DE2020947A1 - A method and apparatus for ionizing a material and introducing the ionized material into a mass spectrometer and using a mass spectrometer as a detector for a liquid chromatograph - Google Patents

A method and apparatus for ionizing a material and introducing the ionized material into a mass spectrometer and using a mass spectrometer as a detector for a liquid chromatograph

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DE2020947A1
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ionized
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Hazelby David Bramhall
Preston Frank James
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    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/10Ion sources; Ion guns
    • H01J49/16Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission

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Description

ASSOCIATED ELECTRICAL INDUSTRIES LTD., London, EnglandASSOCIATED ELECTRICAL INDUSTRIES LTD., London, England

Verfahren und Gerät zum Ionisieren eines Materials und Eingeben des ionisierten Materials in ein Massenspektrometer und Anwendung eines Massenspektrometer als Detektor für einen IPlüssigkeitschromatographen ι Method and device for ionizing a material and Entering the ionized material into a mass spectrometer and using a mass spectrometer as a detector for a liquid chromatograph

Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Massenspektrometrie und betrifft insbesondere lonenquellen für Massenspektrometer. The invention is in the field of mass spectrometry and particularly relates to ion sources for mass spectrometers.

Bislang ist es nicht möglich, von bestimmten Materialien, weil sie nicht flüchtig oder nicht verdampfbar sind, ein Massenspektrogramm zu erstellen. Diese Materialien können in drei große Gruppen unterteilt werden:So far it is not possible to use certain materials because they are non-volatile or non-evaporable, a To create a mass spectrogram. These materials can can be divided into three broad groups:

1. Verbindungen mit einem sehr hohen Molekulargewicht,1. Compounds with a very high molecular weight,

wie Proteine und Polymere. . flike proteins and polymers. . f

2. Hochpolare Verbindungen mit niedrigerem Molekulargewicht. 2. Highly polar, lower molecular weight compounds.

3. Instabile Verbindungen mit niedrigerem Molekulargewicht. 3. Unstable lower molecular weight compounds.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Massenapektra dieser Arten von Materialien und ein lonisiergerät anzugeben, das zusammen mit einem Massenspektrometer betrieben werden kann und die Ionisierung dieser Materialien ermöglicht, so daß ihre Massen-The invention is based on the object of a method for determining the mass spectra of these types of materials and to specify an ionizing device that, together with a Mass spectrometer can be operated and allows the ionization of these materials, so that their mass

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spektra dadurch bestimmt werden können.spectra can thereby be determined.

Nach der Erfindung besteht ein Verfahren zum Ionisieren eines Materials und Eingeben des ionisierten Materials in ein Massenspektrometer, das vorzugsweise einen magnetischen Analysator, durch den Ionen geleitet werden, bevor sie einen Kollektor erreichen, und eine das Magnetfeld des magnetischen Analysators durch einen Feldstärkebereich hindurch derart ändernde Vorrichtung enthält, daß der jeweilige Zeitpunkt, in dem Ionen den Kollektor während einer solchen Änderung (die auch als zeitliche Auslenkung des Magnetfeldes bezeichnet werden kann) erreichen, ein Maß für die jeweilige Masse der Ionen ist, darin, daß das Material in einem Lösungsmittel aufgelöst wird, das aufgelöste Material zusammen mit dem Lösungsmittel durch einen Bereich so hoher elektrischer Beanspruchung geleitet wird, daß das Material ionisiert wird, daß das Lösungsmittel verdampft und dabei das ionisierte Material vom Lösungsmittel -weitgehend getrennt wird und daß dann das ionisierte Material in das Massenspektrometer geleitet wird. Eine Weiterbildung dieses Verfahrens besteht darin, daß das ionisierte Material längs einer Bahn beschleunigt wird, die in das Massenspektrometer führt, und das ionisierte Material zu einem Strahl fokussiert wird. Vorzugsweise wird dabei der Strahl des ionisierten Materials abgelenkt. Eine andere Weiterbildung zeichnet sich dadurch aus, daß das ionisierte Material in dem Massenspektrometer weiter ionisiert wird.In accordance with the invention there is a method of ionizing a material and introducing the ionized material into a mass spectrometer, which preferably has a magnetic analyzer, through which ions are passed before they reach one collector, and one the magnetic field of the magnetic analyzer through a field strength range through such changing device contains that the respective point in time in which ions the collector during such a change (which can also be referred to as the temporal deflection of the magnetic field), A measure of the respective mass of the ions is that the material is dissolved in a solvent is, the dissolved material together with the solvent through an area of such high electrical stress is directed that the material is ionized, that the solvent evaporates and thereby the ionized Material is largely separated from the solvent and that the ionized material then enters the mass spectrometer is directed. A further development of this method consists in that the ionized material along a path which leads into the mass spectrometer, and the ionized material is focused into a beam. The beam of the ionized material is preferably deflected in this case. Another further training is characterized by it from that the ionized material is further ionized in the mass spectrometer.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht in der Anwendung eines Massenspektrometers als Fühler oder Detektor für einen Flüsöigkeitschromatographen, die sich dadurch auszeichnet, daß der Ausfluß des Flüssigkeitschromatographen durch einen Bereich so hoher elektrischer Beanspruchung geleitet wird, daß der Ausfluß ionisiert wird, und daß derAnother feature of the invention is the use of a mass spectrometer as a sensor or detector for a liquid chromatograph, which is characterized in that the outflow of the liquid chromatograph is passed through an area of so high electrical stress that the effluent is ionized, and that the

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ionisierte AusfTuB dann in das Massenspektrometer geleitet wird. Eine Weiterbildung dieses Anwendungsver- , fahrens besteht; darin, daß der ionisierte Ausfluß zusätzlich längs einer in Richtung auf das Massenspektrometer führenden Bahn beschleunigt und ,der ionisierte Ausfluß zu einem Strahl fokussiert wird. Auch bei diesem Verfahren kann der Strahl des ionisierten Ausflusses abgelenkt werden. Ferner 1st auch hei diesem Verfahren vorzugsweise dafür gesorgt, daß der ionisierte Ausfluß in dem Massenspektrometer weiter ionisiert wird.ionized AusfTuB is then passed into the mass spectrometer. A development of that Anwendungsver-, proceedings there; in that the ionized effluent is additionally accelerated along a path leading in the direction of the mass spectrometer and the ionized effluent is focused into a beam. With this method, too, the beam of the ionized discharge can be deflected. In addition, this method also preferably ensures that the ionized effluent is further ionized in the mass spectrometer.

Das erfindungsgemäße ■ Ionisiergerät für ein Massenspektro- | meter, das vorzugsweise einen magnetischen Analysator, durch den Ionen geleitet werden, bevor sie einen Kollektor erreichen, und eine das Magnetfeld des magnetischen Analysators durcheinen Feldstärkebereich hindurch derart ändernde VorricatTing enthält, daß der jeweilige Zeitpunkt, in dem Ionen den Kollektor während einer solchen , . . ■ Änderung (die - auch als zeitliche Auslenkung des Magnetfeldes bezeiclmet werden kann) erreichen, ein Maß für die jeweilige Masse der Ionen ist, zeichnet sich dadurch aus, · daß das Gerät eine hohle Nadel, eine zumindest an. der Spitze der Hadel einen Bereich so hoher elektrischer Beanspruchung ausbildende Vorrichtung, daß in Lösungsmittel . ■' aufgelöstes Material ionisiert wird, eine das Lösungs- ■The ionizer according to the invention for a mass spectrometer | meter, which is preferably a magnetic analyzer, through which ions are passed before they reach a collector reach, and one the magnetic field of the magnetic analyzer contains devices that change through a field strength range in such a way that the respective point in time at which ions leave the collector during such a. . ■ Change (which can also be referred to as the temporal deflection of the magnetic field), a measure of the The respective mass of the ions is characterized by the fact that the device has a hollow needle, at least one. the Tip of the Hadel an area so high electrical stress training device that in solvent. ■ ' dissolved material is ionized, the solution ■

mittel verdampfende Vorrichtung, eine das im Lösungsmittel aufgelöste Material durch die Nadel leitende Vorrichtung und eine die dabei gebildeten Ionen des Materials anziehende und zu einen Strahl fokussierende Vorrichtung enthält ' und daß das lonisiergerät derart ausgebildet und angeordnet ist, daß es den Ionenstrahl in das Massenspektrometer leitet. . · .medium evaporating device, one that in the solvent Dissolved material through the needle-conducting device and a device that attracts the ions of the material formed in the process and to a beam focusing device contains' and that the ionizing device is designed and arranged in such a way that it enters the ion beam into the mass spectrometer directs. . ·.

