本公開涉及質(zhì)譜法。更具體地，本公開涉及利用基于受調(diào)節(jié)的輝光放電電離的軟的且定量的電離源的質(zhì)譜法。

背景技術(shù)：

軟電離方法(如電噴霧(ESI)和基質(zhì)輔助激光解吸/電離(MALDI))的發(fā)展已經(jīng)將質(zhì)譜分析的領(lǐng)域延伸到廣泛類別的不穩(wěn)定化合物—例如肽、核苷酸、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)—并且已經(jīng)引起了廣泛范圍的生物學(xué)和醫(yī)學(xué)應(yīng)用的發(fā)展。這些方法已知受限于容易在液體中產(chǎn)生離子的化合物(例如離子鹽)，和容易產(chǎn)生質(zhì)子化離子MH⁺和去質(zhì)子化離子(M-H)^-的極性化合物。借助大氣壓化學(xué)電離(APCI)和大氣壓光電離(APPI)方法的引入，軟電離化合物的范圍擴(kuò)展到半極性化合物。然而，一個缺點(diǎn)在于：這些軟電離方法不是完全定量的，因?yàn)楸环治龅幕衔锏男再|(zhì)限定并改變電離效率和抵抗競爭性離子分子反應(yīng)的氣相穩(wěn)定性。

另一方面，作為真正的定量方法的電子撞擊電離(EI)已經(jīng)長期存在，其中，化合物蒸汽通過電子轟擊被離子化。電離效率在寬范圍的分析物濃度中保持恒定，通常分析物濃度在樣品裝載通過氣相色譜(GC)時被測量。通常，從低至最靈敏的儀器中的十飛克(10fg)的檢測極限(LOD)到高達(dá)十納克(10ng)的裝載范圍(即，至少六個數(shù)量級的動態(tài)范圍內(nèi))均保持了線性。電離效率(即，響應(yīng)對負(fù)載)基本不取決于分子性質(zhì)，并且保持獨(dú)立于其它共洗脫(coeluting)化合物和基質(zhì)。這使得EI方法在各個化學(xué)類別之間是一致的，并且是真正定量的。然而，EI方法受限于半揮發(fā)性化合物，并且它不是軟的，因?yàn)樗a(chǎn)生廣泛碎裂。

除了與EI方法的源耦合以外，GC分離已經(jīng)耦合到替代的、特別是更軟的電離方法—例如化學(xué)電離(CI)和場電離(FI)—這些方法提供了更強(qiáng)的分子峰。然而，CI技術(shù)也易于受到基質(zhì)和相互干擾效應(yīng)的影響。利用這種電離方法，電離效率和譜成分均強(qiáng)烈地取決于儀器參數(shù)。因此，CI技術(shù)不被認(rèn)為是完全軟的、真正定量的或能夠提供庫譜的。由于會快速污染離子源，CI技術(shù)也被認(rèn)為是“臟的”。FI方法常常被視為軟電離方法；然而，它是棘手的、不穩(wěn)定的且不靈敏的(其典型的檢測極限僅僅約一百皮克(100pg)。因此，F(xiàn)I方法沒有被廣泛采用。

相比于EI，光電離(PI)和光化學(xué)電離(APPI)方法軟得多，但是對于高度易碎的化合物而言仍然產(chǎn)生碎片。Schlag在美國專利No.4,570,066(其通過引用完全并入本文)中描述：用于激光解吸核苷酸和短肽的多光子電離以及其通過超音速射流的冷卻所隨后利用的多光子共振電離表現(xiàn)為適度軟的。由于選擇性電離、不足夠軟且被分析的化合物類別有限，該方法沒有被廣泛采用。

輝光放電已經(jīng)在用于元素和有機(jī)分析的質(zhì)譜法中長期使用，例如在F.W.Aston的《質(zhì)譜與同位素》(第二版，朗文格林出版社，紐約，1942，其通過引用完全并入本文)中。在Hunt等人的《分析化學(xué)》第47卷(1975)第1730頁(其通過引用完全并入本文)中，提出了用于電離處于CI源中的摻雜氣體的Taundsen輝光放電。美國專利NO.4,321,467(其通過引用完全并入本文)提出了在mbar水平的氣體壓力下的后輝光流(flow-afterglow)中進(jìn)行有機(jī)物電離。如在美國專利NO.4,647,772和美國專利NO.4,794,252(這兩個專利中的每一個通過引用完全并入本文)中所描述的那樣，VG分析經(jīng)由熱噴霧接口引入液體樣品，并且在前級真空區(qū)域中誘導(dǎo)輝光放電。在美國專利NO.4,849,628(其通過引用完全并入本文)中，McLuckey建議將液體蒸汽從大氣壓區(qū)域采樣到處于1至10mbar的氣體壓力下的前級真空級內(nèi)的輝光放電中。如在《應(yīng)用光譜學(xué)》第44卷(1990)第1391頁和《分析化學(xué)》第64卷(1992)第1426頁(這兩個文獻(xiàn)中的每一個通過引用完全并入本文)中所描述的那樣，Lubman等人建議在處于大氣壓下的氦輝光放電中對氣體和液體樣品進(jìn)行電離。許多團(tuán)體已經(jīng)嘗試改進(jìn)了輝光放電電離源的軟度和分析優(yōu)點(diǎn)。盡管存在各種各樣的輝光放電源，所采用的電離方法分為兩類：(a)直接電離和(b)化學(xué)電離。

輝光放電中的直接電離的發(fā)生主要源于因受激發(fā)的亞穩(wěn)惰性氣體而導(dǎo)致的彭寧電離(Penning ionization)，而次要通道對應(yīng)于從放電離子的電荷轉(zhuǎn)移和對應(yīng)于電子撞擊電離。這樣的電離有可能是定量的，但是是硬的(harsh)。例如，Bertand等人在JASMS第5卷(1994)第305頁(其通過引用完全并入本文)中將有機(jī)分析物暴露于mBar的輝光放電，并且證實(shí)了五個數(shù)量級的動態(tài)范圍內(nèi)的線性信號響應(yīng)，同時獲得具有從EI譜至CI譜的變化的軟度的譜。靈敏度和軟度均表現(xiàn)為強(qiáng)烈地取決于被分析的化合物和離子源的參數(shù)。如由Mason等人在《國際質(zhì)譜測定法與離子過程雜志》第91卷(1989)第209頁(其通過引用完全并入本文)中所示的那樣，添加摻雜氣體提高分子質(zhì)子化離子的強(qiáng)度，并且形成類似于CI譜的譜。

輝光放電中的化學(xué)電離(或者通過輝光放電的采樣產(chǎn)物)的發(fā)生主要源于從質(zhì)子化水簇(water cluster)的質(zhì)子轉(zhuǎn)移，所述水簇源于技術(shù)純的氣體中普遍存在的水跡。如由Hansel等人在《國際質(zhì)譜測定法與離子過程雜志》第149卷(1995)第609頁(其通過引用完全并入本文)中所描述的那樣，已經(jīng)刻意地在受控的質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)(PTR)質(zhì)譜法中促進(jìn)從水簇的質(zhì)子轉(zhuǎn)移。如在《應(yīng)用光譜學(xué)》第44卷(1990)第1391頁和《分析化學(xué)》第64卷(1992)第1426頁(這兩個文獻(xiàn)中的每一個通過引用完全并入本文)中所描述的那樣，Lubman等人在處于大氣壓下的氦輝光放電中對氣體和液體樣品進(jìn)行電離。向液體樣品添加水顯著地改進(jìn)了有機(jī)譜的軟度。然而，質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)造成單位濃度的非線性信號響應(yīng)和不一致的電離。被分析的化合物之間的電離效率在三個數(shù)量級內(nèi)變化。已知的是質(zhì)子親合力取決于化合物極性，這解釋了各化學(xué)類別之間的不一致的電離。在大氣(相比于mbar)壓下的操作增加了離子分子反應(yīng)的作用，這解釋了分析物相互干擾和基質(zhì)抑制效應(yīng)，甚至在充電劑(charging agent)大量過量的情況下。

DART輝光放電的方法已經(jīng)在Andrade等人的《分析化學(xué)》第80卷(2008)第2646-2653頁(其通過引用完全并入本文)中描述，其中揮發(fā)性化合物與處于大氣壓下的氦中的輝光放電混合。雖然該方法描述了彭寧電離為主要機(jī)制，但是大量的氣體碰撞導(dǎo)致因離子分子反應(yīng)的顯著畸變(distortion)。因此，這對于極性化合物而言還產(chǎn)生質(zhì)子化離子，因此也易于受到區(qū)分(discrimination)和干擾效應(yīng)的影響。因此，輝光放電電離可能(a)在直接GD電離下是定量的，但是是硬的，或(b)在化學(xué)電離下是軟的，但不是定量的，所述化學(xué)電離主要通過從水簇的質(zhì)子轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)。

