一种离子化装置的制作方法

本发明涉及一种离子化装置，属于有机波谱分析领域。

背景技术：

质谱是一种将物质离子化并且通过测定离子质荷比来表征物质的手段。由于宏观物质大都为电中性或者近乎电中性，而这种物质无法受到电场或者磁场的作用而无法被分离而产生离子电流被检测。所以需要在进入质谱进行检测前，将样品离子化，进而进入质谱检测。电喷雾离子化器(esi)是一种传统的离子源。它主要应用于液相色谱-质谱联用仪，它既作为液相色谱和质谱仪之间的接口装置，同时又是电离装置。它主要由一个多层套管组成的电喷雾喷嘴组成，最内层是液相色谱流出物，外层是喷射气，喷射气常采用大流量的氮气，其作用是使喷出的液体容易分散成微滴。在微滴蒸发过程中表面电荷密度逐渐增大，当增大到某个临界值时，就会产生库伦爆炸，离子就可以从表面蒸发出来。随后，借助于喷嘴与锥孔之间的电压，穿过取样孔进入分析器离子化。在这个过程中，溶剂的蒸发是一个制约离子化效率的关键步骤，而溶剂的蒸发速度也是制约离子化效率的条件之一。同时，溶液盐体系的存在也将抑制该离子化过程，或产生高背景，降低质谱信号的信噪比，甚至导致结晶盐堵塞毛细管而中断信号。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种离子化化装置，本发明结构简单，组装维护简单，能高度集成化制作；应用时能在喷雾的同时对体系混入极性溶剂，有效提升离子化效率，同时避免样品中盐效应对离子化的影响；得到较高质谱信号的信噪比。

本发明提供的离子化装置，它包括：样品毛细管、辅助液毛细管、雾化气毛细管和高压电源；

采用同一轴心由内到外设置所述样品毛细管、所述辅助液毛细管和所述雾化气毛细管；

所述样品毛细管的一端为直接进样接口，另一端为出样口；

所述样品毛细管近所述直接进样接口段和所述辅助液毛细管穿过t形三通1，所述样品毛细管远所述直接进样接口段、所述辅助液毛细管和所述雾化气毛细管穿过t形三通2；

所述辅助液毛细管上设置辅助液接口，其中所述辅助液毛细管的一端为辅助液出口，所述辅助液接口通过所述t形三通1的垂直口与辅助液注入管相连接；

所述雾化气毛细管上设置雾化气接口，其中所述雾化气毛细管的一端为雾化气出口，所述雾化气接口通过所述t形三通2的垂直口与雾化气注入管相连接；

所述样品毛细管上设置离子化高压接口，所述高压电源的电极与所述离子化高压接口相连。

本发明中，所述样品毛细管的直接进样接口与样品池相连；

所述三通不是混合装置，是让液体和气体处于同心的空间结构。

本发明中，根据样品特征，高压电源(包括电极)可以直接插入所述样品池内或按照上述设置在样品毛细管内置高压电源的电极来施加喷雾电压。通气反复调整喷头内的样品毛细管位置使其产生文丘里自吸作用将样品以稳定的雾滴状喷出，完成调试。

上述的离子化装置中，还包括离子化高压接口，所述离子化高压接口与所述雾化气接口相连接；所述离子化高压接口在所述离子化装置内部与溶液接触，由于水相体系有较高的电导率，所以电极直接连接反应体系也是可以的。

当所述离子化装置用于质谱分析，它还包括高压电源，所述高压电源与所述离子化电压接口相连接。

上述的离子化装置中，所述雾化气毛细管的雾化气出口采用收口设置，所述雾化气毛细管的雾化气出口位置能够根据样品不同可调；

所述样品毛细管和所述辅助液毛细管均采用石英制成，所述样品毛细管具体可为外径365μm、内径250μm的石英毛细管，所述辅助液毛细管内径具体可为530μm、外径690μm的石英毛细管；

