DE112016007051B4

DE112016007051B4 - Ionenanalysevorrichtung

Info

Publication number: DE112016007051B4
Application number: DE112016007051.9T
Authority: DE
Inventors: Kazushige NISHIMURA; Masuyuki Sugiyama; Hideki Hasegawa; Yuichiro Hashimoto
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2016-08-19
Filing date: 2016-08-19
Publication date: 2024-02-29
Anticipated expiration: 2036-08-20
Also published as: US10551346B2; WO2018034005A1; JP6609379B2; DE112016007051T5; GB2566891A; CN109564190B; GB2566891B; GB201901185D0; JPWO2018034005A1; CN109564190A; US20190178841A1

Abstract

Ionenanalysevorrichtung, welche Folgendes aufweist:eine Ionenquelle (104), die einen Analyten in einer flüssigen Probe (101) ionisiert,eine Ionenführung (117), in die Tröpfchen (109) und in der Ionenquelle erzeugte Ionen (110) eingeleitet werden, wobei die Ionenführung verschiedene Auslässe aufweist, wobei ein Auslass ein Ionenauslass (122) ist und der andere Auslass Tröpfchenauslass (121) ein ist,eine Ionenanalyseeinheit (126) die vom Ionenauslass ausgestoßene Ionen analysiert,eine Tröpfchenmesseinheit, die sich auf einer Achse des Tröpfchenauslasses befindet und die Menge der Tröpfchen misst, undeinen Analysesteuerabschnitt (131) der die an der Tröpfchenmesseinheit gemessene Tröpfchenmenge mit einer Schwelle vergleicht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine lonenanalysevorrichtung oder einen lonenanalysator.
Technischer Hintergrund
lonenanalysevorrichtungen in der Art von Massenspektrometern und dergleichen werden verwendet, um an einer biologischen Probe in der Art von Blut, Urin und dergleichen Komponentenanalysen auszuführen. Bei einem typischen Beispiel wird eine biologische Probe in dieser Reihenfolge durch einen Vorbehandlungsprozess, einen Trennungsprozess unter Verwendung eines LC (Flüssigchromatographen) und einen Massenspektrometrieprozess analysiert. Beim Vorbehandlungsprozess wird eine Deproteinisierung der biologischen Probe ausgeführt, wird die Konzentration eines Analyten bestimmt und werden ähnliche Vorgänge ausgeführt. Beim Trennungsprozess unter Verwendung von LC wird ein Analyt unter Verwendung einer Wechselwirkungsdifferenz mit einer Säule von anderen Substanzen getrennt. Im LC werden Wasser und/oder ein organisches Lösungsmittel in der Art von Methanol und/oder dergleichen verwendet und wird eine Lösungsmittelzusammensetzung gewählt, die für die Trennung eines Analyten geeignet ist. Entsprechend den Bedingungen der Lösungsmittelzusammensetzung, der Lösungsmittel-Strömungsrate, des Säulentyps, der Säulentemperatur und/oder dergleichen durchläuft ein Analyt den LC innerhalb einer eindeutigen Retentionszeit und wird dann in das Massenspektrometer eingeleitet. Beim Massenspektrometrieprozess wird ein Analyt unter Atmosphärendrücken ionisiert und werden Analytionen in ein Vakuum eingeleitet und dann entsprechend dem Masse-/Ladungsverhältnis m/z getrennt und detektiert. Die Analyten werden auf der Grundlage der gemessenen Retentionszeit und des Masse-/Ladungsverhältnisses m/z klassifiziert und auf der Grundlage der gemessenen Signalstärke quantifiziert.
Für Ionisationstechniken, die für eine flüssige Probe unter Verwendung einer Ionenquelle einer lonenanalysevorrichtung verwendet werden, wird ein Zerstäuber zum Zerstäuben und Versprühen einer Flüssigkeit verwendet. Bei der Elektrospray-Ionisation (ESI) wird eine flüssige Probe durch eine kleine Röhre geleitet und eine Hochspannung an einen Auslass der kleinen Röhre angelegt. Die flüssige Probe wird bei der Hochspannung elektrisch geladen, so dass sie am Auslass der kleinen Röhre durch elektrische Abstoßung als Nebel zerstäubt wird, so dass geladene Tröpfchen erzeugt werden. Bei der ESI strömen ein Zerstäubergas und ein erwärmtes Gas koaxial mit der flüssigen Probe. Das Zerstäubergas ermöglicht das stabile Versprühen der flüssigen Probe. Das Lösungsmittel in den versprühten geladenen Tröpfchen wird verflüchtigt, so dass der Analyt in den Tröpfchen ionisiert wird. Das erwärmte Gas beschleunigt die Verdampfung des Lösungsmittels. Die Verdampfungseffizienz hängt von der Lösungsmittelzusammensetzung und der Durchflussrate der flüssigen Probe ab. Daher wird unter der Bedingung, dass Wasser einen hohen Prozentsatz der Zusammensetzung ausmacht oder die Durchflussrate hoch ist, die Verdampfungseffizienz verringert und dadurch die ionische Stärke verglichen mit der Anzahl der geladenen Tröpfchen verringert. Die Verdampfungseffizienz des Lösungsmittels wird auch durch eine Matrix-abgeleitete Komponente der Probe in der Art von Blut, Urin oder dergleichen verringert, so dass die ionische Stärke verringert wird. Bei einer geringen Verdampfungseffizienz und einer großen Anzahl geladener Tröpfchen kann die Verdampfung durch Erhöhen der Temperatur und/oder der Durchflussrate des erwärmten Gases beschleunigt werden. Andererseits bringt eine zu starke Erwärmung die flüssige Probe an den Siedepunkt, so dass die ionische Stärke instabil wird. Deshalb ist es erforderlich, für die Lösungsmittelzusammensetzung und die Durchflussrate geeignete Bedingungen des erwärmten Gases auszuwählen.
Zusätzlich zur ESI umfassen die verwendeten Ionisationtechniken APCI (chemische Atmosphärendruckionisation), APPI (Atmosphärendruck-Photoionisation) und dergleichen. Bei der APCI wird eine flüssige Probe durch eine Koronaentladung ionisiert, nachdem sie mit einem Zerstäubergas zerstäubt und mit einem erwärmten Gas verflüchtigt wurde. Bei derAPPI wird eine flüssige Probe zerstäubt und dann mit Licht bestrahlt, um sie zu ionisieren. Ähnlich wir bei der ESI ist es bei der APCI und der APPI erforderlich, für die Lösungsmittelzusammensetzung und die Durchflussrate geeignete Bedingungen des erwärmten Gases auszuwählen. Die APCI und die APPI unterscheiden sich jedoch in der Hinsicht von der ESI, dass am Auslass einer kleinen Röhre keine Hochspannung anliegt. Deshalb sind die Tröpfchen bei der APCI und der APPI elektrisch neutral.
Patentliteratur 1 beschreibt eine lonenführung mit einem Auslass für Ionen und einem Auslass für eine Luftströmung. In der lonenführung transportiert ein Ionentransportmechanismus Ionen von einer Ionenquelle beim Atmosphärendruck zu einem Massenspektrometer bei einem Hochvakuum und wird der Ionentransportmechanismus verwendet, um Ionen bei einem von einigen zehn bis einigen tausend Pa reichenden Druck durch ein elektrisches Feld zu transportieren. Die durch die Ionenquelle erzeugten Ionen laufen zusammen mit Umgebungsgas durch einen Vakuumkammereingang, so dass sie wegen einer Druckdifferenz zwischen der Ionenquelle und der Ionenführung in die Ionenführung eintreten. Die Luftströmung, welche die Ionen enthält, wird adiabatisch ausgedehnt, um sie auf Überschallgeschwindigkeiten zu beschleunigen, und sie durchläuft die Ionenführung in einer geraden Linie. In Patentliteratur 1 sind zwei Ionenführungen mit verschiedenen Mittelachsen verbunden. Ionen geringer Masse werden durch ein elektrisches Feld geführt und von der Luftströmung getrennt und dann von der Ionenführung, deren Mittelachse von der Ioneneintrittsachse verschieden ist, ausgestoßen und in das Massenspektrometer überführt. Die geladenen Tröpfchen, die eine hohe Masse aufweisen, werden nicht von der Luftströmung getrennt und zusammen mit der Luftströmung aus einem Auslass ausgestoßen, der von jenem für die Ionen verschieden ist. Elektrisch neutrale Tröpfchen sind für das elektrische Feld unempfindlich, weshalb diese Tröpfchen zusammen mit der Luftströmung auch aus dem von jenem für Ionen verschiedenen Auslass ausgestoßen werden.
