DE19652021B4

DE19652021B4 - Ionen-Quelle und Ionisationsverfahren

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Publication number: DE19652021B4
Application number: DE19652021A
Authority: DE
Inventors: Stevan Sale BAJIC; Roger Holmfirth Giles
Original assignee: Micromass UK Ltd
Current assignee: Micromass UK Ltd
Priority date: 1995-12-14
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 2006-12-14
Anticipated expiration: 2016-12-14
Also published as: GB9625995D0; GB2308227A; CA2192915A1; US5756994A; JPH09190795A; GB2308227A8; JP3079055B2; CA2192915C; DE19652021A1; GB2308227B8; GB9525507D0; GB2308227B

Abstract

Ionen-Quelle umfassend:
– Partikelerzeugungsmittel (21, 22) zur Bildung von Ionen einer Probe, wobei aus der Probe ein Partikelstrom (23), der Ionen und Moleküle enthält, gebildet wird,
– Evakuiermittel (19, 20), mit denen zumindest ein Teil des Partikelstroms (23) durch einen Unterdruck in einen Körper (2) einbringbar ist, wobei in dem Körper (2) durch die Evakuiermittel (19, 20) ein Druck von weniger als 1,33·10⁴ Pa beibehalten wird, und wobei der Körper (2) folgende Bauteile umfasst:
– eine Eintrittsöffnung (10),
– eine Eintrittskammer (3), die sich der Eintrittsöffnung (10) anschließt,
– eine Extraktionskammer (15), die sich der Eintrittskammer (3) anschließt, und
– eine Evakuieröffnung (4), die sich der Extraktionskammer (15) anschließt und über Durchlässe (6, 7) mit den Evakuiermitteln (19, 20) verbunden ist, wobei durch die Anordnung der einzelnen Bauteile (10, 3, 15, 4) des Körpers (2) in der angegebenen Reihenfolge eine entlang einer zentralen Achse...

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Einrichtungen und Verfahren zum Ionsisieren thermisch labiler Proben mit hohem Molekulargewicht, welche insbesondere im Rahmen der Massenspektroskopie verwendbar sind.

Aus der US 5,103,093 A ist ein Massenspektrometer einschließlich einer Ionisierungseinrichtung bekannt. Die aus der Ionenquelle austretenden Ionen verlaufen bei Ihrem Austritt im wesentlichen parallel zu einer Eintrittsrichtung in eine Extraktionskammer. Diese Kammer weist drei Öffnungen, nämlich eine Eintrittsöffnung, eine Austrittsöffnung und eine Öffnung, die mit einer Vakuumpumpe in Verbindung steht, auf.

Aus der DE 39 37 547 A1 ist ein Plasmaquellen-Massenspektrometer bekannt, bei dem Ionen in einem Plasma, das in einem Hochdruck-Bereich erzeugt wird, in einen Niederdruck-Bereich eingeführt wird, um die Ionenmasse zu analysieren. Dieses Plasmaquellen-Massenspektrometer enthält einen Mitteldruck-Bereich, der zwischen dem Hochdruck Bereich und dem Niedrigdruckbereich vorgesehen ist. Das in dem Hochdruckbereich erzeugte Plasma wird in den Mitteldruck-Bereich expandiert um ein expandiertes Plasma zu erzeugen. Ionen werden aus dem expandierten Plasma durch eine Ionenextraktionselektrode extrahiert, die eine Ionenextraktionsöffnung aufweist. In der Nachbarschaft der Ionenextraktionsöffnung wird ein in Richtung auf das expandierte Plasma konvex geformter Ionenmantel ausgebildet, wodurch die Ionen in Richtung auf den Niedrigdruckbereich mit einer hohen Effizienz extrahiert werden können.

Die US 4,794,252 A offenbart ein Massenspektrometer für die Analyse einer in einem Fluid gelösten Probe. Die Druckschrift beschreibt insbesondere ein Spektrometer für die Analyse von Komponenten mit hohem Molekulargewicht in dem Eluat eines Flüssigchromatographen. Eine Entladungsionisierungsquelle wird beschrieben, die eine Sprühkammer und einen Ionenblock umfasst, der durch ein Rohr mit einer großen Öffnung durch eine mechanische Vakuumpumpe evakuiert wird. Es sind ferner Sprühmittel vorgesehen, die das Fluid in Form eines Fluidstroms, der wenigstens teilweise in der Gasphase oder Dampfphase ist, sprühen.

Die EP 0342 884 A1 offenbart eine Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie-Vorrichtung, bei der flüssiges Eluat von einer Chromatographiesäule als erwärmter Strom in eine Ionisationskammer injiziert wird, die zwischen dem Chromatographen und dem Massenspektrometer positioniert ist, wodurch ionisierte Addukte mit Lösungsmittel und den zu analysierenden Molekülen erzeugt werden, welche dann in das Massenspektrometer passieren. Die Vorrichtung weist eine Beschleunigungselektrode auf, die in einer Seitenwand der Ionisationskammer gegenüber einer Auslassöffnung zu dem Massenspektrometer angeordnet ist, sowie eine Elektronenin jektionsquelle, die zwischen der Beschleunigungselektrode und dem Injektionspunkt des erwärmten Stromes angeordnet ist, und Mittel zur Bereitstellung einer positiven Spannung auf der Beschleunigungselektrode bezüglich der Elektronimissionsquelle. Diese Spannung ist ausreichend hoch, um zu ermöglichen, dass ein Elektronenstrom auf den erwärmten Strom unter Bildung von Hydroniumionen auftrifft und wenigstens ein Teil der Moleküle in zwei oder mehr Komponenten mit geringerem Molekulargewicht fragmentiert.

Die EP 0633 602 A2 offenbart ein Flugzeit-Massenspektrometer mit Gasphasen-Ionenquelle. Bei dieser Vorrichtung wird eine hohe Teilchendichte im Abzugsvolumen der Gasphasen-Ionenquelle und gleichzeitig eine geringe Teilchendichte in der Flugstrecke des Massenspektrometers angestrebt, wodurch eine hohe Empfindlichkeit bei gleichzeitig hohem dynamischen Bereich der Intensitätsanzeige bereitstellbar ist. Zu diesem Zwecke ist das Flugzeit-Massenspektrometer in zwei oder mehr Bereiche unterschiedlichen-Druckes aufgeteilt, wobei die verschiedenen Bereiche durch eine Gasströmungsimpedanz getrennt sind. Eine maximale Teilchendichte im Abzugsvolumen bei gleichzeitig minimaler Teilchendichte in der Flugstrecke läßt sich erzielen, indem man die Gas-Strömungsimpedanzen direkt in die Elektroden der Ionenquelle integriert.

