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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Massenspektrometer mit einer
Ionenquelle. Die bevorzugte Ausführungsform
bezieht sich auf ein Massenspektrometer mit einer Ionenquelle mit
einer chemischen Ionisation bei Atmosphärendruck („APCI", engl. Atmospheric Pressure Chemical
Ionization).
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Die
chemische Ionisation umfasst die Übertragung geladener Spezien
von Reagenzionen auf Analytmoleküle
zur Herstellung von Analytionen, welche anschließend massenanalysiert werden
können. Die
geladenen Spezien, die mit der größten Häufigkeit im positiven Ionenmodus
gebildet werden, ist das Addukt zwischen einen Analytmolekül und positiven Wasserstoffionen
(H+).
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Die
bei Atmosphärendruck
durchgeführte chemische
Ionisation ist im allgemeinen als chemische Ionisation unter Atmosphärendruck
(„APCI") bekannt. Eine Analytmaterial
aufweisende Probe wird typischerweise auf eine Ionenquelle, die
eine chemische Ionisation bei Atmosphärendruck einsetzt, als Lösung aufgebracht.
Die Lösung,
die das Analyt umfasst, wird dann in ein erwärmtes Rohr gesprüht, durch
welches auch ein nebelbildendes bzw. nebulisierendes Gas gerichtet
wird. Das nebelbildende Gas bewirkt, dass die Lösung in feine Tröpfchen vernebelt wird,
welche dann auf die Innenwand des erwärmten Rohres auftreffen und
in die Gasphase umgewandelt werden. Bei der Umwandlung der Lösung in
die Gasphase wer den die Analytmoleküle desolviert. Heißes Gas
mit der mobilen Phase, Mikrotröpfchen
und desolvierte Analytmoleküle
treten dann aus dem erwärmten
Rohr aus, und die Analytmoleküle
werden dann anschließend
durch chemische Ionisation mit Reagenzionen ionisiert. Insbesondere
werden Analytmoleküle
durch Gasphasen-Ionen-Molekül-Reaktionen
zwischen Reagenzionen und den Analytmolekülen ionisiert.
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Reagenzionen,
die geladene Spezien auf die Analytmoleküle zur Bildung von Analytionen übertragen,
werden als Ergebnis einer Coronaentladung in dem Lösungsdampf
hergestellt. Die Coronaentladung wird durch Anwendung bzw. Aufbringung
einer hohen Spannung (beispielsweise. 5 kV) auf die Spitze einer
spitzen Coronanadel generiert. Analytionen werden durch Gasphasen-Ionen-Molekül-Reaktionen
in der Coronaentladungsregion, die zwischen der Coronaspitze und
dem Ionenabtastgefäß bzw. Ionensamplinggefäß liegt,
ionisiert. Analytionen werden daher in der Region der Coronaentladung
generiert, da dies der Ort ist, an dem die Reagenzionen gebildet
werden.
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Ein
Großteil
des Gases tritt aus der Ionenquelle über eine Auslassöffnung aus,
während
ein kleiner Anteil des Gases und der Analytionen durch eine Ionenabtastöffnung in
das Vakuumsystem des Massenspektrometers zur anschließenden Massenanalyse
gezogen bzw. hineingezogen wird.
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Herkömmliche
APCI-Ionenquellen können als
ein relativ offenes geometrisches Design aufweisend angesehen werden.
Die Coronanadel wird an dem Ausgang des erwärmten Rohres lokalisiert bzw. angeordnet,
aber Gas und Moleküle,
die das erwärmte
Rohr verlassen, sind nicht darauf beschränkt, in der Region der Coronanadel
zu verbleiben. Die Coronanadel ist auch benachbart zu der Ionenabtastöffnung des
Massenspektrometers angeordnet. Die Coronanadel, das erwärmte Rohr
und die Ionenabtastöffnung
können
in einen großvolumigen
Einschluss eingeschlossen sein, wobei jedoch der großvolumige Einschluss
selbst wenig Einfluss auf den Ionisationsprozess hat.
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APCI
ist theoretisch auf eine große
Bandbreite von Analytpolaritäten
anwendbar. Hochpolare oder ionische Analyte werden jedoch üblicherweise mittels
Elektrospray-Ionisation-Ionenquellen
(„ESI") und nicht durch
APCI-Ionenquellen
analysiert, da ein Problem bei herkömmlichen APCI-Ionenquelle darin besteht,
dass wenn diese zur Ionisierung hochpolarer Analytmoleküle verwendet
werden, es beobachtet wird, dass das Ionensignal mit einer Zunahme
der Coronaspannung bzw. des Coronastroms abnimmt. Niedrig- bis moderatpolare
Analytproben werden üblicherweise
eher durch APCI-Ionenquellen analysiert, da derartige Analyte den
gegenteiligen Effekt zu hochpolaren Analyten zeigen, d.h. die Ionensignalintensität nimmt
mit einer Zunahme der Coronaspannung oder des Coronastroms zu. Daher
sind, obwohl herkömmliche
APCI-Ionenquellen zur Ionisierung von niedrigpolaren bis moderatpolaren
Analyten geeignet sind, diese nicht optimal geeignet zur Ionisierung
von hochpolaren Analyten.
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Ein
spezielles Problem bei herkömmlichen APCI-Ionenquellen
liegt darin, daß diese
auch nicht besonders geeignet sind, Mischungen zu analysieren, die
sowohl niedrigpolare bis moderatpolare Analyte als auch hochpolare
Analyte umfassen, da die unterschiedlichen Arten von Analyten unterschiedliche
Coronaspannungseinstellungen für
eine optimale Ionisation benötigen.
Wenn sich die Aufgabe stellt, eine herkömm liche APCI-Ionenquelle zur
Ionisierung einer Probe zu verwenden, die eine Mischung sowohl aus
niedrigpolaren bis moderatpolaren Analyten als auch hochpolaren
Analyten umfaßt,
ist der herkömmliche
Ansatz entweder die Einstellung eines Coronastromes als Kompromisseinstellung,
oder häufiger auch
die Durchführung
zweier Experimentalläufe oder
-akquisitionen. Werden zwei separate Experimentalläufe oder
-akquisitionen durchgeführt
werden, wird in dem ersten Experimentallauf bzw. der ersten Akquisition
der Coronastrom beispielsweise bezüglich niedrigpolaren bis moderatpolaren
Analytionen optimiert, und in dem zweiten nachfolgenden Experimentallauf
bzw. der zweiten Akquisition der Coronastrom für hochpolare Analytionen optimiert (oder
umgekehrt). Wie ohne weiteres zu verstehen ist, führt dieser
Ansatz zu einer Verdopplung der Gesamtanalysezeit und auch zu einer
Verdopplung des gesamten Probenverbrauchs. Beide Zunahmen sind problematisch.
Die Zunahme im Probenverbrauch ist insbesondere problematisch, wenn
nur eine geringe Menge der Probe zur Analyse zur Verfügung steht (was
oftmals der Fall ist).
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Es
wird daher angestrebt, eine verbesserte Ionenquelle bereit zu stellen.
