DE10007498B4 - electrospray - Google Patents
electrospray Download PDFInfo
- Publication number
- DE10007498B4 DE10007498B4 DE2000107498 DE10007498A DE10007498B4 DE 10007498 B4 DE10007498 B4 DE 10007498B4 DE 2000107498 DE2000107498 DE 2000107498 DE 10007498 A DE10007498 A DE 10007498A DE 10007498 B4 DE10007498 B4 DE 10007498B4
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- liquid
- fibers
- potential
- electrospray
- electrode
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
- B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
- B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
- B05B5/00—Electrostatic spraying apparatus; Spraying apparatus with means for charging the spray electrically; Apparatus for spraying liquids or other fluent materials by other electric means
- B05B5/025—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns
- B05B5/0255—Discharge apparatus, e.g. electrostatic spray guns spraying and depositing by electrostatic forces only
Landscapes
- Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)
Abstract
Vorrichtung zum Zerstäuben von Flüssigkeiten mit Mitteln (1, 3), um eine Flüssigkeit auf ein elektrisches Potenzial zu bringen, mit einer Vielzahl von Mitteln, mit denen die auf Potenzial gebrachte Flüssigkeit mechanisch zerteilt oder zerstäubt wird, wobei die mechanischen Zerteilungs- oder Zerstäubungsmittel so beschaffen sind, dass der Austrittsbereich der Flüssigkeit aus dem mechanischen Zerstäubungsmittel durch eine Mehrzahl von kegel-, rohr- oder fadenförmigen Elementen gebildet wird, wobei die Oberflächen der kegel-, rohr- oder fadenförmigen Elemente zumindest im Bereich ihrer offenen Enden aus Fluorpolymeren wie PTFE, FEP oder aus Graphitfluorid oder Pyrokohlenstoff bestehen.contraption for atomising of liquids with means (1, 3) to a liquid to bring to an electric potential, by a variety of means, with which the liquid brought to potential mechanically breaks up or atomized is where the mechanical dicing or atomizing are such that the exit area of the liquid from the mechanical atomizer by a plurality of conical, tubular or thread-like elements is formed, the surfaces the conical, tubular or filamentary Elements at least in the region of their open ends made of fluoropolymers such as PTFE, FEP or graphite fluoride or pyrocarbon exist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Zerstäubung von elektrisch geladenen Flüssigkeiten.The The invention relates to a device for atomizing electrically charged Liquids.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, eine Probenlösung, also eine Flüssigkeit durch eine Metallkapillare zu pumpen, die auf hohem elektrischen Potential gegenüber einer Gegenelektrode liegt. Unter diesen Bedingungen wird die Probenlösung elektrochemisch aufgeladen und am Ende der Kapillare bei Atmosphärendruck elektrohydrodynamisch in ein Aerosol kleiner geladener Tropfen zerstäubt.Out the prior art is known, a sample solution, ie a liquid to pump through a metal capillary that is at high electrical potential across from a counter electrode is located. Under these conditions, the sample solution becomes electrochemical charged and at the end of the capillary at atmospheric pressure electrohydrodynamic atomized into an aerosol of small charged droplets.
Eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise bei der Elektrospray-Massenspektroskopie eingesetzt. Nachfolgende Zerfälle der geladenen, zerstäubten Tropfen führen, unter ständiger Verdampfung des Lösungsmittels, schließlich zur Freisetzung von Ionen. Diese Ionen werden über ein Pumpsystem einem Massenanalysator zugeführt.A Such device is for example in electrospray mass spectrometry used. Subsequent decays the charged, atomized Lead drops, under constant Evaporation of the solvent, after all for the release of ions. These ions become a mass analyzer via a pumping system fed.
In der Elektrospray-Massenspektroskopie liegt der Innendurchmesser der Kapillaren normalerweise bei ca. 100 μm, die angelegte Potentialdifferenz bei 3–6 kV und die Flussraten bei 1–10 μl/min. Im Unterschied dazu werden in der mit Nano-Elektrospray-Massenspektroskopie bezeichneten Methode Kapillaren mit einem Innendurchmesser von ca. 1 μm benutzt. Die angelegte Spannung liegt unter 1 kV und die Flussraten unter ca. 20 nl/min.In Electrospray mass spectroscopy is the inner diameter the capillaries normally at about 100 microns, the applied potential difference at 3-6 kV and flow rates at 1-10 μl / min. in the The difference is in the nano electrospray mass spectroscopy designated method capillaries with an inner diameter of approx. 1 μm used. The applied voltage is below 1 kV and the flow rates are below about 20 nl / min.
Die Elektrospray-Massenspektroskopie ist heute, sowohl in der Forschung als auch in der analytischen Anwen dung, eine der weitest verbreiteten massenspektrometrischen Techniken.The Electrospray mass spectrometry is today, both in research as well as in the analytical application, one of the most widely used mass spectrometric Techniques.
Die Elektrospray-Massenspektroskopie ist aus folgenden Gründen von besonderer Bedeutung für den Nachweis thermisch labiler und hochmolekularer Substanzen wie z.B. von Biomolekülen (Peptiden, Proteinen, Nukleinsäuren, Kohlenhydraten und Lipiden – Richard B. Cole; "Elektrospray Ionization Mass Spectrometry: Fundamentals, Instrumentation & Applications"; John Wiley & Sons Inc., New York, 1997).The Electrospray mass spectrometry is of the following reasons of special importance for the detection of thermally labile and high molecular weight substances such as e.g. of biomolecules (Peptides, proteins, nucleic acids, Carbohydrates and Lipids - Richard Cole; "Electrospray Ionization Mass Spectrometry: Fundamentals, Instrumentation &Applications; John Wiley & Sons Inc., New York, 1997).
Die Überführung von Analytionen vom flüssigen Zustand in die Gasphase ist schonend und induziert im Vergleich zu anderen Ionisierungsmethoden wenig Fragmentierungen.The transfer of Analyte ions from the liquid Condition in the gas phase is gentle and induced in comparison to other ionization methods little fragmentation.