Die Sropfen des in Lösungsmittel aufgelösten Materials, das durch die Hadel hindurch in den Bereich hoher elektri-The drops of material dissolved in solvent, that through the handle into the area of high electrical

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scher Beanspruchung gelangen, erhalten eine hohe Ladung, die Expansionskräfte in den Tropfen hervorruft, die größer als deren Oberflächenspannung sind, so daß sich die Tropfen ausdehnen und sich ihre Oberfläche mithin vergrößert. Diese vergrößerte Oberfläche unterstützt die Verdampfung des Lösungsmittels, doch behindert die Abkühlung bei der Verdampfung den Verlust des Lösungsmittels. Daher wird die Verdampfung durch Erwärmung der Tropfen gesteigert.shear stress, get a high charge, which causes expansion forces in the droplets, which are greater than their surface tension, so that the drops expand and their surface area increases. These The increased surface area supports the evaporation of the solvent, but hinders the cooling during the evaporation the loss of solvent. Therefore, the evaporation is increased by heating the droplets.

Die Wärme kann den Tropfen nach der Erfindung dadurch zugeführt werden, daß die Tropfen durch ein Gas geleitet werden, das nicht sov/eit ionisierbar ist, daß eine hinreichende Ionisierung der Tropfen verhindert wird. Geeignete Gase sind Luft und Stickstoff. Vorzugsweise wird das Gas ständig oder periodisch erneuert, um zu verhindern, daß das Gas zu stark abkühlt und sich ein explosives Gas/Lösemittel-Gemisch bildet οAccording to the invention, the heat can be supplied to the drops in that the drops are passed through a gas that is not ionizable to such an extent that adequate ionization of the droplets is prevented. Suitable Gases are air and nitrogen. Preferably, the gas is constantly or periodically renewed to prevent that the gas cools down too much and an explosive gas / solvent mixture forms ο

Ein anderes Verfahren zur Erwärmung der Tropfen besteht nach der Erfindung darin, daß die Tropfen in Vakuum mit einer ultravioletten oder infraroten Strahlung bestrahlt werden« Geeignete Strahlungsquellen umfassen einen Nernst-Heizfaden und Laser.Another method for heating the drops is according to the invention that the drops in vacuum with an ultraviolet or infrared radiation. Suitable radiation sources include a Nernst filament and laser.

Auf diese V/eise gebildete Materialionen sind weitgehend frei von Lösungsmittel und so stark aufgeladen, daß eine Agglomeration von Ionen mit hohem Molekulargewicht verhindert wird.Material ions formed on this V / eise are largely free of solvent and so strongly charged that one Agglomeration of high molecular weight ions is prevented.

■Nach der Bildung der Ionen werden die Ionen durch eine mit einer Öffnung versehene Platte fokussiert, die auf einem hohen Potential liegt, das beispielsweise in der Größenordnung von 2 kV niedriger sein kann als das der Nadel.■ After the ions are formed, the ions are replaced by a with an aperture provided plate focused, which is at a high potential, for example in the order of magnitude of 2 kV can be lower than that of the needle.

Wenn die Ionon in der erwähnten Weise in einem Gas gebildet worden sind, wird der Ionenstrahl durch ein Düsen-When the ionon is formed in the manner mentioned in a gas the ion beam is passed through a nozzle

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system geleitet j in dem die Ionen auf eine hohe Geschwindigkeit, vorzugsweise in der Größenordnung von. Mach 7, beschleunigt werden und eine ütoßwelle ausgebildet wird, die eine Ablenkung der verhältnismäßig leichten Moleküle und Ionen des Lösungsmittels und Gases bewirkt, dagegen verhältnismäßig schwere Moleküle des Ionenstrahls nicht ablenkt und dadurch durch das Düsensystem hindurchläßt. An das Düsensystem können eine oder mehrere Vakuumpumpen angeschlossen sein, so daß der Ionenstrahl gegebenenfalls durch ein Vakuum geleitet wird. Dadurch laßt sich auf ύ system directed j in which the ions at a high speed, preferably of the order of. Mach 7, are accelerated and a flow wave is formed, which causes a deflection of the relatively light molecules and ions of the solvent and gas, but does not deflect relatively heavy molecules of the ion beam and thereby allows them to pass through the nozzle system. One or more vacuum pumps can be connected to the nozzle system, so that the ion beam is optionally passed through a vacuum. This leads to ύ

zweckmäßige Weise die !Tadel und das umgebende Gas, das Normaldruck aufweisen kann, vom Massenspektrometer trennen, dessen Innenraum während des Betriebs evakuiert ist. ' ■ : '■"'■■" - ■....-.... It is expedient to separate the probe and the surrounding gas, which can have normal pressure, from the mass spectrometer, the interior of which is evacuated during operation . '■ : ' ■ "'■■" - ■ ....-....

Das Düsensystem ist nicht erforderlich, wenn die Ionisation nahezu in Vakuum erfolgt. · The nozzle system is not required if the ionization takes place almost in a vacuum. ·

Die richtige Führung des lonenstrahls in das Massenspektrometer läßt sich durch elektrostatische Ablenkung des Strahls erreichen.Correct guidance of the ion beam into the mass spectrometer can be achieved by electrostatic deflection of the beam reach.

Vorzugsweise wird das Ionisiergerät mit Vorrichtungen aus- | gerüstet, mit deren Hilfe der ionenstrahl im Massenspektrometer weiter fokussiert werden kann.The ionizer is preferably equipped with devices equipped, with the help of which the ion beam in the mass spectrometer can be further focused.

Vorzugsweise ist auch eine zusätzliche Vorrichtung vorgesehen , bei der es sich um die die weitere Fokussierung bewirkende Vorrichtung bei entsprechender Anpassung handeln kann und die derart ausgebildet ist, daß sie den Ionenstrahl beispielsweise durch elektrostatische Kräfte so beschleunigt, daß sehr hohe Geschwindigkeiten vor dor Analyse geändert werden»An additional device is preferably also provided , which is the device causing the further focusing with appropriate adaptation can and which is designed such that it can Ion beam, for example by electrostatic forces so accelerated that very high speeds in front of it Analysis to be changed »

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W.enn eine stärkere Ionisierung des Ionenstrahls erwünscht ist, z.B. um weitere Bindungen aufzubrechen oder eine stärkere Aufspaltung zu erzielen, kann eine Ionisierungsstrahlenquelle, die beispielsweise Elektronen oder Photonen ausstrahlt, so angeordnet sein, daß sie auf den Ionenstrahl an irgendeiner Stelle vor seinem Eintreten in den Analysator des Massenspektrometer einwirkt.If a stronger ionization of the ion beam is desired, e.g. to break further bonds or a To achieve stronger splitting, an ionization beam source, for example electrons or photons emits, be arranged so that it hits the ion beam at some point prior to its entry into the analyzer of the mass spectrometer acts.

Das Lösungsmittel und im Lösungsmittel aufgelöste Material kann der Ausfluß eines FlüssigkeitsChromatographen sein.The solvent and material dissolved in the solvent can be the effluent from a liquid chromatograph.

Zur Zeit wird die Anwendung der Flüssigkeitschromatographie durch die GasChromatographie überschattet, und zwar hauptsächlich wegen des Fehlens eines empfindlichen Detektors oder Fühlers,, bzw. einer empfindlichen tTachweiseinrichtung. Die Gaschromatographie ist jedoch auf Verbindungen beschränkt, die ohne Zerlegung verflüchtigt oder verdampft werden können, so daß .die Schaffung eines empfindlichen Detektors für einen FlüssigkeitsChromatographen als grosser Fortschritt anzusehen ist. Das Ionisiergerät nach der Erfindung ermöglicht den unmittelbaren Anschluß eines Flüssigkeitschromatographen an ein Massenspektrometer, der eine wesentlich höhere Empfindlichkeit als bisher bekannte Flüssigkeitschromatographiedetektoren aufweist.At present, the use of liquid chromatography is largely overshadowed by gas chromatography because of the lack of a sensitive detector or sensor, or a sensitive detection device. However, gas chromatography is limited to compounds that volatilize or evaporate without decomposition can be, so that. the creation of a sensitive detector for a liquid chromatograph than greater Progress is to be seen. The ionizer according to the invention enables the direct connection of a Liquid chromatograph on a mass spectrometer, which has a much higher sensitivity than previously known Having liquid chromatography detectors.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen bevorzugter Ausführungsbeispiele näher beschrieben. The invention and its developments are described in more detail below with reference to schematic drawings of preferred exemplary embodiments.

Pig. 1 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines ersten Ausführungsbeispiels.Pig. 1 is a partially sectioned view of a first embodiment.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht eines Teils des Ausführungsbeispiels nach Fig. 1.FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the embodiment of FIG. 1.

