用于电喷雾电离的喷头的制作方法

本发明涉及一种用于电喷雾电离（esi）的喷头。本发明还涉及一种用于制造根据本发明的喷头的方法，以及根据本发明的喷头用于电喷雾电离（esi）的用途。本发明此外涉及一种包括根据本发明的喷头的色谱柱，以及一种用于执行电喷雾电离（esi）的、包括根据本发明的喷头或包括根据本发明的色谱柱的装置。本发明同样涉及选择性激光诱导蚀刻（selective laser-induced etching，sle）或双光子聚合（2pp）用于制造根据本发明的、用于电喷雾电离（esi）的喷头的用途。本发明在所附的权利要求中限定。此外，本发明的优选方面由包括多个实施例的以下描述得出。只要针对根据本发明的一个方面将特定设计称为优选，则在作必要修改后，相应的实施方案也分别适用于本发明的其他方面。根据本发明的各方面的优选的单个特征（如在权利要求中所限定和/或在说明书中所公开的）可彼此组合并且优选彼此组合，除非在个别情况下本领域技术人员从本文中得出其他内容。

背景技术：

1、广泛已知在电喷雾离子源中产生例如分子量为几百至数千道尔顿的较重分析物分子的离子。极为重要的是，需要能够电离尤其非常大的分子，这种分子无法被热蒸发；因此，john bennett fenn因在八十年代末开发出电喷雾离子源而于2002年获得诺贝尔化学奖。

2、对于电喷雾电离（esi），向喷嘴施加数千伏的高电压，该喷嘴在运行中包含喷雾液体或含有溶解的分析物分子的分析物溶液，该高电压在喷嘴的出口周围产生强电场。由此，喷雾液体在喷嘴的出口处在其表面上被极化并强烈带电；通过电吸引力，在液体表面产生所谓的泰勒锥，通过电牵引场从泰勒锥的尖端抽出一股细的液体射流。该射流由于其高的表面电荷（该表面电荷与表面张力相对抗）而内在不稳定：它通过收缩而崩解成极小的、高带电的液滴，其直径在一微米量级。

3、所有液滴，无论大小，都不断蒸发，其中小液滴由于其表面分子的配位数不断减小、并且蒸气压因此变大而蒸发得越来越快，直到分裂和蒸发过程相对迅速地以液滴的完全干涸结束，仅留下液滴中所含分析物分子的主要为多电荷的离子。

4、电喷雾电离是用来产生用于质谱法（ms）的分析物离子的优选方法，尤其用于大分子（例如生物分子）的质谱分析，以及在将质谱研究与前置的液相色谱法（lc）联用的情况下使用。

5、在实践中，作为用于电喷雾电离的喷嘴经常使用所谓的“拉制发射器（pulledemitter）”，其由石英玻璃制的薄壁毛细管（也称为熔融石英或fs）构成，这些毛细管在出口侧被拉制成细尖端。拉制成的尖端非常细，以提高在使用电喷雾电离作为用于质谱研究的离子源时的灵敏度。

6、使用拉制发射器进行电喷雾电离的缺点在于，将出口拉制成尖端伴随输送分析物溶液的毛细管通道的内部直径朝出口方向减小，由此拉制发射器更容易堵塞。对于用于纳升电喷雾电离（nano-esi）的拉制发射器，拉制发射器堵塞风险增加的问题进一步加剧，因为用于nano-esi的拉制发射器用于输送分析物溶液的通道的内部直径本来从基底开始就已经非常小。此外，拉制发射器、尤其是其尖端由于其由玻璃制成的精细构造而极易受到机械损伤。

7、拉制发射器的一种替代方案是用于电喷雾电离的喷头，其可安装到输送分析物溶液的管路的端部上，例如安装到用于液相色谱法（lc）的色谱柱的端部上。用于电喷雾电离的喷头（除用于分析物溶液的入口外）同样具有喷嘴，该喷嘴也可以以不同于拉制玻璃毛细管的其他方式获得。

8、us 10,591,451 b2在这方面公开了用于喷射液体的喷头，其由金属或塑料制成。然而，金属和塑料相对于这些材料所暴露于的分析物溶液仅具有有限的化学稳定性，或仅具有有限的热稳定性。同时，us 10,591,451 b2中所公开的用于制造喷头的制造方式（对于塑料喷头的制造，us 10,591,451 b2例如提及了使用注塑方法和机械加工方法）也仅具有有限的精度，该精度对于尤其是微结构（如微通道）的制造往往不足。

9、制造用于电喷雾电离、尤其是纳升电喷雾电离的、具有精密制造的结构（由此例如可以减少尤其以微米尺度制造的结构和通道出现堵塞的风险）的喷头，迄今仍是一项巨大的挑战。

10、以兼具极高化学耐受性和高热稳定性的材料（例如石英玻璃）精密且尤其是可复现地制造例如用于esi喷头的通道结构，还存在另一困难，因为例如石英玻璃由于其脆性、并且恰恰由于其高耐受性，难以用esi领域常规的制造方法以高精度加工。

