-
VERWEIS AUF
VERWANDTE ANMELDUNGEN
-
Die
Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr.
60/557,410, die am 29. März
2004 eingereicht worden ist. Auf den Inhalt dieser Anmeldung wird
hiermit Bezug genommen.
-
GEBIET DER
ERFINDUNG
-
Im
Allgemeinen betrifft die Erfindung Nano-/Elektrospray-Technologien.
Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung Nano-/Elektrospray-Emitter.
-
HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
-
Die
Elektrospray- bzw. Elektrosprüh-Ionisierung
(electrospray ionization; "ESI") hat die Verwendung
der Massenspektrometrie bei der bioanalytischen Chemie revolutioniert,
und zwar aufgrund der Fähigkeit,
große
Makromoleküle
aus einer Lösung als
intakte, mehrfach geladene Molekülionen
in die Gasphase zu transferieren. Ein besonderer Vorteil der ESI
liegt in der Einfachheit, mit der diese mit Flüssigkeitschromatographie (liquid
chromatography; "LC"), Kapillarelektrophorese
(capillary electrophoresis; "CE") und Kapillarelektrochromatographie
(capillary electrochromatography; "CEC")
verbunden werden kann. Eine interessante Entwicklung in den letzten
Jahren war die Bereitstellung von Verfahren für einen verminderten Probenverbrauch
bei der ESI, indem sehr viel geringere Flussraten (nl/min) als bei der
herkömmlichen
ESI (μl/min)
verwendet werden. Bei diesen ESI-Verfahren mit geringem Fluss wird
die Flussrate beim Mikrospray und beim Durchfluss-Nanospray durch
einen beliebigen Pumpentyp gesteuert, wohingegen beim statischen
Nanospray die Flussrate durch den Potentialunterschied bzw. die Potentialdifferenz
zwischen dem Emitter und der Gegenelektrode gesteuert wird, und
ein wenig Gasdruck kann ebenso aufgebracht werden, um das Spray
beizubehalten, wobei der Fluss von der Spitze typischerweise 30–60 nl/min
beträgt. Üblicherweise
sind Nanospray-Emitter hergestellt worden, indem Quarzglassubstrate
oder Glassubstrate unter Hitzeeinwirkung gezogen werden, um abgestufte
bzw. verjüngte Emitter
mit kleinen Innendurchmessern von beispielsweise einigen wenigen μm zu erzeugen.
-
Damit
Nanospray-ESI-MS-Emitter nützlich bei
der Verbindung mit LC, CE oder CEC sind, müssen die Emitter während des
Trennprozesses stabil bleiben. Eine Fehlfunktion des Emitters während des Verlaufs
der Trennung ist nicht akzeptabel. Insbesondere für die Quantifizierung,
wenn Kalibrierungskurven von mehreren Analyten bei mehreren Konzentrationsniveaus
ausgearbeitet werden sollen, dann sind einzelne Emitter mit längeren Lebensdauern
oder mehrere Emitter notwendig, die eine reproduzierbare Leistung
und eine reproduzierbare Ionisierungseffizienz aufweisen. Das stationäre Bett
muss über
die gesamte Lebensdauer der Säulenvorrichtung
gesichert verbleiben.
-
Während Nanospray
eine Möglichkeit
bietet, um Detektionsgrenzen bei MS bei niedrigem Niveau zu erreichen,
bei der lediglich einige wenige μl
Probe verwendet werden, und zwar bei hohen Salz- und/oder Pufferkonzentrationen,
weisen die meisten Nanoliter-Fluss-ESI-Emitter eine kurze Betriebslebensdauer,
eine schlechte Haltbarkeit und/oder eine geringe Reproduzierbarkeit
auf. Wenn überdies
der Innendurchmesser des Emitters zu groß ist oder zu viel Totvolumen
vorhanden ist, das mit der Verbindung des Emitters zu dem Auslass
der Säule
im Zusammenhang steht, dann kann eine Bandenverbreiterung oftmals
ein Problem darstellen, wodurch eine effektive Analyse gefährdet wird.
-
Es
gibt momentan einen Bedarf nach einem Emitter, der die dem Stand
der Technik anhaftenden Nachteile nicht aufweist.
-
KURZE ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, die als ein Nanospray-Emitter
bzw. Nanosprüh-Emitter
verwendet werden kann. Die Vorrichtung umfasst einen Fluideinlass,
eine Auslassöffnung
und einen Durchgang für
eine fluide Kommunikation zwischen dem Fluideinlass und der Auslassöffnung.
Gemäß einem
Aspekt dieser Ausführungsform
umfasst der Durchgang, der die fluide Kommunikation zwischen dem
Einlasselement und dem Auslasselement erleichtert, eine Kapillarsäule (d.h.
eine erste Kapillare), in der teilweise eine zweite Kapillare untergebracht
ist. Gemäß einem
Aspekt bestehen die erste und die zweite Kapillare aus Quarzglas.