在WO 2012/024570(其通過引用完全并入本文)中，該公開的發(fā)明人嘗試通過利用調(diào)節(jié)器(即導(dǎo)電管，用于控制在將放電產(chǎn)物采樣到具有分析物的離子-分子反應(yīng)器中之前等離子體的停留時間)使輝光放電中的直接電離軟化。GC入口、凈化氣體和清潔材料被用來減小淬滅寄生蒸汽(quenching parasitic vapor)的量。然而，該調(diào)節(jié)表現(xiàn)為強(qiáng)烈地取決于痕量的蒸汽，嚴(yán)重降低了電離效率，因此選擇保持不變—要么定量，要么軟。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開提供了長期等待的通過受調(diào)節(jié)的輝光放電方法而實(shí)現(xiàn)的軟的且定量的電離的組合。該方法還使用美國國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究所(NIST)的庫搜索來實(shí)現(xiàn)有效的識別。該方法通過以下內(nèi)容實(shí)現(xiàn)這種理想的電離：(a)在mBar下的輝光放電中產(chǎn)生大流量的亞穩(wěn)惰性氣體原子；(b)采樣這些亞穩(wěn)粒子并且抑制帶電粒子；和(c)利用氣體冷卻分析物分子，與此同時在冷的超音速氣體射流中以受限的氣體碰撞量進(jìn)行彭寧電離。

本公開所提供的方法的一個驚人的方面在于氣體冷卻對于分析物離子穩(wěn)定化的效果。分析物和周圍氬氣的冷卻顯著地減少碎片的量，并且提供僅僅具有分子M+離子的譜。在一種實(shí)施方式中，超音速射流冷卻設(shè)置在對分析物分子和輝光放電產(chǎn)物進(jìn)行同軸采樣的位置處。

氣體冷卻至超過輝光放電形成亞穩(wěn)原子的激發(fā)效應(yīng)，并且軟電離在寬范圍的放電參數(shù)下發(fā)生。這允許在使用非常適度的調(diào)節(jié)以去除帶電粒子的同時獲得大流量的亞穩(wěn)原子。因此，電離效率接近均一(單位注入分析物分子所形成的離子的比例)，并且在各化學(xué)類別的分析物之間表現(xiàn)一致。

通過該方法的高效電離在超音速射流內(nèi)實(shí)現(xiàn)，其中具有估計為約100次的小數(shù)量的中性碰撞。因此，即使在合理的技術(shù)純的氣體和材料的情況下，源強(qiáng)烈地減少了簇形成的量以及其它寄生離子與分析物離子進(jìn)行分子反應(yīng)的量。

本公開所提出的新穎方法是被稱為冷GD的受調(diào)節(jié)的輝光放電電離方法。這種新穎的冷GD方法的實(shí)驗(yàn)測試證實(shí)了：

1.)不穩(wěn)定分子的軟電離—例如烷烴、鄰苯二甲酸酯、硝基化合物、脂肪酸—這些分子已知在如EI、CI、冷EI和PI這樣的方法中產(chǎn)生廣泛碎裂；

2.)僅僅形成分子M+離子，這簡化了譜的識別，這不同于現(xiàn)有技術(shù)的輝光放電和PI源(其形成M+和MH+離子兩者)；

3.)在寬范圍的類別之間具有一致的響應(yīng)，對烷烴、多環(huán)芳香烴(PAH)、多氯聯(lián)苯(PCB)、鄰苯二甲酸酯和含硝基的化合物得到了證實(shí)；

4.)在至少四個數(shù)量級的動態(tài)范圍內(nèi)具有線性響應(yīng)，所述動態(tài)范圍介于經(jīng)由GC柱裝載的一皮克(1pg)到十納克(10ng)之間；

5.)在化學(xué)基質(zhì)流量低于10ng/s的情況下，不存在化學(xué)區(qū)分、干擾和基質(zhì)效應(yīng)；

6.)在離子傳送接口內(nèi)進(jìn)行離子激發(fā)的情況下能夠形成NIST類型的碎片，這是M+離子的特性，并且有利于基于庫譜的化合物識別；和

7.)離子源的快速響應(yīng)，匹配GCxGC分析的速度。

軟性、真正的定量、大的動態(tài)范圍和快速的響應(yīng)的組合帶來了改進(jìn)石油組學(xué)和代謝組學(xué)的領(lǐng)域中的分析方法的許多機(jī)會，以便利用多維分離，如GCxGC-MS、GC-IMS-MS、GC-MS-MS來用于復(fù)雜混合物分析。本公開中描述一些實(shí)施方式以及它們用于定量分析復(fù)雜混合物和檢測超痕量的新穎方面。

本公開的一方面提供了一種質(zhì)譜分析的方法，該方法包括：在處于3至100mBar之間的氣體壓力下的惰性氣體內(nèi)產(chǎn)生RF或DC輝光放電；對通過導(dǎo)電通道的氣流內(nèi)的輝光放電產(chǎn)物進(jìn)行采樣和調(diào)節(jié)，以便在傳送激發(fā)的里德伯(Ridberg)原子的同時去除帶電粒子；在150℃以上的提升的溫度下在封閉的室內(nèi)將受調(diào)節(jié)的放電產(chǎn)物與分析物流混合，以便在分析物分子和所述里德伯原子之間產(chǎn)生彭寧反應(yīng)，以產(chǎn)生所述分析物的離子；和采樣所述分析物離子(通過氣流)而用于質(zhì)譜分析。該方法還包括以下步驟中的至少一個：(1)由于使突伸通過該調(diào)節(jié)通道的絕緣表面帶電，導(dǎo)致去除所述調(diào)節(jié)通道內(nèi)的電荷；(2)使分析物流與受調(diào)節(jié)的等離子體的流同軸混合；和(3)在音速射流或超音速射流內(nèi)冷卻混合流，以便將彭寧電離的區(qū)域減小至冷射流。

本公開的實(shí)施方式可以包括以下可選特征中的一個或多個。在一些實(shí)施方式中，分析物的分子離子在電離過程中或者在可控的碰撞誘導(dǎo)解離的步驟中被部分地碎裂，并且將所獲得的碎片譜與電子撞擊的庫譜相比較，以便識別分析物和進(jìn)行結(jié)構(gòu)解析。在一些示例中，該方法進(jìn)一步包括在液體或固體基質(zhì)內(nèi)引入較少的揮發(fā)性化合物，以在基質(zhì)流量保持在10ng/s以下的情況下擴(kuò)大分析物揮發(fā)性的范圍，其中分析物樣品通過以下步驟之一被帶到氣相：(a)進(jìn)行快速熱解吸；(b)進(jìn)行脈動激光解吸；(c)進(jìn)行液體樣品霧化，其中在經(jīng)過氣溶膠的同時通過側(cè)向的和反向的氣體去除溶劑蒸汽；和(d)從毛細(xì)管電泳或納米液相色譜以10nL/min以下的流率進(jìn)行霧化。該方法可以進(jìn)一步包括上游串聯(lián)色譜分離的步驟，所述上游串聯(lián)色譜分離的列表包括：(i)GCxGC；(ii)LC-GC；(iii)LC-LC；(iv)LC-CE。

在一些實(shí)施方式中，為了增強(qiáng)分析復(fù)雜混合物的選擇性，該方法進(jìn)一步包括在離子碎裂的步驟之前利用質(zhì)量或離子遷移率對父離子進(jìn)行選擇的步驟。該方法可以進(jìn)一步包括改變碎裂能量的步驟。在一些示例中，為了增強(qiáng)分析的選擇性，該方法進(jìn)一步包括將試劑氣體添加到受調(diào)節(jié)的輝光放電的區(qū)域中的步驟，從而將里德伯離子轉(zhuǎn)化為試劑離子。在一些實(shí)施方式中，該方法進(jìn)一步包括利用高分辨率多反射飛行時間質(zhì)譜儀對被電離的分析物離子進(jìn)行質(zhì)譜分析的步驟，所述高分辨率多反射飛行時間質(zhì)譜儀在頻繁編碼脈動的狀態(tài)下操作。

本公開的另一方面提供了一種質(zhì)譜分析的方法，該方法包括：在受調(diào)節(jié)的輝光放電離子源中進(jìn)行定量的且軟的電離；在時間上交替進(jìn)行分子量的測量和分子離子的碎裂；和通過與電子撞擊譜庫比較來識別化合物。本公開的此方面可以包括以下可選特征中的一個或多個。在一些示例中，該方法進(jìn)一步包括以下組中的至少一個步驟：(i)預(yù)先對分析物分子進(jìn)行多級色譜分離；(ii)預(yù)先對分子離子進(jìn)行質(zhì)量分離；(iii)對分子離子進(jìn)行離子遷移率分離。

