DE112007003062T5

DE112007003062T5 - Ionentransferröhre mit Mehrfachbohrung zu Einzelbohrung

Info

Publication number: DE112007003062T5
Application number: DE112007003062T
Authority: DE
Inventors: Paul R. San Jose Atherron; Jean-Jacques San Jose Dunyach; Maurizio Walnut Creek Splendore; Eloy R. San Jose Wouters
Original assignee: Thermo Finnigan LLC
Current assignee: Thermo Finnigan LLC
Priority date: 2006-12-18
Filing date: 2007-12-12
Publication date: 2010-02-18
Anticipated expiration: 2027-12-13
Also published as: GB0910085D0; GB2479846A; GB2479846B; WO2008076769A8; DE202007019564U1; CA2671542A1; DE112007003062B4; WO2008076769A2; US7470899B2; WO2008076769A3; GB2456735B; GB201113705D0; US20080142698A1; GB2456735A

Abstract

Ionenquelle für ein Massenspektrometer, umfassend:
einen Sprühkopf zum Zuführen eines Sprühnebels aus Tropfen einer Probenlösung in eine erste Kammer;
eine Ionentransferröhre, welche sich zwischen der ersten Kammer und
einer zweiten Kammer erstreckt, die bezogen auf die erste Kammer bei einem kleineren Druck gehalten ist, wobei die Ionentransferröhre umfasst:
ein erstes Segment und ein zweites Segment, das mit dem ersten Segment verbunden ist;
wobei das erste Segment ein Einlassende enthält, das zur ersten Kammer geöffnet ist, und das zweite Segment ein Auslassende enthält, das zur zweiten Kammer geöffnet ist;
wobei das erste Segment eine Mehrzahl von getrennten und im Wesentlichen parallelen Kanälen aufweist, derart, dass von den Tropfen erzeugte Ionen unter der Mehrzahl von Kanälen aufgeteilt werden, wenn die Ionen durch das erste Segment strömen;
wobei das zweite Segment einen gemeinsamen Kanal aufweist, welcher in Strömungsverbindung mit jedem der Mehrzahl von Kanälen steht, wobei...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft allgemein eine Ionenquelle für ein Massenspektrometer und im Speziellen eine Ionentransferröhre zum Transportieren von Ionen zwischen Bereichen unterschiedlichen Drucks in einem Massenspektrometer.
Beschreibung des Standes der Technik
Ionentransferröhren, die auch als Kapillaren bezeichnet werden, sind im Gebiet der Massenspektrometrie bekannt zum Transportieren von Ionen von einer Sprühkammer, welche typischerweise bei oder nahe bei Atmosphärendruck arbeitet, zu einem Bereich von reduziertem Druck. Allgemein beschrieben besteht eine Ionentransferröhre typischerweise aus einer engen länglichen Führung mit einem Einlassende, das zur Sprühkammer geöffnet ist, und einem Auslassende, das zum Bereich reduzierten Drucks geöffnet ist. Ionen, die in der Sprühkammer gebildet werden (z. B. mittels einer Elektrosprühionisierung (ESI) oder einem chemischen Ionisierungsprozess unter Atmosphärendruck (APCI)) zusammen mit teilweise desolvatisierten Tröpfchen und Hintergrundgas, gehen in das Einlassende der Ionentransferröhre hinein, durchqueren deren Länge unter Einfluss des Druckgradienten und verlassen das Auslassende als eine supersonische Expansion (Überschallexpansion). Die Ionen gehen danach durch eine Öffnung in einem Skimmerkonus durch Bereiche von aufeinander folgenden niedrigen Drücken und werden anschließend einem Massenanalysator zugeführt für die Erfassung eines Massenspektrums. Die Ionentransferröhre kann erhitzt bzw. erwärmt werden, um restliches Lösungsmittel zu verdampfen (wodurch die Ionenerzeugung verbessert wird) und um Lösungsmittelanalytenaddukte zu trennen.
Die Zahl von zum Massenanalysator gelieferten Ionen (gemessen durch Spitzenintensitäten oder Gesamtionenzählung) wird teilweise durch die Strömungsgeschwindigkeit durch die Ionentransferröhre beeinflusst. Es ist im Allgemeinen wünschenswert, relativ hohe Strömungsraten durch die Ionentransferröhre bereitzustellen, um dem Massenanalysator eine größere Anzahl von Ionen zu liefern und eine hohe Instrumentenempfindlichkeit zu erreichen. Die Strömungsrate durch die Ionentransferröhre kann erhöht werden durch Vergrößern der Röhrenbohrung (Innendurchmesser). Allerdings hat das Vergrößern der Querschnittsfläche, durch welche die Ionen und Gas transportiert werden, einen nachteiligen Effekt auf die Effizienz des Wärmetransfers zum Ionen-/Gasstrom. Eine Vergrößerung der Ionentransferröhre über einen gewissen Punkt bzw. ein gewisses Maß hinaus führt nicht zu weiterem Nutzen bei der Empfindlichkeit, weil der durch die erhöhte Strömungsrate erzeugte Vorteil aufgewogen wird durch deutlich reduzierte Desolvations-/Adduktdissoziationsraten. Selbstverständlich kann der Wärmetransfer zum Ionen-/Gasstrom vergrößert werden durch Erhöhen der Röhrenwandtemperatur, aber die Maximaltemperatur, bei welcher die Röhre betrieben werden kann, wird durch Materialüberlegungen begrenzt sowie durch die Tendenz von gewissen Analytmolekülen, einer thermalen Dissoziation zu unterliegen.
US-Patente Nrn. 6,583,408 und 6,803,565 von Smith et al. offenbaren ein Massenspektrometer mit einer parallelen Anordnung von mehreren geheizten Kapillaren zum Transportieren von Ionen von einer ESI-Sprühkammer zu einem Ionentrichter. Die Konfiguration mit mehreren Kapillaren ermöglicht sowohl hohe Strömungsraten als auch gute Wärmetransporteffizienz. Allerdings treten die Ionen-/Gasströme an den Auslassenden der Kapillaren als ein geometrisch komplexer Satz von mehreren Expansionen aus, die (obwohl geeignet zur Verwendung mit dem Ionentrichter) nicht einfach mit einem konventionellen Skimmeraufbau mit einer einzelnen Öffnung gekoppelt werden könnte.
US-Patentanmeldung Nr. 2006/0186329 von Gebhardt et al. offenbart einen Ioneneinlass einer Ionenquelle für ein Massenspektrometer mit einer Mehrkanalplatte, welche ähnlich funktioniert wie die geheizten Mehrfachkapillaren der oben beschriebenen Smith-Patente. Das heißt, dass die Mehrfachkanäle in der Mehrfachkanalplatte Ionen und Hintergrundgas empfangen und führen sowie einen breiten bzw. großen Eingangsbereich von der Quelle in einen Ionentrichter bereitstellen. Auch in diesem Fall könnte die Mehrfachkanalplatte nicht einfach mit einem konventionellen Skimmeraufbau mit einer einzelnen Öffnung gekoppelt werden.
Weiter in Betracht zu ziehen ist, dass bei vergrößertem Wandflächenbereich in einer Anordnung mit Mehrfachkapillaren oder Mehrfachkanälen mehr Ionen verloren gehen aufgrund von Entladung, wenn die diese in Kontakt mit der Wandfläche kommen.
Im Hinblick auf die vorausgegangene Diskussion besteht ein Bedarf für eine Ionentransferröhre, welche hohe Strömungsraten ermöglicht, während gute Wärmeleiteffizienz beibehalten wird, und welche in der Lage ist, mit einem konventionellen Skimmeraufbau oder einem ähnlichen Aufbau gekoppelt zu werden.
ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
In einer einfachen Form enthält eine erste Ausführungsform der Erfindung einen Sprühkopf zum Zuführen eines Sprühnebels aus Tropfen einer Probenlösung in eine erste Kammer und eine Ionentransferröhre, welche sich zwischen der ersten Kammer und einer zweiten Kammer erstreckt, die bezogen auf die erste Kammer bei einem kleineren Druck gehalten ist. Die Ionentransferröhre enthält ein erstes Segment und ein zweites Segment, das mit dem ersten Segment verbunden ist. Das erste Segment weist ein Einlassende auf, das zur ersten Kammer geöffnet ist, und das zweite Segment weist ein Auslassende auf, das zur zweiten Kammer geöffnet ist. Das erste Segment weist eine Mehrzahl von Kanälen auf, derart, dass von den Tröpfchen erzeugte Ionen unter der Mehrzahl von Kanälen aufgeteilt werden, wenn die Ionen durch das erste Segment strömen. Es ist zu verstehen, dass die Mehrzahl von Kanälen im Wesentlichen parallel sein können oder andere Orientierungen zueinander haben können. Das zweite Segment weist einen gemeinsamen Kanal in Fluidverbindung mit jedem der Mehrzahl von Kanälen auf. Der gemeinsame Kanal kann daher einen kombinierten Ionenstrom von der Mehrzahl von Kanälen im ersten Segment empfangen und weiterleiten bzw. transportieren. Die Ionentransferröhre kann eine Heizanordnung aufweisen, die ihr zugeordnet ist, um wenigstens einen Abschnitt bzw. Teil des ersten Segments zu erwärmen, um restliches Lösungsmittel zu verdampfen, welches zusammen mit irgendwelchen zugeordneten Gasen durch die Ionentransferröhre strömt.
Durch Auftrennen bzw. Aufteilen des Ionenstroms entlang einer Mehrzahl von Kanälen im ersten Segment der Ionentransferröhre können hohe Ionen-/Gasströmungsraten erreicht werden, ohne einen wesentlichen nachteiligen Effekt bei der Wärmetransfereffizienz und der folgenden Desolvation zu haben, wodurch es ermöglicht wird, dass eine relativ große Anzahl von Ionen zu einem stromabwärtigen Massenanalysator geliefert wird. Ferner wird durch Kombinieren des Ionen-/Gasstroms in einem gemeinsamen Kanal im zweiten Segment der Ionentransferröhre eine einzelne Gasstromexpansion erzeugt, welche mit einer einzelnen Öffnung in einer Platte oder einem Skimmeraufbau gekoppelt werden kann.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Teilschnittansicht, welche das Ionenquellensystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
2 ist eine perspektivische Ansicht einer Ionentransferröhre, welche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung konfiguriert ist;
3 ist eine Endansicht der Ionentransferröhre der 2 entsprechend einer Richtung des Pfeils III der 2;
4 ist eine Schnittansicht der Ionentransferröhre der 2 und 3 entlang der Linie IV-IV der 3;
5A–5C sind Endansichten des Bereichs V der 3, die verschiedene Konfigurationen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen;
6 ist ein Graph, welcher einen Vergleich der Variation der Gesamtionenanzahl (TC) mit der Ionentransferröhrenkonduktanz zeigt, sowohl mit als auch ohne Implementierung der Lehren der vorliegenden Erfindung;
7 ist eine Schnittansicht analog zu derjenigen der 4 einer Ionentransferröhre gemäß einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
8A–8D zeigen Seitenansichten und eine Endansicht von verschiedenen Konfigurationen für ein Einsatzelement der Ionentransferröhre der 7.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
1 zeigt eine schematische und teilweise geschnittene Ansicht einer Ionenquelle 12 eines Massenspektrometers. Die Ionenquelle 12 enthält eine erste Kammer 15 und eine zweite Kammer 18, welche in Betrieb bei einem geringeren Druck gehalten wird als die erste Kammer 15.
Beispielsweise und nicht einschränkend kann die erste Kammer im Wesentlichen bei Atmosphärendruck gehalten werden, wobei die zweite Kammer bei einem Druck in der Größenordnung von einem Torr gehalten ist. Das Ionenquellensystem 12 enthält einen Sprühkopf 21, welcher in der ersten Kammer in einer Position bzw. Stellung abgestützt ist, welche einen Sprühnebel 24 von Tröpfchen einer Probenlösung einschließlich eines Analyten und eines Lösungsmittels von einer Spitze des Sprühkopfs in ein Einlassende 27 einer Ionentransferröhre 30 richtet. Der Sprühkopf 21 kann ein Elektrosprühkopf sein, bei dem die Probenlösung durch eine Sprühnadel, welche bei einem erhöhten Potenzial relativ zu anderen Flächen der ersten Kammer 15 gehalten wird, um einen Sprühnebel von elektrisch geladenen Tröpfchen zu erzeugen, gelenkt wird, oder kann alternativ die Form eines chemischen Ionisierungskopfs bei Atmosphärendruck (APCI) sein oder jeder andere geeignete Kopf, welcher einen Sprühnebel von Probenlösungströpfchen erzeugt. Der hier gezeigte und beschriebene Kopf ist nicht beschränkt auf irgendeinen speziellen Ionisierungskopf. Es ist vielmehr zu verstehen, dass der Kopf irgendein Atmosphärendruckionisierungskopf (API) sein kann und beispielhaft und nicht einschränkend ein Elektrosprühionisierungskopf (ESI), ein geheizter Elektrosprühionisierungskopf (H-ESI), ein chemischer Ionisierungskopf bei Atmosphärendruck (APCI), ein Photoionisierungskopf bei Atmosphärendruck (APPI), ein Matrix-unterstützter Laserdesorptionionisierungskopf bei Atmosphärendruck (AP-MALDI) und ein Laserionisierungskopf bei Atmosphärendruck (APCI) sein kann. Ferner soll der Begriff API-Kopf auch einen „Mehrfachmodus”-Kopf enthalten, welcher eine Mehrzahl der oben genannten Kopftypen kombiniert. Eine beliebige oder andere Ionenquellen können einzeln oder in Kombination verwendet werden, um geladene Partikel zu erzeugen zur Umsetzung mit der vorliegenden Erfindung. Im Allgemeinen soll der Begriff API-Kopf jede Vorrichtung umfassen, welche in der Lage ist, geladene Tröpfchen oder Ionen aus einer Flüssigkeit oder einem Gas zu erzeugen, das in eine API-Quelle eingeführt wird.
Die Ionentransferröhre 30 kann in der ersten Kammer 15 und/oder der zweiten Kammer 18 abgestützt sein. Die Ionentransferröhre 30 ist derart positioniert, dass das Einlassende 27 zur Innenseite der ersten Kammer 15 geöffnet ist. Die Ionentransferröhre 30 weist auch ein Auslassende 33 auf, das zur zweiten Kammer 18 geöffnet ist. Somit werden Ionen zusammen mit partiell desolvatisierten Tröpfchen und Atomen oder Molekülen von Hintergrundgas (Gas, das in die erste Kammer 15 eingeführt wird, um die Tröpfchen zu zerstäuben oder zu fokussieren, Lösungsmitteldampf und Umgebungsgase) in das Einlassende 27 der Ionentransferröhre 30 eingeführt und durchqueren die Länge der Ionentransferröhre 30. Ionen und Hintergrundgase gehen daher von der ersten Kammer 15 bei einem relativ höheren Druck durch die Ionentransferröhre 30 hindurch und aus dem zweiten Ende 33 hinaus in die zweite Kammer 18 bei einem geringeren Druck.
