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Massenspektrometrie
hat von zahlreichen Fortschritten bei Ionisierungstechniken über die
letzten zwei Jahrzehnte profitiert. Unter diesen Ionisierungstechniken
sind einige entworfen, um an Analyten wirksam zu sein, die in gasförmiger Form
vorliegen oder in dieselbe umgewandelt werden, wie beispielsweise
atmosphärische
chemische Ionisierung (APCI = Atmospheric Chemical Ionization) und
Atmosphärendruckphotoionisierung
(APPI = Atmospheric Pressure Photoionization), andere an Analyten,
die in flüssiger
Form vorliegen, wie beispielsweise Elektrospray-Ionisierung (ESI
= Electrospray Ionization), und noch andere an Analyten, die in
fester Form vorliegen, wie beispielsweise matrixgestützte Laserdesorptionionisierung
(MALDI = Matrix-Assisted Laser Desorption Ionization) und Desorptionselektrospray-Ionisierung
(DESI = Desorption Electrospray Ionization). Die letzteren Techniken
können
auch Oberflächenionisierungstechniken
bezeichnet werden, da dieselben eine Desorption von Analyten von einer
Oberfläche
betreffen, gefolgt von einer Ionisierung der Analyte durch verschiedene
Ladungsübertragungsprozesse.
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Gegenwärtig ist
MALDI (einschließlich AP-MALDI)
die am häufigsten
verwendete Oberflächenionisierungstechnik.
Bei MALDI werden Analytproben in einem Matrixmaterial verdünnt, auf
eine Oberfläche
aufgebracht und dann getrocknet, wodurch die Analytprobe und die
Matrix kokristallisiert sind. Ein gepulster Laserstrahl, gewöhnlich von
einer Ultraviolettfrequenz (UV-Frequenz), wird dann auf die Probe
fokussiert. Die Energie des Laserpulses wird größtenteils durch die Matrix
absorbiert, die von der Oberfläche
desorbiert (verdampft) und Analytmoleküle mit derselben trägt. Ein
Teil des desorbierten Matrixmaterials wird auch durch eine Absorption
einer Laserstrahlung ionisiert und ein Teil der desorbierten Analytmoleküle wird
wiederum durch einen Prozess einer Ladungsübertragung von den Matrixionen
ionisiert.
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Während MALDI
sich bei vielen Anwendungen als wirksam erwiesen hat, können die
Kosten des gepulsten UV-Lasers und die weniger als unbegrenzte Haltbarkeit
und Zuverlässigkeit
desselben erhebliche Mängel
sein. Wenn ferner Analyte mit einem Matrixmaterial vorbereitet sind,
erzeugen Ionen, die aus der Matrix erzeugt werden, ein Hintergrundrauschen
bei geringen Massepegeln. Zusätzlich
neigt eine Kokristallisierung der Matrix und des Analyts dazu, nicht
einheitlich zu sein, so dass Kristalle nicht einheitlich über die
interessierende Probe hinweg verteilt sind. Diese Uneinheitlichkeit
erfordert ein Rastern des Lasers über die Probe in kleinen inkrementalen
Schritten, was im Allgemeinen die Kosten und die Komplexität der MALDI-Vorrichtung
erhöht.
Diese Nachteile haben die Entwicklung alternativer Oberflächenionisierungstechniken
veranlasst, die sich nicht auf die Verwendung eines Lasers oder eines
Matrixmaterials stützen,
um Analytionen von einer Oberfläche
zu erzeugen.
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Eine
Oberflächenionisierungstechnik,
die sich nicht auf entweder eine pulslaser- oder matrixbasierte
Probenvorbereitung stützt,
ist eine Desorptionselektrospray-Ionisierung
(DESI). Bei dieser Technik wird ein Elektrospray-Prozess eingesetzt,
um einen Strom von Ionen zu erzeugen, der in einem niedrigen Winkel
auf eine probentragende Oberfläche
gerichtet wird. Der Strom von Ionen, der ausgegeben wird, kollidiert
mit der Oberfläche,
wobei eine ausreichende Energie übertragen
wird, um Analyte in der Probe zu desorbieren und zu ionisieren.
