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Gebiet der Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft eine Ionentransferanordnung zum Transportieren
von Ionen innerhalb eines Massenspektrometers, und insbesondere
eine Ionentransferanordnung zum Transportieren von Ionen von einer
Atmosphärendruck-Ionisierungsquelle zum Hochvakuum einer
Massenspektrometer-Vakuumkammer.
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Hintergrund der Erfindung
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Ionentransferrohre,
auch als Kapillaren bekannt, sind in der Technik der Massenspektrometrie
gut bekannt, für den Transport von Ionen zwischen einer
Ionisierungskammer, die auf oder nahe Atmosphärendruck gehalten
wird, und einer zweiten Kammer, die auf reduziertem Druck gehalten
wird. Allgemein beschrieben, nimmt ein Ionentransferkanal typischerweise
die Form eines langgestreckten, dünnen Rohrs (einer Kapillare) ein,
mit einem Einlassende, das sich zu der Ionisierungskammer öffnet,
und einem Auslassende, das sich zur zweiten Kammer öffnet.
Ionen, zusammen mit geladenen und ungeladenen Teilchen (z. B. partiell
aufgelösten Tröpfchen von einer Elektrospray-
oder APCI-Sonde, oder Ionen und Neutrale und Substrat/Matrix von
einer Laserdesorption- oder MALDI-Quelle) sowie Hintergrundgas treten
in das Einlassende der Ionentransferkapillare ein und durchlaufen
deren Länge unter dem Einfluss des Druckgradienten. Der
Ionen/Gasfluss verlässt dann das Ionentransferrohr als
sich frei ausdehnender Strahl. Die Ionen können anschließend
durch die Blendenöffnung eines Skimmerkegels durch Regionen
mit aufeinander folgend niedrigen Drücken hindurchlaufen und
werden danach zu einem Massenanalysator geliefert, zum Erfassen
eines Massenspektrums.
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Es
gibt einen signifikanten Verlust bei existierenden Ionentransferanordnungen,
so dass der Großteil der von der Ionenquelle erzeugten
Ionen nicht in der Lage ist, die Ionentransferanordnung zu erreichen
und diese in nachfolgende Stufen der Massenspektrometrie zu durchlaufen.
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Es
sind mehrere Ansätze gemacht worden, um dieses Problem
zu lösen. Zum Beispiel kann das Ionentransferrohr erhitzt
werden, um restliches Lösungsmittel zu verdampfen (wodurch
die Ionenproduktion verbessert wird) und Lösungsmittel-Analyt-Addukte
zu dissoziieren. Es wurde ein Gegenstrom des erhitzten Gases vorgeschlagen,
um vor dem Eintritt des Nebels in den Transferkanal die Auflösung
zu erhöhen. Es sind verschiedene Techniken zum Ausrichten
und Positionieren des Probennebels, des Kapillarrohrs und des Skimmers
implementiert worden, beim Bestreben, die Anzahl von Ionen von der
Quelle zu maximieren, die tatsächlich in die Ionenoptik
der Massenspektrometer stromab des Ionisierungskanals gelangen.
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Es
ist beobachtet worden (siehe z. B.
Sunner et al, J. Amer.
Soc. Mass Spectrometry, Band 5, Nr. 10, Seiten 873–885
(Oktober 1994)), dass ein wesentlicher Anteil der in das
Ionentransferrohr eintretenden Ionen durch Kollisionen mit der Rohrwand
verloren gehen. Dies verringert die Anzahl der zum Massenanalysator
gelieferten Ionen und beeinträchtigt die Empfindlichkeit
des Instruments. Ferner kann, bei aus dielektrischem Material aufgebauten
Rohren, die Kollision von Ionen mit der Rohrwand in einer Ladungsakkumulation
resultieren und den Ioneneintritt in und den Fluss durch das Rohr
verhindern. Die herkömmliche Technik enthält eine
Anzahl von Ionentransferrohrkonstruktionen, die angeblich den Ionenverlust
reduzieren, indem Wechselwirkungen der Ionen mit der Rohrwand verringert
werden, oder der Ladungseffekt reduziert wird. Zum Beispiel schlägt
das
US-Patent Nr. 5,736,740 für
Franzen vor, durch Anlegen eines axialen DC-Felds Ionen relativ
zum Gasstrom zu verzögern. Gemäß dieser
Referenz erzeugt das parabolische Geschwindigkeitsprofil des Gasstroms
(relativ zu den Ionen) eine Gasdynamikkraft, die Ionen zur Rohrmittellinie
hin fokussiert.
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Andere
herkömmliche Referenzen (z. B.
US-Patent Nr. 6,486,469 für
Fischer) sind auf Techniken gerichtet, um die Aufladung eines dielektrischen Rohrs
zu minimieren, zum Beispiel durch Beschichten des Eintrittsbereichs
mit einer Lage aus leitfähigem Material, das mit einem
Ladungsabfluss verbunden ist.
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Ein
anderer Ansatz ist es, von der Atmosphäre eintretende Ionen
zur Mittelachse hin zu ”trichtern”. Das Konzept
eines Ionentrichters für den Betrieb unter Vakuumbedingungen
nach einer Ionentransferkapillare wurde zuerst in
US 6,1076,28 angegeben und wurde dann
im Detail von
Belov et al in J. Am. Soc. Mass Spectrom. 200,
Band 11, Seiten 19–23, beschrieben. Jüngere
Ionentrichtertechniken sind im
US-Patent
Nr. 6,107,628 , in
Tang et al "Independent
Control of Ion transmission in a jet disrupter Dual-Channel ion
funnel electrospray ionization MS interface", Anal. Chem.
2002, Band 74, Seiten 5432–5437, beschrieben,
das eine Doppeltrichteranordnung zeigt, in
Page et al "An
electrodynamic ion funnel interface for greater sensitivity and
higher throughput with linear ion trap mass spectrometers",
Int. J. Mass Spectrometry 265(2007), Seiten 244–250,
wo ein Ionentrichter beschrieben ist, der zur Verwendung in einer
Linearfallenquadrupol(LTQ)-Anordnung ausgelegt ist. Leider erstreckt
sich der effektive Betrieb des Ionentunnels nur bis zu Gasdrücken
von angenähert 40 mbar, d. h. 4% des Atmosphärendrucks.
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Eine
trichterförmige Vorrichtung mit einer Öffnung
zum Atmosphärendruck ist offenbart in Kremer et
al "A novel method for the collimation of ions at atmospheric
pressure" in J. Phys. D.: Appl Phys., Band 39(2006), Seiten
5008–5015, die eine passive Ionenlinse mit schwimmendem
Element verwendet, um Ionen elektrostatisch zu fokussieren (diese
zu kollimieren). Jedoch befasst sie sich nicht mit dem Ziel, Ionen
im Druckbereich zwischen Atmosphäre und Vorvakuum zu fokussieren.
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Eine
noch andere alternative Anordnung ist im
US-Patent Nr. 6,943,347 für
Willoughby et al. angegeben, die eine geschichtete Rohrstruktur
mit axial abwechselnden Lagen aus leitfähigen Elektroden
angibt. An die leitenden Elektroden werden Beschleunigungspotentiale
angelegt, um die Felddurchdringung in den Eintrittsbereich zu minimieren
und eine Feldstreuung zu verzö gern, bis viskose Kräfte
besser in der Lage sind, die Streuungseffekte zu überwinden,
die aus dem Abnehmen der elektrischen Felder resultieren. Obwohl
dies wahrscheinlich dazu beiträgt, Ionenverluste zu reduzieren,
würde die tatsächliche Fokussierung von Ionen
zur Mittelachse hin immer eine Erhöhung des axialen Felds
erfordern, was bei niedrigen Drücken, wegen eines Zusammenbruchs,
technisch unmöglich wird.
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Noch
andere herkömmliche Referenzen (z. B.
US-Patent Nr. 6,486,469 für
Fischer) sind auf Techniken gerichtet, um die Aufladung eines dielektrischen
Rohrs zu minimieren, zum Beispiel durch Beschichten des Eintrittsbereichs
mit einer Lage aus leitfähigem Material, das mit einem
Ladungsabfluss verbunden ist.
