多喷嘴电喷雾阵列离子源对离子迁移谱性能的影响
刘文杰 李国柱 罗碧 孟庆艳+卢亚玲 尹笃林
摘 要 采用多喷嘴电喷雾阵列作为离子迁移谱仪（IMS）的离子源以提高大气压下离子迁移谱的分析性能。12喷嘴的电喷雾阵列离子源内径为46 μm，采用环形排列以提高喷雾电场的均匀度，喷嘴之间的距离为0.5 cm 以克服喷嘴之间的电场屏蔽效应。测定了不同比例的甲醇作为ESI溶剂在2～30 μL/min流速及2.5～7 kV的喷雾电压下西地那非和苏丹红Ⅱ号的响应值及相应的信噪比。实验结果表明，在优化的条件下，多喷嘴电喷雾阵列可有效的提高ESI对溶液中水含量的容忍度，降低离子化噪音。与此同时，多喷嘴电喷雾阵列可使用更高的ESI流速。在相同的条件下，12喷嘴的电喷雾阵列离子源可提高离子化效率平均达3.8倍。
关键词 离子迁移谱； 多喷嘴阵列； 电喷雾； 灵敏度
1 引 言
离子迁移谱（Ion mobility spectrometry， IMS）是一种气态离子分离技术，具有分离速度快，灵敏度高，结构简单等特点，在爆炸物检测、化学战试剂检测、毒品分析及挥发性化学品的分析等领域广泛应用【1】。随着离子迁移谱技术及其联用方法的发展，相关方法在代谢组学【2，3】、食品安全【4】、环境分析【5，6】、药物分析【7，8】等领域的应用越来越多。离子迁移谱仪主要由离子源、迁移管、检测器、离子门等核心部件组成，离子迁移谱常用的离子化方法包括放射电离源如63Ni电离源、电晕放电离子源（Corona Discharge， CD）、真空紫外光电离源、 大气压电喷雾离子源（Electrospray ionization， ESI）等可适应不同的样品【9，10】。
电喷雾离子化（Electrospray Ionization， ESI）方法最早于上世纪80年代提出并成功应用于非挥发性物质，包括生物大分子（如蛋白质）的离子化【11】。大气压下的电喷雾质谱为其它方法难于离子化的物质进行质谱分析提供了可能，作为大气压与真空的接口，电喷雾离子源也为液相色谱-质谱联用分析奠定了技术基础。上世纪90年代以来，电喷雾电离技术与离子迁移谱的结合使得离子迁移谱的应用范围大为扩展，从主要分析挥发性和半挥发性的有机化合物扩展到生物样品、食品安全、药物等的分析【10】。
尽管电喷雾离子源应用于质谱及液相色谱-质谱联用分析非常成功，但与离子迁移谱结合时还有一些不足之处。由于迁移管的结构限制，与电喷雾结合时只能接受较低的喷雾流速【12】，这使得电喷雾电离源难于与常规的液相色谱等分离手段联用。另一方面，电喷雾溶液中水含量升高会使去溶剂化过程变得困难，离子化效率降低，谱图的噪音增加，进而使分析的灵敏度降低【9，10】。为克服传统单喷嘴ESI源的缺点，Wu等【13】设计了一种多通道的电喷雾离子源，质谱分析的结果表明其喷雾的稳定性更高，其溶液通道更不容易堵塞，灵敏度比单通道的纳喷源也有所提高。Mao等【14】设计的一种平行十喷嘴的纳喷雾源，进一步证实了这种结果，但存在喷嘴之间喷雾电场不均匀而限制了性能的进一步提高。Kelly等的研究结果表明，与质谱仪的毛细管入口匹配的直线排列的19喷嘴的纳喷雾阵列分析肽类化合物时，灵敏度平均提高了9倍【15】，进一步改进的环形19喷嘴纳喷雾阵列在与多毛细管质谱仪离子入口配合时克服了喷嘴之间喷雾电场不均匀的问题【16】。Mabrouki等【17】的研究表明，多喷嘴的离子源也有效的提高了微分离子迁移谱（场不对称离子迁称谱）的灵敏度。但由于喷嘴的数量需与质谱仪的毛细管入口数量相匹配，大气压与真空之间的离子传输效率对电喷雾-质谱的灵敏度影响很大，同时，继续增加喷嘴的数量受到质谱仪接口的限制而难以实现。