Schließlich offenbart die EP 0632 482 A2 eine Gasphasen-Ionenquelle für Flugzeit-Massenspektrometer mit hoher Massenauflösung und großem Massenbereich, wobei die Anfangs-Geschwindigkeitskomponenten in Beschleunigungsrichtung der Ionen klein gehalten werden, indem ein zu untersuchender Gas- bzw. Ionenstrahl in rechtem Winkel zur Beschleunigungsrichtung die Ionenquelle durchquert.

Derartige Vorrichtungen sind ferner aus der US 4,730,111 A und der EP 0 161 744 A1 bekannt.

Ionenquellen, welche eine Probe bei Umgebungsdruck anstelle in einem Hochvakuum ionisieren, sind besonders erfolgreich beim Erzeugen unbeschädigter Molekularionen von thermisch labilen Proben mit hohem Molekulargewicht. Unter diesen Quellen sind die Elektrosprüh-Quellen unter den erfolgreichsten. Obgleich die Grundtechnik des Elektrosprühens oder Zerstäubens bereits früher bekannt war, ist die erste praktische Quellenausgestaltung, die zur organischen Massenspektrometrie geeignet war, 1984 veröffentlicht worden (z. B. EP-0 123 552-A1). Diese Anmeldung offenbart eine Ionenquelle, umfassend eine Kapillarröhre, durch welche eine Probe einer Lösung, die zu analysieren ist, gepumpt wird, und welche bezüglich einer auf Grundpotential liegenden Gegenelektrode, die gegenüberliegend ihrem stromabwärtigen Ende angeordnet ist, auf einem hohen Potential gehalten ist. Eine kleine Öffnung, die axial mit der Kapillarröhre ausgerichtet ist, ist in der Gegenelektrode ausgebildet und führt über eine Düsen-Abstreif-Anordnung in einen Quadrupol-Massenanalysator. In einer alternativen Anordnung kann die Öffnung in der Gegenelektrode der Eingang zu einer zweiten (Transfer-) Kapillare sein, welche durch das Anlegen einer geeigneten Potentialdifferenz entlang ihrer Länge zum Erhöhen der Energie der entlang derselben laufenden Ionen auf ein zur Analyse durch ein Magnetsektorspektrometer geeignetes Niveau vewendet werden kann (siehe EP-0 123 553-A1). Ein Strom eines erhitzten inerten Gases wird in dem Bereich zwischen dem Ende der Sprüh-Kapillarröhre und der Gegenelektrode in einer Richtung entgegengesetzt zu derjenigen der Strömung der Flüssigkeit von der Röhre eingeleitet. Die Sprüh-Kapillarröhre wird auf einem Potential zwischen +3 und +10 kV bezüglich der Gegenelektrode gehalten, so daß die aus dieser austretende Flüssigkeit in einem Gegenstrom von Inertgas elektrogesprüht wird. Dies führt zur Bildung von für die Lösung, welche durch das Düsen-Abstreif-System hindurch in den Massenanalysator läuft, charakteristischen Ionen.

Es sind verschiedene Verbesserungen an dieser grundlegenden Elektronensprüh-Ionenquelle vorgeschlagen worden. Bruins et al., 34th Ann. Confr. on Mass Spectrometry and Allied Topics, Cincinnati, 1986, Seiten 585-6, und in dem US-Patent 4,861,988 A) beschreiben eine pneumatisch unterstützte Elektrosprüh-Quelle, bei welcher ein koaxialer Nebelerzeuger, welcher mit einem Inertgas gespeist wird, anstelle der Kapillarröhre der Grund-Quelle verwendet wird, um das Bilden des Aerosols zu unterstützen. Diese Autoren offenbaren ferner, daß die Kapillarröhre oder der Nebelerzeuger nicht direkt auf die Öffnungen der Gegenelektrode gerichtet werden sollen, sondern parallel zur optischen Achse des Massenanalysators (welche durch die Eintrittsöffnung hindurchgeht) angeordnet werden sollen und von dieser 5 bis 10 mm versetzt sein sollen. Derartige Quellen werden in der Praxis jedoch oftmals derart betrieben, daß die Kapillarröhre unter einem Winkel zur optischen Achse des Massenanalysators geneigt ist, herkömmlicherweise ungefähr mit 30°, jedoch immer noch auf die Öffnung gerichtet ist. Das US-Patent 5,015,84 A offenbart eine zusätzliche erhitzte Auflösungsstufe, welche bei einem Druck von 1,33 × 10⁴ Pa bis 1,33 × 10⁶ Pa, (0,1 bis 10 Torr) arbeitet und stromabwärts der ersten Düse angeordnet ist. Die US-Patente 5,103,093 A, 4,977,320 A und Lee, Henion, Rapid Commun. in Mass Spectrom. 1992, Ausgabe 6, Seiten 727-733, und weitere, lehren die Verwendung einer erhitzten Einlaß-Kapillarröhre. Das US-Patent 5,171,990 A lehrt eine Außerachs-Ausrichtung der Transfer-Kapillarröhre und des Düsen-Abstreifer-Systems, um die Anzahl an schnellen Ionen und neutralen Teilchen, welche in den Massenanalysator eintreten, zu verringern. Das US-Patent 5,352,892 A offenbart eine Flüssigkeit-Abschirmungsanordnung, welche den Eintritt von Flüssigkeitströpfchen, die in das Massenanalysator-Vakuumsystem eintreten, minimiert.

