聚焦游離裝置及使用聚焦游離裝置的質(zhì)譜儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種聚焦游離裝置，包括一表面布滿凹窩的球體，以及一位于該球體一側(cè)且能產(chǎn)生電暈放電的金屬針。該聚焦游離裝置用以設(shè)置于一質(zhì)譜儀中，使該球體位于一氣態(tài)分析物的噴灑路徑上，該金屬針則鄰近一質(zhì)量分析器的進(jìn)樣口。當(dāng)噴灑的氣態(tài)分析物流經(jīng)該球體時(shí)，氣態(tài)分析物會(huì)被聚集至該金屬針周圍而被電離成為分析物離子，再進(jìn)入質(zhì)量分析器中進(jìn)行分析。由此，本發(fā)明的聚焦游離裝置能夠有效提高進(jìn)入質(zhì)量分析器的分析物離子的量，以提升離子傳輸效率，使得配備有本發(fā)明的聚焦游離裝置的質(zhì)譜儀能夠具有信號(hào)強(qiáng)度增加、檢測(cè)誤差降低與檢測(cè)極限降低等優(yōu)勢(shì)。
【專利說(shuō)明】
聚焦游離裝置及使用聚焦游離裝置的質(zhì)譜儀
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明關(guān)于一種聚焦游離裝置，特別是指一種應(yīng)用于質(zhì)譜儀中，用以聚集以及游離氣態(tài)分析物的聚焦游離裝置。本發(fā)明還關(guān)于一種應(yīng)用該聚焦游離裝置的質(zhì)譜儀。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，使用大氣壓力化學(xué)游離(atmosphericpressure chemical 1nizat1n,以下簡(jiǎn)稱APCI)裝置的質(zhì)譜儀，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于合成化合物結(jié)構(gòu)鑒定、環(huán)境有毒物質(zhì)檢測(cè)、能源成分分析、藥物開(kāi)發(fā)、生物或藥物代謝體學(xué)、天然產(chǎn)物分析、食品成分分析等領(lǐng)域。
[0003]質(zhì)譜儀主要包括有一游離裝置、一質(zhì)量分析器以及一檢測(cè)器。圖1所示，即為商業(yè)化APCI裝置10的游離機(jī)制示意圖，APCI裝置10主要具有一穿設(shè)于一高溫加熱管(heater) 11內(nèi)的金屬毛細(xì)管(metal capillary)13，金屬毛細(xì)管13的噴出口 131對(duì)應(yīng)于一質(zhì)量分析器20的進(jìn)樣口 21。當(dāng)分析物溶液30經(jīng)由金屬毛細(xì)管13的噴出口 131噴出時(shí)，與金屬毛細(xì)管13同軸設(shè)置的一霧化氣體40會(huì)使樣品溶液分散成均勻的霧滴，前述霧滴會(huì)被該高溫加熱管11加熱而氣化成為氣態(tài)分析物30。一透過(guò)電源供應(yīng)器施加有高電壓的不銹鋼放電針50鄰近于該高溫加熱管11的出口端，使前述氣態(tài)分析物30游離，之后進(jìn)行一連串的氣相離子一分子反應(yīng)(gas phase 1n-molecule react1n)而形成單電荷的分析物離子31，最后，分析物離子31會(huì)通過(guò)放電針50與質(zhì)量分析器20之間的電位差而進(jìn)入質(zhì)量分析器20內(nèi)進(jìn)行分析，以獲得質(zhì)譜圖。