本公開的又一方面提供了一種組裝用于質(zhì)譜設(shè)備的離子源的方法，該方法包括：提供反應(yīng)器室；設(shè)置與所述反應(yīng)器室相鄰的輝光放電室；提供突出到所述輝光放電室的內(nèi)部中的管狀電極；在所述反應(yīng)器室的出口端處設(shè)置采樣噴嘴；提供用于樣品引入的毛細(xì)管；和在允許氣體排出的位置上設(shè)置機(jī)械流體泵。所述機(jī)械流體泵使氣體從所述輝光放電室經(jīng)過所述采樣噴嘴排出。所述反應(yīng)器室限定采樣調(diào)節(jié)通道。所述毛細(xì)管穿過所述輝光放電室、突伸通過所述管狀電極、并且至少部分地穿過所述反應(yīng)器室。

本公開的此方面可以包括以下可選特征中的一個或多個。在一些實(shí)施方式中，該方法進(jìn)一步包括：使突伸通過所述采樣調(diào)節(jié)通道的絕緣表面帶電。在一些示例中，由所述機(jī)械流體泵所排出的氣體是惰性氣體，并且所述惰性氣體在被排出之前在所述輝光放電室內(nèi)被加壓。

本公開的第四方面提供了一種用于質(zhì)譜設(shè)備的離子源，該離子源包括：反應(yīng)器室，所述反應(yīng)器室限定采樣調(diào)節(jié)通道；輝光放電室，所述輝光放電室布置成與所述反應(yīng)器室相鄰；管狀電極，所述管狀電極接收電壓并且突出到所述輝光放電室的內(nèi)部中；采樣噴嘴，所述采樣噴嘴布置在所述反應(yīng)器室的出口端處；毛細(xì)管，所述毛細(xì)管用于樣品引入；和機(jī)械流體泵。所述毛細(xì)管穿過所述輝光放電室、突伸通過所述管狀電極、并且至少部分地穿過所述反應(yīng)器室。所述機(jī)械流體泵布置在允許氣體排出的位置上，并且所述機(jī)械流體泵使氣體從所述輝光放電室經(jīng)過所述采樣噴嘴排出。

本公開的此方面可以包括以下可選特征中的一個或多個。在一些示例中，所述離子源進(jìn)一步包括絕緣表面，所述絕緣表面突伸通過所述采樣調(diào)節(jié)通道。在一些實(shí)施方式中，由所述機(jī)械流體泵所排出的氣體是惰性氣體，并且所述惰性氣體在被排出之前在所述輝光放電室內(nèi)被加壓。

本公開的又一方面提供了一種分析方法，該方法包括：在受調(diào)節(jié)的輝光放電離子源中定量地軟電離分析物；在時間上交替進(jìn)行分子量的測量和分子離子的碎裂；和通過與電子撞擊譜庫比較來識別化合物。

本公開的此方面可以包括以下可選特征中的一個或多個。在一些實(shí)施方式中，電離步驟包括：從處于3-100mBar之間的提升的壓力下的惰性氣體產(chǎn)生輝光放電；對通過采樣調(diào)節(jié)通道的所述輝光放電進(jìn)行調(diào)節(jié)；和通過在提升的溫度下將分析物與受調(diào)節(jié)的輝光放電混合來電離所述分析物。在一些示例中，使所述采樣調(diào)節(jié)通道內(nèi)的絕緣表面帶電以去除通過所述采樣調(diào)節(jié)通道的流的電荷。電離分析物的步驟可以包括使所述分析物的流與所述輝光放電的流同軸混合。在一些示例中，在電離分析物的步驟之后進(jìn)行在射流內(nèi)冷卻被電離的分析物的步驟。在一些實(shí)施方式中，電離分析物的步驟發(fā)生在所述采樣噴嘴的節(jié)流部處。

本公開的又一方面提供了一種受調(diào)節(jié)的輝光放電電離的方法，該方法包括：設(shè)置向外排氣最少的封閉電離室；將所述電離室加熱至250攝氏度以上的提升的溫度；將惰性氣體以每分鐘一百毫升至每分鐘一千毫升的流率供送到所述電離室中；通過采樣調(diào)節(jié)通道排出氣體；在管狀電極和反電極之間誘導(dǎo)輝光放電；將絕緣表面插入通過所述管狀電極，以穩(wěn)定輝光放電誘導(dǎo)；產(chǎn)生通過所述采樣調(diào)節(jié)通道的氣流，以使所誘導(dǎo)的輝光放電產(chǎn)物移動；使所述絕緣表面突伸通過所述采樣調(diào)節(jié)通道；引入分析物樣品；在采樣孔的緊鄰附近或在該采樣孔的節(jié)流部內(nèi)將所述分析物樣品與所述輝光放電產(chǎn)物混合；在氣體冷卻射流內(nèi)提供所述分析物樣品的局部冷卻，其中，所述氣體冷卻射流在所述采樣孔內(nèi)或周圍形成；和將產(chǎn)物引導(dǎo)至質(zhì)譜儀。

本公開的此方面包括可以包括以下可選特征。所述絕緣表面可以是石英毛細(xì)管，并且所述石英毛細(xì)管可以引入被分析的樣品。

附圖說明

圖1-3是示例性的化學(xué)輝光放電電離設(shè)備的示意圖。

圖4是示例性的受調(diào)節(jié)的輝光放電電離設(shè)備的示意圖。

圖5A-5B是應(yīng)用受調(diào)節(jié)的氣體放電(CGD)方法來對半揮發(fā)性化合物的復(fù)雜混合物進(jìn)行質(zhì)譜分析的示例性設(shè)備的示意圖。

圖6A-6B示出了涉及射流效應(yīng)的圖示，所述射流用于冷卻由圖5A-5B的設(shè)備所實(shí)現(xiàn)的CGD方法。

圖7示出了利用由圖5A-5B的設(shè)備所實(shí)現(xiàn)的CGD方法所生成的代表性化合物的譜的示例。

圖8示出了利用由圖5A-5B的設(shè)備所實(shí)現(xiàn)的CGD方法所獲得的在不同的碰撞誘導(dǎo)解離能量下的六氯苯的譜列(array of spectra)。

圖9示出了各種類型的分析物的存活率(分子M+離子相對于總譜強(qiáng)度的相對強(qiáng)度)與進(jìn)入到包含在圖5A-5B的設(shè)備中RF離子導(dǎo)向器中的離子注入能量的圖示。

圖10A-10D示出了碎片譜解釋的結(jié)果。

圖11示出了涉及脂肪酸甲酯(FAME)的分析的譜。

圖12A-12C示出了針對MegaMix樣品的CGD方法和EI方法的總離子流之間的比較。

圖13示出了信號與裝載到氣相色譜(GC)柱上的HCB的雙對數(shù)圖示，其示出了CGD用于定量分析的能力。

圖14示出了將不同的電離方法的特性與由圖5A-5B的設(shè)備所實(shí)現(xiàn)的CGD方法的特性進(jìn)行比較的表格。

圖15是用于制造圖5A-5B的設(shè)備的具體的示例性的操作的流程圖。

圖16是用于執(zhí)行包括由圖5A-5B的設(shè)備所實(shí)現(xiàn)的CGD方法的質(zhì)譜分析的具體的示例性的操作的流程圖。

各圖中相同的附圖標(biāo)記表示相同的元件。

具體實(shí)施方式

本公開描述了利用基于輝光放電電離的軟的且定量的電離源的質(zhì)譜方法和設(shè)備。首先參考圖5A-5B，公開了在下文中更詳細(xì)描述的受調(diào)節(jié)的輝光放電電離質(zhì)譜設(shè)備50和伴隨的受調(diào)節(jié)的輝光放電(“CGD”)方法。轉(zhuǎn)向圖14，其呈現(xiàn)了各種電離方法的優(yōu)點(diǎn)的評述。CGD方法(總結(jié)于行1411中)—其可以例如通過利用設(shè)備50來實(shí)現(xiàn)—與其它的電離方法(總結(jié)于行1401-1410中)進(jìn)行了比較。圖14表明：一些方法確實(shí)提供了具有特定特性的電離(由“是”表示)，其它方法不提供具有這樣的特性的電離(由“否”表示)，并且一些方法具有提供某種特性的有限能力(由“一些”表示)。

雖然諸如ESI和MALDI(以及APCI和APPI)(參考行1401-1403)之類的軟電離方法已經(jīng)擴(kuò)大了可以利用質(zhì)譜法來進(jìn)行分析的化合物的范圍，但是這些軟電離方法不能被認(rèn)為是完全定量的，因?yàn)楸环治龅幕衔锏男再|(zhì)限定并改變電離效率和抵抗競爭性離子分子反應(yīng)的氣相穩(wěn)定性。通過考慮變化的電離效率，可以實(shí)現(xiàn)完全的定量分析；然而，電離效率表現(xiàn)為取決于離子源參數(shù)、被分析的溶液、分析物相互干擾和基質(zhì)效應(yīng)。信號隨分析物濃度非線性地變化，并且取決于共洗脫化合物和化學(xué)基質(zhì)的濃度。在獲得定量數(shù)據(jù)的嘗試中，應(yīng)該為每類分析物引入內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)(優(yōu)選為同位素標(biāo)記)，并且優(yōu)選地為每種被分析的化合物引入內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。考慮到寬范圍的已知不穩(wěn)定化合物(在化學(xué)文摘數(shù)據(jù)庫中有超過5000萬條記錄)，對于這些軟電離方法的常規(guī)使用而言，內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)法顯得不切實(shí)際，除了針對特別重要的分析情況。因此，如圖14中所記載的那樣，廣泛使用的軟電離方法—ESI、MALDI、APCI和APPI—不能被認(rèn)為是真正定量的。