-
Die
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Kapillarsäule
(oder erste Kapillare), die mit einer stationären Phase bepackt bzw. gepackt
ist. Die Säule
weist einen Fluideinlass und eine Auslassöffnung auf. In dieser Ausführungsform ist
eine zweite Kapillare innerhalb eines Abschnitts des Auslasses angeordnet.
Die zweite Kapillare ist unter Verwendung eines Haftmittels bzw.
Klebstoffs, das/der zwischen einem Abschnitt der Außenseite der
zweiten Kapillare und einem Abschnitt der Innenseite der ersten
Kapillare angeordnet ist, befestigt. In dieser Ausführungsform
steht ein Abschnitt der zweiten Kapillare von der Auslassöffnung der
ersten Kapillare ab. Wenn dieser abstehende Abschnitt der zweiten
Kapillare verstopft wird, dann kann ein Benutzer die distalen Abschnitte
abklemmen bzw. abschneiden, um somit die verstopften Teile der zweiten Kapillare
zu entfernen.
-
Die
Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung umfasst eine Kapillarsäule
(oder erste Kapillare), die mit einer stationären Phase bepackt ist. Die erste
Kapillare weist einen Fluideinlass und eine Auslassöffnung auf.
In dieser Ausführungsform
ist eine zweite Kapillare entlang des Fluideinlasses angeordnet
und eine weitere zweite Kapillare ist entlang der Auslassöffnung angeordnet.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Trennen
von Analyten, wobei das Verfahren das Durchleiten einer Lösung, die
einen Analyten enthält,
durch eine Kapillarsäule
gemäß der vorliegenden
Erfindung unter Bedingungen umfasst, um die Analyten, die innerhalb
einer Probe enthalten sind, wirksam zu trennen. Die Säule umfasst
eine erste Kapillare. Diese erste Kapillare umfasst eine stationäre Phase.
Eine zweite Kapillare, deren Außendurchmesser
kleiner als der Innendurchmesser der ersten Kapillare ist, ist teilweise
innerhalb der ersten Kapillare in der Nähe des Auslasses angeordnet. Ein
Abschnitt der zweiten Kapillare erstreckt sich über die erste Kapillare hinaus.
Die Analyten treten in die Säule
ein und wechselwirken differenziell bzw. unterschiedlich mit funktionellen
Gruppen der stationären
Phase. Die Analyten können
sodann aus der Säule
unter Verwendung einer geeigneten mobilen Phase eluiert werden bzw.
herausgespült
werden.
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen
eines Nanospray-Emitters und/oder einer Säule gemäß der vorliegenden Erfindung.
Zwei Kapillaren werden bereitgestellt, um die Vorrichtung gemäß der vorliegenden
Erfindung herzustellen. Eine erste Kapillare wird dazu verwendet, um
eine zweite Kapillare aufzunehmen. Die zweite Kapillare, deren Außendurchmesser
kleiner als der Außendurchmesser
der ersten Kapillare ist, wird in die erste Kapillare eingebracht
bzw. geschraubt. Anschließend
wird die erste Kapillare mit einer stationären Phase bepackt.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHUNGEN
-
1 zeigt
eine Kapillarsäule
zusammen mit einem Nanospray-Emitter gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
2 zeigt
einen Nanospray-Emitter gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
3 zeigt
eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
-
4 zeigt
ein vollständiges
Ionenchromatogramm (total ion chromatogram), das die Stabilität eines
mittels PDMS hergestellten Nanospray-Emitters gemäß der vorliegenden
Erfindung illustriert.
-
5A, 5B und 5C zeigen
drei Chromatogramme, die mittels dreier wiederholter Probeninjektionen
erhalten wurden.
-
DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Nanospray-Emitter, der einen
Emitterkörper
umfasst, der einen Fluideinlass, eine Auslassöffnung und einen Durchgang
für die
fluide Kommunikation zwischen dem Fluideinlass und der Auslassöffnung einschließt. Gemäß einem
Aspekt dieser Ausführungsform
umfasst der Durchgang, der die Kommunikation zwischen dem Einlasselement
und dem Auslasselement erleichtert, eine Kapillarsäule (d.h.
eine erste Kapillare), in der teilweise eine zweite Kapillare untergebracht
ist. Gemäß einem
Aspekt bestehen die erste und die zweite Kapillare aus Quarzglas,
das mit Polyimid beschichtet ist. Andere geeignete Materialien werden
jedoch ebenso vom Schutzumfang der Erfindung umfasst, einschließlich, jedoch
nicht beschränkt
auf keramische Gläser,
Borosilicatgläser, ummanteltes
Quarzglas, Quarzglasgläser,
Aluminiumsilicatgläser,
Quarz, Metalle, wie beispielsweise Edelstahl, Titan, Nickel, Gold,
Platin, andere leitfähige
Materialien und dergleichen.
-
1 zeigt
eine Ausführungsform
gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Figur zeigt einen Schnitt durch eine Chromatographiesäule 1,
die eine erste Kapillare 3 und eine stationäre Phase 5 umfasst.