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Pig. 3 ist eine teilweise im Schnitt dargestellte Ansicht eines zweiten AusführungeneispieIs. ·Pig. 3 is a partially sectioned view of a second exemplary embodiment. ·

Pig. 4 stellt eine vergrößerte Schnittansicht eines-Teils des Ausführungsbeispiels nach Pig. 3 dar undPig. Fig. 4 is an enlarged sectional view of a part of the Pig embodiment. 3 dar and

Pig. 5 stellt ein sehematisches Blockschaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels dar. ' ■Pig. 5 shows a schematic block diagram of a third embodiment. '■

Das Ionisiergerät nach den Pig. 1 und 2 enthält eine hohle Hadel 10, die an einem Einlaßrohr 12 "befestigt ist. Die j Spitze 14der Nadel 10 liegt in der Nähe einer Pokussierplatte 16, die eine Öffnung 18 enthält. Eine konvergierende Düse 20 fluchtet mit der Öffnung 18 und der Öffnung 26 einer divergierenden Düse 24. Beide Öffnungen 22 und 26 können einen Durchmesser von 0,102 mm (0,004 Zoll) nahen.The ionizer according to the Pig. 1 and 2 contains a hollow one Needle 10 attached to inlet tube 12 ". The j Point 14 of needle 10 is close to a focusing plate 16, which contains an opening 18. A converging nozzle 20 is aligned with opening 18 and opening 26 a divergent nozzle 24. Both orifices 22 and 26 may be as close as 0.102 mm (0.004 inches) in diameter.

Eine geerdete Platte 28 mit einer Öffnung 30, die einen Durchmesser von 0,051 mm (0,02 Zoll) haben kann, ist neben v und koaxial mit der Düse 24 angeordnet.A grounded plate 28 having an opening 30, which can have a diameter of 0.051 mm (0.02 inches), arranged next to v and coaxial with the nozzle 24th

Das Gerät enthält zwei Ablenkplatten 32 und 34 verhältnismäßig dicht bei der geerdeten Platte 28 und etwas weiter weg ein Pokussierlinsensystem mit drei durchbohrten Platten 36, 38 und 40. , .'· |The device includes two baffles 32 and 34 relatively close to the grounded plate 28 and further away a Pokussierlinsensystem with three perforated plates 36, 38 and 40. '·. |

Die erwähnten Bauteile können durch irgendeine geeignete Vorrichtung in ihrer richtigen relativen Lage gehalten werden. Diese Vorrichtung kann auch für eine gegenseitige Isolierung dieser Bauteile sorgen, soweit sie auf unterschiedliehen Potentialen liegen. The mentioned components can be replaced by any suitable Device are kept in their correct relative position. This device can also be used for a mutual Insulate these components as far as they are at different potentials.

Der Raum zwischen den Düsen 20 und 24 kann über.ein Rohr 23 mit einer nicht dargestellten Vorpumpe (Grob-Pumpe) verbunden sein, und der Raum zwischen der Düse 24 und der geerdeten Platte 28 kann über ein Rohr 27 mit einer nicht dargestellten Diffusionspumpe ve-""--unden sein.The space between the nozzles 20 and 24 can be via a pipe 23 be connected to a backing pump (rough pump), not shown, and the space between the nozzle 24 and the grounded plate 28 can via a tube 27 with a not diffusion pump shown ve - "" - be unden.

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Ein gasdichtes Gehäuse 42 umgibt die Nadel 10 und die verschiedenen Platten und Düsen, die das Gerät bilden. Das Einlaßrohr 12 ist in einer Wand 44 des Gehäuses 42 einstellbar gehaltert.A gas-tight housing 42 surrounds the needle 10 and the various Plates and nozzles that make up the device. The inlet tube 12 is adjustable in a wall 44 of the housing 42 held.

Das gesamte Gerät kann an einem Massenspektrometer angeschlossen werden", und nach. Pig. 1 ist es an einem Endflansch 46 der die Ionenquelle enthaltenden Einheit eines nicht dargestellten Massenspektrometer bekannter Bauart angeschlossen. Ein geeignetes Massenspektrometer ist das zweifach fokussierende IVL.S.9, das von der Associated Electrical Industries Ltd. hergestellt wird. Stattdessen kann jedoch auch ein bekanntes einfach fokussierendes Massenspektrometer verwendet werden.The entire device can be connected to a mass spectrometer ", and according to. Pig. 1 it is on an end flange 46 of the unit containing the ion source not shown mass spectrometer of known design connected. A suitable mass spectrometer is that double focusing IVL.S.9, provided by the Associated Electrical Industries Ltd. will be produced. Instead, however, a familiar simple focusing Mass spectrometer can be used.

■Das zu analysierende Material wird in einem geeigneten Lösungsmittel,, z.B. einem Gemisch aus Benzol und Aceton, aufgelöst und in das EinlaSrohr 12 geleitet.■ The material to be analyzed is dissolved in a suitable solvent, e.g. a mixture of benzene and acetone, dissolved and passed into the inlet pipe 12.

(Zu anderen geeigneten Lösungsmitteln gehören Aceton, Äthyläther,. Methanol,, ein Gemisch aus 75 Methanol und 25 fa Wasser» Butylalkohol und η-Hexan.)(Other suitable solvents include acetone, ethyl ether, methanol, a mixture of 75 % methanol and 25 % water, butyl alcohol and η-hexane.)

Das Lösungsmittel und das aufgelöste Material, werden durch die hohle Nadel 10 geleitet und treten an der Spitze 14 aus. Hier gelangen sie in einen Bereich hoher elektrischer Feldstärke, die beiapielsweise dadurch erzeugt wird, daß die Nadel 10 gegenüber Erde auf einem sehr hohen Potential (z.B. 6kV) mit einer Polarität, die der Polarität der Ionen entspricht, die erzeugt werden sollen, gehalten wird.The solvent and the dissolved material, are through passed the hollow needle 10 and enter the tip 14 the end. Here they get into an area of high electrical field strength, which is generated in example by the fact that the needle 10 with respect to earth at a very high potential (e.g. 6kV) with a polarity that corresponds to the polarity of the ions that is to be generated is held.

Aus der Nadelspitze 14 austretende Tropfen erhalten daher eine sehr hohe Ladung, die in den Tropfen Expansionskräfte hervorrufen, die größer als die Oberflächenspannung der Tropfen sind und sie dadurch expandieren, so daß sich ihre.Drops emerging from the needle tip 14 are therefore retained a very high charge that causes expansion forces in the drops that are greater than the surface tension of the Drops are and thereby expand so that their.

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Oberfläche vergrößert. Die vergrößerte Oberfläche unterstützt -die -Verdampfung des Lösungsmittels, doch behindert die bei der Verdampfung auftretende Abkühlung das Austreten bzw. den Verlust des Lösungsmittels aus den Tropfen. Die Tropfen werden daher durch ein Gas erwärmt, das sich im Gehäuse 42 befindet. Dieses Gas sollte nicht so stark ionisierbar sein, daß es die elektrische Feldstärke im Bereich der Nadelspitze 14 verringert. Geeignete Gase sind Stickstoff und Luft. Das Gas sollte periodisch oder ständig gewechselt werden, um eine zu starke Abkühlung des Gases zu verhindern, was dazu führen könnte, daß es un- * v/irksam wird, und/oder um die Ausbildung eines explosiven Gas/Lösungsmittel-Dampfgemisches in dem Gehäuse 42 zu verhindern. . ■-...-'Enlarged surface. The enlarged surface supports the evaporation of the solvent, but hinders it the cooling that occurs during evaporation, the emergence or loss of the solvent from the droplets. The droplets are therefore heated by a gas that is located in the housing 42. This gas shouldn't be that strong be ionizable that it is the electric field strength in the Reduced area of the needle tip 14. Suitable gases are nitrogen and air. The gas should be changed periodically or constantly to prevent the To prevent gas, which could lead to un- * v / becomes effective, and / or to prevent the formation of an explosive gas / solvent vapor mixture in the housing 42. . ■ -...- '

Die dabei gebildeten Materialionen sind weitgehend frei von Lösungsmittel und hinreichend stark aufgeladen, um eine Agglomeration von Ionen mit hohem Molekulargewicht zu verhindern.The material ions formed are largely free of Solvent and sufficiently charged to cause agglomeration of high molecular weight ions impede.

Nach ihrer Bildung werden die Ionen durch die Platte 16, die auf einem niedrigeren Potential in bezug auf Erde als die nadelspitze H liegt, zur Öffnung 22 hingezogen und | auf diese fokussiert. Dieses niedrigere Potential kann beispielsweise 3,5 kV betragen und hat die gleiche Polarität wie das Potential der Nadel 10. Während ihres Durchlauf s durch die Öffnung 22 werden die Ionen auf eine hohe Geschwindigkeit beschleunigt, die in· der Größenordnung von Mach 7 liegt.After their formation, the ions are passed through the plate 16, which is at a lower potential with respect to earth than the needle tip H is attracted to the opening 22 and | focused on this. This lower potential can be, for example, 3.5 kV and has the same polarity like the potential of the needle 10. During their passage s through the opening 22 the ions are at a high level Speed accelerates on the order of Mach 7 lies.