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Während
einige der vorstehenden Ansätze partiell erfolgreich sein
mögen, Ionenverluste zu reduzieren und/oder nachteilige
Effekte zu lindern, die von Ionenkollisionen mit der Rohrwand resultieren,
ist die Fokussierungskraft weithin nicht ausreichend, um Ionen von
den Wänden wegzuhalten, insbesondere wenn eine signifikante
Raumladung innerhalb des Ionenstrahls und eine signifikante Länge
des Rohrs gegeben ist. Die letztere Anforderung ergibt sich aus
dem Bedarf, Cluster aufzulösen (zu desolvieren), die durch
eine Elektrospray- oder APCI-Ionenquelle gebildet werden. In einer
alternativen Anordnung könnte das Rohr durch eine simple Öffnung
ersetzt werden, und dann muss der Desolvationsbereich vor dieser Öffnung
vorgesehen werden. Jedoch ist die Gasgeschwindigkeit in diesem Bereich
signifikant niedriger als innerhalb des Rohrs, und daher erzeugen
die Raumladungseffekte höhere Verluste. Daher verbleibt
Bedarf in der Technik nach Ionentransferrohrkonstruktionen, die
weitere Reduktionen im Ionenverlust erreichen und über
einen größeren Bereich von experimentellen Bedingungen
und Probentypen betreibbar sind.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Gegenüber
diesem Hintergrund und gemäß einem ersten Aspekt
der vorlie genden Erfindung wird angegeben:
Eine Ionentransferanordnung
zum Transportieren von Ionen zwischen einer Region mit relativ hohem
Druck und einer Region mit relativ niedrigem Druck, umfassend:
einen
Ionentransferleiter mit einer Einlassöffnung zu einer Kammer
mit relativ hohem Druck, einer Auslassöffnung zu einer
Kammer mit relativ niedrigem Druck, und zumindest einer Seitenwand,
die einen Ionentransferkanal umgibt, wobei sich die Seitenwand entlang
einer Mittelachse zwischen dem Einlassende und dem Auslassende erstreckt;
und
eine Mehrzahl von Öffnungen, die in der Längsrichtung
der Seitenwand ausgebildet sind, um einen Gasstrom von innerhalb
des Ionentransferkanals zu einem Niederdruckbereich ausserhalb der
Seitenwand des Leiters zu ermöglichen.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum
Transportieren von Ionen zwischen einer ersten Region mit relativ
hohem Druck und einer zweiten Region mit relativ niedrigem Druck
angegeben, welches die Schritte umfasst:
Einlassen eines Gemischs
von Ionen und Gas von der Region mit relativ hohem Druck in eine
Einlassöffnung eines Ionentransferleiters, der einen Ionentransferkanal
aufweist oder definiert;
Beseitigen eines Teils des Gases in
dem Ionentransferkanal durch eine Mehrzahl von Kanälen
in eine Leiterwand, die zwischen der Einlassöffnung und
einer Auslassöffnung des Ionentransferleiters angeordnet
ist; und
Veranlassen, dass die Ionen und das Restgas den Ionentransferleiter
durch die Auslassöffnung zu der Region mit relativ niedrigem
Druck verlassen.
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In
einer einfachen Form enthält eine Schnittstelle für
ein Massenspektrometer gemäß Ausführungen der
vorliegenden Erfidnung ein Ionentransferrohr, das ein Einlassende,
das sich zu einer Hochdruckkammer öffnet, und ein Auslassende,
das sich zu einer Niederdruckkammer öffnet, aufweist. Die
Hoch- und Niederdruckkammern können an beliebigen Regionen
vorgese hen sein, die relativ zueinander jeweilige höhere
und niedrigere Drücke haben. Zum Beispiel kann die Hochdruckkammer
eine Ionenquellenkammer sein, und die Niederdruckkammer kann eine
erste Vakuumkammer sein. Das Ionentransferrohr hat zumindest eine
Seitenwand, die einen Innenbereich umgibt und sich entlang einer
Mittelachse zwischen dem Einlassende und dem Auslassende erstreckt.
Das Ionentransferrohr hat eine Mehrzahl von Kanälen, die
in der Seitenwand ausgebildet sind. Die Kanäle gestatten
den Gasfluss von dem inneren Bereich zu einem druckreduzierten Bereich
außerhalb der Seitenwand.
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In
einer anderen einfachen Form enthalten Ausführungen der
vorliegenden Erfindung ein Ionentransferrohr zum Aufnehmen und Transportieren
von Ionen von einer Quelle in einem Hochdruckbereich zur Ionenoptik
in einem druckreduzierten Bereich eines Massenspektrometers. Das
Ionentransferrohr enthält ein Einlassende, ein Auslassende
und zumindest eine Seitenwand, die eine innere Region umgibt und
sich entlang einer Mittelachse zwischen dem Einlassende und dem
Auslassende erstreckt. Das Ionentransferrohr kann auch ein integriertes
Vakuumkammerrohr enthalten, das zumindest teilweise das Ionentransferrohr
umgibt und damit verbunden ist. Das integrierte Vakuumkammerrohr
isoliert ein Volumen, das unmittelbar zumindest einen Abschnitt
des Ionentransferrohrs umgibt, auf reduzierten Druck relativ zum
Innenbereich. Die Seitenwand hat eine Struktur, die zumindest einen
Kanal vorsieht, der in der Seitenwand ausgebildet ist. Der zumindest
eine Kanal gestattet einen Gasstrom von der inneren Region zum Volumen
außerhalb der Seitenwand. Die Struktur und der Kanal befinden
sich innerhalb des integierten Vakuumkammerrohrs. Die Struktur der
Seitenwand kann eine Mehrzahl von Kanälen enthalten.
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In
einer noch anderen einfachen Form enthalten Ausführungen
der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Transportieren von
Ionen von einem Ionenquellenbereich zu einer ersten Vakuumkammer.
Das Verfahren enthält von dem Ionenquellenbereich ein Gemisch
von Ionen und Gas zum Einlassende eines Ionentransferrohrs zu lassen.
Das Verfahren enthält auch, einen Teil des Gases durch
eine Mehrzahl von Kanälen zu beseitigen, die zwischen dem
Einlassende und einem Auslassende des Ionentransferrohrs angeordnet sind.
Das Verfahren enthält ferner, zu veranlassen, dass Ionen
und das Restgas das Ionentransferrohr durch das Auslassende in die
erste Vakuumkammer verlassen. Das Verfahren kann auch enthalten,
eine Reduktion von latenter Wärme in dem Ionentransferrohr
zu sensieren, aufgrund von Beseitigung des Teils des Hintergrundgases
und/oder einer zugeordneten Verdampfung und/oder einer Erhöhung
der Wärmemenge, die durch einen Heizer unter Software-
oder Firmware-Steuerung dem Ionentransferrohr zugeführt
wird.
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Die
Ausführungen der vorliegenden Erfindung haben den Vorteil
eines reduzierten Gasflusses durch ein Ausgangsende des Ionentransferrohrs.
Es sind auch verschiedene zugeordnete Vorteile postuliert worden. Zum
Beispiel verringert der reduzierte Fluss durch das Ausgangsende
des Ionentransferrohrs die Energie, mit der sich das Ionen tragende
Gas ausdehnt, wenn es das Ionentransferrohr verlässt. Somit
haben die Ionen eine größere Chance, auf einer
geraden Linie durch eine Blendenöffnung eines Skimmers
unmittelbar stromab zu laufen. Auch kann die Reduktion des Flusses
in zumindest einem Abschnitt des Ionentransferrohrs den Effekt haben,
den Betrag des laminaren Flusses in diesem Abschnitt des Ionentransferrohrs
zu vergrößern. Der laminare Fluss ist stabiler,
so dass die Ionen fokussiert bleiben und auf einer geraden Linie
laufen können, für den Durchtritt durch die relativ
kleine Blendenöffnung eines Skimmers. Wenn Gas durch eine
Seitenwand des Ionentransferrohrs hinausgepumpt wird, sinkt der
Druck innerhalb des Ionentransferrohrs. Der reduzierte Druck kann
eine verstärkte Desolvation hervorrufen. Ferner wird latente
Wärme beseitigt, wenn das Gas durch die Seitenwand hinausgepumpt
wird. Daher kann mehr Wärme durch das Ionentransferrohr
und in die im Innenbereich verbleibende Probe transferiert werden,
was in einer verstärkten Desolvation und vergrößerten
Anzahl von Ionen resultiert, die die Ionenoptik tatsächlich
erreichen.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus den beigefügten
Ansprüchen und der folgenden Beschreibung ersichtlich.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
ein Querschnittsdiagramm einer Ionentransferanordnung gemäß einer
ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt
ein Beispiel eines Ioneneintrittsbereichs für die Ionentransferanordnung
von 1;
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3 zeigt
den Ioneneintrittsbereich von 2 mit einer
aerodynamischen Linse zur Strömungsoptimierung;
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4a, 4b und 4c zeigen
gemeinsam Beispiele von Hüllen geformter Ausführungen
für den Ioneneintrittsbereich der 2 und 3;
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5 zeigt im weiteren Detail den Ioneneintrittsbereich
mit der in 4b gezeigten Form;
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6 zeigt
eine erste Ausführung eines Wechselspannungsleiters, der
einen Teil der Ionentransferanordnung von 1 bildet;
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7 zeigt
eine zweite Ausführung eines Wechselspannungsleiters;
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8 zeigt
eine Draufsicht einer alternativen Implementierung des Wechselspannungsleiters
der 7 und 8;
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9a, 9b, 9c und 9d zeigen
alternative Ausführungen einer Ionentransferanordnung gemäß der
vorliegenden Erfindung; und
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10 zeigt exemplarische Bahnen von Ionen
durch eine Ionentransferanordnung.
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Detaillierte Beschreibung
einer bevorzugten Ausführung
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1 zeigt
eine Ionentransferanordnung, die verschiedene Aspekte der vorliegenden
Erfindung verkörpert, zum Leiten von Ionen zwischen einer
Atmosphärendruck-Ionenquelle (z. B. Elektrospray) und dem Hochvakuum
einer sich anschließenden Vakuumkammer, in der eine oder
mehrere Massenspektrometriestufen angeordnet sind. In 1 ist
eine Ionenquelle 10 wie etwa (aber nicht beschränkt
auf) eine Elektrosprayquelle, eine chemische Atmosphärendruck-Ionisierungs-(APCI)-
oder Atmosphärendruck-Fotoionisierungs-(APPI)-Quelle auf
Atmosphärendruck angeordnet. Diese erzeugt Ionen in bekannter
Weise, und die Ionen treten über eine Eintrittsöffnung 30 in
eine Ionentransferanordnung ein (die allgemein mit der Bezugszahl 20 bezeichnet
ist). Die Ionen laufen dann durch eine erste gepumpte Transportkammer 40 (nachfolgend
als Expansionskammer 40 bezeichnet) und weiter in eine
zweite Vakuumkammer 50, die einen Ionenleiter 60 enthält.
