CN1152126A - 与液相色谱仪联用的质谱装置 - Google Patents

与液相色谱仪联用的质谱装置 Download PDF

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Abstract

一种质谱装置，从一液相色谱仪接受液样，在大气条件下电离液样并将离子沿一规定路径经一个或多个中间真空室引入位于高真空室内的质谱仪，至少一个中间真空室的真空条件处于滞流区，并具有至少一对彼此分开的板状电极，将路径夹在其间。与离子同极性的电压可调地加到电极上以形成会聚的离子束，并控制其轨迹。可在上述路径上设置两对彼此正交的这种电极，以及各有两对电极的两电极组。

Description

与液相色谱仪联用的质谱装置
本发明涉及一种与液相色谱仪联用的质谱装置，接收在大气条件下电离的液体样本。
当质谱装置与采用例如电喷射电离(ESI)方法或大气压化学电离(APCI)方法的大气压电离(API)方法的液相色谱仪联用时，液相色谱仪分离出的成份在大气条件下电离并被引入质谱仪(例如四极型或磁场型)，后者在一个容器(以下称高真空室)内处于高度真空环境下，由于在这种高真空室内所需的真空度约为10-5-10-6乇，并且该室必须配有一喷嘴以便液体样本的离子能够经其到达质谱仪，这就很难使高真空室直接与大气环境相连。所以，通常的做法是在大气环境与高真空室之间设置一种包括一个或多个容器(以下称为中间真空室)的对接装置，分两级或多级进行多级差动抽气。
这些中间真空室内的真空度必须处于大气环境与高真空室的真空度之间。从流体力学上来说，真空度可分为所谓滞流区和分子流区，滞流是指气体分子之间的碰撞占优势的层流，若气体分子与容器内壁之间碰撞占优势则称为分子流。许多与液相色谱仪联用的这类质谱装置有两个中间真空室，处于液体样本电离的大气环境与拥有质谱仪的高真空室之间，第一真空室(处于接近液相色谱仪的上游一侧)中的真空度约为1乇，第二中间真空室(处于接近高真空室的下游一侧)的真空度约为10-3-10-4乇，高真空室内的真空度约为10-5-10-6乇。第一中间真空室约为1乇的真空度在滞流区内，第二中间真空室约为10-3-10-4乇的真空度在中间区和分子流区域内。
不用说，在液体样本的离子从真空室外大气环境进入高真空室必须经过的所有间壁上现在都得有喷嘴，由于每一个喷嘴都装在必须保持不同真空度的两个真空室之间的间壁上，喷嘴的开口必须非常小，比如说直径小于1mm，这使得难于以高度的生产率来生产这些装置，尤其是这些小小的喷嘴开口必须精确对准。
已经提出了这样一种方法，即有意使下游侧的喷嘴位置偏离准直线，这样只有质量小的离子能够通过下游端的喷嘴，而质量大的带电粒子以及不带电粒子(离子团)被阻挡。但是，这一方法使能够通过下游端喷嘴的离子数明显减少，对该装置的探测灵敏度带来不利影响。
所以，本发明的一个目的是克服已有技术中的这些问题，提出一种改进的质谱装置，能够允许众多离子通过上游和下游的喷嘴，即使其位置不在准直线上也是如此，这样，可使灵敏度的下降限制到最小。
按照本发明的一种与液相色谱仪联用的质谱装置，为了达到上述的和其他的目的，其特征在于不仅仅是使来自大气条件下液相色谱仪的液体样本离子化、在液相色谱仪与容有质谱仪的高真空室之间夹有一个或多个中间真空室的对接装置，而是还有至少一对位于滞流区中间真空室之一内的板状电极。该中间真空室有两个喷嘴，离子经其中一个喷嘴进入真空室，经另一个喷嘴离开真空室。这一对电极安置得将离子通过真空室的路径，即连接两喷嘴的直线，夹在其间，加到这些电极的电压是可调的，并且与通过该真空室的离子同极性。
采用这一结构的质谱装置，液相色谱仪分离出来的液体样本在大气条件下电离，在到达高真空室内的质谱仪之前通过至少一个处于滞流区具有一对电极的中间真空室。由于与离子同极性的电压加到离子轨迹相对面上的这些电极，离子被加到两电极上同极性的电压所排斥。适当调节电压，可使离子正确地集中在连接中间真空室两个喷嘴的直线上。这样，如果在调整电压的同时测量通过质谱仪的离子数量(或其探测到的输出)，该装置可调整到使能够通过下游侧喷嘴的离子数达到最大值，而与喷嘴的相对位置即该真空室两喷嘴是否对准无关。换句话说，很容易由调节电压得到最大灵敏度。