Die Ionentransferröhre 30 kann durch einen Heizblock 36 beheizt werden. Der Heizblock 36 kann auch in der zweiten Kammer 18 abgestützt sein. Der Heizblock kann ein oder mehrere Heizelemente 39 aufweisen, die thermisch mit ihm verbunden sind, um den Heizblock 39 und die Ionentransferröhre 30 zu heizen bzw. zu erwärmen. Das Heizen der Ionentransferröhre 30 auf diese Weise während des Betriebs unterstützt das Verdampfen von restlichem Lösungsmittel in partiell desolvatisierten Tröpfchen, welche vom Sprühnebel 24 in die Ionentransferröhre 30 getragen bzw. transportiert werden. Der Heizblock 36 kann mit einer Bohrung ausgeführt sein, um die Ionentransferröhre 30 aufzunehmen und zu halten. Der Heizblock 36 kann auch in abgedichtetem Kontakt mit einer Innenseite der zweiten Kammer 18 stehen. Der Heizblock 36 kann einen Dichtungsmechanismus enthalten, um die zweite Kammer abzudichten, wenn die Ionentransferröhre 30 entfernt wird bzw. ist. Der Dichtungsmechanismus kann eine Kugel 42 enthalten, welche beweglich in einer Ausnehmung 45 innerhalb des Heizblocks 36 gelagert ist, so dass dann, wenn die Ionentransferröhre 30 aus der zweiten Kammer 18 entfernt wird, die Kugel 42 beispielsweise in Dichtungseingriff mit einem in der Ausnehmung ausgebildeten Sitz fällt. Die Ionentransferröhre 30 kann daher eingeführt bzw. entfernt werden zum Reinigen oder zu anderen Zwecken und ersetzt werden, ohne die Vakuumdichtung im Massenspektrometer zu unterbrechen. Dieser Dichtungsmechanismus kann ähnlich sein wie derjenige, der in dem US-Patent Nr. 6,667,474 von Abramson et al. gezeigt und beschrieben ist, dessen gesamte Beschreibung hier durch Bezugnahme aufgenommen ist.
Sobald die Ionen aus dem zweiten Ende 33 und in die zweite Kammer 18 hineinströmen, können sie durch eine Röhrenlinse 48 während einer einzelnen Gasstromexpansion fokussiert werden. Die Gasstromexpansion kann mit einer einzelnen Öffnung in einer Platte gekoppelt sein, welche die Form eines konventionellen Skimmers 51 aufweist, wenn der Strom zu einem Massenanalysator vorrückt.
Die Ionentransferröhre 30 kann mit einer Wand 54 der ersten und/oder zweiten Kammer 15, 18 verbunden sein durch Gewinde 57 an der Ionentransferröhre 30, welche in komplementäre Gewinde in der Wand 54 oder in einer an der Wand 54 befestigten Mutter eingreifen. Ein Flansch 60 kann in Kontakt mit der Wand 54 gezogen sein durch Gewindeeingriff der Gewinde 57 mit der Wand oder Mutter. Dieser Eingriffskontakt des Flansches 60 kann daher eine strukturelle Abstützung für eine Verbindung bereitstellen, welche eine größere Stärke und Stabilität aufweist. Die Ionentransferröhre 30 kann mit den Vakuumkammern in beliebiger konventioneller Art und Weise verbunden sein. Mit der derart konfigurierten Ionentransferröhre, bei welcher beide Segmente als eine anbringbare Einheit oder Baugruppe integriert sind, wird die wiederholte Ausrichtung und Positionierung der Segmente relativ zueinander und des Gesamtsystems vereinfacht.
2 ist eine perspektivische Ansicht der Ionentransferröhre 30 der 1. Die Ionentransferröhre 30 kann allgemein aufgeteilt sein in einen ersten und einen zweiten Abschnitt, mit einer Grenze an einem gewissen Punkt entlang der Länge der Ionentransferröhre 30. Der erste und der zweite Abschnitt können jeweilige Einlass- und Auslassenden 27, 33 enthalten. Alternativ können diese Abschnitte als erstes und zweites Segment 66, 69 bezeichnet werden, welche gegenüberliegenden Seiten einer identifizierbaren Verbindung entsprechen, wie sie durch die gestrichelte Linie 71 angedeutet ist. In dieser Hinsicht kann die Ionentransferröhre 30 aus wenigstens zwei Stücken gebildet sein, die an einer dazwischen liegenden Stelle entlang der Länge der Ionentransferröhre verbunden sind, wie beispielsweise bei 71. Alternativ kann die Ionentransferröhre eine einstückige Außenröhre aufweisen, welche sowohl das erste als auch das zweite Segment 66, 69 enthält, und das erste und zweite Segment 66, 69 können durch ihren jeweiligen inneren Aufbau und/oder Funktion identifiziert werden, die nachfolgend detailliert unter Bezugnahme auf die 3–6 beschrieben werden.
3 ist eine Endansicht der Ionentransferröhre 30 in einer Richtung von Pfeil III der 2. Wie dargestellt, kann die Ionentransferröhre 30 eine äußere Hülse 74 und eine Mehrzahl von Kapillarröhren 77 innerhalb der Außenhülse 74 aufweisen.
4 ist eine Schnittansicht entlang der Linie IV-IV der 3. Wie aus den 3 und 4 ersichtlich, können die Kapillarröhren 77 eine Mehrzahl von Kanälen 80 bilden, welche sich durch das Einlassende 27 erstrecken und einen Einlass 83 bilden. Die Mehrzahl von Kapillarröhren 77 und zugeordneten Kanälen 80 erstreckt sich auch durch das erste Segment 66 und durch ein Auslassende 86 des ersten Segments 66 hindurch. Das Auslassende 86 des ersten Segments bildet einen Teil eines Übergangs 89 zwischen dem ersten und dem zweiten Segment 66, 69. Es ist verständlich, dass ein Fluidstrom vom ersten Segment 66 durch den Übergang 89 in das zweite Segment 69 ebenfalls einem Übergang von einem Strom aus einer Mehrzahl von Strömen zu einem kombinierten Strom in einem gemeinsamen Kanal 92 unterliegt. Der gemeinsame Kanal 92 kann durch einen Teil bzw. Abschnitt der Außenhülse 74 gebildet sein, welcher die Kapillarröhren 77 umgibt. Das heißt, dass sich ein Abschnitt der Außenhülse 74 über das Auslassende 86 des ersten Segments 66 erstrecken kann, um den gemeinsamen Kanal 92 zu bilden. Alternativ kann der gemeinsame Kanal 92 durch eine zweite Segmentröhre 95 gebildet werden, welche mit der Außenhülse 74 am Auslassende 86 verbunden ist, wie dies in 4 dargestellt ist.
Die Konduktanz ist in allen Ausführungsformen abhängig von der Länge, dem Strömungsflächenquerschnitt (welcher vom Durchmesser für runde Kapillaren/Röhren abhängt) und Temperaturen in der Mehrzahl von Kanälen des ersten Segments und dem gemeinsamen Kanal des zweiten Segments. Strom und Durchsatz sind abhängig von der Konduktanz und einem Druckunterschied zwischen dem Einlass und dem Auslass für die Transferröhre. In einer Ausführungsform ist die Konduktanz im zweiten Segment größer als oder gleich wie die Summe der Konduktanzen im ersten Segment. Es ist verständlich, dass jemand mit üblichem Fachwissen in der Lage ist, die erforderlichen Längen, Querschnittsströmungsflächen und Temperaturen für das erste und zweite Segment zu berechnen, um einen gewünschten Fluss bzw. Strom durch einen gewünschten Druckunterschied zu erreichen.
