离子源原理

[align=center][b][font=黑体]电喷雾离子源原理与离子迁移搬运机理的应用探讨[/font][/b][/align][align=center][font=宋体]罗杰鸿[/font][sup]1*[/sup][/align][align=center](1.[font=宋体]广东安纳检测技术有限公司，[/font][font=宋体]广东[/font][font=宋体]广州[/font]510000)[/align][b][font=宋体]摘要[/font]: [/b][font=宋体]自从[/font][font=宋体]电喷雾现象被发现，对于以[/font]ESI[font=宋体]为代表的软电离现象中，物质如何带电荷依然存在着争论。科学家们从不同的角度描述了这一个过程，但现今的理论依然无法完全解释众多的实验现象。同时，由于理论的不成熟，制约了软电离在技术方面的应用，比较直接地表现为，理论的缓慢发展，制约了离子源的设计与研制工作，使得离子源从实验室走向商业化遇上了不少的瓶颈。本文通过简述现有的离子源原理，并对离子迁移搬运机理的应用进行了探讨和展望。[/font][b][font=宋体]关键词[/font]:[/b] [font=宋体]电喷雾现象；[/font][font=宋体]离子源理论；离子源的设计；商业化；[/font][b][font='Times New Roman',serif]The principle of ionspray ion source -- Application of ion migrate and transport mechanism[/font][/b][align=center]Luo Jiehong[sup]1*[/sup][/align][align=center](1.Guangdong Anna testing co, ltd[font=宋体]，[/font] Guangzhou510000[font=宋体]，[/font] China)[/align][b]Abstract:[/b]Since the discovery ofelectrospray spray phenomenon, there is still a debate about how to chargesubstances in the soft ionization phenomenon represented by ESI. Scientistshave described this process from different perspectives, but the current theorystill cannot fully explain many experimental phenomena. At the same time, dueto the immaturity of the theory, the application of soft ionization intechnology is restricted, which is directly reflected in the slow developmentof the theory, which restricts the design and development of the ion source,and makes the ion source meet many bottlenecks from the laboratory tocommercialization. In this paper, the principle of existing ion sources isbriefly described, and the application of ion migration and transportationmechanism is discussed and prospected.[b]Key words[/b]: electric spray phenomenon Ion source theory Design of ionsource Commercialization 1913[font=宋体]年，著名英国物理学家汤姆逊采用一台简陋的抛物线装置研究[/font] “[font=宋体]正电[/font]”[font=宋体]射线，非有意之中诞生了质谱学。[/font]1917[font=宋体]年，电喷雾物理现象被发现（一个伟大的发现，可是当时并非为了在质谱仪器上使用），人们使用静电喷雾法进行喷漆、燃料物化、静电乳化等。区别于[/font]EI[font=宋体]等高能量碰撞使得物质带电的硬电离模式，电喷雾带电等模式被称为软电离模式。[/font][font=宋体]自从学者们发明电喷雾离子源[/font]ESI[font=宋体]以来，其气相离子形成的机理一直争论了很长一段时间[/font][1-9][font=宋体]。其中，离子蒸发机理[/font](IEM )[font=宋体]、带电残基机理[/font](CRM)[font=宋体]、链弹射理论[/font](CEM)[font=宋体]是比较常见的气相离子形成机理。最近，基于相关实验结果，笔者等提出[/font]“[font=宋体]离子迁移搬运[/font]”[font=宋体]的机理[/font][10][font=宋体]。本文对近年来关于离子源原理的研究工作进行简述，并对离子迁移搬运机理的应用进行探讨和展望。[/font][b]1 [font=宋体]电喷雾离子源的基本原理[/font][/b][font=宋体]电喷雾离子源[/font]ESI[font=宋体]利用电场产生带电液滴，经过各种作用最终实现待测物质的分子离子化。待测物质能够成功地实现电喷雾离子化，一般经过几个步骤[/font][11][font=宋体]：形成带电液滴、液滴变小、最后形成气相离子。带电液滴形成过程、带电液滴变小过程已经得到相关实验的验证，但怎样形成气相离子，受限于缺乏精密仪器，依然存在着争论。对于最后步骤，学者们从不同的角度去说明这个过程[/font][11-12][font=宋体]，[/font]IEM[font=宋体]，[/font]CRM[font=宋体]，[/font]CEM[font=宋体]等三个理论，有一定的适用范围，也能应用于解释一些的实验现象，但依然存在许多实验现象无法应用这些理论来解释。[/font][b]1.1 [font=宋体]朱一心的实验与理论[/font] [/b]IEM[font=宋体]，[/font]CRM[font=宋体]，[/font]CEM[font=宋体]是比较常见的几种观点，许多论文已经详细讲述这些原理[/font][1-9][font=宋体]。[/font]IEM[font=宋体]，[/font]CRM[font=宋体]，[/font]CEM[font=宋体]等理论，至今也无法解释以下两个问题：[/font]1[font=宋体]、为什么电喷雾离子源中存在多电荷现象，尤其是蛋白质电荷分布近似于高斯分布[/font]? 2[font=宋体]、为什么电喷雾离子源存在离子抑制现象[/font]? [font=宋体]而且，在解释热裂解测定，负离子模式测定等常见的实验现象中，也存在着一定的困难。[/font][font=宋体]朱一心等认为，根据电磁场理论，介质在电场中，正负电荷是以成对的形式存在的，不可能形成正负离子分离，在电极的同一端更不可能产生正、负离子分离的现象，因此并不认为多余的电荷是来自于液滴[/font][13,14][font=宋体]。通过其研制的一款新型离子源[/font](Coanda Effect ESI Source)[font=宋体]进行实验分析，朱一心等[/font][14][font=宋体]提出并证明：电喷雾离子化过程中的质子来自于[/font]Taylor Cone[font=宋体]外的气氛，离子化室的氛围是影响电喷雾离子化过程的重要因素，通过有效控制离子化室的氛围，可以提高分析物分子离子化的效率。[/font][b]1.2 “[font=宋体]离子迁移搬运[/font]”[font=宋体]的机理[/font][/b][font=宋体]朱一心等认为质子来源于泰勒锥外的空气中，而实际上，我们常用离子加合进行待测物测定[/font][15][font=宋体]，离子加合，例如铵根离子加合，其中的铵根离子，来源于通过在流动相添加乙酸铵，可以看出，大部分情况下，质子等加合离子是来源于流动相的。常见的钠离子、钾离子等正离子加合，空气中一般不存在钠离子、钾离子等，离子源的负离子模式测定或者热裂解测定，更是不需要任何的质子来源。[/font][font=宋体]笔者长期从事离子加合测定和热裂解测定，结合笔者的相关研究内容[/font] [16-18][font=宋体]，笔者等提出[/font]“[font=宋体]离子迁移搬运[/font]”[font=宋体]的机理。新机理表述归纳为三点。[/font][font=宋体]首先，在离子源里，通过各种脱溶剂作用，在毛细管尖端周围空间迅速形成存在大量的[/font]H[sup]+[/sup][font=宋体]、[/font]NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup][font=宋体]、[/font]Ac[sup]-[/sup][font=宋体]、[/font]Cl[sup]-[/sup][font=宋体]（加三氯甲烷等）、[/font]NO[sub]2[/sub][sup]-[/sup][font=宋体]（添加含[/font]NO[sub]2[/sub][sup]-[/sup][font=宋体]离子的物质）、[/font]Na[sup]+[/sup][font=宋体]等加合离子[/font][font=宋体]的流动相蒸气[/font]-[font=宋体]氮气辅助气氛围。这些条件，为离子在空气中的迁移提供了电泳条件。假设当毛细管电压为正时，检测器电压看作负，加合离子在这样含有流动相蒸汽的脱溶剂气氛围中发生迁移。[/font][font=宋体]而此时流动相里的待测物在相似的脱溶剂条件下形成裸露的分子。在一定温度下，这些裸露的分子有可能进一步裂解成离子，发生迁移后被测定，如灭菌丹[/font][10][font=宋体]。热裂解测定需要离子源达到一定的温度，对离子源有一定的要求。[/font][font=宋体]最后，[/font]H[sup]+[/sup][font=宋体]、[/font]NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup][font=宋体]等加合离子，与不带电荷的裸露小分子通过氢键、范德华力、离子键等作用力结合在一起，发生迁移而到达质谱检测器。加合离子和裂解产生的离子（包括热裂解产生的离子，负离子模式产生的离子）是迁移的主体，是实际上产生迁移物质，它们充当着[/font]“[font=宋体]搬运工[/font]”[font=宋体]的角色，通过作用力，它们能够把蛋白质等待测物质迁移到质谱。示意图如图[/font]1[font=宋体]所示。[/font][font=宋体]离子迁移搬运机理可以简述为：假设当毛细管为正，而质谱检测器为负时，由流动相、脱溶剂气或者空气等提供电泳条件。此时，[/font]H[sup]+[/sup][font=宋体]、[/font]NH[sup]4+[/sup][font=宋体]等加合离子发生迁移，当它们迁移的时候，通过作用力，把裸露的小分子或者蛋白质搬运到质谱检测器。