與廣泛代表性的觀點(diǎn)相反，本公開認(rèn)為那些軟電離方法不提供基于在串聯(lián)質(zhì)譜儀中所產(chǎn)生的碎片譜的庫譜識別(參見圖14中的右欄)。雖然可以基于庫搜索來識別肽，但是譜在具有強(qiáng)烈變化的相對碎片強(qiáng)度的儀器之間是不可再現(xiàn)的。雖然可以解釋其它化合物類別的碎片譜，但是只能在極少數(shù)情況下實(shí)現(xiàn)屬于不同化學(xué)類別的官能異構(gòu)體之間的可置信的指定。這看起來是質(zhì)子化離子的基本屬性。

電子撞擊電離(EI)(參考行1404)是另一種電離方法。如圖14中所示，這種方法是真正定量的，但它不是軟的；它產(chǎn)生廣泛碎裂。雖然它不是一種軟的方法，但是由于整個分析方法的優(yōu)點(diǎn)，由EI方法所產(chǎn)生的碎裂已經(jīng)被利用。電子能量保持在70eV以獲得標(biāo)準(zhǔn)碎片譜，所述標(biāo)準(zhǔn)碎片譜在各種儀器之間高度可再現(xiàn)。采用氣相色譜(GC)來在時間上分離分析物，使得單獨(dú)的碎片譜可以被解卷積(deconvolute)(即，基于在時間上碎片的同時出現(xiàn)來提取)。然后，所提取的EI譜被提交而用于與標(biāo)準(zhǔn)EI譜庫進(jìn)行比較以識別化合物(參見圖14的右欄)。該方法允許在每個單次的氣相色譜—質(zhì)譜儀(GC-MS)運(yùn)行中識別數(shù)百種化合物。二維氣相色譜(GCxGC)將每個單次運(yùn)行的極限擴(kuò)展到數(shù)千種被分析的化合物。然而，當(dāng)樣品復(fù)雜度超過數(shù)以萬計且不再能夠分離的獨(dú)立碎片譜時，具有EI電離源的GC-MS系統(tǒng)的利用受到扼止。EI方法的硬性也限制了對不穩(wěn)定分析物分子的分析。對于寬范圍的特別易碎的(盡管是半揮發(fā)的)分析物，如烷烴、鄰苯二甲酸酯、硝基化合物和許多其它類別，EI譜無法提供足夠的分子峰強(qiáng)度而影響識別。在這種情況下，分析物的整個分子可能與其自身的子集相混淆。為此，GC-MS應(yīng)用一直渴望一種補(bǔ)充的軟電離技術(shù)。

化學(xué)電離(CI)方法(參考行1405)不是真正定量的，并且盡管比EI方法更軟，但是僅具有有限的提供軟電離的能力；它不是一個真正的軟的方法。并且CI方法不提供庫譜。場電離(FI)方法(參考行1406)也僅具有有限的提供軟電離的能力。由于場電離方法的不穩(wěn)定性和不利的檢測極限，它沒有被廣泛采用。

如由Amirav在美國專利NO.5,055,677(其通過引用完全并入本文)中所描述的那樣，利用氣體射流來冷卻分析物已經(jīng)改進(jìn)了EI方法的軟度。然而，這種改進(jìn)的EI方法(參考行1407)不提供真正的軟電離，而是降低了碎片強(qiáng)度并適度增強(qiáng)了分子離子強(qiáng)度。這種冷EI方法的另一缺點(diǎn)是碎裂程度隨實(shí)驗(yàn)參數(shù)而變化。

光電離(PI)方法和相關(guān)方法(例如APPI)(參考行1408)比EI方法更軟，但是當(dāng)電離易碎化合物時仍然產(chǎn)生碎片。因此，雖然具有有限的產(chǎn)生軟電離的能力，但是這些方法具有有限的相關(guān)聯(lián)的范圍，并且不是真正定量的。在采用密封的UV燈的情況下，這些方法變得適合于寬范圍的中等極性化合物。如美國專利NO.4,377,749、美國專利NO.4,413,185和美國專利NO.4,398,152(所述專利中的每一個通過引用完全并入本文)中所描述的那樣，PI方法已經(jīng)用于GC之后的檢測。在SU1159412(其通過引用完全并入本文)和多篇科學(xué)論文中，Revelsky等人建議在大氣條件下使用PI方法進(jìn)行GC-MS分析。光電離伴隨著大氣壓下內(nèi)能的衰減，這使得它與真空UV電離相比軟得多。為了提高電離效率，添加丙酮或苯的摻雜蒸汽；從而在碎裂量小且檢測極限介于一至十皮克(1-10pg)之間的情況下促進(jìn)分子M⁺和質(zhì)子化MH⁺離子的形成。在美國專利NO.5,541,519和美國專利NO.5,338,931中提出了該方法的一些變體，所述專利中的每一個通過引用完全并入本文。然而，該方法可能導(dǎo)致到底是形成M⁺還是形成MH⁺離子的譜解釋的混淆。本實(shí)驗(yàn)表明該方法形成離子簇和中等量的碎片離子。此外，APPI方法不能分析飽和烴(SHC)，并且不會電離具有9-11eV以上的高電離勢(PI)的化合物，如小質(zhì)量鹵化化合物。電離效率取決于與摻雜劑的質(zhì)子競爭，并且與EI方法相比，PI方法中取決于化合物的電離效率的情況廣泛得多。電離效率隨著摻雜劑濃度而變化，并且易于受到化學(xué)干擾和抑制機(jī)制的影響。因此，PI不能被認(rèn)為是真正定量的方法。這樣的情況甚至與LC-APPI源更加相關(guān)，其中在大量溶劑存在時對電荷的競爭是不可避免的。

輝光放電電離(參考行1409-1410)通常分為直接輝光放電電離(參考行1409)和化學(xué)輝光放電電離(參考行1410)。直接輝光放電電離的方法可以是完全定量的，但不能實(shí)現(xiàn)軟電離?；瘜W(xué)輝光放電電離的方法可以實(shí)現(xiàn)軟電離，但不能完全定量。WO 2012/024570(其通過引用完全并入本文)提出了一些改進(jìn)，但是最終不能實(shí)現(xiàn)定量的且軟的電離。

作為圖14的總結(jié)，基于質(zhì)子轉(zhuǎn)移的軟電離方法，如ESI、MALDI、APCI和APPI，被廣泛用于提供分子量信息。然而，它們在電離中是不一致的，不是真正定量的，僅適用于有限類別的分析物化合物，并且不形成碎片譜庫。相比之下，電子撞擊(EI)電離方法是真正定量的，提供一致的電離，并且形成碎片譜庫。然而，它不是軟的，這帶來了識別不穩(wěn)定分子的問題并且限制了樣品的復(fù)雜性，因?yàn)樨S富的譜必須在GC-MS分析中解卷積。EI方法的補(bǔ)充—例如CI、冷EI和FI—改進(jìn)了軟度，但是帶來了它們自身的實(shí)際問題。使用密封UV燈的光電離方法和摻雜劑輔助的化學(xué)電離顯著地更軟，但是在電離效率方面是不一致的并且易于受到干擾效應(yīng)的影響，所述干擾效應(yīng)常見于具有質(zhì)子化分子離子的方法。輝光放電方法可以與EI方法一樣穩(wěn)??；然而，在過去的實(shí)施中，總是存在軟性和定量特性之間的折衷。可以在軟性和定量之間進(jìn)行選擇，但不能同時實(shí)現(xiàn)二者。因此，圖14的行1411的CGD方法表示一種新穎的電離方法，該電離方法具有行1401-1410的任何其它單一電離方法中所不具有的有利效果。

已經(jīng)嘗試對行1401-1410的電離方法進(jìn)行改進(jìn)，例如通過利用氣體衰減(gas dampening)或氣體射流冷卻處理。這些電離方法的氣體衰減可以對電離的軟化產(chǎn)生直接影響。例如，SU1159412(其通過引用完全并入本文)提出使用大氣壓衰減來使光電離方法軟化。美國專利NO.6,504,150(其通過引用完全并入本文)提出氣體衰減MALDI所產(chǎn)生的離子。Lubman等人已經(jīng)在在《應(yīng)用光譜學(xué)》第44卷(1990)第1391頁和《分析化學(xué)》第64卷(1992)第1426頁(這兩個文獻(xiàn)中的每一個通過引用完全并入本文)中說明了大氣壓下軟得多的GD譜。然而，在存在技術(shù)純的氣體(通常不純度在1E-6以上)和源材料的情況下，在提升的氣體壓力下的操作不可避免地促進(jìn)化學(xué)電離，這轉(zhuǎn)而造成通過非定量電離而形成質(zhì)子化離子，導(dǎo)致各化學(xué)類別之間不一致的響應(yīng)。