Insbesondere wird angestrebt, eine APCI-Ionenquelle bereit zu stellen, die in
effektiver Weise eine Probe analysieren kann, die sowohl niedrigpolare
bis moderatpolare Ionen als auch hochpolare Ionen aufweist.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Ionenquelle für ein Massenspektrometer
bereitgestellt, die eine Abgabe- bzw. Entladungsvorrichtung aufweist,
wobei bei der Verwendung der auf die Entladevorrichtung angewendete Strom
bzw. die angewendete Spannung wenigstens n mal während eines einzelnen Experimentallaufs oder
einer einzelnen Akquisition zwischen einem ersten Modus und einem
zweiten Modus geschaltet bzw. umgeschaltet wird, wobei n ≥ 1.
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Die
Ionenquelle ist vorzugsweise eine Atmosphärendruck-Ionisations-Ionenquelle, weiter vorzugsweise
eine Ionenquelle mit einer chemischen Ionisation bei Atmosphärendruck.
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Die
Entladungsvorrichtung weist vorzugsweise eine Coronaentladungsvorrichtung
wie etwa eine Coronanadel auf.
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Gemäß verschiedenen
Ausführungsformen kann
n gleich 1, 2-10,
10-50, 50-100, 100-200, 200-400, 400-600, 600-800, 800-1000, 1000-2000, 2000-3000,
3000-4000, 4000-5000, 5000-6000, 6000-7000,
7000-8000, 8000-9000, 9000-10000, 10000-15000, 15000-20000, 20000-25000 oder > 25000.
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Die
Entladungsvorrichtung wird vorzugsweise wenigstens x mal pro Minute
zwischen dem ersten Modus und dem zweiten Modus geschaltet, wobei
x vorzugsweise 1-10, 10-20, 20-30, 30-40, 40-50, 50-60, 60-70, 70-80,
80-90, 90-100, 100-120, 120-140, 140-160, 160-180, 180-200, 200-250, 250-300,
300-350, 350-400,
400-450, 450-500, 500-600, 600-700, 700-800, 800-900, 900-1000, 1000-2000,
2000-3000, 3000-4000, 4000-5000
oder > 5000 ist.
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Wenn
die Entladungsvorrichtung sich in dem ersten Modus befindet, wird
ein erster Strom oder eine erste Spannung vorzugsweise auf die Entladungsvorrichtung
aufgebracht. Die erste Spannung ist vorzugsweise < 0,1 μA, 0,1-0,2 μA, 0,2-0,3 μA, 0,3-0,4 μA, 0,4-0,5 μA, 0,5-0,6 μA, 0,6-0,7 μA, 0,7-0,8 μA, 0,8-0,9 μA, 0,9-1,0 μA oder > 1 μA. Die erste Spannung ist vorzugsweise < 1 kV, 1-2 kV, 2-3
kV, 3-4 kV, 4-5 kV, 5-6 kV, 6-7 kV, 7-8 kV, 8-9 kV, 9-10 kV oder > 10 kV.
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Wenn
sich die Entladungsvorrichtung in dem zweiten Modus befindet, wird
vorzugsweise ein zweiter Strom oder eine zweite Spannung auf die
Entladungsvorrichtung aufgebracht. Der zweite Strom ist vorzugsweise < 0,1 μA, 0,1-0,2 μA, 0,2-0,3 μA, 0,3-0,4 μA, 0,4-0,5 μA, 0,5-0,6 μA, 0,6-0,7 μA, 0,7-0,8 μA, 0,8-0,9 μA, 0,9-1,0 μA oder > 1 μA. Die zweite Spannung ist vorzugsweise < 1 kV, 1-2 kV, 2-3
kV, 3-4 kV, 4-5 kV, 5-6 kV, 6-7 kV, 7-8 kV, 8-9 kV, 9-10 kV oder > 10 kV.
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Vorzugsweise
existiert eine Zwischenabtast- bzw. Zwischenscanverzögerung zwischen
oder während
des Umschaltens der Entladungsvorrichtung von dem ersten Modus in
den zweiten Modus. Vorzugsweise werden während der Zwischenscanverzögerung massenanalysierte
Daten oder Massenspektraldaten im wesentlichen entweder nicht erhalten, oder,
falls sie erhalten werden, werden diese vorzugsweise zur Bereitstellung
eines abschließenden Massenspektrums
nicht verwendet. Die Zwischenscanverzögerung beträgt vorzugsweise < 1 ms, 1-10 ms,
10-20 ms, 20-30 ms, 30-40 ms, 40-50 ms, 50-60 ms, 60-70 ms, 70-80
ms, 80-90 ms, 90-100 ms, 100-150 ms, 150-200 ms, 200-250 ms, 250-300
ms, 300-350 ms, 350-400 ms, 400-450 ms, 450-500 ms, 500-600 ms,
600-700 ms, 700-800 ms, 800-900 ms, 900-1000 ms, 1-2 s, 2-3 s, 3-4
s, 4-5 s, 5-6 s, 6-7 s, 7-8 s, 8-9 s, 9-10 s oder > 10 s.
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Die
Ionenquelle weist vorzugsweise eine Nebulisier- bzw. Nebelbildungsvorrichtung
auf, welche bei der Verwendung Analytmoleküle und/oder Analytionen in
Richtung der Entladungsvorrichtung abgibt. Die Nebelbildungsvorrichtung
ist bzw. wird vorzugsweise bei der Verwendung erwärmt, und
ein Nebelbildungsgas wird vorzugsweise bei der Verwendung auf die
Nebelbildungsvorrichtung gegeben.
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Vorzugsweise
weist die Ionenquelle eine Sprayvorrichtung zum Sprayen bzw. Sprühen einer Probe
und zur Bewirkung, daß die
Probe Tröpfchen bildet,
auf. Die Tröpfchen
sind vorzugsweise so angeordnet bzw. vorgesehen, daß sie auf
ein erwärmtes
Rohr auftreffen. Ein Nebelbildungsgas kann bei der Verwendung auf
das erwärmte
Rohr gegeben werden, um die Nebelbildung der Tröpfchen, die durch die Sprayvorrichtung
emittiert werden, zu unterstützen.
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Ein
Gehäuse
kann wenigstens teilweise die Entladungsvorrichtung umschließen. Das
erwärmte Rohr
gibt vorzugsweise bei der Verwendung Analytmoleküle und/oder Analytionen in
das Gehäuse
ab. Das Gehäuse
umfasst vorzugsweise eine Gasausgangsöffnung. Das erwärmte Rohr
ist vorzugsweise innerhalb des Gehäuses aufgenommen oder im wesentlichen
einstückig
mit diesem ausgebildet.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Massenspektrometer bereitgestellt, das
eine wie oben beschriebene Ionenquelle aufweist.
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Das
Massenspektrometer weist vorzugsweise eine Ionenabtastöffnung auf.
Ionen in der Nähe der
Ionenabtastöffnung
können
gemäß einer
Ausführungsform
im wesentlichen von einem elektrischen Feld, das durch die Entladungsvorrichtung
erzeugt wird, abgeschirmt werden. Vorzugsweise werden Ionen in der
Nähe der
Ionenabtastöffnung
im wesentlichen von einem elektrischen Feld abgeschirmt, das durch
die Entladungsvorrichtung generiert wird, dies durch ein Gehäuse, das
wenigstens einen Teil der Entladungsvorrichtung umgibt.