搬运的对象可以是裸露的小分子或者蛋白质，也可以是团簇小溶剂，也可以是空气中的小分子物质。[/font][font=宋体]迄今为止，软电离技术关于物质如何带电这个现象的解释，强调的是物质是如何带电荷，但离子迁移搬运理论指出，并不是物质带电荷，而是电荷带物质，迁移的中心是电荷，而不是待测物质，电荷才是真正迁移的主体。同时[color=black]我们认为[/color][/font][font=宋体][color=black]，[/color][/font][font=宋体]电荷带物质的[/font][font=宋体][color=black]原理同样适用于与[/color][/font][color=black]ESI[/color][font=宋体][color=black]类似的化学电离[/color][/font][color=black](Chemical ionization, CI)[/color][font=宋体][color=black]。[/color][/font][align=center][img=,639,181]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212151536523466_4523_3237657_3.png!w690x196.jpg[/img][/align][align=center][font=宋体]图[/font]1 “[font=宋体]离子迁移搬运[/font]”[font=宋体]机理示意图[/font][/align][align=center]Fig. 1 Schematic diagram of "ion migrate andtransport" mechanism [/align][b][color=black]2[/color][font=宋体]多电荷现象、离子抑制现象的初步解释[/font][/b][font=宋体]利用[/font]“[font=宋体]离子迁移搬运[/font]”[font=宋体]机理对离子源的某些实验现象，例如多电荷现象、离子抑制现象等等，进行初步的解释。蛋白质在结构紧凑时，内部形成内核，加合离子只能结合在其外部的位点，而当蛋白质结构展开时，加合离子能够结合其链条上的位点，从而产生不同的多电荷现象。[/font]“[font=宋体]离子迁移搬运[/font]”[font=宋体]机理可以对多电荷的电荷分布现象进行初步解释，当迁移一定的距离时，对于一定分子量的大分子，需要一定量的加合离子，通过其相互作用力，使得其实现向离子源的迁移，但当加合离子数量过多的时候，相互之间的排斥力增大，因此，蛋白质的多电荷呈现中间高，两端低的类似于高斯分布现象。从原理进行推论，能够检测到的蛋白质的电荷分布，与接口到检测器之间的距离有关，与形成的加合离子数目有关（加合离子数目与接口的氧化还原反应等因素有关，与流动相添加的物质有关），与蛋白质的结构有关。辅助气氛围中含有一定数量的加合离子，不同分析物会竞争结合这些加合离子，从而出现离子抑制现象。[/font][b][color=black]3 [/color][font=宋体][color=black]离子源设计思路的探讨[/color][/font][/b][color=black] [/color][font=宋体][color=black]上世纪[/color][/font][color=black]60[/color][font=宋体][color=black]年代，[/color][/font][color=black]Dole[/color][font=宋体][color=black]等研制了第一台采用电喷雾现象的质谱仪，并用于分析了聚苯乙烯大分子，但仍然不能测定蛋白质[/color][/font][color=black][5][/color][font=宋体][color=black]。之后[/color][/font][color=black], Fenn[/color][font=宋体][color=black]等[/color][/font][color=black][21][/color][font=宋体][color=black]发现了[/color][/font][color=black] Dole[/color][font=宋体][color=black]所设计的离子源存在的问题，修正了离子源喷针和端板之间的距离[/color][/font][color=black], [/color][font=宋体][color=black]从而降低了喷针电压。自从[/color][/font][color=black]1917[/color][font=宋体][color=black]年以来，软电离模式（主要为电喷雾，[/color][/font][color=black]CI[/color][font=宋体][color=black]）中物质如何带电成为了一个争论不休的领域，其一定程度上制约了科学家们研制新的离子源。[/color][/font][font=宋体][color=black]待测物质能够被检测，一般情况下采用三种方式。[/color][/font][color=black]1. [/color][font=宋体][color=black]电场、热、光等物理因素直接裂解待测物质，产生离子，例如灭菌丹测定[/color][/font][20][font=宋体][color=black]。[/color][/font][color=black]2.[/color][font=宋体][color=black]电场、热、光等物理因素通过各种反应，产生待测物质的单电子离子。[/color][/font][color=black]3.[/color][font=宋体][color=black]通过不同的方式产生加合离子，再与待测物质结合后，产生迁移而被测定。现今主流离子源设计一般采用以上三种方式。[/color][/font][color=black] “[/color][font=宋体][color=black]离子迁移搬运[/color][/font][color=black]”[/color][font=宋体][color=black]机理指出，以质子为代表的加合离子是否来源于流动相并不是最重要的，关键的问题是怎样形成含有加合离子的电泳条件，对于辅助气氛围是否含有流动相及其对灵敏度的影响，有待进一步研究。提高离子源的分子离子化率，怎样使得待测物质分子离子化率的效率更高，响应值更高，依然是现今离子源研制的一项重要工作，也是蛋白质组学最大的技术瓶颈之一[/color][/font][color=black][22][/color][font=宋体][color=black]。[/color][/font][color=black] [/color][b][color=black]4 [/color][font=宋体][color=black]质谱仪等其它部件研制思路的探讨[/color][/font][color=black] [/color][/b][color=black] [/color][font=宋体]从原理进行推论，[color=black]我们认为，待测物质在加上加合离子后，加合离子与待测物质之间存在[/color]一定的作用力，而待测物质在被搬运的过程中，经过质谱仪等各个核心部件时，如果作用力不够强或者受到的外力过大，可能导致加合离子与待测物质分离。因此，[/font][color=black]“[/color][font=宋体][color=black]离子迁移搬运[/color][/font][color=black]”[/color][font=宋体][color=black]机理有望应用于液相质谱的其它部件的研制上。[/color][/font][b]5 [font=宋体]总结与展望[/font] [/b][font=宋体]本文提出，软电离技术的基本原理并不是物质带电荷，而是电荷带物质，迁移的中心是电荷，而不是待测物质，电荷才是真正迁移的主体。[/font][font=宋体]离子源原理的研究，对于离子源的设计与研制有着重要的作用，理论的发展，为解决当前离子源设计上的问题提供了良好的发展基础。当前离子源的设计与研制，在某些问题的解决上发展缓慢[/font][23-25][font=宋体]。离子源理论发展的缓慢，制约了离子源的设计与研制工作，使得离子源从实验室走向商业化遇上了不少的瓶颈。因此，发展离子源的理论具有重要意义，将是未来研究的重要方向。[/font][b][font=宋体]参考文献：[/font][/b][1] [font=宋体]赵霞[/font],[font=宋体]步芬[/font],[font=宋体]邹丽敏[/font],[font=宋体]李博[/font].[font=宋体]电喷雾解吸质谱及其应用[/font][J]. [font=宋体]价值工程[/font], 2012, 31(02): 326-328.[2] [font=宋体]张维冰，高方园，关亚风，张玉奎[/font]. [font=宋体]电喷雾离子源中样品离子化能量转移理论的初探[/font][J]. [font=宋体]色谱，[/font]2014[font=宋体]，[/font]32(04): 395-401.[align=left][3] Cech N B,Enke C G. Practicalimplications of some recent studies in electrospray ionization fundamentals.[J].Mass spectrometry reviews,2001,20(6).362-387.[/align][align=left][4] Iribarne J V[font=宋体]，[/font]Thomson B A[font=宋体]．[/font]On the evaporation ofsmall ions from charged droplets[J]. The Journal of Chemical Physics[font=宋体]，[/font]1976[font=宋体]，[/font]64(6):2287-2294.[/align][align=left][color=black][back=white][5] [/back][/color][color=black][back=white]Dole[/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]，[/back][/color][/font][color=black][back=white]Malcolm. Molecular Beams of Macroions[J]. Journal of ChemicalPhysics[/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]，[/back][/color][/font][color=black][back=white]1968[/back][/color][font=宋体][color=black][back=white]，[/back][/color][/font][color=black][back=white]49(5):2240.[/back][/color][/align][align=left][6] Iavarone A T,Williams E R.Mechanism of charging and supercharging molecules in electrosprayionization.