一种二次电喷雾离子源的制作方法

1.本发明涉及电喷雾离子源技术领域，特别涉及一种二次电喷雾离子源。


背景技术：

2.二次电喷雾电离(secondaryelectro-sprayionization，sesi)是在传统电喷雾电离(electro-sprayionization，esi)的基础上研究出的一种新型质谱(massspectrometry，ms)离子化技术，其电离过程不同于esi离子源，通过将电喷雾与样品引入通道分离以进行二次电离，在喷针内通入不含待测物的通电高纯度溶液以形成初级电喷雾离子，初级电喷雾离子通过与待测样品气体或气溶胶的接触产生样品离子。
3.sesi具体的电离机理目前仍处于探索阶段，一般认为，电喷雾在sesi加热腔体中蒸发形成初级带电离子，并在与待测样品分子或气溶胶接触的过程中使样品分子被电离。sesi离子源作为一种软电离离子源，相对其他离子源具有以下优势：(1)电离产生分子离子，碎片峰少，更利于样品的定性检测，尤其是当样品为生物大分子；(2)无需过多的前处理流程能实现实时检测；(3)由于其在大气压下电离，对低挥发性有机物的检测效果比传统低压离子源的检出限高很多，低挥发性有机物主要以气溶胶相的形式存在。sesi离子源的特性特别适合挥发性有机物等化学成分检测，因此广泛运用于呼气代谢组分分析，大气气溶胶实时在线分析，食品加工过程监测，以及爆炸物成分分析等研究方向中，拥有非常广阔的应用前景。
4.sesi作为一种高效的离子源，检测的目标分析物浓度处于极低水平，浓度几乎在10-9
甚至10-12
量级。由于sesi检测的物质大多以气溶胶或溶液液滴的形式引入源内，如呼气样品属于过饱和蒸汽，在引入sesi的过程中容易凝结，会导致样品损失和管路污染。普通的sesi离子源仅仅通过简单的喷雾与气体碰撞模式，内部构造简单，没有经过细致的流道结构设计，不仅极易导致样品气体容易在墙体内碰撞损失，并且样品气体还可能在下一次测量时形成背景信号，从而升高检出限，使质谱检测器难以检测到痕量物质。因此，设计一种流道结构设计合理的二次电喷雾离子源是非常有必要的。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种二次电喷雾离子源，用以在流道结构设计合理的基础上实现低背景噪声和高灵敏度的电离。
6.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
7.一种二次电喷雾离子源，包括：样品进气流道、第一保护气流道和加热模组；
8.所述样品进气流道的剖面为类u形结构，所述第一保护气流道的剖面为v形结构，所述类u形结构和所述v形结构的底端连通；所述类u形结构的第一端用于通入样品气流，所述v形结构的两端用于通入保护气气流；所述样品气流至所述类u形结构和所述v形结构的连通处后，通过电喷雾溶液进行电离；所述加热模组设置在所述类u形结构的侧方，用于加热所述样品气流中的溶剂；所述v形结构的底端设置有出样口，所述出样口与质谱分析仪的
进样口连接。
9.可选地，所述二次电喷雾离子源还包括纳升喷针，所述纳升喷针用于喷出电喷雾溶液。
10.可选地，所述连通处设置有喷雾进口，所述纳升喷针通过所述连通处的喷雾进口插入至所述连通处。
11.可选地，所述纳升喷针上缠绕有加热线圈，或者套设有加热套筒。
12.可选地，所述加热模组包括第一加热模组、第二加热模组和第三加热模组；所述第一加热模组设置在所述类u形结构的内侧；所述第二加热模组和所述第三加热模组均设置在所述类u形结构的外侧。
13.可选地，所述类u形结构的底端设置有第二保护气流道，所述第二保护气流道内填充有吸附性多孔材料，所述第二保护气流道用于将所述保护气气流通入至所述连通处。
14.可选地，所述纳升喷针设置在所述第二保护气流道内，所述纳升喷针套设有加热套筒。
15.可选地，所述加热模组包括第一加热模组、第二加热模组、第三加热模组和第四加热模组；所述第一加热模组和所述第四加热模组均设置在所述第二保护气流道的两侧；所述第二加热模组和所述第三加热模组均设置在所述类u形结构的外侧。
16.可选地，所述类u形结构包括第一端和第二端，所述第一端和所述第二端均设置有导流槽；所述第一端还设置有与所述导流槽连通的样品进气口；所述样品进气口用于通入所述样品气流。
17.可选地，所述第一保护气流道和所述第二保护气流道通入的保护气气流均为纯净氮气；所述第一保护气流道的保护气气流对电离后的所述样品气流进行包裹形成鞘气保护层，所述鞘气保护层和电离后的所述样品气流一同进入质谱分析仪。
18.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