11、专利公开文献de 10 2013 004 871 a1公开了一种具有多个喷嘴的芯片，用于在大气压于质谱仪的离子源中通过电喷雾使溶解的物质电离，其中每个单独的喷嘴（优选对称地）被用于以射流方式输入鞘气的鞘气喷嘴包围。jiang等人于《a monolithicmicrofluidic probe for ambient mass spectrometry imaging of biologicaltissues》（lab chip, 2023, 23(21), 4664–4673）中公开了一种由石英玻璃制成的整体式微流控探针，用于生物组织的质谱分析，然而，其喷嘴由于玻璃制成的精细构造同样极易受到机械损伤，并且在操作、尤其在校准探针时具有高的损伤风险。

技术实现思路

1、基于上述现有技术的缺点，本发明的主要任务是，提供用于（纳升）电喷雾电离的、具有均匀且精密并可灵活选择的内部直径的喷头，其同时具有足够的机械抗性以便于操作，并且优选可由兼具极高化学耐受性和高热稳定性的材料制造。所要提供的用于电喷雾电离的喷头还应能够以简单（即低成本）且可复现的方式获得。本发明的另一个任务是，提供一种用于制造此类喷头的方法。

2、其他任务由以下说明和权利要求得出。

3、本发明的主要任务通过一种用于电喷雾电离（esi）的喷头解决，该喷头包括：

4、用于流体（特别是液体或分析物溶液）的入口，

5、喷嘴，其包括用于流体（特别是液体或分析物溶液）的出口并且包括通道，通过该通道使入口与喷嘴的出口连接，以及

6、用于保护喷嘴免受机械损伤的保护结构，该保护结构尤其在喷嘴侧向延伸，还优选在喷嘴侧向延伸直至至少达到出口的高度，并且优选与喷嘴间隔开，

7、其中，喷头的入口和喷嘴通过选择性激光诱导蚀刻（selective laser-inducedetching，sle）或双光子聚合（2pp）获得。

8、选择性激光诱导蚀刻（也称为“selective laser-induced etching”或简称为sle）是一种两步制造工艺，借助该制造工艺可由透明材料、例如玻璃或蓝宝石制造复杂的3d构件。在此，在第一步中将超短脉冲激光辐射聚焦到透明工件的体积中。脉冲能量在此仅在聚焦体积内通过多光子过程被吸收。在那里，透明材料被无裂纹地改性，从而材料的化学性质发生改变。这允许随后对材料进行选择性化学蚀刻。通过借助微扫描系统偏转在工件中的焦点，使待加工工件的相连区域被改性。在第二工艺步骤中，通过偏转工件中的焦点而被改性的区域可选择性地借助湿法化学蚀刻被去除，因为与未改性的区域相比，经激光辐射改性的区域对常规湿法化学蚀刻剂（例如高浓度koh碱液）具有成倍（例如1000倍）提高的敏感性和溶解性。以此方式，例如可以在具有高化学耐受性和高温度耐受性的材料、例如石英玻璃中，以高精度和可复现的方式实现微通道和精细的复杂结构。

9、双光子聚合（2pp）是一种高精度的增材制造技术，并实现了几乎任意的微尺度、中尺度和宏观尺度结构的高分辨率3d打印，这些结构具有亚微米范围内的特征以及极高的形状精度。双光子聚合（也称为双光子光刻或多光子光刻或直写激光光刻（direct laserwriting））利用了双光子吸收的基本物理效应。当原子或分子同时吸收两个光子时，就会发生双光子吸收，由此其可被提升到更高的能量状态。介质通常是液态的、对光敏感并可通过uv光固化的树脂。在2pp打印中使用能量较低的光，例如在近红外范围（nir）内的光，仅当所提供光聚合物的分子同时吸收两个光子的能量时，该光才会使打印材料固化。该机理仅可能在脉冲光的聚焦体积内发生，因为它需要在光敏材料体积内的高的光强度。

10、发明人认识到，借助选择性激光诱导蚀刻（sle）以及借助双光子聚合（2pp）可以制造用于（纳升）电喷雾电离的喷头，其不仅可快速且低成本地制造，同时具有特别适用于尤其纳升电喷雾电离的、具有可复现且均匀的内部直径的微通道，这些微通道非常适合以低堵塞方式将分析物溶液引导至喷嘴的出口。借助sle还可以由高热耐受性和高化学耐受性的材料、如石英玻璃获得这种精密且可复现地制造的esi喷头。

11、借助用于制造esi喷头的传统制造方法，无法达到借助sle或2pp制造的喷头、尤其喷嘴的通道尺寸及其他尺寸的均匀性和可复现性。

12、因此，通过使用sle或2pp尤其用于制造根据本发明的喷头的喷嘴，赋予了喷头、或喷头的喷嘴以其他方式无法达到的特殊技术特性。例如，借助机械加工方法，尤其是在加工玻璃或塑料的领域，无法获得如借助sle或2pp所能实现的那种均匀的微通道结构。根据本发明的喷头与us 10,591,451 b2所公开的喷头的区别在于，借助sle和2pp仅能加工特定材料，例如在sle的情况下例如为玻璃或蓝宝石，在2pp的情况下例如为液态的且可通过2pp固化的光聚合物、例如适用于2pp的环氧化物、混合聚合物和水凝胶，（即根据本发明的喷头的喷嘴例如必须强制性地由可通过sle或2pp加工的材料构成），而在us 10,591,451 b2中仅公开了由不可通过sle或2pp加工的材料构成的喷头或喷嘴。

