商用液质离子源的介绍
液质联用的离子源,最早来源于ESI的诞生。
ESI最早是由analytica公司做的,大约在80年代。后来各公司不断改进,形成了各个公司专利的离子源。其中,有独立专利技术的有:Finnigan、Waters、AB、安捷伦。Bruker和安捷伦是合作关系,它让安捷伦用自己的离子阱,它就用了安捷伦的离子源,是一个交换协议。
据大量研究表明,虽然质谱的很多方面都会影响灵敏度,但离子源对质谱的影响是非常大的。
离子源的设计需要考虑几大因素:一个是离子化效率、一个是抗污染、一个是传输效率。
所以,离子源的设计应该不只考虑喷针,还要考虑传输路径,要让离子化的东西,尽可能传到后面的质量分析器去。
最早Analytica公司:
(1)一个典型的三层套管式离子源,中间是液体,外层(鞘层)是辅助液体,最外层是辅助气体
(2)当时认为:喷针冲着采样锥孔(吸极,skimmer),没有角度,即直喷,就会让尽可能多的离子进去
(3)有一个离子传输毛细管,气化的离子在其中运行,进一步完成充分的离子化,再进入后面的质量分析器
(4)后面都是用六极杆/八极杆传输。
缺点:
(1)直喷时,抗污染性能较差,其实,液体流过,真正离子化的部分很少,必须迅速除去积累的液体,而且要抗污染
(2)这时的离子传输毛细管太细了,又不能加热,气化的离子有可能再次冷凝,从而堵塞毛细管。
后来,各公司都借鉴并改进了这一设计,其中,以Finnigan、Agilent等保留更多。
Finnigan改变了喷针,开始用直喷,后来用垂直喷,再后来(就是现在)用60度喷针,据公司说:符合气流动力学,使离子可以尽可能进入,但没进入的又可以快速排走(离子源下面连了一个大管子,接上机械泵,就迅速把脏东西抽走了),但注意:这种设计用在Finnigan的离子阱和串联四极杆上,他们本身有一个MSQ型单级四极杆,仍然采用垂直喷。
60度的离子源
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那个传输毛细管,Finnigan把它改成了大口径、金属可加热的。所以,冷凝问题减少很多。当然,如果你总是把很脏的样品、甚至沉淀的样品往里打,估计是个什么也堵了。
在离子传输上,最新型号的用的是方形四极杆。方形四极杆据质谱届的很多专业人士说,是非常好的东西。因为我们知道,真正的四极杆场(常被用作质量分析器)是离子选择性高,通过率不一定高;圆形的六极杆/八极杆优点是:混沌轨道(chaotic trajectory),没有传输节点(传输节点指的是:周期性出现的离子传不过去);缺点是:Less collisional damping(即离子容易散开,不容易聚中)。
六极杆/八极杆离子传输示意
而方形四极杆是混合了四极杆和八极杆的一个混合场,所以,综合了很多场的优点,既保持了六极杆/八极杆的优点,又实现了离子的聚中传输(Good collisional damping),即离子的聚中性更好,不散开。
安捷伦的设计比较简单,
(1)垂直喷针
(2)毛细管是石英镀白金(铂)的、大口径的、外层套着氮气加热的。
石英镀白金毛细管
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(3)八极杆传输
安捷伦离子源设计
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但它的不及之处,偶认为最头痛的就是:
喷针位置不方便调节(比如Finnigan、Waters、AB离子源都有一个三维微型调距工作台,和玻璃视窗,可以根据样品情况调节喷针位置)。因为样品毕竟千差万别,也就是安捷伦的离子源对真实样品的适应性差一些。不过,其实也是可以调的。就是把离子源喷针组件取下,安捷伦给了一个放大镜,用专用扳手调节以下喷针的长度。
因为毛细管是用氮气加热的(即Dry gas),所以,耗气量很大,对国外用户(很有钱的单位)可能不是个什么大问题,但对国内用户来说,耗气量真的太大了。
AB的离子源不可不提,偶认为,AB的离子源设计得很直观,很管用(虽然有一些副作用),对灵敏度做出了最大的贡献!让我们看看发生了什么就知道了:
(1)Waters曾经因为离子传输部分,对AB造成了侵权,并败诉。
(2)Finnigan的60度喷针,其实也是借鉴了现在AB的API 4000和3200系列的离子源,更尤甚是,所谓H-ESI加热的离子源,简直学得更像了。
AB的源:
(1)喷针虽然本身是垂直的,但是,两侧加了两道60度夹角的、热的氮气流,符合气流动力学,同时,很快地加速气化。
AB的Turbo V离子源
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2)离子源区用很大的泵去抽。API 4000配了一个700升/秒抽速的分子涡轮泵,后面分析区的反而小。(别的公司在源区一般配的小一些,在后面的传输区和分析区才依次加大泵速)
AB的超大泵
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(3)Skimmer吸极的孔开得超大,这样就有更多的离子可以进去了嘛!
