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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Ionenquelle, ein Massenspektrometer
und eine Elektrosprüh-
bzw. Elektrosprayionisations-/Atmosphärendruck-Chemische-Ionisationsquelle
("ESI/APCI"). Die bevorzugte
Ausführungsform
betrifft eine Atmosphärendruck-Chemische-Ionisations-Ionenquelle bzw.
Ionenquelle zur Durchführung
einer chemischen Ionisation unter Atmosphärendruck ("APCI").
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Die
chemische Ionisation umfasst die Übertragung von geladenen Spezies
bzw. Spezien von Reagenzionen zu Analytmolekülen zur Herstellung von Analytionen,
die dann anschließend
massenanalysiert werden können.
Die geladene Spezies, die am häufigsten
im positiven Ionenmodus gebildet wird, ist das Addukt zwischen dem
Analytmolekül
und positiven Wasserstoffionen (H+).
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Die
unter Atmosphärendruck
durchgeführte chemische
Ionisation wird als chemische Ionisation unter Atmosphärendruck
("APCI") bezeichnet. Eine Analytmaterial
enthaltende Probe wird typischerweise auf eine Ionenquelle zur Durchführung einer
chemischen Ionisation unter Atmosphärendruck als Lösung gegeben.
Die das Analyt enthaltende Lösung wird
dann in ein erwärmtes
Rohr gesprüht,
durch welches ein nebulisierendes bzw. nebelbildendes Gas ebenfalls
gerichtet wird. Das nebelbildende Gas bewirkt, dass die gesprühte Lösung in
feine Tröpfchen vernebelt
wird, welche dann auf die Innenwand des erwärmten Rohres auftreffen und
in die Gasphase umgewandelt werden. Mit der Umwandlung der Lösung in
die Gasphase werden die Analytmoleküle desolvatisiert. Heißes Gas
mit Lösungsmittel
in der mobilen Phase, Mikrotröpfchen
und desolvatisierte Analytmoleküle,
tritt bzw. treten dann aus dem erwärmten Rohr aus und expandiert
bzw. expandieren in Richtung einer Coronanadel. Die Analytmoleküle werden dann
durch chemische Ionisation mit Reagenzionen ionisiert, welche durch
eine Coronaentladung in der Anwesenheit eines Reagenzgases hergestellt
werden. Insbesondere werden Analytmoleküle durch Ionen-Molekül-Reaktionen
zwischen Reagenzionen und Analytmolekülen in der Gasphase ionisiert.
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Bei
dieser herkömmlichen
Anordnung passieren Analyte, die in der Form von neutralen gasförmigen Molekülen, Ionen
oder geladenen Mikrotröpfchen
aus dem erwärmten
Rohr austreten, unmittelbar die Coronanadel, bevor sie in den Vakuumabschnitt
eines Massenspektrometers über
eine Ionenabtastöffnung
eintreten. Lediglich ein relativ kleiner Anteil der unter Atmosphärendruck
gebildeten Analytionen wird tatsächlich
durch eine kleine Öffnung
in das Vakuumsystem des Massenspektrometers für eine nachfolgende Massenanalyse
gezogen.
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Reagenzionen,
die zur Bildung von Analytionen geladene Spezien auf die Analytmoleküle übertragen,
werden als Ergebnis einer Coronaentladung im Lösungsmitteldampf hergestellt.
Die Coronaentladung wird durch Anwendung bzw. Aufbringung einer Hochspannung
(bspw. 5 kV) auf die Spitze einer scharfen bzw. spitzen Coronanadel
bzw. eines Coronastiftes erzeugt. Analytmoleküle. werden dann durch Ionen-Molekül-Reaktionen mit Reagenzionen in
der Gasphase in der Region zwischen der Coronaspitze und der Ionenabtastöffnung ionisiert.
Analytionen werden daher in der Region der Coronaentladung generiert,
da dies auch der Ort ist, an dem die Reagenzionen gebildet werden.
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Der
Großteil
des Gases tritt aus der Ionenquelle über eine Auslassöffnung aus,
während
ein kleiner Anteil des Gases und Analytionen durch die Ionenabtastöffnung in
das Vakuumsystem des Massenspektrometers für eine nachfolgende Massenanalyse
gezogen wird bzw. werden.
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Analytproben,
die bei einer Analyse durch eine chemische Ionisation unter Atmosphärendruck niedrig-
bis moderatpolar sind, zeigen typischerweise eine Zunahme der Ionensignalintensität, wenn
die Spannung oder der Strom, der auf die Coronanadel aufgebracht
wird, erhöht
wird. Im Gegensatz hierzu zeigen hochpolare oder ionische Analyte
typischerweise eine Abnahme der Ionensignalintensität, wenn die
Spannung oder der Strom, die bzw. der die Coronanadel aufgebracht
wird, erhöht
wird. Zur Gewährleistung
einer ausreichend hohen Ionensignalintensität für hochpolare oder ionische
Analyte werden diese Analyte herkömmlicherweise unter Verwendung einer
anderen Ionenquelle als einer Ionenquelle zur Durchführung einer
chemischen Ionisation unter Atmosphärendruck erzeugt, wie bspw.
eine Elektrospray-Ionisations-Ionenquelle
("ESI").
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Es
wird angenommen, dass bei Ionisationsquellen zur Durchführung einer
chemischen Ionisation unter Atmosphärendruck hochpolare oder ionische
Analyte aus dem Auslass des erwärmten
Rohres in Form von Ionen oder geladenen Mikrotröpfchen austreten, bevor die
Analyte eine Gelegenheit gehabt haben, mit den Reagenzionen zu wechselwirken.
Da die Coronanadel auf einem relativ hohen positiven Potential (für positive
Ionenanalyse) gehalten wird, wird ein elektrisches Feld in der Region
der Coronanadel erzeugt. Das durch die Coronanadel erzeugte elektrische
Feld neigt dazu, die bereits positiv geladenen Analytionen oder
Mikrotröpfchen,
die aus dem erwärmten
Rohr austreten, zu retardieren bzw. zu verzögern und zu dispergieren bzw.
zu zerstreuen, wodurch die Analytionen oder geladene Analyt-Mikrotröpfchen in
der Region der Ionenabtastöffnung defokusiert
werden. Entsprechend werden, wenn die Spannung oder der Strom, die
bzw. der auf die Coronanadel aufgebracht wird, weiter erhöht wird,
die positiven Analytionen oder Mikrotröpfchen einfach in einem noch
größeren Ausmaß retardiert
und dispergiert, wodurch noch weniger Analytionen durch die Ionenabtastöffnung in
den Hauptkörper
des Massenspektrometers für
eine nachfolgende Massenanalyse und Detektion hindurchgehen werden.
Entsprechend ist die Ionensignalintensität für hochpolare oder ionische
Analyte mit einer Zunahme des Coronastroms signifikant vermindert.
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Es
folgt, dass die Ionensignalintensität für hochpolare oder ionische
Analyte optimiert ist bzw. wird, wenn ein relativ kleiner Strom
oder eine relativ kleine Spannung auf die Coronanadel aufgebracht wird.