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Wenigstens
eine Elektrode kann optional gegenüberliegend zu der Ionenabtastöffnung angeordnet
sein, so daß wenigstens
einige der Ionen in Richtung der Ionenabtastöffnung abgelenkt, gerichtet oder
zurück-
bzw. abgewiesen werden.
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Die
Ionenquelle kann bei der Verwendung mit einem Gaschromatographen
oder einem Flüssigchromatographen
verbunden sein.
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Das
Massenspektrometer weist vorzugsweise einen Flugzeit-Massenanalysator,
einen Quadrupol-Massenanalysator, einen Penning-Massenanalysator,
einen Fouriertransformations-Ionenzyclotron-Resonanz-Massenanalysator
(„FTICR"), einen Magnetsensor-Massenanalysator,
eine 2D oder Lineare Quadrupol-Ionenfalle oder eine Paul- oder eine 3D-Quadrupol-Ionenfalle auf.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Massenspektrometrie mit den folgenden Schritten bereitgestellt:
Bereitstellen
einer Ionenquelle mit einer Entladungs- bzw. Abgabevorrichtung;
Schalten
bzw. Umschalten des Stromes oder der Spannung, der bzw. die auf
die Entladungsvorrichtung gegeben wird, n mal während eines experimentellen
Laufs oder einer Akquisition zwischen einem ersten Modus und einem
zweiten Modus, wobei n ≥ 1;
Erhalt
von massenanalysierten Daten, sowohl in dem ersten als auch dem
zweiten Modus.
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Gemäß einer
Ausführungsform
können
die in dem ersten und dem zweiten Modus erhaltenen massenanalysierten
Daten zusammengefügt
oder anderweitig verbunden werden um ein zusammengesetztes Massenspektrum
oder Massenchromatogram zu erhalten, das die Antwort bzw. Reaktion
der Probe zeigt, wenn die Entladungsvorrichtung in dem ersten oder
zweiten Modus ist. Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
können
ein Massenspektrum oder Massenchromatogram für entweder den ersten Modus
und/oder den zweiten Modus bereit gestellt werden.
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Vorzugsweise
wird die Antwort einer Probe sowohl in dem ersten als auch dem zweiten
Modus zur Unterstützung
bei der Bestimmung der Polarität der
Probe verwendet. Diese Information kann unterstützend wirken bei der Identifizierung
der Probe.
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Die
vorliegenden Erfinder haben die unterschiedlichen Antworten von
niedrig- bis moderatpolaren Analyten und auch hochpolaren Analyten,
wenn diese durch eine herkömmliche
APCI-Ionenquelle ionisiert werden, bedacht und versucht zu verstehen. Es
wird angenommen, dass wenn hochpolare oder ionische Analyte in eine
herkömmliche
Ionenquelle zur Durchführung
einer chemischen Ionisation unter Atmosphärendruck eingegeben werden,
Analytionen oder beladene Mikrotröpfchen aus dem Ausgang des erwärmten Rohres
austreten und in Richtung der Coronanadel sich bewegen, ohne mit
Reagenzionen reagiert zu haben, d.h. Analytionen werden gebildet, ohne
mit Reagenzionen zu reagieren, die durch die Coronaentladung gebildet
sind. Der genaue Mechanismus, der bei der Ionisation von hochpolaren
oder ionischen Analyten vorliegt, wird zum jetzigen Zeitpunkt nicht
vollständig
verstanden, es wird jedoch angenommen, dass es sich um einen thermischen
Ionisationsprozess ähnlich
zum Thermosprühen
handelt.
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Da
die Coronanadel auf einem relativ hohen positiven Potential (für positive
Ionenanalyse) gehalten wird, wird in der Region der Coronanadel
ein elektrisches Feld erzeugt. Das durch die Coronanadel erzeugte
elektrische Feld (und auch gegebenenfalls durch den Raumladungseffekt
auf Grund einer hohen Konzentration von Reagenzionen als Ergebnis
der Coronaentladung) scheint die bereits positiv geladenen Analytionen
oder Mikrotröpfchen,
die aus dem erwärmten
Rohr austreten, zu retardieren, abzulenken oder dispergieren. Die
Analytionen oder geladenen Analyt-Mikrotröpfchen werden daher defokussiert,
abgelenkt oder dispergiert in der Region der Ionenabtastöffnung.
Wenn die Spannung oder der Strom, die bzw. der auf die Coronanadel
aufgebracht wird, erhöht
wird, dann werden die positiven Analytionen oder Mikrotröpfchen lediglich
in einem noch größeren Ausmaß retardiert,
abgelenkt oder dispergiert, so dass noch weniger Analytionen anschließend in
die Ionenabtastöffnung
und in den Hauptkörper
des Massenspektrometers gelangen. Da weniger Ionen in den Hauptkörper des
Massenspektrometers für
eine nachfolgende Massenanalyse eintreten werden, wird die Ionensignalintensität für hochpolare oder
ionische Analyte vermindert werden.
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Wie
weiter unten in größerem Detail
beschrieben wird, ist es aus den vorstehend genannten Gründen, dass
die vorliegenden Erfinder annehmen, dass die Ionensignalintensität für hochpolare
und analytische Ionen optimiert wird, wenn ein relativ geringer
Strom oder eine relativ geringe Spannung auf die Coronanadel aufgebracht
bzw. gegeben werden. Im Gegensatz hierzu wird die Ionensignalintensität für niedrigpolare
bis moderatpolare Analyte optimiert, wenn ein relativ hoher Strom
oder eine relativ hohe Spannung auf die Coronanadel gegeben wird.
Es wird angenommen, dass wenn ein höherer Strom oder eine höhere Spannung
auf die Coronanadel einer APCI-Ionenquelle gegeben wird, eine größere Anzahl
an Reagenzionen in der Region der Coronanadel auf Grund des Coronaentladungsprozesses
erzeugt werden. Die erhöhte
Anzahl von Reagenzionen wechselwirkt mit den niedrigpolaren bis
moderatpolaren Analytmolekülen,
die aus dem erwärmten Rohr
austreten, wodurch eine höhere
Anzahl von Analytionen erzeugt wird. Da niedrigpolare bis moderatpolare
Analyte vor dem Austritt aus dem erwärmten Rohr nicht geladen werden,
werden die niedrigpolaren bis moderatpolaren Analytmoleküle nicht
signifikant retardiert, abgelenkt oder dispergiert durch das elektrische
Feld, das durch die Coronanadel (oder durch Raumladungseffekte auf
Grund einer hohen Konzentration von Reagenzionen) erzeugt wird. Entsprechend
werden, da der Strom oder die Spannung, der bzw. die auf die Coronanadel
aufgebracht wird, erhöht
wird, Analytmoleküle
weiterhin ungehindert sich der Coronaentladungsregion nähern. Eine größere Anzahl
an Analytionen wird daher auf Grund einer Zunahme in der Anzahl
der gebildeten Reagenzionen gebildet werden, welche dann mit den
Analytmolekülen
wechselwirken können.
Die sich ergebenden Analytionen werden durch die Ionenabtastöffnung passieren
um einer anschließenden
Massenanalyse unterzogen zu werden, wodurch eine größere Ionensignalintensität beobachtet
werden wird.