Der massenspektrometrische Nachweis von Substanzen ist im wesentlichen nur bestimmt durch die Löslichkeit in einem polaren Lösungsmittel und eine ausreichende Analytkonzentration entsprechend der Effizienz der Zerstäubung und der Nachweisempfindlichkeit des Massenspektrometers. Dabei kann sich jedoch der Massenbereich des Spektrometers begrenzend auswirken.Of the Mass spectrometric detection of substances is essentially only determined by the solubility in a polar solvent and a sufficient analyte concentration according to the efficiency the atomization and the detection sensitivity of the mass spectrometer. It can However, the mass range of the spectrometer have a limiting effect.
Bei Molekülen mit vielen polaren Gruppen wird der Massenbereich eines Spektrometers automatisch dadurch erweitert, dass die Analytionen in einem hochgeladenen Zustand desolvatisiert werden. N-fach geladene Moleküle erscheinen auf ihrer 1/n-ten Masse. So kann z.B. Albumin mit einem Molekulargewicht von 66.430 Da noch mit einem Quadrupolmassenspektrometer nachgewiesen werden.at molecules with many polar groups becomes the mass range of a spectrometer automatically extended by the fact that the analyte ions in an uploaded State desolvated. N-charged molecules appear on her 1 / nth mass. Thus, e.g. Albumin with a molecular weight from 66.430 as yet detected with a quadrupole mass spectrometer become.
Im Falle der Nano-Elektrospray-Massenspektroskopie sind die Flussraten und folglich auch die erforderlichen Probenmengen sehr viel geringer. Es zeigt sich, dass bei diesen geringen Durchmessern die Ionisierungseffizienz höher ist.in the Traps of nano electrospray mass spectroscopy are the flow rates and consequently the required sample volumes are much lower. It shows that at these small diameters the ionization efficiency is higher.
Besondere Bedeutung hat die Elektrospray-Massenspektroskopie in den vergangenen Jahren als Detektor für die Flüssigkeitschromatographie (LC) und die Kapillarelektrophorese (CE) erlangt, da die aufgetrennte Probenlösung direkt nach dem Verlassen des Trennmediums in die Elektrospray-Kapillare weitergeleitet, und so massenspektrometrisch dedektiert werden kann. Auch für die Zukunft ist von einer zunehmenden Verbreitung dieser Methode auszugehen. Diese Kopplung setzt voraus, dass die Flussrate durch die Elektrospray-Kapillare an die Flussrate der Trennsäule angepasst ist.Special Significance has the electrospray mass spectrometry in recent years as a detector for the liquid chromatography (LC) and capillary electrophoresis (CE), since the separated sample solution directly after leaving the separation medium in the electrospray capillary forwarded, and so can be detected by mass spectrometry. Also for the future is of an increasing diffusion of this method go out. This coupling requires that the flow rate through the electrospray capillary is adapted to the flow rate of the separation column is.
Gegenwärtig unterliegt die Elektrospray-Massenspektroskopie allerdings einigen Beschränkungen, die einer noch größeren Anwendungsbreite und Leistungsfähigkeit dieser Analysenmethode entgegen stehen. Diese Einschränkungen werden im Folgenden kurz beschrieben: Die Flussraten chromatographisch zu trennender Analytlösungen liegen bei der Flüssigkeitschromatographie (z. B. HPLC) im Bereich von 1000 μl/min. Die Flussraten der Elektrospray-Massenspektroskopie liegen jedoch nicht höher als 10 μl/min. Um die Flussraten der ursprünglichen Elektrospray-Massenspektroskopie, die bei 2–10 μl/min liegen, diesen Anforderungen der HPLC anzupassen, wird heute häufig die pneumatisch unterstützte Elektrospray -auch IonSpray genannt- verwendet, welches Flussraten von 5 bis 1000 μl/min ermöglicht. Bei der IonSpray wird die Zerstäubung der Flüs sigkeit durch einen Stickstoffgasstrom entlang und um die Kapillare unterstützt (Sheatgas). Allerdings erreicht man bei der Elektrospray bei hohen Flussraten (1000 μl/min) nur etwa die gleiche Ionenintensität wie bei geringen Flussraten (5 μl/min). Durch die Anpassung an die in der HPLC gebräuchlichen Flussraten muss für die Elektrospray-Massenspektroskopie eine Einbuße der Empfindlichkeit um ca. einen Faktor 100 in Kauf genommen werden.Currently subject however electrospray mass spectrometry has some limitations, that of an even wider application and efficiency conflict with this analytical method. These restrictions will be briefly described below: The flow rates chromatographically to be separated analyte solutions are in liquid chromatography (eg HPLC) in the range of 1000 μl / min. However, the flow rates of electrospray mass spectrometry are not higher than 10 μl / min. To the flow rates of the original Electrospray mass spectroscopy, which are at 2-10 μl / min, meets these requirements to adapt to the HPLC, today is often the pneumatically assisted electrospray also called ion spray, which uses flow rates from 5 to 1000 μl / min allows. The IonSpray will atomise the liquid supported by a nitrogen gas flow along and around the capillary (sheat gas). Indeed can be achieved with the electrospray at high flow rates (1000 ul / min) only about the same ion intensity as at low flow rates (5 μl / min). By the adaptation to the flow rates commonly used in HPLC must be used for electrospray mass spectroscopy a loss The sensitivity can be accepted by about a factor of 100.
Das Ionenstromsignal in der Elektrospray-Massenspektroskopie wächst bei niedrigen Konzentrationen zunächst proportional mit der Analytkonzentration nur bis zu einem bestimmten Punkt, um bei hohen Analytkonzentrationen sogar wieder abzunehmen.The ion current signal in electrospray mass spectrometry grows at low Concentrations are initially proportional to the analyte concentration only up to a certain point, to even decrease at high analyte concentrations.
