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用于定量分析的基于受调节的辉光放电的软电离

阅读：780发布：2020-05-22

专利汇可以提供用于定量分析的基于受调节的辉光放电的软电离专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开的一方面提供了一种质谱分析的方法，该方法包括：在处于3‑100mBar之间压力下的惰性气体内产生辉光放电；对通过导电通道(55)的气流内的辉光放电产物进行采样和调节；在传送激发的里德伯原子的同时去除带电粒子；和在150℃以上的提升的温度下在封闭的室内将受调节的放电产物与分析物流混合，以便在分析物分子和里德伯原子之间产生彭宁反应。该方法进一步包括：通过气流采样所述分析物离子而用于质谱分析；和以下步骤中的至少一个：(i)去除所述调节通道(55)内的电荷；(ii)使分析物流与受调节的等离子体的流同轴混合；和(iii)在音速射流或超音速射流内冷却混合流，以便将彭宁电离的区域减小至冷射流。，下面是用于定量分析的基于受调节的辉光放电的软电离专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种质谱分析方法，该方法包括以下步骤：
在处于3至100mBar之间的气体压力下的惰性气体内产生RF或DC辉光放电；
对通过导电通道(55)的气流内的辉光放电产物进行采样和调节，以便在传送激发的里德伯原子时去除带电粒子；
在150℃以上的提升的温度下在封闭的室内将受调节的放电产物与分析物流混合，以便在分析物分子和所述里德伯原子之间产生彭宁反应，以产生所述分析物的离子；
通过气流采样所述分析物离子以用于质谱分析；以及
以下步骤中的至少一个：
(i)由于使突伸通过所述调节通道(55)的绝缘表面带电，导致去除所述调节通道内的电荷；
(ii)使分析物流与受调节的等离子体的流同轴混合；以及
(iii)在音速射流或超音速射流内冷却所述混合流，以便将彭宁电离的区域减小至冷射流。
2.如权利要求1所述的方法，其中，分析物的所述分子离子在电离过程中或者在可控的碰撞诱导解离的步骤中被部分地碎裂，其中将所获得的碎片谱与电子撞击的库谱相比较，以便识别分析物和进行结构解析。
3.如权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括在液体或固体基质内引入较少的挥发性化合物，以在基质流量保持在10ng/s以下的情况下扩大分析物挥发性的范围，以及其中分析物样品通过以下步骤之一被带到气相：
(a)进行快速热解吸；
(b)进行脉动激光解吸；
(c)进行液体样品雾化，其中在经过气溶胶时通过侧向的和反向的气体去除溶剂蒸汽；
以及
(d)从毛细管电泳或纳米液相色谱以10nL/min以下的流率进行雾化。
4.如权利要求1至3之一所述的方法，所述方法进一步包括上游串联色谱分离的步骤，所述上游串联色谱分离的列表包括：(i)GCxGC；(ii)LC-GC；(iii)LC-LC；(iv)LC-CE。
5.如权利要求2所述的方法，为了增强分析复杂混合物时的选择性，所述方法进一步包括在离子碎裂的步骤之前对父离子进行质量或离子迁移率选择的步骤。
6.如权利要求2所述的方法，所述方法进一步包括改变碎裂能量的步骤。
7.如权利要求1至6之一所述的方法，为了增强分析的选择性，所述方法进一步包括以下步骤：将试剂气体添加到受调节的辉光放电的区域中，从而将里德伯离子转化为试剂离子。
8.如权利要求1至7之一所述的方法，所述方法进一步包括以下步骤：利用高分辨率多反射飞行时间质谱仪(58)对被电离的分析物离子进行质谱分析，所述高分辨率多反射飞行时间质谱仪在频繁编码脉动的状态下操作。
9.一种质谱分析方法，包括以下步骤：
在受调节的辉光放电离子源中进行定量的且软的电离；
在时间上交替进行分子量的测量和分子离子的碎裂；以及
通过与电子撞击谱库比较来识别化合物。
10.如权利要求9所述的方法，所述方法进一步包括以下组中的至少一个步骤：(i)预先对分析物分子进行多级色谱分离；(ii)预先对分子离子进行质量分离；(iii)对分子离子进行离子迁移率分离。
11.一种组装用于质谱设备(50)的离子源的方法，包括：
提供限定采样调节通道(55)的反应器室(53)；
设置与所述反应器室(53)相邻的辉光放电室(52)；
提供突出到所述辉光放电室(52)的内部中的管状电极(51)；
在所述反应器室(53)的出口端处设置采样喷嘴(56)；
提供用于进行样品引入的毛细管(54)，其中所述毛细管(54)穿过所述辉光放电室(52)、突伸通过所述管状电极(51)、以及至少部分地穿过所述反应器室(53)；以及在允许气体排出的位置上设置机械流体泵(57)，其中所述机械流体泵(57)使气体从所述辉光放电室(52)经过所述采样喷嘴(56)排出。
12.如权利要求11所述的方法，所述方法进一步包括：
使突伸通过所述采样调节通道(55)的绝缘表面带电。
13.如权利要求11所述的方法，其中，由所述机械流体泵(57)所排出的气体包括惰性气体，并且其中，所述惰性气体在被排出之前在所述辉光放电室(52)内被加压。
14.一种用于质谱设备(50)的离子源，包括：
反应器室(53)，所述反应器室(53)限定采样调节通道(55)；
辉光放电室(52)，所述辉光放电室(52)布置成与所述反应器室(53)相邻；
管状电极(51)，所述管状电极(51)突出到所述辉光放电室(52)的内部，其中所述管状电极(51)接收电压；
采样喷嘴(56)，所述采样喷嘴(56)布置在所述反应器室(53)的出口端处；
毛细管(54)，所述毛细管(54)用于进行样品引入，其中所述毛细管(54)穿过所述辉光放电室(52)、突伸通过所述管状电极(51)、以及至少部分地穿过所述反应器室(53)；以及机械流体泵(57)，所述机械流体泵(57)布置在允许气体排出的位置上，其中所述机械流体泵(57)使气体从所述辉光放电室(52)经过所述采样喷嘴(56)排出。
15.如权利要求14所述的离子源，进一步包括：
绝缘表面，所述绝缘表面突伸通过所述采样调节通道(55)。
16.如权利要求14所述的离子源，其中，由所述机械流体泵(57)所排出的气体包括惰性气体，并且其中，所述惰性气体在被排出之前在所述辉光放电室(52)内被加压。
17.一种分析方法，包括：
在受调节的辉光放电离子源中定量地软电离分析物；
在时间上交替进行分子量的测量和分子离子的碎裂；以及
通过与电子撞击谱库比较来识别化合物。
18.如权利要求17所述的分析方法，其中，电离步骤包括：
从处于3-100mBar之间的提升的压力下的惰性气体产生辉光放电；
通过采样调节通道(55)对所述辉光放电进行调节；以及
通过在提升的温度下将分析物与受调节的辉光放电混合来电离所述分析物。
19.如权利要求18所述的分析方法，其中，使所述采样调节通道(55)内的绝缘表面带电以去除通过所述采样调节通道(55)的流的电荷。
20.如权利要求18或权利要求19所述的分析方法，其中，电离分析物的步骤包括使所述分析物的流与所述辉光放电的流同轴混合。
21.如权利要求18或权利要求20所述的分析方法，其中，在电离分析物的步骤之后进行在射流内冷却被电离的分析物的步骤。
22.如权利要求18所述的分析方法，其中，电离分析物的步骤发生在采样喷嘴(56)的节流部处。
23.一种受调节的辉光放电电离的方法，包括：
设置向外排气最少的封闭电离室(52)；
将所述电离室(52)加热至250摄氏度以上的提升的温度；
将惰性气体以每分钟一百毫升和每分钟一千毫升之间的流率供送到所述电离室(52)中；
通过采样调节通道(55)排出气体；
在管状电极(51)和反电极之间诱导辉光放电；
将绝缘表面插入通过所述管状电极(51)以使辉光放电诱导稳定；
产生通过所述采样调节通道(55)的气流，以使所诱导的辉光放电产物移动；
使所述绝缘表面突伸通过所述采样调节通道(55)；
引入分析物样品；
在采样孔(56)的紧邻附近或在该采样孔(56)的节流部内将所述分析物样品与所述辉光放电产物混合；
在气体冷却射流内提供所述分析物样品的局部冷却，其中，所述气体冷却射流在所述采样孔(56)内或周围形成；以及
将产物引导至质谱仪(58)。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述绝缘表面包括石英毛细管(54)，并且其中，所述石英毛细管(54)引入被分析的样品。

