衝擊器噴霧離子源的製作方法

2024-03-31 16:06:05

本申請要求於2014年8月18日提交的英國專利申請號1414596.5和於2014年8月18日提交的歐洲專利申請號14181248.7的優先權和權益。將這些申請的全部內容通過引入結合在此。

技術領域

本發明總體上涉及質譜並且特別地涉及質譜儀以及質譜的方法。各種實施例涉及一種離子源以及電離樣品的方法。

背景技術：

大氣壓電離(「API」)源通常用於將液相色譜連接到質譜儀上。存在許多類型的API源，包括電噴射(「ESI」)、大氣壓化學電離(「APCI」)源和衝擊器噴霧(「IS」)源。

圖1示意性地示出了常規標準衝擊器噴霧源。其包含氣動噴霧器組件1、去溶劑化加熱器4、衝擊器標靶5以及包含錐形氣體噴嘴6、離子入口孔8和第一真空區域9的質譜儀入口組件。

這種安排可以被含有用於排放溶劑煙氣的排氣口的源罩(source enclosure)包圍(未示出)。該霧化器組件1由內部液體毛細管2和外部氣體毛細管3構成，該外部氣體毛細管遞送在該霧化器尖端處的氣體的高速流以幫助該液體溶劑流動的霧化。該內部液體毛細管2可以具有130μm的內徑和270μm的外徑。該外部氣體毛細管3可以具有330μm的內徑。

將該氣體供應(例如氮氣)加壓至約7巴並且通常使用0.1至1mL/min的液體流動速率。受熱的去溶劑化氣體(例如氮氣)在該噴霧器1與該加熱器4之間以典型地1200L/hr的流速流動。

來自該噴霧器1的液滴的高速流衝擊在1.6mm直徑的不鏽鋼的圓錐形杆標靶5上。典型地，拋光並且磨平該杆標靶5的表面。所指出的尺寸x1、y1和y2分別典型地是5mm、3mm和7mm。分別將該噴霧器1和衝擊器標靶5典型地維持在0V和1kV。典型地該質譜儀入口接近於地電位(例如0-100V)。

典型地150L/hr的氮氣簾氣體流動在該錐形氣體噴嘴6與該離子入口錐形10之間經過。含有在來自該衝擊器標靶5的氣體流動尾流7內的離子、帶電粒子或中性粒子可以經由該離子入口孔8進入該質譜儀，該離子入口孔在該MS的第一真空區域9與該源罩的大氣壓區域之間形成邊界。

當該衝擊器標靶5的直徑顯著大於該液體毛細管2的內徑時，有利的是引導該噴霧，這樣如在圖1中示出的該噴霧在右上象限上衝擊該標靶5。在這些條件下，該氣體流動尾流7遵循標靶的曲率(康達(Coanda)效應)並且在該離子入口孔8的方向上搖擺，這產生更大的離子信號密度。

因此，在衝擊器噴霧源中，霧化器在超音速氣體噴嘴中產生高速液體液滴的流，該超音速氣體噴嘴撞擊在保持在高壓下並且接近該霧化器尖端的金屬杆標靶上。

WO2013/093517(「Micromass」)披露了經由衝擊器噴霧電離源將毛細管電泳連接到質譜儀上。

WO2014064400(「Micromass」)披露了使用篩分標靶用於低和高有機流動相組合物的基於衝擊的電離源的改進的還原性。

EP1855306(「Cristoni」)披露了一種電離源和用於質譜的方法。

WO2004/034011(「Cristoni」)披露了用於質譜分析的一種電離源。

希望提供一種改進的離子源。

技術實現要素：

根據本披露的一個方面，提供了一種離子源，該離子源包含：

一個或多個霧化器和一個或多個標靶，其中該一個或多個霧化器被安排並且被適配為在使用中發射主要是液滴的流，致使這些液滴衝擊在該一個或多個標靶上，並且或者以便電離這些液滴以形成多個離子；並且

其中該一個或多個標靶進一步包含：

被配置成擾動沿著或橫穿該一個或多個標靶的表面流動的氣體一個或多個結構。

提出了對於衝擊器噴霧離子源的標靶表面的改變，設計這些改變以便促進另外的渦旋流動行為，從而增強衝擊器噴霧源的性能。常規衝擊器噴霧離子源包含一個標靶，該標靶典型地是平面的、彎曲的表面並且不包含被配置成擾動沿著其表面流動的氣體的結構。已經認識到在該標靶表面處的渦旋流型可以在衝擊器噴霧離子源中的霧化、去溶劑化和電離過程中起到重要作用，並且本披露目的在於使用這一認知。