Während
die DESI-Technik
nicht unter den oben erwähnten
Mängeln
der MALDI-Technik
leidet, benötigt
dieselbe hohe Spannungen, um Ionen durch den Elektrospray-Prozess
zu erzeugen. Ein Beibehalten derartiger hoher Spannungen (oder hoher
Potentialdifferen zen, abhängig
von der Konfiguration) erhöht
ebenfalls Kosten und eine instrumentelle Komplexität.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum
Erzeugen von Ionen, eine Vorrichtung zum Erzeugen von Analytionen
aus einer Probe, ein Verfahren zum Erzeugen eines gerichteten Stroms
von Ionen, ein Verfahren zum Erzeugen von Analytionen aus einer
Probe, eine Vorrichtung zum Erzeugen und Erfassen von Ionen eines
Analyts und ein Verfahren zum Erzeugen und Erfassen von Ionen eines
Analyts mit verbesserten Charakteristika zu schaffen.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1, Anspruch 9 und
Anspruch 32 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 19, Anspruch 23 und
Anspruch 40 gelöst.
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Bei
einem Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum
Erzeugen von Ionen vor, die eine Kammer aufweist, die einen Einlass,
einen Auslass und eine Oberfläche
umfasst, die ein Material trägt.
Die Vorrichtung umfasst ferner eine Einrichtung zum Liefern eines
Hochgeschwindigkeitsgasflusses durch den Einlass und in die Kammer,
derart, dass der Gasfluss das Material an der Oberfläche der Kammer
berührt.
Infolge einer physikalischen Wechselwirkung zwischen dem Hochgeschwindigkeitsgasfluss
und dem Material werden geladene Partikel erzeugt, die mit dem Hochgeschwindigkeitsgas
in Wechselwirkung treten, um Ionen innerhalb der Kammer aus dem
Gas zu erzeugen, wobei die Ionen durch den Auslass der Kammer über den
Hochgeschwindigkeitsgasfluss emittiert werden.
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Bei
einem anderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung
zum Erzeugen von Analytionen aus einer Probe vor, die einen Träger, der
eine Oberfläche
aufweist, die eine Analytprobe umfasst, und eine Ionenerzeugungsvorrichtung
zum Emittieren von Primärionen
zu der Probe hin aufweist. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die
Ionenerzeugungsvorrichtung eine Kammer, die einen Auslass und eine
Oberfläche
umfasst, die ein Material trägt,
und eine Einrichtung zum Anlegen eines Hochgeschwindigkeitsgasflusses
durch die Kammer hindurch zu dem Auslass hin, derart, dass geladene Partikel
durch eine physikalische Wechselwirkung zwischen dem Hochgeschwindigkeitsgas
und dem Material erzeugt werden. Eine Wechselwirkung zwischen den
geladenen Partikeln und dem Hochgeschwindigkeitsgas bewirkt die
Erzeugung von Primärionen
aus dem Hochgeschwindigkeitsgas innerhalb der Kammer, wobei die
Primärionen
dann aus dem Auslass zu dem Träger
hin emittiert werden. Analytionen werden durch einen Aufschlag der
Primärionen an
der Analytprobe erzeugt.
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Bei
einem weiteren Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zum Erzeugen eines gerichteten Stroms von Ionen vor, das ein Zwingen eines
Gases in Kontakt mit einer Oberfläche, die ein Material trägt, mit
hoher Geschwindigkeit aufweist, wobei der Kontakt zwischen dem Hochgeschwindigkeitsgas
und dem Material geladene Partikel erzeugt, die dann eine Erzeugung
von Primärionen
aus dem Hochgeschwindigkeitsgas bewirken. Die Primärionen werden
dann durch eine Öffnung
hindurch in eine ausgewählte
Richtung fokussiert.