19.本发明提供的一种二次电喷雾离子源，包括样品进气流道、第一保护气流道和加热模组；样品进气流道的剖面为类u形结构，第一保护气流道的剖面为v形结构，类u形结构和v形结构的底端连通；类u形结构的第一端用于通入样品气流，v形结构的两端用于通入保护气气流；样品气流至类u形结构和v形结构的连通处后，通过电喷雾溶液进行电离；加热模组设置在类u形结构的侧方，用于加热样品气流中的溶剂；v形结构的底端设置有出样口，出样口和质谱分析仪的进样口连接。本发明的样品进气流道为类u型结构，流道结构设计合理的类u型结构对样品气流有更好的导流效果，避免样品气流接触离子源的内壁，获得低背景噪声的电离环境，从而得到高灵敏度的电离效果。
附图说明
20.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
21.图1为本发明实施例一提供的二次电喷雾离子源的整体剖面图；
22.图2为本发明实施例一提供的进样区前视图；
23.图3为本发明实施例二提供的二次电喷雾离子源的整体剖面图；
24.图4为本发明实施例二提供的进样区前视图；
25.图5为本发明实施例三提供的保护气纯化装置的结构示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
27.本发明的目的是提供一种二次电喷雾离子源，用以在流道结构设计合理的基础上实现低背景噪声和高灵敏度的电离。
28.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
29.实施例一
30.本发明提供的一种二次电喷雾离子源，包括样品进气流道、第一保护气流道和加热模组。
31.如图1所示，样品进气流道的剖面为类u形结构1，第一保护气流道的剖面为v形结构2，类u形结构1和v形结构2的底端连通。
32.如图1和图2所示，类u形结构1包括第一端11和第二端12，类u形结构1的第一端11和第二端12均设置有导流槽4；类u形结构1的第一端11还设置有与导流槽4连通的样品进气口5；样品气流从样品进气口5通入，通过导流槽4在类u形结构1中发散开来，导流槽4的设置减缓了样品气流的流速，使样品气流能够以层流形式到达类u形结构1和v形结构2的连通处7进行电离。样品气流为包含气相或气溶胶相的样品气流。
33.v形结构2的两端用于通入保护气气流，保护气气流为纯净氮气；v形结构2的底端设置有出样口，出样口与质谱分析仪的进样口连接；样品气流至类u形结构1和v形结构2的连通处7后，通过电喷雾溶液进行电离，电喷雾溶液为含0.1％甲酸的水溶液；电喷雾溶液是由纳升喷针6喷出的。
34.类u形结构1和v形结构2的内壁均为分析级钝化二氧化硅的不锈钢材质，内壁材质能够最大限度减少样品气流中挥发性有机物的吸附作用，从而减少记忆效应。通过将样品进气流道设计成类u形结构1，使得样品气流的流通路径更加合理，大幅降低了样品离子与流道壁面的接触几率并提高反应效率，从而减小背景残留提高灵敏度。
35.如图1所示，加热模组3设置在类u形结构1的侧方，用于加热样品气流中的溶剂，因为样品气流以分子或小粒径气溶胶形式进入离子源，所以加热作用能够防止样品气流中含有的挥发性有机物吸附在源内壁面上从而降低背景噪声，温度升高也提高了样品离子化的反应速率。
36.进一步地，加热模组3包括第一加热模组31、第二加热模组32和第三加热模组33。第一加热模组31设置在类u形结构1的内侧；第二加热模组32和第三加热模组33均设置在类u形结构1的外侧。
37.进一步地，如图1所示，类u形结构1的v形结构2的连通处7设置有喷雾进口，纳升喷
针6通过连通处的喷雾进口插入至连通处7。纳升喷针6能够调整角度。纳升喷针6上缠绕有加热线圈，或者套设有加热套筒。图1所示的纳升喷针6为缠绕有加热线圈的纳升喷针6。通过加热纳升喷针6，使电喷雾溶液中产生更多初级带电离子，提高样品气流与电喷雾溶液的接触概率，从而产生更多的样品离子；控制加热温度恒定也能够使初级带电离子浓度稳定在一定范围内，提高结果的可再现性。
38.进一步地，因为质谱分析仪的进样口总流量是固定的，进样口总流量＝样品气流的流量+保护气气流的流量，所以v形结构2的保护气气流的加入能够限制样品气流所通入的流量，通过控制v形结构2的保护气气流的流量能够间接控制样品气流的流量，其意义在于降低样品气流的流速，使样品气流无法在离子源内形成湍流，减少样品沉积及离子损失。此外，v形结构2的保护气气流对电离后的样品气流进行包裹形成鞘气保护层，鞘气保护层和电离后的样品气流一同进入质谱分析仪。
39.实施例二
40.与实施例一不同的是，如图3和图4所示，在实施例二中，类u形结构1的底端设置有第二保护气流道8，第二保护气流道8内填充有吸附性多孔材料9，第二保护气流道8内的保护气气流同样是纯净氮气。纳升喷针6设置在第二保护气流道8内，纳升喷针6套设有加热套筒10。