將理解的是，上述離子源要求該標靶包含一個或多個被配置成擾動沿著或橫穿其表面流動的氣體的結構。這非常不同於例如WO2013/093517(「Micromass」)，其中該標靶的表面是完全光滑的。

可以使主要是液滴的流衝擊在該一個或多個標靶上，由此電離這些液滴以形成所述多個離子。

該一個或多個結構可以包含一個或多個渦旋產生結構，其中這些渦旋產生結構任選地被配置成在流經該一個或多個渦旋產生結構的氣體中的渦旋和/或湍流。

該一個或多個結構可以被配置成促進表面流動漩渦，這些表面流動漩渦促進氣體流動保持附接到該表面上。

該一個或多個結構任選地包含空氣動力學形狀或者輪廓，其被配置成促進表面流動漩渦，這些表面流動漩渦促進氣體流動保持附接到該表面上。

該一個或多個結構可以被安置於停滯點或線的下遊、和/或分離點或線的上遊。

該一個或多個結構可以包含具有縱軸的一個或多個邊條或翼片，該縱軸是與在該標靶上或周圍流動的氣體的大體方向平行、不平行或垂直。

該一個或多個結構可以包含由該一個或多個標靶的表面延伸的突起和/或延伸到該一個或多個標靶的表面中的缺口或空腔。

該一個或多個結構可以包含以下各項中的至少一項：

(i)單一結構或多個結構；

(ii)單列或多列的結構；

(iii)立方體、長方體、圓柱體、或多面體的結構；

(iv)在結構之間具有不規則間隔的結構；

(v)被印刷、蝕刻或微加工到該一個或多個標靶的表面中的連續的微圖案化的表面；以及

(vi)微結構。

該一個或多個結構可以被安置於流經該一個或多個標靶的氣體的主方向上。

該一個或多個結構可以與流經該一個或多個標靶的氣體的主方向一致。

該一個或多個標靶可以包含圓柱體管或杆。流經該一個或多個標靶的氣體的一個或該主方向可以是沿著或圍繞該圓柱體管的一部分表面、圓周、或圓周表面。

該一個或多個標靶可以包含呈板形式的平面表面，並且流經所述一個或多個標靶的氣體的一個或該主方向可以是橫穿或沿著所述平面表面。

該一個或多個結構的高度或深度可以與流經該一個或多個標靶的氣體的邊界層厚度相當或可比。例如，該一個或多個結構的高度或深度可以是在流經該一個或多個標靶的氣體的邊界層厚度的+/-0％、10％、15％、20％、30％、40％、50％、100％、200％、500％、1000％、2500％或5000％之內。

該一個或多個結構的高度或深度和/或在相鄰結構之間的距離和間隔可以是大於、等於、或小於：(i)1μm；(ii)2μm；(iii)5μm；(iv)10μm；(v)15μm；(vi)20μm；(vii)25μm；(viii)30μm；(ix)35μm；(x)40μm；(xi)45μm；(xii)50μm；(xiii)60μm；(ixv)70μm；(xv)80μm；(xvi)90μm；(xvii)100μm；(xviii)150μm；(ixx)200μm；(xx)300μm；(xxi)400μm；或(xxii)500μm。