多喷嘴电喷雾阵列的信号强度与喷嘴数量的平方根成正比【18】，因此，增加喷嘴的数量可以有效的提高ESI的离子化效率，进而增加分析的灵敏度。由于电喷雾离子迁移谱的离子化和分离过程均在大气压下进行，离子源产生的气相离子全部进行离子迁移谱仪，将环形电喷雾阵列离子源应用于离子迁移谱时无需考虑离子传输效率，也无需对迁移管结构进行改动，因而比质谱仪更能充分利用多喷嘴带来的灵敏度提高的好处。本研究以西地那非和苏丹红Ⅱ号为研究对象，探讨了环形多喷嘴的电喷雾离子迁移谱联用的喷雾电压、溶剂组成、喷雾流速等因素对灵敏度、信噪比及谱图分辨率的影响，以提高电喷雾离子迁移谱仪的灵敏度，并探讨多喷嘴电喷雾阵列作为液相色谱与离子迁移谱接口的潜力。
2 实验部分
2.1 试剂与仪器
苏丹红Ⅱ号标准品、西地那非、沙丁胺醇、盐酸克伦特罗、罗丹明B及米诺环素标准品（Sigma-Aldrich公司）；甲醇（Fisher Scientific公司）；乙酸（分析纯，天津市致远化学试剂有限公司）；实验用水均为Milli-Q纯水系统制备的超纯水。压缩空气经分子筛、变色硅胶和活性炭净化后作为迁移气（Drift Gas）。苏丹红Ⅱ、西地那非、沙丁胺醇、盐酸克伦特罗、罗丹明B及米诺环素均用甲醇配成500 mg/L的储备液，并用不同配比的溶液配成0.5， 2.5， 10， 25和50 mg/L的工作标准溶液，所有溶液中均含有1% 乙酸。
大气压离子迁移谱仪，由Washington State University和塔里木大学共同研制。迁移管的内径为5 cm，由3 mm厚的不锈钢环和2 mm厚的陶瓷环推叠而成，中间由一个Bradbury-Nielsen离子门隔开成5 cm的脱溶剂区和14.1 cm的迁移区（图1）。离子门的工作电压调节为 ±32 V，刚好能完全阻断ESI的离子信号。迁移管的工作电压为12 kV，离子门的参考电压为10.25 kV。净化后的空气经预热后作为迁移气。迁移气的预热温度与迁移管的工作温度相同均为120 ℃，流速为900 mL/min。Keithley 427型电流放大器作为检测器的信号放大装置，由Digilent公司的Analog和BNC套件作为信号采集及离子门控制的装置，离子门打开的时间为0.2 ms。数据导入Excel进行处理。单喷嘴的电喷雾源由一根内径46um的polymicro公司提供的石英毛细管组成，位置固定于离子门前3.5 cm处。12喷嘴的环形电喷雾阵列离子源参考文献＼图1 多喷嘴电喷雾阵列离子迁移谱示意图
Fig.1 Schematic diagram of multi emitter array electrospray ion mobility spectrometry （ESIMS）
2.2 数据处理
离子迁移谱工作于正离子模式，单次扫描周期为45 ms，20次扫描谱图的平均值为一张输出谱图，重复次数为100次，单次分析时间为90 s。各标准物质的离子迁移率由迁移管长度、工作电压及迁移时间计算而得，离子迁移谱图中各化合物的分辨率（Resolving power， Rm）根据出峰的迁移时间及其对应的半高峰宽计算得到。为了测量多喷嘴电喷雾离子源的稳定性，将连续测量的100张谱图的的信号值的相对标准偏差作为衡量噪音水平的参数。
3 结果与讨论
3.1 喷雾电流的影响
喷雾电流的测定采用的甲醇-水（90∶10， V/V，含1%乙酸）溶液，离子门全开时记录放大器的输出电压平均值，根据微电流放大器的放大倍数计算单喷嘴和多喷嘴电喷雾源在不同电压下的喷雾电流。设定单喷嘴ESI的工作流速为2.5 μL/min； 多喷嘴ESI的工作流速为15 μL/min，平均每个喷嘴的流速为1.25 μL/min。实验结果表明，在超过2.5 kV时，单喷嘴ESI和多喷嘴ESI的喷雾电流均随电压的升高而增大。在相同的工作电压下，电喷雾源的喷嘴数量对喷雾电流有较大的影响，所有电压下，多喷嘴电喷雾源的电流均高于单喷嘴电喷雾源的电流。在6 kV时，多喷嘴ESI的喷雾电流是单喷嘴的3.3倍。通常认为，在超过一定流速时ESI为浓度型检测器，喷雾电流的增加表明，增加电喷雾源的喷嘴数量，可有效增加单位时间内生成的离子数量，进而提高电喷雾的离子化效率。当电压超过7.0 kV时，ESI的高压电源容易击穿空气产生放电， 从而使工作变得不稳定，因此，大气压下多喷嘴电喷雾离子源可以稳定的工作在6.5 kV以下。
