离子源介绍[1]

液质联用的离子源

液质联用的离子源，最早来源于ESI的诞生。

最早是由analytica公司做的，大约在80年代。后来各公司不断改进，形成了各个公司专利的离子源。

其中，有独立专利技术的有：Finnigan、Waters、AB、安捷伦。

Bruker和安捷伦是合作关系，它让安捷伦

用自己的离子阱，它就用了安捷伦的离子源，是一个交换协议。

据大量研究表明，虽然质谱的很多方面都会影响灵敏度，但离子源对质谱的影响是非常大的。离子源

的设计需要考虑几大因素：一个是离子化效率、一个是抗污染、一个是传输效率。

所以，离子源的设计应该不只考虑喷针，还要考虑传输路径，要让离子化的东西，尽可能传到后面的

质量分析器去。

最早Analytica公司：（1）一个典型的三层套管式离子源，中间是液体，外层（鞘层）是辅助液体，

最外层是辅助气体（2）当时认为：喷针冲着采样锥孔（吸极，skimmer），没有角度，即直喷，就会让尽

可能多的离子进去（3）有一个离子传输毛细管，气化的离子在其中运行，进一步完成充分的离子化，再

进入后面的质量分析器（4）后面都是用六极杆/八极杆传输。

缺点：

（1）直喷时，抗污染性能较差，其实，液体流过，真正离子化的部分很少，必须迅速除去积累的液

体，而且要抗污染

（2）这时的离子传输毛细管太细了，又不能加热，气初二地理教案 化的离子有可能再次冷凝，从而堵塞毛细管。

后来，各公司都借鉴并改进了这一设计，其中，以Finnigan、Agilent等保留更多。

Finnigan改变了喷针，开始用直喷，后来用垂直喷，再后来（就是现在）用60度喷针，据公司说：

符合气流动力学，使离子可以尽可能进入，但没进入的又可以快速排走（离子源下面连了一个大管子，接

上机械泵，就迅速把脏东西抽走了），但注意：这种设计用在Finnigan的离子阱和串联四极杆上，他们本

身有一个MSQ型单级四极杆，仍然采用垂直喷。

60度的离子源

60度离子源

那个传输毛细管，Finnigan把它改成了大口径、金属可加热的。所以，冷凝问题减少很多。当然，如

果你总是把很脏的样品、甚至沉淀的样品往里打，估计是个什么也堵了。

在离子传输上，最新型号的用的是方形四极杆。方形四极杆据质谱届的很多专业人士说，是非常好的

东西。因为我们知道，真正的四极杆场（常被用作质量分析器）是离子选择性高，通过率不一定高；圆形

的六极杆/八极杆优点是：混沌轨道（chaotic trajectory）,没有传输节点（传输节点指的是：周期性出现的

离子传不过去）；缺点是：Less collisional damping（即离子容易散开，不容易聚中）。

六极杆/八极杆离子传输示意

六极杆八级杆

而方形四极杆是混合了四极杆和八极杆的一个混合场，所以，综合了很多场的优点，既保持了六

极杆/八极杆的优点，又实现了离子的聚中传输（Good collisional damping），即离子的聚中性更好，

不散开

。

方形四极杆离子传输示意

方形四极杆

安捷伦的设计比较简单，（1）垂直喷针（2）毛细管是石英镀白金（铂）的、大口径的、外层套着

氮气加热的石英镀白金毛细管

石英镀金毛细管

（3）八极杆传输

安捷伦离子源设计

安捷伦离子源设计

但它的不及之处，偶认为最头痛的就是：

喷针位置不方便调节（比如Finnigan、Wat鸡子大饼 ers、AB离子源都有一个三维微型调牛肉西红柿的做法 距工作台，和玻璃

视窗，可以根据样品情况调节喷针位置）。因为样品毕竟千差万别，也就是安捷伦的离子源对真实

样品的适应性差一些。不过，其实也是可以调的。就是把离子源喷针组件取下，安捷伦给了一个

放大镜，用专用扳手调节以下喷针的长度。

因为毛细管是用氮气加热的（即Dry gas），所以，耗气量很大，对国外用户（很有钱的单位）

可能不是个什么大问题，但对国内用户来说，耗气量真的太大了。

AB的离子源不可不提，偶认为，AB的离子源设计得很直观，很管用（虽然有一些副作用），对灵

敏度做出了最大的贡献！让我们看看发生了什么就知道了：

（1）Waters曾经因为离子传输部分，对AB造成了侵权，并败诉。

（2）Finnigan的60度喷针，其实也是借鉴了现在AB的API 4000和3200系列的离子源，更尤

甚是，所谓H－ESI加热的离子源，简直学得更像了。

AB的源：

（1） 喷针虽然本身是垂直的，但是，两侧加了两道60度夹角的、热的氮气流，符合气流动力

学，同时，很快地加速气化。

AB的Turbo V离子源

AB的

(2）离子源区用很大的泵去抽。API 4000配了一个700升/秒抽速的分子涡轮泵，后面分析区的反