Werden in der Elektrospray-Massenspektroskopie stark salz- oder pufferhaltige Lösungen verwendet, wird in der Regel das Analytsignal auf Kosten des Elektrolyten unterdrückt. Um diesen unerwünschten Effekt zu vermeiden ist es häufig notwendig, die Probenlösungen vor der Messung zu entsalzen. Dieser Unterdückungseffekt ist in der Nano-Elektrospray-Massenspektroskopie deutlich geringer.Become in electrospray mass spectroscopy strongly salt or bufferhaltige solutions Usually, the analyte signal is used at the expense of the electrolyte suppressed. To this undesirable It is often to avoid the effect necessary, the sample solutions to desalt before the measurement. This suppressive effect is in nano-electrospray mass spectroscopy much lower.
Im Allgemeinen sind über die Elektrospray-Massenspektroskopie nur relativ polare Analytlösungen einer Messung zugänglich. Bei der Verwendung von elektrolytfreien Analytlösungen in der Elektrospray-Massenspektroskopie (z.B. unpolare Analyten in unpolaren Lösungsmitteln) sind die Voraussetzungen für die Erzeugung einer ausreichenden Menge an Überschussladungen nicht mehr gegeben, da die Ionenbildung in der Elektro spray-Massenspektroskopie mit der elektrochemischen Aufladung der Analytlösung beginnt. Zur Umgehung dieser Schwierigkeiten muss häufig auf die APCI (atmospheric pressure chemical ionization) zurückgegriffen werden, bei der die Analytlösung in eine Korona-Entladung versprüht wird. Hiermit ist jedoch keine so milde Ionisation wie die Elektrospray-Massenspektroskopie möglich.in the General are over electrospray mass spectroscopy only relatively polar analyte solutions one Measurement accessible. When using electrolyte-free analyte solutions in electrospray mass spectrometry (e.g., non-polar analytes in nonpolar solvents) are prerequisites for the Generating a sufficient amount of excess charges no longer given since ion formation in electro-spray mass spectroscopy begins with the electrochemical charging of the analyte solution. To bypass This difficulty must be frequent to the APCI (atmospheric pressure chemical ionization) resorted at which the analyte solution sprayed in a corona discharge becomes. However, this is not as mild ionization as electrospray mass spectroscopy possible.
Die Nano-Elektrospray-Massenspektroskopie ist eine Variante der Elektrospray-Massenspektroskopie, bei der bedeutend dünnere, z.B. vergoldete Glaskapillaren (0 ca. 2 μm) benutzt werden (M.S. Wilm, M. Mann; "Electrospray and taylor-cone-theory, dole's beam of macromolecules at last?"; Int. J. Mass Spectrom. Ion Proc.; 136; 167–180, 1994; Wolf D. Lehmann; "Massenspektrometrie in der Biochemie"; Spektrum Akademischer Vertag; Heidelberg; 111; 1996). Da diese dünnen Kapillaren nur Flussraten von ca. 20 μl/min erlauben, erweist sich eine Kopplung an die üblichen Flüssigchromatographie bei Flussraten von 100–1000 μl/min als sehr schwierig. Weiterhin ist die Handhabung dieser dünnen Kapillaren in der Routineanalytik problematisch, da sie leicht verstopfen. Trotzdem bringt die Verwendung dieser dünneren Kapillaren verschiedene Vorteile, die ihre Nutzung in einigen Bereichen interessant macht:
- • Die Nano-Elektrospray-Massenspektroskopie kann auch mit kleinsten Probenmengen betrieben werden.
- • Mit Hilfe der Nano-Elektrospray-Massenspektroskopie werden bei Flussraten von ca. 20 μl/min etwa die gleichen Ionenintensitäten erzielt wie mit der Elektrospray-Massenspektroskopie bei Flussraten von ca. 5 μl/min und der IonSpray mit Flussraten von etwa 1000 μl/min. Die Empfindlichkeit der Nano-Elektrospray-Massenspektroskopie ist demnach ungefähr vier Dekaden höher als die der IonSpray. Diese höhere Empfindlichkeit bei der nano-Elektrospray-Massenspektroskopie wird darauf zurückgeführt, dass zum einen kleinere Tröpfchen entstehen (Tropfendurchmesser bei der IonSpray im Mikrometerbereich, bei der nano Elektrospray-Massenspektroskopie um eine Größenordnung geringer), zum anderen diese entstehenden Tröpfchen eine relativ hohe Oberflächenladung besitzen. Beide Faktoren unterstützen eine effiziente Ionenfreisetzung.
- • Im Vergleich zur IonSpray kann die Nano-Elektrospray-Massenspektroskopie bei einer um eine Größenordnung höheren Elektrolytkonzentrationen (z.B. Salzkontaminationen, Puffer) in der Analytlösung betrieben werden, ohne dass es zu Problemen durch Unterdrückungseffekte kommt. Um bei der IonSpray von den zunächst größeren Tropfen bis zum Punkt der Ionenfreisetzung zu gelangen, muss mehr Lösungsmittel verdampfen als dies bei den kleineren, hochgeladenen. Tropfen in der nano Elektrospray-Massenspektroskopie notwendig ist. Hierbei kommt es zu einer Aufkonzentration der Elektrolyte im Tropfen, wodurch die Freisetzung der Analytionen unterdrückt wird [R. Juraschek, Th. Düicks, M. Karas; "Nanoelectrospray – more than just a minimized-flow electrospray ionization source"; J. Am. Soc. Mass Spectrom.; 10; 300–308; 1999.
- • Nano electrospray mass spectrometry can also be run with smallest sample volumes.
- • With nano-electrospray mass spectrometry, approximately the same ion intensities are achieved at flow rates of approximately 20 μl / min as with electrospray mass spectroscopy at flow rates of approximately 5 μl / min and ion spray at flow rates of approximately 1000 μl / min , The sensitivity of nano electrospray mass spectrometry is therefore about four decades higher than that of ion spray. This higher sensitivity in nano-electrospray mass spectrometry is attributed to smaller droplets (drop diameter in the ion spray in the micrometer range, nano electrospray mass spectroscopy by an order of magnitude lower), and secondly, these droplets have a relatively high surface charge , Both factors support efficient ion release.