优点是:源灵敏度很高,大规模做样稳定性很好,高流速时离子源腔体也很快干燥,完全不积液。
缺点是:泵的负荷太大了,有一些副作用,就是噪音、对环境的要求,和用用就坏了。
不过,总之,用起来很爽就是了。
为什么说Finnigan的H-ESI实在太像Turbo V,是因为不仅继承了60度,也用加热氮气流辅助气化。
Waters的离子源设计,偶觉得没有特别的可说的。
(1)Zspray,就是喷针没有直对着采样锥孔,而是平行上移一段距离,根据电场的吸引,喷出的液体拐了一个“Z”型的弯,才到达锥孔。所以,理论上,抗污染性会比较高。
Waters的Zspray和整个构造
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(2)整个离子源腔体的框架是加热的!所以,就像气流加热一样,可以迅速帮助液体气化变成离子。
(3)侵权后,痛定思痛,出了T-Wave离子传输透镜。这个T-Wave是一系列平行板,T-Wave离子导引技术采用一系列的镀金透镜板,以阶梯电压的方式操作在射频方式下。
但缺点是,T-Wave直接焊接在印刷电路板上,这使它非常难清洗,在离子传输系统中应用T-Wave,T-Wave非常接近于离子源,容易污染,本身要求常清洗,但清洗时非常容易损害电路板。小心为妙!
T-Wave离子传输透镜
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(4)真空技术跟Finnigan、安捷伦的差不多,都是从离子源~离子传输区~分析区,抽速依次增大。质谱届也就AB是离子源区真空最大。
值得一提的是,Waters的设计是英国曼彻斯特的设计,曼彻斯特有一个质谱产业基地。Finnigan收购了当年VG在曼彻斯特的工厂,这个工厂刚好生产
气质联用仪(后来演变成Finnigan的DSQ四极杆
气质联用仪),和液质联用仪(后来演变成Finnigan的MSQ单级四极杆液质联用仪)。
所以,MSQ的设计是和Waters的很像的啊。
比如AB的帘气(Crutain gas)、安捷伦的反吹气、Finnigan的美国工厂的吹扫气(Sweep gas)、Waters偶不记得有什么气体了,就Zspray本身吧、Finnigan的英国工厂的MSQ的Mspray和一个Cone Wash(锥清洗液体)。
所以,原则上说,没有谁比谁在抗污染方面更好的说法。
说仪器可以直接进缓冲盐的说法,都是销售们的夸大其词
因为可以抗污染,所以,每个公司的介绍中,都会专门有一张是进很“脏”的含缓冲盐的图,但可笑的是:一般只表明信号不衰减,没有谁会给我们看这时的质谱图!
因为:质谱真的真的非常不喜欢盐,盐会跟真正的样品形成盐簇离子,让你在质谱图上看到一系列没有任何意义的等间距的峰,这时,做样还有什么意义呢?
所以,大家不要听信公司销售的说法(哈哈,他们也没做过实验,都是把公司给他们的片子夸大其词了)。
盐是一定要除的,而最好的方法——就是过反相填料,比如:反相柱,或含反相填料的一些前处理装置。