[J]. Journal of the American Chemical Society[font=宋体]，[/font]2003[font=宋体]，[/font]125(8)[font=宋体]，[/font]2319-2327.[/align][align=left][7] Ahadi E[font=宋体]，[/font]Konermann L.Modelingthe behavior of coarse-grained polymer chains in charged water droplets: implications for the mechanism ofelectrospray ionization[J]. J Phys Chem B[font=宋体]，[/font]2011[font=宋体]，[/font]116: 104-112[color=black][back=white].[/back][/color][/align][align=left][8] Konermann L[font=宋体]，[/font]Rodriguez A D[font=宋体]，[/font]Liu J . On the Formationof Highly Charged Gaseous Ions from Unfolded Proteins by ElectrosprayIonization[J]. 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[font=宋体]中国化学会、国家自然科学基金委员会[/font].[font=宋体]中国化学会第二届全国质谱分析学术报告会会议摘要集[/font].[font=宋体]中国化学会、国家自然科学基金委员会[/font]:[font=宋体]中国化学会[/font],2015:175.[/align][align=left][15]Richard B. Cole,Junhua Zhu.Chloride anion attachment in negative ion electrospray ionization mass spectrometry[J].Rapid Communications in Mass Spectrometry,1999,13(7),607-611.[/align][align=left][16][font=宋体]罗羚丰[/font],[font=宋体]罗杰鸿[/font].[font=宋体]液相质谱测定中离子加合应用的一些研究[/font][J].[font=宋体]食品安全导刊[/font],2019(17):72.[/align][align=left][17][font=宋体]李健文[/font],[font=宋体]罗杰鸿[/font].[font=宋体]液相质谱中离子加合现象与原位化学反应测定研究进展[/font][J].[font=宋体]广东化工[/font],2019,46(07):134-135.[/align][align=left][18] [font=宋体]刘纲勇[/font],[font=宋体]罗杰鸿[/font],[font=宋体]黄锦波[/font].[font=宋体]液相质谱测定非极性或弱极性物质的研究进展[/font][J].[font=宋体]广州化学[/font],2020,45(01):60-65.[/align][align=left][19] [font=宋体]农有全[/font],[font=宋体]罗杰鸿[/font].[font=宋体]液相质谱原位化学反应测定研究进展[/font][J].[font=宋体]广东化工[/font],2020,47(10):151-152.[/align][align=left][20] [font=宋体]汤祝华，梁晓涵，王海灵，等[/font]. [font=宋体]超高效液相色谱串联质谱测定苹果中灭菌丹残留量[/font][J]. [font=宋体]热带农业科学，[/font] 2018[font=宋体]，[/font]38(12):99-102.[/align][align=left][21]Yamashita M, Fenn JB.Electrospray ion source. Another variation on the free-jet theme. J Phys Chem,1984, 88: 4451–4459.[/align][align=left][22][font=宋体]朱一心[/font],[font=宋体]吕婷婷[/font],[font=宋体]葛林泽[/font]. [font=宋体]一种应用于质谱仪的电喷雾离子源及质谱分析方法[/font][P]. [font=宋体]浙江省：[/font]CN105304451B,2017-06-16.[/align][align=left][23][font=宋体]李宝强[/font],[font=宋体]张众垚[/font],[font=宋体]孔景临[/font],[font=宋体]张琳[/font],[font=宋体]郭成海[/font],[font=宋体]李翠萍[/font].[font=宋体]敞开式离子化质谱技术研究进展[/font][J].[font=宋体]质谱学报[/font],2020,41(03):221-235.[/align][align=left][24][font=宋体]贺玖明[/font],[font=宋体]李铁钢[/font],[font=宋体]何菁菁[/font],[font=宋体]罗志刚[/font],[font=宋体]再帕尔[/font][font=宋体]阿不力孜[/font].[font=宋体]常压敞开式离子化质谱技术研究进展[/font][J].[font=宋体]分析测试学报[/font],2012,31(09):1151-1160.[/align][align=left][25][font=宋体]丁薛璐[/font],[font=宋体]段忆翔[/font].[font=宋体]等离子体常压解吸离子源质谱[/font][J].[font=宋体]中国科学[/font]:[font=宋体]化学[/font],2014,44(05):672-679.[/align]

[align=center][font=宋体]电喷雾离子源原理研究进展[/font][/align][align=center][font=宋体]罗杰鸿[/font][sup]1*[/sup][/align][align=center](1.[font=宋体]广东安纳检测技术有限公司[/font])[/align][b][font=宋体]摘[/font][font='Times New Roman',serif] [/font][font=宋体]要[/font][font='Times New Roman',serif] [/font][/b][font=宋体]离子源理论对离子源的设计和开发具有重要意义，但其发展缓慢制约了离子源的设计和开发，使离子源面临从实验室到商业化的诸多瓶颈。通过介绍离子蒸发模型（[/font][font='Times New Roman',serif]IEM[/font][font=宋体]）、带电残基模型（[/font][font='Times New Roman',serif]CRM[/font][font=宋体]）、链喷射理论、朱一心的实验和理论、离子迁移和搬运，总结了该领域的最新研究进展，并对这类研究的发展进行了展望。[/font][font='Times New Roman',serif][color=red] [/color][/font][font='Times New Roman',serif] [/font][b][font=宋体]关键词[/font][font='Times New Roman',serif] [/font][/b][font=宋体]离子源理论，离子蒸发模型，带电残基模型，链喷射理论，朱一心的实验和理论，[/font][font=宋体]离子迁移和搬运[/font][font='Times New Roman',serif] [/font][b][font='Times New Roman',serif] [/font][font='Times New Roman',serif] [/font][/b][align=center][b][font='Times New Roman',serif]Research progress in the principle of electrosprayion source[/font][/b][/align][align=center][i][font='Times New Roman',serif]Luo jiehong[/font][/i][sup][font='Times New Roman',serif]1*[/font][/sup][/align][align=center][font='Times New Roman',serif](1.1.Guangdong ANAtesting technology Co., Ltd[/font][font=宋体]，[/font][font='Times New Roman',serif] Guangzhou 510000[/font][font=宋体]，[/font][font='Times New Roman',serif] China)[/font][/align][b][font='Times New Roman',serif]Abstract [/font][/b][font='Times New Roman',serif]The theory of ion source is of great significanceto the design and development of ion source, the slow development of thisrestricts the design and development of ion source, which makes the ion sourcemeet many bottlenecks from laboratory to commercialization. By introducing ionevaporation model (IEM), charged residue model (CRM), chain ejection theory,Zhu yixin's experiment and theory, ion migrate and transport, the papersummarizes the recent research progress in this field, and looks forward to thedevelopment of this kind research.[/font][align=left][b]Keywords [/b]Ion source theory, ion evaporation model, charged residue model, chainejection theory, Zhu Xinyi's experiment and theory, ion migrate and transport[/align][font='Times New Roman',serif][/font][font=Verdana-BoldItalic][color=black]一般来说，质谱技术的发展主要基于各种离子源的开发和应用，如电子碰撞电离源（[/color][/font][color=black]EI[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]）、化学电离源（[/color][/font][color=black]CI[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]）。