3.2 溶剂组成对分辨率及离子化效率的影响
在优化的条件下，西地那非和苏丹红Ⅱ号的单喷嘴电喷雾离子迁移谱图见图2A和图2C，西地那非和苏丹红Ⅱ号的K0分别为0.889和1.192，两种化合物的分辨率分别为76.2和65.8。多喷嘴电喷雾离子迁移谱图中两种化合物的迁移时间均与单喷嘴ESI相同，分辨率分别为75.8和63.2，稍有降低。这可能是由于单位体积中离子的数量增加，同种离子之间的库仑斥力增大而使得离子扩散程度稍有增加，从而导致分辨率有所降低。
ESI的工作溶剂对离子化效率影响很大。对西地那非而言，单喷嘴的电喷雾源在使用甲醇-水体系时，甲醇含量增加，离子化的效率增大，在甲醇含量为50%时，信号强度达到最大值，继续增大甲醇含量，西地那非的信号强度缓慢下降，且噪音也随之下降，信噪比随甲醇含量的增加呈缓慢增加的趋势。西地那非离子峰的分辨率与溶剂组成变化的关系不明显（图2A）。与之相比，对于多喷嘴的ESI源，甲醇含量在0～20%的范围内，信号强度增加迅速，当甲醇含量为25%时，信号强度达到最大值，再增加甲醇含量，信号强度下降。同样，随甲醇含量增加，信噪比呈上升趋势（图2B）。当甲醇含量为50%时，单喷嘴ESI的信号峰强度为1.36，多喷嘴ESI的信号峰强度达到3.13，约为单喷嘴的2.3倍。在所有的溶剂组成下，多喷嘴ESI的信号峰强度平均为单喷嘴ESI的4.3倍。
值得指出的是，在以水-甲醇为ESI溶液时，单喷嘴ESI西地那非的信号峰很弱，但多喷嘴ESI西地那非的信号强度为3.68，这表明多喷嘴ESI对喷雾溶剂中水的容忍度明显高于单喷嘴，甚至可以使用纯水作为喷雾溶剂。苏丹红Ⅱ号的信号强度随溶剂组成的变化呈相近的趋势，甲醇含量为20%时，单喷嘴的谱图完全看不到苏丹红Ⅱ的离子峰，而多喷嘴的ESI谱图中信号强度达到0.22（图2D）。甲醇的比例为40%时，苏丹红Ⅱ多喷嘴ESI的信号强度为单喷嘴的2.8倍。
3.3 溶液流速对离子化效率及噪音的影响
由于大气压下的离子迁移谱ESI源和迁移管之间无真空接口，ESI只能接受较低流速的溶剂。通常条件下，离子迁移谱的ESI只能承受μL/min水平的溶剂；再增加流速会导致脱溶剂过程变得困难，ESI过程中产生的带电液滴会增加谱图的噪音而使信噪比劣化。在离子迁移谱与常规的液相色谱联用时，需使用大比例的分流比， 而导致流速变得不稳定。因此，提高电喷雾离子迁移谱的溶液流速，对提高谱图的信噪比，使离子迁移谱与液相色谱有效联用有着重要的意义。为了比较单喷嘴和多喷嘴电喷雾离子源在大流速时的分析性能，测定了甲醇-水（90∶10， V/V）溶液中的2.5 mg/L苏丹红Ⅱ号在不同流速下的信号强度及谱图的噪音水平。
由图3A可见，单喷嘴的ESI信号强度随流速增加而增大，在5 μL/min时达到最大值；继续增大流速，信号强度缓慢下降。与此同时，流速对谱图信号的稳定性影响非常大；流速超过4 μL/min时，噪音快速增加而使谱图的获取变得困难（图3B）。流速在2～10 μL/min范围内，多喷嘴ESI的信号强度快速增加；流速超过10 μL/min时，信号强度仍缓慢增加，没有下降的趋势（图3C）；流速小于20 μL/min时，信号的波动保持较低的水平；流速超过20 μL/min时，波动才有较大幅度的增加。这表明，在没有辅助喷雾气时，多喷嘴的ESI源可以接受较大的溶剂流速；在相同的流速下，多喷嘴ESI的信号强度更高，喷雾过程的稳定性得到有效提高，降低了分析的检出限。