Das System der Düsen 20 und 24 erzeugt eine Stoi3welle rund um die Offnung 26, die bestrebt ist, das über die Öffnung 22 aus' der Kammer 42 kommende Gas um die stromaufwärts liegende Oberfläche der Düse 24 herumabzulenken. Dieses abgelenkte Gas wird über das Rohr 23 aus dem Raum zwischenThe system of nozzles 20 and 24 creates a round shock wave around the opening 26, which strives to be above the opening 22 from 'the chamber 42 coming gas to the upstream deflect lying surface of the nozzle 24 around. This deflected gas is via the pipe 23 from the space between

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den Düsen 20 und 24 durch die nicht dargestellte Vorpumpe abgesaugt, so daß der Raum zwischen den Düsen weitgehend evakuiert "bleibt. Die Ionen des verhältnismäßig schweren Materials werden nicht durch die Stoßwelle abgelenkt und fliegen durch die Öffnung 26 in Richtung auf die geerdete Platte 28.the nozzles 20 and 24 sucked by the backing pump, not shown, so that the space between the nozzles largely evacuated "remains. The ions of the relatively heavy material are not deflected by the shock wave and fly through opening 26 towards grounded plate 28.

Der Raum zwischen der Platte 28 und der Düse 24 wird durch die (nicht dargestellte) Diffusionspumpe auf nahezu absolutem Vakuum gehalten.The space between the plate 28 and the nozzle 24 is through the diffusion pump (not shown) kept at almost absolute vacuum.

Der Strom des ionisierten Materials geht dann durch die Öffnung JO, wonach er in der erforderlichen Weise elektrostatisch durch die orthogonal angeordneten Paare von Platten 32 und 34 abgelenkt werden kann, um ihn richtig auf die in das Massenspektrometer führende Bahn zu bringen.The stream of ionized material then goes through the opening JO, after which it becomes electrostatic in the required manner can be deflected by the orthogonally arranged pairs of plates 32 and 34 to get it on properly to bring the path leading into the mass spectrometer.

Diese weitere Fokussierung des Strahls oder Strahlenbundeis, sofern notwendig, läßt sich dadurch erreichen, daß die Platten 36, 38 und 40 auf passende relative Potentiale gelegt werden. Vorzugsweise wird der Ionenstrahl noch weiter auf eine sehr hohe Geschwindigkeit beschleunigt. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß beispielsweise die Platten 36, 38 und 40 auf geeigneten Potentialen, die beispielsweise in der Größenordnung von einigen Kilovolt liegen, in bezug auf die vorhergehenden Teile des lonisiergeräts gehalten werden. Danach kann das Material in dem Massenspektrometer in üblicher .Weise analysiert werden.This further focusing of the beam or bundle of rays, if necessary, this can be achieved by placing plates 36, 38 and 40 at appropriate relative potentials will. The ion beam is preferably accelerated even further to a very high speed. This can be achieve that, for example, the plates 36, 38 and 40 at suitable potentials, for example in of the order of a few kilovolts, with respect to the preceding parts of the ionizing device. The material can then be analyzed in the usual manner in the mass spectrometer.

Wenn der Strahl für ungenügend ionisiert angesehen wird, kann er durch irgendeine geeignete (nicht dargestellte) Vor-'™ richtung in dem Massenspektrometer weiter ionisiert werden, z.B, durch einen Querstrahl aus Elektronen oder Photonen. Bei der Nadel 10 kann es sich um eine hypodermische Nadel handeln, wie sie für intravenöse Injektionen verwendet werden, so daß die .Spitze H scharf abgeschrägt oder angespitztIf the beam is judged to be insufficiently ionized, it can be stopped by any suitable means (not shown) direction can be further ionized in the mass spectrometer, e.g. by a cross beam of electrons or photons. The needle 10 can be a hypodermic needle such as that used for intravenous injections, so that the .Spitze H bevelled or pointed sharply

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tzw. abgeflacht ist. Es wird jedoch, bevorzugt, die Spitze 14 dadurch zu bilden, daß die Nadel 10 etwa im rechten .Winkel zu ihrer Längsachse abgeschnitten und zumindest die äußere Kante der Spitze 14 abgerundet wird, wodurch eine unerwünschte Feldionisation weitgehend vermieden wird, ■ .tzw. is flattened. However, the tip is preferred 14 to form that the needle 10 approximately in the right .Angle cut off to its longitudinal axis and at least the outer edge of the tip 14 is rounded, whereby an undesired field ionization largely avoided will, ■.

Das Einlaßrohr 12 des beschriebenen Ionisiergeräts kann an einen FlüssigkeitsChromatographen angeschlossen sein, so daß es dessen Ausfluß aufnimmt und das Massenspektro— ·— meter als empfindlicher Fühler oder Detektor für den Chro- '1 matographen wirkt.The inlet tube 12 of the ionizer described can be connected to a liquid chromatograph, so that it picks up its outflow and the mass spectro - · - meter as a sensitive sensor or detector for the chro- '1 matographen works.

Das zweite, in den Fig. 3 und 4 dargestellte Ausführungs— beispiel eines Ionisiergeräts nach der Erfindung enthält (ebenso wie das erste Ausführungsbeispiel) die am Einlaßrohr 12 befestigte hohle !Tadel 10. Die Spitze T4 der Nadel. * 10 liegt in unmittelbarer Nähe einer Öffnung 118 in einer kugelkalottenförmigen Fokussierplatte 116. Zwei divergierende Düsen 120 und 124 fluchten mit der Nadel 10 und ertthal—: ten jeweils Öffnungen 122 und 126, deren Durchmesser-vorzugsweise in der Größenordnung von 0,102 mm (0,,.Q04 Zoll) liegt. Eine dünne elektrostatische Lins« 11:7 mit einer g The second embodiment of an ionizer according to the invention, shown in FIGS. 3 and 4, contains (like the first embodiment) the hollow needle 10 attached to the inlet tube 12. The tip T4 of the needle. * 10 is located in the immediate vicinity of an opening 118 in a spherical cap-shaped focusing plate 116. Two divergent nozzles 120 and 124 are aligned with the needle 10 and ertthal-: each ten openings 122 and 126 whose diameter is preferably in the order of 0.102 mm (0, , .Q04 inches). A thin electrostatic lens «11: 7 with a g

vorspringenden Öffnung 119 ist koaxial mit und in der Nähe ": der öffnung 122 der Düse 120 angeordnet. Die Platte 116 ist weitgehend auf die Öffnung 122 fokussiert.protruding opening 119 is coaxial with and near ": the opening 122 of the nozzle 120 is arranged. The plate 116 is largely focused on the opening 122.

Eine Platte 128 mit veränderbarem Potential und einer öffnung 130, deren Durchmesser 0,051 mm (0,02 Zoll) betragen kann, ist in der.Nähe und koaxial zu der Düse 124 angeordnet. ' '..:■-■ ;A plate 128 with variable potential and an opening 130, which can be 0.051 mm (0.02 inches) in diameter, is positioned near and coaxial with nozzle 124. '' ..: ■ - ■;

Das zweite Ausführungsbeispiel enthält auch die beiden Ablenkplattenpaare 32 und 34relativ nahe zur Platte 128.und etwas weiter weg das Fokuasiorlinsensystem mit den drei durchbohrten Platten 36, 38. und 40.The second embodiment also includes the two pairs of baffles 32 and 34 relatively close to plate 128 and a little further away the focus lens system with the three pierced plates 36, 38th and 40th.

;, 0098-45/1877 .; :: - :";, 0098-45 / 1877.; :: - : "

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Die erwähnten Bauteile können in ihrer richtigen relativen Lage durch irgendeine geeignete Vorrichtung gehalten werden, die gleichzeitig für eine gegenseitige Isolation dieser Bauteile sorgt, die während des Betriebs des Ionisiergeräts auf unterschiedlichen Potentialen liegen müssen, wie noch ausführlicher beschrieben wird.The mentioned components can be held in their correct relative position by any suitable device which at the same time ensures that these components are mutually isolated during operation of the ionizing device must be at different potentials, as will be described in more detail.

Der Raum zwischen den Düsen 120 und 124 kann über ein
Rohr 23 an eine bekannte leistungsstarke (nicht dargestellte) Dampfbooster- oder Diffusionspumpe angeschlossen
The space between the nozzles 120 and 124 can be about a
Pipe 23 connected to a known powerful (not shown) steam booster or diffusion pump

—2 —3—2 —3

werden, um ein Vakuum von etwa 10 bis 10 Torr zu erzeugen. Der Raum zwischen der Düse 124 und der Platte kann über das Rohr 27 an eine (nicht dargestellte) bekannte Diffusionspumpe angeschlossen sein.to create a vacuum of about 10 to 10 torr. The space between the nozzle 124 and the plate can via the pipe 27 to a (not shown) known Be connected to the diffusion pump.

Ein gasdichtes Gehäuse 42 umgibt die Nadel 10 und die verschiedenen Platten und Düsen, die das Gerät bilden. Das
Einlaßrohr 12 ist in einer Wand 44 des Gehäuses 42 einstellbar gehaltert.
A gas-tight housing 42 surrounds the needle 10 and the various plates and nozzles that make up the device. That
Inlet tube 12 is adjustably supported in a wall 44 of housing 42.