长期以来，由于电离技术的限制，质谱只能用于小分子的测定，而不能用于大分子或蛋白质的测定。随着各种电离技术的不断发展，特别是[/color][/font][color=black]ESI[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]和[/color][/font][color=black]MALDI[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]的出现，人们开始认识到大分子的测定，质谱的检测范围进一步提高。特别是，由于质谱技术在分析具有高极性、不挥发和热不稳定性的生物大分子方面的巨大潜力，可以进入生命科学研究领域[/color][/font][color=black][1][/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]。电喷雾离子源（[/color][/font][color=black]ESI[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]）是液相色谱[/color][/font][color=black]-[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]质谱（[/color][/font][color=black]LC-MS[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]）中最常用的接口之一。广泛应用于环境、医药、食品、医药等领域。作为一种软电离方法，它可以直接测定不稳定的核酸、蛋白质等大分子，在蛋白质组学研究中具有独特的优势[/color][/font][color=black][2][/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]。[/color][/font][color=black]20[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]世纪[/color][/font][color=black]60[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]年代，[/color][/font][color=black]Dole[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]等[/color][/font][color=black][3][/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]制造了第一台基于电喷雾电离的质谱仪，并应用于聚合物的测定。随后，[/color][/font][color=black]Fenn[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]等[/color][/font][color=black][4][/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]使用了电喷雾离子源（[/color][/font][color=black]ESI[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]），并意识到[/color][/font][color=black]Dole[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]设计的离子源存在一些缺陷。他们解释了结果，并校正了喷射针和离子源端板之间的距离，以降低针电压。[/color][/font][color=black]Fenn[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]设计的离子源后来演变为[/color][/font][color=black]Fenn-Whitehouse[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]设计模式[/color][/font][color=black][5][/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]。该设计模式采用玻璃毛细管将大气环境中的离子输送到第一真空室，可根据需要选择不同内径的毛细管。[/color][/font][color=black]1987[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]年，[/color][/font][color=black]Bruins[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]等人[/color][/font][color=black][6][/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]将气动辅助喷雾器引入电喷雾界面，因为雾化气体有助于稳定电喷雾，因此流速保持在接近[/color][/font][color=black]0.2mL/min[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]，适用于液相色谱[/color][/font][color=black]-[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]质谱法的液相。[/color][/font][font=Verdana-BoldItalic][color=black]自从学者们发明了电喷雾离子源以来，气态离子的形成机制一直存在争议[/color][/font][color=black][7-13][/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]，并且已经证明很难解释[/color][/font][color=black]ESI[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]气相电离过程，此领域仍然是一个活跃的研究领域。其中，离子蒸发模型（[/color][/font][color=black]IEM[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]）[/color][/font][color=black][8][/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]、带电残基模型（[/color][/font][color=black]CRM[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]）[/color][/font][color=black][9-10][/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]和链喷射理论[/color][/font][color=black][11,12][/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]是常见的气相离子形成机制。最近，我们提出了[/color][/font][color=black]“[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]离子迁移和搬运[/color][/font][color=black]”[/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]的机制[/color][/font][color=black][14][/color][font=Verdana-BoldItalic][color=black]。基于以上研究内容，本文回顾了离子源原理的相关研究工作，为进一步研究离子源的气相电离原理提供参考，并期望在离子源的设计和开发中得到应用。[/color][/font][b] [color=black]1.[/color][font=宋体][color=black]电喷雾离子源的基本原理[/color][/font][/b][i][b] [/b][/i][font=宋体][color=black]电喷雾电离（[/color][/font][color=black]ESI[/color][font=宋体][color=black]）是在强电场作用下高电荷液滴的精细雾化过程。待测物质的电喷雾电离（[/color][/font][color=black]ESI[/color][font=宋体][color=black]）需要三个关键过程[/color][/font][color=black][15][/color][font=宋体][color=black]：液滴形成、液滴变小和[/color][/font][font=宋体][color=black]气相[/color][/font][font=宋体][color=black]离子形成。[/color][/font][font=宋体][color=black]液滴形成过程：毛细管中的流动相含有电解质。在电场的作用下，流动相中的正负离子开始移动。如果毛细管为正离子，则正离子移动到毛细管尖端的弯月面，而负离子则朝相反方向移动。在电场作用下，流动相在毛细管顶端形成泰勒锥形状。由于库仑排斥作用，圆锥体顶端的液体不稳定，会破裂成带电的液滴。[/color][/font][font=宋体][color=black]液滴变小过程：在雾化气体等外部条件下，荷电液滴随着溶剂的蒸发而收缩，此时，相同电荷对荷电液滴表面的斥力增大。当达到瑞利稳定极限时，液滴不稳定并分裂。这个过程被称为库仑爆炸。带电液滴进一步破碎，形成较小的带电液滴。测量实际的瑞利极限和裂变事件的文章已经有所报道[/color][/font][color=black][16[/color][color=black],17[/color][color=black]][/color][font=宋体][color=black]，但由于缺乏精密的设备，导致进一步的研究进展缓慢。[/color][/font][font=宋体][color=black]气相离子形成过程：对于带电液滴形成气相离子的过程，学者们提出了各种理论，从不同角度解释其电离行为[/color][/font][color=black][18][/color][font=宋体][color=black]。