所述雾化气毛细管采用玻璃制成，其内径具体可为1mm。

本发明中，所述样品毛细管、所述辅助液毛细管和所述雾化气毛细管设置为三层的套管结构，样品在离子化时与辅助液混合，盐类不会在管路中析出；具有样品自吸功能。

上述的离子化装置中，还包括定量机械泵，所述定量机械泵通过管路与所述辅助液接口相连接；所述定量机械泵用于辅助液的导入，并有能用于样品流速调制；所述管路的材料可选取本领域公知的材料，优选强度好、有韧性的材料，且化学惰性符合测试要求，具体可为聚四氟乙烯。

当所述离子化装置用于开放式反应体系，它还包括节流阀及流量计附件；

所述节流阀设于所述雾化气接口的管路上；

所述流量计附件通过管道与所述雾化气接口相连接；所述管道的材料具体可采用聚氯乙烯；

当所述离子化装置用于封闭式反应体系，它还包括注射进样适配器；

所述注射进样适配器为一个两通结构，所述两通结构的一端与所述样品毛细管的外径匹配连接，另一端与注射泵或蠕动泵的输出口相连接。

当所述离子化装置用于开放式反应体系，它还包括减压阀，所述减压阀设于所述雾化气接口的管路上。

本发明所述离子化装置应用于所述的离子化装置在检测样品中，所述样品检测的方法具体采用波谱表征。

上述的应用中所述波谱具体可为质谱。

本发明所述离子化装置应用于能与辅助液发生化学反应样品的波谱表征和/或溶液检测中。

本发明中，所述波谱具体可为质谱。

本发明进一步提供了一种质谱检测的方法，包括下述步骤：

1)根据需要组装各个部件，得到所述离子化装置；

2)提升雾化气流流速至设计值；

3)使用自动提升进样方式，调整所述样品毛细管至雾量最大；

4)最大化辅助液流量，缓慢提升电压至总离子计数至1×10³以上；

5)优化质谱仪扫描参数；

6)优化辅助液流速；

7)开始进行样品的质谱检测。

本发明具有以下优点：

利用本发明离子化装置，能在喷雾的同时对体系混入有机溶剂，有效提升水相溶液的质谱离子信号。并且由于混合位置为喷雾出口以外，所以完全不会对未喷出的样品产生改变。在高盐度样品中，这样能完全避免了溶剂极性变化带来的盐析现象，防止喷头堵塞并提升离子化效率。该离子化装置结构简单，组装维护简单，能高度集成化制作。提升水溶液信号的同时，既能够利用气流自动提升样品，也可以使用泵注入样品。自动提升样品时流速较快，分析延迟低，可以用于反应的在线监测。能得到较高质谱信号的信噪比，能够容易发现从前未能发现的反应中间体。在辅助液体关闭时，其结构功能与商品化电喷雾离子源一致，拓展了原离子源的应用范围。

附图说明

图1为共喷雾离子源的结构示意图(a)、装置原理图(b)。

图1(a)中各个部件的标记如下：

1高压电极；2样品池；3样品毛细管；4辅助液注入管；5三通1；6辅助液毛细管；7雾化气注入管；8三通2；9雾化气毛细管。

图2为图1中离子化喷头的具体结构示意图(数值单位：mm)。

图3为不同物质的水溶液信号，其中图3(a)为柠檬酸(负电模式)，图3(b)为对硝基苯甲酸(负电模式)，其中图3(c)为十二烷基磺酸钠(负电模式)，图3(d)为甘氨酸(负电模式)，其中图3(e)为甘氨酸(正电模式)，图3(f)为不同物质的esi信号(未增强)与本专利描述装置(已增强)的信号强度对比。

图4为在线分析信号，其中图4(a)为未使用甲醇优化信号的葡萄糖酸，图4(b)为使用甲醇优化信号后的葡萄糖酸。

图5为谱图纯化实例，其中图5(a)为反应体系的质谱图，图5(b)为反应中反应物、中间产物和产物信号随时间变化的趋势。

图6为对不稳定反应中间体离子化实例，其中图6(a)为使用专利中描述装置对葡萄糖和fad混合溶液检测的质谱图，图6(b)为使用商品化esi离子源对葡萄糖和fad混合溶液检测的质谱图。