Im Gegensatz hierzu wird die Ionensignalintensität für niedrig- bis moderatpolare
Analyte optimiert, wenn ein relativ hoher Strom oder eine relativ
hohe Spannung auf die Coronanadel aufgebracht wird. Dies liegt darin
begründet,
dass wenn ein höherer Strom
oder eine höhere
Spannung auf die Coronanadel aufgebracht wird, eine höhere Anzahl
an Reagenzionen in der Region der Coronanadel erzeugt wird. Die
erhöhte
Anzahl an Reagenzionen wechselwirkt mit den Analytmolekülen und
erzeugt eine höhere Anzahl
an Analytionen. Da niedrig- bis moderatpolare Analyte im Allgemeinen
nicht geladen werden, bevor sie aus dem erwärmten Rohr austreten und sich der
Coronanadel nähern,
werden die niedrig- bis moderatpolaren Analytmoleküle durch
das elektrische Feld, das durch die Coronanadel erzeugt wird, nicht retardiert
oder dispergiert. Somit wird mit einer Zunahme des Stromes oder
der Spannung, der bzw. die auf die Coronanadel aufgebracht wird,
eine höhere Anzahl
an Analytionen erzeugt (auf Grund der erhöhten Anzahl an erzeugten Reagenzionen),
und diese Analytionen passieren durch die Ionenabtastöffnung für eine nachfolgende
Massenanalyse, wodurch eine größere bzw.
höhere
Ionensignalintensität
festgestellt bzw. detektiert wird.
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Es
wird verstanden werden, dass daher zur Analyse von Proben, die eine
Mischung sowohl von niedrig- bis moderatpolaren Analyten als auch
hochpolaren oder ionischen Analyten aufweisen unter Verwendung einer
herkömmlichen
Ionenquelle für eine
chemische Ionisation unter Atmosphärendruck, es nötig ist,
eine Vielzahl von aufeinanderfolgenden experimentellen Läufen auszuführen, in
denen unterschiedliche Spannungen oder Ströme auf die Coronanadel der
Ionenquelle aufgebracht werden, (bspw. wird ein relativ niedriger
Coronastrom in einem ersten experimentellen Lauf gesetzt, so dass
die Ionisation für
hochpolare Analyte optimiert ist, und ein relativ hoher Coronastrom
wird in einem zweiten experimentellen Lauf eingestellt bzw. gesetzt,
so dass die Ionisation für
niedrig- bis moderatpolare Analyte optimiert wird). Die Durchführung von
einer Vielzahl von experimentellen Läufen unter Anwendung von unterschiedlichen
Spannungen oder Strömen
auf die Coronanadel ergibt eine Vielzahl von Datensätzen, welche
zusammen eine relativ hohe Ionensignalintensität für jedes Analyt in der Probe
bereitstellen, dies unabhängig
von den Polaritäten
oder der ionischen Natur der Analyte in der Probe. Die Notwendigkeit
der Wiederholung des Datenakquisitionsprozesses unter Anwendung
von unterschiedlichen Spannungen oder Strömen auf die Coronanadel erhöht jedoch
sowohl die Probenanalysezeit als auch das Probenverbrauchsvolumen.
Dies kann ein spezielles Problem darstellen, insbesondere wenn nur
geringe Mengen einer Probe zur Analyse zur Verfügung stehen, und auch wenn
die auf die Ionenquelle gegebene Probe sich in einer kurzen Zeitdauer
dynamisch verändert, bspw.
in Chromatographie-Anwendungen.
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Es
wird daher gewünscht,
eine verbesserte Ionenquelle bereitzustellen.
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ionenquelle für ein Massenspektrometer
bereitgestellt, mit:
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- einer Entladungsregion mit einer Entladungsvorrichtung,
die in der Entladungsregion angeordnet ist; und
- einer Reaktionsregion;
- wobei bei der Verwendung in der Entladungsregion erzeugte Reagenzionen
von der Entladungsreaktion in die Reaktionsregion passieren bzw. übertreten, und
Analytmoleküle
und/oder Analytionen in die Reaktionsregion übertreten, wobei Ionen in der
Reaktionsregion wenigstens teilweise von einem elektrischen Feld,
das durch die Entladungsvorrichtung in der Entladungsregion erzeugt
ist bzw. wird, abgeschirmt werden.
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Die
Entladungsregion weist vorzugsweise eine Entladungskammer auf, und
die Entladungsvorrichtung weist vorzugsweise eine Coronaentladungsvorrichtung
wie etwa eine Coronanadel oder einen Coronastift auf. In einem Betriebsmodus
kann ein Strom von < 0,1 μA, 0,1–0,2 μA, 0,2–0,3 μA, 0,3–0,4 μA, 0,4–0,5 μA, 0,5–0,6 μA, 0,6–0,7 μA, 0,7–0,8 μA, 0,8–0,9 μA, 0,9–1,0 μA oder > 1 μA auf die Entladungsvorrichtung
aufgebracht werden.
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In
einem Betriebsmodus kann eine Spannung von < 1 kV, 1–2 kV, 2–3 kV, 3–4 kV, 4–5 kV, 5–6 kV, 6–7 kV, 7–8 kV, 8–9 kV, 9–10 kV or > 10 kV auf die Entladungsvorrichtung aufgebracht
werden.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform weist
die Reaktionsregion eine im Wesentlichen feldfreie Region auf. Vorzugsweise
weist die Reaktionsregion eine Reaktionskammer auf. Ein Durchgang oder
eine Öffnung
verbindet vorzugsweise bzw. kommuniziert die Entladungsregion mit
der Reaktionsregion, wobei bei der Verwendung in der Entladungsregion
erzeugte Ionen von der Entladungsregion zu der Reaktionsregion über den
Durchgang oder die Öffnung
passieren. Ein Gehäuse
umschließt
vorzugsweise die Entladungsregion, die Reaktionsregion und den Durchgang
oder die Öffnung.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform ist
die Coronaentladung von der Coronaentladungsvorrichtung beschränkt auf
die Entladungsregion oder die Coronaentladungskammer. Entsprechend tritt
keine Entladung innerhalb der Reaktionsregion oder der Reaktionskammer
auf. Als Ergebnis werden Analytmoleküle oder Analytionen in der
Reaktionsregion oder der Reaktionskammer nicht einer Coronaentladung
ausgesetzt.
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Ein
Gaseinlass ist vorzugsweise stromaufwärts der Entladungsvorrichtung
angeordnet, wobei der Gaseinlass bei der Verwendung ein Reagenzgas, das
auf die Entladungsregion gegeben wird, aufnimmt. Ein Gasauslass
ist vorzugsweise stromabwärts
der Reaktionsregion vorgesehen, wobei der Gasauslass bei der Verwendung
Gas und/oder Analytionen und/oder Reagenzionen abgibt.
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Die
Ionenquelle weist vorzugsweise eine Ionenquelle zur Ionisation unter
Atmosphärendruck auf,
höchst
vorzugsweise eine Quelle zur Durchführung einer chemischen Ionisation
unter Atmosphärendruck.
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Die
Entladungsregion und/oder die Reaktionsregion werden vorzugsweise
bei der Verwendung auf einemk Druck gehalten, der ausgewählt ist
aus der Gruppe, die besteht aus- (i) < 100 mbar; (ii) 100–500 mbar; (iii) 500–600 mbar;
(iv) 600-700 mbar; (v)
700–800
mbar; (vi) 800–900
mbar; (vii) 900-1000 mbar;
(viii) 1000–1100
mbar; (ix) 1100–1200
mbar; (x) 1200–1300
mbar; (xi) 1300–1400
mbar; (xii) 1400–1500
mbar; (xiii) 1500–2000
mbar; and (xiv) > 2000
mbar.