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Verschiedene
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nun rein beispielhaft unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
wie die Ionensignalintensität
für eine
hochpolare Probe (Reserpin) und eine niedrigpolare bis moderatpolare
Probe (Corticosteron) als Funktion des Stroms, der auf eine Coronanadel
einer herkömmlichen
APCI-Ionenquelle angewendet bzw. aufgebracht wird, variiert;
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2 zeigt überlagerte
Ionenintensitäten, die
von zwei getrennten LC/MS MRM-Analysen einer Probe mit vier unterschiedlichen
Analyten erhalten sind, wobei während
einer ersten Akquisition der Coronastrom auf 0,2 μA gehalten
wurde, und wobei während
der zweiten Akquisition der Coronastrom auf 5 μA erhöht wurde;
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3 zeigt
die Ergebnisse einer einzelnen Akquisition gemäß einer Ausführungsform
der vorgegebenen Erfindung, bei der der Strom, der auf die Coronanadel
einer APCI-Ionenquelle angewendet wurde, wiederholt zwischen zwei
unterschiedlichen Werten hin- und hergeschaltet wurde;
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4 zeigt
ein Zeitdiagramm bzw. Zeitsteuerungsdiagramm des Stromes, der auf
die Coronanadel einer bevorzugten APCI-Ionenquelle in einem Vierkanal-MRM-Experiment angewendet
wurde;
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5 zeigt
die Antwort bzw. Reaktion, die beim Versuch erhalten wurde, wiederholt
und schnell den Coronastrom, der auf die Coronanadel einer herkömmlichen
APCI-Ionenquelle angewendet wurde, zu schalten;
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6 zeigt
eine APCI-Ionenquelle gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei die Coronanadel innerhalb eines
Gehäuses vorgesehen ist,
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7 zeigt
die Ionensignalintensität
für die Analyse
einer Probe während
einer einzelnen Akquisition unter Verwendung einer wie in 6 gezeigten Ionenquelle,
wobei der auf die Coronanadel aufgebrachte Strom wiederholt zwischen
zwei unterschiedlichen Werten hin- und hergeschaltet wurde;
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8 zeigte
eine APCI-Ionenquelle gemäß einer
weiteren Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei die Coronanadel gegenüber der
Abtastöffnung
des Massenspektrometers angeordnet ist, jedoch nicht innerhalb eines
separaten Gehäuses eingeschlossen
ist; und
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9 zeigt
die Ionensignalintensität
für die Analyse
einer Probe während
einer einzelnen Akquisition unter Verwendung der in 8 gezeigten
Ionenquelle, wobei der auf die Coronanadel aufgebrachte Strom wiederholt
zwischen zwei unterschiedlichen Werten hin- und hergeschaltet wurde.
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In 1 ist
dargestellt, wie die Ionensignalintensität als Funktion des Stroms,
der auf eine Coronanadel einer herkömmlichen Ionenquelle mit einer chemischen
Ionisation bei Atmosphärendruck
aufgebracht wird, für
zwei unterschiedliche Analyte variiert. Wie aus 1 ersichtlich,
steigt die Ionensignalintensität
für niedrigpolare
bis moderatpolare Proben (d.h. Corticosteron) relativ schnell an,
und bildet ab einem bestimmten Punkt ein Plateau, wenn der auf die
Coronanadel aufgebrachte Strom weiter erhöht wird. Es wird angenommen,
daß die
anfängliche
Zunahme der Ionen signalintensität
auftritt, da die Ionenquelle mit einer Zunahme des Stromes, der
auf die Coronanadel aufgebracht wird, mehr Reagenzionen produziert.
Die erhöhte
Anzahl an Reagenzionen wechselwirkt mit den Analytmolekülen, die
aus dem erwärmten
bzw. erhitzten Rohr austreten, wodurch mehr Analytionen produziert
werden. Entsprechend wird dann eine größere Anzahl von Analytionen
anschließend
massenanalysiert, und daher wird eine Zunahme in der Ionensignalintensität beobachtet.
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Aus 1 ist
ebenfalls ersichtlich, daß eine Zunahme
des Stromes, der auf die Coronanadel der Ionenquelle aufgebracht
wird, für
hochpolare Proben (bspw. Reserpin) den gegenteiligen Effekt hat.
Mit einer Zunahme des Stroms, der auf die Coronanadel aufgebracht
wird, nimmt die Ionensignalintensität für Reserpin relativ schnell
ab, und verbleibt dann auf einem im wesentlichen konstanten niedrigen
Niveau. Im Gegensatz zu niedrigpolaren bis moderatpolaren Proben
wird angenommen, daß relativ
hochpolare Analyte wie etwa Reserpin die Nebulisierprobe in einem
bereits geladenen Zustand verlassen, dies möglicherweise aufgrund von thermischen
Ionisationseffekten. Die bereits geladenen Analytionen werden daher
in wirksamer Weise durch das elektrische Feld, das aus dem Strom
folgt, der auf die Coronanadel aufgebracht wird, retardiert bzw.
verlangsamt. Die hochpolaren Analytionen werden daher durch das elektrische
Feld, das durch die Coronanadel erzeugt wird, abgelenkt und dispergiert
bzw. gestreut. Die Zunahme des Potentials der Coronanadel (die als
Konsequenz den Strom, der aus der Coronanadel gezogen wird, erhöht) erhöht lediglich
die Stärke
des elektrischen Feldes in der Region der Coronanadel, und daher
in der Region benachbart zu dem Ausgang des erwärmten Rohres. Daher führt eine
Zunahme des Stroms, der auf die Coronanadel aufgebracht ist, lediglich
zu einer Zunahme des Ausmaßes
bzw. Pegels der Retardation, der Ablenkung und der Dispergierung
bzw. Zerstreuung der geladenen Analytionen, die aus dem erwärmten Rohr
austreten. Als Ergebnis werden mit einer Zunahme des Coronastromes
weniger Analytionen durch die Ionenabtastöffnung durchgehen und in den
Hauptkörper
eines Massenspektrometers für
eine nachfolgende Massenanalyse eintreten.
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In
Anbetracht der verschiedenen Reaktionen von niedrigpolaren bis moderatpolaren
Analyten und hochpolaren Analyten auf den Strom, der auf die Coronanadel
aufgebracht wird, wie in 1 gezeigt, bestand der herkömmliche
Ansatz bei der Ionisierung einer Mischung mit sowohl niedrigpolaren
bis moderatpolaren Analyten und auch hochpolaren und ionischen Analyten
darin, entweder den Strom, der auf die Coronanadel aufgebracht wird,
auf ein Kompromißniveau
(bspw. 0,25 μA
für das
Beispiel gemäß 1)
einzustellen, was zu einer suboptimalen Ionisation führt, oder
alternativ zwei separate Akquisitionen durchzuführen, wobei eine erste Akquisition
bei Einstellung eines ersten Coronastroms durchgeführt wird,
gefolgt von einer zweiten Akquisition bei einer zweiten Coronastromeinstellung.
Der herkömmliche Ansatz
resultiert daher entweder in Ionensignalen, die nicht maximiert
sind (wenn eine einzige Akquisition bei einem Kompromißcoronastrom
durchgeführt wird)
oder alternativ in einer Verdopplung der Gesamtanalysezeit und des
Probenverbrauchs (wenn zwei separate Akquisitionen bei unterschielichen
Coronaströmen
durchgeführt
werden).
