Способ непрерывного стабильного электрораспыления растворов в источнике ионов при атмосферном давлении

Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Способ позволяет получать непрерывный стабильный поток заряженных частиц электрораспылением для больших объемных скоростей растворов анализируемых веществ, без образования крупных капель в начале электрораспыления новой пробы, что существенно упрощает процесс получения непрерывного стабильного и монодисперсного потока заряженных частиц в широком диапазоне объемных скоростей потоков распыляемой жидкости и соответственно стабильный ионный ток анализируемых веществ, поступающих в анализатор, а также долговременную работу источника без разборки и чистки. Особенностями способа являются введение жидкой пробы в область распыления без прерывания потока элюента и осушение откачиваемой парогазовой смести излишков нераспыленного элюента и газа. Режим непрерывной стабильной эмиссии заряженных частиц (ионный ток) существует сколь угодно долго только при условии, что каждая подаваемая в область распыления проба не приводит к разрыву потока жидкости. Так же на непрерывный стабильный режим эмиссии заряженных частиц влияет долговременная стабильная откачка парогазовой смеси из области распыления, что довольно легко достигается осушением парогазовой смеси от элюента. При этом регулируемые параметры распыления - величина электрического напряжения, подаваемого на противоэлектрод, и поток отбираемого газа из коаксиального канала между капиллярами после настройки на стабильный режим не изменятся во все время работы источника ионов при неразрывной подаче жидкой пробы в область электрораспыления. Техническим результатом является возможность получения непрерывного долговременного стабильного тока заряженных частиц электрораспылением в широком диапазоне объемных скоростей растворов анализируемых веществ при нормальных условиях при последовательном вводе пробы в область распыления и соответственно стабильного ионного тока анализируемых веществ, поступающих в анализатор.

 

Настоящее предлагаемое изобретение относится к области масс-спектрометрии, а именно к источниками ионов с мягким методом ионизации с использованием электрораспыления анализируемых растворов в неоднородном постоянном электрическом поле при атмосферном давлении, и найдет широкое применение в масс-спектрометрии, спектрометрии подвижности ионов при решении задач органической и биоорганической химии, иммунологии, медицины, диагностики заболеваний, биохимических исследований, фармацевтике, проведении анализов в протеомике, метаболомике и криминалистике: исследовании белков, в том числе их триптических гидролизатов (получение пептидных карт, поиск кандидатов в лекарства по взаимодействию библиотеки лигандов, синтетических или природного происхождения, с белками мишенями), следового анализа биохимических маркеров, наркотиков и их метаболитов в биологических тканях и жидкостях.

В процессе электрораспыления анализируемых растворов веществ для источников ионов в неоднородном постоянном электрическом поле при атмосферном давлении для получения ионов исследуемых веществ из заряженных микрокапель используется горячий спутный газ.

Известный метод экстракции ионов из растворов при атмосферном давлении [1] заключается в том, что на торце металлического капилляра, по которому поступает раствор вещества, под воздействием неоднородного постоянного электрического поля образуется мениск жидкости, из которого происходит эмиссия заряженных микрокапель, испаряющихся при нормальных условиях с образованием ионов, транспортируемых электрическим полем или спутным газом в анализатор ионов. Поток анализируемого раствора составлял 0,05-5 мкл/мин. Это метод имеет много общего с другими спрей методами, в число которых входят: Aerospray [2], Electrospray [3], Ion Spray [4], Thermospray [5], Atmospheric Pressure Ionization (API) в сочетании с ультразвуковым распылением жидкости [6]. Во всех этих методах анализируемый раствор превращается в тонко диспергированный заряженный аэрозоль, который испаряется в области с атмосферным давлением газа, а продукты испарения, в том числе и заряженные ионы, отбираются в камеру анализатора ионов через газодинамическую транспортирующую систему. Различие в используемых методах диспергирования и зарядки микрокапель не меняет сути физических процессов, приводящих к экстракции ионов из испаряющегося заряженного аэрозоля. Это подтверждается сходством масс-спектров для различных спрей-методов. Все эти методы направлены на увеличение потока распыляемой жидкости для согласования с потоком жидкости из хроматографической колонки, т.е. 50-200 мкл/мин.

В качестве последних примеров в этом направлении развития источника ионов для растворов лабильных веществ можно привести [7-8]. В этих устройствах электрораспыление играет вспомогательную роль, как способ зарядки микрокапель жидкости распыляемой дополнительным потоком распыляющего газа, как правило азота. Для наибольшего извлечения заряженной компоненты, из полученных микрокапель, стали применять еще один вспомогательный поток горячего газа-испарителя. Таким образом в конструкции источника ионов с электрораспылением раствора от самого метода осталась только зарядка распыляемых микрокапель, а получение микрокапель в виде «душа» и их испарение происходит газодинамически в потоках газов. Основным недостатком этих методов является немонодисперсность эмитируемых заряженных микрокапель и соответственно нестабильный ионный ток, влияющий на вид регистрируемых спектров, что показано на примере спектра ионной подвижности в работе [9].

Наилучшие характеристики по диапазону объемной скорости анализируемого раствора при помощи электрораспыления и стабильности ионного тока получены в [10]. Способ распыления больших объемов анализируемого раствора для источников ионов электроспрей со стабильным ионным током, предложенный в [11], выбран в качестве прототипа в данном патенте.

