴霧。另外，毛細管連接頭7與腔體5的連接端設有中通的孔，用于將金屬套管固定夾持于其中。
[0039]輔助霧化的鞘氣可以為氮氣、空氣、氧氣、氬氣、氦氣、氫氣或上述氣體中幾種氣體的混合。所述輔助霧化的鞘氣流速優(yōu)選在I?10L/min。
[0040]圖5展示了本發(fā)明實施例的電噴霧離子源裝置與質譜儀本體30連接的示意圖。腔體5與質譜儀本體30之間優(yōu)選通過離子引導裝置20相連，腔體5的前端可通過螺紋連接離子引導裝置20，并通過O形圈21密封。離子引導裝置20可以保證噴霧和離子向前運動，提高傳輸效率。另外，可加一個機械泵(未圖示)將離子引導裝置20中的多余氣體抽出，形成低壓，這也有利于噴霧的形成。離子引導裝置20可通過法蘭連接或焊接在質譜儀本體30上。電噴霧產(chǎn)生的樣品離子通過真空接口 31進入質譜儀本體內的質量分析器進行分析檢測。
[0041]以上內容是結合具體的優(yōu)選實施方式對本發(fā)明所作的進一步詳細說明，不能認定本發(fā)明的具體實施只局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明構思的前提下，還可以做出若干簡單推演或替換，都應當視為屬于本發(fā)明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種便攜式電噴霧離子源裝置，其特征在于:包括電噴霧模塊、直流電源和鞘氣供應模塊，所述電噴霧模塊包括儲液塊、中空毛細管和腔體，所述中空毛細管的一端連接在所述儲液塊的儲液池底部作為樣品進樣端，所述中空毛細管的另一端伸入所述腔體作為噴霧端，所述鞘氣供應模塊連通到所述腔體，輸入輔助霧化的鞘氣作用于所述中空毛細管的噴霧端，所述直流電源施加到所述中空毛細管中的樣品溶液上，提供電噴霧所需的高壓。
2.如權利要求1所述的便攜式電噴霧離子源裝置，其特征在于:所述鞘氣供應模塊包括微型真空泵，所述直流電源包括可充電蓄電池和可調微型高壓模塊，所述微型真空泵產(chǎn)生的輔助霧化的鞘氣輸入所述腔體，可調微型高壓模塊將可充電蓄電池的輸出電壓轉換為高電壓施加到所述中空毛細管中的樣品溶液上，所述電噴霧模塊、所述微型真空泵、所述可充電蓄電池和所述可調微型高壓模塊設置在一個外殼內。
3.如權利要求1所述的便攜式電噴霧離子源裝置，其特征在于:還包括毛細管連接頭和毛細管套管，所述毛細管連接頭設有一個中通的空腔，所述毛細管套管套于所述中空毛細管上，裝進所述毛細管連接頭的中通的空腔中，所述毛細管連接頭的兩端分別與所述儲液塊及所述腔體緊密連接在一起。
4.如權利要求3所述的便攜式電噴霧離子源裝置，其特征在于:毛細管連接頭包括中間的手擰用圓環(huán)和兩端漸小的錐形結構，所述錐形結構上設有外螺紋以與所述儲液塊和所述腔體的螺紋接口旋緊配合。
5.如權利要求3所述的便攜式電噴霧離子源裝置，其特征在于:所述毛細管套管和所述毛細管連接頭為可變形的材料，與所述儲液塊及所述腔體緊密連接的所述毛細管連接頭將所述毛細管套管和所述中空毛細管壓緊形成密封；優(yōu)選地，所述毛細管套管為橡膠材料，所述毛細管連接頭為PEEK或聚四氟乙烯材料,所述中空毛細管為玻璃毛細管或金屬毛細管。
6.如權利要求3所述的便攜式電噴霧離子源裝置，其特征在于:所述腔體內具有三通結構的通孔，所述通孔的中間部分與所述鞘氣供應模塊相連通，所述通孔的一端與所述毛細管連接頭配合，所述通孔的另一端為鞘氣出口端，孔徑漸小，所述中空毛細管的噴霧端處于所述腔體的鞘氣出口端，優(yōu)選地，所述噴霧端伸出所述腔體O?3mm。
7.如權利要求1至6任一項所述的便攜式電噴霧離子源裝置，其特征在于:所述儲液池上方設有一個蓋，按壓所述蓋可促進所述儲液池中的溶液浸潤所述中空毛細管。
8.如權利要求1至6任一項所述的便攜式電噴霧離子源裝置，其特征在于:所述直流電源直接施加在導電材料的所述中空毛細管上，或是施加在所述中空毛細管外的導電材料的毛細管套管上，或是施加在導電材料的所述儲液塊上，或是施加在所述儲液塊中的樣品溶液上，藉此施加到所述中空毛細管中的樣品溶液上，優(yōu)選地，所述導電材料為金屬。
9.如權利要求1至6任一項所述的便攜式電噴霧離子源裝置，其特征在于:所述輔助霧化的鞘氣為氮氣、空氣、氧氣、氬氣、氦氣、氫氣或上述氣體中幾種氣體的混合，優(yōu)選地，所述輔助霧化的鞘氣流速為lL/min?10L/min。
10.一種質譜儀，包括質譜儀本體，其特征在于:還包括如權利要求1至9任一項所述的便攜式電噴霧離子源裝置，所述便攜式電噴霧離子源裝置的噴霧端連接到所述質譜儀本體。
【文檔編號】H01J49/16GK103545166SQ201310539461
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權日:2013年11月4日
【發(fā)明者】余泉, 刁兆亮, 倪凱, 錢翔, 王曉浩, 唐飛 申請人:清華大學深圳研究生院