2 und 4 zeigen auch eine Spitze 98, welche mit der zweiten Segmentröhre 95 verbunden ist und einen Teil des zweiten Segments 69 bildet. Die Spitze 98 zeigt einen verengten Abschnitt 101 relativ zum Kanal 92. Es ist verständlich, dass die Spitze 98 und/oder der verengte Abschnitt 101 optional sind. Die Parameter der Segmente und deren Abschnite können derart gewählt werden, dass die Konduktanz im zweiten Segment 69 größer als oder gleich wie die Konduktanz im ersten Segment 66 ist. Andererseits, wenn beispielsweise die Spitze 98 vorgesehen ist, kann der verengte Abschnitt 101 die niedrigste Konduktanz von irgendeinem Abschnitt des zweiten Segments 69 steuern/regeln oder ergeben oder sogar der gesamten Transferröhre 30. Das Maß der Verengung am Auslassende 33 des zweiten Segments 69 kann daher so ausgewählt werden, dass der Gesamtfluss oder Durchsatz für die Ionentransferröhre 30 nicht eingeschränkt wird.
Es ist verständlich, dass bei einer anderen Ausführungsform die Verengung an der Spitze zweckgebunden ausgewählt werden kann, um die gesamte Konduktanz zu dominieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Verengung aus anderen Gründen als die Steuerung des Flusses oder Durchsatzes bereitgestellt sein bei allen Ausführungsformen der Erfindung. Beispielsweise kann die Verengung eingesetzt werden, um den Vorteil der Verbesserung des Vereinigungseffekts des zweiten Segments 69 zu verbessern, um den kombinierten Strom von der Mehrzahl von Strömen, welche vom ersten Segment 66 kommen, zu bilden. Es ist ferner verständlich, dass die Spitze 98 ein getrenntes Stück sein kann oder einstückig zusammen mit der Außenhülse 74 oder der zweiten Segmentröhre 95 bereitgestellt sein kann, ohne dass vom Sinn und Umfang der Erfindung abgewichen wird.
5A–5C sind vergrößerte detaillierte Endansichten entsprechend einem Bereich V, der in der 3 eingekreist dargestellt ist. 5A zeigt eine Konfiguration, bei welcher mehrere Kanäle 80 durch vier Kapillarröhren 77 gebildet sind, die innerhalb der Außenhülse 74 abgestützt sind. 5B zeigt eine Konfiguration mit drei Kapillarröhren 77, die innerhalb der Außenhülse 74 abgestützt sind. 5C zeigt eine Konfiguration mit zwei Kapillarrohren 77, welche innerhalb der Außenhülse 74 abgestützt sind.
Einer der Vorteile, welcher durch die Mehrzahl von Kapillarröhren 77 innerhalb der Außenhülse 74 bereitgestellt wird, liegt darin, dass die Wände der Kapillarröhren den Flächenbereich vergrößern, welcher in Kontakt mit dem Probenfluid 83 (welches eine Kombination aus Gas- und Ionenfluss umfasst) innerhalb des Kanals 80 steht, da das Probenfluid 83 durch die Kapillarröhren 77 hindurchgeht. Der konvektive Wärmetransfer von den Wänden der Kapillarröhren 77 in das Probenfluid 83 wird erhöht. Wie in den 5A und 5B dargestellt, können ein oder mehrere thermisch leitende Materialien 104 in Räumen zwischen den Kapillarröhren 77 und der Außenhülse 74 angeordnet sein, und ein oder mehr thermische leitende Materialien 107 können in einem Raum zwischen der Mehrzahl von Kapillarröhren 77 selbst angeordnet sein. Die in 5C dargestellte Konfiguration weist keinen Raum direkt zwischen der Mehrzahl von Kapillarröhren 77 für die Anordnung von zusätzlichem Wärme leitenden Material auf. Das Wärme leitende Material kann metallische Feststoffe 104, 107 enthalten, die Lötmaterial zum Halten der Kapillarröhren 77 an einer Innenwand 110 der Außenhülse 74 enthalten und/oder feste Stäbe 113 zum Einführen in Räume zwischen den Kapillarröhren und der Außenhülse 74, wie dies durch gestrichelte Linien in 5A dargestellt ist. Das Lötmaterial und/oder die Feststoffstangen 113 weisen den Vorteil auf, dass sie die Räume zwischen den Kapillarröhren 77 und der Innenwand 110 schließen, um eine Vakuumdichtung zu bilden. Somit sind bei dieser Ausführungsform die einzigen Strömungskanäle zwischen der ersten und der zweiten Kammer 15 und 18 die Kanäle 80. Die Festkörperstäbe 113 weisen auch den Vorteil auf, dass sie das Aufweiten von Lötmaterial auf mehr Flächenbereich zwischen der Innenfläche 110 der Hülse 74 und den Kapillarröhren 77 unterstützen für verbesserte Wärmeleitung.
Ein weiterer Vorteil der Außenhülse 74, welcher die Kapillarröhren 77 aufnimmt und abstützt, liegt darin, dass die Kombination der inneren Kapillarröhren 77 und der äußeren Hülse 74 eine starke und steife Ionentransferröhre bildet, welche die erforderliche strukturelle Integrität aufweist, um die Ausrichtung während Zusammenbau und Installation der Ionentransferröhre 30 in der Ionenquelle und im Massenspektrometer beizubehalten. Jedes der hinzugefügten Materialien 104, 107, 113 dient ferner zur strukturellen Verstärkung der Ionentransferröhre 30. Unter anderem ist die Ionentransferröhre 30 somit stark genug ausgebildet, um in Eingriff mit der Kugel 42 zu kommen und diese von einer abgedichteten Sitzposition wegzubewegen ohne Biege- oder andere nachteilige Effekte auf die Ionentransferröhre 30, wenn die Ionentransferröhre anfänglich oder nach einer Reinigung eingesetzt wird. Somit können sehr dünnwandige Kapillarröhren verwendet werden für die nachfolgend ausgeführten Vorteile.
Es ist verständlich, dass das Einführen und Entfernen der Ionentransferröhre 30 auf diese Weise durchgeführt werden kann, ohne die Vakuumdichtung zu unterbrechen.
Bei einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform der vorteilhaften Anordnung der vorliegenden Erfindung erstrecken sich die Wände der Kapillarröhren radial nach innen relativ zur Innenfläche 110 der Außenhülse 74, welche sonst einen einzelnen Kanal im ersten Segment 66 bilden würden. Das heißt, dass sich die Wände zu einer zentralen bzw. mittleren Stelle innerhalb eines Bereichs des Weges des gasförmigen Probenfluids 83 erstrecken. In Ionentransferröhren ohne die Unterstützung der Kapillarröhren der vorliegenden Erfindung würden Teile des Probenfluids 83 in einer Randschicht nahe der Innenwand der Außenhülse 74 eine isolierende Gasschicht bilden, durch welche Wärme bzw. Hitze konvektiv transportiert werden müsste, um zentral angeordnete Teile des Fluids 83 zu erreichen. Somit würde die Randschicht die zentral angeordneten Teile des gasförmigen Probenfluids 83 tatsächlich gegen Wärmetransport isolieren. Dies führt zu größeren Bedenken, wenn der Durchmesser der Ionentransferröhre vergrößert wird, um einen erhöhten Durchsatz zu erreichen, was nachfolgend beschrieben wird. Mit den Kapillarröhren 77 kann andererseits die Wärme konduktiv entlang und durch die Wände der Kapillarröhren 77 transportiert werden zu einem zentralen Bereich innerhalb der Außenhülse 74 der Ionentransferröhre 30. Somit kann mehr Probenfluid 83 effektiver erwärmt bzw. geheizt werden durch das Bereitstellen von Kapillarröhren innerhalb der Außenhülse 74.
