电喷雾离子化接口及其在毛细管电泳_质谱法中的应用.docVIP

电喷雾离子化接口及其在毛细管 电泳?质谱法中的应用 田肖丹3 杨艹凡原 谷 胜 王小如 (厦门大学化学系 国家教委材料与生命过程分析科学开放研究实验室, 厦门 361005) 摘 要 论述了 E S I 的工作原理、结构和 C E 2E S I2M S 的应用 关键词 电喷雾离子化接口; 毛细管电泳?质谱 自从 1981 年 Jo ge r so n 等1 证明毛细管电 泳 (C E ) 具有超群的分离效能 ( 40 万理论塔板 数) , C E 开始了一个蓬勃发展的时期。 尤其在 分离分析复杂的生物样品和当样品量极少时, C E 具有它独特的优越性2 。但是 C E 有限的进 样量也对检测器的灵敏度提出了较高的要求。 质谱仪 (M S) 是一种分离方法中广泛应用的选 择性检测器, 它可提供混合物样品中未知组份 的结构信息, 具有很高的选择性和灵敏度。 将 C E 和 M S 联用可实现在一个体系中将相当高 的分离效率和结构信息相结合3 。 目前主要有两种形式的接口应用于 C E - M S, 包括电喷雾接口 (E S I) 和连续流动快原子 轰击接口 (cfFA B )。与 cfFA B 相比, E S I 具有较 低的背景噪声和较高的灵敏度。 1 电喷雾离子化接口的原理 电喷雾离子化过程包括将样品溶液雾化成 具有高电荷液滴的气溶胶和将这些带电液滴去 溶后使溶剂化的分析物离子化两个过程9 。 电 喷雾是将一几千伏的高电场加到一个从毛细管 或电喷雾针尖流出的相对小流量的液体上而引 发的。在此电场的作用下, 液体表面被充有高电 荷并且带电液滴的喷雾在毛细管的末端形成 ( 见图 1)。 带电液滴的极性可通过加在毛细管 上的电压极性进行调节。 通过提高针尖和对电 极之间的电压, 可产生一系列过程。这些过程之 间的转换可通过测量电喷雾针尖和对电极之间 的电流进行监测。 电喷雾的过程可分为四个阶 段7 : 电 喷 雾 离 子 化 过 程 首 先 由 D o le 等4, 5 提 出, 但直到十年之后才由 F en n 等6 ～ 8 将电喷雾 离子化技术发展为质谱法中的一个主要技术。 F en n 等发现 E S I 不仅产生单电荷离子, 而且能 产生多电荷离子。 这个发现使具有有限质荷比 范围的传统质谱分析仪可用于生物大分子的分 子量的测定, 极大地延伸了质谱在分析生物大 分子方面的能力及应用范围。由于 E S I 的这种 特点, 它成为???年来M S 联用技术中最热门的 课题之一。 图 1 电喷雾离子化接口中电喷雾的形成示意图 国家自然科学基金委资助课题, 厦门市政府资助课题 — 77 —  (1) 在低电场时, 由于电场力作用不充分, 液滴几乎是从电喷雾针尖垂直出来的, 随后, 在 较高的电场, 形成一个接近水平的液体柱并一 直延伸到毛细管的末端; (2) 液体柱继续伸长, 导致在它的末端形成 一个非常尖的点, 这就是所谓的 Ze len y 锥。 由 于电场影响液体射流表面的雷利不稳定性, 由 小液滴组成的细雾从射流的锥尖形成, 电喷雾 过程开始; (3) 在更高的电场下, 这种轴向喷雾模式转 变成另一种喷雾模式: 液锥消失, 细雾从电喷雾 末端锋利边缘的一些点上形成, 这就是所谓的 边缘发射模式; 最后, 在更高的电场下, 在离子 源中形成稳定的放电。在实际应用中, 电喷雾离 子化过程以轴向和边缘发射的喷雾模式进行。 电喷雾离子化过程的机理在过去的几年里一直 是一个非常有争议的问题6 ～ 8, 10～ 19 , 目前普遍 接受的关于电喷雾离子化过程的机理是: 当带 电液滴向对电极 ( 离子聚焦环) 漂移时, 逆向的 干燥气使中性溶剂分子迅速蒸发, 随着液滴的 蒸发, 液滴的半径减小, 表面的电荷密度增大, 直到产生的库仑力和液滴表面张力的雷利极限 值相等, 此时, 液滴就会爆裂而形成更小的子液 滴, 这些子液滴又会蒸发, 直到达到雷利极限而 再一次爆裂, 这个过程一直进行下去, 直到液滴 变得非常小。由于液滴的曲率半径很小, 而它的 表面电荷密度很大, 结果在液滴表面形成非常 强的电场, 这电场足以从液滴中解析出离子并 使其进入到周围气体中, 图 2 给出了分子离子 的形成过程。事实上, 样品的电喷雾离子化过程 具有更复杂的机理, 因为除了从小液滴蒸发出 检测离子外, 还有气相的离子分子反应在离子 化过程中起着重要作用。 450Λm 的不锈钢套管作为 C ZE 的阴极和电喷 雾针, 套管的电压通过一个 0～ 5 kV 的直流电 源控制。 不锈钢套管确保与毛细管流出物的直 接电接触, 因而完成 C ZE 的 回 路 和 引 发 电 喷 雾。 图 2 电喷雾离子化接口中多电子离子的形成示意