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Bei
noch einem anderen Aspekt ist ein Verfahren zum Erzeugen von Analytionen
aus einer Probe vorgesehen, das ein Bereitstellen einer Analytprobe
an einer ersten Oberfläche,
ein Zwingen eines Gases in Kontakt mit einer zweiten Oberfläche, die
ein Material trägt,
mit hoher Geschwindigkeit, wobei der Kontakt zwischen dem Hochgeschwindigkeitsgas und
dem Material geladene Partikel erzeugt, wobei die geladenen Partikel
mit dem Hochgeschwindigkeitsgas in Wechselwirkung treten, um Primärionen aus
dem Hochgeschwindigkeitsgas zu erzeugen, und ein Emittieren der
Primärionen
zu der Analytprobe an der ersten Oberfläche hin aufweist, wobei der Aufschlag
der Primärionen
eine Erzeugung von Analytionen bewirkt.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ferner eine Vorrichtung zum Erzeugen
und Erfassen von Ionen eines Analyts vor, die ein poröses Netz,
das eine Analytprobe umfasst, wobei das Netz eine erste und eine
zweite Seite aufweist, eine Ionenerzeugungsvorrichtung, die an der
ersten Seite des Netzes angeordnet und so gerichtet ist, um Primärionen an
dem Netz zu emittieren, und eine Sammelleitung aufweist, die benachbart
zu dem Netz an der zweiten Seite gegenüber der Ionenerzeugungsvorrichtung
angeordnet ist.
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Bei
einem anderen Aspekt sieht die vorliegende Erfindung ein Verfahren
zum Erzeugen und Erfassen von Ionen eines Analyts vor, das ein Aufbringen
einer Probe, die das Analyt enthält,
an einem Netz mit einer ersten und einer zweiten Seite, ein Richten
eines Stroms von Primärionen
auf die erste Seite des Netzes, wobei ein Aufschlag des Stroms von
Ionen an der Probe innerhalb des Netzes eine Bildung von Analytionen
bewirkt, die von der zweiten Seite des Netzes austreten, und ein
Sammeln der Analytionen aufweist, die aus der zweiten Seite des Netzes
austreten.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen
von einer Oberfläche
durch einen Aufschlag geladener Partikel, die durch ein Hochgeschwindigkeitsgas
erzeugt werden, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
-
2A einen
axialen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels
einer Ionenerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
der das Abstreifen von Elektronen von einem Oberflächenmaterial darstellt;
-
2B einen
axialen Querschnitt eines Ausführungsbeispiels
einer Ionenerzeugungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
der die Erzeugung von Primärionen
aus dem Hochgeschwindigkeitsgas nach dem Abstreifen von Elektronen
darstellt;
-
2C eine
Querschnittsansicht eines Ausführungsbeispiels
der Ionenerzeugungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung als eine
ringförmige
Röhre;
-
3 ein
Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen von einer Oberfläche gemäß der vorliegenden
Erfindung, bei der eine Maske über
der Oberfläche
platziert ist;
-
4 ein
Ausführungsbeispiel
einer Auf-Achse-Konfiguration gemäß der vorliegenden Erfindung;
-
5 ein
exemplarisches Massenspektrum, das unter Verwendung einer Ionenerzeugungsvorrichtung
genommen ist, die in einer Auf-Achse-Konfiguration positioniert
ist, gemäß der vorliegenden
Erfindung; und
-
6 ein
Ausführungsbeispiel
einer Maske, die bei der Vorrichtung zum Erzeugen von Ionen von einer
Oberfläche
verwendet werden kann, die in 3 dargestellt
ist.
-
A. Definitionen
-
Bei
einem Beschreiben und Beanspruchen der vorliegenden Erfindung wird
die vorliegende Terminologie gemäß den unten
dargelegten Definitionen verwendet.
-
Ein
,Material' ist hierin
definiert, um in breiter Weise irgendeine feste oder flüssige Substanz
einzuschließen,
und kann einen Film, eine Schicht, ein Tröpfchen, ein Partikel, einen
Kristall, ein Element, eine organische Verbindung, eine anorganische
Verbindung, eine Chemikalie, ein Reagens, einen Katalysator, ein
Kolloid, eine Suspension und irgendeine Kombination derselben umfassen.
-
Ein
Hochgeschwindigkeitsgas ist hierin definiert, um ein sich bewegendes
Fluid zu sein, das eine erste gasförmige Komponente mit einer
Geschwindigkeit von mehr als 50 m/s aufweist, und kann andere Fluidkomponenten
umfassen, wie beispielsweise andere Gase, Dämpfe, Aerosole oder Flüssigkeitsströme, die
in dem Fluss der ersten gasförmigen Komponente
mitgeführt
sind.
-
Wie
in dieser Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen verwendet, umfassen die
Singularformen „ein", „eine" und „der, die,
das" Pluralbezüge, wenn
es der Kontext nicht deutlich anderweitig vorgibt. Somit kann ,ein' Material mehr als
einen Typ eines Materials umfassen und ein Hochgeschwindigkeitsgas
kann mehr als eine Spezies eines Gases oder eines Fluids umfassen.