Die Ionen verlassen den Leiter 60 und laufen durch eine
Austrittsöffnung 70 der Ionentransferanordnung hindurch,
wo sie (über eine Serie von nicht gezeigten Ionenlinsen)
in eine erste Massenspektrometriestufe 80 (nachfolgend
als MS1 bezeichnet) eintreten. Wie für den Fachkundigen
leicht verständlich wird, folgen der MS1 gewöhnlich
nachfolgende Massenspektrometriestufen (MS2, MS3 ...), obwohl diese
nicht Teil der vorliegenden Erfindung bilden und daher zur Klarheit
in 1 nicht gezeigt sind.
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Eine
detailliertere Erläuterung der Konfiguration der Komponenten
der Ionentransferanordnung 20 von 1 wird nachfolgend
angegeben. Zum besseren Verständnis dieser Konfiguration
wird jedoch zuerst eine allgemeine Diskussion der Art des Ionentransports
in verschiedenen Druckbereichen zwischen Atmosphäre und
Vorvakuum (z. B. etwa 1–10 mbar) angegeben.
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Der
Ionentransport unterscheidet sich charakteristisch in verschiedenen
Druckbereichen in der Ionentransportanordnung 20 von 1 und
deren Umgebung. Obwohl sich natürlich in der Praxis der
Druck an einem beliebigen Punkt zwischen der Ionenquelle und der
MS1 80 nicht plötzlich ändert, können
nichtsdestoweniger fünf unterschiedliche Druckregionen
definiert werden, mit jeweils unterschiedlichen Ionentransportcharakteristiken.
Die fünf Regionen sind in 1 markiert
und sind wie folgt:
Region 1. Dies ist die Region, wo die Eintrittsionenoptik
der MS1 angeordnet ist, mit Drücken unterhalb angenähert
1–10 mbar. Diese Region wird von der vorliegenden Erfindung
nicht angesprochen.
Region 5. Dies ist die Atmosphärendruckregion
und wird hauptsächlich durch den dynamischen Fluss und
die Elektrospray- oder andere Atmosphärendruck-Ionisierungsquelle
selbst dominiert. Wie in Region 1 wird diese von der vorliegenden
Erfindung nicht direkt angesprochen.
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Es
bleiben die Regionen 2, 3 und 4.
Region 4: Diese befindet sich
in der Nähe der Eintrittsöffnung 30 der
Ionentransportanordnung 20.
Region 2: Dies ist die
Region, in der der Leiter 60 angeordnet ist, der sich an
die Austrittsöffnung 70 der Ionentransportanordnung 20 in
die MS1 abstützt. Schließlich,
Region 3:
Dies ist die Region zwischen der Eintrittsöffnung 30 (Region
4) und der Ionentransportanordnung 20 und der oben beschriebenen
Region 2.
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Messungen
des Ionenstroms, der in die Ionentransportanordnung (an der Eintrittsöffnung
30)
einer typischen kommerziell erhältlichen Kapillare eintreten,
zeigen an, dass dieser im Bereich von I
o ≈ 2,5
nA liegt. Daher kann, in der Kenntnis, dass der hereinkommende Gasströmungswert
Q = 8 atm·cm
3/S, und der Innendurchmesser
des Leiters 0,5 mm beträgt, der Bereich der anfänglichen
Ladungsdichte ρ
0 geschätzt
werden als 0,3–1·10
–9 C/cm
3 = (0,3 ... 1)·10
–3 C/m
3. Wenn man die Verweilzeit der Ionen innerhalb
des Leiters kennt, t = 0,113 m/50 m/s ≈ 2·10
–3 s, sowie auch den durchschnittlichen
Ionenmobilitätswert bei Atmosphärendruck K = 10
–4/s, dann kann die Grenze des Übertragungswirkungsgrads,
wegen der Raumladungsrepulsion, bestimmt werden aus:
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Somit
werden, um den Ionenstrom zu verbessern (was ein Ziel von Aspekten
der vorliegenden Erfindung ist), bevorzugt die Ionenmobilität
und die Ionenverweilzeit in dem Leiter optimiert.
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Ein
wesentlicher Anteil des Ionenverlusts in einer Atmosphärendruck-Ionisierungs-(API)-Quelle
findet in der Ionisierungskammer vor der Eintrittsöffnung
30 der
Schnittstelle statt. Dieser Anteil des Ionenverlusts wird bestimmt
durch die Ionen/Tröpfchendriftzeit vom Taylor-Kegel einer
API-Quelle zur Eintrittsöffnung
30. Die Gasströmungsgeschwindigkeitsverteilung
in der Nähe der Eintrittsöffnung
30 ist
wobei d der Durchmesser des
Leiters ist und R der Abstand von dem Punkt zur Eintrittsöffnung
30,
C eine Konstate ist und ΔP der Druckabfall ist. Die Ionengeschwindigkeit
ist V
ion = V
gas +
KE, wobei K die Ionenmobilität ist und E die elektrische
Feldstärke ist. Unter der Annahme, dass K ~10
–4 m
2/s, und E ~5·10
5 V/m,
ist die durch das elektrische Feld verursachte Geschwindigkeit ~50
m/s. Die Gasströmungsgeschwindigkeit des 0,5 mm ID(Innendurchmesser)-Leiters
hat ungefähr den gleichen Wert, wobei aber bei einer Distanz
5 mm von der Eintrittsöffnung
30 die mit dem Gas
wandernden Io nen etwa zehnmal langsamer sind als ihre Drift in dem
elektrischen Feld. Daher ist die Ionenverweilzeit in dieser Region
im Bereich von 10
–4 s, was in einem
Ionenverlust von etwa 50% resultiert, wegen der Raumladungsrepulsion
gemäß der obigen Gleichung (2).
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In
anderen Worten, die analytische Betrachtung der Ionentransferanordnung
lässt vermuten, dass die Raumladungsrepulsion der hauptsächliche
Ionenverlustmechanismus ist. Die Hauptparameter, die den Ionenübertragungswirkungsgrad
bestimmen, sind die Ionenverweilzeit t in dem Leiter und die Ionemobilität
K. Somit läge ein Weg, den Ionentransportwirkungsgrad zu
verbessern, darin, t zu verringern. Jedoch gibt es eine Reihe von
Einschränkungen zum unbeschränkten Vergrößern
von t:
- 1. die Zeit, die zum Verdampfen von
Tröpfchen erforderlich ist;
- 2. die kritische Geschwindigkeit, bei der sich ein laminarer
Gasstrom in einen turbulenten Gasstrom umwandelt; und
- 3. das Auftreten von Stoßwellen, wenn sich der Gasfluss
auf Schallgeschwindigkeit beschleunigt. Dies ist insbesondere dann
der Fall, wenn ein starker Druckabfall von den Regionen 5 bis 1
auftritt (angenähert 1000 auf 1 mbar).
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Nun
wird, wieder in Bezug auf 1, die bevorzugte
Ausführung der Ionentransportanordnung im näheren
Detail beschrieben. Die Merkmale und die verwendete Konfiguration
sollen die oben identifizierten Einschränkungen des Ionentransportwirkungsgrads
vermeiden.
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Die
zuerst zu berücksichtigenden Regionen sind die Regionen
4 und 3, die jeweils die Geschwindigkeit der Eintrittsöffnung 30 und
der Expansionskammer 40 definieren.
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Um
die Ionenverluste vor der Eintrittsöffnung 30 zu
vermeiden, ist es wün schenswert, den ankommenden Gasfluss
in die Eintrittsöffnung 30 zu vergrößern.
Dies entspricht der obigen Analyse – für einen
gegebenen Ionenstrom, wobei eine höhere Gasflussrate am
Eintritt zur Ionentransportanordnung das Auffangen eines größeren
Gasvolumens erlaubt, und, wenn Gas mit Ionen bis zur Sättigung
gefüllt ist, mehr Ionen. Eine Verringerung der Verweilzeit
in den Regionen 3 und 4 konditioniert den Ionenstrom auf eine hohe,
aber nicht Überschallgeschwindigkeit.
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Somit
sind in den Regionen 4 und 3 Verbesserungen möglich, durch
Optimierung oder Einbau von Komponenten zwischen der API-Quelle 10 und
dem Eingang zum Leiter 60. Die Regionen 4 und 3, die zwischen
die Region 5 bei Atmosphäre und Region 2 zwischengeschaltet
sind, sorgen wünschenswerterweise für eine Gasdynamik,
die Ionen fokussiert, die typischerweise mehr als vier- bis zehnmal
schwerer sind als Stickstoffmoleküle, für die
meisten interessierenden Analyten.
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Ein
erstes Ziel ist es, einen Überschallströmungsmodus
zwischen den Regionen 5 und 2 zu vermeiden, da dieser einen unerwarteten
Ionenverlust hervorrufen kann. Dieses Ziel kann durch die Verwendung
eines Eintrittstrichters 48 erreicht werden, der in der
Expansionskammer 40 angeordnet ist. Ein solcher Trichter 48 ist
in 1 als eine Serie von parallelen Platten mit unterschiedlichen
Mittelöffnungen dargestellt; der Zweck einer solchen Anordnung
(und einiger Alternativen) ist unten in Verbindung mit den 2–4 aufgeführt. Bevorzugt ist der
Tunnel 48 kurz (in der Praxis ist, für segmentierte
Anordnungen, wie sie etwa in 1 gezeigt sind,
3 mm etwa so kurz wie möglich) – und bevorzugt
weniger als 1 cm lang.
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Die
Expansionskammer 40 wird bevorzugt mit einer Membran-,
Extraktions- oder Schraubenpumpe (nicht gezeigt), die mit einer
Pumpöffnung der Expansionskammer verbunden ist, auf etwa
300–600 mbar gepumpt. Durch geeignete Gestaltung des Ionentrichters 48 kann
die Expansion von Ionen, wenn sie in der Expansionskammer 40 eintreten,
so angeordnet werden, dass sie miteinander eine Stoßwellenbildung
steuern oder vermeiden.
