Agilent面试讲稿

ESI原理：
利用高电场使质谱进样端的毛细管柱流出的液滴带电，在氮气气流的作用下，液滴溶剂蒸发，表面积缩小，表面电荷密度不断增加，直至产生的库仑力与液滴表面张力达到瑞利极限，液滴爆裂为带电的子液滴，这一过程不断重复使最终的液滴非常细小呈喷雾状，这是液滴表面的电场非常强大，使分析物离子化并以带单电荷或多电荷的离子形式进入质量分析器。

大气压离子化技术(API)是一类软离子化方式，它的出现成功解决了液相色谱和质谱联用的接口问题，使液相色谱质谱联用技术逐渐发展成为成熟的技术。

(API)主要包括电喷雾离子化(ESI)，离子喷雾离子化(ISI)和大气压化学离子化(APCI)3种模式。

它们的共同特点是离子化均在处在大气压下的离子化室完成，离子化效率高，大大增强了分析的灵敏度和稳定性。

ESI，ISI，APCI可同时作为液质的接口。

API接口/离子源由五部分组成：1、液体流入装置或喷雾针；2、大气压离子源区，通过ESI，APCI或其他离子化方式在此处产生离子；3、样品离子化孔；4,、大气压至真空接口；5、离子光学系统，在此将离子运送到质谱分析器。

电喷雾电离（ESI）
在ESI中，离子的形成是被测分子在带电液滴的不断收缩过程中喷射出来的，即离子化是在液态下完成的。

经液相色谱分离的样品溶液流入离子源，在氮气流下雾化后进入强电场区域，强电场形成的库仑力使小液滴样品离子化，借助于逆流加热氮气，分子离子颗粒表面液体进一步蒸发，是分子离子相互排斥形成微小分子离子颗粒，这些离子可能是单电荷或多电荷，这取决于所得的带有正负电荷的分子中酸性或碱性基团的体积和数量。

多电荷离子峰的形成使质量范围为3000的四级杆滤过器质谱仪也能检测生物大分子的准确质量。

在电喷雾过程中，溶液中的一种极性离子（比如正离子）随着喷出的雾滴而离去，相反极性的离子（比如负离子）则留在毛细管溶液中，如果毛细管为金属材料并与高压电源（Ve）的一极相连，那么留在毛细管中的这些离子会在金属管壁上发生氧化或还原反应，通过这些电化学反应使溶液中的电荷消失，从而维持连续的喷雾，例如OH-在金属管壁上发生以下电化学反应：
4OH-→2H2O+O2
伴随着电化学反应会有气体产生，因此在电路连接上应考虑此因素，否则在毛细管中会出现气泡，影响电喷雾的稳定性。

要发生稳定的喷雾，需要满足3个条件。

毛细管末端要有足够强的电场（Ee）。

电场的作用如下：
把溶液中的正，负离子分开并使一种极性离子聚集在毛细管的末端，因而喷出的雾滴主要是
携带一种极性电荷，进而引起样品分子离子化。

强的电场与聚集在毛细管末端离子的相互作用使溶液发生电喷雾。

毛细管中的液体要有一定的流动线速度（临界线速度），保持稳定的电喷雾。

毛细管中溶液要含有一定量的电解质（离子）。

在ESIMS中通常在溶液中加入0.5%-1%的乙酸，由于乙酸是挥发性的，不易引起堵塞，而且有利于被分析物形成质子化离子。

电喷雾电离的特征之一是可生成高度带电的离子而不发生碎裂，这样可将质荷比降低到各种不同的质量分析仪都能检测的程度。

通过检测带电状态，可计算离子的真实分子量。

同时，解析分子离子的同位素峰也可确定带电数和分子量，因同位素峰间的质荷比差与带电数相对应。

尽管ESI容许使用少量缓冲液和盐，但这些物质可能与待测物形成加合物，导致产生难以指认的分子量或抑制待测物离子的形成。

当样品中不含盐类和缓冲液时检测情况较好。

ESI 的一大优势是可方便地与分离技术联用，例如在使用ESI离子化前使用HPLC和毛细管电泳（CE）可方便地除去待测物中的杂质。

ESI具有极为广泛的应用领域，如小分子药物及其各种体液内代谢产物的测定，农药及化工产品的中间体和杂质鉴定，大分子的蛋白质和肽类的分子量测定，氨基酸测序及结构研究以及分子生物学等许多重要的研究和生产领域，并以如下的特点得到了广泛的认可。

（1）高的离子化效率对蛋白质而言接近100%。

（2）多种离子化模式供选择ESI（+），ESI（-），APCI（+），APCI（-）
（3）对蛋白质和核酸等分子可产生稳定的多电荷离子，降低了质荷比值，从而使大于104Da 的分子由于生成了多电荷离子，能在一般的四极杆质谱仪上检测出来。