- • Compared to IonSpray, nano-electrospray mass spectrometry can be operated at an order of magnitude higher electrolyte concentration (eg, salt contamination, buffer) in the analyte solution, without any problems due to suppression effects. In order to get from the initially larger droplets to the point of ion release with the IonSpray, more solvent must evaporate than with the smaller, highly charged ones. Drops in nano electrospray mass spectrometry is necessary. This leads to a concentration of electrolytes in the drop, whereby the release of the analyte ions is suppressed [R. Juraschek, Th. Düicks, M. Karas; "Nanoelectrospray - more than just a minimized-flow electrospray ionization source"; J. Am. Soc. Mass Spectrom .; 10; 300-308; 1999th
Aus
der Druckschrift
Aus
der WO 92/15339 A1 und der
Aus
Das Versprühen von fein zerstäubten Flüssigkeiten ist ferner stets dann von wirtschaftlicher Bedeutung, wenn dünne Schichten gleichmäßig aufgetragen werden sollen. Bei derartigen Schichten kann es sich beispielsweise um Lacke handeln.The spraying of finely atomized liquids is also always of economic importance when thin layers are to be applied evenly. In such layers can These are, for example, paints.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Vorrichtung der eingangs genannten Art, mit der hohe Flussraten und zugleich, sehr gute Zerstäubungen möglich sind.task The invention is the creation of a device of the aforementioned Kind, with the high flow rates and at the same time, very good atomizations possible are.
Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des ersten Anspruchs sowie durch eine Verwendung gemäß den Anschprüchen 8 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.The The object of the invention is achieved by a device having the features of the first claim and by a use according to the Anschprüchen 8 and 9 solved. Advantageous embodiments emerge from the subclaims.
Die anspruchgemäße Vorrichtung umfasst Mittel, um das elektrische Potenzial einer Flüssigkeit so zu verändern; dass die Flüssigkeit hierdurch (unter Umständen weiter) elektrisch geladen wird. Die Zahl der positiven oder negativen elektrischen Ladungsträger wird also durch das Mittel erhöht.The sophisticated device includes means to estimate the electrical potential of a liquid to change; that the liquid hereby (under certain circumstances Next) is electrically charged. The number of positive or negative electric charge carrier is thus increased by the means.
Bei dem Mittel, um das elektrische Potenzial der Flüssigkeit in vorgenannter Weise zu verändern, handelt es sich beispielsweise um eine Elektrode, an der die Flüssigkeit vorbeigeleitet wird. Durch diese Elektrode und durch eine Gegenelektrode wird dann durch Anlegen einer Spannung ein starkes elektrisches Feld erzeugt. Je nach Geometrie kann eine Spannung von 800 V ausreichend sein. Typischerweise beträgt die angelegte Spannung wenigstens 3 kV.at the means to the electrical potential of the liquid in the aforementioned manner to change For example, it is an electrode to which the liquid is bypassed. Through this electrode and through a counter electrode then becomes a strong electrical by applying a voltage Field generated. Depending on the geometry, a voltage of 800 V may be sufficient. Typically, this is the applied voltage is at least 3 kV.
Die Flüssigkeit wird durch das vorgenannte Mittel auf elektrochemischem Wege aufgeladen. Dies ist zumindest immer dann der Fall, wenn eine polare Flüssigkeit eingesetzt wurde. Weniger geeignet sind unpolare Flüssigkeiten wie Benzol, Hexan oder Toluol. Geeignet sind wässrige oder methanolische Lösungen, so zum Beispiel Salz- oder Zuckerlösungen. Eine wässrige Lösung mit darin gelösten Proteinen stellt ein weiteres Beispiel für eine polare und damit gut geeignete Lösung dar.The liquid is charged by the aforesaid means by electrochemical means. This is at least always the case when a polar liquid was used. Less suitable are non-polar liquids such as benzene, hexane or toluene. Suitable are aqueous or methanolic solutions, such as salt or sugar solutions. An aqueous solution with dissolved in it Proteins represents another example of a polar and therefore good suitable solution represents.
Als Elektrode kann ein aus Metall bestehendes Rohr vorgesehen sein, durch das die Flüssigkeit geleitet wird. Alternativ befindet sich die Elektrode in der Flüssigkeit. Sie wird also zum Beispiel von dieser umspült.When Electrode can be provided a metal existing pipe, through which the liquid passes becomes. Alternatively, the electrode is in the liquid. For example, it will be lapped by it.
Es muss ein solcher Kontakt zwischen der Elektrode und der Flüssigkeit vorliegen, dass ein Ladungsaustausch erfolgen kann, um die Flüssigkeit auf Potenzial zu bringen It must be such a contact between the electrode and the liquid be present that a charge exchange can be made to the liquid To bring potential
Die anspruchgemäße Vorrichtung umfasst ferner eine Vielzahl von Mitteln, mit denen die auf Potenzial gebrachte Flüssigkeit mechanisch fein zerteilt oder zerstäubt wird. Es kann sich hierbei um eine Vielzahl von Kapillaren mit sehr dünnen Durchmessern von wenigen μm handeln. Die Oberflächen dieser mechanischen Zerteilungs- oder Zerstäubungsmittel bestehen Zumindest im Bereich ihrer offenen Enden aus Fluorpolymeren wie PTFE, FEP oder aus Graphitfluorid oder Pyrokohlenstoff.The sophisticated device Also includes a variety of means by which the potential brought liquid mechanically finely divided or atomized. It can be this to act a variety of capillaries with very thin diameters of a few microns. The surfaces These mechanical dicing or atomizing exist at least in the area of their open ends made of fluoropolymers such as PTFE, FEP or of graphite fluoride or pyrocarbon.
Die auftretenden Adhäsionskräfte zwischen der Flüssigkeit und dem mechanischen Zerteilungs oder Zerstäubungsmittel sind bevorzugt gering, um zu Verhindern, dass sich die Flüssigkeitströpfchen nach Austritt aus den mechanischen Zerstäubungsmitteln wieder vereinen.The occurring adhesion forces between the liquid and the mechanical dicing or atomizing agent are preferred low, to prevent the liquid droplets from escaping from the mechanical atomizers reunite.