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Der
Begriff „benachbart" bedeutet nahe, neben
oder angrenzend. Etwas Benachbartes kann sich auch in Kontakt mit
einer anderen Komponente befinden, die andere Komponente umgeben
(d. h. konzentrisch mit derselben sein), von der anderen Komponente
beabstandet sein oder einen Abschnitt der anderen Komponente enthalten.
-
Der
Begriff „Elektrospray-Ionisierungsquelle" bezieht sich auf
einen Zerstäuber
und zugeordnete Teile zum Erzeugen von Elektrospray-Ionen durch
einen Elektrospray-Prozess. Der Zerstäuber kann sich auf Massepotential
befinden oder nicht. Der Begriff sollte ferner breit aufgefasst
werden, um eine Vorrichtung oder ein Gerät aufzuweisen, wie beispielsweise einer
Röhre mit
einer Elektrode, die geladene Partikel entladen kann, die ähnlich oder
identisch zu diesen Ionen sind, die unter Verwendung von Elektrospray- Ionisierungstechniken
erzeugt werden, die auf dem Gebiet bekannt sind.
-
B. Beschreibung
-
1 zeigt
ein exemplarisches Ausführungsbeispiel
einer Vorrichtung zum Erzeugen von Analytionen aus einer Probe gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie es gezeigt ist, umfasst die Vorrichtung einen Träger 10,
der eine Analytprobe 15 umfasst, eine Ionenerzeugungsvorrichtung 20,
die Primärionen
zu der Analytprobe hin richtet, und eine Sammelleitung 35,
die mit einem Massenspektrometer 40 gekoppelt ist.
-
Der
Träger 10 kann
irgendeinen Probenhalter aufweisen, der auf dem Gebiet bekannt ist,
und kann in horizontale Richtungen (X und Y) gemäß elektronischen Signalen bewegbar
sein, die von einer Steuerung (nicht gezeigt) empfangen werden. Die
interessierende Analytprobe 15 kann ein einziges Analyt
oder eine Mehrzahl unterschiedlicher Analyte aufweisen und kann
bei getrennten und gesonderten Positionen an dem Träger 10 (wie
es gezeigt ist) positioniert sein. In dem letzteren Fall sind spezifischen Analyten
im Allgemeinen X,Y-Koordinaten an dem Träger 10 zugeordnet,
so dass die Position der spezifischen Analyte ohne weiteres bestimmt
werden kann. Da lediglich ein Abschnitt der Platte den Emissionen
der Ionenerzeugungsvorrichtung 20 zu einer gegebenen Zeit
ausgesetzt ist, kann der Träger 10 bewegt
werden, um spezifische Koordinaten, und somit spezifische Proben,
während
eines Betriebs den emittierten Ionen auszusetzen. Der Träger 10 und
die Proben können
in einer Region gelegen sein, die bei Atmosphärendruck beibehalten ist, obwohl
dies nicht notwendig ist.
-
Auf
den Aufschlag der Primärionen,
die durch die Ionenerzeugungsvorrichtung emittiert werden, auf die
freiliegende Probe hin, wird ein Teil der Analyte desorbiert und
ioni siert. Die desorbierten Analytionen werden dann an die Sammelleitung 35 durch
Druckdifferenzen angezogen, wie es auf dem Gebiet gut bekannt ist.
Die Analytionen werden dann gefiltert und in einem Massenspektrometer 40 erfasst.
Das Massenspektrometer kann irgendwelche bekannten Typen und Konfigurationen
aufweisen, einschließlich
Multipol, Flugzeit (TOF = Time-Of-Flight), Ionenfalle, Orbitrap,
Fourier-Transformation-Ionenzyklotronresonanz
(FT-ICR = Fourier-Transform
Ion Cyclotron Resonance) oder irgendeine Kombination derselben in
einer Tandemkonfiguration, ohne Einschränkung.
-
Eine
beispielhafte Konfiguration der Ionenerzeugungsvorrichtung 20 gemäß der vorliegenden
Erfindung ist mit Bezug auf 2A beschrieben.