該離子源可以包含大氣壓電離(「API」)離子源。

根據本披露的一個方面，在此提供了一種質譜儀，該質譜儀包含如上所述的離子源。

根據本披露的一個方面，提供了一種電離樣品的方法，該方法包括：

提供一個或多個霧化器和一個或多個標靶，其中該一個或多個標靶包含被配置成擾動沿著該一個或多個標靶的表面流動的氣體的一個或多個結構；

使得該一個或多個霧化器發射主要是液滴的流，致使這些液滴衝擊在該一個或多個標靶上，並且或者以便電離這些液滴以形成多個離子；並且

使用該一個或多個結構擾動沿著該一個或多個標靶的表面流動的氣體。

根據本披露的一個方面，提供了一種電離樣品的方法，該方法包括：

提供一個或多個霧化器和一個或多個標靶；

使得所述一個或多個霧化器發射主要是液滴的流，致使這些液滴衝擊在所述一個或多個標靶上，並且或者以便電離所述液滴以形成多個離子；

使用滿足條件Rρ/Rμ>1的霧化氣體，其中：

Rρ＝ρ(X)/ρ(N2)；並且

Rμ＝μ(X)/μ(N2)；

其中ρ(X)是該霧化氣體的密度，並且ρ(N2)是氮氣的密度，並且μ(X)是該霧化氣體的粘度，並且μ(N2)是氮氣的粘度。

各種實施例包括對於衝擊器噴霧源設計的改變，這些改變促進出於增強電離效率的目的額外的微漩渦。來自衝擊器噴霧杆標靶的掃描電鏡(「SEM」)圖像示出對於此類反向旋轉的微漩渦的存在的有力證據，其中在漩渦之間的特有間隔帶有與理論的一些相似之處。

如在此使用的術語「結構」可以是指微結構，例如具有小於以下各項的尺寸：(i)1μm；(ii)2μm；(iii)5μm；(iv)10μm；(v)15μm；(vi)20μm；(vii)25μm；(viii)30μm；(ix)35μm；(x)40μm；(xi)45μm；(xii)50μm；(xiii)60μm；(ixv)70μm；(xv)80μm；(xvi)90μm；(xvii)100μm；(xviii)150μm；(ixx)200μm；(xx)300μm；(xxi)400μm；或(xxii)500μm。

根據一個實施例，該質譜儀可以進一步包含：

(a)選自下組的一個離子源，該組由以下各項組成：(i)電噴霧電離(「ESI」)離子源；(ii)大氣壓光電離(「APPI」)離子源；(iii)大氣壓化學電離(「APCI」)離子源；(iv)基質輔助雷射解吸電離(「MALDI」)離子源；(v)雷射解吸電離(「LDI」)離子源；(vi)大氣壓電離(「API」)離子源；(vii)矽上解吸電離(「DIOS」)離子源；(viii)電子衝擊(「EI」)離子源；(ix)化學電離(「CI」)離子源；(x)場電離(「FI」)離子源；(xi)場解吸(「FD」)離子源；(xii)電感耦合等離子體(「ICP」)離子源；(xiii)快速原子轟擊(「FAB」)離子源；(xiv)液體二次離子質譜(「LSIMS」)離子源；(xv)電噴霧解吸電離(「DESI」)離子源；(xvi)鎳-63放射性離子源；(xvii)大氣壓基質輔助雷射解吸電離離子源；(xviii)熱噴霧離子源；(xix)大氣採樣輝光放電電離(「ASGDI」)離子源；(xx)輝光放電(「GD」)離子源；(xxi)衝擊器離子源；(xxii)實時直接分析(「DART」)離子源；(xxiii)雷射噴霧電離(「LSI」)離子源；(xxiv)聲波噴霧電離(「SSI」)離子源；(xxv)基質輔助入口電離(「MAII」)離子源；(xxvi)溶劑輔助入口電離(「SAII」)離子源；(xxvii)電噴霧解吸電離(「DESI」)離子源；(xxviii)雷射燒蝕電噴霧電離(「LAESI」)離子源；(xxix)He等離子體(HePl)離子源；和(xxx)彭寧(Penning)電離離子源；和/或