Die erste Kapillare 3 kann aus einem Quarzglasrohr mit
einer Polyimidbeschichtung bestehen. Andere geeignete Materialien
werden jedoch ebenfalls vom Schutzumfang der Erfindung umfasst,
einschließlich,
jedoch nicht beschränkt
auf keramische Gläser,
Borosilicatgläser,
Quarzglasgläser,
ummantelte Quarzglasgläser
(wie beispielsweise PEEKsilTM), mit Edelstahl
ausgegossene Aluminiumsilicatgläser,
Edelstahl, Nickel, Platin, Titan, andere leitfähige Materialien und dergleichen.
Gemäß einem
Aspekt weist die erste Kapillare 3 einen Außendurchmesser
von etwa 360 μm
bis etwa 720 μm
mit einem Innendurchmesser von etwa 100 μm bis etwa 150 μm auf. Die
Länge der
ersten Kapillare liegt im Bereich von etwa 1 cm bis etwa 100 cm.
Die stationäre
Phase 5 kann jedwedes geeignete Material umfassen, wie diese
dem Fachmann wohlbekannt sind.
-
Die
Kapillarsäule 1 von 1 umfasst
außerdem
eine zweite Kapillare 7. Diese zweite Kapillare 7 kann
aus Quarzglas bestehen. In diesem Fall weist das Quarzglas eine
Polyimidbeschichtung auf. Andere geeignete Materialien werden jedoch
ebenso von dem Schutzumfang der Erfindung umfasst, einschließlich, jedoch
nicht beschränkt
auf keramische Gläser,
Borosilicatgläser,
Quarzgläser,
Aluminiumsilicatgläser,
Nickel, Platin, Gold, andere leitfähigen Materialien und dergleichen.
Die zweite Kapillare 7 ist in der Nähe oder an der Auslassöffnung der
Kapillarsäule 1 angeordnet.
Die zweite Kapillare 7 ist innerhalb des inneren Lumens
der ersten Kapillare 3 angeordnet. Gemäß einem Aspekt endet die zweite
Kapillare 7 intern an oder in der Nähe der Verbindungsstelle (junction)
mit der stationären
Phase 5.
-
Ein
Haftmittel bzw. Klebstoffmaterial, wie beispielsweise Poly(dimethylsiloxan)
oder "PDMS" kann dazu verwendet
werden, um die zweite Kapillare 7 innerhalb der ersten
Kapillare 3 fest zu positionieren bzw. zu fixieren. Das
Klebstoffmaterial kann zwischen der Außenseite der zweiten Kapillare 7 und
der Innenseite (oder der dem Lumen zugewandten Seite) der ersten
Kapillare 3 angebracht sein. Ein bevorzugtes PDMS wird
unter dem Handelsnamen SYLGARD® 184 Silicone Elastomer
von der Firma Dow Corning Corporation, Midland, Michigan, USA, vertrieben.
PDMS wird als ein Elastomer aus zwei Teilen vertrieben, das üblicherweise
in bestimmten Verhältnissen
der Base und des Aushärtungsmittels
vermischt wird. Ein bevorzugtes Gemisch weist ein Verhältnis der
Base zu dem Aushärtungsmittel
von 10:1 auf und wird ohne eine Verdünnung und ohne ein Entgasen
verwendet. Die zweite Kapillare 7 kann einen Außendurchmesser
aufweisen, der im Bereich von etwa 40 μm bis etwa 150 μm liegt,
wobei der Innendurchmesser im Bereich von etwa 30 μm bis etwa 5 μm liegt.
Eine Auslassöffnung 11 ist
immer noch in der zweiten Kapillare 7 vorhanden. Offensichtlich wird
der Durchmesser der Auslassöffnung 11 reduziert,
wenn eine zweite Kapillare 7 vorhanden ist. Die Länge der
zweiten Kapillare liegt im Bereich von etwa 1 cm bis etwa 10 cm.
-
Gemäß einem
Aspekt kann es sich bei der ersten Kapillare 3 um ein Metall
und bei der zweiten Kapillare 7 beispielsweise um Quarzglas
handeln. Metalle, die verwendet werden können, umfassen, sind jedoch
nicht beschränkt
auf Nickel, Platin, Edelstahl, Gold und dergleichen. Gemäß diesem
Aspekt sollte die Metalloberfläche
der ersten Kapillare beispielsweise in einem Plasmaofen oxidiert
werden, und zwar vor dem Einbringen der zweiten Kapillare und dem
Hinzufügen
eines Haftmittels bzw. Klebstoffs, wie beispielsweise PDMS. Gemäß einem
weiteren Aspekt handelt es sich bei der ersten Kapillare 3 um
einen Quarzglasabschnitt bzw. ein Quarzglasstück, wobei das Quarzglasstück mit einem
Schutzmaterial ummantelt ist, das die Festigkeit und die Flexibilität verbessert.