Es ist erkannt worden, daß der wesentliche Faktor zum Erfolg von Elektrosprüh-Ionisationsquellen für Proben mit hohem Molekulargewicht ist, daß, im Gegensatz zu den meisten anderen Ionenquellen, die Ionisierung bei Umgebungsdruck stattfindet. Es ist daher in jüngster Zeit erneut Interesse an APCI (atmospheric pressure chemical ionization)-Quellen aufgetreten, welche ebenso in der Lage sind, stabile Ionen zu erzeugen, die für thermisch labile Proben mit hohem Molekulargewicht charakteristisch sind. Derartige Quellen sind im allgemeinen gleich zu Elektrosprüh-Quellen, mit Ausnahme des Ionisierungsmodus. Anstelle der auf hohem Potential gehaltenen Einlaß-Kapillare sehen APCI-Quellen eine Quelle von Elektronen, beispielsweise einen β-Emitter (typischerweise eine ⁶³Ni-Folie), vor (siehe McKeown, Siegel, American Lab. Nov. 1975, Seiten 82-99, und Horning, Carroll et al, Adv. in Mass Spectrom. Biochem. Medicine, Ausgabe 1976, Seiten 1-16) oder eine Corona- oder Sprüh-Entladung (siehe Carroll, Dzidic et al, Anal. Chem. 1975, Ausgabe 47 (14), Seiten 2369). In diesen älteren Quellen ist der Hochdruck-Ionisationsbereich von dem Hochvakuumbereich, welcher den Massenanalysator enthält, durch eine Membran getrennt gewesen, die eine sehr kleine Öffnung enthält, die an der optischen Achse des Analysators angeordnet war. Spätere RPCI-Quellen sind von zwei Typen, diejenigen, welche Düsen-Abstreifer-Separatorsysteme anstelle der Membran enthalten (z. B. Kambara et al, Mass Spectroscopy (Japan) 1976, Ausgabe 24 (3), Seiten 229-236 und GB-Patentanmeldung 2 18 3 902-A), und diejenigen, welche einen reinen Strom eines inerten Gases vor einer Öffnung umfassen, die etwas größer ist, als die vorher verwendete, durch welche die Ionen sich zum Erreichen des Anaylsators bewegen müssen (z. B. GB-Patent 1 582 869).

Mit Ausnahme bestimmter Elektrosprüh-Quellen (vorangehend beschrieben) umfassen all diese bekannten Elektrosprüh- und APCI-Quellen eine auf der Achse-Ausrichtung der Öffnung oder der Kapillare, welche die Hoch- und Niederdruckbereiche verbindet, mit der optischen Achse des Spektrometers. Ferner ist in all diesen bekannten Quellen die Probe in einem Strom einer Flüssigkeit oder eines Gases enthalten, wobei die Richtung dieses Stroms in dem Umgebungsdruckbereich der Quellen in jedem Falle im allgemeinen zur Öffnung oder Einlaßkapillare gerichtet ist.

Die jüngste Erfahrung hat jedoch zu dem Vorschlag geführt, daß Elektrosprüh- und APCI-Quellen im allgemeinen empfindlicher sind als Thermosprüh-Quellen (beispielsweise in GB-2 207 548-A1 offenbart), wobei Details der Umwandlung verschiedener Typen der bekannten Thermosprüh-Quellen in Elektrosprüh-Quellen veröffentlicht worden sind (z. B. US-Patent 5,235,816 A Duffin, Wacks et al. Anal. Chem 1992, Ausgabe 64, Seiten 61-68, und Jacket, und Moni in Rev. Sci. Instrum. 1994, Ausgabe 65 (3), Seiten 591-6). Eine derartige Umwandlung ändert jedoch die Art der Quelle, da in Thermosprüh-Quellen eine Gasphasenionisation bei einem Druck zwischen 1,33 × 10⁵ Pa und 1,33 × 10⁶ Pa (1 und 10 Torr) auftritt, als eine Folge einer hohen Wärmeeingabe in einen Strahl einer Flüssigkeit, welcher sich in den evakuierten Bereich erstreckt. Nach dem Umwandeln wird der vorher evakuierte Bereich zu einem Umgebungsdruckbereich, in welchem ein Strahl von Flüssigkeit in exakt der gleichen Orientierung wie bei dem vorangehend beschriebenen bekannten Elektrosprüh-Quellen elektrogesprüht wird.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Elektrosprüh- oder Zerstäubungs-Ionenquelle vorzusehen, welche eine vergleichbare oder eine verbesserte Empfindlichkeit aufweist, als bekannte Quellen, und welche in der Lage ist, längere Betriebsperioden zwischen den Wartungsvorgängen durchzuführen, als die bekannten Quellen. Es ist eine weitere Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zum Ionisieren eines Lösungsstoffs in einer Lösung vorzusehen durch Elektrosprühen. Hiermit können verbesserte Massenspektrometer vorgesehen werden, welche eine derartige Elektrosprüh-Ionisationsquelle aufweisen. Es ist eine weitere Aufgabe, eine verbesserte APCI-Quelle vorzusehen, welche eine vergleichbare oder eine bessere Empfindlichkeit aufweist, als bekannte Quellen, und welche in der Lage ist, längere Betriebsperioden zwischen Wartungsvorgängen durchzuführen, als bekannte Quellen. Hiermit können ebenfalls verbesserte Massenspektrometer, welche eine derartige APCI-Quelle aufweisen, bereitgestellt werden.

Im nachfolgenden wird der Ausdruck "Partikel" derart verwendet, dass er jegliche Art oder Spezies umfasst, die durch Nebelerzeugung, Zerstäubung bzw. Elektrosprühen einer Lösung erhalten werden kann, die eine Probe enthält, beispielsweise Moleküle, Ionen, gelöste oder zusammengebündelte oder gepackte Moleküle oder Ionen, oder Tröpfchen einer Lösung.

Gemäß der Erfindung ist eine Ionenquelle zum Erzeugen von Ionen für eine Analyse mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgesehen.

In bevorzugten Ausführungsformen ist zusätzlich sowohl die Eintrittskammer als auch die Evakuier-Öffnung im Durchmesser größer als die Extraktionskammer.

Zur Realisierung der Erfindung sind sowohl Elektrosprüh-Ionisierungs- als auch Umgebungsdruck-Chemische-Ionisierung-(APCI)-Quellen möglich. Bei einer Elektrosprüh-Ionisierungsquelle umfassen die Partikelerzeugungsmittel Aerosolerzeugungsmittel und Mittel zum elektrischen Laden der Partikel, welche Mittel zum Halten der Aerosolerzeugungsmittel auf einem hohen Potential bezüglich des Körpers umfassen können. Die Aerosolerzeugungsmittel können eine Kapillarröhre umfassen, oder ein pneumatische oder ein Ultraschall-Nebelerzeuger kann zum Unterstützen des Elektrosprüh-Verfahrens verwendet werden. Bei einer Umgebungsdruck-Chemische-Ionisierung-Quelle gemäß der Erfindung können die Partikelerzeugungsmittel Aerosolerzeugungsmittel zum Erzeugen von Tröpfchen von einer Lösung und Aerosolerhitzungsmittel umfassen, typischerweise ein stark erhitztes Rohr, zum Erzeugen von Molekülen in der Gasphase aus den Tröpfchen durch Verdampfen des gelösten Mittels aus diesen, und die Mittel zum elektrischen Laden der Partikel können Entladungselektrodenmittel umfassen, die benachbart dem Strom angeordnet sind und auf einem Potential gehalten sind, welches zur Ausbildung einer Corrona- oder Sprüh-Entladung zwischen dem Körper und der Entladungselektrode führen.