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Wie
in der oben genannten Veröffentlichung von Sunner
et al gezeigt, unterliegen, auch bei niedrigen Sprayströmen,
Atmosphärendruckquellen (z. B. Elektrospray oder APCI)
Raumladungsbegrenzungen. Es ist von den vorliegenden Erfindern experimentell
bestimmt worden, dass auch beim Anlegen der stärksten elektrischen
Felder, API-Quellen nicht in der Lage sind, mehr als 0,1–0,5·10–9 Coulomb/(atm·|cm3|) zu tragen. Um den Großteil dieses
Stroms auch bei einer Nanosprayquelle aufzufangen, erfordert dies,
dass die Eintrittsöffnung 30 einen Durchmesser
von mindestens 0,6–0,7 mm hat, und dieser ein starkes elektrisches
Beschleunigungs- und Fokussierungsfeld nachfolgt (obwohl es erforderlich
ist, den gesamten Spannungsabfall unter dem Einsetzen eines elektrischen
Zusammenbruchs zu halten).
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2 ist
eine schematische Darstellung einer einfachen Anordnung, um dieses
starke elektrische Beschleunigungs- und Fokussierungsfeld zu bekommen.
Hier wird die Einlassöffnung 30 auf einer erstsen DC-Spannung
V1 gehalten, während eine Plattenelektrode 90 auf
einer Spannung V2 gehalten wird, innerhalb der Expansionskammer 40,
aber benachbart dem Eingang zum Leiter 60. Die Einlassöffnung 30 und
die Plattenelektrode 90 stellen, bei angelegter Spannung,
gemeinsam einen einfachen Ionentrichter 48 dar. Die Plattenelektrode
in 2 hat eine Mittelöffnung, die allgemein
eine ähnliche Dimension hat wie der Innendurchmesser des
Leiters 60 und hierzu ausgerichtet ist, aber nichtsdestoweniger
Wirkung hat, Ionen in den Leiter 60 zu trichtern. Das elektrische
Feld zwischen der Öffnung 30 und der Platte 90 beschleunigt
die geladenen Partikel effizient, und das Randfeld an der Öffnung
saugt die geladenen Partikel in den Leiter, da diese die Tendenz
haben, parallel zu den Feldlinien zu laufen, auch in viskosem Fluss.
Diese elektrisch unterstützte Beschleunigung in die Leiterregion
ist allgemein bevorzugt.
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Als
eine Entwicklung der einfachen Anordnung von 2 kann der
Raum in der Expansionskammer 40 zwischen der Eintrittsöffnung 30 bei
Spannung V1 und der Plattenelektrode bei Spannung V2 ferner Ionenlinsen
oder aero dynamische Linsen aufweisen, oder Kombinationen der beiden. 3 zeigt
dies schematisch: Eine Reihe (Array) von Plattenelektroden 100 ist
zwischen der Eintrittsöffnung 30 und der Plattenelektrode 90 angebracht,
zur Bildung eines Ionentrichters 48. Jede der Elektroden,
die die Reihe 100 von Plattenelektroden bilden, hat eine
Mittelöffnung, die allgemein koaxial zu jener der Eintrittsöffnung 30 und
der Plattenelektrode 90 ist, aber die jeweils einen unterschiedlichen
Durchmesser haben. Durch die Reihe von Plattenelektroden 100 können
unterschiedliche Formen beschrieben werden: Im einfachsten Fall
ist der Trichter zu dem Leiter lediglich erweitert (linearer Kegel).
Dies ist schematisch in 4a gezeigt
und ist im weiteren Detail beschrieben in Wu et al "Incorporation
of a Flared Inlet Capillary tube on a Fourier Transform Ion Cyclotron
Resonance Mass Spectrometer, J. Am. Soc. Mass Spectrom. 2006, Band
17, Seiten 772–779. Alternative Formen sind, ebenfalls
hoch schematisch, in den 4b und 4c gezeigt
und sind jeweils eine Strahldüse (Venturivorrichtung – siehe Zhou
et al (Zhou, L.; Yue, B.; Dearden, D.; Lee, E.; Rockwood, A. & Lee, M. Incorporation
of a Venturi Device in Electrospray Ionization, Analytical Chemistry,
2003, 75, 5978–5983), und ein trompetenförmiger
oder exponentiell geformter Einlass.
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Somit
ist es der Effekt der Anordnungen der 2 bis 4 (und der Anordnung, die in der Expansionskammer 40 von 1 gezeigt
ist), einen segmentierten Trichtereingang zum Leiter 60 zu
erzeugen. In jedem Fall könnte die Eintrittsöffnung 30 kleiner
sein als der Durchmesser des Fokussierungskanals, aber groß genug,
um einen signifikanten Gasfluss zu erlauben. Das Ziel der Formung
des Ionentrichters ist es, das Volumen zwischen dem Trichterausgang
und dem Eingang des Leiters 60 in ein Analogon eines Strahlseparators
umzuwandeln – einer Vorrichtung, die in Massenspektrometern
weithin verwendet wird, welche mit Gaschromatographen gekoppelt
sind. Da Moleküle eines Analyten signifikant schwerer sind
als Moleküle von Trägergas (typischerweise Stickstoff),
ist ihre der Expansion folgende Divergenz viel kleiner als beim
Trägergas, d. h. es findet eine aerodynamische Fokussierung
statt. Dieser Effekt könnte weiter erleichtert werden,
durch Bildung des Trägergases zumindest teilweise aus Helium,
insbesondere falls die erforderlichen Spannungen niedrig genug sind,
um mit der tieferen Glühentladungsgrenze von Edelgasen
zurechtzukommen. Im Ergebnis werden Ionen in der Nähe der
Achse gehalten und können in den Mittelabschnitt des Fokussierungskanals
transferiert werden, auch für einen Kanaldurchmesser, der
nicht viel größer ist als jener des Trichters,
zum Beispiel 0,8–1,2 mm ID (Innendurchmesser). Obwohl dieser
Durchmesser größer ist als bei herkömmlichen
Kapillaren, ist der Ausgangsdruck zwei- bis dreimal kleiner, so
dass es immer noch möglich wäre, am Ende des Trichters
eine Vakuumpumpe mit ähnlicher Pumpkapazität zu
den derzeit benutzten zu verwenden, z. B. 28–40 m3/h. Gleichzeitig erlaubt die aktive Fokussierung
von Ionen innerhalb des Trichters 48, dass die anschließende
Länge des Leiters 60 ohne Verluste vergrößert
wird. Dies verbessert wiederum die Auflösung etwa verbleibender
Tröpfchen und Klumpen (Clustern). Infolgedessen können
probenströmungsraten in höhere Bereiche erweitert
werden, weit oberhalb der Nanospray-Strömungsrate.
-
Ein
sehr einfaches Beispiel der Strahltrennung, das nur ein Beispiel
für eine aerodynamische Linse ist, wird nachfolgend in
Verbindung mit einigen der Ausführungen in den 9a–d
diskutiert.
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Als
noch weitere Hinzufügungen oder Alternativen zu der Anordnung
der Regionen 4 und 3 der bevorzugten Ausführungen kann
der Ionentrichter 48 enthalten, hilfsweise eine Grenzschicht
an einer oder mehreren Pumpen innerhalb des Kanals abzupumpen, wobei
der Druckabfall entlang dem Kanal begrenzt werden kann, und so weiter.
Um ein starkes elektrisches Feld entlang einem solchen Trichter 48 zu
halten, könnten diese Pumpschlitze als Lücken
zwischen dünnen Platten auf unterschiedlichen Potentialen
verwendet werden.
-
Wieder
in Bezug auf 1 wird nun die Konfiguration
von Region 2 (d. h. der Region zwischen der Expansionskammer 40 und
der Austrittsöffnung 70 zur MS1 80) im
weiteren Detail beschrieben.
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Der
Leiter 60, der in der Vakuumkammer 50 angeordnet
ist und die Region 2 der Ionentransferanordnung definiert, ist aus
drei separaten Komponenten gebildet: einem Heizer 110,
einem Satz von DC-Elektroden 120 und einer Differentialpumpanordnung,
die allgemein bei 130 gezeigt und nachfolgend im weiteren
Detail beschrieben wird. Es versteht sich, dass diese Komponenten
jeweils ihre eigene separate Funktion und ihren eigenen separaten
Vorteil haben, sie aber zusätzlich einen gegenseitig synergistischen
Vorteil haben, wenn sie gemeinsam verwendet werden. In anderen Worten,
während die Verwendung von einer beliebigen oder von zwei
dieser drei Komponenten in einer Verbesserung des Nettoionenstroms
in die MS1 resultiert, ergibt die Kombination aller drei zusammen
tendenziell die größte Verbesserung.
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Der
Heizer 110 ist in bekannter Weise als Widerstandswicklung
um einen Kanal herum ausgebildet, der durch den Satz von DC-Elektroden
definiert ist, die sich entlang der Längsachse des Leiters 60 erstrecken. Die
Wicklungen können in direktem thermischem Kontakt mit dem
Kanal 115 stehen oder sie können stattdessen davon
getrennt sein, so dass dann, wenn durch die Wicklungen des Heizers 110 ein
Strom fließt, dies in einer Strahlungs- oder Konvektionserwärmung
des Gasstroms in dem Kanal resultiert. In der Tat können
in einer anderen alternativen Anordnung die Heizerwicklungen innerhalb
oder auf der Differentialpumpanordnung 130 ausgebildet
sein, um Wärme einwärts zum Gasstrom in dem Kanal 115 hinzustrahlen.