说明书全文

用于定量分析的基于受调节的辉光放电的软电离

技术领域

[0001] 本公开涉及质谱法。更具体地，本公开涉及利用基于受调节的辉光放电电离的软的且定量的电离源的质谱法。

背景技术

[0002] 软电离方法(如电喷雾(ESI)和基质辅助激光解吸/电离(MALDI))的发展已经将质谱分析的领域延伸到广泛类别的不稳定化合物—例如肽、核苷酸、蛋白质和脂质—并且已经引起了广泛范围的生物学和医学应用的发展。这些方法已知受限于容易在液体中产生离子的化合物(例如离子盐)，和容易产生质子化离子MH+和去质子化离子(M-H)-的极性化合物。借助大气压化学电离(APCI)和大气压光电离(APPI)方法的引入，软电离化合物的范围扩展到半极性化合物。然而，一个缺点在于：这些软电离方法不是完全定量的，因为被分析的化合物的性质限定并改变电离效率和抵抗竞争性离子分子反应的气相稳定性。

[0003] 另一方面，作为真正的定量方法的电子撞击电离(EI)已经长期存在，其中，化合物蒸汽通过电子轰击被离子化。电离效率在宽范围的分析物浓度中保持恒定，通常分析物浓度在样品装载通过气相色谱(GC)时被测量。通常，从低至最灵敏的仪器中的十飞克(10fg)的检测极限(LOD)到高达十纳克(10ng)的装载范围(即，至少六个数量级的动态范围内)均保持了线性。电离效率(即，响应对负载)基本不取决于分子性质，并且保持独立于其它共洗脱(coeluting)化合物和基质。这使得EI方法在各个化学类别之间是一致的，并且是真正定量的。然而，EI方法受限于半挥发性化合物，并且它不是软的，因为它产生广泛碎裂。

[0004] 除了与EI方法的源耦合以外，GC分离已经耦合到替代的、特别是更软的电离方法—例如化学电离(CI)和场电离(FI)—这些方法提供了更强的分子峰。然而，CI技术也易于受到基质和相互干扰效应的影响。利用这种电离方法，电离效率和谱成分均强烈地取决于仪器参数。因此，CI技术不被认为是完全软的、真正定量的或能够提供库谱的。由于会快速污染离子源，CI技术也被认为是“脏的”。FI方法常常被视为软电离方法；然而，它是棘手的、不稳定的且不灵敏的(其典型的检测极限仅仅约一百皮克(100pg)。因此，FI方法没有被广泛采用。

[0005] 相比于EI，光电离(PI)和光化学电离(APPI)方法软得多，但是对于高度易碎的化合物而言仍然产生碎片。Schlag在美国专利No.4,570,066(其通过引用完全并入本文)中描述：用于激光解吸核苷酸和短肽的多光子电离以及其通过超音速射流的冷却所随后利用的多光子共振电离表现为适度软的。由于选择性电离、不足够软且被分析的化合物类别有限，该方法没有被广泛采用。

[0006] 辉光放电已经在用于元素和有机分析的质谱法中长期使用，例如在F.W.Aston的《质谱与同位素》(第二版，朗文格林出版社，纽约，1942，其通过引用完全并入本文)中。在Hunt等人的《分析化学》第47卷(1975)第1730页(其通过引用完全并入本文)中，提出了用于电离处于CI源中的掺杂气体的Taundsen辉光放电。美国专利NO.4,321,467(其通过引用完全并入本文)提出了在mbar水平的气体压力下的后辉光流(flow-afterglow)中进行有机物电离。如在美国专利NO.4,647,772和美国专利NO.4,794,252(这两个专利中的每一个通过引用完全并入本文)中所描述的那样，VG分析经由热喷雾接口引入液体样品，并且在前级真空区域中诱导辉光放电。在美国专利NO.4,849,628(其通过引用完全并入本文)中，McLuckey建议将液体蒸汽从大气压区域采样到处于1至10mbar的气体压力下的前级真空级内的辉光放电中。如在《应用光谱学》第44卷(1990)第1391页和《分析化学》第64卷(1992)第1426页(这两个文献中的每一个通过引用完全并入本文)中所描述的那样，Lubman等人建议在处于大气压下的氦辉光放电中对气体和液体样品进行电离。许多团体已经尝试改进了辉光放电电离源的软度和分析优点。尽管存在各种各样的辉光放电源，所采用的电离方法分为两类：(a)直接电离和(b)化学电离。

[0007] 辉光放电中的直接电离的发生主要源于因受激发的亚稳惰性气体而导致的彭宁电离(Penning ionization)，而次要通道对应于从放电离子的电荷转移和对应于电子撞击电离。这样的电离有可能是定量的，但是是硬的(harsh)。例如，Bertand等人在JASMS第5卷(1994)第305页(其通过引用完全并入本文)中将有机分析物暴露于mBar的辉光放电，并且证实了五个数量级的动态范围内的线性信号响应，同时获得具有从EI谱至CI谱的变化的软度的谱。灵敏度和软度均表现为强烈地取决于被分析的化合物和离子源的参数。如由Mason等人在《国际质谱测定法与离子过程杂志》第91卷(1989)第209页(其通过引用完全并入本文)中所示的那样，添加掺杂气体提高分子质子化离子的强度，并且形成类似于CI谱的谱。

[0008] 辉光放电中的化学电离(或者通过辉光放电的采样产物)的发生主要源于从质子化水簇(water cluster)的质子转移，所述水簇源于技术纯的气体中普遍存在的水迹。如由Hansel等人在《国际质谱测定法与离子过程杂志》第149卷(1995)第609页(其通过引用完全并入本文)中所描述的那样，已经刻意地在受控的质子转移反应(PTR)质谱法中促进从水簇的质子转移。如在《应用光谱学》第44卷(1990)第1391页和《分析化学》第64卷(1992)第1426页(这两个文献中的每一个通过引用完全并入本文)中所描述的那样，Lubman等人在处于大气压下的氦辉光放电中对气体和液体样品进行电离。向液体样品添加水显著地改进了有机谱的软度。然而，质子转移反应造成单位浓度的非线性信号响应和不一致的电离。被分析的化合物之间的电离效率在三个数量级内变化。已知的是质子亲合力取决于化合物极性，这解释了各化学类别之间的不一致的电离。在大气(相比于mbar)压下的操作增加了离子分子反应的作用，这解释了分析物相互干扰和基质抑制效应，甚至在充电剂(charging agent)大量过量的情况下。

[0009] DART辉光放电的方法已经在Andrade等人的《分析化学》第80卷(2008)第2646-2653页(其通过引用完全并入本文)中描述，其中挥发性化合物与处于大气压下的氦中的辉光放电混合。虽然该方法描述了彭宁电离为主要机制，但是大量的气体碰撞导致因离子分子反应的显著畸变(distortion)。因此，这对于极性化合物而言还产生质子化离子，因此也易于受到区分(discrimination)和干扰效应的影响。因此，辉光放电电离可能(a)在直接GD电离下是定量的，但是是硬的，或(b)在化学电离下是软的，但不是定量的，所述化学电离主要通过从水簇的质子转移实现。

[0010] 在WO 2012/024570(其通过引用完全并入本文)中，该公开的发明人尝试通过利用调节器(即导电管，用于控制在将放电产物采样到具有分析物的离子-分子反应器中之前等离子体的停留时间)使辉光放电中的直接电离软化。GC入口、净化气体和清洁材料被用来减小淬灭寄生蒸汽(quenching parasitic vapor)的量。然而，该调节表现为强烈地取决于痕量的蒸汽，严重降低了电离效率，因此选择保持不变—要么定量，要么软。