還有，對上述氣體射流冷卻(參見行1407)進(jìn)行展開，早期的出版物提出：在超音速射流中預(yù)先碰撞冷卻分析物分子對在隨后在低得多的氣體壓力下的“硬”電離中的離子穩(wěn)定性具有積極影響。美國專利NO.4,570,066探討了將這種技術(shù)用于多光子電離，并且美國專利NO.5,055,677探討了將這種技術(shù)用于EI電離。這兩篇參考文獻(xiàn)均通過引用完全并入本文。如McLuckey等人在《分析化學(xué)》第60卷(1988)第2220頁(其通過引用完全并入本文)中所描述和解釋的那樣，盡管在一些其它方法中具有這樣的積極效果，但是射流冷卻在輝光放電中的直接輝光放電電離下表現(xiàn)得不足。通過氣體射流冷卻意味著使分子在電荷轉(zhuǎn)移時穩(wěn)定；然而，這沒有減輕直接輝光放電電離方法期間的離子碎裂。因此，利用氣體衰減或射流冷卻沒有導(dǎo)致軟的且定量的輝光放電電離。由于這些嘗試未能彌補(bǔ)行1409-1410中所示的不足，需要結(jié)合了軟性與定量的電離方法來改進(jìn)現(xiàn)有技術(shù)的用于譜測量的電離。

化學(xué)輝光放電電離方法可以利用各種實(shí)施方式的設(shè)備來實(shí)現(xiàn)用于譜分析的電離。參考圖1-3，示出了化學(xué)輝光放電電離設(shè)備10、20、30的示意圖。圖1-3的設(shè)備10、20、30利用了由輝光放電所誘導(dǎo)的化學(xué)電離，所述由輝光放電所誘導(dǎo)的化學(xué)電離包括通過輝光放電使試劑電離、然后使電荷或質(zhì)子從這些試劑離子轉(zhuǎn)移到分析物的蒸汽的步驟。

具體參考圖1，化學(xué)輝光放電電離設(shè)備10采用在大約1mBar氣體壓力的惰性氣體(例如氬或氦)下在電極11和12之間的輝光放電。放電形成離子和亞穩(wěn)粒子Ar⁺和Ar^*，它們被采樣到反應(yīng)室13中。試劑蒸汽(其通常用于CI方法)通過線路15以比分析物蒸汽大得多的濃度引入到反應(yīng)室13中，所述分析物蒸汽通過線路14引入到反應(yīng)室13中。試劑離子主要通過彭寧電離(Ar^*+R→Ar+R⁺)形成。轉(zhuǎn)而，試劑離子將電荷轉(zhuǎn)移到分析物蒸汽并產(chǎn)生分析物離子，通常為M-H⁺及其碎片F(xiàn)r⁺(R⁺→M-H⁺、Fr⁺)，它們由質(zhì)譜儀18分析所得的譜非常類似于CI的譜?？偨Y(jié)在附圖標(biāo)記19中的該方法已經(jīng)被改進(jìn)以避免CI中的電子發(fā)射體的劣化。Hunt等人的《使用湯森德放電離子源的正和負(fù)化學(xué)電離質(zhì)譜法》(《分析化學(xué)》第47卷第1730頁(1975年9月))(其通過引用完全并入本文)提供了關(guān)于與由設(shè)備10所執(zhí)行的方法類似的方法的附加信息。

具體參考圖2，化學(xué)輝光放電電離設(shè)備20在電極21的輔助下在室22中誘導(dǎo)輝光放電，以產(chǎn)生大的電離粒子流?？桃獾赝ㄟ^試劑線路25將水蒸汽引入漂移室23中，從而促進(jìn)水簇的形成并且為反應(yīng)器室27中的分析物蒸汽設(shè)置質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)(PTR)。反應(yīng)器27采用中等強(qiáng)度靜電場E并被加壓至mBar的壓力范圍，以改進(jìn)在細(xì)長反應(yīng)器內(nèi)的離子轉(zhuǎn)移，以便將較大的水簇W_nH⁺破碎成WH⁺。因此，反應(yīng)器27降低了試劑離子的質(zhì)子親和力，并且這種方式增強(qiáng)了通過分析物線路24引入到反應(yīng)器室27中的、在過程WH⁺→MH⁺中具有適度的質(zhì)子親和力的分析物的電離。可以在質(zhì)譜儀28中分析被電離的分析物?？偨Y(jié)在附圖標(biāo)記29中的該方法已經(jīng)被改進(jìn)而用于檢測空氣中的超痕量和用于呼吸分析。Hansel等人的《質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)質(zhì)譜法》(《國際質(zhì)譜測定法與離子過程雜志》第149卷第609頁(1995))(其通過引用完全并入本文)提供了關(guān)于與由設(shè)備20所執(zhí)行的方法類似的方法的附加信息。

具體參考圖3，化學(xué)輝光放電電離設(shè)備30采用在室32內(nèi)的液體霧化和蒸發(fā)，所述室通過分析物線路34接收樣品S。室32將分析物蒸汽和溶劑采樣到包含處于大氣壓下的氦的輝光放電室33中。氣體中的水跡起到形成水簇離子的試劑的作用，從而促進(jìn)在室33內(nèi)并且由電極31輔助的在RH+→MH+過程中進(jìn)行的分析物的軟電離。被電離的樣品通過差動泵送的孔36引入到質(zhì)譜儀38中。添加水溶劑到液體樣品中顯著地改進(jìn)了有機(jī)譜的軟度。Lubman等人的《使用大氣壓直流電輝光放電電離源的液體樣品注入》(《分析化學(xué)》第64卷第1426頁(1992))(其通過引用完全并入本文)提供了關(guān)于與由設(shè)備30所執(zhí)行的方法類似的方法的附加信息，所述由設(shè)備30所執(zhí)行的方法總結(jié)在附圖標(biāo)記39中。分析物蒸汽暴露于輝光放電也引起一些適度的碎裂。質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)所引起的單位濃度的非線性信號響應(yīng)導(dǎo)致不一致的電離。由設(shè)備30所執(zhí)行的方法的電離效率在被分析的化合物之間可以在三個數(shù)量級內(nèi)變化。

質(zhì)子親和力取決于化合物極性，這解釋了各化學(xué)類別之間的不一致的電離。在大氣下的操作(而不是在mbar壓力下操作)增加了離子分子反應(yīng)的作用，這解釋了分析物相互干擾和基質(zhì)抑制效應(yīng)，甚至在充電劑大量過量的情況下。因此，由設(shè)備10、20、30中的輝光放電所誘導(dǎo)的化學(xué)電離的方法是相對軟的(雖然沒有如不將分析物暴露于輝光放電的ESI或APCI那樣軟)，但不是真正定量的。

參考圖4，受調(diào)節(jié)的輝光放電電離設(shè)備40采用毛細(xì)管45以便在輝光放電室42和反應(yīng)器室43之間調(diào)節(jié)輝光放電等離子體。纖細(xì)(例如，1.5-2mm直徑)和足夠長(例如，10-20mm)的毛細(xì)管45：(a)將反應(yīng)器室43從強(qiáng)電場中屏蔽，(b)激冷(chill)被采樣的氣體，和(c)去除至少快電子而留下從樣品產(chǎn)生分析物離子的離子和亞穩(wěn)放電離子，所述樣品通過正交設(shè)置的樣品傳送線路44注入并在反應(yīng)器室43(其直徑和長度通常為5-10mm)中與受調(diào)節(jié)的輝光放電產(chǎn)物混合。產(chǎn)物經(jīng)由孔46被采樣到質(zhì)譜儀48中，所述孔的尺寸通常設(shè)定為直徑0.5-2mm。本發(fā)明人的WO2012/024570(其通過引用完全并入本文)提供了關(guān)于與由設(shè)備40所執(zhí)行的方法類似的方法的附加信息，所述由設(shè)備40所執(zhí)行的方法總結(jié)在附圖標(biāo)記49中。

圖4的方法表現(xiàn)為對于輔助氣體中的少量(處于ppm水平)雜質(zhì)或痕量非常靈敏，對于較小的密封泄漏非常靈敏，并且對于源材料中的雜質(zhì)非常靈敏。這也使得該方法對輝光放電狀態(tài)(電弧與輝光放電)靈敏。因此，由化學(xué)雜質(zhì)所引起的等離子體組分的所謂的淬滅(quenching)限定了該方法的靈敏度和軟度，這使得該方法不便于常規(guī)使用。