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2 zeigt
die Ergebnisse eines Vierkanal-Mehrfachreaktionsüberwachungs-Experiments ("MRM"), das unter Verwendung
einer herkömmlichen
APCI-Ionenquelle und ei nes Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometers
durchgeführt
wurde. Insbesondere zeigt 2 eine Überlagerung
bzw. Überlappung
von den Ionensignalen, die aus zwei unterschiedlichen Akquisitionen
erhalten wurden, bei denen eine Mischung umfassend Verapamil, Corticosteron,
Hydroxyprogesteron und Resperin unter Verwendung einer Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie
("LCMS") analysiert wurde.
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Wie
Fachleute wissen, wird in einem MRM-Experiment zunächst ein
erster Massenfilter (bspw. ein Quadrupol-Stabsatzmassenfilter) eingestellt, um
Elternionen bzw. Ausgangsionen, die ein bestimmtes (spezifisches)
Masse-Ladungs-Verhältnis aufweisen,
zu transmittieren. Die ausgewählten Ausgangsionen
mit einem bestimmten Masse-Ladungs-Verhältnis
werden dann in eine Kollisions- oder Fragmentationszelle eingeführt, in
der die Ausgangsionen bei der Verwendung in Tochterionen oder Fragementionen
fragmentiert werden. Ein weiterer Massenfilter (bspw. Quadrupol-Stabsatzmassenfilter)
stromabwärts
der Kollisions- oder Fragmentationszelle wird dann angeordnet bzw.
ausgebildet, um Tochterionen oder Fragementionen mit einem bestimmten
(spezifischen) Masse-Ladungs-Verhältnis zu transmittieren. In
diesen und den folgenden beschriebenen MRM-Experimenten wurden Verapamil-Ausgangsionen
mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von
455,1 durch den ersten Massenfilter transmittiert, und in einer
Kollisionszelle oder Fragmentationszelle fragmentiert. Tochterionen
oder Fragementionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 165,1 wurden angeordnet
bzw. ausgebildet, um von dem zweiten Massenfilter transmittiert
zu werden. Corticosteron-Ausgangsionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von
347,1 wurden durch den ersten Massenfilter transmittiert und wurden
in der Kollisionszelle oder Fragmentationszelle fragmentiert. Tochterionen
oder Fragmentionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 329,1 wurden dann eingerichtet,
um durch den zweiten Massenfilter transmittiert zu werden. Hydroxyprogesteron-Ausgangsionen
mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von
331,1 wurden durch den ersten Massenfilter transmittiert und in
der Kollisions- oder Fragmentionszelle fragmentiert. Tochterionen
oder Fragementionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 109,1 wurden eingerichtet,
um durch den zweiten Massenfilter transmittiert zu werden. Schließlich wurden
Reserpin-Ausgangsionen
mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis
von 609,1 durch den ersten Massenfilter transmittiert und in der
Kollisionszelle oder Fragmentationszelle fragmentiert. Tochterionen
oder Fragmentionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von
195,1 wurden eingerichtet, um durch den zweiten Massenfilter transmittiert
zu werden.
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Ein
erster experimenteller Lauf bzw. eine erste Akquisition wurde über einen
Zeitraum von 20 Minuten (einschl. Säulengleichgewicht) durchführt, wobei
während
dieser Zeit die vier Analyte innerhalb einer Zeit von 7 Minuten
elutierten, und wobei ein Strom von 0,2 μA auf die Coronanadel aufgebracht wurde.
Ein zweiter experimenteller Lauf bzw. eine zweite Akquisition wurde
dann anschließend über einen
weiteren Zeitraum von 20 Minuten (einschl. Säulengleichgewicht) durchgeführt, wobei
wiederum die vier Analyte innerhalb eines Zeitraums von 7 Minuten elutierten,
wobei jedoch ein Strom von 5 μA
auf die Coronanadel aufgebracht wurde. Die Analyte, in der Reihenfolge
der Elutierung, waren Verapamil, Corticosteron, Hydroxyprogesteron,
schließlich
gefolgt von Reserpin. Verapamil und Reserpin sind hochpolare Moleküle, während Corticosteron
und Hydroxyprogesteron moderatpolare Moleküle sind.
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Wie
aus 2 ersichtlich ist die Differenz in der resultierenden
Ionensignalintensität,
die für
zwei separate experimentelle Läufe
oder Akquisitionen festgestellt bzw. detektiert wird, relativ groß, insbesondere
für das
relativ hochpolare Analyt Verapamil.
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Es
ist ebenfalls aus 2 ersichtlich, daß mit einer
Erhöhung
des auf die Coronanadel aufgebrachten Stromes in dem zweiten experimentellen
Lauf bzw. der zweiten Akquisition von 0,2 μA auf 5 μA die Ionensignalintensität für die relativ
hochpolaren Analyte Verapamil und Resperpin signifikant abnahm, während die
Ionensignalintensität
für die
niedrigpolaren bis moderatpolaren Analyte Corticosteron und Hydroxyprogesteron
zunahm.
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In
Gegensatz zum herkömmlichen
Ansatz, bei dem der Strom, der auf die Coronanadel aufgebracht wird,
während
eines experimentellen Laufs oder einer Akquisition konstant bleibt,
wird gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der Strom oder die Spannung, der bzw. die auf die Coronanadel einer
Ionenquelle gemäß der vorliegenden
Erfindung aufgebracht wird, vorzugsweise periodisch zwischen wenigstens
zwei unterschiedlichen Werten während eines
einzigen experimentellen Laufs bzw. einer einzigen Akquisition umgeschaltet
bzw. hin- und hergeschaltet oder verändert. Dies ermöglicht eine
ausreichend hohe Ionensignalintensität für alle Analyte in einer Probe,
so daß diese
in einen einzigen experimentellen Lauf oder einer einzigen Akquisition
erhalten werden können,
unabhängig
davon, ob die Analyte in der Probe niedrigpolar/moderatpolar oder hochpolar
sind. Die Schaltung des auf die Coronanadel aufgebrachten Stroms
bzw. der Spannung zwischen zwei oder mehr Werten ergibt zwei oder
mehr Datensätze
für die
Probe während
eines einzigen experimentellen Laufs bzw. einer einzigen Akquisition. Die
zwei oder mehr Datensätze
ermöglichen
ferner den Erhalt von Informationen bzgl. der ionischen oder polaren
Natur jedes Analyts in der Probe, was vorteilhaft bei der Identifizierung
des Analyts sein kann.
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3 zeigt
die Ergebnisse eines Vierkanal-MRM-Expermiments, das lediglich die allgemeine
Zweckmäßigkeit
des bevorzugten Verfahren des Schaltens des Coronastromes zwischen
zwei oder mehr unterschiedlichen Pegeln bzw. Niveaus während eines
einzigen experimentellen Laufs oder einer einzigen Akquisition darstellen
soll.