Patentliteratur 2 beschreibt eine Ionenführung mit einem Ionenauslass, der sich zur Trennung zwischen den geladenen Tröpfchen und den Ionen auf der Eintrittsachse der Ionen befindet. Die Tröpfchen hoher Masse bewegen sich zusammen mit der Luftströmung in geraden Linien, und nur die Ionen geringer Masse werden durch ein elektrisches Feld zum Auslass der Ionenführung transportiert und dann zum Massenspektrometer transportiert.
Zitatliste
Patentliteratur

Patentliteratur 1: japanisches Patent JP S55-52 671 A
Patentliteratur 2: Ungeprüfte japanische Patentanmeldung (Übersetzung der PCT-Anmeldung) JP 2015-521784 A

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Typischerweise nimmt die LC-Trennung etwa 10 Minuten in Anspruch. Weil die Probendetektionszeit kurz ist und beispielsweise einige Sekunden beträgt, müssen zum Suchen von LC-Bedingungen in der Art der Lösungsmittelzusammensetzung, der Durchflussrate und dergleichen Probenmessungen mehrere Male ausgeführt werden, um die Temperatur und die Durchflussrate des erwärmten Gases einzustellen, um sie an die Bedingungen anzupassen. Daher nimmt die Einstellung der Vorrichtungsbedingungen in der Art der Durchflussrate des erwärmten Gases und dergleichen Zeit in Anspruch. Ferner können bei der herkömmlichen Technik, wenn die Menge oder Anzahl der Tröpfchen durch eine Änderung der Lösungsmittelzusammensetzung bei der Flüssigkeitschromatographie oder durch einen Matrix-Einfluss auf die Probe erhöht wird, die Bedingungen für die Ionenquelle nicht geeignet eingestellt werden und kann die Vorrichtung durch Verunreinigungen in den Tröpfchen verunreinigt werden.
Die an der Ionenquelle versprühten Tröpfchen enthalten Verunreinigungen ebenso wie den Analyten, und falls die nicht verdampften Tröpfchen in das Vakuum der Vorrichtung eingeleitet werden, lagern sich die Verunreinigungen an, so dass die Vakuumkammer verunreinigt wird. Insbesondere wird der Eingang der Vakuumkammer in der Nähe der Ionenquelle leicht verunreinigt. Das Auftreffen von Ionen auf den verunreinigten Abschnitt führt zu einer Aufladung, was wiederum zu einer Abstoßung der in die Vakuumkammer eingeleiteten Ionen und/oder geladenen Tröpfchen führt, woraus sich eine Verringerung der Empfindlichkeit ergibt. Für das Massenspektrometer werden Kalibrierproben in regelmäßigen Intervallen (in etwa einmal pro Tag) gemessen, um zu prüfen, ob Verunreinigungen eine Verringerung der Empfindlichkeit hervorrufen. Wenn die Empfindlichkeit der Kalibrierprobe unterhalb eines Schwellenwerts liegt, wird die Ionenquelle und/oder die Vakuumkammer zerlegt und gereinigt, um die Verunreinigungen zu entfernen. Nach dem Entfernen der Verunreinigungen wird die Kalibrierprobe gemessen, um die Wiederherstellung der Empfindlichkeit zu prüfen.
Die auf diese Weise an der Ionenquelle erzeugten Tröpfchen oder geladenen Tröpfchen werden als wichtiger Indikator von Vorrichtungszuständen in der Art der Ionisationseffizienz, der Verunreinigung und dergleichen verwendet. Beim Verfahren zum Messen von Kalibrierproben wird die Empfindlichkeitsprüfung jedoch vor Beginn der Messung nur einmal am Tag ausgeführt, weshalb es unmöglich wird, einen Analyten mit hoher Genauigkeit zu detektieren, falls eine Verringerung der Empfindlichkeit durch Verunreinigung während der Messung biologischer Proben hervorgerufen wird. Weil ferner während der Messung biologischer Proben keine Warnung gegeben werden kann, dass die Empfindlichkeit unter einen vorgegebenen Wert verringert wurde, müssen die nach der Verringerung der Empfindlichkeit gemessenen Proben erneut gemessen werden, was zur Verschwendung von Proben und Messzeit führt. Eine Erhöhung der Häufigkeit von Messungen der Kalibrierproben führt zu einer Erhöhung der Messzeit und der laufenden Kosten.
Bei den in den Patentliteraturen 1 und 2 beschriebenen Vorrichtungen nimmt die Einstellung der Vorrichtungsbedingungen Zeit in Anspruch, wenn die für einen Analyten geeigneten LC-Trennungsbedingungen gesucht werden. Ferner können die Vorrichtungsbedingungen nicht eingestellt werden, wenn die ionische Stärke des Analyten gering ist und die Menge oder Anzahl der Tröpfchen hoch ist, so dass die Vorrichtung durch Verunreinigungen in den Tröpfchen verunreinigt werden kann, was zu einer Verringerung der Empfindlichkeit führen kann. Falls eine Verunreinigung des Massenspektrometers auftritt, lädt sich die verunreinigte Stelle elektrisch auf, und die Abstoßung der Analytionen und der geladenen Tröpfchen bewirkt wiederum Verringerungen beider Stärken.
Lösung des Problems
Eine Ionenanalysevorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung weist Folgendes auf: eine Ionenquelle, die einen Analyten in einer flüssigen Probe ionisiert, eine Ionenführung, in die Tröpfchen und in der Ionenquelle erzeugte Ionen eingeleitet werden, wobei die Ionenführung verschiedene Auslässe aufweist, wobei ein Auslass ein Ionenauslass ist und der andere Auslass ein Tröpfchenauslass ist, eine Ionenanalyseeinheit, die vom Ionenauslass ausgestoßene Ionen analysiert, eine Tröpfchenmesseinheit, die sich auf einer Achse des Tröpfchenauslasses befindet und die Menge bzw. Anzahl der Tröpfchen misst, und einen Analysesteuerabschnitt, der die an der Tröpfchenmesseinheit gemessene Tröpfchenmenge bzw. -anzahl mit einer Schwelle vergleicht.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Verringerung der für die Einstellung von Vorrichtungsbedingungen erforderlichen Zeit oder eine Verringerung der Verunreinigung erreicht werden.
Die vorstehenden und andere Probleme, Konfigurationen und Vorteile werden anhand der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen verständlicher werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Es zeigen:

1 ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Konfiguration einer lonenanalysevorrichtung,
2 eine perspektivische schematische Ansicht einer beispielhaften Ionenführung,
3 ein schematisches Diagramm eines Querschnitts in radialer Richtung (YZ-Ebene) der Ionenführung,
4 eine perspektivische schematische Ansicht einer beispielhaften Ionenführung,
5 ein schematisches Diagramm eines Querschnitts in radialer Richtung (YZ-Ebene) der Ionenführung,
6 ein Diagramm einer beispielhaften Steuersequenz zum Steuern von Vorrichtungsparametern,
7 ein schematisches Diagramm einer beispielhaften Konfiguration einer lonenanalysevorrichtung,
8 ein Diagramm einer beispielhaften Steuersequenz zum Steuern von Vorrichtungsparametern,
9 ein Diagramm einer beispielhaften Steuersequenz zum Steuern von Vorrichtungsparametern und
10 ein Diagramm einer beispielhaften Steuersequenz, wobei ein LC verwendet wird.

Beschreibung von Ausführungsformen
Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die anliegende Zeichnung beschrieben.
Erste Ausführungsform
Gemäß der Ausführungsform wird eine Konfiguration beschrieben, bei der geladene Tröpfchen, die an einer Ionenquelle erzeugt worden sind, überwacht werden, um die Verunreinigung in der Vorrichtung zu verringern, und bei der der Benutzer über eine mit der Verunreinigung einhergehende Empfindlichkeitsverringerung gewarnt wird. 1 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Ionenanalysevorrichtung gemäß der Ausführungsform zeigt. Die in 1 dargestellte Ionenanalysevorrichtung weist eine Probenvorbehandlungsvorrichtung 102, eine Flüssigchromatographievorrichtung (LC) 103 und ein Massenspektrometer auf. Die Ionenanalysevorrichtung weist auch ein ESI-Spray 104 als Ionenquelle auf.