（A）单喷嘴ESI信号随流速的变化趋势。（B）单喷嘴ESI噪音随流速上升情况。（C）多喷嘴的信号强度与流速的关系。（D）多喷嘴ESI噪音随流速上升情况。
（A） Relationship batween the signal intensity and flow rate of single emitter ESI. （B） Noise level of single emitter ESI. （C） Relationship between the signal intensity and flow rate of multi emitter ESI array. （D） Noise level of multi emitter ESI array
为进一步验证不同离子源对离子迁移谱灵敏度的影响，分别采用2.5 mg/L的西地那非、苏丹红Ⅱ号、沙丁胺醇、盐酸克伦特罗、罗丹明B及米诺环素分析单喷嘴和多喷嘴电喷雾离子迁移谱的信号强度，结果见表1。6种化合物在甲醇-水（90∶10， V/V）溶液中都呈现为单一的离子峰，多喷嘴电喷雾离子源的信号强度均比单喷嘴离子源的强度高，但提高的倍数并不相同。最低的西地那非提高了2.67倍，最高的罗丹明B提高了4.42倍，平均提高了3.8倍。可以预期，随着电喷雾喷嘴数量的进一步增加，离子迁移谱灵敏度的提高将更加显著。
References
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16 Kelly R T， Page J S， Marginean I， Tang K， Smith R D. Anal. Chem.， 2008， 80（14）： 5660-5665
17 Mabrouki R， Kelly R T， Prior D C， Shvarsburg A A， Tang K， Smith R D. J. Am. Soc. Mass. Spectr.， 2009， 20（9）： 1768-1774
18 Mao P Gomez-Sjoberg R， Wang D. Anal. Chem.， 2013， 85（2）： 816-819
摘 要 采用多喷嘴电喷雾阵列作为离子迁移谱仪（IMS）的离子源以提高大气压下离子迁移谱的分析性能。12喷嘴的电喷雾阵列离子源内径为46 μm，采用环形排列以提高喷雾电场的均匀度，喷嘴之间的距离为0.5 cm 以克服喷嘴之间的电场屏蔽效应。测定了不同比例的甲醇作为ESI溶剂在2～30 μL/min流速及2.5～7 kV的喷雾电压下西地那非和苏丹红Ⅱ号的响应值及相应的信噪比。实验结果表明，在优化的条件下，多喷嘴电喷雾阵列可有效的提高ESI对溶液中水含量的容忍度，降低离子化噪音。与此同时，多喷嘴电喷雾阵列可使用更高的ESI流速。在相同的条件下，12喷嘴的电喷雾阵列离子源可提高离子化效率平均达3.8倍。
关键词 离子迁移谱； 多喷嘴阵列； 电喷雾； 灵敏度
1 引 言
离子迁移谱（Ion mobility spectrometry， IMS）是一种气态离子分离技术，具有分离速度快，灵敏度高，结构简单等特点，在爆炸物检测、化学战试剂检测、毒品分析及挥发性化学品的分析等领域广泛应用【1】。随着离子迁移谱技术及其联用方法的发展，相关方法在代谢组学【2，3】、食品安全【4】、环境分析【5，6】、药物分析【7，8】等领域的应用越来越多。离子迁移谱仪主要由离子源、迁移管、检测器、离子门等核心部件组成，离子迁移谱常用的离子化方法包括放射电离源如63Ni电离源、电晕放电离子源（Corona Discharge， CD）、真空紫外光电离源、 大气压电喷雾离子源（Electrospray ionization， ESI）等可适应不同的样品【9，10】。