Известный способ электрораспыления хроматографических потоков анализируемых растворов веществ для источников ионов с атмосферным давлением, основанный на формировании мениска анализируемой жидкости в сильном электрическом поле с эмиссией заряженных частиц с вершины мениска, а нераспыленный раствор удаляется из области распыления противотоком окружающего газа через коаксиальный канал при нормальных условиях.

Недостатком известного способа является то, что не удается полностью избежать появления крупных капель при выходе на режим или настройке стабильного распыления в начале процесса. Следствием этого существенного недостатка является необходимость чистки элементов системы транспортировки из-за осаждения нелетучей компоненты (не ставшей ионами) из неиспарившихся капель.

Целью предложенного способа является организация стабильного, монодисперсного потока заряженных микрокапель электрораспылением для хроматографических потоков анализируемых растворов веществ, с устранением образования крупных капель во все время проведения распыления, в том числе и при смене вводимого раствора пробы, основанная том, что в канал подачи элюента в область распыления жидкая проба вводится через инжектор без прерывания потока жидкости, а в канале откачки нераспыленного элюента в смеси с газом производится осушение откачиваемого газа при помощи осушителя, установленного перед входом в воздушный микронасос, позволяющий непрерывно и эффективно отделять откачиваемый воздух от элюента при нормальных условиях. После выхода на режим стабильного распыления параметры настройки (напряжение на противоэлектроде и объем противотока окружающего газа через коаксиальный канал) не изменяются при неразрывном вводе потока жидкости в канал подачи в область распыления. В качестве элюента используется смесь воды и ацетонитрила с добавлением уксусной или муравьиной кислоты.

В качестве примера осуществления изобретения можно рассмотреть следующие действия. К источнику ионов с электрораспылением и динамическим делителем потока жидкости [9] к каналу подачи элюента подключается жидкостный микронасос, например шприцевой микронасос Harvard Apparatus Sigle Syringe Pump MAI 70-2208 Model 11 Plus, либо микроколоночный жидкостный хроматограф с задаваемой величиной потока элюента. Между источником ионов и жидкостным микронасосом устанавливается инжектор, трехходовой кран-переключатель, позволяющий вводить в поток элюента, прокачиваемого микронасосом, раствор пробы без разрыва потока жидкости. К каналу откачки парогазовой смеси из нераспыленного элюента и лабораторного воздуха присоединяется воздушный микронасос типа Tomas 50200, между воздушным микронасосом и источником ионов в канал откачки устанавливается осушитель воздуха Festo LF-1/8-D-MINI 40, а для контроля потока парогазовой смеси, в этот же канал, устанавливается измеритель потока газа OMEGA 2317, лучше если он будет установлен между воздушным микронасосом и осушителем воздуха. Такой вариант осуществления изобретения позволяет воспроизводить и контролировать рабочие параметры всей системы, для непрерывного стабильного электрораспыления растворов в источнике ионов при атмосферном давлении.

Источники информации

1. Александров М.Л., Галь Л.Н., Краснов Н.В., Николаев В.И., Павленко В.А., Шкуров В.А. ДАН Т. 277, №2. Физическая химия, с. 379-383 (1984).

2. Iribarne J.V., Thomson В.А. Int. J. Mass-spectrom. Ion Phys. V. 50, p. 331 (1982).

3. Fenn J.B., Whitehouse СМ., Dreyer R.N., Yamashita M. Anal. Chem. V. 57, p. 675 (1985).

4. Covey T.R., Bruins A.P., Henion J.D. Anal. Chem. V. 59, p. 2642 (1984).

5. Pilesot D., Kin H.Y., Diches D.F., Vestal M. Anal. Chem. V. 56, p. 1236 (1984).

6. Kambara H. Anal. Hem. V. 54., p. 143 (1982).

7. Shimadzu Corp. (www.Shimadzu.com).

8. Thermo Scientific (www.tectronica.com).

9. В.А. Самокиш, Н.В. Краснов, М.З. Мурадымов. Электроспрей источник ионов с динамическим делителем потока жидкости. // Научное приборостроение. 2012 г., Т. 22, №3, С. 5-12.

10. Н. Арсеньев, Н.В. Краснов, М.З. Мурадымов. Исследования стабильности электрораспыления при динамическом делении потока жидкости. // Масс-спектрометрия, 2014, Т. 11, №1, С. 36-38.

11. Н.В. Краснов, М.З. Мурадымов, Самокиш В.А. Патент на изобретение №2530782 от 15.08.2014 г. Способ электрораспыления хроматографических потоков анализируемых растворов веществ для источников ионов.

Способ электрораспыления хроматографических потоков анализируемых растворов веществ для источников ионов с атмосферным давлением, основанный на формировании мениска анализируемой жидкости в сильном электрическом поле с эмиссией заряженных частиц с вершины мениска, ориентированного вертикально вверх, при этом нераспыленный элюент удаляют из области распыления противотоком окружающего газа через коаксиальный канал при нормальных условиях, отличающийся тем, что в канал подачи элюента в область распыления жидкая проба вводится через инжектор без прерывания потока жидкости, а в канале откачки нераспыленного элюента в смеси с газом производится осушение откачиваемого газа.