Die Ionenerzeugungsvorrichtung 20 umfasst eine Kammer 24,
die einen Einlass 21 und einen Auslass 23 aufweist,
eine erste Oberfläche 25 und
eine zweite Oberfläche
gegenüber
der ersten Oberfläche 27,
die einen Raum 29 zwischen denselben definieren. Die Kammer
kann einen Kanal, eine Röhre,
eine Düse und
im Allgemeinen irgendeinen abgegrenzten Raum aufweisen, durch den
ein Hochgeschwindigkeitsgas 50 fließen kann. Ein Material 28 ist
an einer oder beiden Oberflächen 25, 27 (wie
es gezeigt ist) gelegen. Es ist jedoch zu beachten, dass das Material
eventuell ein integrierter Teil der Oberfläche und keine gesonderte Substanz
ist.
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Eine
Druckgasquelle (nicht gezeigt) ist mit dem Einlass 21 der
Kammer 24 gekoppelt, derart, dass ein Strom von Hochgeschwindigkeitsgas 50 durch
den Raum 29 von dem Einlass 21 zu dem Auslass 23 fließt und das
Material 28 in der Kammer berührt. Die Geschwindigkeit des
Gases 50 ist hoch genug gesetzt, z. B. 60–1000 m/s,
so dass das Gas in der Lage ist, Elektronen und möglicherweise
andere geladene Partikel durch reibungsmäßige, triboelektrische Wirkungen
von dem Material 28 abzustreifen. Wie es schematisch in 2A gezeigt
ist, werden Elektronen von dem Material abgestreift, wenn das Hochgeschwindigkeitsgas
die Kammer durch läuft, und
sammeln sich entlang der Oberflächen 25, 27 an. Bei
einem spezifischen Ausführungsbeispiel
kann die Kammer eine ringförmige
Röhre aufweisen,
die in 2C im Querschnitt gezeigt ist.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
fließt
das Hochgeschwindigkeitsgas 50 durch die Röhre hindurch
entlang der Achse in die und aus der Seite in den ringförmigen Raum 29 zwischen
konzentrischen Oberflächen 25, 27 und
berührt
das Material 28, das an den Oberflächen gelegen ist. Der Durchmesser
der ringförmigen
Röhre kann
auf der Mikrometer- oder sogar Nanometerskala liegen, in welchem
Fall der Gasfluss in einen extrem knapp bemessenen Raum 29 gezwungen
wird, was die Scherkräfte,
die an dem Material zum Tragen kommen, stark erhöht.
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Ein
Ladungsabstreifen kann auftreten, weil positive oder negative Ladungen
dazu neigen, sich an der äußeren molekularen
Struktur des Materials anzusammeln, wobei dieselben bei einer Position platziert
sind, um ohne weiteres von der Struktur entfernt zu werden, wenn
Reibekräfte
angelegt sind. Die Anzahl von geladenen Partikeln, die in dieser
Weise erzeugt werden, hängt
von der chemischen Struktur des Materials 28 ab, aus dem
die Partikel gezogen werden. Es kann irgendeine Anzahl von Materialien in
diesem Zusammenhang wirksam verwendet werden, aber Materialien mit
einer niedrigen Arbeitsfunktion, was die Menge an Energie ist, die
benötigt
wird, um ein Elektron von dem Material abzustreifen, erzeugen größere Konzentrationen
geladener Partikel. Im Allgemeinen weisen Metalle eine niedrige
Arbeitsfunktion auf, wie auch Elektrolyte, wie beispielsweise Wasser;
organische Polymere neigen dazu, eine etwas höhere Arbeitsfunktion aufzuweisen
(aber können
für bestimmte
Anwendungen besonders nützlich sein);
und Dielektrika, wie beispielsweise Quarz oder Glas, weisen vergleichsweise
höhere
Arbeitsfunktionen auf. Es sei jedoch betont, dass abhängig von
der beabsichtigten Anwendung irgendwelche dieser Materialien verwendet
werden können.
Das Hochgeschwindigkeitsgas 50 kann ein relativ inertes
Trägergas
aufweisen, wie beispielsweise Stickstoff (N2),
das mit einem reaktiveren Gas oder Fluid, wie beispielsweise Wasserdampf,
Luft, einem Lösungsmittel
wie Methanol etc. gemischt sein kann, das durch das Trägergas angetrieben
wird. Die reaktive Gas- oder Fluidkomponente (oder zumindest ein
Teil derselben) reagiert mit den energetischen Elektronen, die von
dem Material 28 abgestreift wurden, wobei Primärionen aus
Gasmolekülen
innerhalb des Raums 29 der Kammer 24 erzeugt werden.