而小。（别的公司在源区一般配的小一些，在后面的传输区和分析区才依次加大泵速）

AB的超大泵

AB的超大泵.jpg

（2） Skimmer吸极的孔开得超大，这样就有更多的离子可以进去了嘛！

优点是：源灵敏度很高，大规模做样稳定性很好，高流速时离子源腔体也很快干燥，完全

不积液。

缺点是：泵的负荷太大了，有一些副作用，就是噪音、对环境的要求，和用用就坏了

不过，总之，用起来很爽就是了。

为什么说Finnigan的H-ESI实在太像Turbo V，是因为不仅继承了60度，也用加热氮气流辅助气

化。

Finnigan的H-ESI离子源

Finnigan的

Waters的离子源设计，偶觉得没有特别的可说的。

（1） Zspray，就是喷针没有直对着采样锥孔，而是平行上移一段距离，根据电场的吸引，喷出

的液体拐了一个“Z”型的弯，才到达锥孔。所以，理论上，抗污染性会比较高。

（2） Waters的Zspray和整个构造

Waters的

（2）整个离子源腔体的框架是加热的！所以，就像气流加热一样，可以学校医务室 迅速帮助液体气化变成离子。

（3）侵权后，痛定思痛，出了T-Wave离子传输透镜。这个T-Wave是一系列平行板，T-Wave离子导引

技术采用一系列的镀金透镜板，以阶梯电压的方式操作在射频方式下。

但缺点是，T-Wave直接焊接在印刷电路板上，这使它非常难清洗，在离子传输系统中应用T-Wave，T-Wave

非常接近于离子源，容易污染，本身要求常清洗，但清洗时非常容易损害电路板。小心为妙！

T-Wave离子传输透镜

T

（4）真空技术跟Finnigan、安捷伦的差不多，都是从离子源～离子传输区～分析区，抽速依次增

大。质谱届也就AB是离子源区真空最大。

值得一提的是，Waters的设计是英国曼彻斯特的设计，曼彻斯特有一个质谱产业基地。Finnigan

收购了当年VG在曼彻斯特的工厂，这个工厂刚好生产气质联用仪（后来演变成Finnigan的DSQ

四极杆气质联用仪），和液质联用仪（后来演变成Finnigan的MSQ单级四极杆液质联用仪）。

所以，MSQ的设计是和Waters的很像的啊。

MSQ的MSpray和整个构造

MSQ

最后，要说的是每个公司都有抗污染的设计。

比如AB的帘气（Crutain gas）、安捷伦的反吹气、Finnigan的美国工厂的吹扫气（Sweep gas）、

Waters偶不记得有什么气体了，就Zspray本身吧、Finnigan的英国工厂的MSQ的Mspr海兔怎么做好吃 ay和一

个Cone Wash（锥清洗液体）。

所以，原则上说，没有谁比谁在抗污染方面更好的说法。说仪器可以直接进缓冲盐的说法，都是

销售们的夸大其词因为可以抗污染，所以，每个公司的介绍中，都会专门有一张是进很“脏”的含缓

冲盐的图，但可笑的是：一般只表明信号不衰减，没有谁会给我们看这时的质谱图！

因为：质谱真的真的非常不喜欢盐，盐会跟真正的样品形成盐簇离子，让你在质谱图上看到一系

列没有任何意义的等间距的峰，这时，做样还有什么意义呢？

所以，大家不要听信公司销售的说法（哈哈，他们也没做过实验，都是把公司给他们的片子夸大

其词了）。盐是一定要除的，而最好的方法——就是过反相填料，比如：反相柱，或含反相填料的

一些前处理装置。

岛津的单级四极杆液质叫作LCMS-2010EV (Evolution) ，离子源的设计是：

（1） 垂直喷针

（2）在喷针处加了一道dry gas，这点像API 4000和Thermo的H-ESI，帮助离子化，增加离子

化效率。

（3）有混合源（既能作ESI又能做APCI），但偶认为它的APCI可能不怎么好，因为它没有给

APCI的灵敏度测定指标，ESI的厂方指标好像也并不高，是用10 pg测定的利血平，信噪比

>500(RMS)

（4）离子传输部分叫作Q-array 设计即：三组四极杆（不同尺寸）后面再连一个八极杆（偶想这

种设计类似于Thermo的方形四极杆，就是综合利用混合场的优点）

岛津的液质离子源

岛津

岛津

岛津离子源整体设计

岛津

Varian的离子源设计

（1）大概是74度角的喷针（既不是90度，也不是0度，也不是60度），喷针可以x、y多方向

微调节（这一点有点像大厂家，比如AB、Thermo、Waters），可以根据样品情况优化喷针位置

（2）有传输毛细管，传输毛细管外有反吹的气体Drying gas

（3）离子中国名酒排行榜前十名 传输部分用六极杆，但六极杆和传输毛细管有一个6度的夹角

Varian可以调节喷针位置

Varian的反吹气体和离子传输系统