RU2608362C2 - Device of stable electro-spraying solutions of substances at atmospheric pressure for ion sources - Google Patents
Device of stable electro-spraying solutions of substances at atmospheric pressure for ion sources Download PDFInfo
- Publication number
- RU2608362C2 RU2608362C2 RU2015122706A RU2015122706A RU2608362C2 RU 2608362 C2 RU2608362 C2 RU 2608362C2 RU 2015122706 A RU2015122706 A RU 2015122706A RU 2015122706 A RU2015122706 A RU 2015122706A RU 2608362 C2 RU2608362 C2 RU 2608362C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- capillary
- inner channel
- meniscus
- substances
- coaxial
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N30/00—Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
- G01N30/02—Column chromatography
- G01N30/62—Detectors specially adapted therefor
- G01N30/72—Mass spectrometers
- G01N30/7233—Mass spectrometers interfaced to liquid or supercritical fluid chromatograph
- G01N30/724—Nebulising, aerosol formation or ionisation
- G01N30/7266—Nebulising, aerosol formation or ionisation by electric field, e.g. electrospray
Landscapes
- Electron Tubes For Measurement (AREA)
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое 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». Метод «электроспрей» является одним из современных методов «мягкой» ионизации, который позволяет переводить в газовую фазу ионы исследуемых лабильных веществ из растворов, например, такие как пептиды, белки, полинуклеотиды, лекарства. Однако у существующих устройств электрораспыления при атмосферном давлении растворов анализируемых веществ для источников ионов имеется ряд факторов, ограничивающих стабильную работу источников ионов. Невозможность точного согласования потоков, подаваемых в область распыления анализируемого раствора в широком диапазоне объемных скоростей (5 мкл/мин-2000 мкл/мин) и его полного распыления с образованием ионов анализируемых веществ без наличия неиспарившихся микрокапель, поступающих в парогазовом потоке в источник ионов, приводят, как правило, к засорению и закупориванию входных диафрагм и транспортирующих систем из области атмосферного давления в высоковакуумную область анализатора ионов, зарядке их элементов, замыканию электродов, находящихся под разными потенциалами, увеличению шумов и появлению ложных сигналов в регистрируемых спектрах.The present invention relates to the field of ion-drift and mass spectrometry and will find wide application in solving analytical problems in organic and bioorganic chemistry, immunology, biotechnology, forensics, proteomics in the study of labile substances using the electrospray method. The method of "electrospray" is one of the modern methods of "soft" ionization, which allows you to transfer the ions of the studied labile substances from solutions into the gas phase, for example, such as peptides, proteins, polynucleotides, drugs. However, existing atmospheric pressure electrospray devices for analyte solutions for ion sources have a number of factors that limit the stable operation of ion sources. The impossibility of precisely matching the flows supplied to the spray region of the analyzed solution in a wide range of space velocities (5 μl / min-2000 μl / min) and its complete atomization with the formation of analyte ions without the presence of non-evaporated microdrops entering the ion source in the gas-vapor stream as a rule, to clogging and clogging inlet diaphragms and conveying systems from atmospheric pressure to the high vacuum region of the ion analyzer, charging their elements, shorting the electrodes, passing under different potentials, increasing noise and the appearance of false signals in the recorded spectra.