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Zum
Beispiel können
Primärionen
aus Wassermolekülen
erzeugt werden, wenn Wasserdampf in dem Hochgeschwindigkeitsgas
enthalten ist. In diesem Fall, wenn ein energetisches Elektron durch
eine Handlung des Hochgeschwindigkeitsgases von dem Material 28 innerhalb
der Kammer 24 abgestreift wird, kann dasselbe mit einem
Wassermolekül
kollidieren und eines der Elektronen desselben abstreifen, wobei
sich ein kurzlebiges Wasserion [H2O+] und ein freies Elektron ergeben. Das Wasserion
und das freie Elektron treten schnell mit einem neutralen Wassermolekül in Wechselwirkung,
wodurch das Wasserion ein Wasserstoffatom in dem Neutralen anzieht,
was ein Hydroniumion [H3O+]
ergibt, und die verbleibende Hydroxylgruppe des Wassermoleküls nimmt
unmittelbar das freie Elektron auf, was ein Hydroxyl-Ion [OH–]
ergibt. Während
dies lediglich ein Beispiel dessen ist, wie ein anfänglicher
Elektronenabstreifprozess zu einer Primärionenbildung führen kann,
können ähnliche
Prozesse bei anderen reaktiven Gasen auftreten, wie beispielsweise
Methanoldampf.
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Wie
es in 2B gezeigt ist, werden positive und
negative Primärionen
(durch Plus- bzw. Minuszeichen bezeichnet) nahe den Oberflächen 25, 27 durch
eine Wechselwirkung von Gasmolekülen
in dem Raum 29 mit den Elektronen gebildet, die von den
Oberflächen
abgestreift wurden. Diese Primärionen
werden schnell in dem Hochgeschwindigkeitsgasstrom mitgeführt, der
durch den Raum 29 fließt. Dieser
Strom wird dann von dem Auslass 23 der Kammer 24 mit
hohen kinetischen Energien ausgegeben. Die Achse der Kammer 24,
entlang der Hochgeschwindigkeitsgasflüsse und Ionen angetrieben werden,
kann so ausgerichtet sein, dass der Strom von Primärionen in
dem Gasfluss, der aus dem Auslass 23 austritt, zu der probentragenden
Oberfläche hin
gerichtet ist. Zum Beispiel kann die Kammer 24 in einem
flachen Winkel mit Bezug auf die Oberfläche ausgerichtet sein, um eine
Desorption von Analyten zu fördern.
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Obwohl
der Strom gerichtet ist, gibt es eine gewisse Divergenz der Primärionen,
wenn dieselben von dem Auslass der Kammer ausgestoßen werden. Aufgrund
dieser Divergenz können
Primärionen
auf einen breiten Bereich an dem Probenträger auftreffen und Analyte
in verstreuten Proben ionisieren. Da es bei vielen Anwendungen erwünscht ist,
dass lediglich eine Probe zu einer Zeit ionisiert wird, kann eine
Maske aufgebracht werden, um den Primärionenstrom bei allen Positionen
zu blockieren, außer
dem Bereich des Trägers,
der eine einzige Probe trägt.
Ein Beispiel einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung,
die eine Maske zu diesem Zweck einsetzt, ist in 3 gezeigt.
Wie es gezeigt ist, ist eine Maske 60 horizontal über dem
Träger 10 positioniert,
der die Proben trägt.
Die Maske umfasst ein Durchgangsloch 65, das Abmessungen
auf der Skala des Bereichs an dem Träger aufweist, der eine einzige
Probe enthält.
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
ist die Maske 60 in Richtungen X, Y (links und rechts und
in die und aus der Seite, wie es gezeigt ist) bewegbar, so dass
unterschiedliche Analytproben sequentiell direkt unter dem Durchgangsloch 65 positioniert
werden können.