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Das
MRM-Experiment wurde durch individuelle Infusion von Verapamil,
Corticosteron, Hydroxyprogesteron und Reserpin in den Mobilphasenfluß ausgeführt, d.h.
ein LCMS-Experiment wurde nicht ausgeführt, sondern vier separate
Analytlösungen wurden
sequentiell bzw. nacheinander eingeführt, von einer Spritzenpumpe
zu dem kontinuierlichen Fluß von
einer separaten Pumpe. Der Fluß bzw. Strom
wurde dann auf eine APCI-Ionenquelle gegeben. Der Coronastrom wurde
während
einer Akquisition gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zwischen zwei Modi bzw. Betriebszuständen geschaltet.
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Vier Übergangskanäle (MS/MS)
wurden verwendet, einer für
jede Probe. Eine Verweilzeit von 100 ms wurde für jeden Kanal verwendet, d.h.
eine Probe eines individuellen Kanals wurde während eines Fensters von 100
ms abgetastet. Eine Zwischenkanalverzögerung von 50 ms wurde aufrecht erhalten,
bevor der nächste
Kanal abgetastet wurde. Die vier Kanäle wurden daher individuell über einen Zeitraum
von 0,55 sek. (einschl. Zwischenkanalverzögerungen) abgetastet, wobei während dieser
Zeit der auf die Coronanadel aufgebrachte Strom auf 0,2 μA gehalten
wurde. Nach dem Abtasten der vier Kanäle, wobei während dieser Zeit der Coronastrom
auf 0,2 μA
gehalten wurde, wurde der Strom auf 5 μA geschaltet. Die vier Kanäle wurden
dann individuell für eine
Verweilzeit von 100 ms mit 50 ms Zwischenkanalverzögerung,
wie oben, abgetastet. In diesem Experiment wurde, um dem Coronastrom
genug Zeit zu geben, um von 0,2 μA
auf 5 μA
anzusteigen, eine 5-sekündige
Zwischenabtastverzögerung
eingeführt, um
ausreichend Zeit dafür
zur Verfügung
zu stellen, daß der
Coronastrom umgeschaltet und die Ionenquelle stabilisiert wurde.
Eine 5-sekündige
Zwischenabtastverzögerung
wurde in ähnlicher
Weise eingeführt,
um das Zurückschalten
des Coronastroms von 5 μA
auf 0,2 μA
zu ermöglichen.
Der Datenakquisitionszyklus in diesem speziellen Beispiel betrug
daher 11,1 sek., und der Datenakquisitionszyklus wurde über eine
Zeitdauer von 30 min wiederholt.
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4 zeigt
ein Zeitdiagramm bzw. Zeitsteuerungsdiagramm für den Strom, der auf die Coronanadel
einer Ionenquelle gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebracht wurde. 4 zeigt
in größerem Detail,
wie der Coronastrom als Funktion der Zeit verändert wurde. Während einer Zwischenabtastverzögerung ISD
wird der Coronastrom innerhalb einer Zeit ts geschaltet.
Sobald der Coronastrom geschaltet ist, wird am Ende der Zwischenabtastverzögerung ISD
ein erster Kanal während
einer ersten Verweilzeit (DWELL1) abgetastet, gefolgt von einer
Zwischenkanalverzögerung
ICD. Ein zweiter Kanal wird dann während einer zweiten Verweilzeit
(DWELL2) abgetastet, gefolgt von einer Zwischenkanalverzögerung ICD.
Ein dritter Kanal wird dann während
einer dritten Verweilzeit (DWELL3) abgetastet, gefolgt von einer
Zwischenkanalverzögerung
ICD. Ein vierter Kanal wird dann während einer vierten Verweilzeit
(DWELL4) abgetastet. Der Coronastrom wird dann während einer nachfolgenden Zwischenabtastverzögerung ISD
geschaltet.
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Wie
wiederum unter Bezugnahme auf 3 ersichtlich,
erbrachte das einzige Experiment gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung im wesentlichen die gleiche Information,
die gemäß dem herkömmlichen
Ansatz erhalten wurde, wobei dort zwei separate nachfolgende experimentelle
Läufe bzw.
Akquisitionen ausgeführt
wurden (s. 2). Wie mit den in 2 gezeigten
Daten wurde beobachtet, daß die
Ionensignalintensitäten,
die für
die relativ hochpolaren Analyte Verapamil und Reserpin festgestellt
wurden, am höchsten
waren, wenn ein relativ kleiner Strom (d.h. 0,2 μA) auf die Coronanadel aufgebracht
wurden, während
die Ionensignalintensitäten
für die
niedrigpolaren bis moderatpolaren Analyte Corticosteron und Hydroxyprogesteron
am höchsten
waren, wenn ein relativ hoher Strom (d.h. 5 μA) auf die Coronanadel aufgebracht
wurde. Somit kann eine ausreichend hohe Ionensignalintensität für sämtliche
Analyte in der Probe gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung erhalten werden, unabhängig von
der Polarität
der Analyte, wobei hierfür
lediglich ein experimenteller Lauf benötigt wird.
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Es
wird erkannt, daß eine
5-sekündige
Zwischenabtastverzögerungszeit,
wie sie in dem oben unter Bezugname auf 3 beschriebenen
Experiment verwendet wurde, im allgemeinen zu langsam ist für Applikationen,
wie etwas eine Flüssigchromatrographie-Massenspektrometrie
("LC/MS") bzw. Anwendungen
einer derartigen Spektrometrie, wo eine ausreichende Anzahl von
Datenpunkten über
eine bzw. jede Elutierungsspitze benötigt wird. Daher sollte, um
eine ausrei chende Anzahl von Datenpunkten über eine Elutierungsspitze
bei Verwendung von Flüssigchromatrographie-Massenspektrometrie ("LC/MS") zu erhalten, die
Zwischenabtastverzögerungszeit
(d.h. die Zeit während
der der Coronastrom geschaltet wird und während der vorzugsweise keine Daten
aufgenommen und/oder verwendet werden) idealerweise reduziert werden,
so dass sie so kurz wie möglich
ist. Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
kann die Zwischenabtastverzögerung ≤ 200 ms sein.
Gemäß besonders
bevorzugter Ausführungsformen
kann die Zwischenabtastverzögerung etwa
20 bis 30 ms betragen.
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5 zeigt
die Ergebnisse des Versuchs, den Coronastrom einer herkömmlichen
APCI-Ionenquelle zu schalten, während
ein LC/MS-MRM-Experiment ähnlich
wie das, das oben unter Bezugnahme auf 2 beschrieben
wurde (oder ähnlich
dem MRM-Experiment, daß oben
unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde) durchgeführt wird,
jedoch mit einer signifikant reduzierten Zwischenabtastverzögerung von
nur 200 ms (gegenüber
5 s). Die Verweilzeit für
jeden Kanal wurde bei 100 ms beibehalten, und die Zwischenkanalverzögerung wurde
in ähnlicher
Weise auf 50 ms gehalten. Aus 5 wird deutlich,
daß sämtliche
der oben dargestellten Vorteile, die durch Alternieren des Stroms,
der auf die Coronanadel gemäß der bevorzugten
Ausführungsform angewendet
wurde, verloren sind. Ferner deuten die Ionensignalintensitäten an,
daß die
Ionenquelle sich verhält,
als ob sie in einem Hochstrommodus ist, unabhängig von dem auf die Coronanadel
aufgebrachten Strom (d.h., die Ionensignalintensitäten sind ähnlich den
Ergebnissen, die in 2 für einen Coronastrom von 5 μA zeigt sind).