An der Probenvorbehandlungsvorrichtung 102 wird eine flüssige Probe 101 in der Art von Urin, Blut oder dergleichen einer Deproteinisierung, einer Analyttrennung und -reinigung, einer Analytkonzentrationsbestimmung und dergleichen unterzogen. Die Probe, die den Prozess durchlaufen hat, wird in die LC 103 eingebracht. Der Analyt wird durch eine Wechselwirkungsdifferenz zwischen einer mobilen Phase und einer stationären Phase in der LC getrennt und durchläuft die LC während einer substanzspezifischen Retentionszeit. Der Analyt, der die LC durchlaufen hat, wird am auf den Atmosphärendruck gelegten ESI-Spray 104 ionisiert.
Ein vergrößerter Abschnitt des vorderen Endes des ESI-Sprays 104 ist in einem mit einer unterbrochenen Linie umschlossenen Teil schematisch dargestellt. Im ESI-Spray 104 strömen drei Fluide, d. h. eine flüssige Probe, ein Zerstäubergas und ein erwärmtes Gas, koaxial. Eine Spannung von etwa 1 kV bis etwa 10 kV ist an einen mittleren Strömungsweg 105 der flüssigen Probe angelegt, so dass die Flüssigkeit elektrisch geladen wird. Die so am vorderen Ende des Strömungswegs 105 geladene Flüssigkeit unterliegt einer elektrostatischen Abstoßung und wird auf diese Weise zerstäubt, so dass geladene Tröpfchen 109 erzeugt werden. Das Zerstäubergas strömt in einen Strömungsweg 106, der sich außerhalb des Strömungswegs 105 der flüssigen Probe befindet. Das Zerstäubergas unterstützt die Zerstäubung der geladenen Tröpfchen, so dass ein stabiles Sprühen des ESI-Sprays bereitgestellt wird. Ein Strömungsweg 108 befindet sich außerhalb des Zerstäubergas-Strömungswegs 106, und eine Heizung 141 ist um den Strömungsweg 108 herum angebracht, um das Gas innerhalb des Strömungswegs 108 zu erwärmen. Die Durchflussrate des erwärmten Gases wird durch einen Durchflussraten-Steuerabschnitt 143 eingestellt, und die Temperatur des erwärmten Gases wird durch einen Temperatursteuerabschnitt 142 eingestellt. Das erwärmte Gas verflüchtigt das Lösungsmittel in den geladenen Tröpfchen 109, so dass Analytionen 110 erzeugt werden. Falls das erwärmte Gas den Strömungsweg 105 der flüssigen Probe erwärmt, gelangt die flüssige Probe an den Siedepunkt, so dass die ionische Stärke variiert. Um diesem Rechnung zu tragen, ist zwischen dem Strömungsweg 108 erwärmten Gases und dem Strömungsweg 105 der flüssigen Probe und dem Zerstäubergas-Strömungsweg 106 ein Hohlraum 107 bereitgestellt.
Die geladenen Tröpfchen 109 enthalten zusätzlich zum Analyten Verunreinigungen. Die Verunreinigungen können die Ionenquelle und/oder das Vakuum im Massenspektrometer verunreinigen und/oder eine Erhöhung des Detektorrauschens hervorrufen, was zu einer Verringerung der Empfindlichkeit der Vorrichtung führt. Insbesondere werden ein Ioneneinlass 113 und/oder eine Zwischendruckkammer 114 des Massenspektrometers in der Nähe der Ionenquelle leicht verunreinigt. Durch das Auftreffen der geladenen Tröpfchen 109 und der Ionen 110 auf den verunreinigten Abschnitt wird eine Aufladung hervorgerufen, was wiederum zu einer Abstoßung der geladenen Tröpfchen 109 und der Ionen 110 führt, woraus sich eine Verringerung der Anzahl der geladenen Tröpfchen 109 und Ionen 110, die stromabwärts eingeleitet werden, ergibt. Eine höhere Temperatur des erwärmten Gases ist empfehlenswert, um das Lösungsmittel in den geladenen Tröpfchen 109 zu verflüchtigen, um dadurch eine Verringerung der Empfindlichkeit zu verhindern. Andererseits gibt es Randbedingungen in Bezug auf die thermische Zerlegung des Analyten durch die Erwärmung, die Wärmeübertragung auf den Strömungsweg 105 der flüssigen Probe, wodurch die flüssige Probe zum Sieden gebracht werden kann und sich eine instabile ionische Stärke ergibt, oder dergleichen.
Die an der Ionenquelle erzeugten Analytionen 110 und die nicht desolvierten restlichen geladenen Tröpfchen 109 werden durch ein an eine Gegenplattenelektrode 130 angelegtes elektrisches Feld und eine Druckdifferenz zwischen der Ionenquelle und einer ersten differenziellen Pumpkammer 116 in den Ioneneinlass 113 gesogen. Im Ioneneinlass 113 wird ein Gegenströmungsgas 112 vom Gaszufuhr-Steuerabschnitt 111 zur Ionenquellenkammer gelenkt, d. h. aus dem Ioneneinlass 113 heraus gelenkt. Die geladenen Tröpfchen 109, die wegen ihrer hohen Teilchengröße für die Luftströmung empfindlich sind, werden durch das Gegenströmungsgas 112 zur Ionenquellenkammer zurück gedrückt, um den Eintritt geladener Tröpfchen 109 in das Vakuum zu verringern.
Die Ionen 110 und die geladenen Tröpfchen 109, die durch den Ioneneinlass 113 hindurchgetreten sind, werden in eine Zwischendruckkammer 114 eingeleitet. Die Zwischendruckkammer 114 ist ein zwischen dem Ioneneinlass 113 und der ersten differenziellen Pumpkammer 116 bereitgestellter Raum, in dem der Druck von 1000 Pa bis zu einigen zehntausend Pa reicht. Die Mittelachsen des Ioneneinlasses 113 und einer Pore 115 sind gegeneinander versetzt, um zu ermöglichen, dass die geladenen Tröpfchen 109 auf eine Wandfläche der Zwischendruckkammer 114 prallen, um eine Verringerung des störenden Eintretrens der geladenen Tröpfchen in die erste differenzielle Pumpkammer 116 zu erreichen.
Der Druck in der ersten differenziellen Pumpkammer 116 wird durch eine Vakuumpumpe 120 von 100 Pa bis zu einigen tausend Pa gehalten. Eine Ionenführung 117 ist in der ersten differenziellen Pumpkammer 116 angeordnet. Die geladenen Tröpfchen 109 werden durch die Ionenführung 117 entfernt, und die Ionen 110 werden in eine weiter stromabwärts angeordnete Ionenanalysekammer 124 geleitet. Die in die erste differenzielle Pumpkammer 116 eintretende Luftströmung dehnt sich durch eine Druckdifferenz zwischen der Ionenquellenkammer und der ersten differenziellen Pumpkammer 116 adiabatisch aus, so dass sie auf Überschallgeschwindigkeiten beschleunigt wird und sich eine Mach-Scheibe bildet. Die geladenen Tröpfchen 109 und die Ionen 110 werden zusammen mit der Luftströmung auf Überschallgeschwindigkeiten beschleunigt und bewegen sich innerhalb der Ionenführung 117 auf geraden Linien.
Die 2 und 3 sind schematische Diagramme, die eine beispielhafte Konfiguration der Ionenführung zeigen. 2 ist eine perspektivische schematische Ansicht der gesamten Ionenführung. 3 zeigt schematische Diagramme eines Querschnitts in radialer Richtung (YZ-Ebene) an in 2 mit (i), (ii), (iii) bezeichneten Positionen.
Ein Satz von Stabelektroden 21 auf der Seite der ankommenden Ionen und geladenen Tröpfchen wird als Stabelektrodensatz 1 definiert, und ein Satz von Stabelektroden 22 auf der Seite der ausgehenden Ionen wird als Stabelektrodensatz 2 definiert. Beim Beispiel besteht der Stabelektrodensatz 1 aus vier Stabelektroden 21a, 21b, 21c, 21d und besteht der Stabelektrodensatz 2 aus vier Stabelektroden 22a, 22b, 22c, 22d. Die Stabelektroden 21d, 22c, 21a, 22b sind jeweils in einer halbkreisförmigen Säulenform oder dergleichen ausgebildet, so dass die gepaarten Stabelektroden 21d, 22c eine Form bilden, die einer einzelnen kreisförmigen Säule oder polygonalen Säule nahe kommt, und die gepaarten Stabelektroden 21a, 22b gleichermaßen eine Form bilden, die einer einzelnen kreisförmigen Säule oder einer polygonalen Säule nahe kommt. Die Mittelachse des Stabelektrodensatzes 1 und die Mittelachse des Stabelektrodensatzes 2 sind parallel zueinander, jedoch in Z-Achsenrichtung um einen bestimmten Abstand gegeneinander versetzt. Auch überlappen der Stabelektrodensatz 1 und der Stabelektrodensatz 2 einander in einem Teilgebiet in Längsrichtung. Überdies sind im überlappenden Gebiet, wie in 3 dargestellt ist, die Stabelektroden des Stabelektrodensatzes 1 und des Stabelektrodensatzes 2 miteinander kombiniert, so dass sie eine einzige mehrpolare Ionenführung bilden.