In einer noch anderen Alternative kann der Heizer sogar aus den
DC-Elektroden 120 aufgebaut sein (vorausgesetzt, dass der Widerstand
angepasst werden kann) – in Bezug auf das weiter unten
Stehende. Dem fachkundigen Leser werden andere alternative Anordnungen
ersichtlich werden.
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Das
Heizen des Ionentransferkanals 115 hebt die Temperatur
des dadurch fließenden Gasstroms an, um hierdurch die Verdampfung
von Restlösungsmittel und Dissoziation von Lösungsmittelionenclustern
zu fördern und die Anzahl von Analytionen zu vergrößern,
die zur MS1 80 geliefert werden.
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5 zeigt eine Ausführung der in 4b gezeigten
Form als den Eintrittsbereich einer gepumpten Leitung von gestapelten
Plattenelektroden mit Einrichtungen 48 zum verbesserten
Pumpen. Es versteht sich, dass die gezeigten Plattenelektroden durch
DC (Gleichspannung), Wechsel-DC oder HF betrieben werden können,
mit dem Pumpen, und einer adäquaten Form der Eintrittsöffnung,
was in allen Fällen die Transmission verbessert.
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Nachfolgend
werden Ausführungen des Satzes von DC-Elektroden 120 beschrieben.
Diese, in 1 in schematischer Form und
im Längsquerschnitt noch einmal gesehen, aber alternative
Ausführungen sind im näheren Detail in den 6 und 7 gezeigt.
In jedem Fall bezeichnen gleiche Bezugszahlen gleiche Teile.
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In
Bezug auf die 1 und 6 ist es
der Zweck der DC-Elektroden 120, die Wechselwirkung von Ionen
mit der Wand des Kanals 115, die durch die DC-Elektroden 120 selbst
definiert ist, zu reduzieren. Dies wird erzielt, indem räumlich
wechselnde, asymmetrische elektrische Felder erzeugt werden, die
die Tendenz haben, die Ionen von der Innenoberfläche der
Kanalwand weg und zur Kanalmittellinie hin zu fokussieren. Die 1 und 6 zeigen
im Längsquerschnitt Beispiele davon, wie der Ionentransferkanal 115 unter
Verwendung eines Satzes von DC-Elektroden 120 aufgebaut
sein kann, um solche elektrische Felder herzustellen. Der Ionentransferkanal 115 ist
durch eine erste Mehrzahl von Elektroden 205 definiert
(nachfolgend als ”Elektroden mit hoher Feldstärke” oder
HFE's bezeichnet, aus Gründen, die ersichtlich werden),
die in abwechselnder Beziehung zu einer zweiten Mehrzahl von Elektroden 210 angeordnet
sind (hierin als ”Elektroden mit niedriger Feldstärke” oder
LFE's bezeichnet). Die einzelnen HFE's 205 und LFE's 210 haben
eine Ringform, und die Innenoberflächen der HFE's 205 und
der LFE's 10 definieren gemeinsam die Innenoberfläche
der Ionentransferkanalwand. Benachbarte Elektroden sind mittels
einer Lücke oder Isolierschicht elektrisch voneinander isoliert,
so dass unterschiedliche Spannungen angelegt werden können,
in der unten diskutierten Weise. In einer spezifischen Implementierung
kann die elektrische Isolation durch Bildung einer isolieren den
Schicht (z. B. Aluminiumoxid) an oder nahe der Außenoberfläche
von einer der Mehrzahl von Elektroden (z. B. der LFE's) erreicht
werden. Wie in 6 gezeigt, können die
HFE's 205 und LFE's 210 von einer äußerne
Rohrstruktur 215 umgeben sein, um für strukturelle
Integrität und Gasabdichtung zu sorgen und den Zusammenbau
zu unterstützen. In der bevorzugten Ausführung
von 1 kann jedoch die äußere Rohrstruktur
weggelassen werden oder mit Löchern oder Poren versehen
werden, um das Pumpen des Innenbereichs des Ionentransferkanals
entlang seiner Länge zu ermöglichen (durch Lücken
zwischen benachbarten Elektroden) – ein Prozess, der nachfolgend
weiter beschrieben wird.
-
Es
versteht sich, dass, während die 1 und 6 zur
Klarheit eine relativ geringe Anzahl von Elektroden darstellen,
eine typische Implementierung des Ionentransferkanals 115 mehrere
zehn oder hunderte Elektroden enthalten wird. Es wird ferner angemerkt,
dass, obwohl die 1 und 6 die Elektroden
so zeigen, dass sie sich entlang im Wesentlichen der vollen Länge
des Ionentransferkanals 115 erstrecken, andere Implementierungen
einen Abschnitt oder Abschnitte der Ionentransferkanallänge
haben können, denen die Elektroden fehlen.
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Die
Elektroden sind mit einer Periode H angeordnet (dem Abstand zwischen
aufeinanderfolgenden LFE's oder HFE's). Die Breite (Längserstreckung)
der HFE's 205 ist wesentlich kleiner als die Breite der
entsprechenden LFE's 210, wobei die HFE's typischerweise
angenähert 20–25% der Periode H darstellen. Die HFE-Breite
kann ausgedrückt werden als H/p, wobei p typischerweise
im Bereich von 3–4 liegen kann. Die Periode H ist derart
ausgewählt, dass Ionen, die durch den Ionentransferkanal 115 laufen,
abwechselnd hohen und niedrigen Feldstärken mit einer Frequenz
unterliegen, die jener eines Hochfrequenzeinschränkungsfelds in
herkömmlichen Hochfeldspektrometrieeinrichtungen mit asymmetrischer
Ionenmobilität (FAIMS) angenähert sind. Wenn man
z. B. eine durchschnittliche Gasströmungsgeschwindigkeit
von 500 Meter pro Sekunde annimmt, ergibt eine Periode H von 500
Mikrometern eine Frequenz von 1 Megaherz. Die Periode H kann entlang
der Gesamtlänge des Rohrs konstant gehalten werden, oder
kann entlang der Kanallänge abwechselnd eingestellt werden
(entweder kontinuierlich oder stufenweise), um die Geschwindigkeitsänderung
aufgrund des Druckgradienten wiederzuspiegeln. Der Innendurchmesser
(ID) des Ionentransferkanals 115 (der durch die Innenoberflächen
der LFE's 205 und HFE's 210 definiert ist), hat
bevorzugt einen Wert, der größer als die Periode
H ist.
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Eine
oder mehrere DC(Gleich-)-Spannungsquellen (nicht dargestellt) sind
mit den Elektroden verbunden, um an die HFE's 205 eine
erste Spannung V1 und an die LFE's 210 eine
zweite Spannung V2 anzulegen. V2 hat
eine Polarität, die jener von V1 entgegengesetzt
ist und eine Höhe, die signifikant niedriger als V1 ist. Bevorzugt ist das Verhältnis
V1/V2 gleich –p,
wobei p (wie oben angegeben) der Kehrwert des Bruchteils der Periode
H ist, der durch die LFE-Breite belegt ist und liegt typischerweise
im Bereich von 3–4, so dass das Raum/Zeit Integral der
elektrischen Felder, denen ein Ion über eine volle Periode
unterliegt, gleich Null ist. Die Höhen von V1 und
V2 sollten ausreichend groß sein,
um den erwünschten Fokussierungseffekt zu erreichen, wie
unten im Detail aufgeführt, aber nicht so groß,
dass eine Entladung zwischen benachbarten Elektroden oder zwischen
Elektroden und benachbarten Oberflächen erzeugt wird. Man
nimmt an, dass eine Höhe von 50 bis 500 V den vorstehenden
Kriterien genügt.
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Das
Anlegen der oben beschriebenen DC-Spannungen an HFE's
205 und
LFE's
210 erzeugt ein räumlich abwechselndes Muster
von hohen und niedrigen Feldstärkenregionen innerhalb des
Ionentransferkanals, wobei sich jede Region angenähert
längs gemeinsam mit der entsprechenden Elektrode erstreckt.
Innerhalb jeder Region liegt die Feldstärke bei oder nahe
Null an der Strömungsmittellinie und erhöht sich
mit radialem Abstand von der Mitte, so dass Ionen einer radialen
Anziehungs- oder Abstossungskraft unterliegen, deren Höhe/Magnitude
zunimmt, wenn sich das Ion der Innenoberfläche des Ionentransferrohrs
annähert. Das abwechselnde Muster mit hoher/niedriger Feldstärke
erzeugt ein Ionenverhalten, das vom Konzept her ähnlich jenem
ist, das in herkömmlichen Hochfeldspektrometrievorrichtungen
mit asymmetrischer Ionenmobilität (FAIMS) auftritt, worin
ein asymmetrischer Wellenverlauf an eine Elektrode eines gegenüberliegenden
Elektrodenpaars angelegt wird, das eine Analyseregion definiert
(siehe z. B.
US-Patent Nr. 7,084,394 für
Guevremont et al.)
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6 zeit
die Bahn eines positiven Ions, das von der Strömungmittellinie
entfernt angeordnet ist, unter dem Einfluss der abwechselnden asymmetrischen
elektrischen Felder. Das Ion bewegt sich von der Innenoberfläche
des Ionentransferkanals in den Regionen mit hoher Feldstärke
zu der Innenoberfläche in den Regionen mit niedriger Feldstärke
hin (hierbei wird angenommen, dass an die HFE's 205 eine
positive Spannung angelegt ist und die LFE's 210 eine negative
tragen (wiederum wird angemerkt, dass die Polaritäten in
Bezug auf die geglättete (d. h. über die Raumperiode
aufgemittelte) Potentialverteilung entlang dem Strömungsweg bezeichnet
werden sollten, wie oben beschreiben), zur Erzeugung eines Zick-Zack-Wegs.