具体实施方式

下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。

下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

甲醇(hplc级)购于光谱化学有限公司(不伦瑞克，德国)。其它试剂皆为sigma-aldrich公司(美国)产品，纯度要求为br或者ar。

实验过程所用水均为超纯水，经milli-q超纯水净化系统处理而成。所用高纯氮气购于北京千禧京城气体销售中心。

下述实施例中所用的仪器：ltq线性离子阱质谱仪(thermofisherscientific，美国)；0.9-1.1*100mm玻璃点样毛细管购于上海长城科学仪器，石英毛细管购于永年锐沣色谱器件有限公司。

毛细管收口为手工操作，使用火焰将点样毛细管末端灼烧收口，然后使用100号砂纸打磨至合适开口大小，并用500号砂纸进行抛光。其余管路如图1所示进行组装。组装完成后，通入1.5l/min氮气，调整最内毛细管末端的位置，另一端放在甲醇水1:1(v/v)的溶液中，直到液体能够稳定地自然喷出。

整个实验过程中，除了喷雾电压为手工调整，真空接口温度200℃恒定，其余试验参数由软件自动优化决定。

实施例1、离子化装置

如图1-2所示，本发明离子化装置包括：样品毛细管3、辅助液毛细管6和雾化气毛细管9；采用同一轴心由内到外设置样品毛细管3、辅助液毛细管6和雾化气毛细管9。样品毛细管3的一端为直接进样接口(与样品池2连接)，另一端为出样口；样品毛细管3近直接进样接口段和辅助液毛细管6穿过t形三通15，样品毛细管3远直接进样接口段、辅助液毛细管6和雾化气毛细管9穿过t形三通28，三层套管的设置，利于样品在离子化时与辅助液混合，且盐类不会在管路中析出，具有样品自吸功能；辅助液毛细管6上设置辅助液接口，其中辅助液毛细管6的一端为辅助液出口，辅助液接口通过t形三通15的垂直口与辅助液注入管4相连接；雾化气毛细管9上设置雾化气接口，其中雾化气毛细管9的一端为雾化气出口，雾化气接口与t形三通28的垂直口与雾化气注入管7相连接。样品毛细管3上设置离子化高压接口，高压电源的高压电极1与离子化高压接口相连。

进一步地，离子化装置中雾化气毛细管9的雾化气出口采用收口设置，雾化气毛细管9的雾化气出口位置能够根据样品不同可调；

样品毛细管和辅助液毛细管均采用石英制成，样品毛细管具体可为外径365μm、内径250μm的石英毛细管，辅助液毛细管内径具体可为530μm、外径690μm的石英毛细管；

雾化气毛细管9采用玻璃制成，其内径具体可为1mm。

进一步地，离子化装置中还包括定量机械泵，定量机械泵通过聚四氟乙烯管路与辅助液接口相连接；定量机械泵用于辅助液的导入，并有能用于样品流速调制。

当离子化装置用于开放式反应体系，它还包括节流阀及流量计附件；节流阀设于雾化气接口的管路上；流量计附件通过聚氯乙烯管道与雾化气接口相连接；

当离子化装置用于封闭式反应体系，它还包括注射进样适配器；注射进样适配器为一个两通结构，两通结构的一端与样品毛细管的外径匹配连接，另一端与注射泵或蠕动泵的输出口相连接。

当离子化装置用于开放式反应体系，它还包括减压阀，减压阀设于雾化气接口的管路上。

实施例2、柠檬酸溶液的信号放大

使用本发明实施例1中离子化装置应用于柠檬酸溶液，具体如下：

溶液配制：使用100mmph＝7.2±0.2混合磷酸盐缓冲溶液为基质配制成10ppm柠檬酸溶液。

测试模式为负离子模式。样品使用注射泵注入，流速3.5μl/min。喷雾电压0.40kv。甲醇流速为80μl/min。得到图3(a)的信号。可见在甲醇开启时，分子离子峰约提升1倍强度。说明本发明离子化器适用于酸性溶液的离子化。