Die Bezugssymbole „+“, „-“ in 3 bezeichnen Phasen der von der lonenführungs-Spannungsversorgung an die Stabelektroden angelegten HF-Spannung. In der Phase, in der Amplitude und in der Frequenz gleiche HF-Spannungen werden an die mit dem gleichen Symbol bezeichneten Stabelektroden angelegt. Die HF-Spannung wird derart angelegt, dass im selben Stabelektrodensatz entgegengesetzte Stabelektroden die gleiche Phase aufweisen und benachbarte Stabelektroden entgegengesetzte Phasen aufweisen. Auch werden die in der Phase, in der Amplitude und in der Frequenz gleichen HF-Spannungen an die benachbarten Stabelektroden 21d, 22c von verschiedenen Stabelektrodensätzen und an die benachbarten Stabelektroden 21a, 22b von verschiedenen Stabelektrodensätzen angelegt. Ferner wird eine Offset-Gleichspannung zusätzlich zur HF-Spannung an die Stabelektrodensätze angelegt. Die gleiche Offset-Gleichspannung wird an die im selben Stabelektrodensatz enthaltenen Stabelektroden angelegt. Die Offset-Gleichspannung wird so angelegt, dass ein elektrisches Feld erzeugt wird, das die Ionen der gemessenen Probe vom Stabelektrodensatz 1 zum Stabelektrodensatz 2 bewegt.
Wie in 2 dargestellt ist, ist die Ionenführung in drei Gebiete, nämlich die Gebiete 1 bis 3, unterteilt. Die Positionsbeziehung in radialer Richtung (YZ-Ebene) zwischen den Sätzen von Stabelektroden 21, 22 variiert in jedem Gebiet, so dass auch das sich ergebende Pseudopotential variiert. Das Pseudopotential ist ein Potential, das auf die Ionen eine zeitlich gemittelte Kraft ausübt, wenn ein elektrisches Feld angelegt wird, das sich mit einer Geschwindigkeit ändert, derer die Ionenbewegung nicht folgen kann.
In Gebiet 1 werden die vier Stabelektroden des Stabelektrodensatzes 1 an Positionen in der Nähe der Scheitelpunkte eines genäherten Quadrats gelegt, so dass eine Quadrupol-Ionenführung gebildet wird. Durch die an die vier Stabelektroden des Stabelektrodensatzes 1 angelegte HF-Spannung wird ein Pseudopotentialtopf in radialer Richtung (YZ-Ebene) erzeugt. In Gebiet 1 können sich die Ionen nicht zwischen den Stabelektrodensätzen bewegen, weil ein Pseudopotentialwall zwischen dem Stabelektrodensatz 1 und dem Stabelektrodensatz 2 existiert.
In Gebiet 2 überlappen der Stabelektrodensatz 1 und der Stabelektrodensatz 2 einander. Auch nimmt der Abstand zwischen dem Satz von Stabelektroden 21a, 22b und dem Satz von Stabelektroden 21d, 22c verglichen mit den Positionen in Gebiet 1 und in Gebiet 3 zu. Dementsprechend ist, wie in 3 dargestellt ist, eine Hexapol-Ionenführung ausgebildet, bei der der Satz von Stabelektroden 21a, 22b, die Stabelektrode 21 b, die Stabelektrode 21c, der Satz von Stabelektroden 21d, 22c, die Stabelektrode 22d und die Stabelektrode 22a an Positionen angeordnet sind, die den Scheitelpunkten eines genäherten regelmäßigen Achtecks entsprechen. Weil in der Phase, in der Amplitude und in der Frequenz gleiche HF-Spannungen an den Satz von Stabelektroden 21d, 22c und an den Satz von Stabelektroden 21 a, 22b angelegt werden, können der Satz von Stabelektroden 21d, 22c und der Satz von Stabelektroden 21a, 22b in Bezug auf das Pseudopotential als jeweilige Einzelpole angesehen werden.
Der Stabelektrodensatz 1 und der Stabelektrodensatz 2 sind zur Bildung eines Hexapols kombiniert, wobei ein einziger Pseudopotentialtopf mit einem Minimum in der Nähe der Mitte eines von den Stäben umgebenen Bereichs erzeugt ist. Zwischen dem Stabelektrodensatz 1 und dem Stabelektrodensatz 2 existiert kein Pseudopotentialwall, weshalb sich Ionen frei zwischen dem Stabelektrodensatz 1 und dem Stabelektrodensatz 2 bewegen können. Andererseits wird ein Gleichspannungspotential in radialer Richtung (YZ-Ebene) durch eine Differenz zwischen den an den Stabelektrodensatz 1 und den Stabelektrodensatz 2 angelegten Offset-Gleichspannungen erzeugt. Das Gleichspannungspotential übt eine Kraft aus, welche Ionen geringer Masse in Z-Richtung bewegt (Richtung vom Stabelektrodensatz 1 zum Stabelektrodensatz 2). Andererseits sind die geladenen Tröpfchen 109 hoher Masse unempfindlich für ein elektrisches Feld und bewegen sich zusammen mit der Luftströmung in geraden Linien. Deshalb werden die Ionen 110 und die geladenen Tröpfchen 109 voneinander getrennt, und die getrennten geladenen Tröpfchen 109 laufen dann durch einen Auslass 121 der geladenen Tröpfchen der Ionenführung 117 und treten dann aus der Ionenführung aus.
In Gebiet 3 nimmt der Abstand zwischen dem Satz von Stabelektroden 21a, 22b und dem Satz von Stabelektroden 21d, 22c verglichen mit den Positionen in Gebiet 2 ab, und die vier Stabelektroden des Stabelektrodensatzes 2 befinden sich an den Positionen in der Nähe der Scheitelpunkte eines genäherten Quadrats. Ähnlich Gebiet 1 wird durch die vier Stabelektroden des Stabelektrodensatzes 2 ein Pseudopotentialtopf erzeugt, so dass die Ionen in Gebiet 3 auf der Mittelachse des Stabelektrodensatzes 2 fokussiert werden. Die fokussierten Ionen 110 werden aus einem Ionenauslass 122 der Ionenführung 117 ausgestoßen und laufen dann durch eine Pore 123 und werden in die Ionenanalysekammer 124 eingebracht.
Es sei bemerkt, dass ein Gebiet 1 entsprechender Abschnitt beim Beispiel aus der Ionenführung entfernt werden kann und dass bewirkt werden kann, dass die Luftströmung, welche die Ionen und die geladenen Tröpfchen enthält, nachdem sie durch die Pore 115 hindurchgetreten ist, in einen Bereich eintritt, der in Gebiet 2 von den Stabelektroden 21a, 21b, 21c, 21d des Stabelektrodensatzes 1 umgeben ist, während sie zur Mittelachse des Gebiets 2 der Ionenführung parallel ist.
Die 4 und 5 sind schematische Diagramme, die eine andere beispielhafte Konfiguration der Ionenführung zeigen. 4 ist eine perspektivische schematische Ansicht der gesamten Ionenführung. 5 zeigt schematische Diagramme eines Querschnitts in radialer Richtung (YZ-Ebene) an in 4 mit (i), (ii), (iii) bezeichneten Positionen.
Ein Satz von Stabelektroden 21 auf der Seite der ankommenden Ionen und geladenen Tröpfchen wird als Stabelektrodensatz 1 definiert, und ein Satz von Stabelektroden 22 auf der Seite der ausgehenden Ionen wird als Stabelektrodensatz 2 definiert. Wie bei der in den 2 und 3 beschriebenen Ionenführung sind die Mittelachse des Stabelektrodensatzes 1 und die Mittelachse des Stabelektrodensatzes 2 parallel zueinander, jedoch in Z-Achsenrichtung um einen bestimmten Abstand gegeneinander versetzt. Auch überlappen der Stabelektrodensatz 1 und der Stabelektrodensatz 2 einander in einem Teilgebiet in Längsrichtung. Überdies sind im überlappenden Gebiet, wie in 5 dargestellt ist, die Stabelektroden des Stabelektrodensatzes 1 und des Stabelektrodensatzes 2 miteinander kombiniert, so dass sie eine einzige mehrpolare Ionenführung bilden. Die gleiche Offset-Gleichspannung wird an die im selben Stabelektrodensatz enthaltenen Stabelektroden angelegt. Bezugssymbole „+“, „-“ in 5 bezeichnen die Phasen der HF-Spannung, wobei in der Phase, in der Amplitude und in der Frequenz gleiche HF-Spannungen an mit dem gleichen Symbol bezeichnete Stabelektroden angelegt sind.