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Wie
im Detail in der FAIMS-Technik beschrieben worden ist, ist die Nettobewegung
eines Ions in einem viskosen Strömungsbereich, der abwechselnd
hohen/niedrigen Feldern unterliegt, eine Funktion der Veränderung
der Ionenmobilität mit der Feldstärke. Für
Ionen vom A-Typ, wo die Ionenmobilität mit zunehmender
Feldstärke zunimmt, überschreitet die radiale
Distanz, die es im Hochfeldstärkenabschnitt des Zyklus
zurückgelegt hat, die radiale Distanz, die es während
des Niedrigfeldstärkenabschnitts zurückgelegt
hat. Wie z. B. in 6 dargestellt und oben beschrieben,
wird das Ion vom A-Typ eine radiale Nettobewegung zur Strömungsmittellinie
hin zeigen, wodurch Kollisionen mit der Innenoberfläche
des Ionentransferkanals 115 und eine einhergehende Neutralisierung
verhindert wird. Wenn sich das Ion der Strömungsmittellinie
annähert, nimmt die Feldstärke wesentlich ab,
und das Ion unterliegt keiner starken Radialkraft mehr, die von
den Elektroden ausgeht. Umgekehrt überschreitet für
ein Ion vom C-Typ (dessen Ionenmobilität mit zunehmender
Feldstärke abnimmt) die radiale Distanz, die ein Ion in
den Regionen mit niedriger Feldstärke zurückgelegt
hat, jene, die es in den Re gionen mit hoher Feldstärke
zurückgelegt hat, was eine Nettobewegung zur Innenoberfläche
des Ionentransferkanals 115 hervorruft, wenn die Polaritäten
von V1 und des Ions gleich sind. Dieses
Verhalten kann dazu benutzt werden, um zwischen Ionen vom A- und
C-Typ zu unterscheiden, da Ionen vom C-Typ durch Kollisionen mit
der Kanalwand bevorzugt zerstört werden, während
Ionen vom A-Typ auf die Strömungsmittellinie fokussiert
werden. Wenn der bevorzugte Transport von C-Typ Ionen erwünscht
ist, dann können die Polaritäten von V1 und V2 umgeschaltet
werden.
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Die
oben beschriebene Technik, wechselnde DC-Felder zu erzeugen, kann
ungeeignet sein, um Ionen in Regionen zu fokussieren, wo gasdynamische
Kräfte die Ionenbahn von einem alleinigen Längsweg
ablenken oder der mittlere freie Weg lang genug wird (d. h., wo
Kollisionen mit Gas, Atomen oder Molekülen die Ionenbewegung
nicht länger dominieren). Zum Beispiel kann eine Gasausdehnung
und Beschleunigung innerhalb des Ionentransferkanals 115 aufgrund
der Druckdifferenz zwischen der API-Quelle 10 auf Atmosphärendruck
und der MSI 80 auf hohem Vakuum (< 1 mbar) bewirken, dass innerhalb des
Ionentransferkanals nahe seinem Auslassende eine oder mehrere Stosswellen
erzeugt werden, wodurch die Ionenwege scharf abgelenkt werden. Für
Elektroden, die an den distalen Abschnitten des Ionentransferkanals 115 angeordnet
sind, kann es notwendig sein, eine HF-Spannung anzulegen (mit oder
anstelle der DC-Spannung), um für eine ausreichende Fokussierung
zu sorgen, um Wechselwirkungen zwischen Ion- und Kanalwand zu vermeiden.
In diesem Fall werden HF-Spannungen entgegengesetzter Phasen an
die benachbarten Elektroden angelegt.
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Ein
alternativer Ansatz, Stoßwellen zu unterdrücken,
ist es, den Leiter 60 differenziell zu pumpen (1),
und dies wird nachfolgend beschrieben.
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7 stellt
eine Ionenfokussierungs/Führungs-Struktur 300 gemäß einer
zweiten Ausführung der Erfindung dar, welche dazu benutzt
werden kann, Ionen durch Nahezu-Atmosphären- oder Niederdruck-Regionen
eines Massenspektrometerinstruments zu transportieren. Bei diesen
Drücken werden aufgrund der hochviskosen Reibung Ionen
in den Gasstrom eingebettet und haben daher eine Geschwindigkeit,
die jener der Gasströmung ähnlich ist.
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Allgemein
betrachten wir eine Strömung als viskos, im Gegensatz zu
molekolarem Fluss, wenn der mittlere freie Weg der Ionen im Vergleich
zu den Dimensionen der Vorrichtung klein ist. In diesem Fall spielen Kollisionen
zwischen Molekülen oder zwischen Molekülen und
Ionen eine wichtige Rolle beim Transportphänomen.
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Für
Vorrichtungen gemäß der Erfindung mit einem typischen
Durchmesser von wenigen Millimetern oder bis zu einem Zentimeter
und einer einer Gesamtlänge von wenigen Zentimetern oder
Dezimetern, und einem Druckgradienten von angenähert Atmosphärendruck
auf Drücke von etwa 1 hpa haben wir in der gesamten erfindungsgemäßen
Vorrichtungen viskose Strömungsbedingungen.
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Wenn
aktuell die viskose Strömungsbedingung der Knudsen-Zahl
K = lambda/D kleiner als 1 ist, haben wir eine viskose Strömung
hinab zu Drücken von angenähert 1 bis 10 pa, in
Abhängigkeit von den Analyten und Dimensionen (1 pa für
kleine Moleküle wie etwa Metabolite in einer Kapillare
von 1 mm Durchmesser).
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Die
Fokussierungs/Führungs-Struktur 300 ist zusammengesetzt
aus einer ersten Mehrzahl von Ringelektroden (nachfolgend „erste
Elektroden”) 305, die in abwechsender Anordnung
zu einer zweiten Mehrzahl von Ringelektroden (nachfolgend „zweite
Elektroden”) 310 eingefügt ist. Benachbarte
Elektroden sind mittels eines Spalts oder isolierendem Material
oder einer isolierenden Schicht elektrisch voneinander isoliert.
Im Gegensatz zur Ausführung von 5 haben
die ersten und zweiten Elektroden 305 und 310 im
Wesentlichen gleiche Breiten. Die Konfiguration von Ringelektroden 305 und 310 ist
scheinbar ähnlich jener einer HF-Ringelektroden-Ionen-Führung,
die in der Technik der Massenspektrometrie gut bekannt ist. Anstatt
jedoch an benachbarte Elektroden entgegengesetzte Phasen einer HF-Spannung
an zulegen, verwendet die Fokussierungs/Führungs-Struktur 300 DC-Spannungen
mit entgegengesetzten Vorzeichen und gleicher Höhe, die
an benachbarte Elektroden angelegt werden. Durch geeignete Auswahl
der Elektrodenperiode D relativ zur Gas-(Ionen-)Geschwindigkeit,
unterliegen Ionen, die den Innenraum der Führungs/Fokussierungs-Struktur durchlaufen,
Feldern mit abwechselnder Polarität bei einer Frequenz,
(z. B. in der Größenordnung von 1 Megahertz),
die jener eines herkömmlichen HF-Felds angenähert
ist. Die Wechselfelder enthalten und fokussieren Ionen angenähert
in der gleichen Weise wie das HF-Feld. Die Auswahl einer geeigneten
DC-Spannung, die an die ersten und zweiten Elektroden 305 und 310 angelegt
werden soll, ist von verschiedenen geometrischen (Elektrodeninnendurchmesser
und -breite) und betriebsmäßigen (Gasdruck) Parametern
abhängig; in einer typischen Implementierung reicht eine
DC-Spannung von 100 bis 500 V aus, um eine gewünschte Feldstärke
zu erzeugen, ohne eine Entladung zwischen den Elektroden hervorzurufen.
Auch könnte mit diesen DC-Spannungen eine zusätzliche
HF-Spannung angelegt weden (um somit effizient ein Fokussierungsfeld
mit unabhängiger Frequenz zu erzeugen).
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In
dieser Anordnung, sowie auch in den anderen erfindungsgemäßen
Anordnungen, ist die Lauflänge H bevorzugt klein, mit Dimensionen
im Bereich von 0,1 bis 20 mm, typischerweise etwa 1 mm, so dass
der mittlere freie Weg der Ionen gewöhnlich kürzer
ist als die relevanten Dimensionen des Leiters.
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Im
Gegensatz zur Anordnung von 6, die so
abgestimmt werden kann, dass sie bevorzugt Ionen vom A oder C-Typ überträgt,
zeigt die einfachere Anordnung von 7 keine
signifikante Vorspannung in Bezug auf die differenziellen Ionenmobilitätskarakteristiken
von Ionen, verbessert aber einfach die Übertragung von
allen geladenen Partikeln.
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Ein ähnlicher
Effekt kann erreicht werden durch Einstellung der Anordnung von 6 auf
die Bedingungen zur Übertragung von B-Typ Ionen (d. h.
mit derart eingestellten Spannungen, dass keine gesonderten Regionen
mit hohem und niedrigem Feld erzeugt werden).
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In
einer alternativen Betriebsweise könnte die Vorrichtung
von 7 direkt mit einem wechselnden Hoch- und Niedrigfeldwellenverlauf
betrieben werden, um hierdurch eine HF-FAIMS-Vorrichtung zu erzeugen, wo
die Feldveränderung in eine Feldveränderung mit
der Zeit umgewandelt wird, was angenähert äquivalent zu
dem ist, was man bei einem bewegenden Koordinatensystem der geladenen
Partikel beobachtet.