13、此外，发明人认识到，即使由脆性材料、如由玻璃制造，也可通过设置用于保护喷嘴免受机械损伤的保护结构来赋予喷头足够的机械抗性，从而明显便于对此类具有可能由脆性材料构成的精细结构的（纳升）esi喷头进行操作，所述保护结构尤其在喷嘴侧向延伸，还优选在喷嘴侧向延伸直至至少达到出口的高度，并且优选与喷嘴间隔开。

14、根据本发明的喷头的入口优选设计和构造用于容纳或安装用于液相色谱法的色谱柱（lc柱），特别优选用于纳升液相色谱法的色谱柱（nano-lc柱）。为此，喷头优选具有凹部，可将（纳升）lc柱的端部尽可能避免死体积地引入到该凹部中并引向喷头入口。为了（纳升）lc柱与喷头之间的持久且可靠的固定，优选借助粘接连接将（纳升）lc柱的端部固定在根据本发明的喷头上。适合于制造该粘接连接的例如有环氧树脂粘合剂。

15、优选的是一种根据本发明的喷头，其中该喷头具有用于附接输入管路（例如用于附接lc柱的端部）到入口的凹部。该凹部通常构造为，使得输入管路可精密配合地引入其中并被引向入口。但优选的是，该凹部朝入口方向具有扩宽部，使得凹部在入口处的直径优选大于待引入该凹部中的输入管路的外直径。已表明，凹部的这种朝入口方向或位于入口处的扩宽部，对输入管路与入口的连接产生有利影响，并有助于减少输入管路与入口之间连接部位的死体积。

16、优选的是，喷头的入口的内部直径小于输入管路的内部直径（例如小于与喷头连接的lc柱的内部直径），流体或分析物溶液通过该输入管路被导入入口。通过选择相比于输入管路更小的入口，可以影响并降低运行时在喷头上所施加的流率，这最终有利于分析物溶液从出口排出时更精细的雾化，并最终对使用电喷雾电离（esi）作为离子源用于离子谱研究（尤其是离子迁移率分析、质量分析或组合的离子迁移率-质量分析）时借助喷头可达到的灵敏度产生积极影响。选择喷嘴入口（以及使入口与喷嘴出口连接的通道）尽可能小的内部直径，在进行电喷雾电离（esi）时还有助于形成尽可能小的泰勒锥，从而有利于改善电离性能。借助sle或2pp制造入口在此又提供了以下可能：入口（及通道）的这种相对于输入管路尺寸更小的内部直径能够容易地且可复现地实现，并且入口的内部直径还可根据输入管路的种类和尺寸简单且灵活地匹配和改变。

17、优选的是一种根据本发明的喷头，其中喷头的入口构造为，使得可防止可能导致连接入口和出口的通道堵塞的颗粒进入通道，同时确保流体或分析物溶液流入通道。优选的是，喷头的入口例如具有筛状结构，较大的、可能导致通道堵塞的颗粒可通过该筛状结构被截留。就此而言，入口优选具有不同大小的开口（但这些开口分别均小于通道的内部直径），使得例如较大的颗粒停留在较大的开口中并阻碍其继续流动，同时流体或分析物溶液可通过其余较小的开口继续经入口进入通道。优选的是，入口处的不同开口具有不同的形状。在一个特别优选的实施方式中，入口在其中心具有一个较大的开口（例如圆形的开口）——用于截留和固定可能的颗粒，并且在该中心开口周围具有一个或多个较小的开口（例如矩形或正方形的开口）——用于在中心开口堵塞时确保流体或分析物溶液的继续流动。

18、如上文已提及，优选的是一种根据本发明的喷头，其中喷嘴的通道（通过该通道使入口与喷嘴的出口连接）的内部直径在其整个长度上基本恒定，其中该喷嘴通道的内部直径在其整个长度上特别优选仅在sle或2pp的常规误差容差范围内波动。

19、喷嘴所包括的、连接入口与喷嘴出口的通道也可在喷头的其他区域上延伸；但在本发明范围内，替代地，该通道也可在其分布范围方面仅局限于喷嘴的区域。只要连接入口与喷嘴出口的该通道还延伸超出喷嘴，则优选的是，该延伸超出喷嘴的通道部分优选同样基本具有与通道其余部分相同的内部直径，特别优选具有在sle或2pp常规误差容差范围内相同的内部直径。

20、根据连接入口和喷嘴出口的通道的构造，喷头的设置用于流体、特别是用于分析物溶液的入口既可以直接位于喷嘴处、也可以位于喷头的其他部位处。

21、如上文已指出，根据本发明的喷头用于纳升电喷雾电离（nano-esi），并对于作为esi喷头或nano-esi喷头的使用相应具有常规且适宜的结构和尺寸。优选的是一种根据本发明的喷头，其中：