Vorzugsweise umfassen die Austrittsöffnungsmittel ein hohles konisches Element, das in dem Körper angeordnet ist und in seinem Scheitel ein Loch aufweist, wobei ein Abschnitt davon sich in die Extraktionskammer erstrecken kann. Ferner erstrecken sich vorzugsweise Austrittsöffnungsmittel zu einem Punkt mit wenigstens einem Millimeter Abstand von irgendeiner oder jeder der ersten linearen Trajektorien. Der Abstand zwischen der äußersten der ersten linearen Trajektorien und dem Scheitel der Austrittsöffnungsmittel kann zum Steuern des Ausmaßes einer Fragmentierung der Ionen in der Extraktionskammer für ein gegebenes Elektrodenpotential eingestellt werden. Im allgemeinen ist, je größer der Abstand ist (d. h. je kürzer das konische Element), die Fragmentierung desto größer. In gleicher Weise beeinträchtigt die Größe des Potentialgradienten in der Extraktionskammer ebenso das Ausmaß der Fragmentierung. Das Zunehmen der Größe des Potentialgradienten erhöht typischerweise das Ausmaß der Fragmentierung der Ionen, die durch die Quelle erzeugt werden.

Es können ferner Heizmittel vorgesehen sein, um die Temperatur des Körpers für die meisten Proben auf ungefähr 150 °C zu halten, und bei ungefähr 70 °C für thermisch labile Proben, wie z. B. Proteine. Typischerweise kann die Eintrittsöffnung ein Loch mit einem Durchmesser zwischen 0,3 und 1,5 mm umfassen, und am meisten bevorzugt mit einem Durchmesser zwischen 0,4 und 1,0 mm.

Bei der Elektrosprüh-Ausführungsform kann der Körper sich derart erstrecken, dass er den Partikelstrom schneidet, um eine Gegenelektrode zum Zwecke des Elektrosprühens der Lösung aus dem Aerosolerzeugungsmittel zu bilden. Typischerweise ist eine Potentialdifferenz zwischen 1 und 5 kV zwischen den Erzeugungsmitteln und dem Körper beibehalten, um die Erzeugung des Elektrosprühnebels zu bewirken, und am meisten bevorzugt ist die Potentialdifferenz ungefähr 3,5 kV.

Mit der Erfindung ist ferner eine Ionenquelle mit einem Massenanalysator bereitstellbar, welcher zum Empfangen von Ionen angeordnet ist, die durch die Austrittsöffnungsmittel hindurchlaufen. Vorzugsweise umfasst der Massenanalysator eine Analysator-Eintrittsöffnung, welche derart positioniert ist, dass wenigstens einige der zweiten Trajektorien durch diese hindurchgehen. Am meisten bevorzugt ist die Analysator-Eintrittsöffnung derart angeordnet, dass diejenigen der zweiten Trajektorien durch diese hindurchgehen, welche zu einer der linearen ersten Trajektorien einen Winkel von näherungsweise 90° aufweisen.

Praktischerweise kann ein Quadrupol-Massenanalysator verwendet werden, jedoch auch irgendein anderer geeigneter Typ von Massenanalysator, beispielsweise einen Magnetsektor-Analysator oder einen Flugzeit-Massenanalysator.

Ionenübertragungsmittel, beispielsweise RF-erregte, elektrostatische Hexapol- oder Quadrupol-Linsen können vorteilhafterweise zwischen den Austrittsöffnungsmitteln und der Analysator-Eintrittsöffnung angeordnet sein, um die Übertragungseffizienz von Ionen in den Analysator zu erhöhen.

Gemäß einem weiteren Aspekt sieht die Erfindung ein Ionisierungsverfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 vor.

Es ist sowohl ein Verfahren zum Ionisieren durch das Elektrosprühen als auch durch APCI einsetzbar. Bei dem ersteren Verfahren kann die Lösung von einem Aerosolgenerator oder einer Kapillarröhre elektrogesprüht werden, die bezüglich des Körpers auf einem hohen Potential gehalten ist, um einen Strom elektrisch geladener Partikel zu erzeugen, von welchen wenigstens einige in die Eintrittsöffnung eintreten. Bei dem letzteren Verfahren wird ein Aerosolgenerator verwendet, um einen Partikelstrom zu erzeugen, von welchen nachfolgend wenigstens einige eine elektrische Ladung annehmen, beispielsweise durch Hindurchlaufen durch eine Corona- oder Sprüh-Entladung, die zwischen einer Entladungselektrode und dem Körper erzeugt wird, wie bei den bekannten APCI-Quellen. Bei dem APCI-Verfahren kann der Partikelstrom durch Leiten der Lösung in Aero solerzeugungsmittel erzeugt werden, um ein Aerosol zu erzeugen, das Tröpfchen der Lösung enthält, und nachfolgend den gelösten Stoff aus den Tröpfchen durch Leiten derselben durch Aerosol-Erhitzungsmittel (typischerweise ein erhitztes Rohr) zu verdampfen, so dass nur Partikel in der Gasphase in dem Partikelstrom vorhanden sind.

Mit der Erfindung ist ferner ein Verfahren, wie es vorangehend definiert ist, mit dem zusätzlichen Schritt der Massenanalyse der Ionen, welche durch die Austrittsöffnungsmittel entlang der zweiten Trajektorien laufen, realisierbar.