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Die
Anordnung der ersten und zweiten Elektroden der Fokussierungs/Führungs-Struktur
kann modifiziert werden, um bestimmte Ziele zu erreichen. Zum Beispiel
zeigt
8 eine Draufsicht einer Fokussierungs/Führungs-Struktur
400,
die aus ersten Elektroden
405 und zweiten Elektroden
410 zusammengesetzt ist,
worin benachbarte Ringelektroden seitlich voneinander versetzt sind,
um eine sinusförmige Ionenbahn zu definieren (als gestrichelte
Linie
415 dargestellt). Alternativ könnte die
Achse der Struktur graduell gebogen sein. Durch Erzeugung von Biegungen
in der Ionenbahn kann eine gewisse Ionen/Neutralseparation erreicht werden
(aufgrund des differenziellen Effekts der elektrischen Felder),
um hierdurch die Ionenkonzentration im Gas/Ionenstrom anzureichern.
In einer anderen Variante der Fokussierungs/Führungs-Struktur
können erste und zweite Elektroden, (deren Innendurchmesser
eine fortschreitend reduzierte Größe haben) dazu
benutzt werden, eine Ionentrichterstruktur zu erzeugen, ähnlich
jener, die im
US-Patent Nr. 6,583,408 für
Smith et al. offenbart ist, die aber Wechsel-DC-Felder anstelle
der Herkömmlichen HF-Felder verwendet.
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Zurück
in Bezug auf 1 wird nun die Differentialpumpanordnung 130 im
näheren Detail beschrieben.
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Wie
diskutiert worden ist, leiden herkömmliche Einlassabschnitte
mit Atmosphärendruck/Ionisierungsquellen an einem Verlust
eines großteils der Ionen, die in den Quellen erzeugt werden,
bevor die Ionen in die Ionenoptik eintreten, zum Transport in Filter-
und Analyseabschnitte eines Massenspektrometers. Es wird angenommen,
dass ein starker Gasfluss am Ausgangs ende der Ionentransferanordnung
ein Beitragsfaktor für diesen Verlust einer großen
Anzahl von Ionen ist. Neutrales Gas unterliegt einer energetischen
Ausdehnung, wenn es das Ionentransferrohr verlässt. Der
Fluss in dieser Expansionsregion und für eine Distanz stromauf in
dem Ionentransferrohr ist herkömmlichen Einlassabschnitten
typischerweise turbulent. Somit werden in den herkömmlichen
Ioneneinlassabschnitten die vom Gas mitgenommenen Ionen nur um ein
begrenztes Ausmass fokussiert. Viele dieser Ionen werden durch ein
gesamtes Volumen des strömenden Gases energetisch bewegt.
Es wird postuliert, dass, wegen dieser energetischen und turbulenten
Strömung und dem resultierenden Mischeffekt der Ionen,
die Ionen nicht auf einen gewünschten Grad fokussiert werden,
und es unter diesen Strömungsbedingungen schwierig ist,
die Ionen aus dem neutralen Gas abzutrennen. Es ist somit schwierig, einen
Großteil der Ionen herauszuseparieren und diese stromab
zu bewegen, während das Neutralgas weggepumpt wird. Stattdessen
werden viele dieser Ionen mit dem Neutralgas weggetragen und gehen
verloren. Andererseits ist es die Hypothese, die Ausführungen
in der vorliegenden Erfindung zugeordnet ist, dass insoweit die
Strömung entlang einem größeren Abschnitt
eines Ionentransferrohrs laminar gemacht werden kann, die Ionen
um ein größeres Ausmass fokussiert bleiben können.
Ein Weg, für den gewünschten laminaren Fluss zu
sorgen, ist, das Neutralgas durch eine Seitenwand des Ionentransferrohrs
zu beseitigen, so dass die Strömung in axialer Richtung
und der Ausstrom am Ausgangsende des Ionentransferrohrs reduziert
ist. Auch durch Pumpen des Neutralgases aus den Seitenwänden
um einen mässigen Grad wird die Grenzschicht des axial innerhalb
des Ionentransferrohrs fliessenden Gases dünn, wird die
Geschwindigkeitsverteilung voller und wird die Strömung
stabiler.
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Ein
Weg zur Vergrößerung des Durchsatzes von Ionen
oder des Transportwirkungsgrades in Atmosphärendruck/Ionisierungsschnittstellen
ist es, die Leitfähigkeit (Konduktanz) durch Vergrößern
eines Innendurchmessers des Ionentransferrohrs und/oder Verkürzen
einer Länge des Ionentransferrohrs zu vergrößern. Wie
allgemein bekannt, wird es mit weiteren und kürzeren Ionentransferrohren
möglich, mehr Ionen in die stromabliegende Ionenoptik zu transportieren.
Jedoch setzt die Kapazität der verfügbaren Pumpsysteme Grenzen
dahingehend, wie groß der Durchmesser und wie groß die
Gesamtkonduktanz sein kann. Daher kann, gemäß Ausführung
der vorliegenden Erfindung, der Innendurchmesser des Ionentransferkanals 115 (1)
relativ groß gemacht werden, und gleichzeitig kann die
Gasströmung aus dem Austrittsende des Ionentransferkanals 115 reduziert
werden, um die Strömungscharaktaristik zu verbessern, um
Ionen zur Mitte des Gaststroms hin fokussiert zu halten. Auf diese
Weise kann das Neutralgas leichter von der Ionen abgetrennt werden,
die Ionen können konsistent durch die Austrittsöffnung 70 in
die stromabliegende MS1 geleitet werden. Das Resultat ist ein verbesserter
Transportwirkungsgrad und eine erhöhte Empfindlichkeit
des Instruments.
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Selbst
wenn es sich in einigen oder allen Fällen herausstellt,
dass eine turbulente Strömung in einem erhöhten
Ionentransportwirkungsgrad resultiert, versteht sich, dass ein verringerter
Druck im stromabwärtigen Ende des Ionentransferkanals und
eine vergrößerte Auflösung (Desolvation)
aufgrund des verringerten Drucks Vorteile bringt, die den Ausführungen
der vorliegenden Erfindung zugeordnet sind, unter sowohl laminaren
als turbulenten Strömungsbedingungen. Ferner kann, auch
bei turbulenten Strömungsbedingungen, das Beseitigen zumindest
eines Teils des Neutralgases durch die Seitenwand des Ionentransferrohrs
Funktion haben, die Ionen vom Neutralgas effizient abzutrennen.
Auch in einer turbulenten Strömung werden, während
des axialen Flusses durch den Leiter 60, die Tröpfchen
und Ionen mit ihren größeren Massen sehr wahrscheinlich
eher zentral verteilt. Somit wird erwartet, dass das Beseitigen
des Neutralgases durch die Seitenwände das Neutralgas von
den Ionen effizient abtrennt, mit relativ wenig Ionenverlusten unter
sowohl laminaren als auch turbulenten Strömungsbedingungen.
Noch weiter ermöglicht das Beseitigen von latenter Wärme
durch Abpumpen des Neutralgases durch die Seitenwände eine
zusätzliche Erwärmung zur verbesserten Desolvation
unter sowohl laminaren als auch turbulenten Strömungsbedingungen.
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Die
in dem Leiter 60 enthaltene Region 2 wird bevorzugt von
der Pumpöffnung 55 abgepumpt. Wie in 1 ersichtlich,
umfasst die differenzielle Pumpenanordnung 130 eine Mehrzahl
von Kanälen 140 zur Fluidverbindung zwischen der
dem Kanal 115 enthaltenen Innenregion und der in Leiter 60 enthaltenen
Vakuumkammer 50 in Region 2. Neutralgas wird aus der inneren
Region 115 und durch die Kanäle 140 in
der Differenzialpumpanordnung 130 in die Vakuumkammer 50 gepumpt,
wo es weggepumpt wird.
-
Ein
Sensor kann mit Ionentransferleiter 60 und mit einem Controller 58 verbunden
sein, um zum Controller 58 ein Signal zurückzusenden,
das eine Temperatur der Seitenwand oder irgendeines anderen Teils
des Ionentransferleiters 60 angibt. Es versteht sich, das
eine Mehrzahl von Sensoren an unterschiedlichen Positionen angeordnet
werden können, um ein Temperaturprofil zu erhalten. Somit
kann der oder die Sensoren mit dem Ionentransferleiter 60 verbunden
sein, um eine Wärmereduktion zu erfassen, wenn Gas durch
die Mehrzahl von Kanälen 140 in der Seitenwand
des Ionentransferleiters 60 gepumpt wird.
-
In
einer alternativen Anordnung, (in 9a gezeigt),
kann der Leiter 60 von einer geschlossen dritten Vakuumkammer 150 umgeben
sein. Diese kann dazu benutzt werden, Gas durch die Kanäle 140 in
den Wänden der Differentialpumpanordnung 130 zu
saugen. Kann jedoch gleichermaßen auch dazu benutzt werden, eine
Gasströmung durch die Kanäle 140 und
in den Kanal 115 des Ionentransferleiters 60 einzuführen,
anstelle das Hintergrundgas zu beseitigen, wie oben beschrieben.
Dies kann man erreichen durch Einstellen des Drucks in der dritten
Vakuumkammer 150 auf zwischen Atmosphärendruck
und den Druck in dem Kanal 115. Durch Einleiten einer Gasströmung
durch Kanäle 140 in den Kanal 115 können
turbulentere Strömungsbedingungen erzeugt werden, in denen
Probentröpfchen aufgebrochen werden. Die turbulenteren
Strömungsbedingungen können somit bewirken, dass
Probentröpfchen in kleinere Tröpfchen aufgebrochen
werden. Diese Disruption der Tröpfchen ist ein Aufbrechen
mit externer Kraft, im Gegensatz zu einer Disruption mit Coulomb-Explosion,
welche die Tröpfchen ebenfalls aufbricht. In der Ausführung
von 9a ist auch eine optionale zusätzliche
Pumpöffnung 56 gezeigt, die in die Expansionskammer 40 eintritt.