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Die
Ionenquelle weist vorzugsweise eine Sprayvorrichtung bzw. Sprühvorrichtung
zum Sprühen
einer Probe und zum Bewirken, dass die Probe Tröpfchen bildet, auf. Ein nebelbildendes
Gas wird vorzugsweise bereitgestellt, um die Tröpfchen, die durch die Sprühvorrichtung
gebildet sind, weiter zu nebulisieren. Ein erwärmtes Rohr ist vorzugsweise vorgesehen,
auf welches, bei der Verwendung, wenigstens einige der durch die
Sprühvorrichtung
gebildeten Tröpfchen
auftreffen. Das erwärmte
Rohr gibt bei der Verwendung vorzugsweise Analytmoleküle und/oder
Analytionen in die Reaktionsregion ab oder stellt diese für die Reaktionsregion
zur Verfügung.
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Die
Ionenquelle kann vorzugsweise einen pneumatischen Nebulisierer oder
einen pneumatisch unterstützten
Elektrospray-Nevolisierer
aufweisen.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Massenspektrometer
vorgesehen, dass eine Ionenquelle wie oben beschrieben aufweist.
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Das
Massenspektrometer weist vorzugsweise eine Ionenabtastöffnung auf.
Wenigstens eine Elektrode kann gegenüberliegend oder benachbart der
Ionenabtastöffnung
zur Ablenkung, Anziehung, Führung
bzw. Ausrichtung oder Zurückweisung
wenigstens einiger der Ionen in Richtung der Ionenabtastöffnung angeordnet
sein.
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Die
Ionenquelle kann bei der Verwendung mit einem Gaschromatographen
oder einem Flüssigchromatographen
verbunden sein.
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Das
Massenspektrometer weist vorzugsweise einen Massenanalysator wie
etwa einen Flugzeit-Massenanalysator, einen Quadrupol-Massenanalysator,
einen Penning-Massenanalysator, einen Fouriertransformations-Ionenzyklotron-Resonanz-Massenanalysator
("FTICR"), eine 2D oder lineare
Quadrupol-Ionenfalle,
eine Paul oder 3D-Quadrupol-Ionenfalle oder einen Magnetsektor-Massenanalysator
auf.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Elektrospray-Ionisations-/Atmosphärendruck-Chemische-Ionisationsquelle
("ESI/APCI) vorgesehen,
mit:
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- einer Coronaentladungsvorrichtung, die in einer Coronaentladungskammer
angeordnet ist;
- wobei, bei der Verwendung, Analytmoleküle mit einer relativ niedrigen
Polarität
durch Ionen-Molekül-Reaktionen
mit Reagenzionen in der Gasphase ionisiert werden; und
- wobei, bei der Verwendung, Analytmoleküle mit einer relativ hohen
Polarität
durch Elektrospray-Ionisation zur Bildung von Analytionen ionisiert
werden, wobei wenigstens x% der Analytionen bei der Verwendung zum
Bypassen bzw. Umgehen der Coronaentladungskammer angeordnet bzw.
eingerichtet sind.
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Vorzugsweise
ist x ausgewählt
aus der Gruppe, die besteht aus: (i) < 1; (ii) 5; (iii) 10; (iv) 15; (v) 20;
(vi) 25; (vii) 30; (viii) 35; (ix) 40; (x) 45; (xi) 50; (xii) 55;
(xiii) 60; (xiv) 65; (xv) 70; (xvi) 75; (xvii) 80; (xviii) 85; (xix)
90; and (xx) 95.
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Die
Analytionen, die bei der Verwendung die Coronaentladungskammer bypassen,
vermeiden vorzugsweise wenigstens teilweise die Wirkung eines elektrischen
Feldes, das durch die Coronaentladungsvorrichtung in der Coronaentladungskammer erzeugt
wird.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Ionenquelle
bereitgestellt, mit:
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- eine Reaktionskammer zur Aufnahme von Analytmolekülen und/oder
Analytionen; und
- einer Coronaentladungskammer;
- wobei, bei der Verwendung, in der Coronaentladungskammer gebildete
Reagenzionen aus der Coronaentladungskammer austreten und in die
Reaktionskammer eintreten, und wobei Analytmoleküle und/oder Analytionen im
Wesentlichen nicht in die Coronaentladungskammer eintreten.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung von Ionen mit den folgenden Schritten bereitgestellt:
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- Bereitstellung einer Entladungsregion mit einer Entladungsvorrichtung,
die in der Entladungsregion angeordnet ist, und einer Reaktionsregion;
- Erzeugen von Reagenzionen in der Entladungsregion und Überführung der
Reagenzionen von der Entladungsregion in die Reaktionsregion; und
- Überführen von
Analytmolekülen
und/oder Analytionen in die Reaktionsregion, wobei Ionen in der
Reaktionsregion wenigs stens teilweise von einem elektrischen Feld,
das durch die Entladungsvorrichtung in der Entladungsregion erzeugt
ist, abgeschirmt sind bzw. werden.
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Mit
der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen von
Ionen unter Verwendung einer Elektrospray-Ionisations-/Atmosphärendruck-Chemische-Ionisations-Ionenquelle ("ESI/APCI") mit folgenden Schritten
realisierbar:
-
- Bereitstellung einer Coronaentladungsvorrichtung, die in
einer Coronaentladungskammer angeordnet ist;
- Ionisieren von Analytmolekülen
mit einer relativ niedrigen Polarität durch Ionen-Molekül-Reaktionen
mit Reagenzionen in der Gasphase; und
- Ionisieren von Analytmolekülen
mit einer relativ hohen Polarität
durch Elektrospray-Ionisation zur Bildung von Analytionen, wobei
wenigstens x% der Analytionen zum Bypassen bzw. Umgehen der Coronaentladungskammer
eingerichtet bzw. angeordnet sind.
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Vorzugsweise
ist x ausgewählt
aus der Gruppe, die besteht aus: (i) < 1; (ii) 5; (iii) 10; (iv) 15; (v) 20;
(vi) 25; (vii) 30; (viii) 35; (ix) 40; (x) 45; (xi) 50; (xii) 55;
(xiii) 60; (xiv) 65; (xv) 70; (xvi) 75; (xvii) 80; (xviii) 85; (xix)
90; und (xx) 95.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur
Herstellung von Ionen mit den folgenden Schritten realisierbar:
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- Bereitstellen einer Reaktionskammer zur Aufnahme von Analytmolekülen und/oder
Analytionen, und einer Coronaentladungskammer; und
- Bewirken, dass in der Coronaentladungsvorrichtung erzeugte Reagenzionen
aus der Coronaentladungskammer austreten und in die Reaktionskammer
eintreten, wobei Analytmoleküle
und/oder Analytionen im Wesentlichen nicht in die Coronaentladungskammer
eintreten.
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Die
bevorzugte Ausführungsform
betrifft eine Ionenquelle zur Durchführung einer chemischen Ionisation
unter Atmosphärendruck,
wobei Reagenzionen in einer Nebenkammer oder Entladungskammer, die
von der Region oder Reaktionskammer, durch welche die zu analysierende
Probe fließt,
separiert ist, gebildet werden. Die Reagenzionen werden durch den
Gasstrom bzw. Gasfluss aus der Nebenkammer oder Entladungskammer
in die Reaktionskammer getragen, woraufhin die Reagenzionen dann mit
den desolvatisierten Analytmolekülen
Wechselwirken können
und die Analytmoleküle
durch chemische Ionisation ionisieren können. Hochpolare Analyte, welche
zum Zeitpunkt, zu dem sie in die Reaktionskammer eintreten, bereits
ionisiert sind, werden jedoch wenigstens teilweise von den Wirkungen
des elektrischen Feldes, das in der Nebenkammer oder der Entladungskammer
erzeugt wird, abgeschirmt. Entsprechend kann der Coronastrom sehr
hoch eingestellt werden, ohne die Signalintensität zu beeinflussen, wenn hochpolare
Analyte durch die Ionenquelle ionisiert werden.