PEEKsilTM beispielsweise kann als die erste
Kapillare 3 verwendet werden, wobei es sich um ein Quarzglasrohr
mit einer Polymerhülse handelt.
-
Gemäß einem
Aspekt dieser Ausführungsform
steht die zweite Kapillare 7 von der ersten Kapillare 3 in
dem Bereich des Auslasses ab. Dieser Vorsprung kann im Bereich von
etwa 30 mm bis etwa 1 mm liegen. Dieser abstehende bzw. vorstehende
Abschnitt 17 ist zusammenhängend mit dem Rest der zweiten
Kapillare 7. Wenn der Auslass verstopft wird, dann kann
ein Benutzer einen kleinen Teil des abstehenden Abschnitts 17 abklemmen
bzw. abschneiden, der die Behinderung enthält, um somit die Behinderung
in der zweiten Kapillare 7 zu entfernen und den ursprünglichen
Fluss wiederherzustellen.
-
Die
zweite Kapillare 7 kann genauso wie die erste Kapillare 3 hergestellt
werden, wobei diese Techniken dem Fachmann wohlbekannt sind. Sobald die
zweite Kapillare 7 hergestellt worden ist, kann diese in
Position innerhalb des Lumens der ersten Kapillare 3 befestigt
bzw. fixiert werden. Offensichtlich ist der Außendurchmesser der zweiten
Kapillare 7 kleiner als der Innendurchmesser der ersten
Kapillare 3. Ein Haftmittel bzw. Klebemittel, wie beispielsweise
PDMS, kann dazu verwendet werden, um die zweite Kapillare 7 in
Position innerhalb der ersten Kapillare 3 zu befestigen
bzw. zu fixieren. Wärme
kann aufgebracht werden, um eine Verschmelzung der zwei Kapillaren
(d.h. der ersten und der zweiten Kapillare) zu bewirken. Temperaturen
im Bereich von etwa Raumtemperatur (etwa 25°C) bis etwa 110°C werden
angewendet, um das PDMS aushärten
zu lassen.
-
Gemäß einem
Aspekt kann eine leitfähige Beschichtung
auf die Kapillarsäule 1 aufgebracht werden.
Gemäß einem
besonderen Aspekt wird die Beschichtung auf die erste Kapillare 3 aufgebracht. Gemäß einem
weiteren besonderen Aspekt wird die Beschichtung auf die zweite
Kapillare 7 aufgebracht. Gemäß einem noch weiteren Aspekt
wird die Beschichtung sowohl auf die erste Kapillare 3 als
auch auf die zweite Kapillare 7 aufgebracht. Diese Beschichtung
erleichtert eine Hochspannungsverbindung zwischen einer Energiequelle
und der Kapillarsäule 1.
Beispiele für
geeignete Beschichtungsmaterialien umfassen, sind jedoch nicht beschränkt auf Kohlenstoff,
Gold, Nickel, Titan, Platin, Edelstahl, Polyanilin (PANI), Polypropylen
(einschließlich
eines Gemisches aus Polypropylen und Graphit), Polyimid/Graphit
und andere leitfähige
Materialien.
-
Die
Beschichtung kann durch die Verwendung irgendeines geeigneten Verfahrens
aufgebracht werden, das dem Fachmann wohlbekannt ist. Beispielsweise
kann die Kapillarvorrichtung oder wenigstens der Abschnitt, der
beschichtet werden soll, in eine lösliche Suspension eingetaucht
werden, die die gewünschte
Beschichtung enthält.
Diese Suspension kann entweder eine wässrige Lösung oder ein organisches Lösungsmittel
sein. Nach dem Eintauchen wird es ermöglicht, dass das Lösungsmittel verdampft,
um die gewünschte
Beschichtung auf dem Abschnitt der Kapillarvorrichtung zurückzulassen,
der in die Suspension eingetaucht worden ist (siehe die WO 01/50820,
auf deren gesamten Inhalt hiermit Bezug genommen wird). Ferner wird
beispielsweise eine dünne
Schicht eines leitfähigen
Materials auf einem Abschnitt der Kapillarvorrichtung mittels elektrolytischer
Ablagerung (electrolytic deposition), Aufspritzbeschichtung (sputter
coating), elektrochemischer Ablagerung (electrochemical deposition)
oder Dampfablagerung (vapor deposition) abgelagert (siehe Nilsson
et al., "Gold-coated
fused silica sheathless electrospray emitters based on vapor deposited
titanium adhesion layers",
Rapid Comm. in Mass. Spectrom. 203:17 1535–1540).
-
Es
wird angenommen, dass einige geeignete elektrisch leitfähige Beschichtungen
gemäß der vorliegenden
Erfindung zusätzlich
ein elektrostatisches Anhaften an dem Kapillarsubstrat, wie beispielsweise Glas,
aufweisen. Es ist beispielsweise sehr wahrscheinlich, dass PANI-Beschichtungen
positiv geladene Stellen inner halb des Polymers aufweisen, die mit
negativ geladenen Stellen auf dem Substrat wechselwirken.