[0004]如圖1所示，由于傳統(tǒng)APCI機(jī)制游離化后的分析物離子31會(huì)呈現(xiàn)羽流狀(plume)，也即分析物離子31的分散面積會(huì)遠(yuǎn)大于質(zhì)量分析器20的進(jìn)樣口 21的截面積，導(dǎo)致至少有50%的分析物離子31無(wú)法進(jìn)入質(zhì)量分析器20中，造成配備有傳統(tǒng)APCI裝置的質(zhì)譜儀的分析物信號(hào)強(qiáng)度明顯降低以及檢測(cè)極限無(wú)法降低等問(wèn)題。
[0005]為改善上述問(wèn)題，發(fā)展出許多通過(guò)控制電場(chǎng)的方式集中離子，再將離子傳送至質(zhì)譜儀的方法，例如電場(chǎng)不對(duì)稱離子運(yùn)動(dòng)游離源(Field Asymmetric 1n MobilitySpectrometry ,以下簡(jiǎn)稱FAIMS)。但前述方法會(huì)受到麥克斯韋方程式(Maxwe11，sequat1ns)的影響，使其集中離子的效果有限。同時(shí)，F(xiàn)AIMS的裝置龐大、費(fèi)用昂貴且無(wú)法適用于各種品牌及機(jī)型的質(zhì)譜儀，使其應(yīng)用性受限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]有鑒于此，本發(fā)明的一目的在于提供一種聚焦游離裝置，其可直接應(yīng)用于各種質(zhì)譜儀，適用性佳，且能夠有效地提高進(jìn)入質(zhì)量分析器的分析物離子的量，以有效提高分析物的信號(hào)強(qiáng)度，降低質(zhì)譜儀的檢測(cè)極限。
[0007]本發(fā)明的另一目的在于提供一種應(yīng)用前述聚焦游離裝置的質(zhì)譜儀。
[0008]為達(dá)成前述目的，本發(fā)明所提供的一種聚焦游離裝置，可應(yīng)用于一質(zhì)譜儀，該質(zhì)譜儀包括有一噴頭以及一質(zhì)量分析器，該噴頭用以噴灑氣態(tài)分析物，而該質(zhì)量分析器具有一進(jìn)樣口。本發(fā)明的聚焦游離裝置包括有一表面布滿多個(gè)凹窩的球體，以及一能夠產(chǎn)生電暈放電的金屬針。當(dāng)該聚焦游離裝置設(shè)置于該質(zhì)譜儀內(nèi)時(shí)，該球體位于該氣態(tài)分析物的噴灑路徑上，使該球體具有分別朝向該噴頭以及該質(zhì)量分析器的一前側(cè)以及一后側(cè)，而該金屬針的一尖端位于該球體后側(cè)且鄰近該質(zhì)量分析器的進(jìn)樣口。從而，當(dāng)噴頭噴出的氣態(tài)分析物流經(jīng)該球體時(shí)，該球體表面的這些凹窩會(huì)使氣態(tài)分析物緊貼球體表面而聚集至該球體后側(cè)的該金屬針周圍，被該金屬針電離成為分析物離子，再經(jīng)由電位差而進(jìn)入質(zhì)量分析器中。如此，相較于傳統(tǒng)APCI裝置，本發(fā)明可通過(guò)流體力學(xué)原理將呈羽流狀噴灑的氣態(tài)分析物聚集至金屬針周圍，也即該球體后側(cè)的下游位置，再電離成為分析物離子，以有效地提高進(jìn)入質(zhì)量分析器中的分析物離子的量，成功提升離子的傳輸(1n transmiss1n)效率。因此，當(dāng)本發(fā)明使用于質(zhì)譜儀時(shí)，可使質(zhì)譜儀具有分析物信號(hào)強(qiáng)度增強(qiáng)、檢測(cè)誤差降低以及檢測(cè)極限降低等優(yōu)點(diǎn)。
[0009]在本發(fā)明所提供的聚焦游離裝置中，該金屬針可插置于該球體內(nèi)，且其尖端用以朝向該質(zhì)量分析器的進(jìn)樣口。
[0010]在本發(fā)明所提供的聚焦游離裝置中，該球體表面的所述凹窩的內(nèi)徑可為Inm至Imm0
[0011]在本發(fā)明所提供的聚焦游離裝置中，該球體表面的所述凹窩的深度可為Inm至小于該球體半徑。
[0012]在本發(fā)明所提供的聚焦游離裝置中，該球體最好由耐酸堿溶液、耐有機(jī)溶劑以及耐至少260°C以上高溫的非導(dǎo)電材質(zhì)所制成，以避免球體損壞或是影響分析結(jié)果。