电喷雾离子化（Electrospray Ionization， ESI）方法最早于上世纪80年代提出并成功应用于非挥发性物质，包括生物大分子（如蛋白质）的离子化【11】。大气压下的电喷雾质谱为其它方法难于离子化的物质进行质谱分析提供了可能，作为大气压与真空的接口，电喷雾离子源也为液相色谱-质谱联用分析奠定了技术基础。上世纪90年代以来，电喷雾电离技术与离子迁移谱的结合使得离子迁移谱的应用范围大为扩展，从主要分析挥发性和半挥发性的有机化合物扩展到生物样品、食品安全、药物等的分析【10】。
尽管电喷雾离子源应用于质谱及液相色谱-质谱联用分析非常成功，但与离子迁移谱结合时还有一些不足之处。由于迁移管的结构限制，与电喷雾结合时只能接受较低的喷雾流速【12】，这使得电喷雾电离源难于与常规的液相色谱等分离手段联用。另一方面，电喷雾溶液中水含量升高会使去溶剂化过程变得困难，离子化效率降低，谱图的噪音增加，进而使分析的灵敏度降低【9，10】。为克服传统单喷嘴ESI源的缺点，Wu等【13】设计了一种多通道的电喷雾离子源，质谱分析的结果表明其喷雾的稳定性更高，其溶液通道更不容易堵塞，灵敏度比单通道的纳喷源也有所提高。Mao等【14】设计的一种平行十喷嘴的纳喷雾源，进一步证实了这种结果，但存在喷嘴之间喷雾电场不均匀而限制了性能的进一步提高。Kelly等的研究结果表明，与质谱仪的毛细管入口匹配的直线排列的19喷嘴的纳喷雾阵列分析肽类化合物时，灵敏度平均提高了9倍【15】，进一步改进的环形19喷嘴纳喷雾阵列在与多毛细管质谱仪离子入口配合时克服了喷嘴之间喷雾电场不均匀的问题【16】。Mabrouki等【17】的研究表明，多喷嘴的离子源也有效的提高了微分离子迁移谱（场不对称离子迁称谱）的灵敏度。但由于喷嘴的数量需与质谱仪的毛细管入口数量相匹配，大气压与真空之间的离子传输效率对电喷雾-质谱的灵敏度影响很大，同时，继续增加喷嘴的数量受到质谱仪接口的限制而难以实现。
多喷嘴电喷雾阵列的信号强度与喷嘴数量的平方根成正比【18】，因此，增加喷嘴的数量可以有效的提高ESI的离子化效率，进而增加分析的灵敏度。由于电喷雾离子迁移谱的离子化和分离过程均在大气压下进行，离子源产生的气相离子全部进行离子迁移谱仪，将环形电喷雾阵列离子源应用于离子迁移谱时无需考虑离子传输效率，也无需对迁移管结构进行改动，因而比质谱仪更能充分利用多喷嘴带来的灵敏度提高的好处。本研究以西地那非和苏丹红Ⅱ号为研究对象，探讨了环形多喷嘴的电喷雾离子迁移谱联用的喷雾电压、溶剂组成、喷雾流速等因素对灵敏度、信噪比及谱图分辨率的影响，以提高电喷雾离子迁移谱仪的灵敏度，并探讨多喷嘴电喷雾阵列作为液相色谱与离子迁移谱接口的潜力。
2 实验部分
2.1 试剂与仪器
苏丹红Ⅱ号标准品、西地那非、沙丁胺醇、盐酸克伦特罗、罗丹明B及米诺环素标准品（Sigma-Aldrich公司）；甲醇（Fisher Scientific公司）；乙酸（分析纯，天津市致远化学试剂有限公司）；实验用水均为Milli-Q纯水系统制备的超纯水。压缩空气经分子筛、变色硅胶和活性炭净化后作为迁移气（Drift Gas）。苏丹红Ⅱ、西地那非、沙丁胺醇、盐酸克伦特罗、罗丹明B及米诺环素均用甲醇配成500 mg/L的储备液，并用不同配比的溶液配成0.5， 2.5， 10， 25和50 mg/L的工作标准溶液，所有溶液中均含有1% 乙酸。