[/color][/font][color=black]Iribarne[/color][font=宋体][color=black]等[/color][/font][color=black][8][/color][font=宋体][color=black]提出的离子蒸发模型（[/color][/font][color=black]IEM[/color][font=宋体][color=black]）、[/color][/font][color=black]Dole[/color][font=宋体][color=black]等提出的带电残基模型（[/color][/font][color=black]CRM[/color][font=宋体][color=black]）[/color][/font][color=black][9,10][/color][font=宋体][color=black]和[/color][/font][color=black]Konermann[/color][font=宋体][color=black]等提出的链喷射模型（[/color][/font][color=black]CEM[/color][font=宋体][color=black]）[/color][/font][color=black][11,12][/color][font=宋体][color=black]是相对常见的观点（图[/color][/font][color=black]1[/color][font=宋体][color=black]）。一般认为，小分子物质遵循离子蒸发机制，大球状物质（如天然折叠的蛋白质）适合带电残基机制，而变性蛋白质的构象高度无序，在气相电离过程中遵循另一种不同的机制链喷射理论[/color][/font][color=black][11,12][/color][font=宋体][color=black]。最近，在相关研究的基础上，笔者提出了[/color][/font][color=black]“[/color][font=宋体][color=black]离子迁移和搬运[/color][/font][color=black]”[/color][font=宋体][color=black]的机制[/color][/font][color=black][14][/color][font=宋体][color=black]。[/color][/font][align=center][font=宋体][color=black][img=,391,341]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212151523484324_6932_3237657_3.png!w391x341.jpg[/img][/color][/font][/align][align=center][font=宋体][color=black][font=宋体]图[/font][font='Times New Roman',serif]1 ESI[/font][font=宋体]的三种机制。（[/font][font='Times New Roman',serif]a[/font][font=宋体]）[/font][font='Times New Roman',serif] IEM[/font][font=宋体]：带电液滴表面的离子喷射；（[/font][font='Times New Roman',serif]b[/font][font=宋体]）[/font][font='Times New Roman',serif] CRM[/font][font=宋体]：蛋白质释放到气相；（[/font][font='Times New Roman',serif]c[/font][font=宋体]）[/font][font='Times New Roman',serif] CEM[/font][font=宋体]：未折叠蛋白喷射[/font][font='Times New Roman',serif][18][/font][/color][/font][/align][align=left][font='Times New Roman',serif][b][color=black]2.[/color][font=宋体][color=black]离子蒸发模型[/color][/font][/b][font=宋体][color=black]离子蒸发模型认为，在高电场梯度和脱溶剂气体的作用下，溶液在电喷雾针出口形成微小的带电液滴，液滴表面的电荷密度随着液滴中溶剂的蒸发而增加。当电荷密度增加到瑞利稳定极限时，液滴被静电排斥并分裂成更小的液滴。重复该过程，直到发生场诱导离子蒸发。当离子之间的静电斥力达到一定程度时，挥发性高的离子优先从液滴表面喷射并进入气相，而其平衡离子保留在液滴中并最终成为固体残留物，这是离子蒸发模型[/color][/font][color=black][8,19][/color][font=宋体][color=black]。[/color][/font][color=black]Iribarne[8,19][/color][font=宋体][color=black]等人提出，离子蒸发过程可以用过渡态理论来表示：[/color][/font][/font][/align][align=center][font='Times New Roman',serif][font=宋体][color=black][img=,275,86]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212151524504130_3427_3237657_3.png!w275x86.jpg[/img][/color][/font][/font][/align][align=left][font='Times New Roman',serif][font=宋体][color=black][/color][/font][/font][/align][align=left][font=宋体][color=black]式中：[/color][/font][color=black]-G*[/color][font=宋体][color=black]是自由活化能，[/color][/font][color=black]kB[/color][font=宋体][color=black]是玻耳兹曼常数，[/color][/font][color=black]h[/color][font=宋体][color=black]是普朗克常数，[/color][/font][color=black]T[/color][font=宋体][color=black]是温度。[/color][/font][/align][font=宋体][color=black]小分子从液相到气相的转移过程遵循离子蒸发机理。当带电液滴上的电场足够大时，表面电荷的静电斥力大于溶剂对离子的吸引力，分析物离子离开液滴表面。[/color][/font][font=宋体][color=black]对于较大的液滴，[/color][/font][color=black]IEM[/color][font=宋体][color=black]和瑞利裂变事件在形态上相似。[/color][/font][color=black]IEM[/color][font=宋体][color=black]喷射出的离子及其溶剂化外壳可以解释为子代液滴。因此，在纳米区域，离子射流和液滴裂变之间的经典边界变得有些模糊。[/color][/font][color=black]ESI-MS[/color][font=宋体][color=black]通常对非离子结构表现出很强的响应。这种影响可能表明这些分析物更倾向于靠近液滴表面。较小的液滴总是由前一液滴的最外层形成。因此，释放气相离子的最终纳米液滴富含具有高表面亲和力的物质。此外，液体和脱溶剂气之间的界面更有利于[/color][/font][color=black]IEM[/color][font=宋体][color=black]注入[/color][/font][color=black][11,12][/color][font=宋体][color=black]。[/color][/font][font=宋体][color=black]根据离子蒸发模型，离子通过静电力从液滴表面解吸。然而，目前尚不清楚蛋白质是否也能遵循[/color][/font][color=black]IEM[/color][font=宋体][color=black]机制。[/color][/font][color=black]Aliyari[/color][font=宋体][color=black]等[/color][/font][color=black][20][/color][font=宋体][color=black]利用分子动力学（[/color][/font][color=black]MD[/color][font=宋体][color=black]）模拟研究了这个问题。他们选择结构相对稳定的泛素作为模型蛋白质，并通过[/color][/font][color=black]pH[/color][font=宋体][color=black]值调整蛋白质在溶液中的电荷分布。在实验过程中，蛋白质的构象不会改变。分子动力学模拟预测，[/color][/font][color=black]IEM[/color][font=宋体][color=black]产生的蛋白质离子中的非特异性盐加合物不像[/color][/font][color=black]CRM[/color][font=宋体][color=black]那样常见，这一预测已得到实验证实。[/color][/font][color=black]Znamensy[/color][font=宋体][color=black]等[/color][/font][color=black][21][/color][font=宋体][color=black]研究了氢离子和甘氨酸纳米液滴的形成过程。结果表明，离子在液滴中呈同心层分布。这与液滴中的离子接近表面时遵循单调径向分布的预期不同。由于液滴中存在离子，观察到整体形状变形和增强的表面起伏。瑞利极限下的电荷减少是通过形成瞬态表面凸起来实现的。对于含有离子的液滴，形成的振幅突起高于纯水滴。这些突起是离子喷射前的中间阶段。蒸发的离子在约[/color][/font][color=black]10[/color][font=宋体][color=black]个水分子的溶剂化壳中与液滴分离，数据与接近瑞利极限的液滴溶剂化离子蒸发模型一致。[/color][/font][b] [color=black]3. [/color][font=宋体][color=black]带电残基机制[/color][/font][/b][font=宋体][color=black]带电残基机制适用于大型球形物质，如天然折叠的蛋白质。一般来说，在中性水溶液中，大多数蛋白质是紧密卷曲的，电荷和极性基团在球体之外，以达到最大的亲水效果。同时，非极性部分形成不与溶剂接触的疏水内部区域。[/color][/font][color=black]Konermann[11,12][/color][font=宋体][color=black]等认为，在连续的库仑爆炸后，最终形成了只含有单一分析物的带电液滴。当表面溶剂蒸发时，液滴的电荷转移到分析物分子上，从而实现气相电离。[/color][/font][color=black]De la Mora[22][/color][font=宋体][color=black]证明了在瑞利极限状态下，由带电残基理论形成的多电荷离子的电荷等于相同体积的带电液滴的电荷。