Известны устройства электрораспыления анализируемых потоков растворов веществ [1, 2], где устройство электрораспыления, система транспортировки ионов источника и вход в анализатор ионов располагаются на одной оси. В этом случае в анализатор ионов попадают крупные капли, образующиеся из жидкости скапливающейся на внешней стороне капилляра, с торца которого из мениска жидкости происходит эмиссия заряженных микрокапель, что связано с несогласованностью потоков поступающего и распыляемого раствора. Попадание крупных капель в транспортирующую систему источника ионов и в анализатор усложняет функционирование прибора и проведение анализа. Также известно устройство ортогонального электрораспыления к оси транспортирующей системы [3]. Это устройство по сравнению с [1, 2] дополнено коаксиальным капилляром, по которому в зону существования факела распыленного раствора подается нагретый газ-испаритель. Нагретый газ-испаритель предназначен для более эффективного испарения образовавшихся микрокапель и, соответственно, увеличения тока анализируемых ионов из раствора. Такое сочетание электрораспыления и стимулированного испарения микрокапель не влияет на существование больших капель, образовавшихся в результате нестационарности процесса распыления. В свою очередь нестационарность процесса электрораспыления анализируемого раствора, в основном, связана с невозможностью согласовать поток распыляемого раствора с потоком раствора, поступающего в область распыления - мениск на торце металлического капилляра. Электрораспыление существенно зависит от проводимости распыляемого раствора - состава растворителя и концентрации анализируемого вещества, кроме того, все эти параметры влияют на величину поверхностного натяжения, а соответственно и на режим электрораспыления. Излишек раствора смачивает внешнюю сторону капилляра, где начинает накапливаться большая капля до тех пор, пока электрическое поле не преодолеет силу смачиваемости раствора и не оторвет ее от капилляра. Такая ориентировка устройства электрораспыления позволяет избежать засорения или закупоривания входной диафрагмы системы транспортировки заряженных частиц в анализатор, так как при использовании такой геометрии расположения узла электрораспыления раствора большие капли по инерции, преимущественно пролетают мимо входа в анализатор.Known electrospray devices for analyzed flows of solutions of substances [1, 2], where the electrospray device, the ion transport system of the source and the entrance to the ion analyzer are located on the same axis. In this case, large drops fall into the ion analyzer, which are formed from liquid accumulating on the outer side of the capillary, from the end of which the emission of charged microdrops occurs from the meniscus of the liquid, which is associated with inconsistency in the flows of the incoming and sprayed solution. The ingress of large drops into the transporting system of the ion source and into the analyzer complicates the operation of the device and the analysis. Also known device orthogonal electrospray to the axis of the conveying system [3]. This device, in comparison with [1, 2], is supplemented with a coaxial capillary, through which a heated vaporizer gas is supplied to the zone of existence of the spray torch. The heated vaporizer gas is designed to more efficiently evaporate the resulting microdrops and, accordingly, increase the current of the analyzed ions from the solution. This combination of electrospray and stimulated evaporation of microdrops does not affect the existence of large droplets formed as a result of the unsteadiness of the spraying process. In turn, the non-stationary nature of the process of electrospray of the analyzed solution is mainly due to the inability to coordinate the flow of the sprayed solution with the flow of the solution entering the spraying area — the meniscus at the end of the metal capillary. Electrospray significantly depends on the conductivity of the sprayed solution — the composition of the solvent and the concentration of the analyte, in addition, all these parameters affect the magnitude of the surface tension, and, accordingly, the electrospray mode. Excess solution wets the outside of the capillary, where a large drop begins to accumulate until the electric field overcomes the wettability of the solution and tears it from the capillary. This orientation of the electrospray device allows avoiding clogging or clogging of the inlet diaphragm of the system for transporting charged particles to the analyzer, since when using such a geometry of the solution electrospray assembly, large drops by inertia predominantly fly past the entrance to the analyzer.
Ближайшим из известных, выбранным в качестве прототипа, является устройство электрораспыления хроматографических потоков анализируемых растворов веществ для источников ионов [4]. Это устройство по сравнению с [1, 2] дополнено коаксиальным капилляром, по которому из области мениска жидкости откачивается парогазовая смесь, состоящая из лабораторного воздуха и излишков нераспыленного раствора, скапливающегося на внешней стороне внутреннего капилляра, по которому поступает раствор. Процесс образования заряженных частиц в таком устройстве происходит при нормальных условиях. Такое сочетание электрораспыления и стимулированного отвода нераспыленного раствора позволяет достичь относительно долговременной стабильности распыления (десятки минут), но при использовании внешнего коаксиального капилляра из металла происходит его электролиз, на поверхности появляется пленка, изменяется смачиваемость внутренней стенки коаксиального капилляра, что приводит к переходу режима стабильного электрораспыления к нестабильному и крупнокапельному. Существенное влияние смачиваемости внутренней поверхности внешнего капилляра в малом коаксиальном зазоре происходит под действием капиллярных сил, при этом возникает нестационарная жидкая пробка в зазоре, что изменяет стабильность потока отбираемой из области распыления парогазовой смеси и также приводит к некоторой нестабильности распыления. Особенно это сказывается при протяженном коаксиальном канале с малым зазором при поступлении раствора из жидкостного хроматографа в градиенте растворителей, что приводит к переменной смачиваемости и вязкости.The closest known, selected as a prototype, is an electrospray device for chromatographic streams of analyzed solutions of substances for ion sources [4]. This device, in comparison with [1, 2], is supplemented with a coaxial capillary, according to which a vapor-gas mixture is pumped from the meniscus region of the liquid, consisting of laboratory air and excess non-atomized solution that accumulates on the outside of the internal capillary through which the solution enters. The process of formation of charged particles in such a device occurs under normal conditions. Such a combination of electrospray and stimulated removal of the non-sprayed solution allows achieving relatively long-term spray stability (tens of minutes), but when using an external coaxial capillary from a metal, it electrolyzes, a film appears on the surface, the wettability of the inner wall of the coaxial capillary changes, which leads to a transition to a stable electrospray mode unstable and large droplet. A significant effect of the wettability of the inner surface of the external capillary in a small coaxial gap occurs under the action of capillary forces, and an unsteady liquid plug appears in the gap, which changes the stability of the flow of the vapor-gas mixture taken from the spraying region and also leads to some instability of the spraying. This is especially true for an extended coaxial channel with a small gap when the solution enters from a liquid chromatograph in a solvent gradient, which leads to a variable wettability and viscosity.