In Gebiet 1 ist eine Quadrupol-Ionenführung durch die vier Stabelektroden 21a, 21b, 21c, 21d des Stabelektrodensatzes 1 gebildet. In Gebiet 2 nimmt der Abstand zwischen den Stabelektroden 21a, 21d des Stabelektrodensatzes 1 und den Stabelektroden 22b, 22c des Stabelektrodensatzes 2 verglichen mit den Positionen in Gebiet 1 zu, so dass sich die Stabelektroden jeweils an Positionen befinden, die den Scheitelpunkten eines genäherten rechteckigen Achtecks entsprechen, wie in 5 dargestellt ist. Der Stabelektrodensatz 1 und der Stabelektrodensatz 2 sind zur Bildung eines Oktopols kombiniert, wobei ein einziger Pseudopotentialtopf mit einem Minimum in der Nähe der Mitte eines von den Stäben umgebenen Bereichs erzeugt ist. Zwischen dem Stabelektrodensatz 1 und dem Stabelektrodensatz 2 existiert kein Pseudopotentialwall, weshalb sich Ionen frei zwischen dem Stabelektrodensatz 1 und dem Stabelektrodensatz 2 bewegen können. Falls eine Offset-Gleichspannung angelegt wird, so dass ein elektrisches Feld erzeugt wird, das die Ionen der gemessenen Probe vom Stabelektrodensatz 1 zum Stabelektrodensatz 2 bewegt, können die Ionen von den geladenen Tröpfchen getrennt werden, so dass sie sich in Gebiet 2 vom Stabelektrodensatz 1 zum Stabelektrodensatz 2 bewegen. Andererseits sind die geladenen Tröpfchen 109 hoher Masse unempfindlich für ein elektrisches Feld und bewegen sich zusammen mit der Luftströmung in geraden Linien. Deshalb werden die Ionen 110 und die geladenen Tröpfchen 109 voneinander getrennt, und die getrennten geladenen Tröpfchen 109 laufen dann durch den Auslass 121 für geladene Tröpfchen der Ionenführung 117 und treten dann aus der Ionenführung aus.
Die Ionen, die sich zum Stabelektrodensatz 2 bewegt haben, werden in Gebiet 3 eingeleitet. In Gebiet 3 ist eine Quadrupol-Ionenführung durch die vier Stabelektroden 22a, 22b, 22c, 22d des Stabelektrodensatzes 2 gebildet und werden die Ionen auf der Mittelachse der Quadrupol-Ionenführung fokussiert. Die fokussierten Ionen 110 werden aus dem Ionenauslass 122 der Ionenführung 17 ausgestoßen und laufen dann durch die Pore 123 und werden in die Ionenanalysekammer 124 eingebracht.
Hier wurde ein Oktopol als Beispiel beschrieben, es kann jedoch auch ein höherer Multipol als ein Oktopol, beispielsweise ein Dekapol, ein Dodekapol, ein Hexadekapol, ein Icosapol oder dergleichen verwendet werden. Es sei bemerkt, dass ein Gebiet 1 entsprechender Abschnitt aus der Ionenführung entfernt werden kann und dass bewirkt werden kann, dass die Luftströmung, welche die Ionen und die geladenen Tröpfchen enthält, nachdem sie durch die Pore 115 hindurchgetreten ist, in einen Bereich eintritt, der in Gebiet 2 von den Stabelektroden 21a, 21 b, 21c, 21d des Stabelektrodensatzes 1 umgeben ist, während sie zur Mittelachse des Gebiets 2 der Ionenführung parallel ist. Die in 1 schematisch dargestellte Ionenführung 117 zeigt einen Aspekt, bei dem Gebiet 1 entfernt ist.
Der durch den Quadrupol gebildete Pseudopotentialtopf hat einen hohen Einfluss auf die Fokussierung von Ionen auf der Achse, weil der Potentialgradient um das Minimum größer ist als bei einem Multipol höherer Ordnung oder einer Ringstapel-Ionenführung. Je größer der Einfluss auf die Fokussierung von Ionen ist, desto wirksamer lassen sich Ionen an der nachfolgenden Stufe der Ionenführung durch die Pore 123 führen, so dass eine sehr empfindliche Messung möglich ist.
Auf 1 zurück verweisend sei bemerkt, dass die geladenen Tröpfchen 109, nachdem sie durch den Auslass 121 für geladene Tröpfchen der Ionenführung 117 hindurchgetreten sind, auf eine Elektrode 118 fallen, die mit einem Strommessgerät 119 verbunden ist. Die auf der Achse des Auslasses 121 für geladene Tröpfchen angeordnete Elektrode 118 und das mit der Elektrode 118 verbundene Strommessgerät 119 bilden eine Tröpfchenmesseinheit, die den Stromwert der auf die Elektrode 118 fallenden geladenen Tröpfchen 109 misst, um die Anzahl der geladenen Tröpfchen 109 zu überwachen. Der gemessene Stromwert wird zu einem Analysesteuerabschnitt 131 übertragen. Der Analysesteuerabschnitt 131 betätigt als Funktion des Stromwerts den Temperatursteuerabschnitt 142, den Strömungsraten-Steuerabschnitt 143 und den Gaszufuhr-Steuerabschnitt 111, um die Temperatur der Ionenquelle (d. h. die Temperatur der Heizung 141), die Durchflussrate des durch das ESI-Spray 104 zu führenden erwärmten Gases und die Durchflussrate des Gegenströmungsgases 112 zu ändern. Der Analysesteuerabschnitt 131 zeigt auch auf einer Anzeigeeinheit 144 eine Warnung, die den Benutzer darauf hinweist, dass eine Wartung erforderlich ist, und führt Prozesse in der Art des Unterbrechens der Probenmessung, des Aussetzens der nachfolgenden Probenmessung und dergleichen aus.
Falls der Ioneneinlass 113 und/oder die Zwischendruckkammer 114 kontaminiert werden, wird der kontaminierte Abschnitt elektrisch geladen, wodurch eine Verringerung der Stärke der geladenen Tröpfchen 109 und der Ionen 110 hervorgerufen wird. Deshalb kann eine Verringerung der Empfindlichkeit der Vorrichtung durch Messen der geladenen Tröpfchen 109 überwacht werden. Gemäß der Ausführungsform wird die Anzahl der geladenen Tröpfchen 109 während der Probenmessung zusammen mit derAnalytionenstärke gemessen, so dass die Verringerung der Empfindlichkeit während der Probenmessung überwacht werden kann. Deshalb kann die Häufigkeit verringert werden, bei der kontinuierlich wiederholte Messungen an der Probe erforderlich sind, während die Empfindlichkeit verringert ist, was zu Verringerungen von Verbrauchsmaterialien und zu einem geringeren Messzeitverlust führt. Ferner kann die Häufigkeit der Messung der Kalibrierproben verringert werden, was zu einer Verringerung der laufenden Kosten führt.
Die gemäß der Ausführungsform verwendete Ionenführung 117 ist wünschenswerterweise so ausgelegt, dass dabei im Interesse einer hohen Ionendurchlässigkeit die erwähnte Multipol-Stabelektrode verwendet wird, es kann jedoch eine beliebige andere Form verwendet werden, solange sie den Auslass 121 für geladene Tröpfchen und den Ionenauslass 122 aufweist. Beispielsweise kann eine Ionenführung mit einem Ringstapelaufbau, wie in Patentliteratur 1 beschrieben, verwendet werden.
Der Druck in der Ionenanalysekammer 124 wird durch eine Vakuumpumpe 125 bei oder unterhalb von 0,1 Pa gehalten. In der Ionenanalysekammer 124 sind eine Massenanalyseeinheit, ein Detektor und dergleichen angeordnet, um eine Ionenanalyseeinheit 126 zu bilden, in der die Ionen 110 entsprechend dem Masse-/Ladungsverhältnis m/z getrennt und detektiert werden. Massenspektrometrieverfahren setzen einen Quadrupol-Filter-Massenanalysator, einen Triple-Quadrupol-Filter-Massenanalysator, einen lonenfallen-Massenanalysator, einen Flugzeit-Massenanalysator, einen Fourier-Transformations-Massenanalysator oder dergleichen ein. Es kann auch ein anderer Massenanalysator als diese verwendet werden. Ferner kann an Stelle eines Massenanalysators ein lonenbeweglichkeitsspektrometer, ein Differenzielle-Beweglichkeit-Spektrometer oder dergleichen verwendet werden. Es kann auch ein anderes Messinstrument zur lonendetektion verwendet werden.