尽管人们已经知道处于分子流区的保持高真空度的质谱装置中间真空室内放置一对平行电极来控制来自液相色谱仪的离子流的运动方向，但是还从未有过将这种电极置于滞流区的中间真空室。分子流区和滞流区的离子运动是不同的，由于在滞流区存在着离子与空气分子(即氮和氧分子)的大量碰撞，这在上面已提到，所以还未考虑过在滞流区中用静电场来控制离子的轨迹。尽管美国专利5,157,260揭示了在滞流区的中间真空室内放置电极，但仅仅是为了集中趋于散开的离子。在圆柱形电极的情形下，离子只能集中在其中心。这样，若圆柱形电极的位置在制造时被固定而其中心又偏离喷嘴的话，灵敏度仍然是低的，而且无法改进这种局面，相反，按照本发明，使用一对或不止一对彼此分开的平板电极，就有可能不仅是集中离子，而且还可通过调节施加到电极上的电压改变离子束的轨迹，将离子导向所希望的位置。换句话说，即使制造时喷嘴的定位有误差，也可以在使用该装置时对误差进行补偿，这样离子能够正确通过两个喷嘴。
附图作为说明书的一部分，与文字叙述一起说明本发明的实施例，解释本发明的原理，其中，
图1是显示与液相色谱仪联用的一种采用本发明的质谱装置的结构示意图；
图2是图1中装置一部分的示意图，附加使用一根受热的金属管；
图3是图1中装置的侧面图，表示本发明的基本原理；
图4是按照本发明另一实施例用于图1中装置的电极布置示意图。
图1-3表示采用本发明的一种质谱装置，包括一处于高度真空的高真空室14，其中容有一质量分析器19，两个(第一和第二)中间真空室12和13在高真空室14前面(上游侧)，尽管图1表示一种四极型质量分析器，但这并不限制本发明的范围，也可用磁场型质量分析器来代替。在第一中间真空室12与外界之间有一锥形取样筒15，在第一中间真空室12与第二中间真空室13之间有一分离器17，在锥形取样筒15和分离器17的尖端各有一小直径喷嘴以允许离子通过。第一中间真空室12的内部压力由一旋转泵(RP)保持在约1乇，同时用一涡轮分子泵(TMP)使第二真空室13的内部压力保持在约10-3-10-4乇，同样，高真空室14内部由一涡轮分子泵(TMP)保持在约10-5-10-6乇。
图1所示的例子使用了所谓的电喷射电离(ESI)方法，这样，由液相色谱仪分离出来的液体样品在一加到针状喷嘴11末端的高压所产生的非均匀电场作用下以带电的液体微滴形式从喷嘴11中喷出。喷出的液体微滴由于其内的库仑斥力而破碎，成为更小的带电粒子。当这些微小的带电粒子通过取样筒15、以取样筒15进入第一中间真空室12和进入第二中间真空室13时，溶剂被逐渐去除，在此过程中作了离子化。如图2所示，一受热的金属管(毛细管)21可置于喷嘴11和取样筒15之间，这样可更有效地除去溶剂，也可以用所谓的大气压化学电离(APCI)方法或其它电离方法对喷出的液体微滴进行电离。
在第一中间真空室12中有两对板状网格电极16，一对16a和16c上下相对，另一对16d和16b在离子轨迹的左右两侧相对。如图3所示，与正在经过的离子同极性的直流(DC)电压施加到这些电极16上，结果，从取样筒15进入第一中间真空室12的带电粒子和离子被这些电极16排斥，集中在中间。适当调节加到电极16上的DC电压，会聚的带电粒子和离子束能对准分离子17的喷嘴。改变所加的电压，同时测量质谱仪下游侧探测器(未画出)的输出，可用这种电压调节正确地将离子束引导到分离器17的喷嘴。
本发明可有效地提高生产率，因为取样筒15和分离器17的喷嘴在装配时的任何定位误差可在使用时被校正。本发明允许用户故意使喷嘴彼此偏置，以有选择地不让某些带电粒子通过，例如，适当调节所加的电压，只有荷质比大于某一定值的离子才能通过。
通过第一中间真空室12的离子由置于第2中间真空室13内的离子透镜18聚集，其接收由质量分析器19的命令控制，并注入高真空室14。
上面讨论的例子用于说明而非限制本发明的范围。电极16可用带通气孔的金属板做成以有效地除去液体微滴里的溶剂。电极16不必是完全平整的，例如可以是弧形的、圆筒形的，围绕离子路径的轴线，尽管最好是把电极在路径轴线周围分成几块以便可以改变离子的轨迹。
图4表示采用本发明的另一例子，特点是在两处有两对板状电极，在上游位置的一对由标号26表示，在下游位置的另一对由标号27表示。在上游电极26彼此垂直的两对加上极性彼此相反的电压，这样，从中通过的离子束的横截面将是平坦的(按离子极性的方向)。相反极性的电压也加到下游电极27的两对上，这样，横截面平坦的离子束将进一步会聚，其横截面形状会成为一个点。
综上所述，在本发明范围内可作出许多变化和修改，这些对技术人员而言是显然的，仍在本发明范围内。