與由設(shè)備10、20、30、40所實(shí)現(xiàn)的電離方法相對照，本公開的實(shí)施方式涉及提供一種軟的且定量的電離方法，所述電離方法可被稱為冷的受調(diào)節(jié)的輝光放電方法。轉(zhuǎn)向圖5A-5B，示出了示例性的受調(diào)節(jié)的輝光放電電離質(zhì)譜設(shè)備50的示意圖，所述設(shè)備利用本公開的電離方法來進(jìn)行半揮發(fā)性化合物的復(fù)雜混合物的質(zhì)譜分析。設(shè)備50包括：同軸的放電管狀電極51、輝光放電室52、容納采樣調(diào)節(jié)通道55的反應(yīng)器室53、采樣噴嘴56、以及具有差動泵送系統(tǒng)和離子轉(zhuǎn)移接口(未在圖5A-5B中示出)的質(zhì)譜儀58。此外，設(shè)備50包括石英毛細(xì)管54，所述石英毛細(xì)管供給被分析的樣品S。石英毛細(xì)管54突伸通過放電電極51、通過輝光放電室52、并通過采樣調(diào)節(jié)通道55，并且終止于采樣噴嘴56的緊鄰附近或終止于該采樣噴嘴56的節(jié)流部(throttle)內(nèi)。在設(shè)備50的替代實(shí)施方式中，毛細(xì)管54的末端可以突伸到采樣噴嘴中。為了在輝光放電室52中形成所需的氣流和約3至100mBar的所需氣體壓力范圍，將技術(shù)純的(5.0或6.0)惰性氣體(例如，氬氣)供送到放電室。氣體由機(jī)械泵57經(jīng)過采樣噴嘴56排出，所述機(jī)械泵可以在5L/s或更高的泵速下操作。機(jī)械泵可以配備有油過濾器(未在圖5A-5B中示出)。

圖5B示出了類似于圖5A的設(shè)備50a的受調(diào)節(jié)的輝光放電電離質(zhì)譜設(shè)備50b。設(shè)備50b與設(shè)備50a的不同之處在于：與設(shè)備50a的無管的采樣調(diào)節(jié)通道55a不同，設(shè)備50b包括形成有插入的管60的采樣調(diào)節(jié)通道55b的設(shè)置。在操作中，以足夠的速率(例如，在100-1000mL/min之間)來供送惰性氣體(例如，氬氣)，以將氣體壓力維持在3至100mbar之間(例如，10至20mBar之間)，并且噴嘴孔的尺寸介于0.3mm至3mm之間(例如，介于1mm至2mm之間)。千伏范圍內(nèi)的RF或DC電壓經(jīng)由0.3-3.0MOhm范圍內(nèi)的鎮(zhèn)流器連接到電極51，以在電極51和接地的反電極之間誘導(dǎo)輝光放電，該接地的反電極由電離室52的壁、由反應(yīng)器室53或由調(diào)節(jié)管60形成。去除了聚酰亞胺涂層的石英毛細(xì)管54突伸通過管狀電極51和采樣調(diào)節(jié)通道55。由于表面放電作用，毛細(xì)管54可以使輝光放電狀態(tài)穩(wěn)定。氣流將輝光放電產(chǎn)物—包括氬離子Ar⁺、氬亞穩(wěn)原子Ar^*和電子e—采樣通過反應(yīng)器室53?？祀娮邮菇^緣的石英毛細(xì)管帶電，這樣感生出徑向電場，所述徑向電場將帶電粒子推向壁并將亞穩(wěn)原子留在流內(nèi)。根據(jù)文獻(xiàn)，亞穩(wěn)Ar^*原子存活約1秒，而接口中的傳送時間在10-30ms之間。亞穩(wěn)Ar^*激發(fā)能為13.6eV，這足以進(jìn)行如下所示的具有任意的更小的電離勢的分析物的彭寧電離。

Ar^*+M→M⁺+e+Ar，對于PI(M)<13.6eV (1)

在一些實(shí)施方式中，氬亞穩(wěn)原子在采樣噴嘴56的緊鄰附近或者在該采樣噴嘴的節(jié)流部處與分析物分子同軸混合。同軸混合使分析物在氣流內(nèi)保持高濃度。在1mm-2mm的噴嘴尺寸和前級真空泵57的5-10L/s泵速下，形成超音速射流(這種射流在噴嘴壓力比為2以上時形成)，該超音速射流不可避免地是冷卻氣體射流，并且提供對夾帶的分析物分子的一定的冷卻。如在冷EI方法中，這種類型的振動冷卻顯著地減少了離子碎裂。因此，超音速射流內(nèi)的氣體冷卻改進(jìn)了所描述的受調(diào)節(jié)的輝光放電方法(即，冷CGD)的軟度。因?yàn)檎麄€源必須處于250-280℃以避免樣品在表面處積聚，冷卻是特別有效的。

示例性的設(shè)備和CGD方法與WO 2012/024570中所公開的CGD方法的不同之處在于至少五個特征和過程：(i)同軸供應(yīng)被分析的樣品以將樣品聚集在流動軸線上；(ii)通過突伸通過輝光放電區(qū)域的同軸石英毛細(xì)管來使輝光放電狀態(tài)穩(wěn)定；(iii)在存在低導(dǎo)電或絕緣(在250℃)石英毛細(xì)管的通道內(nèi)對等離子體進(jìn)行調(diào)節(jié)，這促進(jìn)了帶電粒子的去除；(iv)通過將石英毛細(xì)管引入而靠近噴嘴節(jié)流部來最小化反應(yīng)器內(nèi)的離子分子反應(yīng)的時間和數(shù)量；和(v)在分析物電離時對分析物分子進(jìn)行局部冷卻。由于在調(diào)節(jié)器中去除了帶電核素(species)，由亞穩(wěn)氬原子所進(jìn)行的彭寧電離成為主要電離通道。在一些實(shí)施方式中，采用氦氣來產(chǎn)生長存活時間的亞穩(wěn)原子，以便在稍微更硬的電離的情況下提供類似的電離機(jī)制和源分析參數(shù)。

本公開的冷CGD方法包括以下步驟：(a)設(shè)置技術(shù)純的材料(不銹鋼、陶瓷、銅和石墨密封件)的封閉電離室52，以使250-300℃下的向外排氣最少；(b)將所述電離室52加熱到至少250℃；(c)將技術(shù)純的(至少5.0且優(yōu)選6.0)惰性氣體以100至1000mL/min的流率供送到所述電離室52中；(d)將所述氣體采樣到跟隨有前級真空泵57的噴嘴56中，以設(shè)置通過管狀反電極55的氣流，并且在所述電離室52中維持5至100mBar之間的氣體壓力；(e)以0.3-10mA的電流在管狀電極51和反電極之間誘導(dǎo)RF或DC輝光放電；(f)通過將諸如裸石英毛細(xì)管54這樣的絕緣表面插入通過所述管狀放電電極51來使輝光放電狀態(tài)穩(wěn)定；(g)通過氣流將放電產(chǎn)物從放電區(qū)域采樣到反電極中，所述氣流通過直徑在1至3mm之間并且長度在5至30mm之間的導(dǎo)電等離子體調(diào)節(jié)通道55或55B；(h)使裸石英毛細(xì)管54突伸通過所述等離子體調(diào)節(jié)通道55或55B，以便通過帶電的絕緣表面的靜電場去除帶電粒子；(i)以1至100mL/min的范圍的流率經(jīng)由所述石英毛細(xì)管供應(yīng)被分析的樣品；(j)在采樣孔56的緊鄰附近或在該采樣孔的節(jié)流部中采樣輝光放電產(chǎn)物并將被分析的樣品與受調(diào)節(jié)的等離子體流混合；(k)在超音速氣體射流內(nèi)提供分析物的局部冷卻，所述超音速氣體射流在所述孔56內(nèi)形成并且經(jīng)過該孔；(l)將反應(yīng)產(chǎn)物采樣到質(zhì)譜儀58中，優(yōu)選在存在約束射頻場的情況下經(jīng)由中間泵級來采樣。

在一些實(shí)施方式中，示例性的CGD方法用于對半揮發(fā)性化合物的復(fù)雜混合物進(jìn)行質(zhì)譜分析。組分在氣相色譜內(nèi)時間分離，在CGD源中被電離，并且在質(zhì)譜儀中被分析。僅僅形成M+離子簡化了譜的解釋?？梢酝ㄟ^以提升的離子能量將所述離子注入射頻離子導(dǎo)向器中誘導(dǎo)M+離子的碎裂來進(jìn)一步改進(jìn)質(zhì)譜方法。由于碎裂模式和碎片類型主要由離子結(jié)構(gòu)限定，碎片譜表現(xiàn)為非常類似于電子撞擊電離中的碎片。這允許通過分子量信息和通過將碎片譜適配到NIST庫來識別分析物分子。