[0013]在本發(fā)明所提供的聚焦游離裝置中，該金屬針最好由鉑、銥、金、鋨、鈀、錸、銠、釕、前述金屬的合金或不銹鋼等惰性金屬所制成，以避免與氣態(tài)分析物發(fā)生反應(yīng)而影響分析結(jié)果，同時(shí)也避免生銹而影響放電效果。
[0014]另一方面，本發(fā)明還提供一種使用前述聚焦游離裝置的質(zhì)譜儀，其包括有一質(zhì)量分析器、一噴頭以及前述聚焦游離裝置。該質(zhì)量分析器具有一進(jìn)樣口，該噴頭用以供一氣態(tài)分析物噴出，該聚焦游離裝置位于該質(zhì)量分析器與該噴頭之間，使該球體位于該氣態(tài)分析物的噴灑路徑上，該金屬針則鄰近該質(zhì)量分析器的進(jìn)樣口。
[0015]在本發(fā)明所提供的質(zhì)譜儀中，該聚焦游離裝置的金屬針與該質(zhì)量分析器的進(jìn)樣口最好為同軸設(shè)置，從而使聚集于金屬針周圍的氣態(tài)分析物被電離成分析物離子后能夠隨即進(jìn)入質(zhì)量分析器中，以進(jìn)一步提高進(jìn)入質(zhì)量分析器的分析物離子的量。從而，本發(fā)明的質(zhì)譜儀具有離子傳輸效率高、檢測(cè)誤差低以及檢測(cè)極限低等優(yōu)點(diǎn)。
[0016]有關(guān)本發(fā)明所提供的聚焦游離裝置以及質(zhì)譜儀的詳細(xì)構(gòu)造及其特征，以下將列舉實(shí)施例并配合附圖，在可使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠簡(jiǎn)單實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例的范圍內(nèi)進(jìn)行說(shuō)明。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為商業(yè)化大氣壓化學(xué)游離裝置的游離機(jī)制示意圖；
[0018]圖2為依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的聚焦游離裝置設(shè)置于質(zhì)譜儀的游離腔室中的示意圖；
[0019]圖3為本發(fā)明的聚焦游離裝置的球體的局部放大剖視圖；
[0020]圖4為利用本發(fā)明第一實(shí)施例的聚焦游離裝置聚集以及游離化氣態(tài)分析物的示意圖；
[0021]圖5為依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的聚焦游離裝置設(shè)置于質(zhì)譜儀的游離腔室中的示意圖；
[0022]圖6為使用搭配現(xiàn)有APCI裝置的質(zhì)譜儀以及搭配本發(fā)明的聚焦游離裝置的質(zhì)譜儀，檢測(cè)蝦紅素的信號(hào)強(qiáng)度圖。
[0023]【符號(hào)說(shuō)明】
[0024]10APCI裝置 11高溫加熱管
[0025]13金屬毛細(xì)管 131噴出口
[0026]20質(zhì)量分析器 21進(jìn)樣口
[0027]30氣態(tài)分析物 31分析物離子
[0028]40霧化氣體 50放電針
[0029]60聚焦游離裝置61球體
[0030]611表面613凹窩
[0031]63金屬針70噴頭
[0032]A內(nèi)徑B后側(cè)
[0033]D深度F前側(cè)
[0034]I間距P電源供應(yīng)器
【具體實(shí)施方式】
[0035]
【申請(qǐng)人】首先在此說(shuō)明，本發(fā)明的附圖，為了能清晰說(shuō)明，各組件的結(jié)構(gòu)均被夸大描繪，并未按照實(shí)際比例繪制。此外，整篇說(shuō)明書(shū)中，相同的組件均以相同的附圖標(biāo)記予以標(biāo)不O