Es wird angenommen, daß die
Leistungsversorgung der herkömmlichen APCI-Ionenquelle,
die zum Erhalt der in 5 dargestellten Daten verwendet wurde,
nicht in der Lage war, ausreichend schnell auf ein so schnelles
Umschalten zu reagieren. Es wird daher angenommen, daß aktuelle,
herkömmliche
APCI-Ionenquellen nicht gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
betrieben werden können.
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6 zeigte
eine Ionenquelle für
eine chemische Ionisation unter Atmosphärendruck gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Ionenquelle weist ein Rohr 1 auf,
daß vorzugsweise
erwärmt
ist, sowie eine Coronanadel oder einen Stift 2. Die Coronanadel
bzw. der Stift 2 ist vorzugsweise in einem Einschluß oder Gehäuse relativ kleinen
Volumens angeordnet, worin auch der Ausgang des erwärmten Rohres 1 aufgenommen
ist. Das Gehäuse
weist einen Gasausgangskanal 3 auf, der vorzugsweise gegenüber der
Coronanadel oder dem Stift 2 angeordnet ist. Das Gehäuse 7 umschließt vorzugsweise
direkt den Coronastift bzw. die Coronanadel 2, dies im
Gegensatz zur herkömmlichen
APCI-Ionenquelle
mit offener Geometrie. Sobald Analytionen innerhalb des Gehäuses 7 gebildet
sind, treten diese vorzugsweise über
den Auslaßkanal 3 aus,
und bewegen sich im allgemeinen in Richtung der Ionenabtastöffnung 5 eines
Massenspektrometers. Wenigstens einige Ionen werden vorzugsweise
durch den Ionenabtastkonus 4 eines Massenspektrometers mittels
eines Gasstromes gezogen. Zusätzlich
kann eine Schieberelektrode 6 vorgesehen sein, wobei eine
auf die Schieberelektrode angewendete bzw. aufgebrachte Spannung
ein elektrisches Feld erzeugt, das das Schieben oder Ziehen von
Ionen durch den Ionenabtastkonus 4 unterstützt. Die
Schieberelektrode 6 ist vorzugsweise gegenüber einer
Ionenabtastöffnung 5 des
Ionenabtastkonus 4 angeordnet.
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Eine
flüssige
Probe bzw. eine Flüssigprobe aus
einem Chro matographiesystem tritt vorzugsweise in das erwärmte Rohr
ein, und wird vorzugsweise mittels eines Hochgeschwindigkeitsstromes
eines Gases, wie etwa Stickstoff, zu Tröpfchen vernebelt bzw. nebulisiert.
Die sich ergebenden Tröpfchen
umfassen vorzugsweise Mobilphasenlösungsmittel und – Analyte.
Die Mobilphasen-Lösungsmittel
und Analyte werden vorzugsweise in dem erwärmten Rohr 1 erwärmt und
in die Gasphase umgewandelt.
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Im
Gegensatz zu einer herkömmlichen
Ionenquelle mit offener Geometrie hat der Gasstrom, der aus dem
erwärmten
Rohr 1 gemäß der in 6 dargestellten
Ausführungsform
aus dem erwärmten Rohr
austritt, nicht die Möglichkeit,
einfach direkt in die Region um die Ionenabtastöffnung 5 vorzudringen.
Vielmehr ist bzw. wird der Gasstrom, der aus dem erwärmten Rohr
austritt, innerhalb des Gehäuses 7 zurückgehalten,
wodurch im wesentlichen eine begrenzten Fluß- bzw. Stromregion in der unmittelbaren
Nachbarschaft der Coronanadel oder des -stifts 2 gebildet
wird. Es ist zu erwarten, daß der
Gasstrom in der beschränkten
Stromregion innerhalb des Gehäuses,
die die Region ist, in der Ionen-Molekül-Reaktionen
vorzugsweise zwischen Reagenzionen und Analytmolekülen in der
mobilen Phase stattfinden, relativ turbulent ist. Wenn ein Strom
auf die Coronanadel oder den Stift 2 aufgebracht wird,
werden in der Nachbarschaft bzw. Nähe der Coronanadel oder des Stiftes 2 aufgrund
einer Coronaentladung Reagenzionen erzeugt. Diese Reagenzionen wechselwirken dann
mit Analytmolekülen,
die aus dem erwärmten Rohr 1 austreten,
wodurch geladene Spezien auf die Analytmoleküle zur Bildung von Analytionen übertragen
werden.
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Die
Analytionen, die innerhalb der Ionenquelle zusammen mit Gas gebildet
werden, treten dann über
den Gasauslaßkanal 3 aus
der Ionenquelle aus. Die Ionen und das Gas treten vorzugsweise aus
dem Gas aus und expandieren in eine Region, die der Ionenabtastöffnung 5 unmittelbar
benachbart ist. Es wird angenommen, daß Reagenzionen, die in der
Nachbarschaft der Coronanadel oder des Stifts 2 in dem
eingeschlossenen Raum an dem Ausgang des erwärmten Rohres 1 gebildet
werden, vorteilhafterweise relativ schnell aus dem Stromweg von
eintretenden Analytmaterial durch den relativ hohen Gasfluß verschoben
bzw. entfernt werden. Dies kann den negativen Effekt vermindern,
den eine hohe Konzentration von Reagenzionen auf die Übertragung von
Analytionen eines hochpolaren Analytmaterials hat.
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Bei
dieser Ausführungsform
strömen
das Gas und die Ionen, die aus der Ionenquelle über den Auslaßkanal 3 austreten,
in Richtung der Ionenabtastöffnung 5 eines
Massenspektrometers. Die Ionen werden vorzugsweise durch den Gasstrom
in das Massenspektrometer gezogen. Zusätzlich kann eine Schieberelektrode 6 optional
im wesentlichen gegenüber
der Ionenabtastöffnung 5 vorgesehen
sein, um bei der Verwendung ein elektrisches Feld vorzugsweise im
rechten Winkel zu dem allgemeinen Strom von Ionen und Gas, die aus
dem Auslaßkanal 3 austreten,
bereitzustellen. Das elektrische Feld lenkt vorzugsweise wenigstens
einige der Ionen im und durch die Ionenabtastöffnung 5 des Ionenabtastkonus 4 und
erhöht
somit die Ionentransmissionseffizienz in das Massenspektrometer.
Stromabwärts
der Ionenabtastöffnung 5 tritt
Gas in eine erste Vakuumstufe des Massenspektrometers ein, und expandiert
dann vorzugsweise in das Volumen einer äußerer Quelleneinschließung, die
eine Auslaßöffnung umfaßt. Der oben
beschriebene Prozeß der
Ionenerzeugung und -transmission, der in der Ionenquelle stattfindet,
findet vorzugsweise bei oder nahe Atmosphärendruck statt.
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7 zeigt
die Ionensignalintensität,
die durch Widerholung des oben unter Bezugnahme auf 5 dargestellten
LC/MS-MRM-Experiments erhalten wurde, wobei nun jedoch eine Ionenquelle
gemäß der in 6 dargestellten
Ausführungsform
verwendet wurde, wobei der Coronastift bzw. die Coronanadel 2 in
einem Gehäuse
eingeschlossen ist. Der Coronastrom wurde alternierend zwischen
0,2 μA und
5 μA geschaltet.