Задачей изобретения является устранение условий нестабильного электрораспыления растворов при возможности увеличения потока и устранения шумов в регистрируемых спектрах, обусловленных нестабильностью распыления.The objective of the invention is to eliminate the conditions of unstable electrospray of solutions with the possibility of increasing the flow and eliminating noise in the recorded spectra due to instability of spraying.
Поставленная задача решается за счет того, что в известном устройстве стабильного электрораспыления при атмосферном давлении растворов веществ для источников ионов, включающее капилляр, в торце которого расположен мениск распыляемого раствора и коаксиально которому расположен внешний капилляр большего диаметра, плоский противоэлектрод, коаксиальный зазор между капиллярами подключен к воздушному откачивающему насосу, отличающийся тем, что коаксиальный внешний капилляр выполнен в виде коаксиальной насадки из химически стойкого, несмачиваемого, непористого диэлектрика при этом торец насадки со стороны мениска имеет форму усеченного конуса с диаметром сечения и внутренним каналом равным двум диаметрам капилляра, на котором расположен мениск, внутренний канал расположен соосно оси прямого усеченного конуса и имеет переменное сечение, длина внутреннего канала, равная диаметру сечения конуса, составляет пять его диаметров, далее диаметр внутреннего канала много больше начального, вершина конуса имеет угол не более 90 градусов.The problem is solved due to the fact that in the known device for stable electrospray at atmospheric pressure of solutions of substances for ion sources, including a capillary, at the end of which there is a meniscus of the sprayed solution and coaxially to which there is an outer capillary of a larger diameter, a flat counter electrode, a coaxial gap between the capillaries is connected to air pumping pump, characterized in that the coaxial external capillary is made in the form of a coaxial nozzle of a chemically resistant in this case, the end face of the nozzle on the meniscus has the shape of a truncated cone with a section diameter and an inner channel equal to two capillary diameters on which the meniscus is located, the inner channel is aligned with the axis of the straight truncated cone and has a variable cross section, the length of the inner channel equal to the diameter the cross section of the cone is five of its diameters, then the diameter of the inner channel is much larger than the initial one, the top of the cone has an angle of no more than 90 degrees.
Заявляемое устройство стабильного электрораспыления при атмосферном давлении растворов веществ для источников ионов схематично представлено на фигуре 1. По внутреннему металлическому капилляру (1) подается раствор от жидкостного микронасоса (2). Этот капилляр заземлен. Коаксиально к капилляру (1) расположена внешняя диэлектрическая насадка (3). Излишки нераспыленного раствора, стекающие по внешней стенке капилляра (1), вместе с лабораторным воздухом откачиваются воздушным насосом (4) через зазор между капилляром (1) и коаксиальной насадкой (3). Использование внутреннего канала переменного сечения в коаксиальной насадке позволяет в начале в его узкой части получить высокую скорость газового потока, что эффективно уносит нераспыленную жидкость с внешней стороны внутреннего капилляра, а потом в широкой части уменьшить линейную скорость воздушного потока, не меняя его объемной скорости и снизить сопротивление во внутреннем канале. Это позволяет более тонко регулировать воздушный поток в коаксиальном зазоре, а следовательно и режим стабильного распыления. Напротив торца внутреннего капилляра (1) расположен плоский противоэлектрод (5) с центральным отверстием, электрически соединенный с высоковольтным источником питания (6).The inventive device is a stable electrospray at atmospheric pressure of solutions of substances for ion sources is shown schematically in figure 1. Through the inner metal capillary (1) a solution is supplied from a liquid micropump (2). This capillary is grounded. Coaxial to the capillary (1) is an external dielectric nozzle (3). Excess non-sprayed solution flowing down the outer wall of the capillary (1), together with the laboratory air, is pumped out by the air pump (4) through the gap between the capillary (1) and the coaxial nozzle (3). The use of an internal channel of variable cross-section in a coaxial nozzle makes it possible to obtain a high gas flow velocity at the beginning in its narrow part, which effectively carries away unsprayed liquid from the outside of the internal capillary, and then in the wide part reduces the linear velocity of the air flow without changing its volume velocity and reduces resistance in the inner channel. This allows you to more finely control the air flow in the coaxial gap, and hence the stable spraying mode. Opposite the end of the inner capillary (1) is a flat counter electrode (5) with a central hole, electrically connected to a high-voltage power source (6).