大气压离子迁移谱仪，由Washington State University和塔里木大学共同研制。迁移管的内径为5 cm，由3 mm厚的不锈钢环和2 mm厚的陶瓷环推叠而成，中间由一个Bradbury-Nielsen离子门隔开成5 cm的脱溶剂区和14.1 cm的迁移区（图1）。离子门的工作电压调节为 ±32 V，刚好能完全阻断ESI的离子信号。迁移管的工作电压为12 kV，离子门的参考电压为10.25 kV。净化后的空气经预热后作为迁移气。迁移气的预热温度与迁移管的工作温度相同均为120 ℃，流速为900 mL/min。Keithley 427型电流放大器作为检测器的信号放大装置，由Digilent公司的Analog和BNC套件作为信号采集及离子门控制的装置，离子门打开的时间为0.2 ms。数据导入Excel进行处理。单喷嘴的电喷雾源由一根内径46um的polymicro公司提供的石英毛细管组成，位置固定于离子门前3.5 cm处。12喷嘴的环形电喷雾阵列离子源参考文献＼图1 多喷嘴电喷雾阵列离子迁移谱示意图
Fig.1 Schematic diagram of multi emitter array electrospray ion mobility spectrometry （ESIMS）
2.2 数据处理
离子迁移谱工作于正离子模式，单次扫描周期为45 ms，20次扫描谱图的平均值为一张输出谱图，重复次数为100次，单次分析时间为90 s。各标准物质的离子迁移率由迁移管长度、工作电压及迁移时间计算而得，离子迁移谱图中各化合物的分辨率（Resolving power， Rm）根据出峰的迁移时间及其对应的半高峰宽计算得到。为了测量多喷嘴电喷雾离子源的稳定性，将连续测量的100张谱图的的信号值的相对标准偏差作为衡量噪音水平的参数。
3 结果与讨论
3.1 喷雾电流的影响
喷雾电流的测定采用的甲醇-水（90∶10， V/V，含1%乙酸）溶液，离子门全开时记录放大器的输出电压平均值，根据微电流放大器的放大倍数计算单喷嘴和多喷嘴电喷雾源在不同电压下的喷雾电流。设定单喷嘴ESI的工作流速为2.5 μL/min； 多喷嘴ESI的工作流速为15 μL/min，平均每个喷嘴的流速为1.25 μL/min。实验结果表明，在超过2.5 kV时，单喷嘴ESI和多喷嘴ESI的喷雾电流均随电压的升高而增大。在相同的工作电压下，电喷雾源的喷嘴数量对喷雾电流有较大的影响，所有电压下，多喷嘴电喷雾源的电流均高于单喷嘴电喷雾源的电流。在6 kV时，多喷嘴ESI的喷雾电流是单喷嘴的3.3倍。通常认为，在超过一定流速时ESI为浓度型检测器，喷雾电流的增加表明，增加电喷雾源的喷嘴数量，可有效增加单位时间内生成的离子数量，进而提高电喷雾的离子化效率。当电压超过7.0 kV时，ESI的高压电源容易击穿空气产生放电， 从而使工作变得不稳定，因此，大气压下多喷嘴电喷雾离子源可以稳定的工作在6.5 kV以下。
3.2 溶剂组成对分辨率及离子化效率的影响
在优化的条件下，西地那非和苏丹红Ⅱ号的单喷嘴电喷雾离子迁移谱图见图2A和图2C，西地那非和苏丹红Ⅱ号的K0分别为0.889和1.192，两种化合物的分辨率分别为76.2和65.8。多喷嘴电喷雾离子迁移谱图中两种化合物的迁移时间均与单喷嘴ESI相同，分辨率分别为75.8和63.2，稍有降低。这可能是由于单位体积中离子的数量增加，同种离子之间的库仑斥力增大而使得离子扩散程度稍有增加，从而导致分辨率有所降低。
ESI的工作溶剂对离子化效率影响很大。对西地那非而言，单喷嘴的电喷雾源在使用甲醇-水体系时，甲醇含量增加，离子化的效率增大，在甲醇含量为50%时，信号强度达到最大值，继续增大甲醇含量，西地那非的信号强度缓慢下降，且噪音也随之下降，信噪比随甲醇含量的增加呈缓慢增加的趋势。西地那非离子峰的分辨率与溶剂组成变化的关系不明显（图2A）。与之相比，对于多喷嘴的ESI源，甲醇含量在0～20%的范围内，信号强度增加迅速，当甲醇含量为25%时，信号强度达到最大值，再增加甲醇含量，信号强度下降。同样，随甲醇含量增加，信噪比呈上升趋势（图2B）。当甲醇含量为50%时，单喷嘴ESI的信号峰强度为1.36，多喷嘴ESI的信号峰强度达到3.13，约为单喷嘴的2.3倍。在所有的溶剂组成下，多喷嘴ESI的信号峰强度平均为单喷嘴ESI的4.3倍。