(b)一個或多個連續或脈衝的離子源；和/或

(c)一個或多個離子導向器；和/或

(d)一個或多個離子遷移分離裝置和/或一個或多個場不對稱的離子遷移光譜儀裝置；和/或

(e)一個或多個離子阱或一個或多個離子捕獲區域；和/或

(f)一個或多個碰撞、碎裂或反應單元，選自由以下各項組成的組：(i)碰撞誘導解離(「CID」)碎裂裝置；(ii)表面誘導解離(「SID」)碎裂裝置；(iii)電子轉移解離(「ETD」)碎裂裝置；(iv)電子捕獲解離(「ECD」)碎裂裝置；(v)電子碰撞或衝擊解離碎裂裝置；(vi)光誘導解離(「PID」)碎裂裝置；(vii)雷射誘導解離碎裂裝置；(viii)紅外輻射誘導解離裝置；(ix)紫外輻射誘導解離裝置；(x)噴嘴-截取錐(skimmer)界面碎裂裝置；(xi)源內碎裂裝置；(xii)源內碰撞誘導解離碎裂裝置；(xiii)熱或溫度源碎裂裝置；(xiv)電場誘導的碎裂裝置；(xv)磁場誘導的碎裂裝置；(xvi)酶消化或酶降解碎裂裝置；(xvii)離子-離子反應碎裂裝置；(xviii)離子-分子反應碎裂裝置；(xix)離子-原子反應碎裂裝置；(xx)離子-亞穩離子反應碎裂裝置；(xxi)離子-亞穩分子反應碎裂裝置；(xxii)離子-亞穩原子反應碎裂裝置；(xxiii)用於反應離子以形成加合物或產物離子的離子-離子反應裝置；(xxiv)用於反應離子以形成加合物或產物離子的離子-分子反應裝置；(xxv)用於反應離子以形成加合物或產物離子的離子-原子反應裝置；(xxvi)用於反應離子以形成加合物或產物離子的離子-亞穩離子反應裝置；(xxvii)用於反應離子以形成加合物或產物離子的離子-亞穩分子反應裝置；(xxviii)用於反應離子以形成加合物或產物離子的離子-亞穩原子反應裝置；以及(xxix)電子電離解離(「EID」)碎裂裝置；和/或

(g)質量分析器，該質量分析器選自下組，該組由以下各項組成：(i)四極杆質量分析器；(ii)2D或線性四極杆質量分析器；(iii)保羅(Paul)或3D四極杆質量分析器；(iv)彭寧阱質量分析器；(v)離子阱質量分析器；(vi)扇形磁場質量分析器；(vii)離子迴旋共振(「ICR」)質量分析器；(viii)傅立葉變換離子迴旋共振(「FTICR」)質量分析器；(ix)被安排成產生具有四極-對數電位分布的靜電場的靜電質量分析器；(x)傅立葉變換靜電質量分析器；(xi)傅立葉變換質量分析器；(xii)飛行時間質量分析器；(xiii)正交加速飛行時間質量分析器；以及(xiv)線性加速飛行時間質量分析器；和/或

(h)一個或多個能量分析器或靜電能分析器；和/或

(i)一個或多個離子檢測器；和/或

(j)一個或多個選自下組的濾質器，該組由以下各項組成：(i)四極濾質器；(ii)2D或線性四極離子阱；(iii)保羅或3D四極離子阱；(iv)彭寧離子阱；(v)離子阱；(vi)扇形磁場濾質器；(vii)飛行時間濾質器；和(viii)維恩(Wien)過濾器；和/或

(k)用於脈衝離子的裝置或離子門；和/或

(l)用於將基本上連續的離子束轉換為脈衝離子束的裝置。

該質譜儀可以進一步包含任一項：

(i)C-阱和質量分析器，該質量分析器包含形成具有四極-對數電位分布的靜電場的外部桶狀電極和同軸內部紡錘狀電極，其中在第一操作模式中將離子傳輸到該C-阱中並且然後注入該質量分析器中，並且其中在第二操作模式中將離子傳輸到該C-阱中並且然後到碰撞單元或電子轉移解離裝置中，其中至少一些離子被碎裂為碎片離子，並且其中然後將這些碎片離子在注入該質量分析器之前傳輸到該C-阱中；和/或

(ii)堆疊環形離子導向器，其包含各自具有孔的多個電極，在使用中通過該孔傳輸離子並且其中這些電極的間隔沿著該離子路徑的長度增加，並且其中在該離子導向器的上遊段中的這些電極中的孔具有第一直徑並且在該離子導向器的下遊段中的這些電極中的孔具有小於該第一直徑的第二直徑，並且其中在使用中向連續電極施加AC或RF電壓的相反相。

根據一個實施例，該質譜儀進一步包含被安排被並且被適配為向這些電極供應AC或RF電壓的裝置。該AC或RF電壓任選地具有選自下組的幅值，該組由以下各項組成：(i)約約500V峰到峰。

