干货 | 一文帮您解决液相质谱-电喷雾离子源（ESI）的五大常见问题！

2020-06-17 08:07:26 上海安谱实验科技股份有限公司

液质联用技术是目前最常用的一种分析检测仪器，今天小编通过问答形式，详细介绍一下液质联用中的ESI离子源技术，透过原理，解答您在分析过程中的常见的疑惑。

ESI电喷雾离子源的基本原理是什么？

图1. 三重串联四极杆质谱构造图

我们通过分解的方式来窥探一下ESI产生离子化的基本过程

液相色谱作为进样系统和分离系统：
待分析物通过液相色谱系统在色谱柱上得到分离，被流动相带入电喷雾针。

图2. ESI电喷雾离子源构造图

电喷雾针：
电喷雾针为套管式结构，中空管道，如上图，中间为流动相通道，两侧翼为雾化气通道，电喷雾针中的喷雾气，形成喷雾压力，流动相液体随喷雾气，被压入大气压气化腔室（见图1）形成喷雾。
电场梯度：
在喷雾针、和离子锥孔处的反电极之间形成电场梯度，液滴在此处形成正离子或负离子，正负离子形成与化合物的性质相关。
脱溶剂气：
被加热的逆向的反吹气，与液滴发生热量交换，使得带电液滴脱溶剂化，库伦爆炸在此过程中反复进行，最终形成裸露的气相离子，通过离子传输组件，进入四极杆质量过滤器中。
加热鞘气（辅助脱溶剂化）：
加热的鞘气，在喷针的两端，和喷针平行处，其作用，一个是热量交换，使得带电液滴气化，另外一个目的是实现离子聚焦，防止离子的逃逸。

质谱中的各种“气”和各种“电压”，您了解吗？

反吹气（又名气帘气或者脱溶剂气）：
反吹气，和气帘气，脱溶剂气其实是不同的名称，从锥孔（或者毛细管）出来的加热气，运动轨迹和离子运行轨迹相反，所以有的叫它”反吹气”，又因为这种加热的气体，对于进入离子通道前的带电液滴，与之进行热量交换，起到了脱溶剂化的效果，又被称为“脱溶剂气”，在与离子传输相反的道路上，它形成了一道像窗帘一样，阻隔了中性分子进入离子通道的路线，降低了本底干扰，所以也被称为”气帘气”。
喷雾气：
我们可以看到，雾化气在喷雾针平行的方向上，其主要作用在于形成喷雾压力，使得经过喷针的液流，形成细小的雾滴（此过程带电和雾化同时进行）。
碰撞气：
（基于3Q质谱来说明），则是在质谱的碰撞池中，将来自于第一个四级杆筛选过滤后传输来的离子，与之发生碰撞，离子被撞碎后，送到第三个四极杆，由于为了防止产生碎片的复杂性，碰撞气只传递动量，不参与反应，所以一般采用高纯的惰性气体。

电喷雾电压：
这个施加在喷雾针上的电压，主要是用来将经过色谱柱后的流动相，到达喷雾针处形成的液滴，使之带上电荷，改变电压的正负性，其可使得液滴带上正电荷或者负电荷，这个喷雾电压，实际上使得在喷雾针到反电极之间形成电场梯度，带电机理可以看作一种电泳机制。

锥孔电压或者毛细管电压：
经过脱溶剂的裸露的气相离子，在经过取样锥孔时候，会在锥孔处（有的传输口，里面是一根毛细管），在这个地方施加一个锥孔电压（或者称为毛细管电压），起到导入传输离子的作用，这个电压就是锥孔电压或毛细管电压，不同仪器厂家将不同的地方称为毛细管，需要区分。

去簇电压：
簇离子的形成过程：
（1）离子源和离子传输单元间的真空差异，导致离子流发生超音速膨胀；
（2）离子流的膨胀导致冷凝
（3）冷凝吸附溶剂分子，形成簇离子
在离子形成过程中，极性分子容易和离子簇合，降低了离子化效率，在这个过程（AB质谱）中加入去簇电压，可以使得极性溶剂分子产生极化，并且给予离子共振能量，可以阻止溶剂分子的吸附，防止成簇的形成，这个就是去簇电压的作用，但当去簇电压过大，离子共振的能量过大，容易导致键断裂，从而导致源内裂解。

ESI中关键的库仑爆炸是怎么回事？

带电液滴，表面积聚了相同的电荷，在向离子传输的过程中，遇到热的反吹气和鞘气，交换了热能，使得包裹离子的溶剂气化，液滴内径减少，表面的电荷更加集中，由于库仑力与半径方成反比，因而，库仑力在不断增大，束缚液滴的是其表面张力（让液滴收缩的力）；当达到一定的极限，库仑力大于表面张力，液滴就爆炸了，变成更小的液滴，这个过程就是库仑爆炸，库伦爆炸使得离子由液相液滴转化为气相离子。

ESI为什么可以使得化合物带上多电荷？

多电荷的产生，主要和离子形成机制以及化合物本身的性质有关，对于分子量小于1000Da的化合物，一般形成单电荷，少部分低分子量化合物会形成双电荷离子；对于大分子如聚合物、蛋白质、多肽等容易形成一些列的多电荷离子；由于生物大分子如蛋白质，多肽，核酸不止一个活性位点，其在ESI中的会产生一系列的多电荷质谱峰，并且所带电荷会随着分子量的增大而增大，多电荷导致了同位素峰的分离变得困难。

反相分离和离子化效率怎么取舍？

我们知道反相色谱和质谱联用，是最常见的物质分析方式，而水、甲醇、乙腈为常见的溶剂，粘度大小为：水>甲醇>乙腈，溶剂的粘度大，引起反压较高，溶剂的洗脱能力则刚好相反，水的表面张力较大，因而在水含量高情形下，形成Taylor锥和稳定的喷雾所需要的电压也高，但因此容易引起尖端放电（尤其在负离子模式中），另外水含量较高不利于液滴雾化和脱溶剂化，但是水的存在，又影响着溶剂的介电常数、电导率，这些似乎又说明了水在离子化过程中的不可或缺，雾滴的半径大小，带电情况也和水含量比例相关，而在反相色谱中，有机相的比率、溶剂强度等又影响色谱分离度和峰的宽窄（谱带展宽），通常在水相和有机相比率中既要兼顾反相分离效果，又要考虑离子化的效率，ESI属于浓度敏感型离子源，为了兼顾良好分离效果和离子化效率，我们一般采取折中化措施，在50%的水-有机相比例基础上来测试调整，找到合适的平衡点，有时候

在需要水相比例足够高的情形下，会通过降低流速，增大脱溶剂化气流和温度，来获得较好的离子化效率。

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