Die mechanischen Zerstäubungsmittel sind so beschaffen, dass der Austrittsbereich der Flüssigkeit aus dem mechanischen Zerstäubungsmittel durch eine Mehrzahl von kegel-, rohr- oder fadenförmigen Elementen gebildet wird. Die Flüssigkeit wird durch oder entlang der vorgenannten Elemente geleitet. Die kegel-, rohr- oder fadenförmigen Elemente weisen schließlich offene Enden auf, von denen aus die Flüssigkeit aus dem mechanischen Zerstäubungsmittel austritt.The mechanical atomizer are such that the exit area of the liquid from the mechanical atomizer through a plurality of conical, tubular or thread-like elements is formed. The liquid is passed through or along the aforementioned elements. The conical, tubular or filamentary Elements finally show open ends, from which the liquid from the mechanical atomizing exit.
Ein Beispiel für eine Mehrzahl von rohrförmigen Elementen ist eine Mehrzahl von Kapillaren. Diese sind im wesentlichen parallel zueinander oder pinselförmig angeordnet. Durch die Kapillare wird die auf Potenzial gebrachte Flüssigkeit zwecks Zerstäubung hindurchgeleitet.One example for a plurality of tubular ones Elements is a plurality of capillaries. These are essentially parallel to each other or brush-shaped arranged. Through the capillary is brought to potential liquid for atomization passed.
Ein Beispiel für kegelförmige Elemente stellt eine Membran dar, die eine Vielzahl von kegelförmigen Hervorhebungen zu einer Seite hin aufweist. Die auf Potenzial gebrachte Flüssigkeit wird zu den kegelförmigen Strukturen hingeleitet. An den Spitzen der Kegel tritt die Flüssigkeit dann aus. One example for conical Elements represents a membrane that has a variety of conical accents towards one side. The liquid brought to potential becomes the cone-shaped one Structures guided. At the tips of the cones, the liquid enters then off.
Besonders zu bevorzugen ist die fadenförmige Variante. Ein Fadenbündel endet in Form eines Pinsels. Die auf Potenzial gebrachte Flüssigkeit wird entlang des Fadenbündels geleitet und tritt am Ende des Pinsels aus. Diese Variante ist nicht nur besonders einfach herzustellen, sondern sie ermöglicht auch besonders gute Zerstäubungen der Flüssigkeit.Especially to prefer is the thread-like Variant. A bundle of threads ends in the form of a brush. The liquid brought to potential gets along the thread bundle passed and exits at the end of the brush. This variant is not only very easy to produce, but it also allows especially good atomizations the liquid.
Die kegel-, rohr- oder fadenförmigen Elemente weisen zwischen ihren offenen Enden, von denen aus die auf Potenzial gebrachte Flüssigkeit aus dem mechanischen Zerstäubungsmittel austritt, Zwischenräume auf. So sind die Enden der pinselförmig endenden Fäden räumlich voneinander getrennt. Die Zerstäubung gelingt dann in weiter verbesserter Weise.The conical, tubular or filamentary Elements point between their open ends, from which the liquid brought to potential from the mechanical atomizer exit, gaps on. Thus, the ends of the brush-shaped ending threads are spatially from each other separated. The atomization then succeeds in a further improved way.
Um die Zerstäubung nochmals zu verbessern, laufen die vorgenannte offenen Enden, von denen aus die auf Potenzial gebrachte Flüssigkeit aus den mechanischen Zerstäubungsmitteln austritt, spitz zu. Diese ist insbesondere bei den Fäden von Vorteil.To further enhance atomization, the aforementioned open ends, from which the potential liquid emerges from the mechanical sputtering agents, taper sharply. This is especially true of the threads of Advantage.
Es genügt, wenn die Flüssigkeit im Bereich des Austritts aus den mechanischen Zerstäubungsmitteln auf Potenzial gebracht ist.It enough, if the liquid in the area of the exit from the mechanical atomizers brought to potential.
Zur weiteren Verbesserung weist die Vorrichtung in einer Ausgestaltung der Erfindung ein Heizmittel auf, durch das die Flüssigkeit insbesondere vor dem mechanischen Zerstäuben beheizt wird. Die Zerstäubung gelingt so noch besser.to Further improvement, the device has in one embodiment to the invention, a heating means through which the liquid in particular, is heated prior to mechanical sputtering. The atomization succeeds even better.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Beispiels näher erläutert.The The invention will be explained in more detail below by means of an example.
Eine
methanolische Zuckerlösung
wird durch ein dünnes
Rohr
Eine
Gegenelektrode
Ergänzend oder alternativ können die Fäden aus Metalldrähten bestehen, die im Bereich der offenen Enden mit Fluorpolymer wie Polytetrafluorethylen (PTFE) oder mit Graphitfluorid beschichtet sind. An den Drähten wird dann die Spannung angelegt, um die Flüssigkeit auf Potenzial zu bringen. Die Drähte dienen dann so als Elektrode. Die offenen Enden sind die Enden, von denen aus die Flüssigkeit das Zerteilungs- oder Zerstäubungsmittel verlässt.Complementary or alternatively you can the threads off metal wires exist in the area of open ends with fluoropolymer like Polytetrafluoroethylene (PTFE) or coated with graphite fluoride are. On the wires Then the voltage is applied to bring the liquid to potential. The wires then serve as an electrode. The open ends are the ends, from which the liquid is the Dipping or atomising agent leaves.
Mit Hilfe der Erfindung werden bei der Elektrospray- Massenspektroskopie hohe Empfindlichkeiten sowie hohe Flussraten ermöglicht. Das Verfahren kann dadurch sogar mit der Flüssigkeitschromatographie kombiniert werden, die hohe Flussraten erfordert.With Help of the invention become high sensitivities in electrospray mass spectroscopy as well as high flow rates. The process can even be combined with liquid chromatography which requires high flow rates.