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Verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung werden nun, rein beispielhaft und unter Bezugnahme
auf die beigefügten
Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt, wie die Ionensignalintensität für eine hochpolare
Probe (Reserpin) und eine niedrig- bis moderatpolare Probe (Corticosteron)
als Funktion des Stroms, der auf die Coronanadel einer herkömmlichen
APCI-Ionenquelle aufgebracht wird, variiert;
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2 zeigt zwei überlagerte
Ionensignalintensitäten,
die aus zwei separaten LC/MS MRM-Analysen einer Probe, die vier
unterschiedliche Analyte aufweist, erhalten werden, wobei während einer
ersten Akquisition der Coronastrom auf 0,2 μA, d.h. relativ niedrig) gehalten
wurde, und wobei während
einer zweiten Akquisition der Coronastrom auf 5 μA (d.h. relativ hoch) gehalten
wurde;
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3 zeigt eine Doppel- bzw.
Zweifach-Kammer-APCI-Ionenquelle
gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wobei ein pneumatischer Nebulisierer
verwendet wird;
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4 zeigt, wie die Ionensignalintensität für eine hochpolare
Probe (Reserpin) und eine niedrig- bis moderatpolare Probe (Corticosteron)
als Funktion der Spannung, die auf die Coronanadel einer Ionenquelle
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung aufgebracht wird, variiert;
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5 zeigt zwei überlagerte
Ionensignalintensitäten,
die aus zwei separaten LC/MS MRM-Analysen einer Probe mit vier unterschiedlichen
Analyten erhalten wurden, wobei während einer ersten Akquisition
der Coronastrom auf 0,2 μA
(d.h. relativ niedrig) gehalten wurde, wobei während einer zweiten Akquisition
der Coronastrom auf 5 μA
(d.h. relativ hoch) gehalten wurde; und
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6 zeigt eine Doppelkammer-APCI-Ionenquelle
gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der Erfindung, wobei ein Elektrospray-Nebulisierer verwendet wird.
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Unter
Bezugnahme auf 1 ist
gezeigt, wie die Ionensignalintensität als Funktion des Stromes, der
auf die Coronanadel einer herkömmlichen
Ionenquelle zur Durchführung
einer chemischen Ionisation unter Atmosphärendruck („APCI") aufgebracht wird, für zwei unterschiedliche
Arten von Analyten variiert. Wie aus 1 ersichtlich,
steigt die Ionensignalintensität
für eine
niedrigpolare bis moderatpolare Probe (bspw. Corticosteron) relativ
schnell an und bildet an bzw. ab einem bestimmten Punkt ein Plateau
während
der auf die Coronanadel aufgebrachte Strom weiter erhöht wird.
Es wird angenommen, dass die anfängliche
Zunahme der Ionensignalintensität
auf Grund der Herstellung von mehr Reagenzionen durch die Ionenquelle
erfolgt, wenn der auf die Coronanadel aufgebrachte Strom erhöht wird.
Die erhöhte Anzahl
an Reagenzionen wechselwirkt mit den Analytmolekülen, die aus dem Nebulisiererrohr
emittiert bzw. abgegeben werden, wodurch mehr Analytionen hergestellt
werden. Entsprechend wird dann eine erhöhte Anzahl von Analytionen
anschließend
massenanalysiert, wodurch eine Zunahme der Ionensignalintentsität beobachtet
wird.
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Es
ist ebenfalls aus 1 ersichtlich,
dass die Erhöhung
des Stroms, der auf die Coronanadel der Ionenquelle aufgebracht
wird, für
hochpolare Proben (bspw. Reserpin) den gegenteiligen Effekt hat.
Mit einer Zunahme des auf die Coronanadel aufgebrachten Stromes
nimmt die Ionensignalintensität für Reserpin
relativ schnell ab und verbleibt dann auf einem im Wesentlichen
konstanten niedrigen Niveau bzw. Pe gel. Im Gegensatz zu niedrigpolaren
bis moderatpolaren Proben wird angenommen, dass relativ hochpolare
Proben wie etwa Reserpin das Nebulisiererrohr in einem bereits geladenen
Zustand verlassen, dies wahrscheinlich auf Grund von thermischen Ionisationseffekten.
Die bereits geladenen Analytionen werden dann in wirksamer Weise
durch das elektrische Feld, das aus der Spannung, die auf die Coronanadel
aufgebracht wird, resultiert, retardiert. Die hochpolaren Analytionen
werden daher durch das elektrische Feld, das durch die Coronanadel
erzeugt wird, abgelenkt und dispergiert. Die Erhöhung des Potentials der Coronanadel
(was als Konsequenz den aus der Coronanadel gezogenen Strom erhöhen kann),
erhöht
lediglich die Stärke
des elektrischen Feldes in der Region der Coronanadel und daher
in der Region benachbart zu dem Ausgang des Nebulisiererrohres.
Daher erhöht
eine Erhöhung
des Stromes, der auf die Coronanadel aufgebracht wird, lediglich
das Niveau bzw. das Ausmaß der
Retardation, Ablenkung und Dispergierung der geladenen Analytionen,
die aus dem Nebulisiererrohr austreten. Als Ergebnis werden mit
einer Zunahme bzw. Erhöhung des
Coronastroms weniger Analytionen schließlich durch die Ionenabtastöffnung hindurchtreten
und in den Hauptkörper
des Massensprektrometers für
eine anschließende
Massenanalyse eintreten.
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In
Anbetracht der unterschiedlichen Reaktionen von niedrigpolaren bis
moderatpolaren Analyten und hochpolaren Analyten auf den auf die
Coronanadel aufgebrachten Strom, wie in 1 gezeigt, bestand der herkömmliche
Ansatz bei der Ionisation einer Mischung mit sowohl niedrigpolaren
bis moderatpolaren Analyten und auch hochpolaren oder ionischen
Analyten darin, entweder den auf die Coronanadel aufgebrachten Strom
auf ein Kompromissniveau (bspw. 0,25 μA für das in 1 dargestellte Beispiel) einzustellen,
was in einer suboptimalen Ionisation für beide Arten von Analyten resultierte,
oder alternativ darin, zwei unterschiedliche bzw. separate Akquisitionen
durchzuführen,
wobei eine erste Akquisition bei einer ersten Coronastromeinstellung
durchgeführt
wird, gefolgt von einer zweiten Akquisition, die bei einer zweiten,
unterschiedlichen Coronastromeinstellung durchgeführt wird.
Die herkömmlichen
Ansätze
führen
daher entweder zu Ionensignalen, die nicht maximiert sind (wenn
eine einzige Akquisition bei einem Kompromiss-Coronastrom durchgeführt wird),
oder alternativ dazu, dass die Gesamtanalysezeit und der Probenverbrauch
effektiv verdoppelt wird (wenn zwei separate Akquisitionen bei zwei
unterschiedlichen Coronaströmen
durchgeführt
werden).