Claims (18)

1.一种质谱装置，接受来自一个液相色谱仪的液样，在大气条件下使所述液样离子化，将液样的离子沿一特定路径引入一质谱仪，该质谱仪在处于高真空条件下的高真空室内，其特征在于，所述质谱装置包括：
一个或多个中间真空室，位于所述液相色谱仪和所述高真空室之间，至少一个所述中间真空室是具有电极的真空室，其真空度在滞流区范围内，所述具有电极的真空室有两个位于彼此相对的间壁上的喷嘴，并与所述路径相对应，在所述喷嘴之间具有一对互相分开的板状电极，所述路径在所述一对电极之间；
电压装置，独立可调地将电压施加到所述电极上，所述电压的极性与经所述喷嘴之一进入所述具有电极的真空室的离子的极性一致。
2.如权利要求1所述的质谱装置，其特征在于，所述具有电极的真空室中具有第一对和第二对彼此分开的板状电极，所述第一和第二对电极以互相正交的方向将所述路径夹在其间，所述电压装置独立可调地将与所述离子同极性的电压加到所述第一和第二对电极上。
3.如权利要求1所述的质谱装置，其特征在于，所述具有电极的真空室中具有沿所述路径依次布置的第一电极组和第二电极组，所述每一电极组，具有第一对和第二对彼此分开的板状电极，所述第一和第二电极组的第一对电极在第一方向将所述路径夹在其间，所述第一和第二电极组的第二对电极在第二方向将所述路径夹在其间，所述第一和第二方向与所述路径正交，并且彼此正交，所述电压装置独立可调地将与所述离子同极性的电压施加到所述第一电极组的所述第一对电极和所述第二电极组的第二对电极，将与所述离子反极性的电压施加到所述第一电极组的所述第二对电极和所述第二电极组的第一对电极。
4.如权利要求1的质谱装置，其特征在于，进一步包括一个受热的金属管，围绕位于所述液相色谱仪和所述中间真空室之间的所述路径，除去所述液样的溶剂成份。
5.如权利要求1所述的质谱装置，其特征在于，每一所述电极具有通气孔。
6.如权利要求1所述的质谱装置，其特征在于，所述高真空室的真空条件约为10-5-10-6乇，所述中间真空室的真空条件约为0.1-10-4乇。
7.一种质谱分析方法，其特征在于，包括下列步骤：
在大气条件下使从一液相色谱仪得到的液样离子化；
将所述液样的离子沿一规定路径经一个或多个中间真空室引入一处于高真空室内的质谱仪，至少一个所述中间真空室是具有电极的真空室，其真空度处于滞流区内，所述具有电极的真空室内具有一对彼此分开的板状电极，所述路径夹在所述一对电极之间；
将与所述离子同极性的电压加到所述电极上。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括调节所述电压以获得所希望的质谱仪探测灵敏度的步骤。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述具有电极的真空室中具有第一和第二对彼此分开的板状电极，所述第一和第二对电极以彼此正交的方向将所述路径夹在其间，与所述离子同极性的电压被施加到所述第一和第二对电极上。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括调节所述电压以获得所希望的质谱仪探测灵敏度的步骤。
11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述具有电极的真空室中具有沿所述路径依次布置的第一电极组和第二电极组，每一所述电极组具有第一和第二对彼此分开的板状电极，所述第一和第二电极组的第一对电极在第一方向上将所述路径夹在其间，所述第一和第二电极组的第二对电极在第二方向上将所述路径夹在其间，所述第一和第二方向与所述路径正交，并且彼此正交，所述施加电压的步骤包括独立可调地将与所述离子同极性的电压加到所述第一电极组的所述第一对电极和所述第二电极组的所述第二对电极上，以及独立可调地将反极性的电压加到所述第一电极组的所述第二对电极和所述第二电极组的所述第一对电极上。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括调节所述电压以获得所希望的所述质谱仪探测灵敏度的步骤。
13.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括使所述高真空室保持在约10-5-10-6乇和使所述中间真空室保持在约0.1-10-4乇的步骤。
14.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括使所述高真空室保持在约10-5-10-6乇和使所述中间真空室保持在约0.1-10-4乇的步骤。
15.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括使所述高真空室保持在约10-5-10-6乇和使所述中间真空室保持在约0.1-10-4乇的步骤。
16.如权利要求7所述的方法，其特征在于，进一步包括使所述液样通过一受热金属管以蒸发溶剂成分的步骤。
17.如权利要求9所述的方法，其特征在于，进一步包括使所述液样通过一受热金属管以蒸发溶剂成分的步骤。
18.如权利要求11所述的方法，其特征在于，进一步包括使所述液样通过一受热金属管以蒸发溶剂成分的步骤。
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