Bestimmte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand von Beispielen mit Bezug auf die Figuren beschrieben, in welchen:
1 eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Ionisierungs-Quelle ist;
2 eine schematische Darstellung eines die Erfindung verwendenden Massenspektrometers ist;
3 eine Schnittansicht einer Elektrosprüh-Ionisiersonde ist, die zum Gebrauch bei der Erfindung geeignet ist;
4 ein schematisches Diagramm einer APCI-Quelle gemäß der Erfindung ist; und
5 eine Schnittansicht eines alternativen Typs einer Ionisierungs-Quelle gemäß der Erfindung ist.
Wenn man sich zunächst der 1 zuwendet, so ist eine Elektrosprüh-Ionisierungs-Quelle gemäß der vorliegenden Erfindung an einem kreisartigen Adapterflansch 1 ausgebildet, welcher aus einem gefüllten PTFE, wie z. B. PEEK, hergestellt ist, und umfasst einen elektrisch leitenden zylindrischen Körper 2, welcher aus rostfreiem Stahl hergestellt ist, in dem eine Eintrittskammer 3 und eine Evakuier-Öffnung 14 ausgebildet sind, welche sich in dem Körper 2 radial erstrecken und die durch eine Extraktionskammer 5 mit kleinerem Durchmesser verbunden sind. Die Evakuier-Öffnung 4 ist herkömmlicherweise durch Bohren von der Außenseite des Körpers 2 hergestellt, und um ihr offenes Ende abzudichten, ist eine Kugel 5 aus rostfreiem Stahl in diese eingepreßt, wie in 1 gezeigt. Die Evakuier-Öffung 4 ist mit einem Evakuier-Mittel 19 (2) durch Durchlässe 6 und 7, die jeweils durch Bohrungen in dem Körper 2 und dem Adapterflansch 1 gebildet sind, einen Leitungsadapter 27 und einen flexiblen Vakuumschlauch 20 verbunden. Die Evakuier-Mittel 19 können eine mechanische Vakuumpumpe mit einer Kapazität von ungefähr 30 m³/Stunde umfassen, welche den Druck innerhalb der Extraktionskammer 15 auf weniger als 100 mmHG (1,33 × 10⁷ Pa) hält und typischerweise im Bereich von 1 bis 10 mmHg (1,33 × 10⁵ – 1,33 × 10⁶ Pa).
Die Außenoberfläche des Körpers 2 umfaßt einen ebenen Abschnitt, an welchem ein hohler Eintrittskonus 9 durch Schrauben (nicht gezeigt) festgelegt ist. Der Eintrittkonus 9 weist in seinem Scheitel eine Eintrittsöffnung 10 auf, welche einen Durchmesser zwischen 0,4 und 1,0 mm aufweist, der zum Steuern des Drucks in der Extraktionskammer 15 ausgewählt ist. Bei Verwendung einer 30 m³/Stunden-Pumpe führt eine Öffnung mit 0,4 mm Durchmesser zu einem Druck von ungefähr 3 mmHg (4 × 10⁵ Pa) in der Extraktionskammer 15.
Bei der vorangehenden Anordnung existieren lineare erste Trajektorien (z. B. die Trajektorien 14), entlang welcher Moleküle sich von der Eintrittsöffnung 10 durch die Eintrittskammer 3 und die Extraktionskammer 15 zu der Evakuier-Öffung 4 ohne Ablenkung bewegen können. Gemäß der vorliegenden Erfindung umfassen Austrittsöffnungsmittel 11 vorzugsweise ein hohles konisches Element 12, welches in einer Ausnehmung 13 in dem Adapterflansch 1 angebracht ist, wie in 1 gezeigt. Eine PTFE-Scheibe 8 ist zwischen dem Körper 2 und dem hohlen konischen Element 12 angeordnet, um dieses bezüglich des Körpers 2 elektrisch zu isolieren. Das konische Element 12 weist in seinem Scheitel ein Loch auf, durch welches Ionen von der Extraktionskammer 15 zu dem Massenanalysator gelangen können (siehe 2 und die nachfolgende Beschreibung). Die Länge des konischen Elements 12 ist derart ausgewählt, so daß es bei seiner Positionierung einen geringen Abstand, typischerweise ungefähr 1 mm; von jeder der linearen ersten Trajektorien 14 aufweist, entlang welcher Moleküle sich von der Eintrittsöffnung 10 zur Evakuier-Öffnung 4 bewegen können, so daß sich entlang dieser Trajektorien bewegende Moleküle nicht in die Austrittsöffnungsmittel eintreten. Es können verschiedene konische Elemente mit verschiedenen Durchmessern des Lochs in ihren Scheiteln vorgesehen sein. Typischerweise können drei konische Elemente mit Löchern von 0,5, 1,0 und 1,5 mm Durchmesser vorgesehen sein, um ein optimales Leistungsvermögen unter verschiedenen Druckbedingungen in der Extraktionskammer vorzusehen. Allgemein gesagt führen Konen, welche die Löcher mit dem größten Durchmesser aufweisen, zu einer größeren Empfindlichkeit, die maximale Größe des Lochs, welche verwendet werden kann, ist jedoch durch das Erfordernis beschränkt, einen ausreichend geringen Druck in dem Vakuumsystem an der Ausstrittsseite der Austrittsöffnungsmittel 11 beizubehalten, welches typischerweise einen Massenanalysator enthält.
Das Vorhandensein linearer Trajektorien (beispielsweise 14) zwischen der Eintrittsöffnung 10 und der Evakuieröffnung 4, und die Tatsache, daß es keine entsprechende lineare Trajektorie von der Eintrittsöffnung 10 durch die Austrittsöffnungsmittel 11 hindurch gibt, sieht ein sehr effizientes Entfernen neutraler Moleküle des gelösten Stoffs aus der Extraktionskammer 15 vor und minimiert ferner die Anzahl neutraler Moleküle, welche durch die Austrittsöffnungsmittel 11 hindurchgehen. Dies ermöglicht, daß die Eintrittsöffnung 10 beträchtlich größer gemacht werden kann, als die Eintrittsöffnung bekannter Elektrosprüh-Ionisierungs-Quellen, und verringert die Neigung, daß die Öffnung blockiert wird, beträchtlich. Ionisierungs-Quellen gemäß der Erfindung erfordern daher typischerweise weniger Wartung als bekannte Quellen.