41.因此本实施例增设了第二保护气流道8为喷针提供保护措施，吸附性多孔材料9保证离子源内无杂质并将喷针固定，第二保护气流道8中的保护气气流将样品气流和连通区7中的反应离子向后推动，防止喷针受到气溶胶冲击而被污染。另外，在v形结构2的保护气气流和第二保护气流道8的保护气气流的夹持作用以及导流槽4的导流作用下，样品气流的电离区域能够达到最小从而不与壁面接触。
42.如图3所示，本实施例的加热模组3包括第一加热模组31、第二加热模组32、第三加热模组33和第四加热模组34。第一加热模组31和第四加热模组34均设置在第二保护气流道8的两侧；第二加热模组32和第三加热模组33均设置在类u形结构1的外侧。
43.实施例三
44.如图5所示，在实施例一和实施例二的基础上，本实施例设置了外置的保护气纯化装置，保护气纯化装置包括总保护气流道13和活性炭过滤模块14，保护气气流在进入第一保护气流道和第二保护气流道之前需经过总保护气流道13进入活性炭过滤模块14，活性炭过滤模块14对纯净氮气进行纯化，吸收保护气气流内的微量挥发性有机物，最大限度减少挥发性有机物等杂质对检出限的干扰，提高质谱分析仪的灵敏度。
45.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
46.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的装置及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种二次电喷雾离子源，其特征在于，包括：样品进气流道、第一保护气流道和加热模组；所述样品进气流道的剖面为类u形结构，所述第一保护气流道的剖面为v形结构，所述类u形结构和所述v形结构的底端连通；所述类u形结构的第一端用于通入样品气流，所述v形结构的两端用于通入保护气气流；所述样品气流至所述类u形结构和所述v形结构的连通处后，通过电喷雾溶液进行电离；所述加热模组设置在所述类u形结构的侧方，用于加热所述样品气流中的溶剂；所述v形结构的底端设置有出样口，所述出样口与质谱分析仪的进样口连接。2.根据权利要求1所述的二次电喷雾离子源，其特征在于，所述二次电喷雾离子源还包括纳升喷针，所述纳升喷针用于喷出电喷雾溶液。3.根据权利要求2所述的二次电喷雾离子源，其特征在于，所述连通处设置有喷雾进口，所述纳升喷针通过所述连通处的喷雾进口插入至所述连通处。4.根据权利要求3所述的二次电喷雾离子源，其特征在于，所述纳升喷针上缠绕有加热线圈，或者套设有加热套筒。5.根据权利要求3所述的二次电喷雾离子源，其特征在于，所述加热模组包括第一加热模组、第二加热模组和第三加热模组；所述第一加热模组设置在所述类u形结构的内侧；所述第二加热模组和所述第三加热模组均设置在所述类u形结构的外侧。6.根据权利要求2所述的二次电喷雾离子源，其特征在于，所述类u形结构的底端设置有第二保护气流道，所述第二保护气流道内填充有吸附性多孔材料，所述第二保护气流道用于将所述保护气气流通入至所述连通处。7.根据权利要求6所述的二次电喷雾离子源，其特征在于，所述纳升喷针设置在所述第二保护气流道内，所述纳升喷针套设有加热套筒。8.根据权利要求7所述的二次电喷雾离子源，其特征在于，所述加热模组包括第一加热模组、第二加热模组、第三加热模组和第四加热模组；所述第一加热模组和所述第四加热模组均设置在所述第二保护气流道的两侧；所述第二加热模组和所述第三加热模组均设置在所述类u形结构的外侧。9.根据权利要求1所述的二次电喷雾离子源，其特征在于，所述类u形结构包括第一端和第二端，所述第一端和所述第二端均设置有导流槽；所述第一端还设置有与所述导流槽连通的样品进气口；所述样品进气口用于通入所述样品气流。10.根据权利要求6所述的二次电喷雾离子源，其特征在于，所述第一保护气流道和所述第二保护气流道通入的保护气气流均为纯净氮气；所述第一保护气流道的保护气气流对电离后的所述样品气流进行包裹形成鞘气保护层，所述鞘气保护层和电离后的所述样品气流一同进入质谱分析仪。

技术总结
本发明公开了一种二次电喷雾离子源，涉及电喷雾离子源技术领域，包括样品进气流道、第一保护气流道和加热模组；通入样品气流的样品进气流道的剖面为类U形结构，通入保护气气流的第一保护气流道的剖面为V形结构，类U形结构和V形结构的底端连通；样品气流至类U形结构和V形结构的连通处后，通过电喷雾溶液进行电离；加热模组设置在类U形结构的侧方，用于加热样品气流中的溶剂；V形结构的底端设置有出样口，出样口和质谱分析仪的进样口连接。本发明将样品进气流道设置成流道结构合理的类U型结构，类U型结构对样品气流有更好的导流效果，避免样品气流接触离子源的内壁，获得低背景噪声的电离环境从而得到高灵敏度的电离效果。电离环境从而得到高灵敏度的电离效果。电离环境从而得到高灵敏度的电离效果。


技术研发人员：李雪 张柯达 张玮
受保护的技术使用者：广东智普生命科技有限公司
技术研发日：2023.06.01
技术公布日：2023/8/4