蛋白质分子量测定范围可高达105u甚至上106u。

（4）“软”离子化方式提供了一种对大分子灵敏度高，没有热降解的质谱测定方法，使热不稳定化合物得以分析并产生高丰度的准分子离子峰。

（5）气动辅助电喷雾技术在接口中采用使得接口可与大流量（约1ml/min）的HPLC联机使用。

（6）仪器专用化学站的开发使得仪器在调试、操作、HPLC-MS联机控制、故障自诊断等各方面都变得简单可靠。

（7）ESI调节离子源（源内CID）电压可以控制离子的断裂，给出结构信息。

ESI的主要缺点是它只能接受非常小的液体流量（1-10μl/min），这一缺点已被1987年研制出来的离子喷雾接口（ISP）所克服（离子喷雾接口是一种借助气动的电喷雾接口，它可适应较高的流速）。

ISP接口是将电喷雾器雾化和气动雾化结合在一起，因此也常被称
为气动协助或高流速电喷雾。

离子喷雾使用干气帘，流速可达2ml/min。

ISP接口能够处理具有高水含量的流动相，并且可用梯度洗脱系统进行工作。

目前的电喷雾接口已经可安装在四极质谱、磁质谱和飞行时间质谱上，如惠普公司的HP5989B型四极质谱和HP1100LS-MS专用系统，Finigan公司的TSQ-7000四极质谱，MAT-95磁质谱和PE公司的PE-CIEX四极质谱等。

离子源将进入其中的流动相变成雾状，并且使用高温气体反吹使其迅速蒸发以释放出其
中的离子；离子在电场的作用下，最终进入毛细管入口
ESI是近年来出现的一种新的电离方式。

它主要应用于液相色谱-质谱联用仪。

它既作为液相色谱和质谱仪之间的接口装置，同时又是电离装置。

它的主要部件是一个多层套管组成的电喷雾喷咀。

最内层是液相色谱流出物，外层是喷射气，喷射气常采用大流量的氮气，其作用是使喷出的液体容易分散成微滴。

另外，在喷嘴的斜前方还有一个补助气喷咀，补助气的作用是使微滴的溶剂快速蒸发。

在微滴蒸发过程中表面电荷密度逐渐增大，当增大到某个临界值时，离子就可以从表面蒸发出来。

离子产生后，借助于喷咀与锥孔之间的电压，穿过取样孔进入分析器（见图9.3）。

为消减不必要的离子碰撞，散射效应，离子-分子反应，质谱仪必须处在优于10-5mbar的真空中才能工作。

也就是说，质谱仪都必须有真空系统。

一般真空系统由机械真空泵和涡轮分子泵组成。

高压高频信号提供了离子在分析器中运动的辅助能量，这一能量是选择性的——只有符合一定数学条件的离子才能够不被无限制的加速，从而安全的通过四极杆分析器
因为离子要从大气压传输到质量分析器所需的真空环境，只能逐级降低真空。

skimmer起的作用之一是作为第一级和第二级真空之间隔板，当然，作用之二是传输离子。

至于聚焦，skimmer对离子聚焦的贡献不大，但是由于skimmer孔径本来就不大，因此通过的离子云发散度可能稍微大于该孔径，在skimmer后级需通过别的手段聚焦，如多级杆等手段
经质量分析器分离出来的离子首先撞击高能转换打拿极发射二次粒子，正、负离子转换的二次粒子最终均为电子；随后发射的电子进入电子倍增器的弯曲形内壁，撞击管壁涂层，产生更多的二次电子；最后以电信号输出。

电子倍增管的放大倍数约为107
毛细管中的溶液有极性溶剂组成，在电场作用下，溶液中正负离子
移动至其反电场与外电场抗衡。

液体在毛细管尖端扩张形成一锥体，
在电场足够高的情况下，椎体尖端破裂为细的雾滴。

这种形成雾滴的机制由于在电场下正负离子定向移动的结果，故称为电泳机制。

假定电荷分离是电泳机制，在稳定的ESI操作下，带正点的雾滴将连续带走正离子，在这样的连续电流的装置中，必须实现电荷平衡，同时只有电子能通过金属导线，因而推测ESI 必定包括电化学过程，将移向电极的离子转换为电子。

所以ESI是一种特殊的电解池，部分的离子迁移是通过气相，由带电雾滴和其后产生的气相离子携带的。

与常规的电解反应相比，ESI的电解反应发生在溶液-金属毛细管界面。

这一反应将金属中的原子转变为金属离子进入溶液，以补充溶液中的正离子。

或者，通过氧化反应移走溶液中的负离子。

当小液滴的半径小于10nm时，溶液中溶解的离子可以从小液滴中直接发射出来。