Eine der Überlegungen bei der Konfiguration der Ionentransferröhre 30 besteht darin, dass Flächen außerhalb der Kapillarröhren nicht zum Fluss oder Durchsatz beitragen können. Diese Flächen können als Toträume betrachtet werden. Wenn ein großer Totraum im Zentrum der Außenhülse angeordnet ist, kann ein großer Verlust beim Fluss oder Durchsatz das Ergebnis sein. Folglich kann eine Konfiguration mit minimalem Totraum verwendet werden. Um den Verlust von Fluss und Durchsatz weiter zu verringern, können die Kapillarröhren 77 mit dünnen Wänden versehen sein.
6 ist ein Graph 116, welcher die Beziehung der Ionenintensität oder der Gesamtionenzahl (TIC) entlang der Vertikalachse in Relation zum vergrößernden Durchmesser entlang der horizontalen Achse darstellt Es ist verständlich, dass die Anzahl von Ionen, welche dem Massenanalysator zugeführt werden (wie dies durch die Ionenintensität oder TIC repräsentiert ist) wenigstens teilweise eine Funktion des gesamten Probenfluidstroms oder -durchsatzes in der Ionentransferröhre 30 ist, was wenigstens teilweise eine Funktion der Konduktanz ist. Wenn allerdings der Fluss/Strom oder Durchsatz groß ist auf Kosten der Desolvation, dann wird die Zunahme bei der Intensität oder TIC nicht proportional sein zur Zunahme bei der Konduktanz und Strömungsrate, weil die Anzahl von erfassbaren Ionen nicht entsprechend groß sein wird aufgrund der reduzierten Wärmetransfereffizienz. Durch das Bereitstellen von mehreren Kanälen und somit dem Erhöhen der Fläche, über welche Wärme zum Probenfluid transportiert werden kann, ermöglichen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung einen guten Wärmetransport und befriedigende Desolvationsraten über einen breiteren Bereich von Strömungsraten des Probenfluids bezüglich einer konventionellen Einzelkapillare. Dieser Vorteil wird durch die Beziehung zwischen der durchgezogenen Kurve 117, welche die Veränderung der Ionenintensität oder TIC mit der Konduktanz bei einer konventionellen Ionentransferröhre mit Einzelbohrung zeigt, und der gestrichelten Kurve 118, welche die Veränderung der Ionenintensität oder TIC mit der Konduktanz bei einer Ionentransferröhre 30 zeigt, die gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform konstruiert ist.
Aus 6 ist zu erkennen, dass beide Kurven eine anfängliche Erhöhung der Ionenintensität/TIC bei ansteigender Konduktanz zeigen. Wenn allerdings die Konduktanz über einen Wert C1, welcher einer Intensität/TIC I1 entspricht, ansteigt, schwächt sich die Intensität/TIC, welche der konventionellen Ionentransferröhre zugeordnet ist, ab aufgrund der verringernden Wärmetransporteffizienz, was zu reduzierter Desolvation und Ionenerzeugung führt. Im Gegensatz hierzu steigt die Intensität/TIC, welche der Ionentransferröhre 30 zugeordnet ist, weiter an deutlich über den Wert von I1 aufgrund der verbesserten Wärmetransporteigenschaften der Mehrfachbohrungskonfiguration, was adäquate Desolvationsraten aufrechtzuerhalten ermöglicht über einen größeren Bereich von Konduktanzen. Die verbesserten Wärmetransporteigenschaften der Mehrfachbohrungskonfiguration ermöglichen es auch, höhere Intensitäten/TIC zu erreichen.
Es ist möglich, die Mehrzahl von Kanälen entlang der gesamten Länge der Ionentransferröhre bereitzustellen. Allerdings hat man erkannt, dass dies zu nachteiliger Interaktion zwischen den Ionenströmen führt, sobald diese das Auslassende der Mehrzahl von Kanälen verlassen und in die zweite Kammer eindringen. Das heißt, während der Expansion des Gases und der Analytionen unter relativ hohem Druck, was beim Eintreten in die zweite Kammer auftritt, können mehrere Ströme von Gas und Ionen miteinander interagieren, so dass eine komplexe Strömungsgeometrie gebildet wird, was zu einer Reduktion der Anzahl von Ionen führt, welche durch den Skimmer 71 oder eine ähnliche Anordnung hindurchgehen. Das Verlängern der Außenhülse 74 über die Auslassenden der Mehrzahl von Kanälen 80 oder das Hinzufügen einer gemeinsamen Kanalröhre über die Auslassenden hinaus, wie in 4 dargestellt, ermöglicht demgegenüber, dass eine Mehrzahl von Strömungen 119, 120 von Ionen aus der Mehrzahl von Kanälen 80 in einem einzelnen Strom 122 kombiniert werden, bevor sie in die zweite Kammer 18 eingeführt werden. Somit wird eine einheitliche Strahlexpansion gebildet, wodurch es möglich ist, die Ionentransferröhre effizient mit einer konventionellen Skimmerlinse oder einem ähnlichen Aufbau mit einer einzelnen Öffnung zu kombinieren bzw. koppeln.
7 ist eine Schnittansicht einer Ionentransferröhre 125 gemäß einer alternativen Ausführungsform. Die Ionentransferröhre 125 kann einen Kopf 128, einen Mehrfachkanaleinsatz 131, welcher in einer Einlassausnehmung 134 des Kopfs 128 angeordnet ist, eine gemeinsame Kapillarröhre 137, welche in einem Auslassende des Kopfs 128 aufgenommen ist, und Gewinde 143 am Kopf 128 umfassen. Der Kopf 128, der Mehrfachkanaleinsatz 131 und die gemeinsame Kapillarröhre können verschweißt, gelötet oder pressgepasst sein miteinander für eine komplette Vakuumdichtung, wenn die Ionentransferröhre 125 in einem Massenspektrometer installiert ist. Alternativ können zwei oder mehrere dieser Elemente einstückig vorgesehen sein. Die Ionentransferröhre 125 kann in einem Massenspektrometer in einer abgedichteten Art und Weise ähnlich der Installation der oben beschriebenen Ionentransferröhre 30 installiert werden.
Analog zu den Ausführungsformen der 1–5C enthält die Ionentransferröhre 125 einen ersten Abschnitt oder ein erstes Segment 146 und einen zweiten Abschnitt oder ein zweites Segment 149. Das erste Segment 146 weist eine Mehrzahl von Bohrungen 152 auf, welche eine entsprechende Mehrzahl von Kanälen bildet, analog zur Mehrzahl von Kanälen, die durch die Mehrzahl von Kapillaren in der Ausführungsform der 1–5C gebildet ist. Das erste Segment 146 weist ein Einlassende 155 und das zweite Segment 149 weist ein Auslassende 158 auf. Ein Übergang erfolgt stromabwärts des ersten Segments 156 bei einem Einlassabschnitt des zweiten Segments 149. Der Übergang kann definiert sein, so dass er mit dem tatsächlichen Übergang des Probenfluids übereinstimmt, wenn dieses aus mehreren Strömen, welche das erste Segment 146 verlassen, zu einem einzelnen vereinheitlichten gemeinsamen Strom irgendwo entlang einer Länge des zweiten Segments 149 geändert wird.