-
Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Dicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung
im Wesentlichen über
die gesamte Kapillarvorrichtung oder einen Abschnitt dieser Kapillarvorrichtung,
die die erste und die erste Kapillare umfasst, gleichförmig. Gemäß einem
Aspekt ist die Dicke der elektrisch leitfähigen Beschichtung kleiner als
etwa 10 μm.
Gemäß einem
besonderen Aspekt beträgt
die Dicke der Beschichtung etwa zwischen 2 μm und 4 μm. Gemäß einem weiteren besonderen Aspekt
beträgt
die Dicke der Beschichtung etwa zwischen 25 nm bis 100 nm. Gemäß einem
noch weiteren Aspekt beträgt
die Dicke der Beschichtung etwa 100 nm bis 2 μm.
-
Die
leitfähige
Beschichtung kann auf jedweden Abschnitt der Kapillarvorrichtung
aufgebracht werden, der es einer elektrischen erleichtern wird, durch
die Lösung
befördert
zu werden, die durch die Kapillare geführt wird. Beispielsweise kann
die Beschichtung auf die gesamte erste Kapillare oder einen Teil
davon aufgebracht werden. Alternativ kann die Beschichtung auf die
gesamte zweite Kapillare oder einen Teil davon aufgebracht werden.
Bei einer noch weiteren Alternative kann die Beschichtung sowohl
auf die erste als auch auf die zweite Kapillare aufgebracht werden.
Die leitfähige
Beschichtung kann auf einen Abschnitt der Kapillarvorrichtung aufgebracht
werden, der an einen Einlass angrenzt, wie beispielsweise den Einlass
der ersten Kapillare. Die leitfähige
Beschichtung kann auf einen Auslassabschnitt aufgebracht werden,
wie beispielsweise den Auslass der zweiten Kapillare.
-
Ein
Beschichten mit PANI wird durch die folgenden Eigenschaften gekennzeichnet:
hohe Widerstandskraft hinsichtlich elektrischer Entladung, wobei Beschichtungen
mehrere Tage oder mehr unter Elektrospraybedingungen halten; eine
Leitfähigkeit
von etwa 5 S/cm bei 25°C
und 1 M HCl (MacDiarmid et al., Synth. Met. (1987) 18, 190–285); Widerstandsfähigkeit
hinsichtlich Korrosion (Wessling und Posdorfer, Electrochim. Acta
(1999) 44, 2139–2147),
während
eine mechanische Festigkeit und antistatische Eigenschaften beibehalten
werden (Triveldi und Dhawan, J. Mat. Chem. (1992) 2, 1091–1096);
optische Transparenz (grün),
die ein direktes Betrachten einer ESI-Probe ermöglicht; sowie eine ausgezeichnete Übereinstimmung
mit Glaseigenschaften (Manohar et al., Synth. Met. (1991) 41–43, 711–714), wobei
auf den gesamten Inhalt dieser Veröffentlichungen Bezug genommen
wird.
-
Wie
sich wiederum 1 entnehmen lässt, kann
eine mobile Phase die vorliegende Erfindung gemäß dem Pfeil durchlaufen, der
in der Figur dargestellt ist. Die Flussrate der mobilen Phase liegt
im Bereich von etwa 50 μl/min
bis etwa 20 nl/min oder weniger. Wenn die mobile Phase durch die
stationäre Phase 5 innerhalb
der Säule 1 läuft, dann
können
besondere Wechselwirkungen zwischen den Analyten auftreten, die
in der mobilen Phase enthalten sind, sowie den funktionellen Gruppen
der stationären Phase 5.
Die mobile Phase tritt aus der stationären Phase 5 aus und
tritt in den Auslassbereich der Säule 1 ein.
-
2 zeigt
einen Nanospray-Emitter 13 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Der Emitter 13 umfasst eine erste Kapillare 3 und
eine zweite Kapillare 7. In dieser Ausführungsform ist die zweite Kapillare 7 teilweise
innerhalb der ersten Kapillare 3 untergebracht. Die erste
Kapillare 3 und die zweite Kapillare 7 bestehen
aus einem geeigneten Material, einschließlich, jedoch nicht beschränkt auf
Polyimid-beschichtetes Quarzglas, keramische Gläser, Borosilicatgläser, Aluminiumsilicatgläser, Gold,
Titan, Platin, Nickel, andere leitfähige Materialien und dergleichen. Überdies
kann eine leitfähige
Beschichtung, wie beispielsweise Gold, Kohlenstoff, eine Polyanilinbeschichtung
und dergleichen, angewendet werden, um den Emitter zu beschichten.
Gemäß einem
Aspekt dieser Ausführungsform
bestehen sowohl das erste Element 3 als auch das zweite
Element 7 aus Quarzglas. Die zweite Kapillare 7 wird
innerhalb der ersten Kapillare 3 fest durch einen Klebstoff
bzw. ein Haftmittel 9 gehalten. Gemäß einem Aspekt handelt es sich
bei dem Haftmittel 9 um PDMS.