Um wenigstens einige der sich entlang einer oder mehrerer der durch das Loch in dem hohlen konischen Element 12 hindurch erstreckenden linearen Trajektorien bewegenden Ionen abzulenken, ist in der Extraktionskammer 15 ein Potentialgradient vermittels der Spannungsversorgung 16 erzeugt, welche eine Potentialdifferenz von ungefähr 45 V zwischen dem Körper 2 und dem hohlen konischen Element 12 aufrecht erhält. Das Potential an dem hohlen konischen Element 12 ist derart eingerichtet, daß es bezüglich des Körpers 2 negativ ist, wenn positive Ionen analysiert werden sollen, und positiv ist, wenn negative Ionen analysiert werden sollen.
In einer alternativen Ausführungsform (5) ist das konische Element 12 elektrisch mit dem Körper 2 verbunden und der Potentialgradient wird vermittels einer Elektrode 17 erzeugt, mit welcher die Spannungsversorgung 16 verbunden ist. Die Elektrode 17 ist stromabwärts des hohlen konischen Elements 12 angeordnet, typischerweise ungefähr 5 mm, und ist in einen Elektrodenisolator 18 eingesetzt, welcher in dem Körper 2 vermittels eines O-Rings 38 abgedichtet ist. In dieser Ausführungsform ist die Spannungsversorgung 16 derart eingerichtet, daß sie ein positives Potential von bis zu 500 V an die Elektrode 17 zur Analyse positiver Ionen anlegt, und ein entsprechendes negatives Potential im Falle der Analyse negativer Ionen anlegt. Sowohl in der Ausführungsform der 4 als auch der 5 kann das durch die Spannungsversorgung 16 erzeugte Potential derart justiert werden, daß die Übertragung von Ionen in den Massenanalysator maximal wird.
Ungeachtet des Verfahrens, durch welches dieser erhalten wird, lenkt der Potentialgradient in der Extraktionskammer 15 wenigstens einige der Ionen, die entlang einer oder mehrerer der linearen Trajektorien 14 eintreten, durch die Austrittsöffnungsmittel 11 ab.
Aerosolerzeugungsmittel umfassen eine Elektrosprüh-Sonden(Proben)-Anordnung 21, welche eine elektrisch leitende Kapillarröhre 22 umfaßt und außerhalb des Körpers 2 angeordnet ist. Die Kapillarröhre 22 ist bezüglich des Körpers 2 durch eine Elektrosprüh-Spannungszufuhr 58 (2) auf einen Potential von ungefähr 3,5 kV gehalten. Eine Lösung, welche eine zu ionisierende Probe enthält, wird durch die Kapillarröhre 22 gepumpt, so daß ein Aerosol im Bereich der Eintrittsöffnung 10 erzeugt wird. Die Geschwindigkeit einzelner in dem Aerosol erhaltener Partikel unmittelbar nach dem Verlassen der Kapillarröhre kann durch den Vektor 23 (1) wiedergegeben werden, welcher sich aus zwei zueinander orthogonalen Komponenten 25, 26 ergibt, wobei die Komponente 26 parallel zu einer fiktiv nach hinten gerichteten Verlängerung 24 von einer der linearen ersten Trajektorien 14 ist. Gemäß der Erfindung kann die Sondenanordnung 22 derart gerichtet werden, daß wenigstens bei einem Großteil der Partikel die Geschwindigkeitskomponente 26 kleiner ist als die Komponente 25 in der orthogonalen Richtung, wobei ein negativer Wert der Komponente 26 (d. h. in einer Richtung weg von der Eintrittsöffnung 10) als kleiner als ein Wert 0 für die Komponente betrachtet wird. Allgemein bedeutet dies, daß wenigstens der Großteil der Partikel das Ende der Kapillarröhre 22 in einer Richtung verläßt, welche einen Winkel von wenigstens 45° zu den ersten linearen Trajektorien 14 aufweist. Trotzdem ist festgestellt worden, daß wenigstens einige der von der Kapillarröhre 22 elektrogesprühten Partikel aufgrund des Stroms von Gas von der umgebenden Atmosphäre in die Öffnung 10 eintreten, da das Evakuieren der Eintrittskammer 3 verursacht, daß wenigstens einige davon von der Richtung des Vektors 23 abgelenkt werden, nachdem sie das Ende der Kapillarröhre 22 verlassen haben, und somit durch die Öffnung 10 hindurchlaufen.
Eine Ausführungsform einer APCI-Quelle gemäß der vorliegenden Erfindung ist in 4 gezeigt. Sie ist zu der Elektrosprüh-Ausführungsform, welche in 1 gezeigt ist, identisch mit der Ausnahme des Ersetzens der Elektrosprüh-Sonde 21 (1) durch Aerosolerzeugungsmittel 61 (welche einen Koaxialstrom-Nebelerzeuger umfassen, der zu dem in 3 gezeigten gleich ist) und Aerosolerhitzungsmittel 36, welche eine stark erhitzte Röhre umfassen. Tröpfchen, welche das in den Erzeugungsmitteln erzeugte Aerosol umfassen, laufen durch die Erhitzungsmittel 36 und werden aufgelöst, so daß nur Gasphasen-Moleküle von dem Ende der Erhitzungsmittel austreten. Es ist ferner eine scharf zulaufende Entladungselektrode 60 vorgesehen, die an einem Isolator 57 angebracht ist, wie in 4 gezeigt. Die Entladungselektrode 60 ist mit einer +3,0 kV Corona-Entladungsspannungsversorgung 40 verbunden, so daß eine Corona- oder Sprüh-Entladung zwischen der Elektrode 60 und dem Körper 2 aufgebaut wird, durch welche der Partikelstrom, der in den Erzeugungsmitteln 61 erzeugt wird, hindurchläuft. Auf diese Art und Weise werden positive Ionen, welche nachfolgend durch die Eintrittsöffnung 10 hindurchlaufen, erzeugt (negative Ionen können durch Verbinden der Elektrode 60 mit einer negativen Versorgung erzeugt werden). Die Aerosolerzeugungsmittel 61 sind bezüglich des Körpers 2 und der Eintrittsöffnung 10 genauso orientiert, wie die Elektrosprüh-Sonde 21 im Falle der Elektrosprüh-Ausführungsform der Erfindung orientiert ist. Ein APCI-Massenspektrometer kann daher gemäß der 2 durch Ersetzen der Elektrosprüh-Sonde 21 und der Spannungsversorgung 58 durch die Anordnung der Aerosolerzeugungsmittel 61, der Aerosolerhitzungsmittel 36, der Elektrode 60 und der Spannungsversorgung 40, welche in 4 gezeigt sind, aufgebaut werden. Die Elektrode 60 kann an ihrem Ort belassen werden (mit dem Körper 2 verbunden), selbst wenn die Ionisierungs-Quelle in dem Elektrosprüh-Modus verwendet wird. Auf diese Art und Weise kann ein kombiniertes APCI/Elektrosprüh-Massenelektrometer vorgesehen werden, welches lediglich das Ersetzen der Aerosolerzeugungsmittel 61 durch die Sonde 21 (oder umgekehrt) und das Umschalten zwischen den Spannungsversorgungen 58 und 40 erfordern, um von einem Modus auf den anderen zu wechseln.