Das zweite Segment 149 kann einen Abschnitt des Kopfs 128 enthalten, welcher die gemeinsame Kapillarröhre 137 aufnimmt und somit kann das zweite Segment 149 direkt verbunden werden mit dem ersten Segment 146. Die gemeinsame Kapillarröhre 137 kann anliegend oder auf andere Weise mit dem Mehrfachkanaleinlass 131 verbunden sein für eine direkte Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Segment analog zur Ausführungsform der 1–5C. In der Ausführungsform der 7 kann eine separate oder integrale Spitze mit einer Verengung an einem Auslassende der Ionentransferröhre 125 angewendet werden. In allen Ausführungsformen der Erfindung ist es verständlich, dass zusätzliche Elemente bei den Einlass- oder Auslassenden hinzugefügt werden könnten, ohne dass vom Sinn und Umfang der Erfindung abgewichen wird. Als nicht einschränkendes Beispiel kann eine Anordnung des Kopfs 128 oder des Einlasses 131, welcher stromaufwärts der Mehrzahl von Bohrungen 152 eine vergrößerte Einlassöffnung bildet, ein vorteilhaftes Element bereitstellen, das das Führen des gasförmigen Probenfluids und der Ionen in die Ionentransferröhre 125 unterstützt.
8A zeigt eine Seitenansicht des Mehrfachkanaleinsatzes 131 getrennt vom Kopf 128. Der Einsatz zwecks Aufnahme in der Ausnehmung 134 dimensioniert sein. Der Einsatz 131 kann am Kopf 128 befestigt und abgedichtet sein durch ein bekanntes Verfahren, das beispielsweise Laser oder Elektronenstrahlschweißen umfasst. 8B ist eine Endansicht, welche die Mehrzahl von Bohrungen 152 in Querrichtung zeigt.
8C ist eine Endansicht eines Mehrfachkanaleinsatzes 167 ähnlich zur Endansicht der 8B. Allerdings ist die Mehrzahl von Bohrungen 170 im Einsatz 167 größer und die Bohrungen sind in einer im Wesentlichen hexagonalen Konfiguration. Die Größe der Bohrungen 170 kann verringert werden, da die Anzahl von Bohrungen 170 vergrößert ist. Andererseits kann ein vergrößerter Durchsatz realisiert werden durch Beibehalten oder Vergrößern der Größe und Erhöhen der Anzahl von Bohrungen 170. Die Dicke des Materials kann so gewählt werden, dass eine Länge der Bohrungen 170 definiert wird. Der Mehrfachkanaleinsatz 167 kann aus Titan hergestellt sein, um seine exzellenten Wärmetransporteigenschaften umzusetzen.
8D zeigt eine Endansicht eines Mehrkanaleinsatzes 179, der eine weitere unterschiedliche Konfiguration der Mehrzahl von Bohrungen 182 aufweist. Die Mehrzahl von Bohrungen sind, wie dargestellt, in einem im Wesentlichen quadratischen Muster angeordnet mit einer weiteren Erhöhung der Anzahl von Bohrungen 182 auf neun. Erneut kann die Größe der Bohrungen 182 kleiner und die Anzahl der Bohrungen 182 größer sein als bei den Ausführungsformen der 8A–8C. Andererseits kann die Größe der Bohrungen 182 gleichbleiben oder erhöht werden bei einer erhöhten Anzahl von Bohrungen 182. Somit kann der Wärmetransport weiter verbessert werden. Die Länge der Bohrungen 182 kann bestimmt werden durch Auswahl der Dicke des Einsatzes 179.
In den Ausführungsformen der 7–8D können die Mehrfachkanaleinsätze 131, 167, 179 dünn oder plattenähnlich sein, so dass eine Länge der Mehrzahl von Bohrungen durch die Mehrfachkanaleinsätze kurz ist. Ähnliche Konfigurationen könnten bei den Ausführungsformen der 1–5C angewendet werden. Mit einer plattenähnlichen Struktur, welche die Mehrzahl von Kanälen in dem ersten Segment bildet, könnte eine größere Anzahl von Kanälen gebildet werden. Beispielhaft und nicht einschränkend könnte ein Bereich der Anzahl von Kanälen von zwei bis zehn sein. Allerdings kann eine Anzahl, die ein Vielfaches größer ist als irgendeine Zahl in dem Bereich angewendet werden, ohne dass vom Umfang der Erfindung abgewichen wird. Die Mehrzahl von Kanälen in jeder der Ausführungsformen kann im Wesentlichen parallel zueinander sein oder kann verschiedene andere Relativpositionen aufweisen. Beispielhaft und nicht einschränkend kann die Mehrzahl von Kanälen radial nach innen geneigt sein zu einer Zentralachse oder kann spiralförmig orientiert sein, um den Strom des gasförmigen Probenfluids und der Ionen in einer Spirale bereitzustellen.
Die gleichen Vorteile für den erhöhten Durchsatz oder TIC ohne nachteilige Effekte der reduzierten Desolvation können erreicht werden durch die Ionentransferröhren 125 der 7–8D ähnlich zu dem, was mit den Ionentransferröhren 30 der 1–5C erreicht werden kann. Die erhöhte TIC bei erhöhter Konduktanz, die in dem Graph der 6 dargestellt ist, ist sowohl auf die Ausführungsformen der 7–8D als auch auf die Ausführungsformen der 1–5C anwendbar. Elemente aus all diesen hier offenbarten Ausführungsformen können gemischt und in irgendwelchen Kombinationen angepasst bzw. zusammengesetzt werden, ohne vom Sinn und Umfang der Erfindung abzuweichen. Es ist auch verständlich, dass das Zusammensetzen und/oder Auswählen von Konduktanzen in den jeweiligen Abschnitten oder Segmenten der Ionentransferröhre 125 der 7–8D in gleicher Weise angewendet werden kann wie oben beschrieben im Hinblick auf die Ausführungsformen der 1–5C.
Die zuvor dargestellten Ausführungsformen und Beispiele wurden präsentiert, um die vorliegende Erfindung und deren praktische Anwendung bestmöglich zu erklären und dadurch den Fachmann in die Lage zu versetzen, die Erfindung zu nutzen. Allerdings wird der Fachmann erkennen, dass die vorangegangene Beschreibung und die Beispiele rein illustrativ und beispielhaft präsentiert worden sind. Die vorangegangene Beschreibung beabsichtigt nicht, das sich die Erfindung auf die genauen offenbarten Ausführungsformen einschränkt oder dafür erschöpfend ist. Viele Modifikationen oder Veränderungen sind möglich im Lichte der obigen Lehren, ohne vom Inhalt und Umfang der nachfolgenden Ansprüche abzuweichen. Beispielsweise können die Wände eine beliebige Form aufweisen und können sich radial nach innen erstrecken von einer Innenwand einer Ionentransferröhre, um irgendeine Mehrzahl von Kanälen zu bilden, oder um konduktiven Wärmetransport zu Abschnitten des Probenfluids bereitzustellen, die sonst weiter entfernt von einem Heizblock oder einer sonstigen Heizquelle sind, welche für verbesserte Desolvation verwendet werden.
Im ersten Segment kann irgendeine Anzahl von Kapillarröhren bereitgestellt sein. Beispielhaft und nicht einschränkend kann die Anzahl von Kapillarröhren fünf, sechs, sieben oder acht sein. Die Anzahl und relativen Orientierungen der Kapillaren kann ausgewählt werden in Abhängigkeit der Eigenschaften und Geometrien des Ionensprühnebels. Beispielsweise würde eine längliche Feder bzw. Fahnenform eines speziellen Ionensprühkopfs gut mit einer linearen Anordnung von Kapillarröhren in der Ionentransferröhre zusammenpassen. Die Ionensprühnebeleigenschaften einer Probe können auch andere Änderungen hervorrufen, wie beispielsweise tiefere Temperaturen und geringerer Wärmetransport vom Heizblock. Längen der einzelnen Kapillarröhren und die Länge der Gesamtionentransferröhre können ausgewählt werden basierend auf unterschiedlichen Merkmalen/Eigenschaften der Probe oder unterschiedlichen Druckdifferenzen zwischen der ersten und der zweiten Kammer. Die Länge einer Ionentransferröhre, über welche die Probe erwärmt wird, kann ausgewählt werden basierend auf Strömungseigenschaften und weiteren Probeneigenschaften, wie beispielsweise Ionisierungszustand.