-
Indem
eine zweite Kapillare 7 innerhalb der ersten Kapillare 3 enthalten
ist, wird die Auslassöffnung
reduziert. Die Verminderung sowohl des äußeren als auch des inneren
Durchmessers der Auslassöffnung
liegt im Bereich von etwa einer 4-fachen Reduzierung bis etwa einer 10-fachen
Reduzierung. Gemäß einem
Aspekt kann beispielsweise der Durchmesser der ersten Kapillare 3 etwa
360 μm betragen,
während
der Außendurchmesser
der zweiten Kapillare 7 etwa 90 μm betragen kann. Gemäß diesem
Aspekt gibt es eine Verminderung des Durchmessers um einen Faktor
von etwa 4. Der Innendurchmesser der ersten Kapillare beträgt etwa
75 μm, während der
Innendurchmesser der zweiten Kapillare 7 etwa 10 μm beträgt.
-
Ferner
ist in 2 ein Abschnitt der zweiten Kapillare 7 dargestellt,
der von dem stumpfen Ende der ersten Kapillare 3 absteht
bzw. vorsteht. Das Ausmaß,
in dem die zweite Kapillare 7 absteht bzw. vorsteht 17,
ist relativ. Anfänglich kann
sich der abstehende Abschnitt 17 von dem stumpfen Ende
der ersten Kapillare 3 etwa um 1 bis etwa 30 mm erstrecken
(man sollte jedoch erkennen, dass sich die zweite Kapillare im Inneren über die
gesamte Länge des
Emitterbereichs erstreckt). Wenn jedoch die Vorrichtung im Laufe
der Zeit verwendet wird, dann ist es denkbar, dass die zweite Kapillare 7 durch
Material behindert bzw. verstopft wird. Sollte die Behinderung innerhalb
des freiliegenden (oder möglicherweise "abstehenden") Abschnitts der
zweiten Kapillare in der Nähe
der Spitze auftreten, dann kann ein Benutzer den Abschnitt der zweiten
Kapillare 7 entfernen, der verstopft ist, und zwar unter
Verwendung irgendwelcher bekannter Mittel. Indem die Behinderung entfernt
wird, wird der ursprüngliche
Fluss wiederhergestellt.
-
3 zeigt
eine weitere Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung. In dieser Ausführungsform umfasst eine Säule 15 eine
stationäre
Phase 5, einen Einlass 21 und einen Auslass 23.
In dieser Ausführungsform
ist eine Kapillare innerhalb einer Kapillare, wobei jede Kapillare
im Wesentlichen der in 2 dargestellten entspricht,
sowohl an dem Einlassende 21 als auch an dem Auslassende 23 der Säule 15 angeordnet.
In einer alternativen Ausführungsform
der Erfindung könnte
das Einlassende 21 offen sein, wobei keine innere Kapillare
in Position befestigt ist, um das Bett der stationären Phase
zurückzuhalten.
Die stationäre
Phase an dem Einlassende 21 könnte ebenso unter Verwendung
einer Fritte oder anderer wohlbekannter Mittel in Position befestigt
bzw. fixiert werden.
-
Unter
Bezugnahme auf den Einlassabschnitt 21 der Säule erkennt
man, dass eine zweite Kapillare 7'' innerhalb
einer ersten Kapillare 3 angeordnet ist. Gemäß einem
Aspekt bestehen sowohl die zweite Kapillare 7'' als auch die erste Kapillare 3 aus
einem mit Polyimid beschichteten Quarzglas. Andere geeignete Materialien
können
jedoch verwendet werden, wie diese vorstehend beschrieben worden
sind. Die zweite Kapillare 7'' wird durch
ein Haftmittel 9'' fest in Position
innerhalb der ersten Kapillare 3 gehalten bzw. fixiert.
Gemäß einem
Aspekt handelt es sich bei diesem Klebstoff bzw. Haftmittel 9'' um PDMS.
-
In 3 ist
ein abstehender bzw. vorstehender Abschnitt 19 der zweiten
Kapillare 7'' dargestellt. Gemäß einem
Aspekt gibt es keinen abstehenden Abschnitt 19 der zweiten
Kapillare 7'', der von dem Einlass 21 ausgeht,
wobei es sich somit bei diesem Ende um ein stumpfes Ende handelt.
Mit anderen Worten, die zweite Kapillare 7'' verläuft bündig mit der
ersten Kapillare 3.
-
Der
Innendurchmesser der Einlassöffnung 25,
die durch die zweite Kapillare 7'' erzeugt
wird, kann im Bereich von etwa 10 μm bis 20 μm liegen. Das Herstellen des
Einlasses 21 mit einer zweiten Kapillare, die in einer
ersten Kapillare angeordnet ist, weist mehrere Vorteile auf. Beispielsweise
ist diese Ausgestaltung günstig
bei der Befestigung bzw. Fixierung der stationären Phase innerhalb der Säule. Überdies
führt eine
Verkleinerung des Innendurchmessers über die zweite Kapillare 7'' zu einer Verminderung der Bandenverbreiterung.
