Способ образования бескапельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением



Способ образования бескапельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением
Способ образования бескапельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением
Способ образования бескапельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением

 


Владельцы патента RU 2613429:

Общество с ограниченной ответственностью "Альфа" (ООО "Альфа") (RU)

Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Способ образования бескапельного непрерывного стабильного ионного потока при электрораспылении растворов анализируемых веществ в источниках ионов с атмосферным давлением характеризуется отсутствием образования капель в начале процесса электрораспыления, что существенно упрощает процесс получения непрерывного стабильного и монодисперсного потока заряженных частиц в широком диапазоне объемных скоростей потоков распыляемой жидкости и, соответственно, стабильным ионным током анализируемых веществ, поступающих в анализатор, а также долговременной работой источника ионов без разборки и чистки. Особенностями способа являются: наличие сплошной управляемой скользящей задвижки из проводящего материала, соединенной с противоэлектродом электрически, при этом противоэлектрод в исходном состоянии закрыт задвижкой. Кроме того, величина потока газа, прокачиваемого через коаксиальный канал перед началом процесса электрораспыления, устанавливается больше необходимого для получения стабильного бескапельного потока ионов. При горизонтальной ориентации оси входа в анализатор ионов мениск, с вершины которого происходит эмиссия заряженных частиц в режиме бескапельного непрерывного стабильного ионного потока, устанавливается под углом к горизонтальной плоскости на оси входа в анализатор ионов. Техническим результатом является возможность образования бескапельного непрерывного стабильного ионного потока при электрораспылении растворов анализируемых веществ в источниках ионов с атмосферным давлением при нормальных условиях в момент начала и окончания процесса распыления раствора с учетом деформации формы жидкого мениска под воздействием силы тяжести. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее предлагаемое изобретение относится к области масс-спектрометрии, а именно к источникам 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 исследованиях, фармацевтике, проведении анализов в протеомике, метаболомике и криминалистике: исследовании белков, следового анализа биохимических маркеров, наркотиков и их метаболитов в биологических тканях и жидкостях.

В процессе электрораспыления анализируемых растворов веществ для источников ионов с неоднородным постоянным электрическим полем при атмосферном давлении для получения ионов исследуемых веществ из заряженных микрокапель используется 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 спрэй-методами [2-6]. 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 спрэй-методов. Все эти методы направлены на увеличение потока распыляемого раствора для согласования с потоком элюента 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.

Известен 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 как на начальной стадии получения стабильного распыления, так и при завершении процесса распыления. 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 образование бескапельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением для хроматографических потоков анализируемых растворов веществ, с исключением появления крупных капель во все время проведения распыления, основанное на том, что перед подачей раствора в область электрораспыления устанавливается поток отбираемого из области распыления окружающего газа через коаксиальный канал больше необходимого для получения стабильного распыления при нормальных условиях, а отверстие в противоэлектроде закрыто скользящей проводящей задвижкой соединенной электрически с противоэлектродом. В качестве примера осуществления изобретения можно рассмотреть следующие действия. После поступления раствора по капилляру в область электрораспыления на противоэлектрод подается регулируемое электрическое напряжение, создающее при используемой геометрии узла распыления необходимую напряженность электрического поля для распыления раствора. Варьируя величины потока откачиваемого газа и электрического напряжения, выходят на режим стабильного распыления. Получение стабильного режима распыления определяют по стабильности тока заряженных частиц, поступающих на скользящую задвижку фигура 1. При достижении оптимального режима распыления ток заряженных частиц не имеет скачков. Наличие гистерезиса параметров настроек, особенно по электрическому напряжению, позволяет без нарушения процесса установившегося стабильного распыления сместить скользящую задвижку, открыв отверстие в противоэлектроде для попадания ионного потока в анализатор. Таким образом, в анализатор не попадают капли распыленного раствора на начальном этапе распыления до получения стабильного тока заряженных частиц. 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. При завершении распыления раствора скользящую задвижку устанавливают в исходное положение, закрывая отверстие в противоэлектроде и устраняют возможность попадание капель в анализатор при выходе из режима распыления. После этого прекращается подача раствора в область распыления, отключается электрическое напряжение и прекращается откачка газа из области распыления по коаксиальному каналу.