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2 zeigt die Ergebnisse eines
4-Kanal-Mehrfachreaktionsüberwachungsexperiments („MRM"), das unter Verwendung
einer herkömmlichen
APCI-Ionenquelle zusammen mit einem dreifach-Quadrupol-Massenspektrometer
durchgeführt wurde.
Insbesondere zeigt 2 eine Überlagerung der
Ionensignale, die von zwei unterschiedlichen Akquisitionen resultierten,
in denen eine Mischung mit Verapamil, Corticosteron, Hydroxyprogesteron
und Rerserpin unter Verwendung einer Flüssigchromatographie-Massensprektrometrie
(„LCMS") analysiert wurde.
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Wie
von Fachleuten verstanden wird, wird in einem MRM-Experiment ein erster
Massenfilter (bspw. ein Quadropol-Stabsatz-Massenfilter) eingestellt,
um Ausgangsionen bzw. Elternionen mit einem bestimmten (spezifischen)
Masse-Ladungs-Verhältnis durchzulassen
bzw. zu transmittieren. Die ausgewählten Ausgangsionen mit einem
bestimmten Masse-Ladungs-Verhältnis werden
dann in eine Kollisions- oder Fragmentationszelle eingeführt, in
der die Ausgangsionen zu Tochter- oder Fragmentionen fragmentiert
werden. Ein zweiter Massenfilter (bspw. ein Quadrupol-Stabsatz-Massenfilter), der
stromabwärts
der Kollisions- oder Frag mentationszelle angeordnet ist, wird dann
eingerichtet, die Tochter- oder Fragmentionen mit einem bestimmten
(spezifischen) Masse-Ladungs-Verhältnis zu transmittieren.
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Bei
diesem und dem im Folgenden beschriebenen MRM-Experiment, wurden Verapamil-Ausgangsionen
mit einem Masse-Ladungsverhältnis von 455,1
durch den ersten Massenfilter transmittiert und in einer Kollisions-
oder Fragmentationszelle fragmentiert. Charakteristische Tochter-
oder Fragmentionen mit einem Masse-Ladungsverhältnis von 165,1 wurden eingerichtet,
um durch den zweiten Massenfilter transmittiert zu werden. Corticosteron-Ausgangsionen
mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis
von 347,1 wurden durch den ersten Massenfilter transmittiert und
in der Kollisions- oder Fragmentationszelle fragmentiert. Charakteristische
Tochter- oder Fragmentionen mit einem Masse-Ladungsverhältnis von
329,1 wurden eingerichtet, um durch den zweiten Massenfilter transmittiert
zu werden. Hydroxyprogesteron-Ausgangsionen
mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis
von 331,1 wurden durch den ersten Massenfilter transmittiert und
in der Kollisions- oder Fragmentationszelle fragmentiert. Charakteristische Tochter-
oder Fragmentionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 109,1 wurden eingerichtet
bzw. angeordnet, um durch den zweiten Massenfilter transmittiert
zu werden. Abschließend
wurden Reserpin-Ausgangsionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis 609,1
durch den ersten Massenfilter transmittiert und in der Kollisions-
oder Fragmentationszelle fragmentiert. Charakteristische Tochter-
oder Fragmentionen mit einem Masse-Ladungs-Verhältnis von 195,1 wurden eingerichtet
bzw. angeordnet, um durch den zweiten Massenfilter transmittiert
zu werden.
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Ein
erster experimenteller Lauf oder eine erste Akquisition wurde über einen
Zeitraum von 20 Minuten (einschließlich Säulengleichgewicht) durchgeführt, wobei
während
dieser Zeit die vier Analyte innerhalb einer Zeit von sieben Minuten
elutierten und wobei ein Strom von 0.2 μA auf die Coronanadel aufgebracht
wurde. Ein zweiter experimenteller Lauf oder eine zweite Akquisition
wurde dann anschließend über einen
weiteren Zeitraum von 20 Minuten (einschließlich Säulengleichgewicht) durchgeführt, wobei
wiederum die vier Analyte innerhalb einer Zeit von sieben Minuten
elutierten, wobei jedoch ein Strom von 5 μA auf die Coronanadel aufgebracht wurde.
Die Analyte in der Reihenfolge ihrer Elutierung waren Verapamil,
Corticosteron, Hydroxyprogesteron gefolgt schließlich von Reserpin. Verapamil und
Reserpin sind hochpolare Analyte/Moleküle, wohingegen Corticosteron
und Hydroxyprogesteron moderatpolare Analyte/Moleküle sind.
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Wie
aus 2 ersichtlich, ist
die Differenz aus den resultierenden Ionensignalintensitäten, die für die zwei
unterschiedlichen experimentellen Läufe oder Akquisitionen erhalten
bzw. festgestellt wurden, relativ groß, insbesondere für das relativ
hochpolare Analyt Verapamil. Wie ebenfalls aus 2 ersichtlich nahm mit einer Erhöhung des
Stroms, der in dem zweiten experimentellen Lauf oder der zweiten
Akquisition auf die Coronanadel aufgebracht wurde, von 0,2 μA auf 5 μA, die Ionensignalintensität für die relativ
hochpolaren Analyte Verapamil und Reserpin signifikant ab, während die
Ionensignalintensität
für die
niedrigpolaren bis moderatpolaren Analyte Corticosteron und Hydroxyprogesteron
zunahm.
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Bei
dieser herkömmlichen
Technik unter Verwendung von zwei separaten experimentellen Läufen, bei
denen unterschiedliche Ströme
auf die Coronanadel aufgebracht werden, ist für jeden der zwei unterschiedlichen
Typen (d.h. Polaritäten)
von Analyten in einer Probe während
dem einen oder dem anderen experimentellen Lauf eine ausreichend
hohe Ionensignalintensität
erzielbar. Da jedoch die Analyse effektiv wiederholt wird, während unterschiedliche Ströme auf die
Coronanadel aufgebracht bzw. gegeben werden, ist die für die Analyse
einer Probe benötigte
Zeit unter Verwendung einer herkömmlichen Technik
relativ lang. Bspw. kann die Gesamtanalysezeit für jedes Chromatogramm 20 Minuten
einschließlich
des Säulengleichgewichts
betragen. Ferner erhöht
die Wiederholung des experimentellen Laufs unter Aufbringung verschiedener
Ströme
auf die Coronanadel das Probenverbrauchsvolumen.
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3 zeigt eine Ionenquelle
zur Ionisation unter Atmosphärendruck
gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Ionenquelle weist eine Coronaentladungskammer 1 auf, welche
die Spitze einer Coronanadel 5 aufnimmt. Eine Reaktionskammer 2 ist
stromabwärts
der Coronaentladungskammer 1 vorgesehen, und ist über einen
Durchgang oder eine Öffnung 6 in
Kommunikation mit der Coronaentladungskammer 1. Die Reaktionskammer 2 ist
vorzugsweise benachbart zu der Coronakammer 1 innerhalb
eines Gehäuses 14 angeordnet.
Die Reaktionskammer 2 ist auch vorzugsweise in Kommunikation
mit einer Quelle einer zu analysierenden Probe. Die Ionenquelle
weist vorzugsweise einen Nebulisierfühler (bzw. -sonde) 12 auf.