-
Der
Auslassabschnitt 23 der Säule weist ein der in 1 dargestellten
Ausführungsform ähnliches
Erscheinungsbild auf. Es gibt eine erste Kapillare 3, die,
wie dies in 3 dargestellt ist, über die
gesamte Längsachse
der Säule 15 verläuft, um
im Wesentlichen die äußere Schale
bzw. Hülle
der Säule 15 bereitzustellen.
Wie im Fall des Einlassabschnitts 21 ist eine zweite Kapillare 7 innerhalb
der ersten Kapillare 3 angeordnet. Die zweite Kapillare 7 wird
mittels eines Haftmittels 9 innerhalb der ersten Kapillare 3 sicher
bzw. fest in Position gehalten. Gemäß einem Aspekt handelt es sich
bei dem Haftmittel um PDMS. Wenn sich die zweite Kapillare in Position
befindet, dann wird die Auslassöffnung 27 auf
etwa 10–20 μm verkleinert. Üblicherweise
sind die Innendurchmesser des Einlasses und des Auslasses äquivalent,
obwohl sie dies nicht sein müssen.
-
3 zeigt
einen abstehenden Abschnitt 17 der zweiten Kapillare 7.
Dieser Abschnitt 17 der zweiten Kapillare erstreckt sich über die
erste Kapillare 3 hinaus. Die Länge dieses abstehenden Abschnitts 17 kann
im Bereich von etwa 1 bis 30 mm liegen. Wenn die Spitze im Gebrauch
verstopft wird, dann kann ein Benutzer den Abschnitt der zweiten
Kapillare 7 entfernen, der die Behinderung enthält, um somit
den ursprünglichen
Fluss wiederherzustellen.
-
Ein
Verfahren zum Trennen einer Probe von Analyten unter Verwendung
einer Kapillarsäule
gemäß der vorliegenden
Erfindung wird hier beschrieben. Die Probe eines oder mehrerer Analyten
wird unter geeigneten Bedingungen unter Verwendung einer geeigneten
mobilen Phase hinzugemischt. Diese mobile Phase ist ein Lösungsmittel,
in dem die Analyten gelöst
werden können.
Die mobile Phase, die die Analyten enthält, wird sodann in ein Chromatographiesystem
eingebracht. Dieses Chromatographiesystem umfasst eine Kapillarsäule gemäß der vorliegenden
Erfindung. Die Säulen
gemäß der vorliegenden
Erfindung umfassen eine erste Kapillare und eine zweite Kapillare,
wobei die zweite Kapillare entweder vollständig oder teilweise innerhalb
der ersten Kapillare untergebracht ist. Die erste Kapillare umfasst
außerdem
eine stationäre
Phase. Diese statio näre
Phase weist funktionelle Gruppen auf, die mit den Analyten wechselwirken
können.
Die Analyten, wenn diese in die Säule eingebracht werden, durchqueren
die stationäre
Phase, die innerhalb der ersten Kapillare enthalten ist, um mit
den funktionellen Gruppen der stationären Phase zu wechselwirken. Einige
Analyten werden eine größere Affinität hinsichtlich
der funktionellen Gruppen als andere aufweisen, und zwar je nach
den vorhandenen Bedingungen (die durch die mobile Phase hergestellt
werden). Eine differentielle Trennung und Elution der Analyten kann
sodann unter Verwendung eines geeigneten Elutionslösungsmittels
durchgeführt
werden.
-
Der
austretende Ausfluss (der einen oder mehrere Analyten umfasst) kann
in ein Detektionssystem eingebracht werden, beispielsweise ein Massenspektrometer
mittels Nanoelektrospray, wo eine Flüssigkeitsverbindungsstelle
verwendet wird, eine hohe Spannung auf den Ausfluss anzuwenden.
Dieser Analysemodus kann mit einer Vernebelungshülle (nebulizing sheath) oder
ohne eine solche stattfinden. Gemäß einem weiteren Aspekt können die
Analyten einer Kapillarelektrophorese-Einheit unterzogen werden,
die mit einem Emitter gemäß der vorliegenden
Erfindung verbunden ist. Gemäß einem
noch weiteren Aspekt können
die Analyten einer Kapillarelektrochromatographie-Einheit unterzogen
werden, die mit einem Emitter gemäß der vorliegenden Erfindung
verbunden ist. Hierbei handelt es sich um Standardanalysearten,
die dem Fachmann wohlbekannt sind (siehe Kennedy, R.T. et al., Chem.
Rev. (1999) 99, 3081–3131).
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ferner Verfahren zum Herstellen einer
Nanospray-Vorrichtung. Eine erste Kapillare wird bereitgestellt.