-Das gesamte Gerät kann an einem Massenspektrometer angeschlossen werden, und nach Pig. 1 ist es an einem Endflansch 46 der die Ionenquelle enthaltenden Einheit eines nicht dargestellten Massenspektrometer bekannter Bauart angeschlossen. Ein geeignetes Massenspektrometer ist das zweifach fokussierende M.S.9, das von der Associated
.Electrical Industries ltd. hergestellt wird. Stattdessen kann jedoch auch ein bekanntes einfach fokussierendes
Massenspektrometer verwendet werden.
-The entire device can be connected to a mass spectrometer, and according to Pig. 1, it is connected to an end flange 46 of the unit containing the ion source of a known type of mass spectrometer (not shown). A suitable mass spectrometer is the dual focusing MS9 available from the Associated
.Electrical Industries ltd. Is manufactured. Instead, however, you can also use a familiar simple focusing
Mass spectrometer can be used.

Das zu analysierende Material wird in einem geeigneten
Lösungsmittel, z.B. einem Gemisch aus Benzol und Aceton, aufgelöst und in das Einlaßrohr 12' geleitet.
The material to be analyzed is in a suitable
Solvent, for example a mixture of benzene and acetone, dissolved and passed into the inlet pipe 12 '.

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.- 13 -.- 13 -

(Zu anderen geeigneten Lösungsmitteln gehören Aceton, ' Äthyläther', Methanol, ein Gemisch', aus 75 Methanol und 25' fo Wasser, Butylalkohol und n-Hexän.) "(Other suitable solvents include acetone, 'ethyl ether', methanol, a mixture 'of 75 ° i of methanol and 25' fo water, butyl alcohol and n-hexaene.) "

Das Lösungsmittel und das aufgelöste Material· werden' " durch die hohle Nadel 10 geLeitet und treten an" der Spitze 14 aus. Hier 'gelangen sie in einen Bereich hoher elektrischer Feldstärke, die beispielsweise dadurch erzeugt wird, daß die Nadel 10 gegenüber der ersten Düse" 120 auf einem sehr hohen Potential (z.B. 6 kV) mit einer Polarität, die, der Polarität der Ionen, entspricht, die erzeugt werden sollen, gehalten wird. ' '..'"*'""'The solvent and the dissolved material will '" passed through the hollow needle 10 and step at "the tip 14 off. Here 'they get into an area of high electric field strength, which is generated, for example is that the needle 10 opposite the first nozzle "120 at a very high potential (e.g. 6 kV) with a Polarity, which, corresponds to the polarity of the ions, which are to be generated, is held. '' .. '"*'" "'

Aus der Nadelspitze 14 austretende Tropfen erhalten daher eine sehr hohe Ladung, die in den Tropfen Expansiöriskrafte hervorrufen, die größer als die Oberflächenspannung der '■iropfen sind und dadurch bewirken, daß die Tropfen in 'eine Anzahl kleinerer Tröpfen aufgeteilt werden und mithin die einzelnen Moleküle des aufgelösten Stoffes in getrennte Lösungsmittel/Lösungsstoff-Systeme isolieren und zusätzlich ihre -Oberfläche vergrößern. Die vergrößerte Oberfläche, unterstützt die Verdampfung des Lösungsmittels, do.ch behindert die bei der Verdampfung auftretende Abkühlung das. Austrten bzw. den Verlust des Lösungsmittels aus aen. Tropfen. Die .Tropfen werden daher durch ein Gas ery/ärmt, das sich im Gehäuse 42 befindet. Dieses Gas sollte nicht ,so stark..ionisierbar ,sein, daß es die elektrische " Feldstärke -im Bereich der Nadelspitze .14 verringert. Geeignete Gase sind Stickstoff und Luft..Das Gas sollte perio disch oder ständig gewechselt werden, um eine zu starke Abkühlung des Gases zu verhindern, .was dazu führen könnte, ■-daß. e.s_ unwirksam wird,.'und/oder um die Ausbiid.ung eines explosiven Gas/Lösuriigsmitte.l-Dampfgemisches in dem Gehäuse 42 zu verhindern.Drops emerging from the needle tip 14 therefore receive a very high charge, which cause expansion forces in the droplets that are greater than the surface tension of the droplets and thereby cause the droplets to be divided into a number of smaller droplets and thus the individual molecules Isolate the dissolved substance in separate solvent / solvent systems and also enlarge their surface area. The enlarged surface supports the evaporation of the solvent, do.ch prevents the cooling that occurs during evaporation from escaping or the loss of the solvent from aen. Drops. The droplets are therefore ery / ärmt by a gas that is located in the housing 42. This gas should not be so strongly ... ionizable that it reduces the electrical "field strength - in the area of the needle tip .14. Suitable gases are nitrogen and air. The gas should be changed periodically or constantly to make it too strong to prevent cooling of the gas, could lead .which to ■ -that. e.s_ is ineffective. ', and / or to prevent the Ausbiid.ung an explosive gas / Lösuri i gsmitte.l-vapor mixture in the housing 42.

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-H--H-

Die dabei gebildeten Materialionen sind weitgehend frei von Lösungsmittel und hinreichend stark aufgeladen, um ■ eine Agglomeration von Ionen mit hohem Molekulargewicht zu verhindern. ■ ■ . .The material ions formed are largely free of solvent and sufficiently charged to cause an agglomeration of ions of high molecular weight to prevent. ■ ■. .

Die Platte 116, die auf etwa dem gleichen elektrischen Potential wie die Nadelspitze 14 gehalten wird, verringert den festen Austrittswinkel des aus der Nadelspitze 14 aus-, gesprühten. Mittels, und aufgrund ihrer Krümmung um die Öffnung 122 herum erfolgt eine scharfe Fokussierung in Richtung auf die Öffnung 122. Die Linse 117 wird auf einem Potential von etwa 40 r/o bis 60 αder zwischen der Nadel und der Düse .120 liegenden Spannung gehalten, so daß daselektrische Feld im Bereich der Öffnung 122 einen sehr großen. Gradienten aufweist. . ·. -. \ - ..-..- ·.· ,The plate 116, which is kept at approximately the same electrical potential as the needle tip 14, reduces the fixed exit angle of the sprayed from the needle tip 14. By means of and due to its curvature around the opening 122, a sharp focus takes place in the direction of the opening 122. The lens 117 is at a potential of approximately 40 r / o to 60 α / of that lying between the needle and the nozzle .120 Voltage held so that the electric field in the area of the opening 122 is very large. Has gradients. . ·. -. \ - ..-..- ·. ·,

Anstelle der kugelkalottenförmigen Platte-. 116 kann auch- ; eine weitgehend flache Platte verwendet werden, -: Instead of the spherical cap-shaped plate. 116 can also-; a largely flat plate can be used, - :

Wenn das verwendete Lösungsmittel eine Unzureichende Flüchtigkeit aufweist, oder die Flüchtigkeit des. Lösungs-: mittels erhöht werden soll,, kann d.er Lösungsmittelverdampf ungsbereich durch .Infrarotlicht ,bestrahlt werden-, ; ; das z.B. durch einen Nernst-Heizfaden 130 erzeugt wird»,,..If the solvent used is insufficient Has volatility, or the volatility of the. should be increased by means of, the solvent evaporation area can be irradiated by .Infrared light,; ; generated e.g. by a Nernst filament 130 »,, ..

Die Düsen 120 und 124 sind in Abhängigkeit von der Art des zu versprühenden .Materials axial relativ .zueinander:,. D'ewegbar.: In einigen .Fällen kann es vorteilhaft sein, vor der- Öffnung 126 eine Stoßwelle zu ".erzeugen-, die-bewirkt,-· daß d-er mit iJberstfhallgeschwindigkeit aus der Düse 120 ■· austretende' Strähl' auf Untersehallges'chwiridigkeit■abge-. ' bremst, in seiner Temperatur gesteigert und' leichte Gase-(Gase: iriit niedrigem Molokularg^wicht) ,· " die dur-ch-'die^ ~:>: -Öffnung 122 -aus 'der Kammer 42-austreten wollen^' um-äThe nozzles 120 and 124 are axially relative to one another , depending on the type of material to be sprayed:,. D'movable .: In some .cases it can be advantageous to "generate" a shock wave in front of the opening 126, which - causes - that the 'jet' emerging from the nozzle 120 at the speed of bursting reverberation . Untersehallges'chwiridigkeit ■ off 'brakes, increased in temperature and' light gases: · "(gases iriit low Molokularg ^ weight) the major-ch-'the ^ ~:>: - opening 122 -from 'the Chamber 42-want to exit ^ 'um-ä

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stromaufwärts liegende Oberfläche der Düse 124 herum abgelenkt werden* ■ upstream surface of the nozzle 124 can be deflected * ■

So kann beispielsweise die Erzeugung einer Stoßwelle vor der Öffnung 126 beim Ablenken oder Abrastern unstabiler Materialien unerwünscht sein, so da'ß die Einrichtung im Molekularstrahlbetrieb betrieben werden muß. Dies wird dadurch bewirkt, daß man entweder die Düse 124 axial in Richtung auf die Düse 122 verschiebt oder die Pumpleistung der Pumpe der ersten Stufe erhöht oder beide Verfahren kombiniert... ·For example, a shock wave can be generated of the opening 126 may be undesirable when deflecting or scanning unstable materials, so that the device in the Molecular beam operation must be operated. This is accomplished by either having the nozzle 124 axially in Shifts in the direction of the nozzle 122 or increases the pumping capacity of the pump of the first stage or a combination of both methods ... ·

In beiden Fällen durchlaufen die zu untersuchenden Materialien die öffnung 126 in Richtung auf die Platte 128, deren Potential veränderbar ist. >In both cases, the materials to be examined pass through the opening 126 in the direction of the plate 128, whose potential is changeable. >

Der Raum, zwischen der Platte 128 und der Düse 124 wird \ durch die nicht dargestellte Diffusionspumpe auf nahezu absolutem Vakuum gehalten.The space between the plate 128 and the nozzle 124 is \ kept at an almost absolute vacuum by the diffusion pump, not shown.