該AC或RF電壓可以具有選自下組的頻率，該組由以下各項組成：(i)約10.0MHz。

該質譜儀還可以包含在離子源上遊的色譜或其他分離裝置。根據一個實施例，該色譜分離裝置包含液相色譜或氣相色譜裝置。根據另一個實施例，該分離裝置可以包含：(i)毛細管電泳(「CE」)分離裝置；(ii)毛細管電色譜(「CEC」)分離裝置；(iii)基本上剛性的基於陶瓷的多層微流體襯底(「瓷磚」)分離裝置；或(iv)超臨界流體色譜分離裝置。

該離子導向器可以維持在選自下組的壓力下，該組由以下各項組成：(i)約1000毫巴。

根據一個實施例，分析物離子可以在電子轉移解離碎裂裝置中經受電子轉移解離(「ETD」)斷裂。可以使得分析物離子與ETD試劑離子在離子導向器或碎裂裝置中相互作用。

根據一個實施例，為了產生電子轉移碎裂或者：(a)在與試劑離子相互作用時碎裂分析物離子或誘導分析物離子以解離並且形成產物或片段離子；和/或(b)將電子從一種或多種試劑陰離子或帶負電的離子轉移到一種或多種帶多電荷的分析物陽離子或帶正電的離子，此時誘導至少一些帶多電荷的分析物陽離子或帶正電的離子以解離並且形成產物或碎片離子；和/或(c)在與中性試劑氣體分子或原子或非離子試劑氣體相互作用時，碎裂分析物離子或者誘導分析物離子以解離並且形成產物或碎片離子；和/或(d)將電子從一種或多種中性、非離子或不帶電的鹼性氣體或蒸氣轉移到一種或多種帶多電荷的分析物陽離子或帶正電的離子，此時誘導至少一些帶多電荷的分析物陽離子或帶正電的離子以解離並且形成產物或碎片離子；和/或(e)將電子從一種或多種中性、非離子或不帶電的超強鹼試劑氣體或蒸氣轉移到一種或多種帶多電荷的分析物陽離子或帶正電的離子，此時誘導至少一些多電荷分析物陽離子或帶正電的離子以解離並且形成產物或碎片離子；和/或(f)將電子從一種或多種中性、非離子或不帶電的鹼金屬氣體或蒸氣轉移到一種或多種帶多電荷的分析物陽離子或帶正電的離子，此時誘導至少一些帶多電荷的分析物陽離子或帶正電的離子以解離並且形成產物或碎片離子；和/或(g)將電子從一種或多種中性、非離子或不帶電的氣體、蒸氣或原子轉移到一種或多種帶多電荷的分析物陽離子或帶正電的離子，此時誘導至少一些帶多電荷的分析物陽離子或帶正電的離子以解離並且形成產物或碎片離子，其中從下組選擇該一種或多種中性、非離子或不帶電的氣體、蒸氣或原子，該組由以下各項組成：(i)鈉蒸氣或原子；(ii)鋰蒸汽或原子；(iii)鈣蒸汽或原子；(iv)銣蒸汽或原子；(v)銫蒸汽或原子；(vi)鍅蒸汽或原子；(vii)C60蒸汽或原子；以及(viii)鎂蒸汽或原子。

這些帶多電荷的分析物陽離子或帶正電的離子可以包含肽、多肽、蛋白質或生物分子。

根據一個實施例，為了進行離子轉移解離：(a)這些試劑陰離子或帶負電的離子來源於多芳基烴或取代的多芳基烴；和/或(b)這些試劑陰離子或帶負電的離子來自於下組，該組由以下各項組成：(i)蒽；(ii)9,10二苯基-蒽；(iii)萘；(iv)氟；(v)菲；(vi)芘；(vii)熒蒽；(viii)；(ix)苯並菲；(x)苝；(xi)吖啶；(xii)2,2'聯吡啶；(xiii)2,2'聯喹啉；(xiv)9-蒽腈；(xv)二苯並噻吩；(xvi)1,10'-菲咯啉；(xvii)9』蒽腈；以及(xviii)蒽醌；和/或(c)這些試劑離子或帶負電的離子包含偶氮苯陰離子或偶氮苯自由基陰離子。