[/color][/font][font=宋体][color=black]在带电残留物机制（[/color][/font][color=black]CRM[/color][font=宋体][color=black]）中，含有单个蛋白质分子的纳米液滴蒸发至干燥状态，相关液滴的电荷将转移至蛋白质。当最后一种溶剂消失时，液滴的所有电荷转移到分析物上。纳米液滴在整个收缩过程中总是接近瑞利极限，这意味着液滴会随着半径的减小释放电荷。直接用分子动力学模拟研究荷电残基机理（[/color][/font][color=black]CRM[/color][font=宋体][color=black]）是一个难点。但计算研究已经证实，蛋白质外部的大量水合作用将球形分析物深深地困在液滴中。此行为与[/color][/font][color=black]CRM[/color][font=宋体][color=black]一致。[/color][/font][font=宋体][color=black]盐溶液暴露于[/color][/font][color=black]ESI[/color][font=宋体][color=black]会产生一系列团簇离子，相关实验已在大量文献中报道[/color][/font][color=black][23][/color][font=宋体][color=black]，但这些团簇离子是通过[/color][/font][color=black]IEM[/color][font=宋体][color=black]还是[/color][/font][color=black]CRM[/color][font=宋体][color=black]形成尚不清楚。[/color][/font][color=black]Konermann[/color][font=宋体][color=black]等[/color][/font][color=black][23][/color][font=宋体][color=black]采用分子动力学（[/color][/font][color=black]MD[/color][font=宋体][color=black]）方法研究了氯化钠水溶液中正、负极性条件下[/color][/font][color=black]NaCl[/color][font=宋体][color=black]多电荷团簇的形成。采用分子动力学（[/color][/font][color=black]MD[/color][font=宋体][color=black]）方法模拟了带电含[/color][/font][color=black]NaCl[/color][font=宋体][color=black]水滴的时间演化过程。他们提出了一种轨迹拼接方法，可以连续地从模拟中删除蒸发部分，从而显著降低计算成本。分子动力学数据提供了相关证据，表明[/color][/font][color=black]ESI[/color][font=宋体][color=black]过程中氯化钠团簇的形成是通过[/color][/font][color=black]CRM[/color][font=宋体][color=black]进行的。[/color][/font][b][color=black]4.[/color][font=宋体][color=black]链喷射理论[/color][/font][/b][color=black]Konermann[11,12][/color][font=宋体][color=black]等从分子动力学模型和实验角度验证了离子蒸发和带电残留物的两种机制。选择肌红蛋白作为样品。结果表明，当蛋白质未变性时，肌红蛋白结构致密，电离过程遵循带电残基机制。当蛋白质在酸性条件下变性时，结构舒展，电离过程遵循离子蒸发机理。[/color][/font][font=宋体][color=black]然而，变性蛋白质的构象是高度无序的。因此，变性蛋白质在电喷雾电离过程中遵循不同的机制，即链喷射理论[/color][/font][color=black][11,12][/color][font=宋体][color=black]。变性后，内部分离的非极性基团暴露于溶剂中，蛋白质分子结构从致密的亲水性变为松散的疏水性。蛋白质的疏水性使其不再适合停留在液滴中，而是迁移到液滴表面。链的末端进入气相。然后，剩余的蛋白质按顺序逐渐排出，直到从液滴中分离出来。[/color][/font][color=black]Ahadi[/color][font=宋体][color=black]和[/color][/font][color=black]Konermann[11][/color][font=宋体][color=black]比较了[/color][/font][color=black]pH=2[/color][font=宋体][color=black]和[/color][/font][color=black]pH=7[/color][font=宋体][color=black]时[/color][/font][color=black]ESI-MS[/color][font=宋体][color=black]中肌红蛋白的信号强度。结果表明，当[/color][/font][color=black]pH[/color][font=宋体][color=black]值为[/color][/font][color=black]7[/color][font=宋体][color=black]时，蛋白质构象紧密，疏水基团在内部隔离，电荷迁移到液滴的外层；当[/color][/font][color=black]pH=2[/color][font=宋体][color=black]时，蛋白质构象松散，整个蛋白质呈疏水性。[/color][/font][color=black]ESI-MS[/color][font=宋体][color=black]结果表明，[/color][/font][color=black]pH=7[/color][font=宋体][color=black]时信号强度很低，但[/color][/font][color=black]pH=2[/color][font=宋体][color=black]时信号强度显著增强，约一个数量级。[/color][/font][font=宋体][color=black]分子动力学模拟证实，[/color][/font][color=black]Na[sup]+[/sup][/color][font=宋体][color=black]等小离子从带电液滴表面喷出，而天然[/color][/font][color=black]ESI[/color][font=宋体][color=black]中折叠的蛋白质则通过水蒸发至干燥。未折叠蛋白质的电荷远高于折叠蛋白质的电荷。[/color][/font][color=black]CEM[/color][font=宋体][color=black]设想，未折叠的蛋白质被疏水和静电因素驱动到液滴表面，然后通过中间产物逐渐释放，液滴携带延伸的蛋白质尾部。到目前为止，还不可能通过使用相关的[/color][/font][color=black]MD[/color][font=宋体][color=black]模拟来支持[/color][/font][color=black]CEM[/color][font=宋体][color=black]。这项工作需要比以前的[/color][/font][color=black]MD[/color][font=宋体][color=black]研究更大的液滴。此外，与[/color][/font][color=black]CEM[/color][font=宋体][color=black]相关的[/color][/font][color=black]H[sup]+[/sup][/color][font=宋体][color=black]迁移也很难包括在内。[/color][/font][color=black]Haidy[/color][font=宋体][color=black]等[/color][/font][color=black][24][/color][font=宋体][color=black]使用[/color][/font][color=black]MD[/color][font=宋体][color=black]模拟半径为[/color][/font][color=black]5.5nm[/color][font=宋体][color=black]的液滴中未折叠的肌红蛋白。他们主要关注[/color][/font][color=black]pH[/color][font=宋体][color=black]值为[/color][/font][color=black]4[/color][font=宋体][color=black]左右的溶液，其中肌红蛋白的电荷与一些电喷雾离子的电荷一致，而[/color][/font][color=black]H[sup]+[/sup][/color][font=宋体][color=black]的迁移可以忽略。添加钠离子以确保液滴电荷接近瑞利极限。结果表明，[/color][/font][color=black]16/17md[/color][font=宋体][color=black]在不同的质子化模式下工作，通过链式射流产生[/color][/font][color=black][M+ZH][sup]Z+[/sup][/color][font=宋体][color=black]离子。这些结果支持未折叠蛋白遵循[/color][/font][color=black]CEM[/color][font=宋体][color=black]的观点。[/color][/font][color=black]Pimlott[/color][font=宋体][color=black]等[/color][/font][color=black][25][/color][font=宋体][color=black]以细胞色素为模型系统，通过研究乙酰化蛋白质的赖氨酸来区分[/color][/font][color=black]CRM[/color][font=宋体][color=black]或[/color][/font][color=black]CEM[/color][font=宋体][color=black]形成的蛋白质离子。在[/color][/font][color=black]pH=7[/color][font=宋体][color=black]的溶液中，无论乙酰化程度如何，观察到相同的低电荷状态。这种行为与[/color][/font][color=black]CRM[/color][font=宋体][color=black]一致，[/color][/font][color=black]CRM[/color][font=宋体][color=black]中的电荷状态由蛋白质大小而不是蛋白质表面化学决定。当溶液条件为[/color][/font][color=black]pH=2[/color][font=宋体][color=black]时，会导致更高的荷电状态。有趣的是，如果乙酰化赖氨酸的量增加，在这些条件下获得的光谱逐渐转移到较低的电荷状态。