При горизонтальной ориентации входа анализатора ионов мениск распыляемого раствора ориентируется под углом к горизонту по оси входа в анализатор. Такая ориентация мениска обусловлена воздействием силы тяжести на жидкий мениск и соответственно деформацией его конической симметричной формы. При этом вершина мениска, с которой происходит эмиссия заряженных частиц, смещается с оси симметрии (фигура 2). Для получения максимального тока заряженных частиц (прохождение через отверстие в противоэлектроде) вводится угловая поправка в зависимости от расстояния от мениска до противоэлектрода.

Такой вариант осуществления изобретения позволяет воспроизводить и контролировать получение бескапельного ионного потока при непрерывном стабильном электрораспылении растворов в источнике ионов при атмосферном давлении на всех стадиях процесса электрораспыления.

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 С.М., 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, H.B. 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, T. 11, №1, С. 36-38.

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

1. Способ образования бескапельного ионного потока при электрораспылении анализируемых растворов в источниках ионов с атмосферным давлением, основанный на формировании мениска анализируемой жидкости в неоднородном постоянном электрическом поле с эмиссией заряженных частиц с вершины мениска, при этом нераспыленный элюент удаляют из области распыления противотоком окружающего газа через коаксиальный канал при нормальных условиях, отличающийся тем, что противоэлектрод в исходном состоянии закрыт сплошной управляемой скользящей задвижкой из проводящего материала, соединенной с противоэлектродом электрически, а поток газа прокачиваемого через коаксиальный канал перед началом процесса электрораспыления устанавливается больше необходимого для получения стабильного бескапельного потока ионов.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что мениск ориентирован под углом к горизонтальной плоскости на оси входа в анализатор ионов.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области ион-дрейфовой и масс-спектрометрии и найдет широкое применение при решении аналитических задач в органической и биоорганической химии, иммунологии, биотехнологии, криминалистике, протеомике при исследовании лабильных веществ с использованием метода «электроспрей».

Изобретение относится к области химического анализа примесных соединений и ионов в растворах. Основой изобретения является экстракция ионов или их образование из раствора, просачивающегося в вакуумную часть газодинамического интерфейса через трековую мембрану под действием атмосферного давления и электрического поля в каналах мембраны.

Изобретение относится к области спектрометрии ионной подвижности. Технический результат - увеличение разрешающей способности анализатора, например, по ионной подвижности в широком диапазоне времени открывающего затвор основного импульса.

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано при изготовлении спектрометров электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Спектрометр содержит сигнальный 1 и гетеродинный 2 генераторы СВЧ, измерительный аттенюатор 3, смеситель опорного 4 и сигнального 5 каналов, циркулятор 6, измерительный резонатор 7 с элементом перестройки его резонансной частоты 8, УПЧ опорного 9 и сигнального 10 каналов, фазочастотные дискриминаторы 11 и 12, делители частоты 13 и 14, синхронные детекторы 15 и 16, опорный генератор 17, устройство синтеза частот 18, трехпозиционный переключатель 19, импульсный модулятор фазы 20, усилитель переменного тока 21 и импульсный демодулятор 22.

Изобретение относится к области энергетики, а именно к технологии получения заряженных частиц больших энергий, и предназначено для применения в области ядерной физики и технологии.

Изобретение относится к приборостроению, средствам автоматизации и системам управления, а именно к области космических исследований, и может быть использовано в ходе натурного эксперимента для измерения элементного состава собственной внешней атмосферы космического аппарата.

Изобретение относится к области анализа смесей химических соединений на основе разделения ионов, выведенных из приосевой зоны, в линейной радиочастотной ловушке с газовым потоком вдоль оси этой ловушки по отношениям массы к заряду и на базе различий в устойчивости ионов к столкновительно-индуцированной диссоциации.
Метод масс-спектрометрического секвенирования пептидов и определения их аминокислотных последовательностей основан на фрагментировании в ионном источнике масс-спектрометра между соплом и скиммером молекулярных ионов пептидов под воздействием электрического поля управляемой величины и на последующем анализе масс-спектров фрагментов.