22、喷头的外部直径和/或高度在500 µm至2000 µm的范围内，优选在1000 µm至1500µm的范围内；

23、和/或

24、连接入口与喷嘴出口的通道的长度在50 µm至2000 µm的范围内，优选在500 µm至1000 µm的范围内；

25、和/或

26、连接入口与喷嘴出口的通道的内部直径在5 µm至50 µm的范围内，优选在10 µm至20 µm的范围内，特别优选在15 µm至20 µm的范围内；

27、和/或

28、喷嘴的长度在100 µm至500 µm的范围内，优选在250 µm至300 µm的范围内；

29、和/或

30、用于附接输入管路到入口的凹部的直径在200 µm至1000 µm的范围内，优选在350µm至500 µm的范围内；

31、和/或

32、喷嘴在出口处的外部直径在15 µm至50 µm的范围内，优选在20 µm至40 µm的范围内，特别优选在30 µm至40 µm的范围内；

33、和/或

34、喷嘴在出口处的壁厚在5 µm至20 µm的范围内，优选在5 µm至15 µm的范围内。

35、上述优选尺寸已被证明对根据本发明的喷头特别有利。

36、优选的是一种根据本发明的喷头，其中入口和喷头的喷嘴，优选入口、喷嘴和喷头的保护结构，特别优选整个喷头，是一体（整体式）制造的。

37、将喷头尽可能多的组件一体制造具有巨大优点，由此避免了多个连接部位，这些连接部位可能构成喷头结构中的薄弱部位。整体式制造因此提高了喷头的稳定性。此外，通过整体式制造喷头尽可能多的组件，简化了喷头本身的制造，因为由此省去了将喷头的各个（处于微米尺度运动的）组件相互组合。通过整体式制造，还可以明显提高喷头制造和尺寸方面的精度，因为由此可避免单个组件连接时可能出现的不期望的偏移。此外，无论是借助sle制造喷头，还是借助2pp制造喷头，均可简单且无问题地实现喷头的一个或多个组件的整体式制造。

38、优选的是一种根据本发明的喷头，其中喷嘴的出口构造和定位为，使得从出口排出的流体的至少一部分在与喷嘴空间分离（脱离）之前还沿着喷嘴的一个部分区段（该部分区段通常与出口相连或超过出口）的外表面流动。

39、上述优选实施方式的背景在于，用于电喷雾电离的喷嘴的出口在最佳情况下应尽可能细和精巧，以将在进行电喷雾电离时通常直接在出口处形成的泰勒锥的大小保持得尽可能小，因为小的泰勒锥有助于改善电离性能。在这方面，用于电喷雾电离的喷头通常具有如下缺点：出口或喷嘴尖端的外部直径必须具有最小尺寸、而不能选择为任意小，因为一方面输送分析物溶液的喷嘴通道在出口处也必须具有特定的最小内部直径，此外喷嘴的壁由于存在的通道而在出口处基于稳定性和制造原因必须具有特定最小厚度。然而，如上文所述，出口的较大外部直径对出口处形成的泰勒锥和电喷雾电离可达到的灵敏度产生不利影响。

40、通过使从喷嘴出口排出的流体还能够在脱离喷嘴之前沿着喷嘴的与出口相连或超过出口的部分区段的外表面流动，使泰勒锥形成的位置从出口转移到喷嘴的该超过出口的部分区段上。由于该超过出口的部分区段不一定必须具有内部通道，而是例如也可具有紧凑结构，所以在该部分区段的端部处可为该部分区段实现的尖端的厚度不会强制地因为存在内部通道而受到限制，而是可明显更薄和更精巧地构造。由于能够将该超过出口的部分区段的尖端设计得明显更细、并且将形成泰勒锥的位置转移到该尖端上，最终可实现形成更小的泰勒锥，从而改善电离过程。从出口排出的流体沿其流动的部分区段在此优选由与喷嘴其余部分相同的材料制成，并且喷嘴、包括该部分区段优选是一体（整体式）制造的。

41、上述与出口相连的部分区段的形成可例如通过如下方式实现：喷嘴的出口并非（中心地）位于喷嘴的端部，而是替代地（偏心）定位在喷嘴的侧面。

42、关于上文所述优选实施方式需明确指出，上文及权利要求中描述的、通常与出口相连或超过出口的、从出口排出的流体的至少一部分在脱离喷嘴之前沿其表面流动的部分区段，应区别于那些出口位于喷嘴端部且出口仅设计为倾斜切口（schliff）的实施方式，例如如de 202 10 784 u1的图16或us 2022/0328300 a1的图5所公开的。在其端部仅具有带倾斜切口的出口的喷嘴，在本发明意义上因此不具有上述另外的（通常超过出口的）部分区段，从出口排出的流体在脱离喷嘴之前可沿该部分区段的表面流动。

43、仅将喷嘴端部上出口的倾斜切口与上述优选实施方式相比，运行中可观察到的区别在于：在仅将喷嘴端部倾斜切口的情况下，泰勒锥仍然直接在出口处形成（例如也如us2022/0328300 a1的图5所示），并且在这种情况下，泰勒锥的尺寸仍受出口及其壁的尺寸设计影响。因此，在现有技术已知的、喷嘴端部上的具有倾斜切口的出口中，泰勒锥的形成不会从出口转移至喷嘴的其他（优选更尖或更细的）区域。