Erhitzungsmittel, umfassend ein gewickeltes Heizelement 37, das in gutem thermischen Kontakt mit dem Körper 2 angeordnet ist und durch eine Deckplatte 39 abgedeckt ist (1), sind vorgesehen, um die Temperatur des Körpers bei einem gewünschten Wert zu halten, typischerweise ungefähr 70°C für thermisch labile Proben, wie z. B. Proteine, oder ungefähr 150°C für andere Proben.
Wenn man sich nun der 2 zuwendet, so umfaßt ein allgemein mit 28 bezeichnetes Massenspektrometer eine Ionisierungs-Quelle 29, wie sie in 1 in eine Vakuumumhüllung 30 eingesetzt dargestellt ist, die ein Quadrupol-Massenfilter 31 und einen Ionendetektor 32 umgibt. Diese Komponenten sind herkömmlich und sind in 2 nur schematisch gezeigt. Andere herkömmliche Komponenten, die für den geeigneten Betrieb des Massenfilters und Detektors erforderlich sind, sind in den Figuren aus Gründen der Klarheit weggelassen worden. Wie in 2 gezeigt, stimmt eine zweite Trajektorie 33 durch die Austrittsöffnungsmittel 11 der Ionisierungs-Quelle und die Eintrittsöffnung 34 des Massenanalysators hindurch mit der optischen Ionen-Achse des Quadrupol-Massenfilters 31 überein. Der durch den Schnitt jeder der linearen Trajektorien 14 und der zweiten Trajektorie 33, welche durch die Austrittsöffnungsmittel 11 und die Massenfilter-Eintrittsöffnung 34 hindurchläuft, gebildete Winkel ist ungefähr 90°.
Die Übertragungseffizienz von Ionen zwischen der Ionisierungs-Quelle 29 und der Eintrittsöffnung 34 wird durch Vorsehen einer elektrostatischen Hexapollinse erhöht, von welcher zwei Pole bei 35 in 2 dargestellt sind.
Eine Elektrosprüh-Sonde, die zur Verwendung mit der Erfindung geeignet ist, ist in 3 gezeigt. Sie umfaßt einen hohlen Sondenschaft 41, der aus einem starren isolierenden Material hergestellt ist, umfassend einen Flansch 42, der in einer Ausnehmung in der Endwandung 43 eines zylindrischen Gehäuses 44 angeordnet ist. Eine Schaftverlängerung 45 aus rostfreiem Stahl ist in das Ende des Schafts 41 vermittels eines O-Rings 46 dicht eingepaßt, und eine hohle Spitze 47 aus rostfreiem Stahl ist in das Ende der Verlängerung 45 vermittels eines zweiten O-Rings 48 dicht eingepaßt. Eine Kapillarröhre 49 mit kleinem Durchmesser und enger Bohrung, ebenso aus rostfreiem Stahl bestehend, verläuft durch die gesamte Länge der Sondenanordnung 21 und ist an dem von der Spitze 47 entfernten Ende mit einer Quelle der zu analysierenden Lösung verbunden, beispielsweise einer chromatographischen Flüssigkeitssäule.
Eine Zufuhr von nebelerzeugendem Gas (z. B. Stickstoff) wird über die Leitung 50 zu einem "T"-Verbinder 51 gespeist, welcher durch eine Klammer 52 an einer Trageplatte 53 angebracht ist, die in dem Gehäuse 44 festgelegt ist. Die Kapillarröhre 49 geht gerade durch die beiden Anschlußstücke an dem "T"-Verbinder 51 und ist an dem Anschlußstück 54 abgedichtet. Ein Abschnitt eines Rohrs 56 mit größerer Bohrung, durch welches die Kapillarröhre 49 ohne Unterbrechung hindurchläuft, ist an dem Anschlußstück 55 an dem "T"-Verbinder 51 abgedichtet und erstreckt sich durch die hohlen Innenräume des Sondenschafts 41, der Schaftverlängerung 45 und der Sondenspitze 47. Die Kapillarröhre 49 erstreckt sich ungefähr 0,5 mm vom Ende des Rohrs 56 hervor, so daß das nebelerzeugende Gas von dem Rohr 56 austritt und die elektrostatische Nebelerzeugung der von der Kapillarröhre 49 austretenden Lösung unterstützt.
Um die Elektrosprüh-Ionisierung zu bewirken, ist die Elektrosprüh-Spannungsversorgung 58 (2) mit einer Leitung 59 verbunden, welche mit dem "T"-Verbinder 51 verbunden ist, so daß der Verbinder und die Röhren 56 und 49 auf dem Elektrosprüh-Potential gehalten sind.
Im Gebrauch wird die Sondenanordnung 21 einfach in der vorangehend beschriebenen Orientierung festgelegt, wobei das Ende der Kapillarröhre benachbart der Eintrittsöffnung 10 ist, wie in den 1 und 2 gezeigt.
Die Erfindung umfaßt Umgebungsdruck-Chemische-Ionisierung (APCI)- und Elektrosprüh-Ionisierungs-Quellen für die massenspektrometrische Analyse von Lösungen, und zugeordnete Ver fahren. Die Einrichtungen und die Verfahren sind dadurch gekennzeichnet, daß durch APCI oder das Elektrosprühen erzeugte Ionen derart gerichtet werden, daß ihre Bewegungsrichtungen (23) unmittelbar nach der Bildung in zwei orthogonale Komponenten aufgelöst werden können, von welchen eine (26) zu einer linearen ersten Trajektorie (14) ausgerichtet ist, welche durch eine Eintrittsöffnung (10), eine Extraktionskammer (15) und in eine Evakuier-Öffnung (4) verläuft, durch welche die Extraktionskammer (15) evakuiert wird. Die Bewegungsrichtung ist derart, daß die derart gerichtete Geschwindigkeitskomponente (26) kleiner als die zu dieser orthogonale Komponente (25) ist. Ionen verlassen die Kammer (15) entlang einer zweiten Trajektorie, welche mit einem Winkel zwischen 30° und 150° bezüglich der linearen ersten Trajektorie (14) geneigt ist, und können sich in einen Massenanalysator bewegen. Die Erfindung sieht im Vergleich zu bekannten Einrichtungen und Verfahren, welche APCI- und Elektrosprüh-Ionisierungs-Quellen verwenden, eine erhöhte Empfindlichkeit und einen geringeren Rauschpegel vor.