[0036]首先請(qǐng)參照?qǐng)D2，本發(fā)明第一實(shí)施例所提供的聚焦游離裝置60，主要包括有一球體61以及一金屬針63。
[0037]該球體61，具有一表面611，其表面分布有多個(gè)凹窩613。該球體61優(yōu)選由耐酸堿溶液、耐有機(jī)溶劑以及耐至少260°C以上高溫的非導(dǎo)電材質(zhì)所制成，避免球體61受損或影響分析結(jié)果，該球體61的材質(zhì)例如可為聚醚醚酮(po lye there therketone，PEEK)、聚酰亞胺(polyimide，PI)、陶瓷、玻璃等，在本例中，該球體由聚酰亞胺材質(zhì)所制成。這些凹窩613的剖面可為(但不限于)圓形或橢圓形。實(shí)際制造時(shí)，該球體61可具有部分剖面為圓形的凹窩613以及部分剖面為橢圓形的凹窩613。此外，這些凹窩613的內(nèi)徑A范圍最好為Inm?Imm;這些凹窩613的深度D最好為Inm?小于該球體61的半徑;而這些凹窩613之間的間距I則無(wú)特定限制，也即，這些凹窩613可等距或是不等距地排列。如圖4所示，本文中提及的“內(nèi)徑”A，是指該凹窩613在該表面611的開(kāi)口的長(zhǎng)度，即沿著最長(zhǎng)軸的距離或是沿著最短軸的距離；“深度”D，是指該表面611至該凹窩613底部的距離；“間距” I，是指兩個(gè)相鄰凹窩613的兩個(gè)相鄰邊緣之間的距離。
[0038]該金屬針63的材質(zhì)優(yōu)選選用鉑、銥、金、鋨、鈀、錸、銠、釕、前述金屬的合金或是不銹鋼等惰性金屬，以避免與氣態(tài)分析物發(fā)生反應(yīng)而影響分析結(jié)果，或是避免生銹而影響放電效果。在本實(shí)施例中，該金屬針63插置固定于該球體61內(nèi)。將該金屬針63固設(shè)于該球體61內(nèi)的方式并無(wú)特定限制，其可利用各種現(xiàn)有的固定方式予以完成，在本例中，該金屬針63透過(guò)緊配合的方式插置于該球體61內(nèi)。實(shí)際使用時(shí)，該金屬針63透過(guò)電源供應(yīng)器P將高電壓施予該金屬針63，使該金屬針63的尖端631產(chǎn)生電暈放電的現(xiàn)象，從而游離化氣態(tài)分析物。
[0039]應(yīng)用時(shí)，如圖2所示，將本發(fā)明的聚焦游離裝置60設(shè)置于一質(zhì)譜儀的游離腔室內(nèi)，前述質(zhì)譜儀具有一噴頭70以及一具有一進(jìn)樣口 21的質(zhì)量分析器20。將該聚焦游離裝置60設(shè)置于該質(zhì)譜儀的游離腔室內(nèi)的方式并無(wú)特定限制，舉例來(lái)說(shuō)，可以透過(guò)將一桿件(圖中未示)鑲嵌于該球體61內(nèi)，再將前述桿件的另一端固定于質(zhì)譜儀的游離腔室的壁面，而將該球體61固定于該噴頭70與該質(zhì)量分析器20的進(jìn)樣口 21之間，該球體61朝向該噴頭70的一側(cè)定義為前側(cè)F，該球體61朝向該質(zhì)量分析器20的一側(cè)定義為后側(cè)B，該金屬針63的尖端631朝向并鄰近該質(zhì)量分析器20的進(jìn)樣口 21。