根據一個實施例，電子轉移解離碎裂的過程包括將分析物離子與試劑離子相互作用，其中這些試劑離子包含苯二甲腈、4-硝基甲苯或薁。

可以提供一個色譜檢測器，其中該色譜檢測器包含或者：

一種破壞性的色譜檢測器，其任選地選自下組，該組由以下各項組成(i)火焰離子化檢測器(FID)；(ii)基於氣溶膠的檢測器或納米質量分析物檢測器(NQAD)；(iii)火焰光度檢測器(FPD)；(iv)原子發射檢測器(AED)；(v)氮磷檢測器(NPD)；以及(vi)蒸發光散射檢測器(ELSD)；或

一種非破壞性的色譜檢測器，其任選地選自下組，該組由以下各項組成：(i)固定或可變波長UV檢測器；(ii)熱導檢測器(TCD)；(iii)螢光檢測器；(iv)電子捕獲檢測器(ECD)；(v)電導監測器；(vi)光致電離檢測器(PID)；(vii)折射率檢測器(RID)；(viii)放射性流量檢測器(radio flow detector)；以及(ix)手性檢測器。

該質譜儀可以在各種操作模式下運行，包括質譜(「MS」)操作模式、串聯質譜(「MS/MS」)操作模式、在其中使母體或前體離子可替代地碎裂或反應以產生碎片或產物離子並且不碎裂或反應或者碎裂或反應到更小的程度的操作模式、多反應監測(「MRM」)操作模式、數據依賴分析(「DDA」)操作模式、數據獨立分析(「DIA」)操作模式、定量操作模式或離子遷移譜(「IMS」)操作模式。

附圖說明

現在參考附圖僅通過舉例來描述本披露的各個實施例，其中：

圖1示出了一種常規衝擊器噴霧離子源；

圖2示出了對於流經圓柱的氣體的停滯區的示意圖。

圖3示出了在來自Kestin和Wood(1970)的流經圓柱的氣體中的反向旋轉漩渦；

圖4示出了來自Kestin和Wood(1970)的微漩渦關係圖；

圖5示出了圓柱體衝擊器噴霧標靶的掃描電鏡(「SEM」)圖像；

圖6示出了包含結合表面凹槽的標靶的衝擊器噴霧離子源；

圖7示出了說明在凹槽位置與信號強度之間的關係的圖；並且

圖8示出了本披露的一個實施例。

具體實施方式

現在將描述關於衝擊器噴霧離子源、以及特別地氣體流動和渦旋流動行為的發展。

當氣體的流動接近一個固體物體時，可以達到一個點，在那裡該流動變得附接到該表面上並且該局部表面速度可以變為零。這可以稱為停滯點11，並且在圖2中對於衝擊器噴霧幾何形狀示意性地示出。

該停滯區域13可以被其中該流動任選地變得附接到表面上的停滯點11和其中該流動任選地與該表面分離的分離點12所界定。儘管圖2示出了移動到該杆軸的右側的氣體流線，應理解來自該衝擊器噴霧霧化器的集中的氣體流動可以導致在該標靶5任一側上的兩個對稱流線。

對於錯流的圓柱幾何形狀，已經對在該停滯區域13中發生的渦旋現象進行建模(J.Kestin和R.T.Wood的「關於二維停滯流動的穩定性(On the Stability of Two-Dimensional Stagnation Flow)」，流體力學(Fluid Mech.)(1970)，第44卷，第3部分，第461-479頁，在此稱為「Kestin和Wood(1970)」)。可能在衝擊器噴霧離子源中遇到此類渦旋現象。該理論特徵是以下良好建立的觀察，在錯流中的圓柱可以具有線性系列的反向旋轉表面漩渦，其旋轉軸與這些氣體流動流線一致。

圖3示出了一對反向旋轉的表面漩渦的圖解。被一個反向旋轉對跨越的距離可以稱為幹擾波長λ，可以發現該擾動波長可以與該圓柱直徑D成正比，並且可以與雷諾數Re的平方根成反比；

λ＝常數DRe-0.5 (i)

並且Re＝ρvD/μ (ii)

其中ρ是氣體密度，v是自由流氣體速度(遠離表面)，並且μ是氣體粘度。對於各種湍流強度(Tu)的λ/D與Re-0.5的繪圖在圖4中示出。

圖5示出了如以上描述的用於在蛋白沉澱的人血漿中含有的分析物的分析中使用的衝擊器噴霧標靶(例如1.6mm直徑、不鏽鋼衝擊器噴霧標靶)的掃描電鏡(「SEM」)圖像。顆粒的、圓形的「暈環」是由於血漿的不揮發組分的沉積並且是在對於目前討論的感興趣的區域之外。