Der Strom des ionisierten Materials geht dann durch die Öffnung 130, wonach er in der erforderlichen Weise elektrostatisch durch die orthogonal angeordneten Paare von Plat- ■ | ten 32 und 34 abgelenkt werden kann, um ihn richtig auf die in das Massenspektrometer führende Bahn zu bringen.The stream of ionized material then passes through port 130, after which it is electrostatic as required by the orthogonally arranged pairs of plat- ■ | th 32 and 34 can be deflected to properly bring it onto the path leading into the mass spectrometer.

Diese weitere Fokussierung des Strahls oder Strahlenbündels, sofern notwendig, läßt sich dadurch erreichen, daß die Platten 36, 38 und 40 auf passende relative Potentiale gelegt werden. Vorzugsweise wird der Ionenstrahl noch weiter auf eine sehr hohe GeschwindigKeit beschleunigt. Dies läßt sich dadurch erreichen, daß beispielsweise die Platten 36* 38 und 40 auf geeigneten Potentialen, die beispielsweise in der Größenordnung von einigen. Kilovolt liegen, in bezug auf die vorhergehenden Teile des Ionisiergeräts gehalten werden.This further focusing of the beam or bundle of rays, if necessary, can be achieved by placing the plates 36, 38 and 40 at suitable relative potentials will. The ion beam is preferably increased even further accelerates a very high speed. This can be achieve that, for example, the plates 36 * 38 and 40 at suitable potentials, for example on the order of a few. Kilovolts, with respect to the previous parts of the ionizer are held.

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Danach, kann das Material in dem Massenspektrometer in üblicher Weise analysiert werden.After that, the material can be used in the mass spectrometer in the usual way Way to be analyzed.

Ionen, die bei atmosphärischem Druck erzeugt werden und einem Gradienten eines elektrischen Feldes zur Beschleunigung ausgesetzt werden, kollidieren mit den Molekülen des sie umgebenden Gases mit einer Geschwindigkeit von 10 pro Zentimeter Ionenbewegung. Diese Kollisionen verhindern, daß die Ionen quer zum Potentialgradienten beschleunigt werden, so daß sie eine quasi gleichbleibende Geschwindigkeit annehmen und eine richtige Ionenfokussierung im normalen ionenoptischen Sinne verhindern. Die beschriebene Fokussiereinrichtung maximiert die Anzahl der Ionen, die tatsächlich durch die Düsen 120 und 124 durchgelassen werden, so daß sich ein Ionisiergerät ergibt, das Vorteile gegenüber dem ersten Ausführungsbeispiel des Ionisiergerätes aufweist.Ions that are generated at atmospheric pressure and are exposed to a gradient of an electric field for acceleration, collide with the molecules of the surrounding gas at a speed of 10 per centimeter of ion movement. Prevent these collisions that the ions are accelerated transversely to the potential gradient, so that they are more or less constant Assume speed and prevent proper ion focusing in the normal ion-optical sense. The described Focusing device maximizes the number of ions that are actually passed through nozzles 120 and 124 be, so that there is an ionizer that has advantages over the first embodiment of the Has ionizer.

Wenn der Strahl für ungenügend ionisiert angesehen wird, kann er durch irgendeine geeignete (nicht dargestellte) Vorrichtung in dem Massenspektrometer weiter ionisiert werden, z.B. durch einen Querstrahl aus Elektronen oder Photonen. Bei der Nadel 10 kann es sich um eine hypodermische Nadel handeln, wie sie für intravenöse Injektionen verwendet werden, so daß die Spitze 14 scharf abgeschrägt oder angespitzt bzw. abgeflacht ist. Ss wird jedoch bevorzugt, die Spitze H dadurch zu bilden, daß die Nadel 10 etwa im rechten Winkel zu ihrer Längsachse abgeschnitten und zumindest die äußere Kante der Spitze 14 abgerundet wird, wodurch eine unerwünschte Feldionisation weitgehend vermieden wird.If the beam is considered insufficiently ionized, it can be done by any suitable device (not shown) be further ionized in the mass spectrometer, e.g. by a transverse beam of electrons or photons. The needle 10 can be a hypodermic needle such as that used for intravenous injections, so that the tip 14 is sharply chamfered or pointed or flattened. However, Ss is preferred to be the top To form H in that the needle 10 is cut approximately at right angles to its longitudinal axis and at least the outer edge of the tip 14 is rounded, as a result of which undesired field ionization is largely avoided.

Fig. 5 ist eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung. Die Nadelspitze 14 ist so angeordnet, daß sie das aufgelöste Material in eine eva-Fig. 5 is a schematic representation of a third embodiment the invention. The needle tip 14 is arranged so that it brings the dissolved material into an eva-

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BAD ORlQiNAi,BAD ORlQiNAi,

kuierte Kammer 24-2 sprüht. Da die Tropfen des Lösungs- : ni-fuels und .aufgelösten Materials erwärmt werden sollen,-wie es bereits erwähnt wurde, muß wegen des in-.der Kammer. 242 fehlenden Gases ein anderes Wärmezuführmittel vorgesehen, sein. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die er-: forderliche '//.arme, durch eine optische Quelle,- Vorzugsweise eine Infrarot-Quelle-erzeugt, bei-der es sich um eine :i?ernst-Lampe oder einen ITernst-Heizfaden .250 handelnkann-» - Die vom Heizfaden 230 abgegebene;Strahlung dringt über eine.Kollimationsspaltblende 250 und ein optisches Linsensystem 252 .in die Kammer.242, in.der die Strahlung die"Verdampfung des Lösungsmittels unterstützt. Lie Ma- ■■ terialionen verlassen die Kammer 242 über die Öffnung . 222 einer Düse 220 und gelangen dann in das (nicht dargestellte) Massenspektrometer. Die Kammer 242;wird durch nicht dargestellte-Mittel evakuiert gehalten. ' ■Cuated chamber 24-2 sprays. Since the drops of the solution : ni-fuel and. Dissolved material are to be heated, -as it has already been mentioned, must be because of the in-.the chamber. 242 missing gas another heat supply means may be provided. In this exemplary embodiment, the required low-energy source is generated by an optical source, preferably an infrared source, which can be a Ernst lamp or an ITernst filament .250 The radiation emitted by the filament 230 penetrates through a collimation slit diaphragm 250 and an optical lens system 252 into the chamber 242, in which the radiation supports the evaporation of the solvent. Material ions leave the chamber 242 . through the opening 222 of a nozzle 220, and then enter the (not shown) mass spectrometer the chamber 242;. is kept evacuated by unillustrated means' ■.

Um auf einfache Weise jederzeit den Äugenbliekswert"der-: ■ Infrarotabsorption in der Kammer 242 anzuzeigen, z.B. um eine hinreic-hende Strahlung für. eine angemessene- Lösungs-■mit-telverdampfung zu gewährleisten und um"-sicher--zu'gehen, ■daß' die Temperatur'-nicht so y/eit ansteigt, daß entweder' · das -zu prüfende Material oder das'Losungsmittel dissoziiert (da die Dissöziationsprodufete falsche Ergebnisse bewirken ä können) ,-ist- dem Linsensystem 252 eine Fotozelle 254-- der--'-■■ art gegenüberliegend angeordnet^ daß sie die gesamte nicht absorbierte Strahlung au ff an g ti- " ' ■ , . · ■-At any time "DER.: ■ infrared absorption in the chamber 242 display, including a hinreic-rising radiation for a angemessene- solution ■ with-telverdampfung to ensure and to" easily the Äugenbliekswert -safe - zu'gehen, ■ that 'the Temperatur'-y not so / eit increases that either' · -to the material under test or das'Losungsmittel dissociated (as the Dissöziationsprodufete cause incorrect results may ä) -ist- the lens system 252, a photo cell 254-- the --'- ■■ kind arranged opposite ^ that they all unabsorbed radiation on g ti- "'■,. · ■ -