6 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Steuersequenz zum Steuern von Vorrichtungsparametern auf der Grundlage der gemessenen Anzahl geladener Tröpfchen zeigt. Hierbei handelt es sich um ein Beispiel, bei dem der Stromwert der geladenen Tröpfchen verwendet wird, um die Strömungsrate des erwärmten Gases und eine Warnanzeige zu steuern. Eine Schwelle A ist die Obergrenze des elektrischen Stroms geladener Tröpfchen, eine Schwelle B ist die Untergrenze des elektrichen Stroms, und eine Schwelle C ist die Untergrenze der Durchflussrate des durch das ESI-Spray hindurchtretenden erwärmten Gases.
Im Anfangszustand liegt der Stromwert der geladenen Tröpfchen zwischen der Obergrenze A und der Untergrenze B, wobei es sich um einen geeigneten Bereich handelt. Durch den Einfluss einer Änderung der LC-Lösungsmittelzusammensetzung und von der Probe herrührender Verunreinigungen nimmt der vom Strommessgerät 119 gemessene Stromwert zu, falls die Komponenten der geladenen Tröpfchen variieren, so dass die geladenen Tröpfchen nur schwer verflüchtigt werden. Zu einer Zeit t1 überschreitet der Stromwert die Obergrenze A. Die geladenen Tröpfchen enthalten von der Probe herrührende Verunreinigungen, so dass der Ioneneinlass 113 und die Zwischendruckkammer 114 verunreinigt werden. Zur Verhinderung von Verunreinigungen weist der Analysesteuerabschnitt 131, nachdem der Stromwert der Entladungströpfchen die Obergrenze A überschritten hat, den Durchflussraten-Steuerabschnitt 143 an, die Durchflussrate des durch das ESI-Spray zu leitenden erwärmten Gases zu erhöhen, um die Anzahl der geladenen Tröpfchen zu reduzieren und dadurch den Stromwert zu verringern. Zu einer Zeit 2 weist der Analysesteuerabschnitt 131, nachdem der Stromwert bis unter die Obergrenze A abgefallen ist, den Durchflussraten-Steuerabschnitt 143 an, die Erhöhung der Durchflussrate des erwärmten Gases zu beenden.
Falls die Komponenten der geladenen Tröpfchen variieren, so dass die Tröpfchen leicht verflüchtigt werden, oder falls die Empfindlichkeit der Vorrichtung durch Verunreinigungen verringert wird, nimmt die Anzahl der geladenen Tröpfchen ab, so dass der Stromwert verringert wird. Zu einer Zeit t3 weist der Analysesteuerabschnitt 131, nachdem der Stromwert unter die Untergrenze B abgefallen ist, den Durchflussraten-Steuerabschnitt 143 an, die Durchflussrate des erwärmten Gases zu verringern. Wenn die Durchflussrate des erwärmten Gases abnimmt und der Stromwert zunimmt, wird festgestellt, dass die Verringerung des Stromwerts auf Variationen der Zusammensetzung der geladenen Tröpfchen, so dass eine leichtere Verflüchtigung auftritt, zurückzuführen ist. Zu einer Zeit t4 weist der Analysesteuerabschnitt 131, nachdem der Stromwert die Untergrenze B überschritten hat, an, die Verringerung der Durchflussrate des erwärmten Gases zu beenden.
Ebenso verringert der Analysesteuerabschnitt 131 zu einer Zeit t5, nachdem der Stromwert bis unter die Untergrenze B abgefallen ist, die Durchflussrate des erwärmten Gases. Zu einer Zeit t6 bleibt der Stromwert selbst nachdem die Durchflussrate des erwärmten Gases die Untergrenze C erreicht hat, unter der Untergrenze B. Daher stellt der Analysesteuerabschnitt 131 fest, dass die Verringerung des Stromwerts durch Verunreinigung hervorgerufen wird, und zeigt eine Warnung auf der Anzeigeeinheit 144 an, um den Benutzer darüber zu benachrichtigen, dass eine Wartung erforderlich ist. Es sei bemerkt, dass bei diesem Beispiel nur eine Verringerung der Anzahl der von der Tröpfchenmesseinheit gemessenen geladenen Tröpfchen als Indikator zur Feststellung, ob die Vorrichtung verunreinigt ist, verwendet wird, dass jedoch sowohl die Anzahl der geladenen Tröpfchen als auch die von der Ionenanalyseeinheit 126 erfasste ionische Stärke verwendet werden können, um festzustellen, ob die Vorrichtung verunreinigt ist. Falls die Vorrichtung verunreinigt ist, wird die ionische Stärke des von der Ionenanalyseeinheit erkannten Analyten zusammen mit der Anzahl der geladenen Tröpfchen verringert.
In 6 wird die Durchflussrate erwärmten Gases als Vorrichtungsparameter gesteuert. Alternativ können die gleichen vorteilhaften Wirkungen durch Steuern der Durchflussrate des Gegenströmungsgases, der Temperatur des erwärmten Gases und/oder dergleichen erzeugt werden. Falls die Durchflussrate des Gegenströmungsgases erhöht wird, werden dшe geladenen Tröpfchen 109 zur zum Ioneneinlass 113 entgegengesetzten Seite zurück gedrückt. Deshalb kann die Anzahl der in den Ioneneinlass 113 eintretenden geladenen Tröpfchen zum Erreichen einer Verringerung der Verunreinigung in der Vorrichtung verringert werden. Ferner wird, wenn die Temperatur des erwärmten Gases erhöht wird, die Verflüchtigung der geladenen Tröpfchen 109 beschleunigt, was zu einer Verringerung der geladenen Tröpfchen führt.
Zweite Ausführungsform
Gemäß der Ausführungsform wird ein Verfahren zum Messen von Tröpfchen, das von der Messung des elektrischen Stroms verschieden ist, erläutert. 7 ist ein schematisches Diagramm, das eine beispielhafte Konfiguration einer Ionenanalysevorrichtung zeigt, bei der die Lichtstreuung zur Messung der geladenen Tröpfchen 109 verwendet wird. Die Ionenanalysevorrichtung gemäß der Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in Bezug auf die Konfiguration der Tröpfchenmesseinheit, und der Rest der Konfiguration gleicht der ersten Ausführungsform. Hier werden daher hauptsächlich von der ersten Ausführungsform verschiedene Punkte beschrieben.
Eine Lichtquelle 301 und ein Photodetektor 302 sind als Tröpfchenmesseinheit auf der Achse des Tröpfchenauslasses 121 der Ionenführung 117 angeordnet. Die Lichtquelle 301 und der Photodetektor 302 sind an Positionen angeordnet, auf welche die vom Tröpfchenauslass 121 ausgestoßenen geladenen Tröpfchen 109 nicht direkt auftreffen. Die vom Tröpfchenauslass 121 ausgestoßenen geladenen Tröpfchen 109 werden mit dem von der Lichtquelle 301 emittierten Licht bestrahlt, und das von den geladenen Tröpfchen 109 gestreute Licht wird dann durch den Photodetektor 302 in der Art eines Photoelektronenvervielfachers oder dergleichen erfasst. Der Photodetektor 302 sendet dann ein zur Anzahl der geladenen Tröpfchen 109 proportionales Ausgangssignal zum Analysesteuerabschnitt 131.
Wenn die Lichtstreuung zur Messung von Tröpfchen verwendet wird, können auch nicht geladene Tröpfchen detektiert werden. Wenn APCI oder APPI als in der Ionenquelle verwendete Ionisationstechnik eingesetzt wird, wird keine Hochspannung an den Strömungsweg 105 der flüssigen Probe angelegt, so dass die versprühten Flüssigkeitströpfchen elektrisch neutral werden. Selbst wenn eine solche Ionisationstechnik verwendet wird, kann die Anzahl der Tröpfchen durch die Verwendung der Lichtstreuung gemessen werden, um eine Verringerung der Verunreinigung der Vorrichtung durch die in 6 dargestellte Steuerung zu erreichen. Ferner kann eine Verringerung der Empfindlichkeit gegenüber einer Verunreinigung während der Probenmessung überwacht werden, und dem Benutzer kann angezeigt werden, dass Wartung erforderlich ist. In 6 kann eine ähnliche Steuerung durch die Verwendung der die Anzahl der Tröpfchen repräsentierenden gestreuten Lichtmenge an Stelle des Stromwerts der geladenen Tröpfchen erreicht werden.