实施例3、对硝基苯甲酸碱性溶液的信号放大

使用本发明实施例1中离子化装置应用于对硝基苯甲酸碱性溶液，具体如下：

溶液配制：加氢氧化钠促进溶解苯甲酸，使用超纯水直接配制成100ppm溶液(以苯甲酸计)。

测试模式为负离子模式。样品使用注射泵注入，流速1.0μl/min。喷雾电压0.30kv，甲醇流速为80μl/min，得到图3(b)的信号。可见在甲醇开启时，提升样品分子离子峰强度至约10倍。说明该离子化器适用于碱性溶液的离子化。

实施例4、十二烷基硫酸钠(sds)和含盐溶液的信号放大

使用本发明实施例1中离子化装置应用于十二烷基硫酸钠(sds)和含盐溶液，具体如下：

溶液配制：使用100mmph＝7.2±0.2混合磷酸盐缓冲溶液为基质配制成10ppm十二烷基硫酸钠溶液。

测试模式为负离子模式。样品使用注射泵注入，流速1.0μl/min。喷雾电压0.41kv，甲醇流速为40μl/min，得到图3(c)的信号。可见在甲醇开启时，提升样品分子离子峰强度至约18倍。在整个过程中未发现喷雾减小或者喷头堵塞的状况，而且喷口处没有任何结晶，说明本发明离子化装置完全耐盐。

实施例5、甘氨酸两性电解质的信号放大

使用本发明实施例1中离子化装置应用于甘氨酸两性电解质，具体如下：

溶液配制：使用100mmph＝7.2±0.2混合磷酸盐缓冲溶液为基质配制成10ppm甘氨酸溶液。

样品使用注射泵注入，流速1.0μl/min。喷雾电压0.71kv，甲醇流速为40μl/min，分别使用负离子模式和正离子模式得到图3(d)和图3(e)的信号。可见在甲醇开启时，分别提升样品分子阳离子峰和阴离子峰强度至约18倍和约24倍。说明本发明离子化装置可以用于两性电解质的检测。

实施例6、葡萄糖酸的非分子离子峰去除

使用本发明实施例1中离子化装置应用于葡萄糖酸的非分子离子峰去除，具体如下：

溶液配制：使用100mmph＝7.2±0.2混合磷酸盐缓冲溶液为基质配制成1mm葡萄糖酸溶液。

测试模式为负离子模式。样品使用注射泵注入，流速5μl/min。喷雾电压1.12kv，甲醇流速为40μl/min，得到图4(b)的信号。相对在未开启甲醇的情况(图4(a))可见在甲醇开启时，降低非分子离子峰强度至未去除的约4％。说明本发明离子化装置能够降低干扰。

实施例7、葡萄糖酶催化氧化的在线反应监测

使用本发明实施例1中离子化装置应用于葡萄糖酶催化氧化，具体如下：

溶液配制：反应溶液中含有200mm葡萄糖，10mmph＝7.2磷酸盐缓冲体系，230u葡萄糖氧化酶。

样品使用离子化器的自动抽提功能进样。甲醇流速50μl/min，离子化电压2.2kv，反应体系使用恒温水浴加热，使用压缩泵向反应体系内鼓入空气，在加入酶的同时开始记录谱图。得到图5所示信号。可见葡萄糖酸的分子离子峰强度随反应时间增加而升高，说明本发明离子化装置能用于反应的在线监测。

实施例8、葡萄糖氧化的中间体检测

使用本发明实施例1中离子化装置应用于葡萄糖氧化的中间体检测，具体如下：

溶液配制：每10ml反应溶液中含有10ppm葡萄糖和7ppmfad，230u葡萄糖氧化酶。

样品使用注射器以50μl/min速度进样。甲醇流速50μl/min，离子化电压2.2kv，得到图6(a)所示信号。与商品化esi得到的谱图6(b)比较可见中间体准分子离子峰出现，而普通esi未能得到中间体的离子峰。说明本发明离子化装置具有更温和的电离效果。