Der Nebulisierfühler 12 weist
vorzugsweise einen pneumatischen Nebulisierer bzw. Nebelerzeuger 4 und
ein erwärmtes
Rohr 3 zum Erwärmen
einer von dem Nebulisierer 4 gesprühten bzw. versprühten flüssigen Probe
auf, um die Probe in einen Gaszustand für eine nachfolgende Ionisation
und Massenanalyse umzuwandeln. Die Reaktionskammer 2 ist vorzugsweise
in der Region des Ausgangs des erwärmten Rohres 3 des
Nebulisierfühlers 12 angeordnet.
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Während des
Betriebes der bevorzugten Ionenquelle wird eine Probe vorzugsweise
auf die Ionenquelle gegeben, bspw. durch ein Chromatographiesystem.
Die Probe wird vorzugsweise in in einem flüssigen Zustand auf den pneumatischen
Nebulisie rer 4 des Nebulisierfühlers 12 gegeben,
und dann von dem Nebulisierer 4 versprüht und durch einen Gasstrom
relativ hoher Geschwindigkeit, vorzugsweise Stickstoffgas, nebulisiert.
Die Probentröpfchen,
die sich bei dieser Nebulisierung ergeben, umfassen Mobilphasenlösungsmittel
und Analyte. Diese treten vorzugsweise in das erwärmte Rohr
ein und passieren dieses bzw. gehen durch dieses hindurch. Die nebulisierten
Tröpfchen
der Probenlösung
werden vorzugsweise in dem erwärmten
Rohr erwärmt, so
dass die Probe aus dem flüssigen
Zustand in die Gasphase umgewandelt wird. Nachdem die Probe in die
Gasphase umgewandelt wurde, geht sie vorzugsweise in die Reaktionskammer über.
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Reagenzionen
werden in der Ionenquelle in einer Entladungsregion 1 erzeugt,
welche vorzugsweise die Coronakammer 1 umfasst, die die
Coronanadel oder den Coronastift 5 aufnimmt. Zur Erzeugung
der Reagenzionen werden ein Reagenzglas wie etwa bspw. Stickstoff
und ein Lösungsmittel
wie etwa bspw. Methanol eingerichtet bzw. angeordnet, um in die
Coronakammer 1 über
einen Gaseinsatz 9 zu strömen. Die auf die Coronanadel 5 aufgebrachte Spannung
(bspw. ~ 3 kV) erzeugt vorzugsweise eine Coronaentladung in der
Coronakammer 1, die zu Ionisierung von Molekülen in dem
Reagenzgas dient. Als Ergebnis wird eine Population von stabilen
Reagenzionen innerhalb der Umgebung bzw. der Nachbarschaft der Spitze
der Coronanadel 5 gebildet. Die Polarität der auf die Coronanadel 5 aufgebrachten Spannung
ist vorzugsweise für
eine positive Ionenanalyse positiv und vorzugsweise für eine negative
Ionenanalyse negativ. Die in der Coronakammer 1 erzeugten
Reagenzionen werden dann vorzugsweise von der Coronakammer 1 in
die Reaktionskammer 2 über
die Öffnung
bzw. den Durchgang 6, der bzw. die die zwei Kammer 1, 2 miteinander
verbindet, vorzugsweise durch den Fluss eines Reagenzgases durch
die Coronakammer 1 transmittiert.
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Die
aus der Coronakammer 1 in die Reaktionskammer 2 sich
bewegenden bzw. passierenden Reagenzionen vermischen sich und wechselwirken vorzugsweise
mit der gasförmigen
Probe, die aus dem erwärmten
Rohr 3 austritt. Die Reagenzionen werden vorzugsweise Gasphasen-Ionen-Molekül-Wechselwirkungen
mit irgendwelchen Analytmolekülen
in der gasförmigen
Probe innerhalb der Reaktionskammer 2 unterzogen. Diese
Ionen-Molekül-Wechselwirkungen
führen
bei wenigstens einigen der Reagenzionen dazu, dass diese eine geladene Spezies
auf ein Analytmolekül übertragen,
so dass die Analytmoleküle
vorzugsweise ionisiert werden, und die Reagenzionen vorzugsweise
neutralisiert werden.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
passieren irgendwelche bzw. beliebige niedrigpolare bis moderatpolare
Analyte, die in der zu analysierenden Probe vorliegen, durch das
erwärmte
Rohr hindurch und in die Reaktionskammer 2, dies im Wesentlichen als
neutrale Analytmoleküle.
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Im
Gegensatz hierzu treten relativ hochpolare oder ionische Analyte,
die in der Probe anwesend sein können,
vorzugsweise aus dem erwärmten
Rohr 3 aus und treten bereits als Ionen in die Reaktionskammer 2 ein,
d.h. die hochpolaren oder ionischen Analyte sind bereits ionisiert
(höchstwahrscheinlich durch
eine thermische Ionisation), bevor sie Reagenzionen in der Reaktionskammer 2 begegnen.
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Irgendwelche
neutralen Analytmoleküle,
die aus dem erwärmten
Rohr 3 austreten und in die Reaktionskammer 2 eintreten,
werden vorzugsweise Interaktionen bzw. Wechselwirkungen mit den
Reagenzionen unterzogen bzw. ausgesetzt, und werden so ionisiert,
so dass wenigstens einige, vorzugsweise sämtliche der Analyte in der
Probe ionisiert werden. Die resultierenden Analytionen, andere Partikel
und Gas in der Reaktionskammer 2 tritt dann bzw. treten dann
vorzugsweise über
einen Auslassdurchgang oder Port 11 aus der Reaktionskammer 2 aus,
vorzugsweise unter dem Einfluss sowohl eines Gasstroms, der aus
dem erwärmten
Rohr 3 austritt, als auch des Gasstroms, der durch die
Coronakammer 1 strömt,
der auch in die Reaktionskammer 2 passiert bzw. einströmt.
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Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
fließen
das Gas und Ionen, die über
den Durchgang oder die Öffnung 11 aus
der Reaktionskammer 2 austreten, in eine Region benachbart
zu einem Ionenabtastkonus mit einer Ionenabtastöffnung 7. Die Ionenabtastöffnung 7 ist
vorzugsweise achsenfern bzgl. der Achse des Durchgangs oder der Öffnung 11 angeordnet,
so dass das Gas oder Ionen, die aus dem Durchgang oder der Öffnung 11 austreten,
vorzugsweise nicht direkt durch die Ionenabtastöffnung 7 strömen. Wenigstens
eine Elektrode ist vorzugsweise in der Region der Ionenabtastöffnung 7 angeordnet,
um ein elektrisches Feld bereitzustellen, das wenigstens einige
der Analytionen durch die Ionenabtastöffnung 7 und in den
Hauptkörper
des Massenspektrometers ablenkt (oder weniger vorzugsweise anzieht).
Eine Schieberelektrode 8 kann bspw. im Wesentlichen entgegengesetzt
zu der Ionenabtastöffnung 7 angeordnet
sein, so dass das Gas und die Ionen, die aus dem Durchgang oder
der Öffnung 11 austreten,
zwischen der Schieberelektrode 8 und der Ionenabtastöffnung 7 strömen. In
einer bevorzugten Ausführungsform
bewirkt die Schieberelektrode 8, dass wenigstens einige
der aus dem Durchgang oder der Öffnung 11 austretenden
Ionen in und durch die Ionenabtastöffnung 7 abgelenkt
werden. Vorzugsweise lenkt die Schieberelektrode 8 wenigstens
einige der Ionen, die aus dem Durchgang oder der Öffnung 11 auftreten,
im Wesentlichen in rechten Winkeln bzgl. der Achse des Durchgangs
oder der Öffnung 11 ab.