Dritte Ausführungsform
Die Ausführungsform erläutert eine beispielhafte Einstellung für Vorrichtungsparameter auf der Grundlage des Stromwerts der Tröpfchen und der ionischen Stärke. Die in 1 dargestellte Vorrichtung wird als Ionenanalysevorrichtung verwendet. Gemäß der Ausführungsform empfängt der Analysesteuerabschnitt 131 als Eingabe ein Signal vom Strommessgerät 119 und auch ein Signal, das die Analytionenstärke von der Ionenanalyseeinheit 126, die sich innerhalb der Ionenanalysekammer 124 befindet. Der Analysesteuerabschnitt 131 liest die erfasste Anzahl der Tröpfchen und die Analytionenstärke, um die Vorrichtungsparameter einzustellen.
8 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Steuersequenz zum Steuern von Vorrichtungsparametern zeigt. 8 zeigt die Steuerung des Stromwerts der geladenen Teilchen, der Analytionenstärke und der Durchflussrate erwärmten Gases. Bis zur Zeit t1 überschreitet der Stromwert der geladenen Tröpfchen die Schwelle A, weshalb die Vorrichtung leicht verunreinigt wird. Auch ist die ionische Stärke gering, weshalb die Empfindlichkeit gering ist. Zu einer Zeit t1 weist der Analysesteuerabschnitt 131 den Durchflussraten-Steuerabschnitt 143 an, die Durchflussrate erwärmten Gases zu erhöhen, woraufhin die geladenen Tröpfchen verflüchtigt werden und der Stromwert verringert wird. Andererseits wird durch eine Erhöhung der Verflüchtigung die lonisationsefizienz erhöht, wodurch die ionische Stärke erhöht wird. Zu einer Zeit t2 wird die maximale ionische Stärke erreicht, der Stromwert der geladenen Tröpfchen überschreitet jedoch noch die Schwelle A. Der Durchflussraten-Steuerabschnitt 143 erhöht ferner die Durchflussrate des erwärmten Gases, woraufhin der Stromwert der geladenen Tröpfchen abnimmt und die ionische Stärke durch thermische Zerlegung abnimmt. Um zu verhindern, dass die Vorrichtung verunreinigt wird, weist der Analysesteuerabschnitt 131 den Durchflussraten-Steuerabschnitt 143 an, die Durchflussrate des erwärmten Gases bis zur Zeit t3 zu erhöhen, zu der der Stromwert der geladenen Tröpfchen bei oder unter der Schwelle A liegt, und die Durchflussrate dann beizubehalten. Bei der Steuerung aus 8 ist die Steuerung der Durchflussrate des erwärmten Gases als Beispiel für die Steuerung der Vorrichtungsparameter erläutert, es kann jedoch auch die Temperatur des erwärmten Gases gesteuert werden.
9 ist ein Diagramm, das eine andere beispielhafte Steuersequenz zur Steuerung der Vorrichtungsparameter zeigt. Bei diesem Beispiel ist eine Steuersequenz dargestellt, bei der, nachdem der Stromwert der geladenen Tröpfchen bis auf oder unter die Schwelle gefallen ist, die ionische Stärke ihren Maximalwert erreicht. Bis zur Zeit t1 überschreitet der Stromwert der geladenen Tröpfchen die Schwelle A, weshalb die Vorrichtung leicht verunreinigt wird. Auch ist die ionische Stärke gering, weshalb die Empfindlichkeit gering ist. Zur Zeit t1, wenn der Analysesteuerabschnitt 131 den Durchflussraten-Steuerabschnitt 143 anweist, die Durchflussrate des erwärmten Gases zu erhöhen, werden die geladenen Tröpfchen verflüchtigt, so dass der Stromwert verringert wird. Auch wird die Ionisationseffizienz erhöht, wodurch die ionische Stärke des Analyten erhöht wird. Zur Zeit t2 fällt der Stromwert der geladenen Tröpfchen bis unter die Schwelle A ab, weshalb die Verunreinigung in der Vorrichtung verringert wird. Andererseits neigt die ionische Stärke zum Ansteigen. Falls die Durchflussrate des erwärmten Gases weiter erhöht wird, ergibt sich die Möglichkeit einer weiteren Erhöhung der Empfindlichkeit. Dementsprechend wird die Erhöhung der Durchflussrate des erwärmten Gases fortgesetzt, so dass die ionische Stärke bis zur Zeit t3 ansteigt. Wenn die Durchflussrate des erwärmten Gases weiter erhöht wird, wird die ionische Stärke durch thermische Zerlegung der Probe verringert. Zur Einstellung der Durchflussrate des erwärmten Gases, um die Bedingung für das Bereitstellen einer maximalen Empfindlichkeit zu erfüllen, weist der Analysesteuerabschnitt 131 den Durchflussraten-Steuerabschnitt 143 an, die Durchflussrate auf den gleichen Wert wie jenen des erwärmten Gases D zur Zeit t3 zu verringern.
Die in den 8 und 9 dargestellten Steuersequenzen ermöglichen eine Einstellung der Bedingungen für eine geringe Verunreinigung und hohe Empfindlichkeit, so dass die Zeit verringert werden kann, während derer der Benutzer die Parameter einstellt. Es sei bemerkt, dass bei einer Verwendung der in der zweiten Ausführungsform erläuterten Vorrichtung als Ionenanalysevorrichtung eine ähnliche Steuerung ausgeführt werden kann, indem der in 8 oder 9 dargestellte Stromwert der geladenen Tröpfchen durch die Streulichtmenge ersetzt wird, welche die Anzahl der Tröpfchen repräsentiert.
Vierte Ausführungsform
Nachfolgend wird eine beispielhafte Steuersequenz für eine Ionenanalysevorrichtung, bei der LC verwendet wird, beschrieben. Die in 1 dargestellte Vorrichtung wurde als Ionenanalysevorrichtung verwendet.
Bei der LC wird zur Bestimmung der Trennungsbedingungen die Lösungsmittelzusammensetzung variiert, um die Analytionen 110 zu messen. Die Wirksamkeit der Verflüchtigung des Lösungsmittels in den geladenen Tröpfchen 109 hängt von der Lösungsmittelzusammensetzung ab. Daher ist es erforderlich, nach Bedingungen zu suchen, bei denen eine ausreichende Empfindlichkeit erreicht wird, indem Vorrichtungsparameter in der Art der Temperatur der Ionenquelle, der Durchflussrate des erwärmten Gases und/oder dergleichen entsprechend der Lösungsmittelzusammensetzung eingestellt werden. Typischerweise beträgt die LC-Trennungszeit etwa 10 Minuten und beträgt die für die Detektion eines Analyten erforderliche Zeit einige Sekunden. Bei der Verwendung von LC ist es, weil die während der Detektion eines Analyten zur Verfügung stehende Zeit kurz ist, typischerweise erforderlich, Proben mehrere Male zu messen, um die Vorrichtungsbedingungen in der Art der Durchflussrate des erwärmten Gases, der Temperaturen und/oder dergleichen einzustellen. Weil die Trennungszeit während jeder Probenmessung verbraucht wird, tritt bei der Verwendung von LC der Nachteil einer zeitaufwendigen Einstellung von Bedingungen auf. Gemäß der Ausführungsform wird eine Steuersequenz beschrieben, bei der die Vorrichtungsparameter unter Verwendung des Stromwerts der geladenen Tröpfchen eingestellt werden, bevor der Analyt detektiert wird, um die Vorrichtungsbedingungen in einer kurzen Zeit einzustellen.
10 ist ein Diagramm, das eine beispielhafte Steuersequenz bei der Verwendung von LC zeigt. Bis zur Zeit t3 wird der Analyt im LC gehalten, und es wird kein Analytion 110 detektiert. Das LC-Lösungsmittel strömt jedoch kontinuierlich, so dass die geladenen Tröpfchen 109 und vom Analyten verschiedene Ionen erzeugt werden. Bei einer in 10 dargestellten Ausführungsform ist zu Beginn die Durchflussrate des erwärmten Gases gering und ist der Stromwert der geladenen Tröpfchen hoch. Zur Zeit t1 erhöht ansprechend auf eine Anweisung vom Analysesteuerabschnitt 131 der Durchflussraten-Steuerabschnitt 143 die Durchflussrate des erwärmten Gases, woraufhin das Lösungsmittel verflüchtigt wird, so dass der Stromwert der geladenen Tröpfchen abnimmt. Bei der ESI nimmt die Anzahl der erzeugten Ionen zu, falls die geladenen Tröpfchen ausreichend verflüchtigt werden, was zu einer höheren Empfindlichkeit führt.