Es ist verständlich, dass die Flusseigenschaften für unterschiedliche Ladungszustände der gleichen Probe unterschiedlich sein können, falls die Ladungszustände einzeln sind oder irgendeine Auswahl von Mehrfachladungen pro Ion vorliegen. Ferner können einige Analytkomponenten stärker mit den Wänden der Kanäle interagieren, was zu einem größeren Verlust von Ionen pro Länge der Kanäle aufgrund von Entladung führt. Durch das Verwenden eines gemeinsamen Kanals des zweiten Segments ergibt sich ein Vorteil als solcher, wie dies in den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gemacht wurde. Der Vorteil liegt darin, dass die Fläche pro Einheitslänge im zweiten Segment kleiner ist als die Fläche pro Einheitslänge im ersten Segment, so dass im zweiten Segment weniger Entladung der Ionen pro Einheitslänge stattfindet als im ersten Segment.
Die Länge des ersten Segments oder des Abschnitts mit Mehrfachbohrung der Ionentransferröhre kann klein oder groß sein verglichen mit der Gesamtlänge der Ionentransferröhre. Diese Beziehung kann ausgedrückt werden mittels eines Verhältnisses der Länge des ersten Segments (oder der Mehrzahl von Bohrungen) zur Gesamtlänge. Beispielsweise könnte bei einer Ionentransferröhre mit einer Länge von 100 mm ein kurzes erstes Segment eine Länge von 3/4 mm in Strömungsrichtung haben. Das Verhältnis könnte somit als 0,0075 ausgedrückt werden. In einem breiten Bereich könnte das Verhältnis von 0,002 bis 0,95 liegen. Es ist verständlich, dass das Verhältnis des ersten Segments oder der Mehrzahl von Bohrungen zur Gesamtlänge der Ionentransferröhre jedes dazwischen liegende Verhältnis sein kann einschließlich, aber nicht einschränkend 1/8, 1/4, 1/3, die Hälfte, 2/3 und 3/4. Die Ausführungsformen der 7–8F zeigen Verhältnisse am unteren Ende dieses Bereichs, da die Länge des ersten Segments oder der Mehrzahl von Bohrungen durch Öffnungen gebildet ist, welche eine relativ kurze Länge haben durch ein Element, das in einem Kopf der Ionentransferröhre am Einlassende der Ionentransferröhre installiert ist, wie oben beschrieben.
Viele der beispielhaften Ausführungsformen der Figuren zeigen runde Kapillaren, runde Ionentransferröhrensegmente und im Wesentlichen in Umfangsrichtung verteilte Kapillarröhren. Es ist allerdings verständlich, dass die Formen der Kapillarröhren und/oder der Ionentransferröhren nicht rund sein müssen. Diese Formen können auch elliptisch, quadratisch, dreieckig oder von sonst einer Form sein. Die Verteilung der Kapillarröhren muss nicht in Umfangsrichtung sein. Ferner können die Größen und/oder Formen der Kapillarröhren bei einer gegebenen Ionentransferröhre unterschiedlich sein. Ferner können die Kapillarröhren in beiliebiger symmetrischer oder nicht symmetrischer Art und Weise um eine Zentralachse der Ionentransferröhre angeordnet sein. Überdies können die Kapillarröhren eine lineare oder gekrümmte Anordnung bilden oder sie können in einer rechteckigen oder sechseckigen Verteilung mit horizontalen oder diagonalen Reihen bei irgendeinem gewünschten Winkel verteilt sein. Eine Anordnung mit sieben Kapillarröhren ist ebenfalls denkbar und weist sechs Kapillarröhren auf, welche eine zentrale Kapillarröhre umgeben.
Die Kapillarröhren, Außenhülsen, Köpfe und Einsätze können auch verschiedene Materialien aufweisen. Beispielsweise kann eines oder mehrere dieser Element aus Titan, rostfreiem Stahl (Edelstahl), Messing oder einem anderen Metall, Keramik oder einem Verbundmaterial gebildet sein. Titan und Messing weisen den Vorteil auf, dass sie gute Wärmeleiter sind. In einer Ausführungsform können die Kapillarröhren als Nuten oder gebohrte Löcher in einem Block von Siliciumnitrid oder anderem keramischen Material ausgebildet sein. Somit können Heizvorrichtungen direkt in den Block eingebettet sein. In einer Ausführungsform können Nuten in einer Fläche eines ersten Blocks vorgesehen sein und ein zweiter Block kann auf die Oberseite des ersten Blocks hinzugefügt werden, um die Nuten zu schließen und um die Kapillarkanäle zu bilden. Verschiedene Oberflächenmerkmale können an den Innenwänden der Kapillarröhren umgesetzt werden. Beispielsweise kann eine weniger glatte Oberfläche, welche Turbulenzen in Randschichten der Probe hervorruft, tatsächlich zu einer geringeren Interaktion zwischen Strömen der Probe führen, welche ein erstes Segment einer Ionentransferröhre verlassen. Für Kapillarröhren aus Siliciumnitrid-Keramik oder für andere Beispiele mit einer Anordnung oder anderen Konfiguration von Kapillarröhren kann die Feder bzw. Fahne vom Ionenkopf derart konfiguriert sein, dass sie eine entsprechend flache oder andere Konfiguration aufweist, wie beispielsweise beim Formen mit Gasströmen.
Zusammenfassung
Eine Ionenquelle umfasst eine Ionentransferröhre, die zwei Segmente aufweist, zum Transportieren eines Ionen enthaltenden Probenfluids zwischen einer ersten Kammer und einer zweiten Kammer, die bezogen auf die erste Kammer bei geringerem Druck gehalten ist. Ein erstes Segment kann eine Mehrzahl von Kanälen und die Kanäle bildende, Wärme leitfähige Wände enthalten. Die Mehrzahl der Kanäle und die Kanäle bildenden Wände fördern den effektiven Konvektionswärmetransfer zum Probenfluid, wodurch ein Betrieb bei relativ hohen Probenfluidströmungsraten ermöglicht wird, was zu einer Erhöhung der Anzahl von Ionen führt, die einem Massenanalysator zugeführt werden können. Ein zweites Segment bildet einen einzelnen gemeinsamen Kanal, welcher die Mehrzahl von Probenströmen empfängt und es ermöglicht, diese in einem einzelnen Ionenstrahl zu kombinieren, der als einzelne Gasstromexpansion in die zweite Kammer eingeführt werden kann.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6583408 [0004]
- US 6803565 [0004]
- US 6667474 [0021]

Claims

Ionenquelle für ein Massenspektrometer, umfassend: einen Sprühkopf zum Zuführen eines Sprühnebels aus Tropfen einer Probenlösung in eine erste Kammer; eine Ionentransferröhre, welche sich zwischen der ersten Kammer und einer zweiten Kammer erstreckt, die bezogen auf die erste Kammer bei einem kleineren Druck gehalten ist, wobei die Ionentransferröhre umfasst: ein erstes Segment und ein zweites Segment, das mit dem ersten Segment verbunden ist; wobei das erste Segment ein Einlassende enthält, das zur ersten Kammer geöffnet ist, und das zweite Segment ein Auslassende enthält, das zur zweiten Kammer geöffnet ist; wobei das erste Segment eine Mehrzahl von getrennten und im Wesentlichen parallelen Kanälen aufweist, derart, dass von den Tropfen erzeugte Ionen unter der Mehrzahl von Kanälen aufgeteilt werden, wenn die Ionen durch das erste Segment strömen; wobei das zweite Segment einen gemeinsamen Kanal aufweist, welcher in Strömungsverbindung mit jedem der Mehrzahl von Kanälen steht, wobei der gemeinsame Kanal einen kombinierten Ionenfluss von der Mehrzahl von Kanälen im ersten Segment empfängt und transportiert; und eine Heizanordnung zum Heizen von wenigstens einem Abschnitt des ersten Segments, um restliches Lösungsmittel, das durch die Ionentransferröhre strömt, zu verdampfen.