Die Anordnung der Ionenabtastöffnung 7 und
die Bereitstellung einer Schieberelektrode 8 ermöglicht daher,
dass wenigstens einige Ionen in und durch die Ionenabtastöffnung 7 für eine nachfolgende Massenanalyse
geleitet werden, wobei neutrale Moleküle und Gase nicht darin unterstützt werden,
durch die Ionenabtastöffnung 7 hindurchzugehen
bzw. diese zu passieren. In einer bevorzugten Ausführungsform
ist die Spannung, die auch die Schieberelektrode 8 aufgebracht
wird, im Bereich von 0 bis 300 Volt.
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In
einer weniger bevorzugten Ausführungsform
kann die Schieberelektrode 8 weggelassen werden, und die
Ionenabtastöffnung 7 und
der Durchgang oder die Öffnung 11 kann
so angeordnet sein, dass die Achse des Durchgangs oder der Öffnung 11 im
Wesentlichen koaxial bzgl. der Achse der Ionenabtastöffnung 7 ist.
In dieser Ausführungsform
kann wenigstens eine zusätzliche
Elektrode (nicht dargestellt) bereitgestellt sein, um wenigstens
einige der Ionen in und durch die Ionenabtastöffnung 7 zu focusieren
oder zu richten.
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Durch
die Ionenabtastöffnung 7 passierendes
Gas kann vorzugsweise in das Volumen einer ersten Vakuumkammer,
die vorzugsweise eine Auslassöffnung
zur Ausgabe des Gases aufweist, expandieren. Die Ionen passieren
dann vorzugsweise von der ersten Vakuumkammer in einen Massenanalysator
zur Massenanalyse. Der vollständige
Vorgang der Erzeugung von Analytionen, wie er oben beschrieben wurde,
findet vorzugsweise bei oder nahe bei Atmosphärendruck statt.
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4 zeigt, wie die Ionensignalintensität mit dem
auf die Coronanadel 5 einer bevorzugten Doppelkammer-Ionenquelle für das moderatpolare
Analyt Corticosteron und für
das relativ hochpolare oder ionische Analyt Reserpin variiert. Es
kann gesehen werden, dass die für
Corticosteron unter Verwendung der bevorzugten Ionenquelle beobachtete
Signalintensität
relativ schnell bzw. mit einer relativ hohen Rate ansteigt, und
dann bei einer relativ konstanten Ionensignalintensität abflacht
bzw. saturiert, während der
auf die Coronanadel aufgebrachte Strom erhöht wird. Diese Variation der
Ionensignalintensität
mit dem auf die Coronanadel 5 aufgebrachten Strom für Corticosteron
weist einige Ähnlichkeiten
zu der Reaktion auf, die bei Verwendung einer herkömmlichen Ionenquelle,
wie sie in 1 gezeigt
ist, erhalten wird. Bezüglich
Reserpin kann festgestellt werden, dass mit einer Zunahme des auf
die Coronanadel der bevorzugten Ionenquelle aufgebrachten Stroms
die Ionensignalintensität
für Reserpin
im Wesentlichen konstant bleibt (innerhalb experimenteller Fehlergrenzen),
und sie auf keinen Fall einen signifikanten Abfall zeigt, wenn der
Coronastrom erhöht
wird. Diese verbesserte Reaktion ist im direkten Gegensatz zu der
Reaktion, die unter Verwendung einer herkömmlichen Ionenquelle, wie sie
in 1 gezeigt wurde, erhalten
wurde. Die Ionensignalintensität
für Reserpin
zeigt keinen Anstieg mit einem Anstieg des auf die Coronanadel aufgebrachten
Stromes, dies auf Grund der Tatsache, dass Reserpin anscheinend zum
Zeitpunkt, zu dem es in die Reaktionskammer 2 eintritt,
hochionisiert ist. Eine Zunahme des auf die Coronanadel aufgebrachten
Stroms zur Erhöhung der
Anzahl der erzeugten Reagenzionen erzeugt daher nicht eine signifikant
höhere
Anzahl von Analytionen im Falle eines hochpolaren Analyts.
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Die
für Reserpin
unter Verwendung der bevorzugten Ionenquelle erhaltene Ionensignalintensität zeigt,
dass die nachteiligen Effekte, die mit herkömmlichen APCI-Ionenquellen beim
Ionisieren von hochpolaren oder ionischen Analyten beobachtet wurden,
die von dem elektrischen Feld verursacht wurden, das durch die Coronanadel
erzeugt wird, im Wesentlichen vermieden werden können, wenn eine Ionenquelle
gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Entsprechend leidet die
bevorzugte Ionenquelle nicht an dem Problem, dass Analytionen auf
Grund der Effekte des Coronaentladungsprozesses defokusiert oder
dispergiert werden.
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Gemäß der bevorzugten
Ausführungsform passiert
die die Analyte umfassende Gasprobe die Reaktionskammer 2,
ohne wesentlich durch das elektrische Feld, das durch das relativ
hohe Potential, das bevorzugt auf die Coronanadel 5, die
in der benachbarten bzw. nahen Coronakammer 1 angeordnet
ist, gegeben wird, beeinflusst zu werden. Die relativ hochpolaren
Analyte, die typischerweise in die Reaktionskammer 2 als
Ionen eintreten, sind daher vorzugsweise in der Ionenquelle nicht
signifikant retardiert oder dispergiert auf Grund des durch die
Coronanadel 5 erzeugten elektrischen Feldes. Da Ionen von
relativ hochpolaren Analyten in der bevorzugten Ionenquelle nicht
dispergiert werden, können
Sie in die Ionenabtastöffnung 7 übertragen
werden, die bevorzugt stromabwärts
der Reaktionskammer 2 angeordnet ist, um einer anschließenden Massenanalyse mit
einer erhöhten
Effizienz unterzogen zu werden. Die Ionensignalintensität für relativ
hochpolare Analyte wird daher verglichen mit der Ionensignalintensität, die unter
Verwendung einer herkömmlichen
Ionenquelle erhalten wird, erhöht.
Dies ist insbesondere vorteilhaft, da hieraus folgt, dass relativ
hohe Ionensignalintensitäten
erhalten werden können
sowohl für
hochpolare oder ionische Analyte als auch für niedrigpolare bis moderatpolare
Analyte, während ein
konstanter Strom auf die Coronanadel 5 (bspw. 5 μA) aufgebracht
wird. Daher kann ein einziger experimenteller Lauf gefahren werden,
bei dem ausreichend hohe Ionensignalintensitäten für sämtliche Analyte in der Probe
unabhängig
von ihrer Polarität erhalten
werden können.
Entsprechend ist die Zeit, die zur Analyse der Probe benötigt wird,
und das Volumen der Probe, das zur Durchführung der Analyse benötigt wird,
signifikant reduziert verglichen mit herkömmlichen APCI-Ionenquellen.
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5 zeigt eine Überlagerung
der Ionensignalintensitäten
als Funktion der Zeit für
zwei separate Flüssigchromatographie-Massenspektral-MRM-Analysen
("LC/MS") einer Probe mit
vier unterschiedlichen Analyten unter Verwendung einer Ionenquelle gemäß der bevorzugten
Ausführungsform.