44、如上所述，从出口排出的流体或从出口排出的分析物溶液在从喷嘴脱离之前沿其表面流动的部分区段，优选具有朝其端部向尽可能细的尖端收窄的形状。因此优选一种根据本发明的喷头，其中喷嘴的出口构造和定位为，使得从出口排出的流体的至少一部分在与喷嘴空间分离（脱离）之前沿着喷嘴的、构造为尖端、优选构造为锥形汇聚的尖端的部分区段（所述部分区段与出口相连或者说超过出口）的外表面流动，

45、其中喷嘴的该构造为尖端、优选构造为锥形汇聚的尖端的部分区段在其端部优选具有小于15 µm、特别优选小于10 µm、非常特别优选为5 µm或更小的外部直径。

46、优选的是，在出口与喷嘴的该构造为尖端、优选构造为锥形汇聚的尖端的部分区段的端部之间的距离尽可能小，以使从出口排出的流体到达尖端端部所必经的路程保持较短。在出口与尖端端部之间较短的路程长度提高了以下概率，即，尽可能多的从出口排出的流体到达尖端端部并在那里被提供用于电喷雾电离过程。优选的是，在出口与喷嘴的该构造为尖端、优选构造为锥形汇聚的尖端的部分区段的端部之间的距离在水平方向上小于40µm，特别优选小于30 µm，非常特别优选小于20 µm，分别自出口中心点至尖端端部的中心点测量。

47、在本发明上述优选实施方式的范围内，喷嘴也可以具有多个这样的构造为尖端、优选构造为锥形汇聚尖端的部分区段，从出口排出的流体可流向这些部分区段，从而总体上流体或分析物溶液的流可分布到多个尖端，并因此降低每个尖端的流，这又对泰勒锥的尺寸和电离效率产生积极影响。

48、出口或与出口相连的部分区段优选成形为，使得从出口排出的流体或从出口排出的分析物溶液不从喷嘴推离，而是反而有机会在之前至少部分地仍沿与出口相连的喷嘴部分区段的外表面流动。

49、同样优选一种根据本发明的喷头，其中喷嘴的构造为尖端、优选构造为锥形汇聚的尖端的部分区段在其表面具有凹痕（例如呈槽的形式），通过该凹痕可将从出口排出的流体引导向喷嘴的构造为尖端、优选构造为锥形汇聚的尖端的部分区段的端部，

50、其中该凹痕（槽）优选从喷嘴的出口延伸至喷嘴的该构造为尖端、优选构造为锥形汇聚的尖端的部分区段的端部。

51、这种凹痕或槽有利地支持将从出口排出的流体、或者说从出口排出的分析物溶液输送至该构造为尖端、优选构造为锥形汇聚的尖端的部分区段的端部，并同样在尖端的该端部处形成泰勒锥。该凹痕或槽优选无尖锐棱边，例如具有光滑或圆化的过渡部，以防止从出口到喷嘴尖端途中发生不受控制的电离事件。

52、优选的是一种根据本发明的喷头，其中喷嘴具有朝喷嘴出口方向（至少区段式）逐渐收窄的外形，其中喷嘴优选具有朝出口方向锥形汇聚的外形。

53、喷嘴的这种收窄的、优选朝尖端汇聚的形状，带来上述关于形成更小的泰勒锥及随之而来的更好电离的优点。

54、在此，基于喷嘴稳定性的原因，优选选择收窄或锥形的形状。只要喷嘴的以下区域构造为尽可能薄和精巧，就足以形成尽可能小的泰勒锥，在该区域上，流体或分析物溶液脱离喷嘴并形成泰勒锥，因此喷嘴的其他区域优选构造得更宽以提高喷嘴的稳定性和机械抗性。

55、优选的是一种根据本发明的喷头，其中喷嘴在出口区域包括圆柱形区段。该圆柱形区段优选直接连接于喷嘴朝出口方向的收窄结束的部位（即向出口方向收窄的喷嘴在该部位处具有其最小外部直径），并优选延伸至出口。该圆柱形区段优选具有50 µm至200 µm范围内、特别优选100 µm至200 µm范围内的长度。通过圆柱形区段，将从出口排出的液体进一步与喷嘴的壁间隔开，同时保持喷嘴足够的稳定性。

56、优选的是，喷嘴以5°至15°范围内的倾角、优选10°至15°范围内的倾角收窄。15°（或甚至更大）的倾角在此尤其可在如下情况下达到：喷嘴的尖端或向尖端收窄的最后的部分区段具有紧凑的（无内部通道的）结构；即在那些优选实施方式中，喷嘴的出口构造和定位为，使得从出口排出的流体的至少一部分在与喷嘴空间分离之前还沿着喷嘴的（可构造为这种紧凑尖端的）部分区段的外表面流动。

