液相質(zhì)譜-電噴霧離子源（ESI）的五大常見(jiàn)問(wèn)題

液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)是目前最常用的一種分析檢測(cè)儀器，今天鑠思百小編通過(guò)問(wèn)答形式，詳細(xì)介紹一下液質(zhì)聯(lián)用中的ESI離子源技術(shù)，透過(guò)原理，解答您在分析過(guò)程中的常見(jiàn)的疑惑。

問(wèn)題一、 ESI電噴霧離子源的基本原理是什么？

圖1. 三重串聯(lián)四極桿質(zhì)譜構(gòu)造圖

我們通過(guò)分解的方式來(lái)窺探一下ESI產(chǎn)生離子化的基本過(guò)程

• 液相色譜作為進(jìn)樣系統(tǒng)和分離系統(tǒng)：待分析物通過(guò)液相色譜系統(tǒng)在色譜柱上得到分離，被流動(dòng)相帶入電噴霧針。

圖2. ESI電噴霧離子源構(gòu)造圖

• 電噴霧針：電噴霧針為套管式結(jié)構(gòu)，中空管道，如上圖，中間為流動(dòng)相通道，兩側(cè)翼為霧化氣通道，電噴霧針中的噴霧氣，形成噴霧壓力，流動(dòng)相液體隨噴霧氣，被壓入大氣壓氣化腔室（見(jiàn)圖1）形成噴霧。

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• 電場(chǎng)梯度：在噴霧針、和離子錐孔處的反電極之間形成電場(chǎng)梯度，液滴在此處形成正離子或負(fù)離子，正負(fù)離子形成與化合物的性質(zhì)相關(guān)。

• 脫溶劑氣：被加熱的逆向的反吹氣，與液滴發(fā)生熱量交換，使得帶電液滴脫溶劑化，庫(kù)倫爆炸在此過(guò)程中反復(fù)進(jìn)行，最終形成裸露的氣相離子，通過(guò)離子傳輸組件，進(jìn)入四極桿質(zhì)量過(guò)濾器中。

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• 加熱鞘氣（輔助脫溶劑化）：加熱的鞘氣，在噴針的兩端，和噴針平行處，其作用，一個(gè)是熱量交換，使得帶電液滴氣化，另外一個(gè)目的是實(shí)現(xiàn)離子聚焦，防止離子的逃逸。

問(wèn)題二、 質(zhì)譜中的各種“氣”和各種“電壓”，您了解嗎？

• 反吹氣（又名氣簾氣或者脫溶劑氣）：反吹氣，和氣簾氣，脫溶劑氣其實(shí)是不同的名稱(chēng)，從錐孔（或者毛細(xì)管）出來(lái)的加熱氣，運(yùn)動(dòng)軌跡和離子運(yùn)行軌跡相反，所以有的叫它”反吹氣”，又因?yàn)檫@種加熱的氣體，對(duì)于進(jìn)入離子通道前的帶電液滴，與之進(jìn)行熱量交換，起到了脫溶劑化的效果，又被稱(chēng)為“脫溶劑氣”，在與離子傳輸相反的道路上，它形成了一道像窗簾一樣，阻隔了中性分子進(jìn)入離子通道的路線，降低了本底干擾，所以也被稱(chēng)為”氣簾氣”。

• 噴霧氣：我們可以看到，霧化氣在噴霧針平行的方向上，其主要作用在于形成噴霧壓力，使得經(jīng)過(guò)噴針的液流，形成細(xì)小的霧滴（此過(guò)程帶電和霧化同時(shí)進(jìn)行）。

• 碰撞氣：（基于3Q質(zhì)譜來(lái)說(shuō)明），則是在質(zhì)譜的碰撞池中，將來(lái)自于第一個(gè)四級(jí)桿篩選過(guò)濾后傳輸來(lái)的離子，與之發(fā)生碰撞，離子被撞碎后，送到第三個(gè)四極桿，由于為了防止產(chǎn)生碎片的復(fù)雜性，碰撞氣只傳遞動(dòng)量，不參與反應(yīng)，所以一般采用高純的惰性氣體。

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• 電噴霧電壓：這個(gè)施加在噴霧針上的電壓，主要是用來(lái)將經(jīng)過(guò)色譜柱后的流動(dòng)相，到達(dá)噴霧針處形成的液滴，使之帶上電荷，改變電壓的正負(fù)性，其可使得液滴帶上正電荷或者負(fù)電荷，這個(gè)噴霧電壓，實(shí)際上使得在噴霧針到反電極之間形成電場(chǎng)梯度，帶電機(jī)理可以看作一種電泳機(jī)制。