Claims

Ionen-Quelle umfassend: – Partikelerzeugungsmittel (21, 22) zur Bildung von Ionen einer Probe, wobei aus der Probe ein Partikelstrom (23), der Ionen und Moleküle enthält, gebildet wird, – Evakuiermittel (19, 20), mit denen zumindest ein Teil des Partikelstroms (23) durch einen Unterdruck in einen Körper (2) einbringbar ist, wobei in dem Körper (2) durch die Evakuiermittel (19, 20) ein Druck von weniger als 1,33·10⁴ Pa beibehalten wird, und wobei der Körper (2) folgende Bauteile umfasst: – eine Eintrittsöffnung (10), – eine Eintrittskammer (3), die sich der Eintrittsöffnung (10) anschließt, – eine Extraktionskammer (15), die sich der Eintrittskammer (3) anschließt, und – eine Evakuieröffnung (4), die sich der Extraktionskammer (15) anschließt und über Durchlässe (6, 7) mit den Evakuiermitteln (19, 20) verbunden ist, wobei durch die Anordnung der einzelnen Bauteile (10, 3, 15, 4) des Körpers (2) in der angegebenen Reihenfolge eine entlang einer zentralen Achse verlaufende Richtung definiert wird, wobei – die Extraktionskammer (15) eine Austrittsöffnung (11) aufweist, die senkrecht zur zentralen Achse durch den Körper (2) entlang einer Trajektorie (33) hindurch aus der Extraktionskammer (15) herausführt, – und Mittel (16) zur Erzeugung eines Potentialgradienten in der Extraktionskammer (15), um die Ionen des Partikelstroms aus der Extraktionskammer (15) über die Austrittsöffnung (11) zu extrahieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Richtung des Großteils des aus den Partikelerzeugungsmittel (21, 22) austretenden Partikelstroms (23) bezüglich der definierten Richtung der zentralen Achse einen Winkel von wenigstens 45° aufweist.
Ionen-Quelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Eintrittskammer (3) als auch die Evakuieröffnung (4) einen größeren Durchmesser aufweisen als die Extraktionskammer (15).
Ionen-Quelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Elektrosprüh-Ionenquelle aufweist, wobei die Partikelerzeugungsmittel (21) Aerosolerzeugungsmittel und Mittel (58) zum elektrischen Laden der Partikel umfassen.
Ionen-Quelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum elektrischen Laden der Partikel Mittel zum Halten der Aerosolerzeugungsmittel auf einem Potential von ca. 3,5 kV bezüglich des Körpers 2 umfassen.
Ionenquelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Umgebungsdruck-Ionisierungs-Quelle aufweist, wobei die Partikelerzeugungsmittel (61) Aerosolerzeugungsmittel (61) umfassen zum Erzeugen von Tröpfchen aus einer Lösung, und dass Aerosolerhitzungsmittel (36) vorgesehen sind zum Erzeugen von Molekülen in der Gasphase aus den Tröpfchen durch Verdampfen von gelöstem Stoff aus diesen.
Ionen-Quelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum elektrischen Laden der Partikel Elektroden (60) umfassen, die benachbart dem Partikelstrom angeordnet sind und auf einem Potential gehalten sind, das zur Bildung einer Corona- oder Sprüh-Entladung zwischen der Entladungselektrode (60) und dem Körper (2) führt.
Ionen-Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (37) vorgesehen sind zum Erhitzen des Körpers (2).
Ionen-Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittsöffnungsmittel (11) ein hohles konisches Element (12) umfassen, umfassend ein Loch in seinem Scheitel, wobei ein Teil dieses Elements (12) sich in die Extraktionskammer (15) erstrecken kann.
Ionen-Quelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend einen Massenanalysator (31, 32), der zum Empfangen von durch die Austrittsöffnungsmittel (11) hindurchlaufenden Ionen angeordnet ist.
Ionen-Quelle nach Anspruch 9, ferner umfassend eine Analysator-Eintrittsöffnung (34), welche derart angeordnet ist, dass Trajektorien (33), welche einen Winkel von näherungsweise 90° zu der zentralen Achse aufweisen, durch die Analysator-Eintrittsöffnung (34) hindurchgehen.
Ionisationsverfahren mit den Schritten: – Erzeugung von einem Partikelstrom (23) mittels Partikelerzeugungsmitteln (21, 22) zur Bildung von Ionen einer Probe, wobei aus der Probe ein Partikelstrom (23), der Ionen und Moleküle enthält, gebildet wird, – Erzeugung eines Unterdrucks in einem Körper (2) mittels Evakuiermitteln (19, 20) wodurch zumindest ein Teil des Partikelstroms (23) durch den Unterdruck in den Körper (2) eingebracht wird, wobei in dem Körper (2) durch die Evakuiermittel (19, 20) ein Druck von weniger als 1,33·10⁴ Pa beibehalten wird, und wobei der Körper (2) folgende Bauteile umfasst – eine Eintrittsöffnung (10), – eine Eintrittskammer (3), die sich der Eintrittsöffnung (10) anschließt, – eine Extraktionskammer (15), die sich der Eintrittskammer (3) anschließt, und – eine Evakuieröffnung (4), die sich der Extraktionskammer (15) anschließt und über Durchlässe (6, 7) mit den Evakuiermitteln (19, 20) verbunden ist, – wobei durch die Anordnung der einzelnen Bauteile (10, 3, 15, 4) des Körpers (2) in der angegebenen Reihenfolge eine entlang einer zentralen Achse verlaufende Richtung definiert wird, wobei die Extraktionskammer (15) eine Austrittsöffnung (11) aufweist, die senkrecht zur zentralen Achse durch den Körper (2) entlang einer Trajektorie (33) hindurch aus der extraktions Kammer (15) herausführt, – Erzeugung eines Potentialgradienten in der Extraktionskammer (15), um die Ionen des Partikelstroms (23) aus der Extraktionskammer (15) über die Austrittsöffnung (11) zu extrahieren, dadurch gekennzeichnet, dass die Partikelerzeugungsmittel (21, 22) derart ausgerichtet werden, dass die Richtung des Großteils des aus den Partikelerzeugungsmitteln (21, 22) austretenden Partikelstroms (23) bezüglich der definierten Richtung der zentralen Achse einen Winkel von wenigstens 45° aufweist.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Probe enthaltende Lösung von einem Aerosolgenerator (21) oder einer Kapillarröhre (49) elektrogesprüht wird, welche auf einem Potential von ungefähr 3,5 kV bezüglich des Körpers (2) gehalten wird, um einen Strom elektrisch aufgeladener Partikel zu erzeugen, von welchen wenigstens einige in die Eintrittsöffnung (10) eintreten.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Partikelstrom durch einen Aerosolgenerator (61) erzeugt wird, wobei wenigstens einige dieser Partikel nachfolgend durch Hindurchlaufen durch eine Entladung, welche zwischen einer Entladungselektrode (60) und dem Körper (2) aufgebaut ist, eine elektrische Ladung annehmen können.
Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine die Probe enthaltende Lösung in den Aerosolgenerator (61) eingebildet wird, um ein Tröpfchen der Lösung enthaltendes Aerosol zu erzeugen, und dass gelöster Stoff nachfolgend aus den Tröpfchen durch Leiten derselben durch Aerosolerhitzungsmittel (36) verdampft wird, bevor diese elektrisch geladen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14 mit dem zusätzlichen Schritt der Massenanalyse von Ionen, welche durch die Austrittsöffnung (11) entlang der Trajektorie (33) laufen.