57、优选的是一种根据本发明的喷头，其中：

58、保护结构至少具有与喷嘴相同的高度（即喷嘴的端部或尖端不超过保护结构）；

59、和/或

60、喷嘴至少部分地被保护结构包围；

61、和/或

62、保护结构包括多个（至少部分）围绕喷嘴布置的部段，其中在围绕喷嘴布置的保护结构部段之间优选分别存在间隙（或空隙）。

63、至少具有与喷嘴相同高度的保护结构尤其具有以下目的，即，保护通常最敏感的喷嘴前部免受任何机械损伤，或至少降低该风险。例如，这种保护结构在某些情况下允许将喷头以保护结构和喷嘴在前放置到垫上，而不必预计喷嘴尖端一定会因此折断或弯曲。至少具有与喷嘴相同高度的保护结构与现有技术中已知的常规保护结构不同，后者（例如如us 10,591,451 b2所公开的）通常仅用于更好地抓取喷头、并因此通常仅围绕喷头延伸，而并非至少延伸至与喷嘴相同的高度或甚至超出该高度。

64、由于保护结构主要用于保护喷嘴，因此还有利的是，喷嘴至少部分地被保护结构包围。就此而言，不一定要求保护结构完全包围喷嘴的侧面。在大多数情况下，如果喷嘴至少部分地被保护结构包围，使得例如当用镊子抓取喷头时，镊子不与喷嘴、而是与至少部分包围喷嘴的保护结构接触，那么就已经达到足够的保护功能。包围喷嘴的保护结构例如可具有孔或凹部。

65、附加或替代地，包围喷嘴的保护结构也可包括多个部段，在这些部段之间分别存在间隙或空隙。

66、围绕喷嘴的、并非完全封闭的保护结构整体上所具有的优点是，可由此将气流导向喷嘴，该气流优选与来自喷嘴的气溶胶同轴流动，并通过该气流支持喷雾过程本身和/或电离。这种导向喷嘴的气流例如可作为鞘气（sheathgas）起作用。在喷嘴处或周围产生气流，既可通过对喷嘴主动输送气体实现，也可通过靠近喷头的负压源（例如靠近喷头布置的、通向质量分析仪的入口）产生的抽吸作用实现。

67、为了使气体通过保护结构的间隙有效地流入喷嘴方向，保护结构的相邻部段之间尽可能大的间距是有利的。保护结构的相邻部段彼此尽可能大的间距也促进在电喷雾电离期间可能在喷嘴周围沉积的任何液体的排出。优选的是，保护结构的相邻部段之间的间距至少为1毫米。

68、气流流向喷嘴还可借助喷头和其保护结构的其他技术构造来支持和优化。就此而言，优选一种根据本发明的喷头，其中喷头的侧面或喷头的基体至少部分地、优选在围绕喷嘴布置的保护结构的部段之间的间隙区域中，构造为倾斜的。喷头侧面的这种倾斜额外促进向喷嘴输送气流。

69、在存在围绕喷嘴布置的保护结构部段、且部段之间有间隙的情况下，相邻部段之间优选存在连接段，这些连接段优选为流线型，并可通过这些连接段额外影响导向喷嘴的气流。附加或替代地，围绕喷嘴布置的保护结构部段的壁也可具有用于影响可导向喷嘴的气流的隆起。

70、优选的是，保护结构的一个或多个棱边构造为圆化的。保护结构棱边（以及优选喷头的其余棱边）的圆化，使得可能到达保护结构附近的液体或分析物溶液更难附着于其上，并降低了保护结构棱边处不期望地发生不受控的分子电离（即保护结构的棱边在无控制的情况下用作形成其他泰勒锥的起点）的概率。

71、在喷头任意部位处发生不受控电离具有以下缺点：这样一来，在对所产生的离子进行进一步分析时，可能会产生更难定义的信号，并且可能在喷头区域形成过高的空间电荷，从而损害喷嘴处实际的电离。保护结构棱边的圆化同时起到这样的作用：任何——需被输送至喷嘴、并在此绕过保护结构引导的——气体能够更好地、以更少的涡流到达喷嘴。

72、在存在围绕喷嘴布置的保护结构部段的情况下，保护结构的这些部段优选朝喷嘴方向收窄。这种收窄一方面对向喷嘴输送气流产生有利影响，另一方面使得在电喷雾电离期间可能在喷嘴周围沉积的液体更好地从喷头流出。同时由此保持了保护结构部段的稳定且抗性强的结构。

73、优选的是一种根据本发明的喷头，其中喷头的、一个或多个喷嘴所处的底部，构造为从所述一个或多个喷嘴出发朝喷头外侧方向下降。这种朝喷头外侧方向下降的底部同样促进在电喷雾电离期间可能在喷嘴周围沉积的液体的有效流出。

74、优选的是，保护结构相对于出口或喷嘴尖端具有尽可能大的间距（优选至少600 µm的间距，特别优选至少800 µm的间距），以使从出口排出的流体或从出口排出的分析物溶液与保护结构的可能接触保持较少，同时保护结构当然必须构造和定位为，使其能充分地保护喷嘴免受机械损伤。为兼顾两方面，优选的是一种根据本发明的喷头，其中保护结构的、朝向喷嘴的一个或多个壁朝出口和/或喷嘴尖端方向收窄。这既在保护结构与出口或喷嘴尖端之间创造了更大的间距，同时保持了保护结构尽可能高的稳定性。