发明内容

[0011] 本公开提供了长期等待的通过受调节的辉光放电方法而实现的软的且定量的电离的组合。该方法还使用美国国家标准和技术研究所(NIST)的库搜索来实现有效的识别。该方法通过以下内容实现这种理想的电离：(a)在mBar下的辉光放电中产生大流量的亚稳惰性气体原子；(b)采样这些亚稳粒子并且抑制带电粒子；和(c)利用气体冷却分析物分子，与此同时在冷的超音速气体射流中以受限的气体碰撞量进行彭宁电离。

[0012] 本公开所提供的方法的一个惊人的方面在于气体冷却对于分析物离子稳定化的效果。分析物和周围氩气的冷却显著地减少碎片的量，并且提供仅仅具有分子M+离子的谱。在一种实施方式中，超音速射流冷却设置在对分析物分子和辉光放电产物进行同轴采样的位置处。

[0013] 气体冷却至超过辉光放电形成亚稳原子的激发效应，并且软电离在宽范围的放电参数下发生。这允许在使用非常适度的调节以去除带电粒子的同时获得大流量的亚稳原子。因此，电离效率接近均一(单位注入分析物分子所形成的离子的比例)，并且在各化学类别的分析物之间表现一致。

[0014] 通过该方法的高效电离在超音速射流内实现，其中具有估计为约100次的小数量的中性碰撞。因此，即使在合理的技术纯的气体和材料的情况下，源强烈地减少了簇形成的量以及其它寄生离子与分析物离子进行分子反应的量。

[0015] 本公开所提出的新颖方法是被称为冷GD的受调节的辉光放电电离方法。这种新颖的冷GD方法的实验测试证实了：

[0016] 1.)不稳定分子的软电离—例如烷烃、邻苯二甲酸酯、硝基化合物、脂肪酸—这些分子已知在如EI、CI、冷EI和PI这样的方法中产生广泛碎裂；

[0017] 2.)仅仅形成分子M+离子，这简化了谱的识别，这不同于现有技术的辉光放电和PI源(其形成M+和MH+离子两者)；

[0018] 3.)在宽范围的类别之间具有一致的响应，对烷烃、多环芳香烃(PAH)、多氯联苯(PCB)、邻苯二甲酸酯和含硝基的化合物得到了证实；

[0019] 4.)在至少四个数量级的动态范围内具有线性响应，所述动态范围介于经由GC柱装载的一皮克(1pg)到十纳克(10ng)之间；

[0020] 5.)在化学基质流量低于10ng/s的情况下，不存在化学区分、干扰和基质效应；

[0021] 6.)在离子传送接口内进行离子激发的情况下能够形成NIST类型的碎片，这是M+离子的特性，并且有利于基于库谱的化合物识别；和

[0022] 7.)离子源的快速响应，匹配GCxGC分析的速度。

[0023] 软性、真正的定量、大的动态范围和快速的响应的组合带来了改进石油组学和代谢组学的领域中的分析方法的许多机会，以便利用多维分离，如GCxGC-MS、GC-IMS-MS、GC-MS-MS来用于复杂混合物分析。本公开中描述一些实施方式以及它们用于定量分析复杂混合物和检测超痕量的新颖方面。

[0024] 本公开的一方面提供了一种质谱分析的方法，该方法包括：在处于3至100mBar之间的气体压力下的惰性气体内产生RF或DC辉光放电；对通过导电通道的气流内的辉光放电产物进行采样和调节，以便在传送激发的里德伯(Ridberg)原子的同时去除带电粒子；在150℃以上的提升的温度下在封闭的室内将受调节的放电产物与分析物流混合，以便在分析物分子和所述里德伯原子之间产生彭宁反应，以产生所述分析物的离子；和采样所述分析物离子(通过气流)而用于质谱分析。该方法还包括以下步骤中的至少一个：(1)由于使突伸通过该调节通道的绝缘表面带电，导致去除所述调节通道内的电荷；(2)使分析物流与受调节的等离子体的流同轴混合；和(3)在音速射流或超音速射流内冷却混合流，以便将彭宁电离的区域减小至冷射流。

[0025] 本公开的实施方式可以包括以下可选特征中的一个或多个。在一些实施方式中，分析物的分子离子在电离过程中或者在可控的碰撞诱导解离的步骤中被部分地碎裂，并且将所获得的碎片谱与电子撞击的库谱相比较，以便识别分析物和进行结构解析。在一些示例中，该方法进一步包括在液体或固体基质内引入较少的挥发性化合物，以在基质流量保持在10ng/s以下的情况下扩大分析物挥发性的范围，其中分析物样品通过以下步骤之一被带到气相：(a)进行快速热解吸；(b)进行脉动激光解吸；(c)进行液体样品雾化，其中在经过气溶胶的同时通过侧向的和反向的气体去除溶剂蒸汽；和(d)从毛细管电泳或纳米液相色谱以10nL/min以下的流率进行雾化。该方法可以进一步包括上游串联色谱分离的步骤，所述上游串联色谱分离的列表包括：(i)GCxGC；(ii)LC-GC；(iii)LC-LC；(iv)LC-CE。

[0026] 在一些实施方式中，为了增强分析复杂混合物的选择性，该方法进一步包括在离子碎裂的步骤之前利用质量或离子迁移率对父离子进行选择的步骤。该方法可以进一步包括改变碎裂能量的步骤。在一些示例中，为了增强分析的选择性，该方法进一步包括将试剂气体添加到受调节的辉光放电的区域中的步骤，从而将里德伯离子转化为试剂离子。在一些实施方式中，该方法进一步包括利用高分辨率多反射飞行时间质谱仪对被电离的分析物离子进行质谱分析的步骤，所述高分辨率多反射飞行时间质谱仪在频繁编码脉动的状态下操作。

[0027] 本公开的另一方面提供了一种质谱分析的方法，该方法包括：在受调节的辉光放电离子源中进行定量的且软的电离；在时间上交替进行分子量的测量和分子离子的碎裂；和通过与电子撞击谱库比较来识别化合物。本公开的此方面可以包括以下可选特征中的一个或多个。在一些示例中，该方法进一步包括以下组中的至少一个步骤：(i)预先对分析物分子进行多级色谱分离；(ii)预先对分子离子进行质量分离；(iii)对分子离子进行离子迁移率分离。

[0028] 本公开的又一方面提供了一种组装用于质谱设备的离子源的方法，该方法包括：提供反应器室；设置与所述反应器室相邻的辉光放电室；提供突出到所述辉光放电室的内部中的管状电极；在所述反应器室的出口端处设置采样喷嘴；提供用于样品引入的毛细管；
和在允许气体排出的位置上设置机械流体泵。所述机械流体泵使气体从所述辉光放电室经过所述采样喷嘴排出。所述反应器室限定采样调节通道。所述毛细管穿过所述辉光放电室、突伸通过所述管状电极、并且至少部分地穿过所述反应器室。

[0029] 本公开的此方面可以包括以下可选特征中的一个或多个。在一些实施方式中，该方法进一步包括：使突伸通过所述采样调节通道的绝缘表面带电。在一些示例中，由所述机械流体泵所排出的气体是惰性气体，并且所述惰性气体在被排出之前在所述辉光放电室内被加压。

[0030] 本公开的第四方面提供了一种用于质谱设备的离子源，该离子源包括：反应器室，所述反应器室限定采样调节通道；辉光放电室，所述辉光放电室布置成与所述反应器室相邻；管状电极，所述管状电极接收电压并且突出到所述辉光放电室的内部中；采样喷嘴，所述采样喷嘴布置在所述反应器室的出口端处；毛细管，所述毛细管用于样品引入；和机械流体泵。所述毛细管穿过所述辉光放电室、突伸通过所述管状电极、并且至少部分地穿过所述反应器室。所述机械流体泵布置在允许气体排出的位置上，并且所述机械流体泵使气体从所述辉光放电室经过所述采样喷嘴排出。

