具体实施方式

本公开总体上涉及用于质谱系统中的电喷雾探针，并且更具体地涉及具有包括涂覆有导电材料(例如，金属)的尖端的发射器的此类探针。如下面更详细地讨论的，导电涂层可以覆盖发射器尖端的外表面的至少一部分和内表面的至少一部分。此外，在许多实施例中，涂覆的尖端具有圆形的而不是锥形的轮廓。这样的发射器可以用于各种不同的电喷雾探针，如以下更详细地讨论的。

本文根据其在本领域中的普通含义使用各种术语。如本文所用，术语“约”表示数值周围至多10％的偏差。如本文所用，术语“基本上”表示相对于完全状态和/或条件的小于10％的偏差，如果有的话。

图1A和1B示出了根据本教导的实施例的发射器100的示意图，其可以结合在质谱系统的电喷雾探针中，如以下更详细地讨论的。发射器100包括套管200，其从具有用于接收包含或疑似包含至少一种所关注分析物的液体样品的入口孔201a的近端201延伸至具有出口孔202a的排放发射器端202，包含分析物离子的带电液滴通过出口孔排放。

套管200可由本领域已知的任何合适的材料制成。例如，套管200可形成为单个熔融石英管，或者其可由彼此耦合以形成发射器的两个或更多个单独的部分形成。导电涂层203覆盖发射器尖端的外表面204的一部分204a以及发射器尖端210的内表面205的一部分205a。导电涂层可以由各种不同的导电材料形成。例如，在一些实施例中，导电涂层可以由金属形成，例如金、银、铂、钛或任何其它金属物质。在一些实施例中，导电涂层可由合金形成。在一些实施例中，导电涂层可以包括多个层，例如顶部具有铂涂层的钛涂层(例如，在一个这样的实施例中，钛涂层可以具有大约500埃的厚度，铂涂层可以具有4000埃的厚度)。在一些实施例中，导电涂层的厚度可以在例如约5埃至约5微米的范围内，例如在约100nm至约1微米的范围内，但也可以利用其他合适的厚度。

内部导电涂层205a延伸到套管200的内表面中。在一些实施例中，内部导电涂层可具有大于发射器的出口孔的直径的长度(即，从出口孔到内部导电涂层的端部的平行于发射器的纵向轴线的轴向延伸)。例如，内部导电涂层205a的长度可以是发射器的出口孔的直径的至少大约3倍，或至少大约5倍，或至少大约10倍。换句话说，内部导电涂层可延伸到套管中的距离大于出口孔的直径，例如是出口孔的直径的3倍、5倍或10倍。作为示例，内部导电涂层205a可以具有大约60微米的长度，但是如上所述，也可以采用其他长度。

如图1A和1B示意性地示出的，在该实施例中，发射器尖端210具有锥形轮廓。如下面更详细地讨论的，在其他实施例中，发射器尖端可以具有圆形轮廓。

可以采用各种机制来向发射器尖端处的导电涂层施加高电压。例如，图1C示出了导电涂层可以直接耦合到高电压源。在其他实施例中，可以向反电极施加高电压以在发射器尖端生成电场，用于电离穿过发射器尖端出口孔的样品的一种或多种分析物。

如上所述，在一些实施例中，发射器的导电涂覆的尖端可具有圆形的轮廓，而不是锥形的轮廓。例如，参照图2A和2B，这种发射器100'包括套管200'，其从具有用于接收包含或疑似包含至少一种所关注分析物的液体样品的入口孔201a'的近端201'延伸至具有出口孔202a'的排放发射器端202'，包含分析物离子的带电液滴通过出口孔排放。

导电涂层203'覆盖发射器尖端的外表面204'的一部分204a'以及发射器尖端210'的内表面205'的一部分205a'。套管200'和导电涂层203'可以具有尺寸，并且可以由与前面实施例相关的材料相同的材料形成。

与前面的实施例相反，导电涂层203'具有圆形尖端210'。换句话说，与发射器尖端具有锥形轮廓的先前实施例不同，在该实施例中，尖端210'具有圆形轮廓。发射器的圆形尖端可以具有各种不同的弯曲半径。例如，在一些实施例中，圆形尖端210'可具有在约50微米至约100微米的范围内的弯曲半径。

作为进一步的说明，图3A示出了具有锥形锐利尖端的发射器。相反，图3B和3C示出了根据本教导的这个方面的具有圆形尖端的两个发射器。图3C所示的发射器的圆形尖端具有比图3B所示的发射器的圆形尖端的弯曲半径大的弯曲半径。