In vielen Fällen ist e.s zweckmäßig,' die vom Heizfaden. 230 abgegebene Strahlung" selbsttätig zu steuern oder zu regeln. Daher kähn 'dafür' gesorgt sein, daß die Strahlung des Heiz- -fadens 230 noch durch eine weitere Kollimationsspaltblende 260, die der 'Bl end e 250 ähnl ich ist,' und e in weit ere s Lin^- sensystem 26Ό,' da3 dem Llnsensystem 252 ähnlich ist,' ge-"'In many cases it is useful to 'remove the filament. To control "automatically 230 emitted radiation or regulate Therefore, kähn be 'for' ensured that the radiation of the heating -. Yarn 230 by means of further Kollimationsspaltblende 260 that the 'Bl end e similar 250 is I' and e in further lens system 26Ό, because it is similar to lens system 252,

leitet wird, und zv/är so,' daß 'sie "auf eine weitere Foto- is directed, and zv / är so 'that' they "on another photo

zelle 264 gerichtet ist, die der Fotozelle 254 ähnlich ist,cell 264, which is similar to photocell 254,

009845/1677 Vv : 009845/1677 V v:

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Die Ausgangssignale der Fotozellen 254 und 264 werden einem Differenzverstärker 270 zugeführt, dessen Ausgangssignal proportional der Differenz „der auf die jeweiligen Fotozellen fallenden Strahlung und mithin der in der Kammer 242 absorbierten Strahlung ist und ein Stellglied 272 so steuert, daß es die Temperatur des Heizfadens 230 und/oder die Blendenöffnung der Blende 250 so verändert, daß die in der Kammer 242 absorbierte Strahlung einen optimalen Wert beibehält.The output signals of the photocells 254 and 264 are fed to a differential amplifier 270, the output signal of which proportional to the difference "on the respective photocells falling radiation and thus the radiation absorbed in the chamber 242 and an actuator 272 so controls that it changes the temperature of the filament 230 and / or the aperture of the aperture 250 so that the in radiation absorbed by chamber 242 maintains an optimal level.

Anstelle des Nernst-Heizfadens können auch andere Strahlungsquellen und anstelle der beschriebenen Segeleinrichtung auch andere Regeleinrichtungen verwendet werden. Eine vorteilhafte Alternative für die Strahlungsquelle wäre ein Laser.Instead of the Nernst filament, other radiation sources can also be used and instead of the sailing device described, other control devices can also be used. An advantageous one An alternative to the radiation source would be a laser.

Der Hauptvorteil dieser dritten Ausführung der Erfindung, bei der in ein Vakuum gesprüht wird, im Verhältnis zu den ersten beiden Ausführungsbeispielen, bei denen in ein Gas, das Atmosphärendruck aufweist, gesprüht wird, besteht in der erhöhten Empfindlichke.it. Bei dem zweiten Ausführungsbeispiel verläßt ein Ionenstrom von etwa 100 Nano-Ampe're die Nadel 10, während zu erwarten ist, daß nur ein Ion von 10000 Ionen die erste Düse 120 erreicht. Das Sprühen in ein Vakuum erhöht den Anteil der Ionen, die die Düse 220 erreichen, auf mindestens 1 von 100.The main advantage of this third embodiment of the invention, which is sprayed in a vacuum, in relation to the The first two exemplary embodiments, in which a gas which is at atmospheric pressure is sprayed into, consists in the increased sensitivity. In the second exemplary embodiment, an ion current of about 100 nano-amps leaves the needle 10 while it is expected that only one ion of 10,000 ions reached the first nozzle 120. Spraying in a vacuum increases the proportion of ions that reach nozzle 220, to at least 1 in 100.

Das Einlaßrohr 12 kann bei jedem der beschriebenen Ausführungsbeispiele so an einen Flüssigkeitschromatographen angeschlossen sein, daß es dessen Ausfluß aufnimmt, so daß das Massenspektrometer als empfindlicher Fühler oder Detektor für den Chromatographen wirkt.The inlet pipe 12 can in each of the described embodiments be connected to a liquid chromatograph so that it picks up its effluent so that the mass spectrometer acts as a sensitive probe or detector for the chromatograph.

Die Erfindung besteht daher in einem Verfahren und Gerät für spektromotrische Analysen von Materialien, die bislangThe invention therefore consists in a method and apparatus for spectrometric analyzes of materials that have hitherto

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nicht für derartige Analysen geeignet waren, und stellt ferner eine vorteilhafte Erweiterung des Anwendungsbereiches von Flüssigkeitschromatographen dar.were not suitable for such analyzes, and also represents an advantageous extension of the field of application of liquid chromatographs.

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Claims (22)