В целом отвод нераспыленной или сконденсировавшейся жидкости из области распыления и симметрия факела распыления позволяют получить заряженные частицы атомарных размеров, что в свою очередь позволяет локализовать область экстракции ионов из раствора при нормальных условиях и эффективно транспортировать ионы в анализатор. На фигуре 2 показана верхняя часть коаксиальной насадки, используемой в устройстве. Коаксиальная насадка выполнена из химически стойкого, несмачиваемого, непористого диэлектрика, например, PEEK. Торец насадки со стороны мениска имеет форму усеченного конуса (1) с диаметром сечения и внутренним каналом (2), равным двум диаметрам капилляра, на котором расположен мениск, внутренний канал расположен соосно оси прямого усеченного конуса и имеет переменное сечение, длина внутреннего канала, равная диаметру сечения конуса, составляет пять его диаметров (3), далее диаметр внутреннего канала много больше начального (4), вершина конуса имеет угол не более 90 градусов.On the whole, the removal of non-atomized or condensed liquid from the spray region and the symmetry of the spray jet allow one to obtain charged particles of atomic size, which in turn allows one to localize the region of extraction of ions from the solution under normal conditions and to efficiently transport ions to the analyzer. Figure 2 shows the top of the coaxial nozzle used in the device. The coaxial nozzle is made of a chemically resistant, non-wettable, non-porous dielectric, for example, PEEK. The end face of the nozzle on the meniscus side has the shape of a truncated cone (1) with a section diameter and inner channel (2) equal to two diameters of the capillary on which the meniscus is located, the inner channel is aligned with the axis of the straight truncated cone and has a variable section, the length of the inner channel is equal to the diameter of the cross section of the cone is five of its diameters (3), then the diameter of the inner channel is much larger than the initial (4), the top of the cone has an angle of no more than 90 degrees.
На фигуре 3 показана форма мениска соответствующего режиму стабильного электрораспыления раствора, полученного при соблюдении требований описываемого устройства. При несоблюдении требований, форма мениска имеет вид, представленный на фигуре 4 - капельный режим распыления, отличающийся крайней нестабильностью и широким разбросом размеров микрокапель, соответственно, в спектре присутствуют случайные сигналы.The figure 3 shows the shape of the meniscus corresponding to the regime of stable electrospray of the solution obtained in compliance with the requirements of the described device. If the requirements are not met, the meniscus shape has the form shown in Figure 4 — droplet spray mode, which is characterized by extreme instability and a wide scatter in the size of microdrops, respectively, random signals are present in the spectrum.
Источники информацииInformation sources
1. Александров М.Л., Галь Л.Н., Краснов Н.В., Николаев В.И., Павленко В.Α., Шкуров В.А. Экстракция ионов из растворов при атмосферном давлении - метод масс-спектрометрического анализа биоорганических веществ. // ДАН, 1984, Т.277, №2. Физическая химия, с. 379-383.1. Alexandrov M.L., Gal L.N., Krasnov N.V., Nikolaev V.I., Pavlenko V.Α., Shkurov V.A. The extraction of ions from solutions at atmospheric pressure is a method of mass spectrometric analysis of bioorganic substances. // DAN, 1984, V.277, No. 2. Physical chemistry, p. 379-383.
2. Tang X., Bruce J.E., Hill Н.Н. Characterizing electrospray ionization using atmospheric pressure ion mobility spectrometry // Anal. Chem., 2006, v. 78, p. 7751-7760.2. Tang X., Bruce J.E., Hill N.N. Characterizing electrospray ionization using atmospheric pressure ion mobility spectrometry // Anal. Chem., 2006, v. 78, p. 7751-7760.