[0040]如圖4所示，當(dāng)該噴頭70朝向該球體61的前側(cè)F噴灑出氣態(tài)分析物30時(shí)，呈現(xiàn)羽流狀分散的氣態(tài)分析物30會(huì)流經(jīng)該球體61，該球體61表面的這些凹窩613會(huì)擾亂層流，使氣態(tài)分析物30緊貼球體61表面，繼而聚集至該球體61后側(cè)B的下游位置，當(dāng)氣態(tài)分析物30碰觸到金屬針63后，會(huì)因金屬針63的高電壓而游離化成為分析物離子31，再通過(guò)電壓差使分析物離子31進(jìn)入質(zhì)量分析器20中進(jìn)行檢測(cè)，以獲得質(zhì)譜圖。通過(guò)此流體力學(xué)的原理，可將現(xiàn)有APCI呈現(xiàn)羽流狀噴灑而流失的氣態(tài)分析物30都聚集至金屬針63與質(zhì)量分析器20的進(jìn)樣口21之間進(jìn)行電離，以增加進(jìn)入質(zhì)量分析器20中的分析物離子31的量。
[0041]值得一提的是，若為進(jìn)一步提高進(jìn)入質(zhì)量分析器20的分析物離子31的量，該聚焦游離裝置60的金屬針63可與該質(zhì)量分析器20的進(jìn)樣口 21為同軸設(shè)置，從而使聚集于金屬針63周圍的氣態(tài)分析物30被電離成分析物離子31后隨即就進(jìn)入質(zhì)量分析器20中，使質(zhì)量分析器20能夠盡可能地接收所有分析物離子31。
[0042]由于本發(fā)明的主要技術(shù)思想在于利用表面布滿凹窩的球體61將噴頭70噴出的氣態(tài)分析物30聚集至球體61后側(cè)B的下游位置，之后開(kāi)始進(jìn)行氣態(tài)分析物30的游離化。因此，如圖5所示，依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的聚焦游離裝置60，該金屬針63也可設(shè)置于該球體61后偵怕的下游位置處而未固設(shè)于球體B，使其尖端631位于該球體61與該質(zhì)量分析器20的進(jìn)樣口21之間，具體來(lái)說(shuō)，使金屬針63的尖端631位于該球體61后側(cè)B的下游位置并鄰近該進(jìn)樣口 21。如此，聚集至球體61后側(cè)B的氣態(tài)分析物30仍能被金屬針63電離成分析物離子31，繼而進(jìn)入質(zhì)量分析器20中，因此，同樣能夠有效提升分析物離子31進(jìn)入質(zhì)量分析器20的量。
[0043]現(xiàn)將通過(guò)以下實(shí)驗(yàn)例進(jìn)一步闡明本發(fā)明，然而這些實(shí)驗(yàn)例僅用以更加了解本發(fā)明，而非用以限制本發(fā)明的范圍，凡是本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不違反本發(fā)明創(chuàng)作精神下所做的各種變化與修飾均均屬本發(fā)明的范疇。
[0044]〔實(shí)驗(yàn)例〕
[0045]首先，將4下紅素(astaxanthin，純度高于98.5%，HPLC級(jí)，F(xiàn)luka公司供售)溶于乙腈(8061:011；[1:1'；[16，純度99.9%，HPLC級(jí)，Merck公司供售)，配制成濃度5000ng/mL的儲(chǔ)備溶液(stock solut1n)。
[0046]檢測(cè)時(shí)，先將蝦紅素儲(chǔ)備溶液以乙腈分別稀釋成濃度1、10、100、250以及500即/1^的樣品溶液。再利用三段四極矩質(zhì)譜儀(購(gòu)自Thermo Finnigan，型號(hào)Finnigan TSQ UltraEMR)，搭配現(xiàn)有APCI以及本發(fā)明第二實(shí)施例的聚焦游離裝置分析該等樣品溶液，所得結(jié)果顯示于圖6。各參數(shù)的設(shè)定如下:
[0047]離子源(1nsource)溫度:270°C;
[0048]霧化氣體流速:1arb ；
[0049]去溶劑氣體流速:5arb;
[0050]去溶劑氣體溫度:APCI正離子模式為330°C。
[0051 ] 放電電流:APCI正離子模式為4μΑ。