如在下面的实例部分中更多地讨论的，已经发现，当发射器尖端保持在使通过尖端的样品的一种或多种分析物电离所需的电压时，圆形尖端可以改善并且优选地消除电晕放电的形成。

根据本教导的发射器可以并入到可以在质谱仪的离子源中采用的各种电喷雾探针中。

作为示例，图4是根据其中结合了根据本教导的发射器的实施例的电喷雾探针301的示例的截面示意图。

在该实施例中，电喷雾探针301包括具有延伸穿过其中的通道397的探针本体398，根据本教导的实施例的发射器300，诸如上述发射器100，可以安装在该通道中。在该实施例中，发射器300包括具有内腔(本文也称为通道，例如微通道)的单件式套管，该内腔从其近端(本文也称为入口端)327a(流体连接端)延伸到电离放电端310d，并且延伸出探针301的探针本体398。发射器包括：段310，其端接于发射器的导电涂覆尖端，在该尖端附近可以发生样品的电离；以及液体导管段320，其使用任何合适的材料形成，例如熔融石英管或不锈钢。绝缘聚合物(例如PEEK聚合物)可以模制或挤压到发射器300的液体导管段320上。将聚合物模制或挤压到熔融二氧化硅上可用于形成与LC柱的液体连接。或者，可以使用套筒来安装发射器。套筒可以是导电的、不导电的或部分导电的。发射器300包含轴向深度定位特征(定位环330)，其使得使用者能够准确且简单地安装发射器尖端。定位环330可以用定位螺母350固定就位，如图4所示，这将发射器对准到定位箍底座360上的位置，而不需要使用者进行任何进一步的调节。发射器可以包括环形盖340。O形环380将定位环330密封在箍底座360内，从而防止任何辅助气流向上移回发射器探针本体。

模制或挤压的PEEK覆盖的熔融石英可以在液体导管段320上提供用于连接到LC柱并接收流体样品的实际OD。例如，在一个方面，液体导管段可提供具有约1/32或1/16英寸或在约150μm至约1.6mm的范围内的外径(OD)的管，以用于在发射器300的入口端327a处连接至LC柱。熔融石英或不锈钢管也可以在电离放电侧310d上提供实现样品电喷雾所必需的ID。在电离放电端310d处的ID可以是例如从大约1μm到大约300μm。

上述电喷雾探针300被提供为电喷雾探针的示例，其中可以结合根据本教导的发射器。然而，应当理解，根据本教导的发射器也可并入其他电喷雾探针或雾化器辅助的电喷雾(离子喷雾)探针中。换句话说，许多不同的探针设计可以与根据本教导的发射器一起使用。例如，在一些电喷雾探针中，其中结合了根据本教导的发射器，不采用以上实施方案中所示的轴向深度特征和环。

作为示例，在一些实施例中，根据本教导的发射器可以使用作为电喷雾探针的一部分的箍和套筒安装在雾化器组件中。例如，图5示意性地描绘了另一个电喷雾探针500，其中结合了根据本教导的一个发射器501。发射器501的入口端被安装到低死体积的接头(未示出)中，该接头被保持在接头保持器505中。发射器501使用无套筒配件506紧固到位。发射器501插入穿过探针管502，并且接头保持器505拧到探针500上，使得发射器501的出口端突出穿过探针出口孔507。探针管502压配合到PEEK保持器503中。雾化器气体通过PEEK保持器503中的通道提供，并沿探针管502向下流动，在此，雾化器气体在探针出口孔507处围绕发射器501释放。ESI电势施加到导电探针管502的外部，并且探针管502的内部可包括诸如内部斜坡或凹坑的附加结构(未示出)，以与发射器501上的导电涂层电接触。安装盖504用于将探针500紧固到离子源。

根据本教导的电喷雾探针可以用于各种不同的质谱仪中。作为示例，图6示意性地描述了这种质谱仪系统101的例子，其包括提供待离子化的流体样品的样品源125、离子源140和用于样品离子的下游处理的质量分析器160。例如，样品源125可以包括和/或连接到液相色谱柱127。在该实施例中，离子源包括根据本教导的电喷雾探针100，诸如上面讨论的电喷雾探针，其可以提供样品中的一个或多个分析物的大气压离子化。

通常，质谱仪系统101可以流体地耦合到各种液体样品源并且被配置成从那些样品源接收液体样品。作为非限制性示例，样品源125可包括待分析样品的贮存器(未示出)或输入端口(未示出)，样品可通过该输入端口注入(例如，手动地或经由自动取样器)、灌入或经由化学电泳毛细管输入。作为替代或补充，也作为非限制性实例，样品源125可以连接到和/或包括LC柱(例如，高性能液相色谱(HPLC)系统的LC柱)，使得待分析的液体样品可以是LC洗脱液的形式。样品源还可以包括LC泵，而没有用于流动注射分析(FIA)的柱，或者简单的灌流泵，以提供用于分析的液体样品。

LC柱127流体地耦合到离子源140，并且被配置成使得一个或多个LC泵(未示出)可以将洗脱液从LC柱127的输出端递送到流体连接端127a，通过电喷雾探针100，递送到电离放电段110的输入端/近端110p。电喷雾探针100可以提供通道(未示出)，通过该通道，流体可以从与LC柱127的输出端流体连接的流体连接件127a、通过发射器100的液体导管120和电离放电110段被传输到电离放电段110的放电端110d。