[0031] 本公开的此方面可以包括以下可选特征中的一个或多个。在一些示例中，所述离子源进一步包括绝缘表面，所述绝缘表面突伸通过所述采样调节通道。在一些实施方式中，由所述机械流体泵所排出的气体是惰性气体，并且所述惰性气体在被排出之前在所述辉光放电室内被加压。

[0032] 本公开的又一方面提供了一种分析方法，该方法包括：在受调节的辉光放电离子源中定量地软电离分析物；在时间上交替进行分子量的测量和分子离子的碎裂；和通过与电子撞击谱库比较来识别化合物。

[0033] 本公开的此方面可以包括以下可选特征中的一个或多个。在一些实施方式中，电离步骤包括：从处于3-100mBar之间的提升的压力下的惰性气体产生辉光放电；对通过采样调节通道的所述辉光放电进行调节；和通过在提升的温度下将分析物与受调节的辉光放电混合来电离所述分析物。在一些示例中，使所述采样调节通道内的绝缘表面带电以去除通过所述采样调节通道的流的电荷。电离分析物的步骤可以包括使所述分析物的流与所述辉光放电的流同轴混合。在一些示例中，在电离分析物的步骤之后进行在射流内冷却被电离的分析物的步骤。在一些实施方式中，电离分析物的步骤发生在所述采样喷嘴的节流部处。

[0034] 本公开的又一方面提供了一种受调节的辉光放电电离的方法，该方法包括：设置向外排气最少的封闭电离室；将所述电离室加热至250摄氏度以上的提升的温度；将惰性气体以每分钟一百毫升至每分钟一千毫升的流率供送到所述电离室中；通过采样调节通道排出气体；在管状电极和反电极之间诱导辉光放电；将绝缘表面插入通过所述管状电极，以稳定辉光放电诱导；产生通过所述采样调节通道的气流，以使所诱导的辉光放电产物移动；使所述绝缘表面突伸通过所述采样调节通道；引入分析物样品；在采样孔的紧邻附近或在该采样孔的节流部内将所述分析物样品与所述辉光放电产物混合；在气体冷却射流内提供所述分析物样品的局部冷却，其中，所述气体冷却射流在所述采样孔内或周围形成；和将产物引导至质谱仪。

[0035] 本公开的此方面包括可以包括以下可选特征。所述绝缘表面可以是石英毛细管，并且所述石英毛细管可以引入被分析的样品。附图说明

[0036] 图1-3是示例性的化学辉光放电电离设备的示意图。

[0037] 图4是示例性的受调节的辉光放电电离设备的示意图。

[0038] 图5A-5B是应用受调节的气体放电(CGD)方法来对半挥发性化合物的复杂混合物进行质谱分析的示例性设备的示意图。

[0039] 图6A-6B示出了涉及射流效应的图示，所述射流用于冷却由图5A-5B的设备所实现的CGD方法。

[0040] 图7示出了利用由图5A-5B的设备所实现的CGD方法所生成的代表性化合物的谱的示例。

[0041] 图8示出了利用由图5A-5B的设备所实现的CGD方法所获得的在不同的碰撞诱导解离能量下的六氯苯的谱列(array of spectra)。

[0042] 图9示出了各种类型的分析物的存活率(分子M+离子相对于总谱强度的相对强度)与进入到包含在图5A-5B的设备中RF离子导向器中的离子注入能量的图示。

[0043] 图10A-10D示出了碎片谱解释的结果。

[0044] 图11示出了涉及脂肪酸甲酯(FAME)的分析的谱。

[0045] 图12A-12C示出了针对MegaMix样品的CGD方法和EI方法的总离子流之间的比较。

[0046] 图13示出了信号与装载到气相色谱(GC)柱上的HCB的双对数图示，其示出了CGD用于定量分析的能力。

[0047] 图14示出了将不同的电离方法的特性与由图5A-5B的设备所实现的CGD方法的特性进行比较的表格。

[0048] 图15是用于制造图5A-5B的设备的具体的示例性的操作的流程图。

[0049] 图16是用于执行包括由图5A-5B的设备所实现的CGD方法的质谱分析的具体的示例性的操作的流程图。

[0050] 各图中相同的附图标记表示相同的元件。

具体实施方式

[0051] 本公开描述了利用基于辉光放电电离的软的且定量的电离源的质谱方法和设备。首先参考图5A-5B，公开了在下文中更详细描述的受调节的辉光放电电离质谱设备50和伴随的受调节的辉光放电(“CGD”)方法。转向图14，其呈现了各种电离方法的优点的评述。CGD方法(总结于行1411中)—其可以例如通过利用设备50来实现—与其它的电离方法(总结于行1401-1410中)进行了比较。图14表明：一些方法确实提供了具有特定特性的电离(由“是”表示)，其它方法不提供具有这样的特性的电离(由“否”表示)，并且一些方法具有提供某种特性的有限能力(由“一些”表示)。

[0052] 虽然诸如ESI和MALDI(以及APCI和APPI)(参考行1401-1403)之类的软电离方法已经扩大了可以利用质谱法来进行分析的化合物的范围，但是这些软电离方法不能被认为是完全定量的，因为被分析的化合物的性质限定并改变电离效率和抵抗竞争性离子分子反应的气相稳定性。通过考虑变化的电离效率，可以实现完全的定量分析；然而，电离效率表现为取决于离子源参数、被分析的溶液、分析物相互干扰和基质效应。信号随分析物浓度非线性地变化，并且取决于共洗脱化合物和化学基质的浓度。在获得定量数据的尝试中，应该为每类分析物引入内部标准(优选为同位素标记)，并且优选地为每种被分析的化合物引入内部标准。考虑到宽范围的已知不稳定化合物(在化学文摘数据库中有超过5000万条记录)，对于这些软电离方法的常规使用而言，内部标准法显得不切实际，除了针对特别重要的分析情况。因此，如图14中所记载的那样，广泛使用的软电离方法—ESI、MALDI、APCI和APPI—不能被认为是真正定量的。

[0053] 与广泛代表性的观点相反，本公开认为那些软电离方法不提供基于在串联质谱仪中所产生的碎片谱的库谱识别(参见图14中的右栏)。虽然可以基于库搜索来识别肽，但是谱在具有强烈变化的相对碎片强度的仪器之间是不可再现的。虽然可以解释其它化合物类别的碎片谱，但是只能在极少数情况下实现属于不同化学类别的官能异构体之间的可置信的指定。这看起来是质子化离子的基本属性。

[0054] 电子撞击电离(EI)(参考行1404)是另一种电离方法。如图14中所示，这种方法是真正定量的，但它不是软的；它产生广泛碎裂。虽然它不是一种软的方法，但是由于整个分析方法的优点，由EI方法所产生的碎裂已经被利用。电子能量保持在70eV以获得标准碎片谱，所述标准碎片谱在各种仪器之间高度可再现。采用气相色谱(GC)来在时间上分离分析物，使得单独的碎片谱可以被解卷积(deconvolute)(即，基于在时间上碎片的同时出现来提取)。然后，所提取的EI谱被提交而用于与标准EI谱库进行比较以识别化合物(参见图14的右栏)。该方法允许在每个单次的气相色谱—质谱仪(GC-MS)运行中识别数百种化合物。二维气相色谱(GCxGC)将每个单次运行的极限扩展到数千种被分析的化合物。然而，当样品复杂度超过数以万计且不再能够分离的独立碎片谱时，具有EI电离源的GC-MS系统的利用受到扼止。EI方法的硬性也限制了对不稳定分析物分子的分析。对于宽范围的特别易碎的(尽管是半挥发的)分析物，如烷烃、邻苯二甲酸酯、硝基化合物和许多其它类别，EI谱无法提供足够的分子峰强度而影响识别。在这种情况下，分析物的整个分子可能与其自身的子集相混淆。为此，GC-MS应用一直渴望一种补充的软电离技术。

[0055] 化学电离(CI)方法(参考行1405)不是真正定量的，并且尽管比EI方法更软，但是仅具有有限的提供软电离的能力；它不是一个真正的软的方法。并且CI方法不提供库谱。场电离(FI)方法(参考行1406)也仅具有有限的提供软电离的能力。由于场电离方法的不稳定性和不利的检测极限，它没有被广泛采用。