3. www.agilent.com3. www.agilent.com
4. H.B. Краснов, M.З. Мурадымов, Самокиш В.А. Патент на изобретение №2530783 от 15.08.2014 г. Устройство электрораспыления хроматографических потоков анализируемых растворов веществ для источников ионов.4. H.B. Krasnov, M.Z. Muradymov, Samokish V.A. Patent for invention No. 2530783 dated 08/15/2014. Electrospray device for chromatographic streams of analyzed solutions of substances for ion sources.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015122706A RU2608362C2 (en) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | Device of stable electro-spraying solutions of substances at atmospheric pressure for ion sources |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015122706A RU2608362C2 (en) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | Device of stable electro-spraying solutions of substances at atmospheric pressure for ion sources |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015122706A RU2015122706A (en) | 2016-12-27 |
RU2608362C2 true RU2608362C2 (en) | 2017-01-18 |
Family
ID=57759290
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015122706A RU2608362C2 (en) | 2015-06-11 | 2015-06-11 | Device of stable electro-spraying solutions of substances at atmospheric pressure for ion sources |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2608362C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2754826C1 (en) * | 2020-09-25 | 2021-09-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук | Method for forming proton beams under atmospheric pressure |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6690006B2 (en) * | 2001-05-24 | 2004-02-10 | New Objective, Inc. | Method and apparatus for multiple electrospray sample introduction |
RU2530783C2 (en) * | 2012-04-27 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН) | Apparatus for electrospraying chromatographic streams of test solutions of substances for ion sources |
WO2015031820A1 (en) * | 2013-08-29 | 2015-03-05 | University Of Notre Dame Du Lac | High sensitivity electrospray interface |
-
2015
- 2015-06-11 RU RU2015122706A patent/RU2608362C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6690006B2 (en) * | 2001-05-24 | 2004-02-10 | New Objective, Inc. | Method and apparatus for multiple electrospray sample introduction |
RU2530783C2 (en) * | 2012-04-27 | 2014-10-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук (ИАП РАН) | Apparatus for electrospraying chromatographic streams of test solutions of substances for ion sources |
WO2015031820A1 (en) * | 2013-08-29 | 2015-03-05 | University Of Notre Dame Du Lac | High sensitivity electrospray interface |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2754826C1 (en) * | 2020-09-25 | 2021-09-07 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт аналитического приборостроения Российской академии наук | Method for forming proton beams under atmospheric pressure |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015122706A (en) | 2016-12-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Covey et al. | Atmospheric pressure ion sources | |
US9768004B2 (en) | Systems, devices, and methods for connecting a chromatography system to a mass spectrometer | |
RU2530783C2 (en) | Apparatus for electrospraying chromatographic streams of test solutions of substances for ion sources | |
KR102483035B1 (en) | Multi-Gas Flow Ionizer | |
JP5589750B2 (en) | Ionizer for mass spectrometer and mass spectrometer equipped with the ionizer | |
JPWO2016079780A1 (en) | Ion mobility analyzer | |
US8716675B2 (en) | Methods and apparatus for mass spectrometry utilizing an AC electrospray device | |
US8368012B2 (en) | Guiding charged droplets and ions in an electrospray ion source | |
US11189477B2 (en) | APCI ion source with asymmetrical spray | |
US10684256B2 (en) | Analysis device provided with ion mobility separation part | |
GB2523873A (en) | Systems, devices and methods for connecting a chromatography system to a mass spectrometer | |
US10551346B2 (en) | Ion analysis device | |
RU2608362C2 (en) | Device of stable electro-spraying solutions of substances at atmospheric pressure for ion sources | |
RU2613429C2 (en) | Method of drop-free ion flow forming at analyzed electric spraying solutions in ions sources with atmospheric pressure | |
JP4254546B2 (en) | Mass spectrometer | |
RU2530782C2 (en) | Method for electrospraying chromatographic streams of test solutions of substances for ion sources | |
JP5975158B2 (en) | Interface and liquid chromatograph mass spectrometer | |
RU2608361C2 (en) | Device for formation of drop-free ion flow at electrospraying of analyzed solutions in ion sources with atmospheric pressure | |
RU169146U1 (en) | The device of the ion source is an electrospray for obtaining a drop-free stable ion current of the analytes from solutions for a long time | |
RU2587679C2 (en) | Device for continuous stable electric spraying of solutions in source of ions at atmospheric pressure | |
JP6725082B2 (en) | ESI sprayer | |
JP4389515B2 (en) | Mass spectrometer | |
US20120318973A1 (en) | Atmospheric pressure ionization apparatus and method | |
RU2608366C2 (en) | Method for stable electrospraying of solutions in source of ions at atmospheric pressure | |
RU2612324C2 (en) | Method of continuous stable electric spraying of solutions in source of ions at atmospheric pressure |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180612 |