Изобретение относится к области электронной и ионной оптики и масс-спектрометрии, где используется движение заряженных частиц в статических и переменных двумерных линейных электрических полях, и может быть использовано для усовершенствования конструкций и технологий изготовления устройств пространственно-временной фокусировки и масс-разделения заряженных частиц.

Изобретение относится к области масс-анализа потоков ионов, эмиттируемых с поверхности твердого тела под воздействием первичного излучения, и может быть использовано для улучшения аналитических свойств масс-спектрометров, используемых для исследования объектов твердотельной микро- и нано-электроники методами вторично-ионной и лазерной масс-спектрометрии.

Изобретение относится к токсикологии, а именно к способу определения 3-метоксигидроксибензола в биологических материалах. Для этого образцы, содержащие 3-метоксигидроксибензол, трижды экстрагируют метилацетатом в течение 45 мин.
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.

Изобретение относится к исследованию или анализу материалов, в том числе фосфорорганических веществ (ФОВ), путем определения их химических или физических свойств, а именно путем разделения образцов материалов на составные части с использованием адсорбции, абсорбции, хроматографии и масс-спектрометрии, а более конкретно к способам идентификации и количественного определения фосфорорганических веществ методами хромато-масс-спектрометрии.

Изобретение относится к области медицины, в частности к способу получения стандартного образца сульфатного скипидара. Способ получения стандартного образца сульфатного скипидара, включающий отбор пробы воды, двукратную экстракцию сульфатного скипидара диэтиловым эфиром, эфирные вытяжки, полученные после экстракций, объединяют, колбу, в которой экстрагировали образцы воды, промывают диэтиловым эфиром и присоединяют полученную вытяжку к вытяжкам, полученным ранее, собранные эфирные вытяжки промывают дистиллированной водой, затем полученный эфирный слой отделяют от воды и осуществляют его сушку сульфатом натрия, после чего отгоняют диэтиловый эфир из полученного сульфатного скипидара и готовят стандартный раствор путем внесения 0,00005-0,0001 грамм сульфатного скипидара в виалу на 1,5 мл, разбавляют хлористым метиленом до метки и определяют содержание компонентов сульфатного скипидара методом хромато-масс-спектрометрии.

Изобретение относится к области ион-дрейфовой и масс-спектрометрии и найдет широкое применение при решении аналитических задач в органической и биоорганической химии, иммунологии, биотехнологии, криминалистике, протеомике при исследовании лабильных веществ с использованием метода «электроспрей».

Изобретение относится к области ион-дрейфовой и масс-спектрометрии и найдет широкое применение при решении аналитических задач органической и биоорганической химии, иммунологии, биотехнологии, криминалистике, протеомике, метаболомике при электрораспылении растворов исследуемых лабильных веществ.

Изобретение относится к исследованию или анализу паров веществ путем измерения их физических свойств с использованием метода масс-спектрометрии и масс-спектрометрии отрицательных ионов резонансного захвата электронов, в том числе в сочетании с методом хроматографии.

Изобретение относится к области ион-дрейфовой и масс-спектрометрии и найдет широкое применение при решении аналитических задач органической и биоорганической химии, иммунологии, биотехнологии, криминалистики, протеомики, метаболомики, медицины, экологии и охраны окружающей среды.

Изобретение относится к области масс-спектрометрии, а именно к источникам ионов с ионизацией при атмосферном давлении (фотоионизация, химическая ионизация при атмосферном давлении в коронном разряде и другие), и найдет широкое применение в масс-спектрометрии, спектрометрии подвижности ионов при решении задач органической и биоорганической химии, иммунологии, медицины, диагностики заболеваний, биохимических исследований, фармацевтике, токсикологии и экологии, проведении анализов в криминалистике и следового анализа наркотиков и их метаболитов.

Изобретение относится к области аналитической химии и касается способа определения амина в образце. Сущность способа заключается в контактировании образца, содержащего амин, с раствором соли, содержащей 2,2',2”,6,6',6”-гексаметокситритильный карбокатион, и последующем определении конъюгатов методами высокоэффективной жидкостной хроматографии и масс-спектрометрии.
Наверх