In diesem Fall wird die Ionenerzeugungsvorrichtung 20 in
einer Ausrichtung steuerbar entsprechend verschoben, um zu dem Durchgangsloch 65 zu
zielen. Bei alternativen Implementierungen kann die Maske eine Mehrzahl
von Durchgangslöchern
umfassen, wie es in 6 gezeigt ist. Die Beabstandung
der Mehrzahl von Durchgangslöchern 65 kann
mit der Beabstandung von Analytproben an dem Träger 10 übereinstimmen,
wobei der Strahl von Primärionen
auf ein Durchgangsloch zu einer Zeit gezielt ist. Die Anzahl von
Durchgangslöchern 65 in
der Maske 60 kann kleiner oder gleich der Anzahl von Analytprobenpunktpositionen
sein; in dem letzteren Fall muss die Maske lediglich bewegt werden,
um einer Bewegung des Probenträgers 10 zu
folgen.
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Alle
der Primärionen,
die von der Ionenerzeugungsvorrichtung 20 emittiert werden,
werden durch die Maske 60 blockiert, außer diesen, die auf das Durchgangsloch
gezielt sind, die ungehindert zu der Analytprobe 15 durchlaufen.
Das Durchgangsloch 65 kann sich verjüngende Kanten aufweisen, um zu
ermöglichen,
dass Primärionen
in einem flachen Winkel durchzielen. Auf einem Aufschlag mit der Analytprobe
hin wird ein Teil der Analyte durch den Aufschlag der Primärionen desorbiert
und ionisiert. Die Ionen, die aus der Analytprobe austreten, als
,sekundäre' oder Analytionen
bezeichnet, um dieselben von den Primärionen zu unterscheiden, die
durch die Ionenerzeugungsvorrichtung emittiert werden, migrieren
zu der Leitung 35 und treten in dieselbe ein. Auf diese
Weise ermöglicht
die Maske, dass die Sekundärionen
von einer Probenposition zu einer Zeit für eine Analyse zu dem Massenspektrometer
durchlaufen. Eine Spannung kann die Leitung 35 angelegt werden,
um eine spezielle Ionenpolarität
für einen Eintritt
in das Massenspektrometer 40 auszuwählen. Ungeachtet dessen, ob
eine derartige Spannung angelegt ist, werden Analytionen durch Gasflüsse und/oder
Druckunterschiede stromabwärts
in das Massenspektrometer 40 geführt.
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4 zeigt
ein anderes Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung, bei dem eine Ionenerzeugungsvorrichtung 20 an
einer Seite einer probentragenden, porösen Oberfläche, oder eines Netzes 70,
angeordnet ist und die Sammelleitung 35 an der gegenüberliegenden
Seite des Netzes 70 angeordnet ist. Diese Anordnung kann
als eine „Auf-Achse"-Konfiguration bezeichnet werden. Das
Netz 70 kann beispielsweise Filterpapier, Teflon oder ein
dünnes
metallisches Substrat mit gestanzten oder geätzten mikrometergroßen Durchgangslöchern aufweisen.
Es ist bedeutsam, dass das Material des Netzes 70 nicht
mit den Primärionen
reagiert, um irgendwelche Hintergrundsignale zu erzeugen. Die Analytprobe
wird an dem Netz 70 aufgebracht und dann getrocknet und
kann in den Durchgangslöchern
aufgehängt
oder eingebettet sein. Das Netz kann in eine Unterstützungsstruktur 75 gepasst
sein, mit dem dasselbe auf zahlreiche Weisen gekoppelt sein kann. Dasselbe
kann so implementiert sein, dass das Netz durch einen Motor (nicht
gezeigt) auf die Art eines Riemens durch die Struktur hindurch gezogen
wird, so dass unterschiedliche Abschnitte des Netzes dem Strom von
der Ionenerzeugungsvorrichtung 20 ausgesetzt werden können.
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Die
Ionenerzeugungsvorrichtung 20 ist angeordnet, um Primärionen zu
einer ersten Seite des Netzes hin zu emittieren, wie es gezeigt
ist. Es ist nützlich,
wenn die Achse der Ionenerzeugungsvorrichtung 20 und der
Strom der Primärionen
näherungsweise
senkrecht (zwischen 75 und 105 Grad) zu der ersten Oberfläche des
Netzes 70 sind, aber dies ist nicht notwendig. Wenn die
Primärionen
auf die Analytprobe in dem Netz 70 auftreffen, ionisiert die
Energie der Kollisionen neutrale Analyte durch einen Prozess einer
Ladungsübertragung
und verdrängt
dieselben von den Durchgangslöchern.