Eine Zwischenabtastverzögerung
von 200 ms, eine Verweilzeit von 100 ms und eine Zwischenkanalverzögerung von
50 ms wurden verwendet. Wenn dieses Experiment unter Verwendung
einer herkömmlichen
APCI-Ionenquelle durchgeführt wurde,
zeigen die in 5 dargestellten Ergebnisse an,
daß eine
Zwischenabtastverzögerung
von 200 ms zu kurz für
eine Reaktion bzw. ein Ansprechen einer herkömmlichen APCI-Ionenquelle war.
Es wird jedoch durch einen Vergleich der 5 und 7 deutlich,
daß im
Gegensatz zu einer herkömmlichen Ionenquelle,
wenn der Strom, der auf die Coronanadel oder den Stift 2 der
in 6 dargestellten Ionenquelle aufgebracht wurde,
zwischen zwei unterschiedlichen Werten mit einer relativ schnellen
Rate bzw. Frequenz alterniert wurde, die maximale Ionensignalintensität, die für die relativ
hochpolaren Analyte Verapamil und Reserpin festgestellt wurde, merklich
anstieg, wenn der Coronastrom klein war (bspw. 0,2 μA). Eine
Analyse der ausgewählten
Ionenchromatographen für
jedes der Analyte zeigt eine maximale Signalverbesserung von etwas
350 % für
Verapamil und etwa 50 % für
Reserpin verglichen mit der Ionensignalintensität, die unter Verwendung einer
in 5 gezeigten Ionenquelle mit herkömmlicher
offener Geometrie erhalten wurde. Die maximalen Ionensignalreaktionen
für die
niedrigpolaren und moderatpolaren Analyte Corticosteron und Hydroxyprogesteron
waren im wesentlichen die gleichen wie bei der Verwendung einer
herkömmlichen
APCI-Ionenquelle, d.h. kein Signalverlust wurde für niedrigpolare
bis moderatpolare Analyte beobachtet.
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Es
wird deutlich, daß die
in 6 dargestellte Ionenquelle eine wesentlich schnellere
Reaktionszeit bezüglich Änderungen
in dem Strom, der auf die Coronanadel oder den Stift 2 aufgebracht
wird, verglichen mit einer herkömmlichen
Ionenquelle hat. Die in 6 dargestellte Ionenquelle ermöglicht eine
Optimierung der Ionensignalintensität sowohl für relativ hochpolare als auch
niedrig- bis moderatpolare Analyte, dies in einer einzigen Akquisition,
wobei auch eine schnelle (d.h. kurze) Zwischenabtastverzögerung ermöglicht wird,
die in vorteilhafterweise ermöglicht,
die Ionenquelle auch für
LC/MS-Anwendungen zu verwenden.
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8 zeigt
eine weitere Ausführungsform, bei
der die Coronanadel oder der Stift 2 nicht direkt innerhalb
eines Gehäuses
eingeschlossen war. Eine neue, schnell schaltende Stromversorgung
wurde vorzugsweise verwendet, um den Strom, der auf die Coronanadel
oder den Stift 2 aufgebracht wurde, in geeignet schneller
Weise zu schalten.
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9 zeigt
die Ionensignalintensität,
die durch Wiederholung des oben unter Bezugnahme auf 5 dargestellten
LC/MS-MRM-Experiments erhalten wurde, unter Verwendung einer Ionenquelle, wie
sie in 8 gezeigt ist, und wobei eine schnell schaltende
bzw. umschaltende Coronastromleistungsversorgung verwendet wurde.
Der Coronastrom wurde alternierend zwischen 0,2 μA und 5 μA geschaltet. Eine Zwischenabtastverzögerung von 200
ms, eine Verweilzeit von 100 ms und eine Zwischenkanalverzögerung von
50 ms wurden ver wendet. Wenn der auf die Coronanadel oder den Stift 2 der
in 8 dargestellten Ionenquelle aufgebrachte Strom
zwischen zwei unterschiedlichen Werten mit einer relativ schnellen
Rate bzw. Frequenz geschaltet wurde, stieg die maximale Ionensignalintensität, die für die relativ
hochpolaren Analyte Verapamil und Reserpin festegestellt wurde,
signifikant an, wenn der Coronastrom vom hohen Pegel (bspw. 5 μA) auf den
niedrigen Pegel (bspw. 0,2 μA)
geschaltet wurde. 9 zeigt, daß im wesentlichen die gleiche
Wirksamkeit bzw. Leistungsfähigkeit
wie sie in 2 gezeigt ist, erhalten wurde,
wobei vorteilhafterweise nur ein einziger experimenteller Lauf oder
eine einzige Akquisiton benötigt
wurden.
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Die
in 8 dargestellte Ionenquelle ermöglicht daher eine Optimierung
der Ionensignalintensität
sowohl für
relativ hochpolare als auch niedrig- bzw. moderatpolare Analyte
in einer einzigen Akquisition, wobei gleichzeitig eine schnelle
(d.h. kurze) Zwischenabtastverzögerung
möglich
ist, wie im allgemeinen für
LC/MS-Anwendungen wünschenswert ist.
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Im
Gegensatz zu herkömmlichen
Ionenquellen können
Probentypinformationen, wie etwa Analytpolarität und optimierte Feststellung
sämtlicher Analyttypen
in einer einzigen Flüssigchromatographie-Massenspektral-Analyse
("LC/MS") erhalten werden,
dies unter Verwendung einer Ionenquelle, wie sie entweder in 6 oder 8 gezeigt
ist, und gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
betrieben wird. Ferner kann eine Datenakquisition mit einem kleinen
Probenverbrauch und kurzen Analysezeiten erreicht werden.
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Gemäß einer
besonders bevorzugten Ausführungsform
kann der auf die Coronanadel oder den Stift 2 aufgebrachte
Strom auf einer Zeitskala von etwa 20 ms geschaltet werden (d.h.
ts, wie in 4 gezeigt,
beträgt
etwa 20 ms). Entsprechend kann die Zwischenabtastverzögerung weiter
von 200 ms auf bspw. 25 bis 30 ms verkürzt werden. Es ist ebenfalls denkbar,
daß der
Coronastrom auf einer noch schnelleren Zeitskala (bspw. < 10 ms) unter Verwendung von
sehr schnellen Stromschaltungsversorgungen geschaltet wird.
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Obwohl
die bevorzugte Ausführungsform oben
unter Bezugnahme auf die Schaltung des Coronastroms zwischen lediglich
zwei Strom- oder Spannungsniveaus beschrieben wurde, ist ebenfalls
denkbar, daß gemäß weniger
bevorzugten Ausführungsformen
der Coronastrom oder die Coronaspannung zwischen 3, 4, 5, 6, 7,
8, 9, 10 oder mehr als 10 unterschiedlichen Niveaus während eines
experimentellen Laufs oder einer Akquisition geschaltet werden kann.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurde, werden Fachleute verstehen, daß verschiedene Änderungen
in der Form und in Details gemacht werden können, ohne den Umfang der Erfindung,
wie er in den beigefügten
Ansprüchen
umrissen ist, zu verlassen.