[0056] 如由Amirav在美国专利NO.5,055,677(其通过引用完全并入本文)中所描述的那样，利用气体射流来冷却分析物已经改进了EI方法的软度。然而，这种改进的EI方法(参考行1407)不提供真正的软电离，而是降低了碎片强度并适度增强了分子离子强度。这种冷EI方法的另一缺点是碎裂程度随实验参数而变化。

[0057] 光电离(PI)方法和相关方法(例如APPI)(参考行1408)比EI方法更软，但是当电离易碎化合物时仍然产生碎片。因此，虽然具有有限的产生软电离的能力，但是这些方法具有有限的相关联的范围，并且不是真正定量的。在采用密封的UV灯的情况下，这些方法变得适合于宽范围的中等极性化合物。如美国专利NO.4,377,749、美国专利NO.4,413,185和美国专利NO.4,398,152(所述专利中的每一个通过引用完全并入本文)中所描述的那样，PI方法已经用于GC之后的检测。在SU1159412(其通过引用完全并入本文)和多篇科学论文中，Revelsky等人建议在大气条件下使用PI方法进行GC-MS分析。光电离伴随着大气压下内能的衰减，这使得它与真空UV电离相比软得多。为了提高电离效率，添加丙酮或苯的掺杂蒸汽；从而在碎裂量小且检测极限介于一至十皮克(1-10pg)之间的情况下促进分子M+和质子化MH+离子的形成。在美国专利NO.5,541,519和美国专利NO.5,338,931中提出了该方法的一些变体，所述专利中的每一个通过引用完全并入本文。然而，该方法可能导致到底是形成M+还是形成MH+离子的谱解释的混淆。本实验表明该方法形成离子簇和中等量的碎片离子。此外，APPI方法不能分析饱和烃(SHC)，并且不会电离具有9-11eV以上的高电离势(PI)的化合物，如小质量卤化化合物。电离效率取决于与掺杂剂的质子竞争，并且与EI方法相比，PI方法中取决于化合物的电离效率的情况广泛得多。电离效率随着掺杂剂浓度而变化，并且易于受到化学干扰和抑制机制的影响。因此，PI不能被认为是真正定量的方法。这样的情况甚至与LC-APPI源更加相关，其中在大量溶剂存在时对电荷的竞争是不可避免的。

[0058] 辉光放电电离(参考行1409-1410)通常分为直接辉光放电电离(参考行1409)和化学辉光放电电离(参考行1410)。直接辉光放电电离的方法可以是完全定量的，但不能实现软电离。化学辉光放电电离的方法可以实现软电离，但不能完全定量。WO 2012/024570(其通过引用完全并入本文)提出了一些改进，但是最终不能实现定量的且软的电离。

[0059] 作为图14的总结，基于质子转移的软电离方法，如ESI、MALDI、APCI和APPI，被广泛用于提供分子量信息。然而，它们在电离中是不一致的，不是真正定量的，仅适用于有限类别的分析物化合物，并且不形成碎片谱库。相比之下，电子撞击(EI)电离方法是真正定量的，提供一致的电离，并且形成碎片谱库。然而，它不是软的，这带来了识别不稳定分子的问题并且限制了样品的复杂性，因为丰富的谱必须在GC-MS分析中解卷积。EI方法的补充—例如CI、冷EI和FI—改进了软度，但是带来了它们自身的实际问题。使用密封UV灯的光电离方法和掺杂剂辅助的化学电离显著地更软，但是在电离效率方面是不一致的并且易于受到干扰效应的影响，所述干扰效应常见于具有质子化分子离子的方法。辉光放电方法可以与EI方法一样稳健；然而，在过去的实施中，总是存在软性和定量特性之间的折衷。可以在软性和定量之间进行选择，但不能同时实现二者。因此，图14的行1411的CGD方法表示一种新颖的电离方法，该电离方法具有行1401-1410的任何其它单一电离方法中所不具有的有利效果。

[0060] 已经尝试对行1401-1410的电离方法进行改进，例如通过利用气体衰减(gas dampening)或气体射流冷却处理。这些电离方法的气体衰减可以对电离的软化产生直接影响。例如，SU1159412(其通过引用完全并入本文)提出使用大气压衰减来使光电离方法软化。美国专利NO.6,504,150(其通过引用完全并入本文)提出气体衰减MALDI所产生的离子。Lubman等人已经在在《应用光谱学》第44卷(1990)第1391页和《分析化学》第64卷(1992)第
1426页(这两个文献中的每一个通过引用完全并入本文)中说明了大气压下软得多的GD谱。
然而，在存在技术纯的气体(通常不纯度在1E-6以上)和源材料的情况下，在提升的气体压力下的操作不可避免地促进化学电离，这转而造成通过非定量电离而形成质子化离子，导致各化学类别之间不一致的响应。

[0061] 还有，对上述气体射流冷却(参见行1407)进行展开，早期的出版物提出：在超音速射流中预先碰撞冷却分析物分子对在随后在低得多的气体压力下的“硬”电离中的离子稳定性具有积极影响。美国专利NO.4,570,066探讨了将这种技术用于多光子电离，并且美国专利NO.5,055,677探讨了将这种技术用于EI电离。这两篇参考文献均通过引用完全并入本文。如McLuckey等人在《分析化学》第60卷(1988)第2220页(其通过引用完全并入本文)中所描述和解释的那样，尽管在一些其它方法中具有这样的积极效果，但是射流冷却在辉光放电中的直接辉光放电电离下表现得不足。通过气体射流冷却意味着使分子在电荷转移时稳定；然而，这没有减轻直接辉光放电电离方法期间的离子碎裂。因此，利用气体衰减或射流冷却没有导致软的且定量的辉光放电电离。由于这些尝试未能弥补行1409-1410中所示的不足，需要结合了软性与定量的电离方法来改进现有技术的用于谱测量的电离。

[0062] 化学辉光放电电离方法可以利用各种实施方式的设备来实现用于谱分析的电离。参考图1-3，示出了化学辉光放电电离设备10、20、30的示意图。图1-3的设备10、20、30利用了由辉光放电所诱导的化学电离，所述由辉光放电所诱导的化学电离包括通过辉光放电使试剂电离、然后使电荷或质子从这些试剂离子转移到分析物的蒸汽的步骤。

[0063] 具体参考图1，化学辉光放电电离设备10采用在大约1mBar气体压力的惰性气体(例如氩或氦)下在电极11和12之间的辉光放电。放电形成离子和亚稳粒子Ar+和Ar*，它们被采样到反应室13中。试剂蒸汽(其通常用于CI方法)通过线路15以比分析物蒸汽大得多的浓度引入到反应室13中，所述分析物蒸汽通过线路14引入到反应室13中。试剂离子主要通过彭宁电离(Ar*+R→Ar+R+)形成。转而，试剂离子将电荷转移到分析物蒸汽并产生分析物离子，通常为M-H+及其碎片Fr+(R+→M-H+、Fr+)，它们由质谱仪18分析所得的谱非常类似于CI的谱。总结在附图标记19中的该方法已经被改进以避免CI中的电子发射体的劣化。Hunt等人的《使用汤森德放电离子源的正和负化学电离质谱法》(《分析化学》第47卷第1730页(1975年9月))(其通过引用完全并入本文)提供了关于与由设备10所执行的方法类似的方法的附加信息。

[0064] 具体参考图2，化学辉光放电电离设备20在电极21的辅助下在室22中诱导辉光放电，以产生大的电离粒子流。刻意地通过试剂线路25将水蒸汽引入漂移室23中，从而促进水簇的形成并且为反应器室27中的分析物蒸汽设置质子转移反应(PTR)。反应器27采用中等强度静电场E并被加压至mBar的压力范围，以改进在细长反应器内的离子转移，以便将较大的水簇WnH+破碎成WH+。因此，反应器27降低了试剂离子的质子亲和力，并且这种方式增强了通过分析物线路24引入到反应器室27中的、在过程WH+→MH+中具有适度的质子亲和力的分析物的电离。可以在质谱仪28中分析被电离的分析物。总结在附图标记29中的该方法已经被改进而用于检测空气中的超痕量和用于呼吸分析。Hansel等人的《质子转移反应质谱法》(《国际质谱测定法与离子过程杂志》第149卷第609页(1995))(其通过引用完全并入本文)提供了关于与由设备20所执行的方法类似的方法的附加信息。