該SEM圖像是以與衝擊液滴流和霧化氣體噴嘴相同的方向拍攝的。在圖5中的十字(+)可以代表該進入氣體噴嘴中央的衝擊點的近似。該圖像的圓圈的區域的仔細檢查揭示了一個線性系列的條紋標記，這些條紋標記與這些流動流型的方向一致。這些條紋標記可以是如所描述的反向旋轉表面漩渦存在的證據。

參照圖1，在該霧化器尖端與該標靶之間的距離y1典型地是3mm。在如此接近的距離處，該氣體速度可以是超音速的，其中，在對於實例Mach 1，我們可以對於氮氣在100℃的溫度下將Re評估為約30,000。如果我們將此值轉換到在圖4中示出的繪圖上，對於D＝1.6mm並且假設Tu＝4％我們獲得的λ＝37μm的幹擾波長值。這與來自圖5的實驗上確定的λ＝23μm形成對比，假設三個條紋標記代表一個反向旋轉渦旋對的外部範圍和中心。

由此，對於錯流中的圓柱在所觀察到的實驗數據與漩渦的理論之間似乎存在一些關聯。

這從等式(i)和(ii)推出，表面漩渦的最大濃度可以由使用具有低粘度的緻密氣體(即，導致高雷諾數Re的那些)形成。如果對於二氧化碳和丁烷我們比較可用數據(在400K)，對於用氮氣作為霧化氣體獲得的那些我們將Re分別增加為1.77和4.6倍。由此，如果漩渦是對於衝擊器噴霧源的一個重要因素，這可以提倡使用高密度、低粘度的霧化器氣體。

我們可以將所選擇的氣體(X)與氮氣(N2)之間的密度比率Rρ定義為：

Rρ＝ρ(X)/ρ(N2) (iii)

並且定義粘度比率Rμ，其中：

Rμ＝μ(X)/μ(N2) (iv)

它是從等式(i)和(ii)推出的，增加的微漩渦將由滿足以下條件的霧化氣體的使用產生：

Rρ/Rμ>1 (v)

這些表面漩渦可以在液體液滴的剪切中起到重要作用，這可以增強在API源中產生氣相離子和帶電液滴的所謂的「離子噴霧」和「聲波噴霧」機制。此外，這些錯流表面通道可以在這些表面液體絲(或滾動液滴)內形成雙層的時間段後朝向在其中可以噴射次級液滴或離子的分離點引導表面液體。

參照圖5，如果我們假設十字(+)代表流動停滯點(或線)的近似位置並且條紋標記的末端代表流動分離點(或線)，我們可以由簡單的幾何投影確定該衝擊器噴霧標靶停滯區可以對著約46度的徑向角。

對於1.6mm的直徑杆標靶，如典型地在衝擊器噴霧源中使用的，這可以等同於典型地是0.65mm長的停滯區。因為該表面漩渦與該停滯區相關，人們可以假定與此區域的任何明顯幹擾將對於該衝擊器噴霧源的性能具有有害作用。

一個經驗幾何形狀在圖6中示意性地示出，在其中將具有與該停滯長度(0.65mm)相當的寬度的表面凹槽14在長度上切割為1.6mm直徑的不鏽鋼杆標靶50。已經示出，當該凹槽與該停滯區域重疊時，通過相對於該停滯區域(右上象限)旋轉凹槽14的位置可以觀察到顯著的靈敏度降低。

圖7示出了標靶凹槽位置對於以0.125pg/μL的濃度和0.8mL/min的流速灌輸到源中的丁螺環酮(busiprone)和利舍平的衝擊器噴霧/質譜分析的相對信號強度的作用。在圖示的實施例中，當該凹槽位於與該停滯區很遠(左上象限)時，觀測到最高靈敏度。當該凹槽完全重疊上部象限時，觀察到最低靈敏度，大概是該停滯區域被湍流壓倒，使得在停滯區與自由流流動之間的明確的界定不再存在。由不含有凹槽但具有1.6mm直徑的不同的標靶獲得對於丁螺環酮和利舍平的兩個另外的參考點。