值得指出的是，在以水-甲醇为ESI溶液时，单喷嘴ESI西地那非的信号峰很弱，但多喷嘴ESI西地那非的信号强度为3.68，这表明多喷嘴ESI对喷雾溶剂中水的容忍度明显高于单喷嘴，甚至可以使用纯水作为喷雾溶剂。苏丹红Ⅱ号的信号强度随溶剂组成的变化呈相近的趋势，甲醇含量为20%时，单喷嘴的谱图完全看不到苏丹红Ⅱ的离子峰，而多喷嘴的ESI谱图中信号强度达到0.22（图2D）。甲醇的比例为40%时，苏丹红Ⅱ多喷嘴ESI的信号强度为单喷嘴的2.8倍。
3.3 溶液流速对离子化效率及噪音的影响
由于大气压下的离子迁移谱ESI源和迁移管之间无真空接口，ESI只能接受较低流速的溶剂。通常条件下，离子迁移谱的ESI只能承受μL/min水平的溶剂；再增加流速会导致脱溶剂过程变得困难，ESI过程中产生的带电液滴会增加谱图的噪音而使信噪比劣化。在离子迁移谱与常规的液相色谱联用时，需使用大比例的分流比， 而导致流速变得不稳定。因此，提高电喷雾离子迁移谱的溶液流速，对提高谱图的信噪比，使离子迁移谱与液相色谱有效联用有着重要的意义。为了比较单喷嘴和多喷嘴电喷雾离子源在大流速时的分析性能，测定了甲醇-水（90∶10， V/V）溶液中的2.5 mg/L苏丹红Ⅱ号在不同流速下的信号强度及谱图的噪音水平。
由图3A可见，单喷嘴的ESI信号强度随流速增加而增大，在5 μL/min时达到最大值；继续增大流速，信号强度缓慢下降。与此同时，流速对谱图信号的稳定性影响非常大；流速超过4 μL/min时，噪音快速增加而使谱图的获取变得困难（图3B）。流速在2～10 μL/min范围内，多喷嘴ESI的信号强度快速增加；流速超过10 μL/min时，信号强度仍缓慢增加，没有下降的趋势（图3C）；流速小于20 μL/min时，信号的波动保持较低的水平；流速超过20 μL/min时，波动才有较大幅度的增加。这表明，在没有辅助喷雾气时，多喷嘴的ESI源可以接受较大的溶剂流速；在相同的流速下，多喷嘴ESI的信号强度更高，喷雾过程的稳定性得到有效提高，降低了分析的检出限。
（A）单喷嘴ESI信号随流速的变化趋势。（B）单喷嘴ESI噪音随流速上升情况。（C）多喷嘴的信号强度与流速的关系。（D）多喷嘴ESI噪音随流速上升情况。
（A） Relationship batween the signal intensity and flow rate of single emitter ESI. （B） Noise level of single emitter ESI. （C） Relationship between the signal intensity and flow rate of multi emitter ESI array. （D） Noise level of multi emitter ESI array
为进一步验证不同离子源对离子迁移谱灵敏度的影响，分别采用2.5 mg/L的西地那非、苏丹红Ⅱ号、沙丁胺醇、盐酸克伦特罗、罗丹明B及米诺环素分析单喷嘴和多喷嘴电喷雾离子迁移谱的信号强度，结果见表1。6种化合物在甲醇-水（90∶10， V/V）溶液中都呈现为单一的离子峰，多喷嘴电喷雾离子源的信号强度均比单喷嘴离子源的强度高，但提高的倍数并不相同。最低的西地那非提高了2.67倍，最高的罗丹明B提高了4.42倍，平均提高了3.8倍。可以预期，随着电喷雾喷嘴数量的进一步增加，离子迁移谱灵敏度的提高将更加显著。
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