Die vier unterschiedlichen Analyte und das 4-Kanal-MRM-Experiment
entsprechen bzw. entspricht im Wesentlichen dem oben in Bezug auf 2 beschriebenen. Aus einem
Vergleich der 2 und 5 ist ersichtlich, dass wie
mit den Ionensignalintensitäten,
die bei Erzeugung von Ionen unter Verwendung einer herkömmlichen
Ionenquelle erhalten werden, bei Verwendung der bevorzugten Ionenquelle
signifikant unterschiedliche Ionensignalintensitäten für niedrigpolare bis moderatpolare
Analyte (bspw. Corticosteron und Hydroxyprogesteron) erhalten werden,
wenn relativ niedrige und relativ hohe Ströme auf die Coronanadel aufgebracht
werden (bspw. 0,2 μA
bzw. 5 μA). Die
Zunahme der Ionensignalintensität
für niedrigpolare
bis moderatpolare Analyte in Reaktion auf die Zunahme des Stromes,
der auf die Coronanadel aufgebracht wird, entspricht einer Zunahme
in der Anzahl der Reagenzionen, die in der Coronakammer 1 erzeugt
werden. Entsprechend gibt es eine erhöhte Anzahl von Analyt-Molekül-Reagenzionen-Wechselwirkungen
in der Reaktionsklammer 2, was zu einer höheren Anzahl
erzeugter Analytionen führt,
wobei diese anschließend
massenananalysiert werden.
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Im
Gegensatz zu den Ionensignalintensitäten, die unter Verwendung einer
herkömmlichen
Ionenquelle erhalten werden, variierten die Ionensignalintensitäten, die
für die
relativ hochpolaren Analyte Verapamil und Reserpin unter Verwendung
der bevorzugten Ionenquelle festgestellt wurden, relativ wenig,
wenn der auf die Coronanadel 5 aufgebrachte Strom von 0,2 μA auf 5 μA erhöht wurde.
Tatsächlich war
kaum eine merkliche Reduzierung der Intensität für Reserpin festzustellen, wenn
der Coronastrom von 0,2 μA
auf 5 μA
erhöht wurde.
Vorteilhafterweise sind, wenn der auf die Coronanadel aufgebrachte Strom
relativ hoch gehalten wird (d.h. 5 μA), die für Verapamil und Reserpin festgestellten
Ionensignalintensitäten
signifikant höher,
wenn die bevorzugte Ionenquelle verwendet wird, dies verglichen
mit einer herkömmlichen
Ionenquelle.
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Es
sei daher darauf hingewiesen, dass wenn die Ionenquelle gemäß der bevorzugten
Ausführungsform
verwendet wird, und ein relativ hoher bzw. großer Coronastrom (bspw. 5 μA) auf die
Coronanadel aufgebracht wird, eine relativ hohe Signalintensität sowohl
für relativ
hochpolare als auch für
niedrigpolare bis moderatpolare Analyte erhalten werden kann. Dies
entbindet von der Notwendigkeit, die Coronanadel der Ionenquelle
mit zwei separaten Akquisitionen bei unterschiedlichen Strömen zu betreiben. Entsprechend
können
Proben mit sowohl niedrigpolaren bis moderatpolaren Analyten als
auch hochpolaren Analyten in einem einzigen experimentellen Lauf
analysiert werden, wobei ein moderater bis hoher Strom (bspw. 3
bis 10 μA)
auf die Coronanadel 5 aufgebracht wird. Diese einzige Akquisition
ist vorteilhaft, da sowohl die Gesamtanalysezeit und der Probenverbrauch
bzw. das Probenverbrauchsvolumen verglichen mit herkömmlichen
Techniken signifikant reduziert sind.
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Die
bevorzugte Atmosphärendruck-Ionisations-Ionenquelle
ist ferner gegenüber
herkömmlichen Ionenquellen
vorteilhaft, da der Probengasfluss derart angeordnet bzw. ausgebildet
ist, dass Analyte, involatile Teilchen und andere Kontaminanten
in dem Probengas nicht an der Coronanadel 5 vorbeiströmen. In
dem Probengasfluss bzw. -strom vorhandenes Material wird daher nicht
auf der Spitze der Coronanadel 5 abgelagert, so dass der
Betrieb der Coronanadel 5 bei der Verwendung nicht verschlechtert wird.
Die bevorzugte Ionenquelle weist daher auch eine signifikant verbesserte
langfristige Stabilität verglichen
mit herkömmlichen
Anordnungen auf. Die bevorzugte Ionenquelle vermindert auch den Übertrag von
Tuning-Komponenten
und ermöglicht
die Bildung von Reagenzionen, die unabhängig von ihrer mobilen Phase
bzw. Mobilphase sind, dies unter der Voraussetzung, dass die Rekationsthermodynamik
zugelassen wird.
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6 zeigt eine Ionenquelle
gemäß einer weiteren
bevorzugten Ausführungsform.
Diese Ausführungsform
ist im Wesentlichen ähnlich
der Ausführungsform,
die unter Bezugnahme auf 3 dargestellt
und beschrieben wurde, bis auf die Tatsache, dass der Nebulisierfühler 13 einen
pneumatisch unterstützten
Elektrospray-Nebulisierer 10 und ein erwärmtes Rohr 3 aufweist.
Gemäß dieser
Ausführungsform
ist das erwärmte
Rohr 3 vorzugsweise geerdet, und der Elektro-Spray-Nebulisierer 10 wird vorzugsweise
auf einem relativ hohen Potential (bspw. 3 kV) bezüglich des
erwärmten
Rohres gehalten. Vorteilhafterweise ionisiert der pneumatisch unterstützte Elektrospray-Nebulisierfühler relativ
hochpolare Analyte, die in der Probe vorhanden sind, mit einer verglichen
mit dem pneumatischen Nebulisierer 12, wie er in 3 gezeigt ist, erhöhten Effizienz. Vorzugsweise
werden wahrscheinlich im Wesentlichen sämtliche hochpolaren Analyte
durch den pneumatisch unterstützten
Elektrospray-Nebulisierer 13 ionisiert,
bevor sie in und durch die Reaktionskammer 2 passieren.
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Niedrigpolare
bis moderatpolare Analyte, die ggf. nicht in wirksamer Weise durch
den pneumatisch unterstützten
Elektrospray-Nebulisierer 13 ionisiert werden, werden vorzugsweise
von der flüssigen Phase
in die Glasphase durch den Elektrospray-Nebulisierer 10 in
Kombination mit dem erwärmten
Rohr 3 umgewandelt. Die niedrigpolaren bis moderatpolaren
Analyte treten dann aus dem erwärmten
Rohr 3 aus, und werden in der Reaktionskammer 2 durch Molekül-Ionen- Reaktionen mit Reagenzionen,
die in der Coronakammer 1 erzeugt sind, ionisiert, und
in die Reaktionskammer 2 weitergeleitet. Diese Ausführungsform
bildet die Basis einer Elektrospray-Ionisations-/Atmosphärendruck-Chemische-Ionisations-Ionenquelle
("ESI/APCI"), die einen breiten
Bereich von Zusammensetzungsklassen ionisieren kann, und insbesondere
zur Verwendung über
einen breiten Bereich von Flüssigchromatograph-Flussraten("LC") mit einer hohen
Effizienz geeignet ist.
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Obwohl
die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurde, sei klargestellt, dass verschiedene Änderungen
in Form und Detail gemacht werden können, ohne den Bereich der
Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen angegeben ist.