電噴霧（ESI）是近年來新發展起來的一種產生氣相離子的軟電離技術。
基本介紹
- 中文名：電噴霧電離
- 外文名：electrospray ionization（ESI）
- 專業：離子化技術
背景,原理,離子蒸發模型,荷電殘餘物模型,電噴霧電離過程,液滴的形成和霧化,去溶劑化和離子的形成,氣相離子的形成,電噴霧電離技術優點,電噴霧電離技術缺點,套用,
背景
儘管相對而言生物大分子很大，但它們在我們看來是非常小的，比如人體內運送氧氣的血紅蛋白僅有千億億分之一克，怎么測定單個生物大分子的質量呢？科學家在傳統的質譜分析法基礎上發明了一種新方法：首先將成團的生物大分子拆成單個的生物大分子，並將其電離，使之懸浮在真空中，然後讓它們在電場的作用下運動。不同質量的分子通過指定距離的時間不同，質量小的分子速度快些，質量大的分子速度慢些，通過測量不同分子通過指定距離的時間，就可計算出分子的質量。
這種方法的難點在於生物大分子比較脆弱，在拆分和電離成團的生物大分子過程中它們的結構和成分很容易被破壞。為了打掉這隻“攔路虎”，美國科學家約翰·芬恩與日本科學家田中耕一發明了殊途同歸的兩種方法。約翰·芬恩對成團的生物大分子施加強電場，田中耕一則用雷射轟擊成團的生物大分子。這兩種方法都成功地使生物大分子相互完整地分離，同時也被電離。它們的發明奠定了科學家對生物大分子進行進一步分析的基礎。
原理
電噴霧電離的機理目前尚無統一的認識，獲得廣泛支持的時Iribarne和Thomson等提出的“離子蒸發模型”和Dole等提出的“荷電殘餘物模型”。
離子蒸發模型
離子蒸發模型認為在高電場梯度和包層氣的作用下，溶液在電噴霧針出口端形成細小的荷電液滴，液滴表面上的電荷密度隨液滴中的溶劑揮發而增加。當電荷密度增加到Rayleigh穩定極限時，液滴受靜電排斥而分裂成更小的液滴，這個過程反覆進行，直至發生場助離子政法為止。樣品中揮發度高的離子在液滴表面的濃度較高。當離子間的靜電排斥力大到一定程度時，揮發度高的離子優先從液滴表面射出進入氣相，而它的平衡離子留在液滴中，最後成為固體殘留物，這就是離子蒸發模型。
荷電殘餘物模型
荷電殘餘物模型認為當含有單個樣品分子的液滴中最後一部分溶劑揮發後，部分電荷就殘留在樣品分子上，而成為離子。
儘管ESI的電離機理還不很清楚，但其已是一種十分有用的研究手段。
電噴霧電離過程
ESI過程中大致可以分為液滴的形成，去溶劑化，氣相離子的形成3個階段
液滴的形成和霧化
樣品溶液通過霧化器進入噴霧室，這時霧化氣體通過圍繞噴霧針的同軸套管進入噴霧室， 由於霧化氣體強的剪下力及噴霧室上篩網電極與端板上的強電壓( 2~6 kV) ，將樣品溶液拉出，並將其碎裂成小液滴。隨著小液滴的分散，由於靜電引力的作用，一種極性的離子傾向於移到液滴表面，結果樣品被載運並分散成帶電荷的更微小液滴。液滴的形成及電噴霧過程如圖1 所示。
圖1 液滴的形成過程及電噴霧過程
圖1 液滴的形成過程及電噴霧過程如果有液滴進入真空系統時，會引起噪聲，因此，霧化器要以“正交”的方式噴霧進入真空的入口，能避免這種影響。
去溶劑化和離子的形成
進入噴霧室內的液滴，由於加熱的乾燥氣-氮氣的逆流使溶劑不斷蒸發，液滴的直徑隨之變小，並形成一個“突出”使表面電荷密度增加。當達到Rayleigh( 雷利) 極限時，電荷間的庫侖排斥力足以抵消液滴表面張力時, 液滴發生爆裂，即庫侖爆炸，產生了更細小的帶電液滴，離子的形成如圖 2所示。
圖2 電離過程
圖2 電離過程氣相離子的形成
隨著溶劑的繼續蒸發，重複這一過程， 當液滴表面的電場強達到108 V/ cm3 時，裸離子從液滴表面發射出來， 即轉變為氣體離子。
電噴霧電離技術優點
- 電噴霧可以提供一個相對簡單的方式使非揮發性溶液相離子（具有高的離子化效率，對蛋白質而言接近100%）轉入到氣相(主要用來產生分子離子)，從而質譜儀便可提供一個靈敏的直接檢測。
- 最顯著的優點( 這是僅電噴霧質譜才具有的優點)是在電噴霧質譜中，高分子量的分子通常會帶有多個電荷，電荷狀態的分布可以精確對分子量定量，可以同時提供精確的分子質量和結構信息。
- 快速，可在數分鐘內完成測試。
- 多種離子化模式供選擇: 正離子模式ESI( + ) , 負離子模式ESI( - ) 。
- 可以使大多數分析離子進入質譜儀檢測範圍，這樣，價格便宜的質譜分析器如四極桿質譜過濾器就可以被使用。
- 能有效地與各種色譜聯用, 用於複雜體系分析。
- 儀器專用化學站的開發使得儀器在調試、操作HPLC-MS 在線上控制、故障診斷等方面都變得簡單可靠。
電噴霧電離技術缺點
- 每一個電噴霧的變數( 如真空度、電勢、溶劑的揮發性、溶液的導電性、電解質的濃度、樣品液的各種物理特性等) 都有一個套用的限制範圍，同時，實驗參數或技術條件必須根據需要解決的問題去仔細選擇。
- 另一個限制因素是溶劑的選擇範圍和可以使用的溶液範圍也有限制，尤其是當遇到使用純水或高導電性溶液時，這個問題就很難解決，很多是憑經驗的。同時, 質譜檢測器對不同複合物的回響變化範圍較大( 如, 與蛋白質相比, 電噴霧質譜對糖的靈敏度就低)，這將妨礙準確的定量分析。
- 由於溶液參數控制噴霧過程，因此，即使在良好的條件下也存在離子信號的波動。