Ionenquelle nach Anspruch 1, wobei jeder der Mehrzahl von Kanälen des ersten Segments eine jeweilige Kanalkonduktanz aufweist, und wobei das zweite Segment eine einzelne gemeinsame Kanalkonduktanz aufweist; und wobei die einzelne gemeinsame Kanalkonduktanz des zweiten Segments im Wesentlichen gleich wie oder größer als die Summe der jeweiligen Kanalkonduktanzen des ersten Segments ist.
Ionenquelle nach Anspruch 2, wobei die Ionentransferröhre ferner eine Spitze am zweiten Segment umfasst, wobei die Spitze eine maximale Konduktanzgrenze für den einzelnen gemeinsamen Kanal des zweiten Segments bereitstellt, wobei die gemeinsame Kanalkonduktanz des zweiten Segments annähernd gleich der Summe der jeweiligen Kanalkonduktanzen des ersten Segments ist.
Ionenquelle nach Anspruch 1, wobei jeder der Mehrzahl von Kanälen des ersten Segments eine jeweilige Kanalkonduktanz aufweist, und wobei das zweite Segment eine einzelne gemeinsame Kanalkonduktanz aufweist; und wobei die einzelne gemeinsame Kanalkonduktanz des zweiten Segments kleiner als die Summe der jeweiligen Kanalkonduktanzen des ersten Segments ist.
Ionenquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Segment eine Mehrzahl von Kapillarröhren umfasst, die in einer Außenhülse aufgenommen sind, wobei jede Kapillarröhre einen entsprechenden Kanal der Mehrzahl von Kanälen des ersten Segments definiert, wobei die Mehrzahl von Kapillarröhren zueinander und zur Außenhülse thermisch zugeordnet sind durch wenigstens ein wärmeleitfähiges Material.
Ionenquelle nach Anspruch 5, wobei das zweite Segment wenigstens einen Abschnitt der Hülse umfasst.
Ionenquelle nach Anspruch 5, wobei das wenigstens eine wärmeleitende Material ein Lötmaterial umfasst, wobei das Lötmaterial ferner eine Fluiddichtung zwischen einer Außenseite der Kapillaren und einer Innenfläche der Hülse bereitstellt.
Ionenquelle nach Anspruch 5, wobei das erste Segment fünf Kapillarröhren umfasst.
Ionenquelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sprühkopf ein Elektrosprühkopf ist.
Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1–8, wobei der Sprühkopf ein APCI-Kopf ist.
Ionentransferröhre zum Transportieren von Ionen von einer ersten Kammer zu einer zweiten Kammer eines Massenspektrometers, wobei die Ionentransferröhre umfasst: ein erstes Segment und ein zweites Segment, das mit dem ersten Segment verbunden ist; wobei das erste Segment ein Einlassende enthält, das zur ersten Kammer geöffnet ist, und das zweite Segment ein Auslassende enthält, das zur zweiten Kammer geöffnet ist, wobei die zweite Kammer bei einem bezogen auf die erste Kammer reduzierten Druck gehalten ist; wobei das erste Segment eine Mehrzahl von getrennten und im Wesentlichen parallelen Kanälen aufweist, derart, dass durch das erste Segment strömende Ionen unter der Mehrzahl von Kanälen aufgeteilt werden; wobei das zweite Segment einen gemeinsamen Kanal aufweist, welcher in Strömungsverbindung mit der Mehrzahl von Kanälen des ersten Segments steht, wobei der gemeinsame Kanal einen kombinierten Ionenfluss von der Mehrzahl von Kanälen im ersten Segment empfängt und transportiert; und einen Heizanordnung zum Heizen von wenigstens einem Abschnitt des ersten Segments, um restliches Lösungsmittel, das durch die Ionentransferröhre strömt, zu verdampfen.
Ionentransferröhre nach Anspruch 11, ferner umfassend einen Übergang zwischen der Mehrzahl von Kanälen des ersten Segments und dem gemeinsamen Kanal des zweiten Segments, wobei: jeder der Mehrzahl von Kanälen des ersten Segments eine jeweilige Kanalkonduktanz aufweist, und wobei der gemeinsame Kanal des zweiten Segments eine gemeinsame Kanalkonduktanz aufweist; und wobei die gemeinsame Kanalkonduktanz des zweiten Segments im Wesentlichen gleich wie oder größer als die Summe der jeweiligen Kanalkonduktanzen des ersten Segments ist.
Ionentransferröhre nach Anspruch 12, ferner umfassend eine Spitze am zweiten Segment, wobei die Spitze eine maximale Konduktanzsgrenze für den gemeinsamen Kanal des zweiten Segments bereitstellt, wobei die gemeinsame Kanalkonduktanz des zweiten Segments annähernd gleich der Summe der jeweiligen Kanalkonduktanzen des ersten Segments ist.
Ionentransferröhre nach Anspruch 11, wobei das erste Segment eine Mehrzahl von Kapillarröhren umfasst, die in einer Außenhülse aufgenommen sind, wobei die Mehrzahl von Kapillarröhren zueinander und zur Außenhülse thermisch zugeordnet sind durch wenigstens ein wärmeleitfähiges Material.
Ionentransferröhre nach Anspruch 14, wobei das zweite Segment wenigstens einen Abschnitt der Hülse umfasst.
Ionentransferröhre nach Anspruch 14, wobei das wenigstens eine wärmeleitende Material ein Lötmaterial umfasst, wobei das Lötmaterial ferner eine Fluiddichtung zwischen einer Außenseite der Kapillaren und einer Innenfläche der Hülse bereitstellt.
Ionentransferröhre nach einem der Ansprüche 11–16, wobei das erste Segment Titan umfasst.
Ionentransferröhre nach einem der Ansprüche 11–17, wobei die Heizanordnung einen Dichtungsmechanismus aufwiest, um eine Vakuumdichtung in einem Massenspektrometer zu bilden, wenn die Ionentransferröhre von der Heizanordnung entfernt wird, derart, dass die Vakuumdichtung ununterbrochen bleibt, wenn die Ionentransferröhre vom Massenspektrometer entfernt wird zum Reinigen oder zwischen Verwendungen.
Verfahren zum Transportieren von Ionen von einer ersten Kammer zu einer zweiten Kammer eines Massenspektrometers, wobei die erste Kammer bezogen auf die zweite Kammer einen erhöhten Druck aufweist, wobei das Verfahren umfasst: Aufteilen der Ionenströme unter einer Mehrzahl von im Wesentlichen parallelen länglichen Kanälen; Heizen der Mehrzahl von länglichen Kanälen, um wenigstens einen Teil eines restlichen Lösungsmittels zu verdampfen; und Kombinieren des Ionenstroms in einen gemeinsamen Kanal.