电荷减少的原因是，减少碱性位点的数量会削弱蛋白质在[/color][/font][color=black]CEM[/color][font=宋体][color=black]过程中与液滴竞争移动[/color][/font][color=black]H[sup]+[/sup][/color][font=宋体][color=black]的能力。[/color][/font][b][color=black] [/color][color=black]5. [/color][font=宋体][color=black]朱一心的实验和理论[/color][/font][/b][font=宋体]离子蒸发（[/font][font='Times New Roman',serif]IEM[/font][font=宋体]）和带电残基模型（[/font][font='Times New Roman',serif]CRM[/font][font=宋体]）的带电残基机理是带电液滴离开泰勒锥后形成单分子气相离子。到目前为止，还无法解释一些问题，例如，电喷雾离子源中离子抑制的原因是什么？[/font][font=宋体]一些学者认为多余的电荷来自液滴[/font][font='Times New Roman',serif][10,19][/font][font=宋体]，但根据电磁场理论，电场中正负电荷成对存在，因此不可能形成正负离子的分离，也不可能在电极的同一端分离正负离子[/font][font='Times New Roman',serif][26][/font][font=宋体]。通过一种新的[/font][font='Times New Roman',serif]CEESI[/font][font=宋体]离子源（[/font][font='Times New Roman',serif]CoandaEffect ESI[/font][font=宋体]源）进行实验分析（图[/font][font='Times New Roman',serif]2[/font][font=宋体]），朱一心等[/font][font='Times New Roman',serif][26][/font][font=宋体]提出并证明了电喷雾电离过程中的质子来自泰勒锥外的大气。[/font][font=宋体]两条辅助气体管道用于控制离子源中电离室的大气[/font][font='Times New Roman',serif][26][/font][font=宋体]。选择水蒸气、氘蒸气、乙腈蒸气、氮气和空气作为辅助气体，对多肽和咖啡因进行质谱分析，并研究质子化离子的形成机理。首先，采用[/font][font='Times New Roman',serif]CEESI[/font][font=宋体]离子源对肽样（由氨基酸组成）进行分析，以空气和乙腈蒸汽（体积比）为辅助气体。多肽形成的离子有双电荷和三电荷。当辅助气体被氮气替代时，任何肽的离子峰信号都无法检测到，但当辅助气体被空气替代时，离子峰信号恢复了。因此，朱一心及其合作者推断，肽离子中的质子并非来自流动相，而是来自泰勒锥外部大气中的水分子。[/font][align=center][font=宋体][color=black][font=宋体][img=,690,223]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212151526004081_7438_3237657_3.png!w690x223.jpg[/img][/font][/color][/font][/align][align=center][font=宋体][font=宋体][font=宋体][/font][/font][/font][/align][align=center][font='Times New Roman',serif]Fig.2 principle of new CEESI ion source[/font][/align][align=left][font='Times New Roman',serif][font=宋体]然后，以咖啡因为样品，以水蒸气和氘水蒸气为辅助气体调节电离室中的气氛。当辅助气体为水蒸气时，无论是溶解在水中的咖啡因还是溶解在氘水中的咖啡因，质谱检测到的主峰为[/font][M+H[sup]+[/sup]]=195.2[font=宋体]。当辅助气体为氘水蒸汽时，无论咖啡因溶于水还是溶于氘水，质谱主峰均为[/font][M+D[sup]+[/sup]]=196.2[font=宋体]。朱一心和合作者认为咖啡因没有[/font]OH[font=宋体]键，所以不能产生氢氘交换。从实验结果可以推断出咖啡因在两种不同条件下的不同质谱，即质子（[/font]H[sup]+[/sup][font=宋体]或[/font]D[sup]+[/sup][font=宋体]）来自电离室大气。[/font][font=宋体]朱的结果表明，在气相电离过程中使分子带电的质子实际上来自于水分子在电场中电离产生的质子。极性分子在高电场中极化，极化的分子和质子产生静电引力，形成多电荷分子离子。结合实验，朱一心及其合作者提出并证明了电喷雾电离中的质子来自泰勒锥外的大气。电离室的气氛是影响电喷雾电离过程的重要因素。通过有效控制电离室气氛，可以提高分析物分子的电离效率，其新发现为质谱分析带来了更多的新应用。[/font][font=宋体]朱一心及其同事认为，当电喷雾发射针处于正电压时，针尖表面会形成一个稳定的泰勒锥，因为泰勒锥的曲率半径很小（纳米量级），针尖表面的电场很强，只能离开泰勒锥。同时，针尖上的水分子场蒸发形成氢离子，氢离子被条形极性分子的负端吸附，形成多电荷离子。同时可以看出，当两个极性分子出现在泰勒锥附近时，氢离子被极性较大的分子吸附，从而出现离子抑制现象。[/font][b] 6. [font=宋体]离子迁移搬运机理[/font][/b][font=宋体]朱一心及其同事的实验首次证明，电喷雾离子源中的质子来自泰勒锥外的大气。然而，朱的原理并不能解释一种常见的实验现象，即离子加合现象[/font][27,28][font=宋体]。离子加合现象，如铵离子加成，铵离子来源于流动相中添加的醋酸铵。显然，质子和其他加合离子来自流动相。基于实验和作者的相关研究内容[/font][28-30][font=宋体]，作者等[/font][14][font=宋体]提出了[/font]“[font=宋体]离子迁移和搬运[/font]”[font=宋体]的机制。[/font]“[font=宋体]离子迁移和搬运[/font]”[font=宋体]的机理可以归纳为三点。[/font][font=宋体]首先，在离子源中，在雾化室温度和脱溶剂气体的条件下，脱溶剂在毛细管针尖周围的空间中迅速形成大量的[/font]H[sup]+[/sup][font=宋体]、[/font]NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup][font=宋体]（添加[/font]NH[sub]4[/sub]Ac[font=宋体]）、[/font]Ac-[font=宋体]（添加[/font]NH[sub]4[/sub]Ac[font=宋体]）、[/font]Cl[sup]-[/sup][font=宋体]（添加[/font]CHCl[sub]3[/sub][font=宋体]和其他氯源）、[/font]NO[sub]2[/sub][sup]-[/sup][font=宋体]（添加含[/font]NO[sub]2[/sub][sup]-[/sup][font=宋体]）和[/font]Na[sup]+[/sup][font=宋体]等离子体，这称为流动相[/font]-[font=宋体]氮气辅助气氛围。流动相[/font]-[font=宋体]氮气辅助气氛围，为[/font]H[sup]+[/sup][font=宋体]、[/font]NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup][font=宋体]等加合离子的电泳提供了条件。[/font][font=宋体]同时，流动相中的分析物通过毛细管电压、雾化室温度和溶剂气体去除的作用形成裸露小分子（这些裸露小分子可能进一步裂解成离子，迁移到质谱仪检测器，然后进行测定，如[/font]Folpet[31,32][font=宋体]）。[/font][font=宋体]最后，这些带电离子通过某种力（氢键、范德华力、离子键相互作用等）与无电荷的裸露小分子结合，产生迁移并被测定。在这里，大量的[/font]H[sup]+[/sup][font=宋体]、[/font]NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup][font=宋体]、[/font]Ac[sup]-[/sup][font=宋体]、[/font]Cl[sup]-[/sup][font=宋体]、[/font]NO[sub]2[/sub][sup]-[/sup][font=宋体]和[/font]Na[sup]+[/sup][font=宋体]离子充当[/font]“[font=宋体]搬运工[/font]”[font=宋体]。真正迁移的是这些离子（包括热分解产生的离子）。当它们迁移时，一些分析物形成的无电荷裸露分子被[/font]“[font=宋体]搬运[/font]”[font=宋体]到质谱仪检测器并被检测。可能的途径称为[/font]“[font=宋体]离子迁移搬运[/font]”[font=宋体]机制，示意图如图[/font]3[font=宋体]所示。[/font][font=宋体]离子迁移搬运机理可以简述为：假设当毛细管为正，而质谱检测器为负时，由流动相、脱溶剂气或者空气等提供电泳条件。此时，[/font][font='Times New Roman',serif]H[sup]+[/sup][/font][font=宋体]、[/font][font='Times New Roman',serif]NH[sub]4[/sub][sup]+[/sup][/font][font=宋体]等离子发生迁移，当它们迁移的时候，通过作用力，把裸露的小分子或者蛋白质搬运到质谱检测器。搬运的对象可以是裸露的小分子或者蛋白质，也可以是团簇小溶剂，也可以是空气中的小分子物质。[/font][/font][/align][align=center][font='Times New Roman',serif][font=宋体][img=,690,202]https://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2022/12/202212151527086902_5057_3237657_3.png!w690x202.jpg[/img][/font][/font][/align][align=center][font=宋体][/font][/align][align=center][color=black]Fig. 3 Schematic diagram of "ion migrate and transport"mechanism[/color][/align][align=left][size=14px][font='Times New Roman',serif]Conclusions[/font][font=宋体]本文从离子源原理出发，介绍了离子蒸发机理、带电残体机理、链喷射理论、朱一心的实验与理论、离子迁移搬运机理等理论，综述了该领域的最新研究进展。离子源原理的研究对离子源的设计和开发具有重要意义。理论的发展可以为解决一些问题提供一些帮助，例如定量问题。