75、优选的是一种根据本发明的喷头，其中喷头的入口和喷嘴，优选喷头的入口、喷嘴和保护结构，特别优选喷头的所有一体（整体式）制造的部件，非常特别优选整个喷头，由玻璃、金刚石、蓝宝石或固化后的光聚合物（例如环氧化物、杂化聚合物或水凝胶）构成，优选由选自包含以下成分或由以下成分组成的组的玻璃构成：石英玻璃（fused silica，fs）、硼硅酸盐玻璃和铝硅酸盐玻璃，特别优选由石英玻璃构成。

76、所有上述材料均有利于制造esi喷头。在此，使用玻璃、特别是石英玻璃，由于其极高的化学耐受性和温度耐受性而具有特殊优点。

77、优选的是一种根据本发明的喷头，其中喷头的入口、喷嘴和保护结构，优选喷头的所有一体（整体式）制造的部件，特别优选整个喷头，通过选择性激光诱导蚀刻（selectivelaser-induced etching，sle）或双光子聚合（2pp）获得。

78、由于借助sle或2pp制造所具有的特殊精度和可复现性，以及同时借助sle或2pp可达到的快速、简单或低成本的制造，优选尽可能多的喷头组件以该方式获得。此外，以相同制造方法制造尽可能多的喷头组件同时提供了将尽可能多的组件一体制造的可能性，并由此获得上文阐述的多个组件整体式制造的优点。

79、在本发明范围内，喷头也可具有多于一个喷嘴。因此优选的是一种根据本发明的喷头，其中喷头包括多于一个喷嘴，优选两个、四个、八个或十二个喷嘴。

80、存在多个喷嘴可带来各种优点。由此可将来自一条输入管路的流体或分析物溶液的流量分布到多个喷嘴上，从而可影响、并相比于在输入管路处或喷头入口处的流率降低位于喷嘴、尤其是喷嘴出口处的流率。在一方面的喷头入口处、以及在另一方面的喷嘴出口处实现不同流率之所以有利，是因为在入口区域倾向于期望略高的流率（以最小化入口处可能存在的死体积的影响），而相比之下在出口处则倾向于期望较低的流率（因为较低流率对喷嘴处可达的电离速率产生积极影响）。因此存在多个喷嘴例如允许在输入管路或入口处实现1 µl/min的流量，同时在出口处实现250 nl/min（存在4个喷嘴时）或100 nl/min（存在10个喷嘴时）的流量。

81、存在多个喷嘴还允许受控地产生多个电离中心。

82、在多个喷嘴的情况下，通常且优选所有喷嘴均受保护结构保护。

83、在多个喷嘴的情况下，它们的出口可分别通过一个单独的通道与用于流体或分析物溶液的入口连接。但也可能的是，多个或所有喷嘴共享通道的一个中央区段，该中央区段在通向喷嘴的途中分叉，并且多个或所有喷嘴分别与该通道的一个分支连接。

84、在通道中央区段分叉的情况下，分支通常具有比通道中央区段更小的内部直径，以至少避免流速下降过强。在此类优选实施方式中，通道中央区段优选在至少一个部位处具有缩窄部和/或筛状结构，其中在缩窄部和/或筛状结构处的最大延伸尺寸或最大开口直径优选小于分支的最大延伸尺寸或内部直径。由此通过提前在通道中央区段中截留了导致堵塞的颗粒而预防在某一分支中引起这种堵塞。该缩窄部和/或筛状结构（例如通过在筛状结构中存在多个且优选不同大小的开口）构造为，使得颗粒在该缩窄部和/或筛状结构处的附着通常不会导致通道中央区段的完全阻塞。

85、在多个喷嘴的情况下，这些喷嘴优选以彼此大致均匀的间距围绕喷头的中央点、优选围绕喷头的中心点布置。在存在三个、四个或多于四个喷嘴的情况下，它们例如分别布置在假想等边三角形、正方形或等边四边形的角上。在多个喷嘴的中心优选同样存在保护结构的至少一个部段，尤其侧向地并间隔于该多个喷嘴的布置。

86、在多个喷嘴的情况下，相邻喷嘴之间的间距优选在300 µm至400 µm的范围内，自相邻喷嘴的出口的各自中心点、或自喷嘴尖端的各自中心点测量。相邻喷嘴之间的这种优选间距有助于在多个喷嘴的出口或尖端处有效形成泰勒锥。

87、在存在多个喷嘴的情况下，这些喷嘴优选在其朝向喷头底部的端部处具有扩宽的支腿，其创造空间，以更灵活地设计连接喷嘴的入口和出口的通道的走向。由此例如可避免通道内的直角走向，这种直角走向在制造上需要更高成本，并在喷头运行时导致通道更易堵塞。

88、也可通过其他方式实现从输入管路或入口到所述一个或多个喷嘴的出口的流量降低。优选的是一种根据本发明的喷头，其中喷头具有用于将到达喷头入口的流量的一部分分流出去的旁路管线。借助这种旁路管线，即使在例如仅存在一个喷嘴的情况下，也可明显降低到达喷嘴出口的流量。经旁路管线分流的流量通常不再被利用，而是被引导至排放管线或废料容器。