Die Grenzen der Elektrospray-Massenspektroskopie bei analytischen Anwendungen sind beim Stand der Technik hauptsächlich durch eine unzureichende Ionisierungseffizienz bei höheren Flussraten, d.h. größeren Kapillarendurchmessern, gegeben. Da eine hohe Ionisierungseffizienz von der Zerstäubung der Analytlösung in möglichst kleine und hochgeladene Tropfen abhängt, müssen Bedingungen gewählt werden, unter denen die Zerstäubung der Lösung am Ende der Kapillare nicht nur über einen "dicken" Sprühkonus sondern über die Bildung vieler feiner Sprühkonistattfindet. Dies wird dadurch erreicht werden, dass am Ende der Kapillare die Analytlösung auf feldverstärkende Strukturen trifft, die eine Zerlegung der Flüssigkeit in viele Düsenstrahlen bewirken. Hierbei sollten die Bereiche hoher Feldstärke jedoch nicht zum Auftreten von Gasentladungen (z.B. einer Koronaentladung) führen, da diese den milden Elektrospray -Ionisierungsbedingungen entgegenwirken würden.The Limitations of Electrospray Mass Spectroscopy in Analytical Applications are in the prior art mainly by an insufficient Ionization efficiency at higher Flow rates, i. larger capillary diameters, given. Since a high ionization efficiency of the atomization of the analyte in as possible depends on small and uploaded drops, conditions must be chosen under which the atomization the solution not only over at the end of the capillary a "thick" spray cone but over the Formation of many fine spray contrasts. This will be achieved by the fact that at the end of the capillary analyte on field-enhancing Structures hitting a decomposition of the liquid into many jets cause. However, the areas of high field strength should not to the occurrence of gas discharges (for example, a corona discharge) to lead, as these would counteract the mild electrospray ionization conditions.
Die
Metallkapillare gemäß
Es
ließen
sich folgende Wirkungen mit der in
- 1.) Statt einem einzigen „dicken" sogenanntem Taylor Cone entstehen viele feine Taylor Cones an den Faserenden.
- 2.) Ein stabileres Sprayverhalten auch bei wässrigen Lösungen konnte erzielt werden. Bei der Verwendung herkömmlicher Kapillaren zittert der Taylor Cone immer wieder und bricht zum Teil ganz zusammen.
- 3.) Auch bei höheren Flussraten ist ein stabiler Spray möglich. Bei herkömmlichen Kapillaren bricht der Spray bei höheren Flüssen zusammen.
- 4.) Mehr Ionen können aus der gleichen Lösungsmittelmenge erzeugt werden.
- 5.) Eine höhere Nachweisempfindlichkeit kann erzielt werden. Eine Verbesserung um ca. Faktor 100 wurde bisher erreicht.
- 6.) Es wurde bisher keine nachteilhafte Koronaentlandung beobachtet.
- 7.) Eine milde Ionisierung mit wenig Fragmentbildung, wie bei Nano-Elektrospray-Massenspektroskopie, ist möglich.
- 8.) Eine höhere Toleranz gegenüber Salzkontaminationen (z.B. stark pufferhaltige Lösungen) ist in vielen Fällen möglich.
- 9.) Ein stark verringertes neutrales Rauschen im Vergleich zur normalen Elektrospray wurde bei der Spektroskopie beobachtet.
- 1.) Instead of a single "thick" so-called Taylor Cone many fine Taylor Cones arise at the fiber ends.
- 2.) A more stable spray behavior even with aqueous solutions could be achieved. When using conventional capillaries, the Taylor Cone trembles again and again breaks down completely.
- 3.) Even at higher flow rates, a stable spray is possible. In conventional capillaries, the spray breaks down at higher flows.
- 4.) More ions can be generated from the same amount of solvent.
- 5.) A higher detection sensitivity can be achieved. An improvement of about a factor of 100 has been achieved so far.
- 6.) There has been no adverse Koronaentlandung observed.
- 7.) A mild ionization with little fragment formation, as in nano electrospray mass spectroscopy, is possible.
- 8.) A higher tolerance to salt contamination (eg solutions containing a lot of buffer) is possible in many cases.
- 9.) A greatly reduced neutral noise compared to normal electrospray was observed in spectroscopy.
Das Verhalten ähnelt einer Vielzahl von nano-Elektrosprays, ohne die Nachteile der schwierigen Handhabbarkeit, der Verstopfung der nano-Kapillaren sowie der geringen Flussraten hinnehmen zu müssen.The behavior is similar to a variety of nano-electrospray, without the disadvantages of Schwieri To handle, the constipation of the nano-capillaries and the low flow rates have to accept.
Erstmals gelingt es, eine „Multi-Nano-Elektrospray-Massenspektroskopie" zu verwirklichen, bei der im wesentlichen die Vorteile der normalen Elektrospray-Massenspektroskopie mit denen der Nano-Elektrospray-Massenspektroskopie verbunden sind.for the first time succeeds in realizing a "multi-nano electrospray mass spectroscopy" at essentially the benefits of normal electrospray mass spectrometry associated with those of nano electrospray mass spectrometry.
Eine Kopplung an Standard-Flüssigkeitschromatographie-Methoden (100–1000 μl/min) ist daher möglich, da hohe Flussraten verwendet werden können.A Coupling to standard liquid chromatography methods (100-1000 μl / min) is therefore possible, because high flow rates can be used.
Folgende Faktoren sind nach dem derzeitigen Stand des Wissens von besonderer Bedeutung.
- • Feldverstärkende Strukturen
(gemäß
1 dünne Faserenden): Bei hohen Feldstärken, die räumlich sehr begrenzt sind (an spitzen Nadeln), können sich besonders effektiv sprühende Spraykoni bilden. Außerdem sind die Bedingungen zur Ausbildung einer Koronaentladung auf einen räumlich so geringen Bereich beschränkt, dass kaum nachteilhafte Koronaentladungen auftreten können. - • Unpolare und nicht-benetzende Oberfläche der Teflonfasern: Die aus der Kapillare heraustretende Flüssigkeit wird durch die einzelnen Fasern aufgespalten. Normalerweise würde sich die Flüssigkeit wieder durch Kohäsionskräfte zu einem einzigen Flüssigkeitskonus zusammenziehen (kann z. B. geschehen, wenn man reine Metallfaserpinsel oder Glasfaserpinsel verwendet); durch die nicht-benetzende Oberfläche der PTFE- Fasern wird dies größtenteils verhindert. Einzelne kleine Analyttröpfchen wandern in Richtung des angelegten Feldes und versprühen dann am Faserende.