离子源理论发展缓慢，在一定程度上影响了离子源的设计和开发[/font][font='Times New Roman',serif][33-35][/font][font=宋体]。因此，发展离子源理论具有重要意义，将是一个重要的研究方向。[/font][font='Times New Roman',serif]Notes and references[/font][/size][/align][align=left]1 X. Zhao, F. Bu, L.M. Zhou, B.Li,[i] ValueEngineering[/i], 2012,[b] 31[/b], 326.[/align][align=left]2 Lee J Y , Min H K , Moon M H ..Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2011, 400(9):2953-2961.[/align][align=left]3 M. Dole, L.L. Mack, R.L. Hines, R.C. Mobley,M.B. Alice,[i] J. Chem. Phys.[/i], 1968, [b]49[/b], 2240.[/align][align=left]4 M. Yamashita, J.B. Fenn, [i] J. Phys. Chem.[/i], 1984, [b]88[/b], 4451.[/align][align=left]5 C.M. Whitehouse, R.N. Dreyer, M. Yamashita,J.B.Fenn.,[i] Anal. Chem.[/i],1985[i],[/i] [b]57[/b], 675.[/align][align=left]6 A.P. Bruins, T. R. Covey, J.D. Henion, [i] Anal. Chem., [/i]1987[i],[/i] [b]59[/b], 2642.[/align][align=left]7 N. B. Cech, C.G. Enke, [i]Mass spectrometry reviews[/i],2001, [b]20[/b], 362.[/align][align=left]8 J.V. Iribarne, B.A. Thomson, [i]TheJournal of Chemical Physics[/i], 1976, [b]64[/b], 2287.[/align][align=left]9 Dole,[i] Journal of ChemicalPhysics, [/i]1968[i],[/i] [b]49[/b], 2240.[/align][align=left]10 A.T.Iavarone, E.R. Williams, [i]Journalof the American Chemical Society[/i], 2003, [b]125[/b], 2319.[/align][align=left]11 E. Ahadi[font=宋体]，[/font]L. Konermann, [i] J. Phys. Chem. B.[/i], 2011[i],[/i] [b]116[/b], 104.[/align][align=left]12 L. Konermann, A.D. Rodriguez,J. Liu, [i]Anal. Chem.[/i], 2012,[b] 84[/b], 6798.[/align][align=left]13 J.Y. Pei, Z.H. Hou, [i]Journalof Instrumental Analysis[/i],[i] [/i]2018[i],[/i][b] 37[/b], 1508.[/align][align=left]14 J.H. Luo. [i]Guangdong Chemical Industry[/i],2020, [b]47[/b], 78.[/align][align=left]15 F.Y. Gao, W.B. Zhang,Y.F. Guan,Y.K. Zhang, [i]ScientiaSinica(Chimica)[/i], 2014, [b]44[/b], 1181.[/align][align=left]16 K. Q. Tang, A. Gomez . [i]Physics of Fluids[/i], 1994, [b]6[/b], 404.[/align][align=left]17 P. Nemes , I.Marginean, A.Vertes. [i]Analytical Chemistry[/i], 2007, [b]79[/b], 3105.[/align][align=left]18 L. Konermann, E. Ahadi, A.D.Rodriguez, S. Vahidi, [i]Anal.Chem.[/i],2013, [b]85[/b], 2.[/align][align=left]19 W.B. Zhang, F.Y. Gao, Y.F.Guan,Y.K. Zhang, [i]Chinese Journal of Chromatography[/i], 2014, [b]32[/b], 395.[/align][align=left]20 Aliyari, Elnaz, Konermann, etal. Analytical Chemistry 2020, 92, 15,10807-10814.[/align][align=left]21 Znamenskiy V , Marginean I ,Vertes A . Solvated Ion Evaporation from Charged Water Nanodroplets[J]. Journalof Physical Chemistry A, 2015, 107(38):7406-7412.[/align][align=left]22 J.F.de la Mora, [i]Anal ChimActa.[/i], 2000, 406, 93. [/align][align=left]23 Lars, Konermann, Robert, et al. TheJournal of Physical Chemistry, 2014, 118(41):12025-12033.[/align][align=left]24 Haidy M , Quentin D , Lars K .Analytical Chemistry, 2018, 90.[/align][align=left]25 Pimlott D , Konermann L .International Journal of Mass Spectrometry, 2021, 469.[/align][align=left]26 Y.X. Zhu, G. Dolios, R. Wong, Y.K.Zhang,[i] National mass spectrometry Symposium of Chinese Chemical Society[/i] ,2015,175.[/align][align=left]27 R.B. Cole, J.H. Zhu., [i]RapidCommunications in Mass Spectrometry[/i], 1999, [b]13[/b], 607.[/align][align=left]28 J.W. Li, J.H. Luo,[i] GuangdongChemical Industry[/i], 2019, [b]46[/b], 134.[/align][align=left]29 G.Y. Liu, J.H.Luo, J.B. Huang.,[i]Guangzhou Chemistry[/i], 2020, [b]45[/b],60.[/align][align=left]30 Y.Q. Nong, J.H. Luo,[i]Guangdong Chemical Industry[/i], 2020,[b] 47[/b], 151.[/align][align=left]31 Z.H. Tang, X.H. Liang, L.H. Wang,Z. Dang. X.H. Liang, [i]Chinese Journal of Tropical Agriculture[/i], 2018, [b]38[/b],99.[/align][align=left]32 Aurélie Berthet, MichèleBouchard, Patrick Schüpfer, et al. Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2011, 399(6):2243-2255..[/align][align=left]33 B.Q. Li, Z.Y. Zhang, J.L. Kong,L. Zhang, C.H. Guo, C.P. Li, [i]Journal of Chinese Mass Spectrometry Society[/i],2020, [b]41[/b], 221.[/align][align=left]34 J.M. He, T.G. Li, J.J. He, Z.G.Luo, ABLIZ Zeper, [i]Journal of Instrumental Analysis[/i], 2012,[b] 31[/b],1151.[/align][align=left]35 X.L. Ding,Y.X. Duan, [i]ScientiaSinica(Chimica)[/i], 2014, [b] 44[/b], 672.[/align][align=left][size=14px][/size][/align]

[center]离子源系统[/center]离子源是产生被加速的带电粒子的装置，它为加速器提供带电离子束，是加速器关键部件之一。加速器所能达到的性能指标在许多方面（如束流强度、发射度、能散度、离子种类等）都取决于离子源系统的类型和功能状态等。该系统由离子源(IS)，离子源电源和气体控制系统组成（如图10）。图11为PETtrace和MINItrace回旋加速器离子源体。[center][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/11/200911021232_179824_1623423_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/11/200911021232_179825_1623423_3.jpg[/img][/center]在回旋加速器中多用冷阴极的潘宁（Penning）电离型离子源，又称PIG(Penning ionization gauge)型离子源。对加速双粒子束流的回旋加速器，配备了两个冷阴极PIG离子源，一个产生H-而另一个产生D-。其结构见图12。[center][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/11/200911021235_179830_1623423_3.jpg[/img][img]http://ng1.17img.cn/bbsfiles/images/2009/11/200911021236_179833_1623423_3.jpg[/img][/center]