89、同样优选的是一种根据本发明的喷头，其中喷头或喷嘴还额外包括用于向连接入口与喷嘴出口的通道输送溶剂的通道，或用于向喷嘴出口输送溶剂的通道。换言之，用于输送溶剂的通道既可与将入口与喷嘴出口彼此相连的通道连接，也可直接在喷嘴出口处终止，例如经由单独的附加出口。这种用于输送溶剂的附加通道的目的尤其在于：尤其来自液相色谱的流体或分析物溶液通常具有高比例的质子性溶剂（例如水），其对借助esi的电离产生负面影响。为改善此类流体或分析物溶液的电离，可通过该用于输送溶剂的通道向流体或分析物溶液计量加入非质子性溶剂（例如乙腈）。以此方式，例如可在进行电离前将来自液相色谱的、通常非质子性溶剂浓度在5%至35%范围内的分析物溶液的浓度提高至例如50%至70%，从而明显改善该分析物溶液的电离可能性。

90、如上文已说明，连接入口和喷嘴出口的通道的均匀的——尤其是不朝出口方向收窄的——内部直径可以有助于避免堵塞。因此优选的是一种根据本发明的喷头，其中使入口与喷嘴出口连接的通道具有（基本）恒定的内部直径。在通道具有一个中央区段和多个分支的优选实施方式中，通向喷嘴出口的这些分支分别优选本身具有（基本）恒定的内部直径。

91、优选的是一种根据本发明的喷头，其中喷头

92、是用于纳升电喷雾电离（nano-esi）的喷头，

93、和/或

94、设计并构造用于设定小于1000 nl/min、优选小于250 nl/min、特别优选小于10nl/min的流率。

95、同样优选的是一种根据本发明的喷头，其中喷头设计并构造用于设定小于10000nl/min的流率。

96、优选的是，根据喷头上存在的喷嘴，喷头设计并构造用于设定小于1000 nl/min、优选小于250 nl/min、特别优选小于10 nl/min的流率。

97、nano-esi的特征尤其在于实现喷嘴出口处较低的流率，这例如通过出口的、及连接出口与喷嘴入口的一个或多个通道的较小尺寸实现，和/或通过其他措施、例如使来自输入管路的分析物溶液量分流（如上文以不同方式所述）达到或支持。实现nano-esi的优点尤其在于达到更高的灵敏度。

98、优选的是一种根据本发明的喷头，其中喷头还额外

99、具有导电材料制成的层，优选金属层，特别优选包括金或银或由其制成的层，

100、和/或

101、具有微结构。

102、所述层和/或微结构优选位于喷头的喷嘴的外表面上，但也可位于喷头的其他部位处，例如也可延伸过喷头的整个外表面或例如包括保护结构的整个表面。

103、导电材料制成的附加的层尤其用于提高（由于此处采用的制造方式通常由玻璃或光聚合物制造的）喷嘴的导电性。

104、微结构主要用于提高喷头表面、尤其是喷嘴表面的疏水性。优选的是，喷头的一个或多个喷嘴的表面部分地或完全地具有鲨鱼皮状结构。

105、本发明的主题还在于一种用于制造根据本发明的（如上文及权利要求中所定义的）喷头的方法，包括以下步骤：

106、a）制造或提供用于制造喷头（或用于制造喷头的一体制造的部件）的坯件或起始材料；

107、b）对制造或提供的坯件或起始材料进行加工，优选采用选择性激光诱导蚀刻（sle）或双光子聚合（2pp），使得获得喷头的入口和喷嘴，优选喷头的入口、喷嘴和保护结构，特别优选喷头的所有待一体（整体式）制造的部件，非常特别优选整个喷头。

108、本发明的主题同样在于一种根据本发明的（如上文及权利要求中所定义的）喷头用于电喷雾电离（esi）的用途，优选用于纳升电喷雾电离（nano-esi），和/或用于在小于1000 nl/min、优选小于250 nl/min、特别优选小于10 nl/min的流率下进行电喷雾电离。所产生的离子可经受离子谱分析方法，尤其是离子迁移率分析、质量分析或组合的离子迁移率-质量分析。

109、本发明的主题还在于一种色谱柱，优选用于液相色谱（lc）的色谱柱，特别优选用于纳升液相色谱（nano-lc）的色谱柱，其在色谱柱的端部处（或出口处）包括根据本发明的（如上文及权利要求中所定义的）喷头。

110、本发明的主题还在于一种用于执行电喷雾电离（esi）的装置，优选用于执行纳升电喷雾电离（nano-esi），其包括根据本发明的（如上文和权利要求中所定义的）喷头，或者包括根据本发明的（如上文和权利要求中所定义的）色谱柱。

111、根据本发明的、用于执行电喷雾电离（esi）的装置（除存在根据本发明的喷头外）的特征尤其在于，其具有用于执行esi所需的所有组件，例如对电极（牵引电压电极）。该装置可耦合到离子谱装置，尤其是离子迁移率分析仪、质量分析仪或组合的离子迁移率-质量分析仪，以对所产生的离子进行离子谱研究。

112、对本发明提出的任务同样通过选择性激光诱导蚀刻（sle）或双光子聚合（2pp）用于制造根据本发明的（如上文及权利要求中所定义的）喷头的用途而解决。