Durch eine Übertragung
des Impulses bzw. Moments der Primärionen werden die Analytionen
zu der zweiten Seite des Netzes 70 gegenüber der
Ionenerzeugungsvorrichtung 20 hin angetrieben und treten
von derselben aus. Wenn dieselben austreten, werden die Analytionen
durch Druckdifferenzen zu der Leitung 35 hin in das Massenspektrometer 40 gezogen. Die
Auf-Achse-Konfiguration liefert eine hohe Ionisierungseffizienz
und Ionensammeleffizienz, da die Primärionen präzise auf eine interessierende
Probe gerichtet sind, und nicht mit einem Winkel, und die Sammelleitung
präzise
dort positioniert ist, wo die Analytionen tendenziell austreten,
auf einer Achse mit der Ionenerzeugungsvorrichtung. Die Auf-Achse-Konfiguration
kann ferner bei anderen Typen von Primärionenquellen als der beschriebenen
Ionenerzeugungs vorrichtung verwendet werden, einschließlich einer
Elektrospray-Ionisierungsquelle (DESI).
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Beispiel
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Eine
Mischung von zwei bekannten Chemikalien mit bekannten Masse/Ladung-Verhältnissen von
304 bzw. 234 wurden an einem Filterpapier platziert, das zwischen
zwei Trageplatten positioniert ist, die ein Array von Öffnungen
aufweisen. Eine Ionenerzeugungsvorrichtung wurde an einer Seite
des Filterpapiers in eine Auf-Achse-Konfiguration gegenüber einer
Sammelleitung positioniert, die zu einem Massenspektrometer führt. Ein
Strom von Stickstoffgas wurde auf 4,34 Liter/min gesetzt und ein
geringer Fluss von flüssigem
Methanol (500 ml/min) wurde ebenfalls zu der Ionenerzeugungsvorrichtung
gepumpt, was dadurch verdampft wurde. Es wurden Ionen beobachtet,
wie es in dem Massenspektrum von 5 gezeigt
ist. Es ist zu beachten, dass die Vorrichtung nicht erforderte,
dass irgendwelche Spannungen entweder an der Ionenerzeugungsvorrichtung
oder dem Einlass zu dem Massenspektrometer beibehalten wurden. Es
wurde auch ein Steuerexperiment durchgeführt, bei dem das Filterpapier
mit einer nichtpermeablen Polymermembran ersetzt wurde. Bei dem
Steuerexperiment wurden keine Ionen beobachtet, was angibt, dass
die Ionen von neutralen Molekülen
stammten, die durch geladene Partikel getroffen wurden, die durch
die Ionenerzeugungsvorrichtung emittiert wurden, einschließlich Hydroniumionen
und möglicherweise
ionisiertes Methanol.
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Eine
vorteilhafte Anwendung des Oberflächenionisierungssystems und
des Verfahrens der vorliegenden Erfindung (unter anderem) besteht
in einer Analyse eines Gewebes für
eine DNS-Analyse. Ein gegenwärtiges
Verfahren zum Vorbereiten von Gewebematerial für eine Analyse besteht in einem Einbetten
desselben in formalinfixierten Paraffingewebeobjektträgern oder
in endparaffinierten Pathologiegewebeobjekt trägern. Die Gewebe werden dadurch
konserviert und können
für eine
nachfolgende Analyse durch diese Vorbereitung archiviert werden. Diese
Objektträger
bilden geeignete analyttragende Trageoberflächen, die in dem Zusammenhang
einer Oberflächenionisierung
der vorliegenden Erfindung zweckmäßig und zu geringen Kosten
verwendet werden können.
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Nachdem
die vorliegende Erfindung mit Bezug auf spezifische Ausführungsbeispiele
beschrieben wurde, sollte klar sein, dass die Beschreibung nicht
einschränkend
gemeint ist, da weitere Modifikationen und Variationen offensichtlich
sein können oder
sich Fachleuten auf dem Gebiet aufdrängen können. Es ist beabsichtigt,
dass die vorliegende Erfindung alle derartigen Modifikationen und
Variationen abdeckt, die in den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche fallen.