此實驗不一定在氣體流動的漩渦或噴霧控制(Coanda)作用的相對重要性之間進行區分，該氣體流動朝向該離子入口錐形引導離子和帶電液滴。然而，可以合理的是建議通過增加在標準桿標靶上的現有停滯區域的長度，有可能增加衝擊器噴霧離子源的靈敏度。

由機翼設計已知的是在表面處的流動更有可能在低湍流的條件下變成分離的。由此，為了增加該停滯區域的長度並且因此減少在高攻角下停轉的機會，機翼結合沿著翼的長度以是下遊但接近停滯線的位置附接的渦旋產生器。這些典型地是三角形、矩形或正方形的特徵，這些特徵當其高度相當於在到該翼上的其附著點處該邊界層的厚度時是最有效的。渦旋產生器還可以採取在該流動流型的方向上對齊的長邊條或翼片的形式。

如果我們假定平面表面幾何形狀，該邊界層的厚度(δ)通過下式給出：

δ＝4.91xRe-0.5 (vi)對於層流，或者

δ＝0.38xRe-0.2 (vii)對於湍流，

其中x是與該停滯點的距離並且Re是該自由流流動的雷諾數。

對於典型的衝擊器噴霧操作條件，該標靶表面與該霧化器尖端的接近的定位是使得該自由流氣體速度是超音速的並且在Mach 1我們將預期Re是30,000數量級。在這種情況中，等式(i)和(ii)將分別產生δ＝6μm和10μm的邊界層厚度，對於是從該停滯區域的起點至末端的距離的約三分之一的x＝0.2mm。在1.6mm直徑標靶杆的情況下，這代表一個或多個渦旋產生結構的高度的下限。歷史熱線測量也已經示出表面渦旋幹擾可以延伸至遠至五十個邊界層厚度，這樣可以預期渦旋產生結構的有用的高度範圍可以是1-50倍的該邊界層厚度(δ)。

現在將描述本披露的一個實施例。

圖8根據一個實施例示出了圓柱體杆標靶50的示意性實例。標靶50可以具有表面結構15、或微結構，這些結構可以為創建表面流動漩渦的目的服務。這些表面流動漩渦可以促進該流動保持附接到該標靶表面上。

這些結構的尺寸在圖8(它是示意性的)中被誇大並且可以是10-100μm大小。該標靶可以是1.6mm的直徑。這些微結構可以位於停滯線16的下遊並且可以位於分離線(17)的下遊。這些微結構的尺寸或高度可以是與標靶在該周圍流動的氣體的邊界層厚度可比較或相當的。當試圖使用這些微結構產生漩渦時，這可以創建最大有效性。

儘管在圖8中在該標靶的右上象限上示出了這些微結構，可以將另外一套微結構對稱地置於左上象限上。該進入的霧化器液滴流18可以是對稱的，即，針對該標靶的上止點(「TDC」)。

在一個實施例中，該圓柱體杆標靶5可以反而是平板標靶，任選包含呈板的形式的平面表面。該平板標靶可以包含在其表面上的一個或多個結構或微結構。

在於此披露的任何一個方面或實施例中，這些結構或微結構可以不限於在圖8中示出的那些，並且可以包含或進一步包含以下各項中的至少一項：

(i)單一結構或多個結構；

(ii)單列或多列的結構，例如在停滯與分離線之間；

(iii)任何形狀的結構，例如立方體、長方體、圓柱、或稜錐體；

(iv)其中在結構之間存在不規則間隔的結構；以及

(v)被印刷、蝕刻或微加工到標靶中的連續的微圖案化的表面。

這些結構或微結構可以包含或進一步包含一個或多個邊條或翼片。這些邊條或翼片可以具有縱軸，該縱軸是與在該標靶上或周圍流動的氣體的大體方向平行、不平行或垂直。這些邊條或翼片可以起到改變流經表面的氣體的方向和/或促進表面流動漩渦以任選地促進氣體流動保持附接到所述表面上的作用。這些邊條或翼片可以通過具有空氣動力學形狀或輪廓來實現這種作用。

所披露的方面和實施例任選地增加現有衝擊器噴霧離子源的靈敏度並且任選地提供更寬範圍的標靶類型和幾何形狀。

儘管已經參考各個實施例描述了本披露，但本領域的普通技術人員將理解，在不脫離如所附權利要求所闡述的本披露的範圍的情況下，可以在形式和細節上做出不同的改變。