Die Pumpöffnung 45 ist zur Vorderseite der Plattenelektroden 48 hin
angeordnet worden, während die Pumpöffnung 56 die
Region zwischen den Plattenelektroden 48 und dem Eintritt
zur dritten Vakuumkammer 150 pumpt.
-
Bei
Anwendung sowohl von Disruption mit externer Kraft als auch Coulomb-Explosion,
können sowohl das Beseitigen als auch das Hinzufügen
von Gas in einem Ionentransferrohr angewendet werden. Wie zum Beispiel
in 9b gezeigt, wird die dritte Vakuumkammer 150 verkürzt
und umschliesst nur eine Region der zweiten Vakuumkammer 50.
Durch dieses Mittel könnte Gas zu irgendeinem Abschnitt
der zweiten Vakuumkammer 50 über einen Auslass 156 oder
einen Einlass 156, hinzugefügt werden. Somit kann
eine abwechselnde Serie von Disruptionen mit externer Kraft und
Coulomb-Explosion implementiert werden, um die Tröpfchen der
Probe aufzubrechen.
-
Die
Wand der Differenzialpumpanordnung 130 in den Ausführungen
der 1 und 9a, 9b, 9c und 9d kann
aus einem Material gebildet werden, das eine Metallfritte und/oder
einen Metallschwamm und/oder eine durchlässige Keramik
und/oder ein durchlässiges Polymer enthält. Die
Kanäle 140 können durch die Poren oder
Zwischenräume in dem Material definiert werden. Die Poren
oder Zwischenräume in dem Material der Seitenwände
können klein sein und können ein im Wesentlichen
durchgehendes durchlässiges Element ohne gesonderte Öffnungen
bilden. Alternativ können die Kanäle die Form
von gesonderten Öffnungen oder Perforationen einnehmen,
die in den Seitenwänden der Differentialpumpanordnung 130 ausgebildet
sind. Die Kanäle können durch Öffnungen
konfiguriert sein, die runde und/oder gradlinige und/oder längliche
und/oder gleichmässige und/oder nichtgleichmässige
Konfigurationen haben.
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Als
ein weiteres Detail zeigt 9c Einrichtungen,
um den Ionenfluss im kritischen Eintrittsbereich zu verbessern.
Die Expansionszone 90 in der Öffnung 30 ergibt
eine einfache Form von Strahltrennung, die bevorzugt mehre re Partikel
relativ nahe der Achse durchlässt, während leichtere
Partikel zum Umfang diffundieren und von den nachfolgenden Öffnungen
nicht aufgenommen werden, während die Beschleunigungsplatten die
Wirkung haben, die Ionen zu sammeln. 9d zeigt
eine Ausführung, worin die Düsenplatten 48 in
der Orientierung umgedreht sind und sie selbst die Expansionszone
erzeugen, nach einer sehr dünnen Eintrittsplatte. Bei einer
ausreichenden Druckreduktion werden schwere (d. h. schwerer als
das Trägergas) geladene Partikel in die Leiterregion leicht
eintreten, wobei ein Großteil des Trägerstrahls
und leichtere (Lösungsmittel) Ionen abgeführt
(skimmed) werden.
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Die
in den 9a, c und d gezeigte mehrfache
Pumpanordnung (und die auch auf die Ausführung 9b angewendet
werden kann) kann dazu beitragen, die Schnittstellenkosten zu senken,
da eine frühzeitige Reduktion der Gaslast die Pumpanforderungen
für die nächste Stufe reduziert. Insbesondere
könnte die erste Stufe 45 die Gaslast der folgenden
Stufen um mehr als 2 reduzieren, sogar wenn es ein einfaches Schaufelgebläse
ist.
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10 zeigt simulierte Ionenbahnen (r, z)
unter Verwendung von SIMION (RTM) Software. Der ID des durch die
DC-Elektroden 120 definierten Kanals ist 0,75 mm, die langen
DC-Elektrodensegmente 210 sind 0,36 mm, die kurzen Elektrodensegmente 205 sind
0,12 mm und die Lücken dazwischen sind 0,03 mm. Die Gasströmungsgeschwindigkeit
beträgt 200 m/S, und die an diese Segmentsätze
angelegten Spannungen sind +/–100 V. Ionen bewegen sich
von links nach rechts. Die Simulation zeigt, das die Ionen auf innerhalb
1/3 des durch die DC-Elektroden definierten Kanaldurchmessers begrenzt
und entlang dem Kanal fokussiert sind. Die maximale radiale Koordinate
der in Schwingung versetzten Ionen sinkt von 0,16 mm bei Beginn
auf 0,07 mm am Ausgang entlang der Länge von etwa 20 mm.
In 10 ist zu beobachten, dass Ionen,
die nicht innerhalb 1/3 des Kanalradius sind, verloren gehen, weil
sie sich nicht schnell genug bewegen, um das entgegengesetzte elektrische
DC-Feld nahe den Kanalwänden zu überwinden. Die
Simulationen bestätigen, dass diese Ioneneinschränkung
vom Druck innerhalb des Leiters 60 sowie von der Gasströmungsgeschwindigkeit
abhängig ist.
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Der
Effekt ist bei Atmosphärendruck und einer Geschwindigkeit
entsprechend diesem Druck (angenähert 60 m/s) ziemlich
schwach (Fokussierung von 0,174 mm auf 0,126 mm). Jedoch erkennt
man viel stärkere Verbesserungen in der Ioneneinschränkung
bei Anwendung der DC-Elektrodenanordnung 120 bei niedrigeren Drücken
(einige Male niedriger als Atmosphärendruck), bei einer
Gasströmungsgeschwindigkeit von ~200 m/s. Dies ist so,
weil der maximale Gasfluss in die MS1 80, wo der Druck
etwa 1 mbar beträgt, beschränkt ist.
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Obwohl
somit eine gewisse Verbesserung in der Region 2 vorhanden ist, wenn
man nur die DC-Elektrodenanordnung 120 anwendet, und obwohl,
separat davon, eine Verbesserung vorliegt, wenn man die Differentialpumpanordnung 130 ohne
radial elektrostatische Einschränkung mit der DC-Elektrodenanordnung
verwendet, werden in bevorzugten Ausführungen beide zusammen
verwendet, um das optimale Druckregime (unterhalb etwa 300 bis 600
mbar) zu erzeugen, während die Ione elektrostatisch radial
eingeschränkt werden.
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Es
wird aus der obigen einführenden Diskussion ersichtlich,
dass verschiedende Teile der Ionentransferanordnung danach streben,
die Gasströmungsgeschwindigkeit am Ausgang von dem Leiter 60 unterhalb von Überschallpegeln
zu halten, um Stosswellen zu vermeiden. Eine Konsequenz davon ist,
dass am Eintritt in die MS1 80 kein Skimmer notwendig ist – d.
h. die Austrittsöffnung 70 aus der Region 2 eine
einfache Struktur haben kann. Es ist festgestellt worden, dass das
Vorhandensein eines Skimmers an der Austrittsöffnung in einer
Reduktion des Ionenstroms resultieren kann, so dass die Unterschallgeschwindigkeit
des den Leiter 60 verlassenden Gases in der Tat eine weiter
wünschenswerte Konsequenz hat (kein Skimmer erforderlich
ist).
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Obwohl
die meisten oben beschriebenen Ausführungen bevorzugt Ionentransferleiter
mit kreisförmigem Querschnitt (d. h. ein Rohr) zu verwenden,
ist die vorliegende Erfindung nicht auf Rohre beschränkt.
Es könnten auch andere Querschnitte, z. B. elliptisch oder
rechteckig oder sogar flach (d. h. rechteckig oder elliptisch mit
einem sehr hohen Aspektverhältnis) besonders bevozugt werden,
insbesondere dann, wenn starke Ionenströme oder Mehrfachdüsen
(Düsenfelder) verwendet werden. Die einhergehende signifikante
Zunahme in der Gasströmung wird durch die Zunahme in der
Anzahl der Differentialpumpstufen kompensiert. Dies kann z. B. dadurch
implementiert werden, dass Zwischenstufen jener Pumpen benutzt werden,
die bereits angewendet werden.
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Die
in dieser Anmeldung beschriebenen Ionentransferkanäle lassen
sich selbst in Arrays oder Reihen multiplexen, mit der Pumpeinstellung
wie oben beschrieben. Eine solche Anordnung könnte für
Mehrfachkapillar- oder Mehrfachsprühionenquellen optimal
werden.
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Zusammenfassung
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Eine
Ionentransferanordnung zum Transportieren von Ionen zwischen Regionen
mit höherem und niedrigerem Druck des Massenspektrometers
umfasst einen Ionentransferleiter 60. Der Leiter 60 hat
eine Einlassöffnung zu einer Kammer 40 mit relativ
hohem Druck und einen Auslass 70, der sich zu einer Kammer
mit relativ niedrigem Druck öffnet. Der Leiter 60 hat
auch mindestens eine Seitenwand, die einen Ionentransferkanal 115 umgibt.
Die Seitenwand enthält eine Mehrzahl von Öffnungen 140,
die in der Längsrichtung der Seitenwand ausgebildet sind,
um einen Gasstrom von innerhalb des Ionentransferkanals 115 zu
einer Niederdruckregion ausserhalb der Seitenwand des Leiters 60 zu
ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
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