- • Metallkapillare oder irgendeine andere Kontaktierung, an der die Analytlösung vorbeiströmt: Hier wird die vorbeiströmende Analytlösung aufgeladen (auch Glaskapillaren oder Kunststoffkapillaren können verwendet werden, wenn an irgendeiner Stelle die Analytlösung aufgeladen wird.
- • field-enhancing structures (according to
1 thin fiber ends): At high field strengths, which are very limited in space (on pointed needles), spraying spray can be particularly effective. In addition, the conditions for forming a corona discharge are limited to a spatially so small area that hardly disadvantageous corona discharges can occur. - • Non-polar and non-wetting surface of Teflon fibers: The liquid emerging from the capillary is split by the individual fibers. Normally, the liquid would again contract by cohesive forces into a single cone of liquid (eg, when using pure metal fiber brush or fiberglass brush); This is largely prevented by the non-wetting surface of the PTFE fibers. Individual small analyte droplets migrate in the direction of the applied field and then spray at the fiber end.
- • Metal capillary or any other contact, past which the analyte solution flows: Here, the flowing analyte solution is charged (also glass capillaries or plastic capillaries can be used, if at any point the analyte solution is charged.
Weitere Vorteile dieser Konstruktion:
- • Geringes Totvolumen, so dass die chromatographische Auflösung bei der Flüssigkeitschromatographie oder bei elektrophoretischen Trennprozessen nicht beeinträchtigt werden dürfte.
- • Fluorpolymere wie PTFE sind resistent gegen alle gebräuchlichen Lösungsmittel.
- • Fluorpolymere wie PTFE weisen auch beim Messen unterschiedlichster Proben hintereinander keine Memoryeffekt auf.
- • Lange Haltbarkeit auch bei starker Beanspruchung: Die PTFE-Fasern sind gegenüber elektrochemischen Korrosionsprozessen mit der Analytlösung und unter Atmosphärendruck inert und ermöglichen so lange Messzeiten.
- • Gasentladungen treten, wenn überhaupt, nur zwischen der Gegenelektrode und der Metallkapillare (bzw. Kontaktierungsstelle) auf, so dass hiervon die Teflonfasern nicht verändert werden.
- • Low dead volume, so that the chromatographic resolution in liquid chromatography or electrophoretic separation processes should not be affected.
- • Fluoropolymers such as PTFE are resistant to all common solvents.
- • Fluoropolymers such as PTFE also have no memory effect when measuring a wide variety of samples in succession.
- • Long-lasting even under heavy use: The PTFE fibers are inert to electrochemical corrosion processes with the analyte solution and under atmospheric pressure, thus enabling long measurement times.
- • Gas discharges occur, if at all, only between the counter electrode and the metal capillary (or contact point), so that the Teflon fibers are not changed thereby.
Die Erfindung wird unter anderem zur effizienten Ionenbildung, zur gleichmäßigen Beschichtung von Oberflächen oder zum effektiven Zerstäuben einge setzt. Eine effektive Zerstäubung ist beispielsweise bei der Treibstoffeinspritzung in Motoren von Interesse.The The invention is used inter alia for efficient ion formation, for the uniform coating of surfaces or for effective sputtering set. An effective atomization is for example in the fuel injection in engines of Interest.
Fasern aus Polyethylen, aus Nylon, aus natürlichen Polymeren zeigten ebenfalls gute Eigenschaften. PTFE erwies sich jedoch als bestes Material.fibers made of polyethylene, nylon, natural polymers also showed good characteristics. However, PTFE proved to be the best material.
Die Verwendung einer Kapillare, bei der ein Rand einer Öffnung mit Fäden, Fasern oder Nadeln behaftet war, erwies sich ebenfalls als erfolgreich. Die Nadeln bestanden aus Kohlenstoff. Die Nadeln konnten sich auch vor der Austrittsöffnung einer Kapillare befinden, um eine merkliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik zu erzielen. Eine etwas verschlechterte Ausführungsform bestand in dem Vorsehen von scharfen Kanten oder Schlitzen anstelle von Spitzen am Ende der mechanischen Zerstäubungseinrichtung.The Use of a capillary, wherein one edge of an opening with threads Fibers or needles, also proved successful. The Needles were made of carbon. The needles were also able to the outlet opening a capillary to a noticeable improvement over the To achieve state of the art. A slightly deteriorated embodiment consisted of providing sharp edges or slots instead of tips at the end of the mechanical atomizer.
Die Erfindung kann auch in Kombination mit "Sheatgas" eingesetzt werden.The Invention can also be used in combination with "sheat gas".