[0065] 具体参考图3，化学辉光放电电离设备30采用在室32内的液体雾化和蒸发，所述室通过分析物线路34接收样品S。室32将分析物蒸汽和溶剂采样到包含处于大气压下的氦的辉光放电室33中。气体中的水迹起到形成水簇离子的试剂的作用，从而促进在室33内并且由电极31辅助的在RH+→MH+过程中进行的分析物的软电离。被电离的样品通过差动泵送的孔36引入到质谱仪38中。添加水溶剂到液体样品中显著地改进了有机谱的软度。Lubman等人的《使用大气压直流电辉光放电电离源的液体样品注入》(《分析化学》第64卷第1426页(1992))(其通过引用完全并入本文)提供了关于与由设备30所执行的方法类似的方法的附加信息，所述由设备30所执行的方法总结在附图标记39中。分析物蒸汽暴露于辉光放电也引起一些适度的碎裂。质子转移反应所引起的单位浓度的非线性信号响应导致不一致的电离。由设备30所执行的方法的电离效率在被分析的化合物之间可以在三个数量级内变化。

[0066] 质子亲和力取决于化合物极性，这解释了各化学类别之间的不一致的电离。在大气下的操作(而不是在mbar压力下操作)增加了离子分子反应的作用，这解释了分析物相互干扰和基质抑制效应，甚至在充电剂大量过量的情况下。因此，由设备10、20、30中的辉光放电所诱导的化学电离的方法是相对软的(虽然没有如不将分析物暴露于辉光放电的ESI或APCI那样软)，但不是真正定量的。

[0067] 参考图4，受调节的辉光放电电离设备40采用毛细管45以便在辉光放电室42和反应器室43之间调节辉光放电等离子体。纤细(例如，1.5-2mm直径)和足够长(例如，10-20mm)的毛细管45：(a)将反应器室43从强电场中屏蔽，(b)激冷(chill)被采样的气体，和(c)去除至少快电子而留下从样品产生分析物离子的离子和亚稳放电离子，所述样品通过正交设置的样品传送线路44注入并在反应器室43(其直径和长度通常为5-10mm)中与受调节的辉光放电产物混合。产物经由孔46被采样到质谱仪48中，所述孔的尺寸通常设定为直径0.5-2mm。本发明人的WO2012/024570(其通过引用完全并入本文)提供了关于与由设备40所执行的方法类似的方法的附加信息，所述由设备40所执行的方法总结在附图标记49中。

[0068] 图4的方法表现为对于辅助气体中的少量(处于ppm水平)杂质或痕量非常灵敏，对于较小的密封泄漏非常灵敏，并且对于源材料中的杂质非常灵敏。这也使得该方法对辉光放电状态(电弧与辉光放电)灵敏。因此，由化学杂质所引起的等离子体组分的所谓的淬灭(quenching)限定了该方法的灵敏度和软度，这使得该方法不便于常规使用。

[0069] 与由设备10、20、30、40所实现的电离方法相对照，本公开的实施方式涉及提供一种软的且定量的电离方法，所述电离方法可被称为冷的受调节的辉光放电方法。转向图5A-5B，示出了示例性的受调节的辉光放电电离质谱设备50的示意图，所述设备利用本公开的电离方法来进行半挥发性化合物的复杂混合物的质谱分析。设备50包括：同轴的放电管状电极51、辉光放电室52、容纳采样调节通道55的反应器室53、采样喷嘴56、以及具有差动泵送系统和离子转移接口(未在图5A-5B中示出)的质谱仪58。此外，设备50包括石英毛细管
54，所述石英毛细管供给被分析的样品S。石英毛细管54突伸通过放电电极51、通过辉光放电室52、并通过采样调节通道55，并且终止于采样喷嘴56的紧邻附近或终止于该采样喷嘴
56的节流部(throttle)内。在设备50的替代实施方式中，毛细管54的末端可以突伸到采样喷嘴中。为了在辉光放电室52中形成所需的气流和约3至100mBar的所需气体压力范围，将技术纯的(5.0或6.0)惰性气体(例如，氩气)供送到放电室。气体由机械泵57经过采样喷嘴
56排出，所述机械泵可以在5L/s或更高的泵速下操作。机械泵可以配备有油过滤器(未在图
5A-5B中示出)。

[0070] 图5B示出了类似于图5A的设备50a的受调节的辉光放电电离质谱设备50b。设备50b与设备50a的不同之处在于：与设备50a的无管的采样调节通道55a不同，设备50b包括形成有插入的管60的采样调节通道55b的设置。在操作中，以足够的速率(例如，在100-
1000mL/min之间)来供送惰性气体(例如，氩气)，以将气体压力维持在3至100mbar之间(例如，10至20mBar之间)，并且喷嘴孔的尺寸介于0.3mm至3mm之间(例如，介于1mm至2mm之间)。
千伏范围内的RF或DC电压经由0.3-3.0MOhm范围内的镇流器连接到电极51，以在电极51和接地的反电极之间诱导辉光放电，该接地的反电极由电离室52的壁、由反应器室53或由调节管60形成。去除了聚酰亚胺涂层的石英毛细管54突伸通过管状电极51和采样调节通道
55。由于表面放电作用，毛细管54可以使辉光放电状态稳定。气流将辉光放电产物—包括氩离子Ar+、氩亚稳原子Ar*和电子e—采样通过反应器室53。快电子使绝缘的石英毛细管带电，这样感生出径向电场，所述径向电场将带电粒子推向壁并将亚稳原子留在流内。根据文献，* *
亚稳Ar原子存活约1秒，而接口中的传送时间在10-30ms之间。亚稳Ar激发能为13.6eV，这足以进行如下所示的具有任意的更小的电离势的分析物的彭宁电离。

[0071] Ar*+M→M++e+Ar，对于PI(M)<13.6eV (1)

[0072] 在一些实施方式中，氩亚稳原子在采样喷嘴56的紧邻附近或者在该采样喷嘴的节流部处与分析物分子同轴混合。同轴混合使分析物在气流内保持高浓度。在1mm-2mm的喷嘴尺寸和前级真空泵57的5-10L/s泵速下，形成超音速射流(这种射流在喷嘴压力比为2以上时形成)，该超音速射流不可避免地是冷却气体射流，并且提供对夹带的分析物分子的一定的冷却。如在冷EI方法中，这种类型的振动冷却显著地减少了离子碎裂。因此，超音速射流内的气体冷却改进了所描述的受调节的辉光放电方法(即，冷CGD)的软度。因为整个源必须处于250-280℃以避免样品在表面处积聚，冷却是特别有效的。

[0073] 示例性的设备和CGD方法与WO 2012/024570中所公开的CGD方法的不同之处在于至少五个特征和过程：(i)同轴供应被分析的样品以将样品聚集在流动轴线上；(ii)通过突伸通过辉光放电区域的同轴石英毛细管来使辉光放电状态稳定；(iii)在存在低导电或绝缘(在250℃)石英毛细管的通道内对等离子体进行调节，这促进了带电粒子的去除；(iv)通过将石英毛细管引入而靠近喷嘴节流部来最小化反应器内的离子分子反应的时间和数量；和(v)在分析物电离时对分析物分子进行局部冷却。由于在调节器中去除了带电核素(species)，由亚稳氩原子所进行的彭宁电离成为主要电离通道。在一些实施方式中，采用氦气来产生长存活时间的亚稳原子，以便在稍微更硬的电离的情况下提供类似的电离机制和源分析参数。

[0074] 本公开的冷CGD方法包括以下步骤：(a)设置技术纯的材料(不锈钢、陶瓷、铜和石墨密封件)的封闭电离室52，以使250-300℃下的向外排气最少；(b)将所述电离室52加热到至少250℃；(c)将技术纯的(至少5.0且优选6.0)惰性气体以100至1000mL/min的流率供送到所述电离室52中；(d)将所述气体采样到跟随有前级真空泵57的喷嘴56中，以设置通过管状反电极55的气流，并且在所述电离室52中维持5至100mBar之间的气体压力；(e)以0.3-10mA的电流在管状电极51和反电极之间诱导RF或DC辉光放电；(f)通过将诸如裸石英毛细管54这样的绝缘表面插入通过所述管状放电电极51来使辉光放电状态稳定；(g)通过气流将放电产物从放电区域采样到反电极中，所述气流通过直径在1至3mm之间并且长度在5至
30mm之间的导电等离子体调节通道55或55B；(h)使裸石英毛细管54突伸通过所述等离子体调节通道55或55B，以便通过带电的绝缘表面的静电场去除带电粒子；(i)以1至100mL/min的范围的流率经由所述石英毛细管供应被分析的样品；(j)在采样孔56的紧邻附近或在该采样孔的节流部中采样辉光放电产物并将被分析的样品与受调节的等离子体流混合；(k)在超音速气体射流内提供分析物的局部冷却，所述超音速气体射流在所述孔56内形成并且经过该孔；(l)将反应产物采样到质谱仪58中，优选在存在约束射频场的情况下经由中间泵级来采样。

[0075] 在一些实施方式中，示例性的CGD方法用于对半挥发性化合物的复杂混合物进行质谱分析。组分在气相色谱内时间分离，在CGD源中被电离，并且在质谱仪中被分析。仅仅形成M+离子简化了谱的解释。可以通过以提升的离子能量将所述离子注入射频离子导向器中诱导M+离子的碎裂来进一步改进质谱方法。由于碎裂模式和碎片类型主要由离子结构限定，碎片谱表现为非常类似于电子撞击电离中的碎片。这允许通过分子量信息和通过将碎片谱适配到NIST库来识别分析物分子。

[0076] CGD方法可以为定量信息提供极好的基础。如下面更详细描述的那样，电离效率在宽范围的化合物之间是一致的。信号响应至少在四个数量级内保持线性，而与高达至少10ng/s流量的化学基质无关。

[0077] 转向图15，示出了用于组装质谱设备的方法的操作的示例性设置。在块1502处，该方法包括提供限定采样调节通道55的反应器室53。在块1504处，该方法包括设置与反应器室53相邻的辉光放电室52。在块1506处，该方法包括提供突伸到辉光放电室52的内部中的管状电极51。在块1508处，该方法包括在反应器室53的出口端处设置采样喷嘴56。在块1510处，该方法包括提供用于样品引入的石英毛细管54。石英毛细管54穿过辉光放电室52、突伸通过管状电极51、并且至少部分地穿过反应器室53。在块1512处，该方法包括在允许从辉光放电室52排出气体的位置上设置机械流体泵57。由机械流体泵57所进行的气体排出使气体通过采样喷嘴56。

[0078] 超音速射流中的碰撞冷却的作用

[0079] 参考图6A和6B，通过在经过喷嘴56的超音速射流中冷却分析物来帮助提高示例性的CGD方法的软度。图6A和6B绘出的散点呈现了通过相对于超音速喷嘴56的节流部移动毛细管54的末端而获得的剖面。已经针对在1mm直径尺寸的喷嘴56处进入到源中的不同氩气流量的情况进行了测量。图6A的图示呈现了M+辛烷离子的相对强度相对于总辛烷谱强度的剖面，其反映了电离的软度。图6B的图示呈现了在注入4ng辛烷时的信号绝对值的剖面。在烷烃类中，小尺寸分子表现为更易碎，并且需要更多的努力以获得M+离子的强相对强度，而较高级烷烃主要由分子离子呈现。回顾软度剖面，当毛细管到达喷嘴56或突入喷嘴56时，软度提高，并且在650mL/min以上的较高氩气流量下，软度提高3-4倍(即，从2-3％至10-12％)。显然，当毛细管正好放置到喷嘴节流部中时，还观察到最大的总离子信号。与距离喷嘴20mm的位置相比，信号增长几乎10倍。该效应可以通过在上游反应器中所形成的离子的快速空间-电荷膨胀来解释，而在喷嘴节流部中和在射流的轴线上所形成的离子将保持聚集并且在接口内更好地传送。因此，将石英毛细管54在喷嘴56节流部处同轴布置的设置改进了CGD方法的软度和灵敏度两者。

[0080] 利用示例性的CGD方法识别分析物

[0081] 参考图7，对于宽范围的半挥发性化合物，示例性的CGD方法形成分子M+离子而不形成质子化MH+离子，甚至对于具有大质子亲和力的类别(例如邻苯二甲酸酯(参见附图标记730)和硝基化合物(参见附图标记750))也是如此。这导致简化的谱解释(相比于光电离形成M-H+、M+和M+H+离子的情况)，并且避免了对质子的竞争，所述对质子的竞争已知产生区分和基质效应。在示出的示例中，最显著的效果是较大尺寸烷烃(饱和烃SHC，此处为C20H42，参见附图标记740)和邻苯二甲酸酯的低碎片强度。这些化合物的EI谱产生可忽略的小分子峰。已知的定量和半定量方法，如PI和冷EI，不会为烷烃形成这种强度的分子峰，并且还会形成混合类型的分子离子。因此，所公开的CGD方法表现为独特的，因为它主要形成M+离子，并且它是软的(即，产生非常少的碎片)。

[0082] 为了对分析物进行识别，分子M+离子可以在串联质谱仪的离子传送接口内或碰撞解离(CID)单元内碎裂。参考图8，示例性的图示810、820、830示出通过增加处于10mTor气体压力下的RF离子导向器的入口处的离子能量已经诱导了碎裂。当离子注入能量已经被保持在接近于零时(图示810)，六氯苯(HCB，C6Cl16)的谱仅由分子离子呈现。当将能量提高到30eV(图示820)时，出现了极少量的碎片M-Cl+；在40eV(图示830)下，碎片变得比分子离子更强。因此，在M+离子进行CID碎裂时，碎片离子类似于EI碎片，并且谱可以与NIST库相匹配。

[0083] 参考图9-10，最佳碎裂能量取决于分析物结构，如图9中六种芳香族化合物的代表性曲线所示，该图示出了软度(分子M+离子相对于总谱强度的相对强度)与进入到RF离子导向器的离子注入能量的关系曲线。然而，如图10A-10D中所示，标准NIST识别在宽范围的碎裂能量上提供大约700-800的高分。图10A比较了1,2-二氯苯的实验谱与NIST谱，所述NIST谱反映在图示的底部部分处。NIST分数是846。约束分子量和元素组成(通常在高精度测量分子量时自动导出)，结果出现在搜索列表中的第一个。图10B-10D示出了分数和次序如何取决于碎裂能量E(对于三种其它化合物)。例如，如在图10D中的二苯并呋喃的情况中，分数保持在大约800，并且要么正确结果具有次序1要么第一个结果限定空间(非结构)异构体。因此，所公开的CGD方法在宽范围的碎裂能量内且为宽范围的分析物化合物提供分子量和结构两者的识别。

[0084] 应用示例

[0085] CGD源预期对于石油组学和代谢组学特别有用。参考图11，对于分析脂肪酸甲酯(FAME)的混合物，如从总离子流(TIC)迹线(图示1110)所见，CGD方法在相同类别的化合物之间提供了相当一致的响应。FAME的CGD谱由具有所有碎片的强度的约10％的M+离子呈现(图示1120)。碎片离子质量与EI中的那些相匹配(图示1130)。