Diese Kapillare kann aus irgendeinem geeigneten Material bestehen,
wie diese vorstehend beschrieben wurden. Gemäß einem Aspekt besteht die
erste Kapillare aus Quarzglas. Sodann wird eine zweite Kapillare
bereitgestellt. Die zweite Kapillare kann aus demselben Material
wie die erste Kapillare bestehen oder diese kann aus einem anderen
geeigneten Material bestehen. Die zweite Kapillare weist einen Außendurchmesser
auf, der kleiner als der Innendurchmesser der ersten Kapillare ist,
so dass diese innerhalb des Innendurchmessers der ersten Kapillare
befestigt werden kann. Die zweite Kapillare wird unter Verwendung
eines Haftmittels, wie beispielsweise PDMS, sicher bzw. fest in
Position gehalten. Wärme
kann aufgebracht werden, um eine Verschmelzung der zwei Kapillaren
zu bewirken (d.h. der ersten und der zweiten Kapillare). Temperaturen,
die im Bereich zwischen Raumtemperatur (etwa 25°C) bis etwa 110°C liegen,
können
angewendet werden. Anschließend wird
die erste Kapillare mit einem vorbestimmten sta tionären Material
(siehe beispielsweise die US-Patentschrift Nr. 5,997,746, auf deren
gesamten Inhalt hiermit Bezug genommen wird) gepackt oder eine monolithische
Phase wird synthetisiert und innerhalb der ersten und/oder der zweiten
Kapillare erzeugt, wie dies dem Fachmann wohlbekannt ist.
-
BEISPIELE
-
Beispiel 1:
-
Demonstration
der Stabilität
des Nanospray-Emitters gemäß der vorliegenden
Erfindung.
-
4 zeigt
ein vollständiges
Ionenchromatogramm (total ion chromatogram; TIC). Das vorliegende
TIC zeigt die Stabilität
eines mittels PDMS hergestellten Nanospray-Emitters (20 μm Inndendurchmesser)
für eine
Infusion einer 400 femtomol/μl-Lösung von
[Glu1]-Fibrinopeptid B bei einer Flussrate
von 400 nl/min über
einen Zeitraum von 3 Stunden. Daten sind unter Verwendung eines Q-Tof-MicroTM-Quadrupol/TOF-Hybridinstruments der Firma
Micromass mit einem Nanospray Z-Spray-Quellengehäuse erfasst worden. Die Kapillarspannung
(an der Flüssigkeitsverbindungsstelle angebracht)
betrug 3,5 kV. Bei dem Lösungsmittel handelt
es sich um 1:1 Wasser/Acetonitril mit 0,1% Ameisensäure.
-
Beispiel 2:
-
Reproduzierbares
Verhalten des Nanospray-Emitters gemäß der vorliegenden Erfindung.
-
Die 5A, 5B und 5C zeigen LC/MS-Chromatogramme
von drei wiederkehrenden Injektionen von 500 femtomol eines Enolaseextrakts unter
Verwendung eines mittels PDMS hergestellten Emitters mit einem Innendurchmesser
von 20 μm, der
mit einer Waters-Säule
Symmetry® C18
NanoEaseTM (75 μm × 100 mm, 5 μm Partikelgröße) verbunden
war. Ein Waters CapLCTM-HPLC-System wurde
bei einer Flussrate von 430 nl/min (von 4 μl/min abgezweigt) verwendet,
Lösungsmittel
A: 0,1% Ameisensäure,
Lösungsmittel
B: 98% Acetonitril/2% Wasser mit 0,1% Ameisensäure, Gradient: 5% B zu 5% B
in 60 Minuten. Daten wurden unter Verwendung eines Q-Tof-MicroTM-Quadrupol/TOF-Hybridinstruments
der Firma Micromass mit einem Nanospray Z-Spray-Quellengehäuse gewonnen.
Die Kapillarspannung (angewendet an der Flüssigkeitsverbindungsstelle)
betrug 3,5 kV. Die Gesamtdauer des Versuchs der drei Injektionen
betrug mehr als 5,5 Stunden.
-
Obgleich
die Erfindung hinsichtlich zahlreicher Ausführungsformen beschrieben worden
ist, sollte man erkennen, dass die Erfindung in einer großen Vielzahl von weiteren und anderen Ausführungsformen
verwirklicht werden kann, die dem Wesen und dem Schutzumfang der
nachstehenden Ansprüche
entsprechen.
-
ZUSAMMENFASSUNG
-
Es
wird eine Elektrosprayvorrichtung für die Massenspektrometrie beschrieben,
die einen Fluideinlass, eine Auslassöffnung und einen Durchgang für die fluide
Kommunikation zwischen dem Fluideinlass und der Auslassöffnung aufweist.
Dieser Durchgang ist durch eine Kapillare (eine erste Kapillare) ausgebildet.
Diese erste Kapillare beherbergt teilweise eine zweite Kapillare,
so dass die Auslassöffnung verkleinert
ist. Ein Abschnitt der zweiten Kapillare erstreckt sich über die
erste Kapillare hinaus. Diese Verlängerung ermöglicht es einem Benutzer, verstopfte
Abschnitte der zweiten Kapillare abzuschneiden.