CGD方法可以為定量信息提供極好的基礎(chǔ)。如下面更詳細(xì)描述的那樣，電離效率在寬范圍的化合物之間是一致的。信號響應(yīng)至少在四個數(shù)量級內(nèi)保持線性，而與高達(dá)至少10ng/s流量的化學(xué)基質(zhì)無關(guān)。

轉(zhuǎn)向圖15，示出了用于組裝質(zhì)譜設(shè)備的方法的操作的示例性設(shè)置。在塊1502處，該方法包括提供限定采樣調(diào)節(jié)通道55的反應(yīng)器室53。在塊1504處，該方法包括設(shè)置與反應(yīng)器室53相鄰的輝光放電室52。在塊1506處，該方法包括提供突伸到輝光放電室52的內(nèi)部中的管狀電極51。在塊1508處，該方法包括在反應(yīng)器室53的出口端處設(shè)置采樣噴嘴56。在塊1510處，該方法包括提供用于樣品引入的石英毛細(xì)管54。石英毛細(xì)管54穿過輝光放電室52、突伸通過管狀電極51、并且至少部分地穿過反應(yīng)器室53。在塊1512處，該方法包括在允許從輝光放電室52排出氣體的位置上設(shè)置機(jī)械流體泵57。由機(jī)械流體泵57所進(jìn)行的氣體排出使氣體通過采樣噴嘴56。

超音速射流中的碰撞冷卻的作用

參考圖6A和6B，通過在經(jīng)過噴嘴56的超音速射流中冷卻分析物來幫助提高示例性的CGD方法的軟度。圖6A和6B繪出的散點(diǎn)呈現(xiàn)了通過相對于超音速噴嘴56的節(jié)流部移動毛細(xì)管54的末端而獲得的剖面。已經(jīng)針對在1mm直徑尺寸的噴嘴56處進(jìn)入到源中的不同氬氣流量的情況進(jìn)行了測量。圖6A的圖示呈現(xiàn)了M+辛烷離子的相對強(qiáng)度相對于總辛烷譜強(qiáng)度的剖面，其反映了電離的軟度。圖6B的圖示呈現(xiàn)了在注入4ng辛烷時的信號絕對值的剖面。在烷烴類中，小尺寸分子表現(xiàn)為更易碎，并且需要更多的努力以獲得M+離子的強(qiáng)相對強(qiáng)度，而較高級烷烴主要由分子離子呈現(xiàn)?；仡欆浂绕拭妫?dāng)毛細(xì)管到達(dá)噴嘴56或突入噴嘴56時，軟度提高，并且在650mL/min以上的較高氬氣流量下，軟度提高3-4倍(即，從2-3％至10-12％)。顯然，當(dāng)毛細(xì)管正好放置到噴嘴節(jié)流部中時，還觀察到最大的總離子信號。與距離噴嘴20mm的位置相比，信號增長幾乎10倍。該效應(yīng)可以通過在上游反應(yīng)器中所形成的離子的快速空間-電荷膨脹來解釋，而在噴嘴節(jié)流部中和在射流的軸線上所形成的離子將保持聚集并且在接口內(nèi)更好地傳送。因此，將石英毛細(xì)管54在噴嘴56節(jié)流部處同軸布置的設(shè)置改進(jìn)了CGD方法的軟度和靈敏度兩者。

利用示例性的CGD方法識別分析物

參考圖7，對于寬范圍的半揮發(fā)性化合物，示例性的CGD方法形成分子M+離子而不形成質(zhì)子化MH+離子，甚至對于具有大質(zhì)子親和力的類別(例如鄰苯二甲酸酯(參見附圖標(biāo)記730)和硝基化合物(參見附圖標(biāo)記750))也是如此。這導(dǎo)致簡化的譜解釋(相比于光電離形成M-H⁺、M⁺和M+H⁺離子的情況)，并且避免了對質(zhì)子的競爭，所述對質(zhì)子的競爭已知產(chǎn)生區(qū)分和基質(zhì)效應(yīng)。在示出的示例中，最顯著的效果是較大尺寸烷烴(飽和烴SHC，此處為C₂₀H₄₂，參見附圖標(biāo)記740)和鄰苯二甲酸酯的低碎片強(qiáng)度。這些化合物的EI譜產(chǎn)生可忽略的小分子峰。已知的定量和半定量方法，如PI和冷EI，不會為烷烴形成這種強(qiáng)度的分子峰，并且還會形成混合類型的分子離子。因此，所公開的CGD方法表現(xiàn)為獨(dú)特的，因?yàn)樗饕纬蒑+離子，并且它是軟的(即，產(chǎn)生非常少的碎片)。

為了對分析物進(jìn)行識別，分子M+離子可以在串聯(lián)質(zhì)譜儀的離子傳送接口內(nèi)或碰撞解離(CID)單元內(nèi)碎裂。參考圖8，示例性的圖示810、820、830示出通過增加處于10mTor氣體壓力下的RF離子導(dǎo)向器的入口處的離子能量已經(jīng)誘導(dǎo)了碎裂。當(dāng)離子注入能量已經(jīng)被保持在接近于零時(圖示810)，六氯苯(HCB，C₆Cl₁₆)的譜僅由分子離子呈現(xiàn)。當(dāng)將能量提高到30eV(圖示820)時，出現(xiàn)了極少量的碎片M-Cl+；在40eV(圖示830)下，碎片變得比分子離子更強(qiáng)。因此，在M+離子進(jìn)行CID碎裂時，碎片離子類似于EI碎片，并且譜可以與NIST庫相匹配。

參考圖9-10，最佳碎裂能量取決于分析物結(jié)構(gòu)，如圖9中六種芳香族化合物的代表性曲線所示，該圖示出了軟度(分子M+離子相對于總譜強(qiáng)度的相對強(qiáng)度)與進(jìn)入到RF離子導(dǎo)向器的離子注入能量的關(guān)系曲線。然而，如圖10A-10D中所示，標(biāo)準(zhǔn)NIST識別在寬范圍的碎裂能量上提供大約700-800的高分。圖10A比較了1,2-二氯苯的實(shí)驗(yàn)譜與NIST譜，所述NIST譜反映在圖示的底部部分處。NIST分?jǐn)?shù)是846。約束分子量和元素組成(通常在高精度測量分子量時自動導(dǎo)出)，結(jié)果出現(xiàn)在搜索列表中的第一個。圖10B-10D示出了分?jǐn)?shù)和次序如何取決于碎裂能量E(對于三種其它化合物)。例如，如在圖10D中的二苯并呋喃的情況中，分?jǐn)?shù)保持在大約800，并且要么正確結(jié)果具有次序1要么第一個結(jié)果限定空間(非結(jié)構(gòu))異構(gòu)體。因此，所公開的CGD方法在寬范圍的碎裂能量內(nèi)且為寬范圍的分析物化合物提供分子量和結(jié)構(gòu)兩者的識別。

應(yīng)用示例

CGD源預(yù)期對于石油組學(xué)和代謝組學(xué)特別有用。參考圖11，對于分析脂肪酸甲酯(FAME)的混合物，如從總離子流(TIC)跡線(圖示1110)所見，CGD方法在相同類別的化合物之間提供了相當(dāng)一致的響應(yīng)。FAME的CGD譜由具有所有碎片的強(qiáng)度的約10％的M+離子呈現(xiàn)(圖示1120)。碎片離子質(zhì)量與EI中的那些相匹配(圖示1130)。

定量分析

圖12A-12C比較了MegaMix樣品(Restek)混合物的CGD和EI方法的總離子流。由于混合物在儲存時可能降解，所以在同一天用相同的樣品進(jìn)行兩種分析。如從圖12A的TIC比較(CGD方法位于頂部且EI反映在下方)所見和從圖12B的圖示(呈現(xiàn)CGD和EI方法的TIC之比)所見，信號在這兩種方法之間良好地相關(guān)。由于EI方法被認(rèn)為是定量分析的黃金標(biāo)準(zhǔn)，上述相關(guān)性表明示例性的CGD方法在包括多環(huán)芳香烴、多氯聯(lián)苯、鄰苯二甲酸酯、硝基化合物和氧基化合物的寬范圍的類別之間以及對于中等尺寸的氯化化合物具有一致的電離效率。圖12C中所呈現(xiàn)的相關(guān)性提供了額外的證實(shí)。將經(jīng)過CGD源的收集器(collector)電流(示出于頂部)與質(zhì)譜信號TIC(如下所示)進(jìn)行比較。兩者相關(guān)性良好，以確保在質(zhì)譜(MS)測量中沒有顯著的區(qū)分，例如在RF傳送接口中的低質(zhì)量截止?？偟膩碚f，圖12C說明了CGD源電離效率(單位注入分子所產(chǎn)生的離子的比例)可以估計為1E-3，因?yàn)?0ng的注入在收集器處產(chǎn)生20nC的電荷。選擇適度的電離效率以匹配傳送接口的容量和MS檢測器的動態(tài)范圍，同時降低對源材料和氣體中雜質(zhì)的靈敏度。