Eine Schwelle E des Stromwerts der geladenen Tröpfchen, der für das Erhalten einer ausreichenden Empfindlichkeit erforderlich ist, wird vorab festgelegt, wie in 10 dargestellt ist. Der Analysesteuerabschnitt 131 beendet die Einstellung des Vorrichtungsparameters, d. h. die Einstellung der Durchflussrate erwärmten Gases zur Zeit t2, wenn der Stromwert der geladenen Tröpfchen auf die Schwelle E abnimmt. Durch diese Steuersequenz können die Vorrichtungsbedingungen vor der Detektion von Analytionen eingestellt werden, so dass sie zur Lösungsmittelzusammensetzung passen, so dass der Benutzer Zeit für die Einstellung der Vorrichtungsparameter einsparen kann. Auch kann unabhängig von Lösungsmittelzusammensetzungen eine sehr empfindliche Messung von Analyten bereitgestellt werden. Die Ausführungsform ist bei anderen Ionenquellen als ESI wirksam, solange sie eine flüssige Probe versprühen und bereitstellen. Beispielsweise kann APCI, APPI oder dergleichen statt ESI verwendet werden. Wenn APCI oderAPPI, wobei Tröpfchen nicht elektrisch geladen werden, als Ionenquelle verwendet wird, kann die Anzahl der Tröpfchen durch die Verwendung der Lichtstreuung, wie gemäß der zweiten Ausführungsform beschrieben, oder dergleichen gemessen werden.
Es sei bemerkt, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die vorstehenden Ausführungsformen beschränkt ist und zahlreiche Modifikationen einschließt. Beispielsweise wurden die vorstehenden Ausführungsformen detailliert beschrieben, um die vorliegende Erfindung klar zu erklären, und die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise darauf beschränkt, dass sie alle vorstehend beschriebenen Komponenten und Konfigurationen aufweist. Ferner kann ein Teil der Konfiguration gemäß einer Ausführungsform durch eine Konfiguration gemäß einer anderen Ausführungsform ersetzt werden und kann eine Konfiguration gemäß einer Ausführungsform zur Konfiguration gemäß einer anderen Ausführungsform hinzugefügt werden. Ferner kann ein Teil der Konfiguration gemäß jeder Ausführungsform zu einer anderen Konfiguration hinzugefügt, aus dieser entfernt oder dadurch ersetzt werden.
Liste von Bezugszeichen

101: flüssige Probe
102: Probenvorbehandlungsvorrichtung
103: Flüssigchromatographievorrichtung
104: ESI-Spray
109: geladene Tröpfchen
110: Analytionen
111: Gaszufuhr-Steuerabschnitt
112: Gegenströmungsgas
117: Ionenführung
118: Elektrode
119: Strommessgerät
121: Auslass für geladene Tröpfchen
122: Ionenauslass
124: Ionenanalysekammer
126: Ionenanalyseeinheit
130: Gegenplattenelektrode
131: Analysesteuerabschnitt
141: Heizung
142: Temperatursteuerabschnitt
143: Durchflussraten-Steuerabschnitt
144: Anzeigeeinheit
301: Lichtquelle
302: Photodetektor

Claims

Ionenanalysevorrichtung, welche Folgendes aufweist: eine Ionenquelle (104), die einen Analyten in einer flüssigen Probe (101) ionisiert, eine Ionenführung (117), in die Tröpfchen (109) und in der Ionenquelle erzeugte Ionen (110) eingeleitet werden, wobei die Ionenführung verschiedene Auslässe aufweist, wobei ein Auslass ein Ionenauslass (122) ist und der andere Auslass Tröpfchenauslass (121) ein ist, eine Ionenanalyseeinheit (126) die vom Ionenauslass ausgestoßene Ionen analysiert, eine Tröpfchenmesseinheit, die sich auf einer Achse des Tröpfchenauslasses befindet und die Menge der Tröpfchen misst, und einen Analysesteuerabschnitt (131) der die an der Tröpfchenmesseinheit gemessene Tröpfchenmenge mit einer Schwelle vergleicht.
Ionenanalysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ionenanalyseeinheit ein Massenanalysator, ein Ionenbeweglichkeitsspektrometer oder ein Differenzielle-Beweglichkeit-Spektrometer ist.
Ionenanalysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Ionenquelle eine Elektrospray-Ionisation, eine chemische Atmosphärendruckionisation oder eine Atmosphärendruck-Photoionisation verwendet.
Ionenanalysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Tröpfchen geladene Tröpfchen sind und die Tröpfchenmesseinheit ein Strommessgerät aufweist.
Ionenanalysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Tröpfchenmesseinheit eine Lichtquelle und einen Photodetektor aufweist und wobei die Tröpfchenmesseinheit Licht von der Lichtquelle auf die Tröpfchen anwendet und von den Tröpfchen gestreutes Licht am Photodetektor detektiert.
Ionenanalysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Analysesteuerabschnitt, falls die Menge der Tröpfchen gleich der Schwelle oder kleiner als diese ist, eine Verarbeitung zum Ausgeben einer Warnung, zum Unterbrechen einer Probenmessung oder zum Aussetzen der nachfolgenden Probenmessung ausführt.
Ionenanalysevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die ionische Stärke eines Analyten und die Menge der Tröpfchen während einer Probenmessung gemessen werden.
Ionenanalysevorrichtung, welche Folgendes aufweist: eine Ionenquelle, die einen Analyten in einer flüssigen Probe ionisiert, eine Ionenführung, in die Tröpfchen und in der Ionenquelle erzeugte Ionen eingeleitet werden, wobei die Ionenführung verschiedene Auslässe aufweist, wobei ein Auslass ein Ionenauslass ist und der andere Auslass ein Tröpfchenauslass ist, eine Ionenanalyseeinheit, die vom Ionenauslass ausgestoßene Ionen analysiert, eine Tröpfchenmesseinheit, die sich auf einer Achse des Tröpfchenauslasses befindet und die Menge der Tröpfchen misst, und einen Analysesteuerabschnitt, in den ein Signal von der Tröpfchenmesseinheit eingegeben wird, wobei der Analysesteuerabschnitt Vorrichtungsparameter auf der Grundlage der an der Tröpfchenmesseinheit gemessenen Tröpfchenmenge einstellt.
Ionenanalysevorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Vorrichtungsparameter die Durchflussrate des von einem Ioneneinlass der Ionenführung nach außen gerichteten Gegenströmungsgases, die Temperatur der Ionenquelle und die Durchflussrate des durch die Ionenquelle geleiteten erwärmten Gases einschließen.
Ionenanalysevorrichtung nach Anspruch 8, welche ferner eine Flüssigchromatographievorrichtung aufweist, wobei der Analysesteuerabschnitt die Vorrichtungsparameter auf der Grundlage der an der Tröpfchenmesseinheit während einer Retentionszeit, in der kein Analyt detektiert wird, gemessenen Tröpfchenmenge einstellt.
Ionenanalysevorrichtung, welche Folgendes aufweist: eine Ionenquelle, die einen Analyten in einer flüssigen Probe ionisiert, eine Ionenführung, in die Tröpfchen und in der Ionenquelle erzeugte Ionen eingeleitet werden, wobei die Ionenführung verschiedene Auslässe aufweist, wobei ein Auslass ein Ionenauslass ist und der andere Auslass ein Tröpfchenauslass ist, eine Ionenanalyseeinheit, die vom Ionenauslass ausgestoßene Ionen analysiert, eine Tröpfchenmesseinheit, die sich auf einer Achse des Tröpfchenauslasses befindet und die Menge der Tröpfchen misst, und einen Analysesteuerabschnitt, der als Eingabe ein Signal, das die Analytionenstärke von der Ionenanalyseeinheit angibt, und ein Signal, das die Tröpfchenmenge von der Tröpfchenmesseinheit angibt, empfängt, wobei der Analysesteuerabschnitt Vorrichtungsparameter auf der Grundlage der Analytionenstärke und der Tröpfchenmenge einstellt.
Ionenanalysevorrichtung nach Anspruch 11, welche ferner eine Flüssigchromatographievorrichtung aufweist.
Ionenanalysevorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Analysesteuerabschnitt die Vorrichtungsparameter einstellt, so dass die Analytionenstärke ihr Maximum unter Bedingungen erreicht, bei denen die Tröpfchenmenge gleich einer Schwelle oder kleiner als diese wird.