在一些实施例中，金属涂层可以包括一层或多层不同的金属以增强与基板的键合特性(即，对于熔融二氧化硅为钛)，而外层可以根据其化学和物理性质来选择。诸如铂、铱和钨的金属及其组合(合金)可以帮助减少放电期间发射器尖端的腐蚀。金属如金和铂也可提供优异的化学惰性。另外，在一些方面，可以预处理电离放电端以便改善导电材料的涂覆(例如，通过氩、氧或氖离子中的至少一种进行离子轰击以形成预处理表面)。在各个方面，导电涂层还可以被选择性地施加以增强特别针对离子生成应用的电场的形成，和/或放电端可以被成形为控制电场。

如图所示，质谱仪101可以另外包括电力源150。电力源150可以被配置成向包括电喷雾发射器100的电离放电端110d的电路151提供电力。当液体样品被释放(例如，喷射)到电离室112中时，电功率可以电离液体样品内的分子(例如，所关注的分析物)。另外，质谱仪系统101可以包括一个或多个离子发射电流控制机制(未示出)，用于防止在电离放电端110d和帘幕板114a之间的不期望的放电的肇始。

质谱仪系统101还可包括气体源170，其被通道引导通过气体导管172以提供用于气动辅助电喷雾或喷射的手段。

如上所述，在一些实施例中，LC柱的固定相(例如，离子交换树脂、C18或任何其它合适的固定相)可设置在发射器的位于其导电地涂覆的尖端的上游的部分中。作为示例，图7示意性地示出了发射器400，其包括套管401，该套管具有入口端口401a和出口端口401b，入口端口401a用于接收包含或疑似包含至少一种所关注分析物的液体样品，包含所关注分析物的离子(如果样品中存在的话)的带电液滴通过该出口端口401b排放。柱固定相可填充套管401的一部分或整个套管。离子交换树脂层402设置在套管401中其出口孔的上游。类似于先前的实施例，发射器400包括在其尖端处的导电涂层404，其覆盖发射器尖端的外表面的一部分和内表面的一部分。此外，类似于先前的实施例，发射器的尖端具有圆形轮廓，这可以有助于抑制由于施加到导电涂层的高电压而产生电晕放电。

提供以下实例用于进一步说明本教导的各个方面，并且以下实例不提供为必然地指示实施本教导的最佳方式和/或可以获得的最佳结果。

实例

图8显示了发射器尖端的数字照片，其使用ESI(电喷雾电离)获得，该ESI使用由美国马萨诸塞州Framingham的Sciex Corporation销售的5500QTRAP质谱仪，在负离子模式下操作，同时用具有不同几何形状的尖端的不同电喷雾探针喷射包含牛磺胆酸(90％水与0.1％甲酸)的样品。

示出了5个发射器(3个现有技术的具有尖锐尖端的发射器，以及2个具有根据本教导的圆形尖端的发射器)的数字照片，这些发射器仅在其外表面的一部分上涂覆有金属(即，未内涂覆)，并且对其施加了不同的ESI电势。

这些照片显示，当电晕放电条件严重时，在ESI发射器的尖端将可见亮点或电晕。对于标准的接地发射器(左侧3列)，明显的是严重的电晕放电具有低至-2000V的ESI电势，在圆形发射器的情况下(右侧2列)，在严重电晕放电肇始之前可以施加更高的ESI电势，导致性能提高。

图9显示了使用5种不同的ESI发射器时，对去质子化牛磺胆酸获得的作为所施加的ESI电势的函数的数据。电势从0V上升到约-3000V。在所有情况下，当ESI电势设置为比-1000V更负时，信号改善。然而，当电晕放电条件变得严重时，信号急剧下降。由于使用圆形发射器可以施加额外的500V，使用圆形发射器测量到1.5X量级的平均信号增益。不受任何特定理论的限制，相信圆形尖端展现更好的电晕放电行为(即，在操作电压下电晕放电的形成实质上被抑制)，因此改进所观察到的离子信号强度。

图10示出了使用Lorentz软件对发射器尖端处的电场强度进行模拟的结果，以提供关于如上所讨论的对于图9所示的接地发射器与圆形发射器的电晕放电肇始的差异的附加理解。

更具体地说，图10示出了四种发射器几何形状的模拟结果。顶部迹线(即迹线A)对应于现有技术的涂覆接地发射器，其具有与图3A中所示发射器的形状类似的一般形状，其中在接地锥度体与前表面相遇的地方产生尖锐表面。该模拟显示对该发射器几何形状施加ESI电势导致具有1.2E8V/m量级电场的局部场热点。

迹线C和D示出了根据图3B和3C中所示的发射器的圆形发射器的电场模拟结果，如上所讨论。轨迹C示出了发射器外表面的圆形化将最大电场显著地减小了大约4倍。更低的电场意味着在严重电晕放电肇始之前可施加较高的ESI电势，这又导致信噪比(SNR)的改善，如图9所示。最大电场热点发生在喷射器的涂覆前表面与未涂覆的内部通道相遇的表面上。导电涂层延伸到内部通道中可以消除底部迹线(即迹线D)中所示的场热点(在此整个外部圆形表面和内部通道都保持在相同的电势)。特别地，该模拟显示通过将涂层延伸到发射器尖端的内部，整个发射器尖端上的平均电场可以再减少3-4倍。

本领域的普通技术人员将理解，在不背离本发明的范围的情况下，可以对上述实施例进行各种改变。