PatentansprücheClaims 1./ Verfahren zum Ionisieren eines Materials und zum Eingeben des ionisierten Materials in ein Massenspektrometer, dadurch gekennzeichnet, daß das Material in einem Lösungsmittel aufgelöst v/ird, das aufgelöste Material zusammen mit dem lösungsmittel durch einen Bereich so hoher elektrischer Beanspruchung geleitet wird, daß das Material ionisiert wird, daß das lösungsmittel verdampft und dabei das ionisierte Material vom lösungsmittel weitgehend getrennt wird und daß dann das ionisierte Material in das Massenspektrometer geleitet wird.1. / Method of ionizing a material and entering it of the ionized material in a mass spectrometer, characterized in that the material V / ird dissolved in a solvent, the dissolved material together with the solvent by a Area with such high electrical stress is conducted, that the material is ionized, that the solvent evaporates and the ionized material from the solvent is largely separated and that the ionized material is then passed into the mass spectrometer. 2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das- ionisierte Material längs einer Bahn beschleunigt wird, die in das Massenspektrometer führt, und das Ionisierte Material zu einem Strahl fokussiert wird.2. The method according to claim 1, characterized in that that the ionized material is accelerated along a path which leads into the mass spectrometer, and focusing the ionized material into a beam. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strahl ionisierten Materials abgelenkt wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that that the beam of ionized material is deflected. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ionisierte Material in dem Massenspektrometer weiter ionisiert wird.4. The method according to claim 1 or 2 or 3, characterized in that the ionized material is further ionized in the mass spectrometer. 5. Anwendung eines Massenspektrometers als Fühler für einen 'Plüssigkeitschroinatographen, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausfluß des Flüssigkeitschromatographen durch einen Bereich so hoher elektrischer Beanspruchung geleitet wird, daß der Ausfluß ionisiert wird, und daß der ionisierte Ausfluß dann in das Massenspektrometer geleitet wird.5. Using a mass spectrometer as a probe for one '' Liquid chromatographs, characterized in that that the outflow of the liquid chromatograph is passed through an area of so high electrical stress that the effluent ionizes and that the ionized effluent is then passed into the mass spectrometer. 009845/1677009845/1677 BAD ORIGINALBATH ORIGINAL 20 209Λ720 209Λ7 6. Verfahren nach Anspruch 5> d a d u r c h g e k e η η ζ eic h net, daß der ionisierte Ausfluß zusätzlich längs einer in Richtung auf das Massenspektrometer führenden Bahn beschleunigt und der ionisierte Ausfluß zu einem Strahl fokussiert wird. ■ .6. The method according to claim 5> d a d u r c h g e k e η η ζ eic h net that the ionized discharge is additional along a leading in the direction of the mass spectrometer Orbit is accelerated and the ionized effluent is focused into a beam. ■. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, da du r e h g e ken η ζ ei c h ή e t, daß der Strahl des ionisierten Ausflusses abgelenkt wird«7. The method according to claim 5 or 6, since you r e h g e ken η ζ ei c ή e t that the beam of the ionized discharge is deflected « 8. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6 oder 7, dadurch " g e k e η η ζ e i c h η e t, daß der ionisierte Ausfluß in Hem Massenspektrometer weiter ionisiert wird.8. The method according to claim 5 or 6 or 7, characterized in that " g e k e η η ζ e i c h η e t that the ionized effluent is further ionized in the Hem mass spectrometer. 9. Gerät zum Ionisieren eines Materials und Eingeben des ; ionisierten Materials in ein Massenspektrometer, d a d u r c h ge kenn ζ ei ohne t, daß das Gerät eine hohle Nadel (10), eine zumindest an der Spitze (14) der Nadel (10) einen Bereich so hoher elektrischer Bean- ■' spruchüng; ausbildende Vorrichtung, daß in Lösungsmittel ■ aufgelöstes Material ionisiert wird, eine das Lösungsmittel verdampfende Vorrichtung, eine das im Lösungsmittel aufgelöste Material durch die Nadel (10) leitende Vorrichtung | und eine die dabei gebildeten Ionen des Materials anziehende und zu einem Strahl fokussierende"Vorrichtung (16 oder· 116) enthält und daß das Ionisiergerät derart ausgebildet und angeordnet ist, daß es den Ionenstrahl in das Massenspektrometer leitet. 9. Device for ionizing a material and entering the ; ionized material in a mass spectrometer, characterized in that the device has a hollow needle (10), one at least at the tip (14) of the needle (10) an area of such high electrical stress; A device that forms the material dissolved in the solvent is ionized, a device that evaporates the solvent, a device that conducts the material dissolved in the solvent through the needle (10) and a device (16 or 116) which attracts the ions of the material thereby formed and focuses them into a beam, and in that the ionizing device is constructed and arranged in such a way that it directs the ion beam into the mass spectrometer. 10. Ionisiergerät nach Anspruch 9V dad ure hg e k e ri η ze i c h η e t, daß es ein Mittel· enthält, -das aus der Nadelspitze (H) austretenden Tropfen Wärme zu-*10. Ionizer according to claim 9V dad ure hg e k e ri η show that it contains a means -that drops of heat emerging from the needle tip (H) * führt. .■-■.■■ ■ -■ -■·.■ ■·■;.- ,·.-....·■leads. . ■ - ■. ■■ ■ - ■ - ■ ·. ■ ■ · ■; .-, ·.-.... · ■ 009845/1677 '009845/1677 ' BAD ORIGINALBATH ORIGINAL 202Ü947202Ü947 11. Ionisiergerät, nach. Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das den Tropfen Wärme zuführende Mittel ein Gas umfaßt, durch das die Tropfen hindurchgeleitet werden, und daß dieses Gas nicht soweit ioni-11. Ionizer, according to. Claim 10, characterized in that that the means for supplying heat to the droplets comprises a gas through which the droplets are passed and that this gas is not ionic ■ sierbar ist, daß es eine hinreichende Ionisation der Tropfen verhindert. -It is possible that there is sufficient ionization of the droplets prevented. - 12. Ionisiergerät nach Anspruch 11, dadurch gekenn ze ichnet, daß es eine das Gas ständig oder periodisch erneuernde Vorrichtung enthält, um zu verhindern, daß das Gas zu stark abkühlt und daß sich ein explosives12. Ionizer according to claim 11, characterized ze ichnet that there is a constant or gas contains periodically renewing device to prevent the gas from cooling too much and an explosive Gas/Lösungsmittel-Gemisch ausbildet. · ™ Forms a gas / solvent mixture. · 13. Ionisiergerät nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das den Tropfen Y/ärme zuführende Mittel eine Ultraviolett- oder Infrarot-Strahlenquelle (130 oder 230) enthält.13. Ionizing device according to claim 10, characterized in that the drop Y / poor feeding Means a source of ultraviolet or infrared radiation (130 or 230). 14. Ionisiergerät nach einem der Ansprüche 9 - ^,dadurch gekennzeichnet, daß es eine das lösungsmittel von den Ionen vor dem Eintritt des Ionenstrahls in das Massenspektrometer trennende Vorrichtung (20, 24; 120, 124; 220) enthält.14. Ionizer according to one of claims 9 - ^, characterized characterized in that it removes the solvent from the ions prior to the entry of the ion beam in the mass spectrometer separating device (20, 24; 120, 124; 220). 15. lonisiergerät nach Anspruch 14, cL a .& u r c h gekennzeichnet, daß die das Lösungsmittel von den Ionen trennende Vorrichtung ein Düsensystem (20, 24; 120, 124; 220) enthält, in dem die Ionen beschleunigt werden und eine Stoßwelle erzeugt wird, die bewirkt, daß die verhältnismäßig leichten Moleküle und Ionen des Lösungsmittels abgelenkt und die verhältnismäßig schweren Moleküle des Ionenstrahls nicht abgelenkt, sondern durch das Düsensystem geleitet werden.15. ionizing device according to claim 14, cL a. & U r c h characterized in that the solvent of the ion separating device comprises a nozzle system (20, 24; 120, 124; 220), in which the ions are accelerated and a shock wave is generated which causes the relatively light molecules and ions of the solvent deflected and the relatively heavy molecules of the ion beam are not deflected, but by the Nozzle system. 16. lonisiergerät nach Anspruch 15» d a d u r c h g e kennzeichnet, daß es eine oder mehrere Vakuum-16. Ionizing device according to claim 15 »d a d u r c h g e indicates, that there is one or more vacuum 009845/1677 : 009845/1677 : pumpen enthält, die an das Düsensystem (20, 24-; Τ2Ό, 124-; 220) angeschlossen sind, um das abgetrennte lösungsmittel zu "beseitigen.contains pumps that are connected to the nozzle system (20, 24-; Τ2Ό, 124-; 220) are connected to the separated solvent to eliminate. 17. Ionisiergerät nach Anspruch 15 oder 16, da d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t, daß es eine geladene, mit einer Öffnung versehene Platte (16 oder 116) enthält, die mit der Öffnung (18 oder 118) in der Nähe der Spitze (14) der Nadel (10) angeordnet ist, so daß die Ionen auf das Düsensystem fokussiert und beschleunigt werden.17. Ionizer according to claim 15 or 16, since d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t that it contains a charged plate (16 or 116) provided with an opening which with the opening (18 or 118) near the tip (14) the needle (10) is arranged so that the ions on the The nozzle system can be focused and accelerated. 18. Ionisiergerät nach Anspruch 15 oder 16 oder 17, da -_ ^ d u rc h g e k e η η ζ ei oh η c t, daß das Lüsensystem zwei Düsen (20 Und 24 oder T20 und 124) enthält, die in axialer Richtung relativ zueinander verschiebbar sind, so daß die Bildung der Stoßwelle modifizierbar ist'«18. Ionizer according to claim 15 or 16 or 17, since -_ ^ d u rc h g e k e η η ζ ei oh η c t that the Lüs system contains two nozzles (20 and 24 or T20 and 124), which are displaceable relative to one another in the axial direction so that the formation of the shock wave can be modified '" 19. Ionisiergerät nach Anspruch 13, dad u rc h g e ken η zeichnet, daß es eine die Absorption der Strahlung durch die Tropfen überwachende Vorrichtung (254) enthält.19. Ionizer according to claim 13, dad u rc h g e ken η indicates that there is an absorption of the Contains radiation from the drop monitoring device (254). 20. Ionisiergerät nach Anspruch 19, d a, d u r c h g e — k e nn ζ eic hn e tt daß es eine die von der Strahlungsquelle (230) abgegebene Strahlung; überwachende Vor— ä richtung (264) und eine die von der Strahlungsquelle (230) ' abgegebene Strahlung und/oder eine einstellbare Blende20. Ionizer according to claim 19, because, durchge - ke nn ζ eic hn et t that there is a radiation emitted by the radiation source (230); Control pre-like device (264) and an adjustable diaphragm of the radiation source (230) 'emitted radiation and / or (250) in'Abhängigkeit von der Differenz der Ausgangssignale der beiden Überwachungsvorrichtungen (254» 264) derart steuernde Vorrrichtung (270, 272) enthält, daß die. Intensität oder der Betrag der die Tropfen erreichenden Strahlung geändert wird.(250) as a function of the difference between the output signals of the two monitoring devices (254 »264) so controlling device (270, 272) that the. The intensity or the amount of radiation reaching the drops is changed. 21. Verfahren nach, einem der Ansprüche 1-8, d a d u r ch g e kenn ζ e i c h η e t, daß das Massenspektrometer einen magnetischen Analysator, durch den Ionen geleitet ' . '21. The method according to any one of claims 1-8, d a d u r ch g e know that the mass spectrometer a magnetic analyzer through which ions passed '. ' 009845/1677009845/1677 20209A720209A7 werden, bevor sie einen Kollektor erreichen, und eine das Magnetfeld des magnetischen Analysators durch einen Feldstärkebereich hindurch derart ändernde Vorrichtung enthält, daß der jeweilige Zeitpunkt, in dem Ionen den Kollektor während einer solchen Änderung (die auch als zeitliche Auslenkung des Magnetfeldes bezeichnet werden kann) erreichen, ein Maß für die jeweilige Masse der Ionen ist.before they reach a collector, and one the magnetic field of the magnetic analyzer through one Field strength range through such changing device contains that the respective point in time at which the ions Collector during such a change (which is also referred to as the temporal deflection of the magnetic field can), is a measure of the respective mass of the ions. 22. Analysiergerät nach einem der Ansprüche 9-20, d. a -. α durch .gekennzeichnet, daß das Massenspektrometer einen magnetischen Analysator, durch den Ionen geleitet werden, bevor sie einen Kollektor erreichen, und eine das Magnetfeld des magnetischen Analysators durch einen Feldstärkebereich hindurch derart ändernde Vorrichtung enthält, daß der jeweilige Zeitpunkt,, in dem Ionen den Kollektor während einer solchen Änderung (die auch als zeitliche Auslenkung des Magnetfeldes bezeichnet werden kann) erreichen, ein Maß für die jeweilige Masse der Ionen ist.22. Analyzer according to one of claims 9-20, d. a -. α by .gekisiert that the mass spectrometer a magnetic analyzer through which ions are passed before they reach a collector, and a device which changes the magnetic field of the magnetic analyzer in this way through a field strength range contains that the respective point in time, in which ions the Collector during such a change (which is also referred to as the temporal deflection of the magnetic field can), is a measure of the respective mass of the ions. 9845/16779845/1677 BAD ORiGINALBAD ORiGINAL
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2457562A1 (en) * 1979-05-25 1980-12-19 Hewlett Packard Co APPARATUS FOR ANALYZING LIQUID SAMPLES USING A MASS SPECTROMETER

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