[0052]由圖6所示結(jié)果可以清楚看出，搭配本發(fā)明的聚焦游離裝置的質(zhì)譜儀測(cè)得的蝦紅素的信號(hào)明顯高于搭配現(xiàn)有APCI的質(zhì)譜儀所測(cè)得的信號(hào)，且信號(hào)增強(qiáng)約12倍，顯見(jiàn)本發(fā)明的聚焦游離裝置確實(shí)能夠有效地提升進(jìn)入質(zhì)量分析器的分析物離子的量。此外，搭配現(xiàn)有APCI的質(zhì)譜儀的檢測(cè)極限為2.lpg/mL，而搭配本發(fā)明的聚焦游離裝置的質(zhì)譜儀的檢測(cè)極限為0.07pg/mL，因此，本發(fā)明的聚焦游離裝置能夠有效降低質(zhì)譜儀的檢測(cè)極限，也即提高質(zhì)譜儀的檢測(cè)靈敏度。
[0053]綜上所述，由于本發(fā)明的聚焦游離裝置能夠有效地將呈羽流狀散布的氣態(tài)分析物聚集至金屬針周圍，因此能夠大幅提高進(jìn)入質(zhì)量分析器的分析物離子的量，以提升離子傳輸效率，使得配備有本發(fā)明的聚焦游離裝置的質(zhì)譜儀具有信號(hào)強(qiáng)度增加、檢測(cè)誤差降低與檢測(cè)極限降低等優(yōu)點(diǎn)。此外，由于本發(fā)明的聚焦游離裝置能夠直接結(jié)合于現(xiàn)有的質(zhì)譜儀，因此還具有適用范圍廣的優(yōu)勢(shì)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種聚焦游離裝置，其特征在于，用以設(shè)置于一質(zhì)譜儀，該質(zhì)譜儀包括有一用以噴灑氣態(tài)分析物的噴頭，以及一具有一進(jìn)樣口的質(zhì)量分析器，該聚焦游離裝置包含有: 一球體，具有一布滿多個(gè)凹窩的表面、一用以朝向該噴頭的前側(cè)、以及一用以朝向該質(zhì)量分析器的后側(cè)，該球體用以設(shè)置于該氣態(tài)分析物的噴灑路徑上；以及 一金屬針，能產(chǎn)生電暈放電，該金屬針具有一位于該球體后側(cè)的一下游位置的尖端，用以鄰近該質(zhì)量分析器的進(jìn)樣口。2.如權(quán)利要求1所述的聚焦游離裝置，其特征在于，其中該金屬針插置于該球體內(nèi)且其尖端用以朝向該質(zhì)量分析器的進(jìn)樣口。3.如權(quán)利要求1所述的聚焦游離裝置，其特征在于，其中球體表面的該凹窩的內(nèi)徑范圍為Inm至Imm04.如權(quán)利要求1所述的聚焦游離裝置，其特征在于，其中該球體表面的該凹窩的深度范圍為I nm至小于該球體半徑。5.如權(quán)利要求項(xiàng)I所述的聚焦游離裝置，其特征在于，其中該球體由耐酸堿溶液、耐有機(jī)溶劑以及耐至少260°C以上高溫的非導(dǎo)電材質(zhì)所制成。6.如權(quán)利要求5所述的聚焦游離裝置，其特征在于，其中該球體的材質(zhì)為聚醚醚酮、聚酰亞胺、陶瓷或玻璃。7.如權(quán)利要求1所述的聚焦游離裝置，其特征在于，其中該金屬針由選自鉑、銥、金、鋨、鈀、錸、銠、釕、前述金屬的合金以及不銹鋼所構(gòu)成的族群中的惰性金屬所制成。8.一種質(zhì)譜儀，其特征在于，包含有: 一質(zhì)量分析器，具有一進(jìn)樣口； 一噴頭，用以供一氣態(tài)分析物噴出；以及 一如權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的聚焦游離裝置，位于該質(zhì)量分析器的進(jìn)樣口與該噴頭之間。9.如權(quán)利要求8所述的質(zhì)譜儀，其特征在于，其中該聚焦游離裝置的金屬針與該質(zhì)量分析器的進(jìn)樣口為同軸設(shè)置。
【文檔編號(hào)】H01J49/16GK105938789SQ201610111525
【公開(kāi)日】2016年9月14日
【申請(qǐng)日】2016年2月29日
【發(fā)明人】李茂榮, 李妍嫻
【申請(qǐng)人】薛富盛