[0086] 定量分析

[0087] 图12A-12C比较了MegaMix样品(Restek)混合物的CGD和EI方法的总离子流。由于混合物在储存时可能降解，所以在同一天用相同的样品进行两种分析。如从图12A的TIC比较(CGD方法位于顶部且EI反映在下方)所见和从图12B的图示(呈现CGD和EI方法的TIC之比)所见，信号在这两种方法之间良好地相关。由于EI方法被认为是定量分析的黄金标准，上述相关性表明示例性的CGD方法在包括多环芳香烃、多氯联苯、邻苯二甲酸酯、硝基化合物和氧基化合物的宽范围的类别之间以及对于中等尺寸的氯化化合物具有一致的电离效率。图12C中所呈现的相关性提供了额外的证实。将经过CGD源的收集器(collector)电流(示出于顶部)与质谱信号TIC(如下所示)进行比较。两者相关性良好，以确保在质谱(MS)测量中没有显著的区分，例如在RF传送接口中的低质量截止。总的来说，图12C说明了CGD源电离效率(单位注入分子所产生的离子的比例)可以估计为1E-3，因为10ng的注入在收集器处产生20nC的电荷。选择适度的电离效率以匹配传送接口的容量和MS检测器的动态范围，同时降低对源材料和气体中杂质的灵敏度。

[0088] 图13示出了信号与装载到气相色谱(GC)柱上的HCB的双对数图示，其示出了CGD用于定量分析的能力。在示出的示例中，CGD质谱信号在四个数量级内与注入样品的量基本上是线性的，并且相关系数R＝0.99999。在甚至更高的100ng质量装载到GC柱中时，信号线性降低2倍，表明存在一些饱和过程。对经过源的离子流的测量已经表明：在高装载量下的饱和更可能发生在离子传送接口内，例如，由在20nA以上的离子流下RF四极杆内的空间电荷效应所导致(参见图12C)。

[0089] 分析总结

[0090] 总的来说，示例性的CGD方法提供了分析性质的独特组合：(a)该方法对于宽范围的被测试的半挥发性化合物(包括在EI方法中形成可忽略的分子峰的化合物)是软的；(b)CGD方法主要形成分子离子，这简化了谱识别，因为不存在其它类型的准分子离子；(c)可选地诱导的CID碎裂使得NIST识别具有高的置信度，特别是在对从不具有可控碎裂的测量中所知的分子量施加约束的情况下；(d)电离效率在宽范围的化学类别之间是相当一致的，这在定量分析时是非常有吸引力的，特别是在不能获得标准的情况下；(e)电离效率保持恒定，并且信号在至少四个数量级的动态范围内保持与浓度成线性比例。后两种性质为在10ng/s以下的样品流量下基质区分和相互干扰效应的消失提供了良好的基础。

[0091] 所公开的CGD方法的新颖特征使得能够制定新颖的通用分析方法。该新颖的通用分析方法包括以下步骤：(a)在受调节的辉光放电离子源中进行定量的且软的电离；(b)在时间上交替进行分子量的测量和分子离子的碎裂；和(c)通过与电子撞击谱库比较来识别化合物。

[0092] 挥发性范围

[0093] 所公开的CGD方法的分析物挥发性的范围是受限的，这仅仅是因为该方法与气相色谱的耦合，在没有化学改性(modification)的情况下大多数非挥发性化合物不会通过气相色谱。然而，基于装载量上限为10ng/s的上述测量，所公开的CGD方法可以在多达10ng/s的溶剂或基质的中等装载水平下保持其分析优点。因此，所公开的CGD方法与另外的样品注入方法相容，例如：(a)直接热解吸；(b)通过激光解吸；(c)样品雾化，同时通过气帘(curtain gas)(防止对绝大多数溶剂取样)对气溶胶(aerosol)进行采样；和(d)来自CE或纳米LC(nano-LC)的液体流量在10nL/min以下的液体喷雾。

[0094] CGD方法的制定

[0095] 当分析在CGD源中发生的多个过程时，对分析优点有贡献的新颖特征包括：(a)通过对气流中的辉光放电产物进行采样并使其通过在轴线上具有绝缘毛细管的同轴通道来实现在前级真空气体压力下对辉光放电的调节，从而提供带电粒子的有效去除，同时有效地传送惰性气体的亚稳原子；和(b)在超音速喷嘴的节流部的紧邻附近将样品注入到亚稳原子的流中。注入样品的过程(b)产生若干积极效果：(i)有效地将分析物聚集在射流轴线上，并且确保在随后的传送接口中的有效离子传送；避免分析物与源壁接触；和(ii)提供对分析物的振动冷却，这又帮助使该电离方法具有更好的软度。

[0096] 转向图16，示出了由受调节的辉光放电电离质谱设备50所进行的质谱分析方法的操作的示例性设置。在块1602处，该方法包括在处于3-100mBar之间的气体压力下的惰性气体内产生RF或DC辉光放电。辉光放电在位于同轴的放电管状电极51和反电极之间的辉光放电室52中产生。惰性气体可以实施为多种惰性气体，例如氦气、氩气或氪气。在块1604处，该方法包括在传送激发的里德伯原子的同时对气流内的辉光放电产物进行采样和调节。气流由机械流体泵57驱动。对通过导电通道55的辉光放电产物进行采样和调节。在块1606处，该方法包括在提升的温度(即，150℃以上)下将受调节的放电产物与分析物混合，以在分析物分子和里德伯原子之间产生彭宁反应。这种混合发生在封闭的室中，并且产生分析物的离子。在块1608处，该方法包括采样分析物离子以用于在质谱仪58中进行质谱分析。气流将离子采样到质谱仪58中。通常，可以利用以下附加步骤之一来改进该方法：(a)通过使突伸通过采样调节通道55的绝缘表面带电来去除采样调节通道55内的电荷；(b)使分析物流与受调节的等离子体的流同轴混合；或(c)在音速射流或超音速射流内冷却混合流，以便将彭宁电离的区域减少至冷射流。

[0097] 增强的峰容量

[0098] 作为分析效用的进一步延伸，CGD源具有非常快速的反应时间。流动设置成不具有气阱(pocket)并且源壁避免长的分析物吸收。而且，没有额外的峰拖尾，并且源与快速GCxGC分离相容，这与WO2012/024570(CGD)的辉光放电源类似，该专利通过引用完全并入本文。(a)具有典型的10,000峰容量的GCxGC分离和(b)CGD源中的软的且定量的电离的能力组合将为高分辨率多反射飞行时间质谱仪(MRTOF-MS)特别添彩。优选地，高分辨率MRTOF-MS采用碰撞衰减接口和双正交加速器，并在如WO 2005/001878(MRTOF)、WO 2007/044696(OA)和WO 2011/135477(EFP)中所描述的频繁编码脉动(EFP)的状态下操作，所述专利中的每一个通过引用完全并入本文。虽然没有考虑色谱和精确质量分离技术之间的冗余，但是预期这样的组合具有超过1000万的总峰容量。

[0099] 如已经描述的那样，CGD源至少与GC和CE前级分离相容，所述GC和CE前级分离均通过基质和载体流体的速度和流量实现。因此，在使用诸如以下的色谱串联的情况下，也预期具有高的峰容量的优点：(i)GCxGC；(ii)LC-GC；(iii)LC-LC；(iv)LC-CE。

[0100] 提高的选择性

[0101] 作为分析效用的另一延伸，当利用所公开的CGD方法时，提高了选择性。简单地说，用户希望以最大的选择性、可靠性和灵敏度来观察目标化合物，同时用户不需要富基质和伴随的分析物组分的额外信息。利用CGD离子源的目标分析可以以多种方式来增强。首先，通过将试剂气体添加到受调节的等离子体的体积中，可以增强电离一些特定分析物类别的选择性。在一个示例中，丙酮试剂将促进极性分子的软电离。可以经由单独的线路将额外的小的流添加到例如气相色谱仪的载气氦气中或源试剂区域中。其次，分子离子可以通过质量过滤器(例如，四极杆质量过滤器)或在迁移率分离器中进行质量选择。第三，该方法的选择性和分离能力可以通过离子迁移率分离来增强。当这种分离方法与定量的且软的电离组合时，产生补充的分析能力。最后，如果交替或扫描碎裂能量，可以增强CGD质谱分析的分离能力和分析选择性两者。

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用于定量分析的基于受调节的辉光放电的软电离

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