圖13示出了信號與裝載到氣相色譜(GC)柱上的HCB的雙對數(shù)圖示，其示出了CGD用于定量分析的能力。在示出的示例中，CGD質(zhì)譜信號在四個數(shù)量級內(nèi)與注入樣品的量基本上是線性的，并且相關(guān)系數(shù)R＝0.99999。在甚至更高的100ng質(zhì)量裝載到GC柱中時，信號線性降低2倍，表明存在一些飽和過程。對經(jīng)過源的離子流的測量已經(jīng)表明：在高裝載量下的飽和更可能發(fā)生在離子傳送接口內(nèi)，例如，由在20nA以上的離子流下RF四極桿內(nèi)的空間電荷效應(yīng)所導(dǎo)致(參見圖12C)。

分析總結(jié)

總的來說，示例性的CGD方法提供了分析性質(zhì)的獨(dú)特組合：(a)該方法對于寬范圍的被測試的半揮發(fā)性化合物(包括在EI方法中形成可忽略的分子峰的化合物)是軟的；(b)CGD方法主要形成分子離子，這簡化了譜識別，因?yàn)椴淮嬖谄渌愋偷臏?zhǔn)分子離子；(c)可選地誘導(dǎo)的CID碎裂使得NIST識別具有高的置信度，特別是在對從不具有可控碎裂的測量中所知的分子量施加約束的情況下；(d)電離效率在寬范圍的化學(xué)類別之間是相當(dāng)一致的，這在定量分析時是非常有吸引力的，特別是在不能獲得標(biāo)準(zhǔn)的情況下；(e)電離效率保持恒定，并且信號在至少四個數(shù)量級的動態(tài)范圍內(nèi)保持與濃度成線性比例。后兩種性質(zhì)為在10ng/s以下的樣品流量下基質(zhì)區(qū)分和相互干擾效應(yīng)的消失提供了良好的基礎(chǔ)。

所公開的CGD方法的新穎特征使得能夠制定新穎的通用分析方法。該新穎的通用分析方法包括以下步驟：(a)在受調(diào)節(jié)的輝光放電離子源中進(jìn)行定量的且軟的電離；(b)在時間上交替進(jìn)行分子量的測量和分子離子的碎裂；和(c)通過與電子撞擊譜庫比較來識別化合物。

揮發(fā)性范圍

所公開的CGD方法的分析物揮發(fā)性的范圍是受限的，這僅僅是因?yàn)樵摲椒ㄅc氣相色譜的耦合，在沒有化學(xué)改性(modification)的情況下大多數(shù)非揮發(fā)性化合物不會通過氣相色譜。然而，基于裝載量上限為10ng/s的上述測量，所公開的CGD方法可以在多達(dá)10ng/s的溶劑或基質(zhì)的中等裝載水平下保持其分析優(yōu)點(diǎn)。因此，所公開的CGD方法與另外的樣品注入方法相容，例如：(a)直接熱解吸；(b)通過激光解吸；(c)樣品霧化，同時通過氣簾(curtain gas)(防止對絕大多數(shù)溶劑取樣)對氣溶膠(aerosol)進(jìn)行采樣；和(d)來自CE或納米LC(nano-LC)的液體流量在10nL/min以下的液體噴霧。

CGD方法的制定

當(dāng)分析在CGD源中發(fā)生的多個過程時，對分析優(yōu)點(diǎn)有貢獻(xiàn)的新穎特征包括：(a)通過對氣流中的輝光放電產(chǎn)物進(jìn)行采樣并使其通過在軸線上具有絕緣毛細(xì)管的同軸通道來實(shí)現(xiàn)在前級真空氣體壓力下對輝光放電的調(diào)節(jié)，從而提供帶電粒子的有效去除，同時有效地傳送惰性氣體的亞穩(wěn)原子；和(b)在超音速噴嘴的節(jié)流部的緊鄰附近將樣品注入到亞穩(wěn)原子的流中。注入樣品的過程(b)產(chǎn)生若干積極效果：(i)有效地將分析物聚集在射流軸線上，并且確保在隨后的傳送接口中的有效離子傳送；避免分析物與源壁接觸；和(ii)提供對分析物的振動冷卻，這又幫助使該電離方法具有更好的軟度。

轉(zhuǎn)向圖16，示出了由受調(diào)節(jié)的輝光放電電離質(zhì)譜設(shè)備50所進(jìn)行的質(zhì)譜分析方法的操作的示例性設(shè)置。在塊1602處，該方法包括在處于3-100mBar之間的氣體壓力下的惰性氣體內(nèi)產(chǎn)生RF或DC輝光放電。輝光放電在位于同軸的放電管狀電極51和反電極之間的輝光放電室52中產(chǎn)生。惰性氣體可以實(shí)施為多種惰性氣體，例如氦氣、氬氣或氪氣。在塊1604處，該方法包括在傳送激發(fā)的里德伯原子的同時對氣流內(nèi)的輝光放電產(chǎn)物進(jìn)行采樣和調(diào)節(jié)。氣流由機(jī)械流體泵57驅(qū)動。對通過導(dǎo)電通道55的輝光放電產(chǎn)物進(jìn)行采樣和調(diào)節(jié)。在塊1606處，該方法包括在提升的溫度(即，150℃以上)下將受調(diào)節(jié)的放電產(chǎn)物與分析物混合，以在分析物分子和里德伯原子之間產(chǎn)生彭寧反應(yīng)。這種混合發(fā)生在封閉的室中，并且產(chǎn)生分析物的離子。在塊1608處，該方法包括采樣分析物離子以用于在質(zhì)譜儀58中進(jìn)行質(zhì)譜分析。氣流將離子采樣到質(zhì)譜儀58中。通常，可以利用以下附加步驟之一來改進(jìn)該方法：(a)通過使突伸通過采樣調(diào)節(jié)通道55的絕緣表面帶電來去除采樣調(diào)節(jié)通道55內(nèi)的電荷；(b)使分析物流與受調(diào)節(jié)的等離子體的流同軸混合；或(c)在音速射流或超音速射流內(nèi)冷卻混合流，以便將彭寧電離的區(qū)域減少至冷射流。

增強(qiáng)的峰容量

作為分析效用的進(jìn)一步延伸，CGD源具有非?？焖俚姆磻?yīng)時間。流動設(shè)置成不具有氣阱(pocket)并且源壁避免長的分析物吸收。而且，沒有額外的峰拖尾，并且源與快速GCxGC分離相容，這與WO2012/024570(CGD)的輝光放電源類似，該專利通過引用完全并入本文。(a)具有典型的10,000峰容量的GCxGC分離和(b)CGD源中的軟的且定量的電離的能力組合將為高分辨率多反射飛行時間質(zhì)譜儀(MRTOF-MS)特別添彩。優(yōu)選地，高分辨率MRTOF-MS采用碰撞衰減接口和雙正交加速器，并在如WO 2005/001878(MRTOF)、WO 2007/044696(OA)和WO 2011/135477(EFP)中所描述的頻繁編碼脈動(EFP)的狀態(tài)下操作，所述專利中的每一個通過引用完全并入本文。雖然沒有考慮色譜和精確質(zhì)量分離技術(shù)之間的冗余，但是預(yù)期這樣的組合具有超過1000萬的總峰容量。

如已經(jīng)描述的那樣，CGD源至少與GC和CE前級分離相容，所述GC和CE前級分離均通過基質(zhì)和載體流體的速度和流量實(shí)現(xiàn)。因此，在使用諸如以下的色譜串聯(lián)的情況下，也預(yù)期具有高的峰容量的優(yōu)點(diǎn)：(i)GCxGC；(ii)LC-GC；(iii)LC-LC；(iv)LC-CE。

提高的選擇性

作為分析效用的另一延伸，當(dāng)利用所公開的CGD方法時，提高了選擇性。簡單地說，用戶希望以最大的選擇性、可靠性和靈敏度來觀察目標(biāo)化合物，同時用戶不需要富基質(zhì)和伴隨的分析物組分的額外信息。利用CGD離子源的目標(biāo)分析可以以多種方式來增強(qiáng)。首先，通過將試劑氣體添加到受調(diào)節(jié)的等離子體的體積中，可以增強(qiáng)電離一些特定分析物類別的選擇性。在一個示例中，丙酮試劑將促進(jìn)極性分子的軟電離?？梢越?jīng)由單獨(dú)的線路將額外的小的流添加到例如氣相色譜儀的載氣氦氣中或源試劑區(qū)域中。其次，分子離子可以通過質(zhì)量過濾器(例如，四極桿質(zhì)量過濾器)或在遷移率分離器中進(jìn)行質(zhì)量選擇。第三，該方法的選擇性和分離能力可以通過離子遷移率分離來增強(qiáng)。當(dāng)這種分離方法與定量的且軟的電離組合時，產(chǎn)生補(bǔ)充的分析能力。最后，如果交替或掃描碎裂能量，可以增強(qiáng)CGD質(zhì)譜分析的分離能力和分析選擇性兩者。