• 錐孔電壓或者毛細(xì)管電壓：經(jīng)過(guò)脫溶劑的裸露的氣相離子，在經(jīng)過(guò)取樣錐孔時(shí)候，會(huì)在錐孔處（有的傳輸口，里面是一根毛細(xì)管），在這個(gè)地方施加一個(gè)錐孔電壓（或者稱(chēng)為毛細(xì)管電壓），起到導(dǎo)入傳輸離子的作用，這個(gè)電壓就是錐孔電壓或毛細(xì)管電壓，不同儀器廠家將不同的地方稱(chēng)為毛細(xì)管，需要區(qū)分。

• 去簇電壓：簇離子的形成過(guò)程：（1）離子源和離子傳輸單元間的真空差異，導(dǎo)致離子流發(fā)生超音速膨脹；（2）離子流的膨脹導(dǎo)致冷凝（3）冷凝吸附溶劑分子，形成簇離子在離子形成過(guò)程中，極性分子容易和離子簇合，降低了離子化效率，在這個(gè)過(guò)程（AB質(zhì)譜）中加入去簇電壓，可以使得極性溶劑分子產(chǎn)生極化，并且給予離子共振能量，可以阻止溶劑分子的吸附，防止成簇的形成，這個(gè)就是去簇電壓的作用，但當(dāng)去簇電壓過(guò)大，離子共振的能量過(guò)大，容易導(dǎo)致鍵斷裂，從而導(dǎo)致源內(nèi)裂解。

問(wèn)題三、 ESI中關(guān)鍵的庫(kù)侖爆炸是怎么回事？

帶電液滴，表面積聚了相同的電荷，在向離子傳輸?shù)倪^(guò)程中，遇到熱的反吹氣和鞘氣，交換了熱能，使得包裹離子的溶劑氣化，液滴內(nèi)徑減少，表面的電荷更加集中，由于庫(kù)侖力與半徑方成反比，因而，庫(kù)侖力在不斷增大，束縛液滴的是其表面張力（讓液滴收縮的力）；當(dāng)達(dá)到一定的極限，庫(kù)侖力大于表面張力，液滴就爆炸了，變成更小的液滴，這個(gè)過(guò)程就是庫(kù)侖爆炸，庫(kù)倫爆炸使得離子由液相液滴轉(zhuǎn)化為氣相離子。

問(wèn)題四、 ESI為什么可以使得化合物帶上多電荷？

多電荷的產(chǎn)生，主要和離子形成機(jī)制以及化合物本身的性質(zhì)有關(guān)，對(duì)于分子量小于1000Da的化合物，一般形成單電荷，少部分低分子量化合物會(huì)形成雙電荷離子；對(duì)于大分子如聚合物、蛋白質(zhì)、多肽等容易形成一些列的多電荷離子；由于生物大分子如蛋白質(zhì)，多肽，核酸不止一個(gè)活性位點(diǎn)，其在ESI中的會(huì)產(chǎn)生一系列的多電荷質(zhì)譜峰，并且所帶電荷會(huì)隨著分子量的增大而增大，多電荷導(dǎo)致了同位素峰的分離變得困難。

問(wèn)題五、 反相分離和離子化效率怎么取舍？

我們知道反相色譜和質(zhì)譜聯(lián)用，是最常見(jiàn)的物質(zhì)分析方式，而水、甲醇、乙腈為常見(jiàn)的溶劑，粘度大小為：水>甲醇>乙腈，溶劑的粘度大，引起反壓較高，溶劑的洗脫能力則剛好相反，水的表面張力較大，因而在水含量高情形下，形成Taylor錐和穩(wěn)定的噴霧所需要的電壓也高，但因此容易引起尖端放電（尤其在負(fù)離子模式中），另外水含量較高不利于液滴霧化和脫溶劑化，但是水的存在，又影響著溶劑的介電常數(shù)、電導(dǎo)率，這些似乎又說(shuō)明了水在離子化過(guò)程中的不可或缺，霧滴的半徑大小，帶電情況也和水含量比例相關(guān)，而在反相色譜中，有機(jī)相的比率、溶劑強(qiáng)度等又影響色譜分離度和峰的寬窄（譜帶展寬），通常在水相和有機(jī)相比率中既要兼顧反相分離效果，又要考慮離子化的效率，ESI屬于濃度敏感型離子源，為了兼顧良好分離效果和離子化效率，我們一般采取折中化措施，在50%的水-有機(jī)相比例基礎(chǔ)上來(lái)測(cè)試調(diào)整，找到合適的平衡點(diǎn)，有時(shí)候在需要水相比例足夠高的情形下，會(huì)通過(guò)降低流速，增大脫溶劑化氣流和溫度，來(lái)獲得較好的離子化效率。