In
In
Claims (9)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000107498 DE10007498B4 (en) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | electrospray |
PCT/EP2000/011022 WO2001060526A1 (en) | 2000-02-18 | 2000-11-08 | Electrospray device |
AU2001215196A AU2001215196A1 (en) | 2000-02-18 | 2000-11-08 | Electrospray device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE2000107498 DE10007498B4 (en) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | electrospray |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE10007498A1 DE10007498A1 (en) | 2001-08-30 |
DE10007498B4 true DE10007498B4 (en) | 2006-06-14 |
Family
ID=7631473
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE2000107498 Expired - Fee Related DE10007498B4 (en) | 2000-02-18 | 2000-02-18 | electrospray |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
AU (1) | AU2001215196A1 (en) |
DE (1) | DE10007498B4 (en) |
WO (1) | WO2001060526A1 (en) |
Families Citing this family (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE20210784U1 (en) | 2001-11-14 | 2003-11-27 | CARBOTEC Gesellschaft für instrumentelle Analytik mbH | Electrostatic spraying unit used in mass spectrometry directs gas flow to avoid direct influence on tip or capillary |
DE10155775B4 (en) * | 2001-11-14 | 2006-04-06 | CARBOTEC Gesellschaft für instrumentelle Analytik mbH | Focused electrospray device |
US7798420B2 (en) | 2005-02-11 | 2010-09-21 | Battelle Memorial Institute | Aerosol dispensing device and method |
DE102005016829A1 (en) * | 2005-04-12 | 2006-11-02 | Iff International Flavors & Fragrances | Method, nozzle and device for atomizing active substances contained in a liquid |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB729842A (en) * | 1952-01-30 | 1955-05-11 | Licentia Gmbh | Devices for an electrostatic application of liquid coating materials |
US3897905A (en) * | 1973-10-19 | 1975-08-05 | Universal Oil Prod Co | Electrostatic spraying nozzle |
WO1992015339A1 (en) * | 1991-03-11 | 1992-09-17 | Peltier Mark E | Electrostatic vapor-aerosol generator |
WO1995006521A2 (en) * | 1993-09-02 | 1995-03-09 | Imperial Chemical Industries Plc | Electrostatic spraying device |
US5655517A (en) * | 1994-03-29 | 1997-08-12 | Electrosols, Ltd. | Dispensing device |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2018627B (en) * | 1978-04-17 | 1982-04-15 | Ici Ltd | Process and apparatus for spraying liguid |
US5697555A (en) * | 1995-07-18 | 1997-12-16 | Robinson; Arthur | Apparatus for dispersing liquid in droplets |
US5975426A (en) | 1998-05-14 | 1999-11-02 | Waters Investments Limited | Use of porous beads as a tip for nano-electrospray |
EP1010468A1 (en) * | 1998-12-14 | 2000-06-21 | FENN, John B. | Improved method and apparatus for electrospray ionization |
-
2000
- 2000-02-18 DE DE2000107498 patent/DE10007498B4/en not_active Expired - Fee Related
- 2000-11-08 AU AU2001215196A patent/AU2001215196A1/en not_active Abandoned
- 2000-11-08 WO PCT/EP2000/011022 patent/WO2001060526A1/en active Application Filing
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB729842A (en) * | 1952-01-30 | 1955-05-11 | Licentia Gmbh | Devices for an electrostatic application of liquid coating materials |
US3897905A (en) * | 1973-10-19 | 1975-08-05 | Universal Oil Prod Co | Electrostatic spraying nozzle |
WO1992015339A1 (en) * | 1991-03-11 | 1992-09-17 | Peltier Mark E | Electrostatic vapor-aerosol generator |
WO1995006521A2 (en) * | 1993-09-02 | 1995-03-09 | Imperial Chemical Industries Plc | Electrostatic spraying device |
US5655517A (en) * | 1994-03-29 | 1997-08-12 | Electrosols, Ltd. | Dispensing device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AU2001215196A1 (en) | 2001-08-27 |
WO2001060526A1 (en) | 2001-08-23 |
DE10007498A1 (en) | 2001-08-30 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE4415480C2 (en) | Device and method for the mass spectrometric analysis of substance mixtures by coupling capillary electrophoretic separation (CE) with electrospray ionization (ESI) | |
DE4444229C2 (en) | Methods and devices for electrospray ionization for storage mass spectrometers | |
DE69637323T2 (en) | Method and device for analyzing compounds in a solution by mass spectrometry | |
DE10392706B4 (en) | Fast combination multi-mode ionization source for mass spectrometers | |
DE112005000696B4 (en) | Capillary emitter for electrospray mass spectrometry | |
DE19652021B4 (en) | Ion source and ionization process | |
DE3913763C2 (en) | mass spectrometry | |
DE69934128T2 (en) | GAS PILOT PASSAGE FOR ELECTROSPRAY MASS SPECTROMETRY | |
WO2005075976A2 (en) | Device and method for coupling capillary separation methods and mass spectrometry | |
DE10236344A1 (en) | Apparatus for ionizing analyte molecules, e.g. biochemical polymers, under atmospheric pressure for analysis by mass spectrometry comprises an ionizing device producing an ionization cloud, a transfer capillary, and a drift tube | |
DE112008003547T5 (en) | Sample excitation device and method for spectroscopic analysis | |
DE102008006032B4 (en) | Ion scanners into a polarity of rapidly switching ion sources | |
DE102016125204A1 (en) | SECONDARY ULTRASOUND DIVERSITY | |
DE19930894A1 (en) | Determination of the number of ions held in an ion cyclotron resonance mass spectrometer trap comprises holding the ions in an intermediate store at a multi-pole ion guide to be counted before the trap is filled | |
DE10339346B4 (en) | Mass spectrometer and liquid metal ion source for such a mass spectrometer | |
DE102013004871A1 (en) | Multi-nozzle chip for electrospray ionization in mass spectrometers | |
DE10007498B4 (en) | electrospray | |
DE60133548T2 (en) | A NORMAL PRESSURE LENS GENERATING A LARGER AND STABILIZED ION FLOW | |
DE112016000855B4 (en) | A method of making a shellless CE-MS sprayer, a shellless CE-MS sprayer, and a CE-MS envelopeless device | |
DE2446022B2 (en) | Device for the electrostatic coating of objects with liquid or powder coating material | |
EP2691974B1 (en) | Method for the dielectric barrier electrospray ionization of liquid samples and for the subsequent mass spectrometric analysis of the generated sample ions | |
DE10134427A1 (en) | Analysis of fluid by electrical atomization and deflection through gas flow, carries out atomization outside gas flow | |
WO1998057160A1 (en) | Detector for measuring electrolytic conductivity | |
DE10213390C1 (en) | Combining electrophoresis with analysis by mass spectrometry comprises maintaining electrophoresis potential until desired substance has been separated and switching it off during analysis | |
DE102004033993B4 (en) | Ion source for a mass spectrometer |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |