DE3717859C2 - Ionenquelle für ein Massenspektrometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Ionenquelle zur Verwendung in einem Massenspektrome­ ter entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zum Einführen von flüssigen Proben in die Ionenquelle eines Massenspektrometers sind bisher Anordnungen verschiedener Bauweise bekannt geworden. Eine gat­ tungsgemäße Vorrichtung ist in dem Japanischen Gebrauchsmuster 61-116065 be­ schrieben und in Fig. 1 schematisch dargestellt.

Das Innere eines in der Fig. 1 dargestellten Gehäuses einer Ionenquelle ist evaku­ iert. Innerhalb des Gehäuses 1 sind eine Ionisationskammer 2, scheibenförmige Blenden 3 und ein Strahlenbündelgenerator 4 angeordnet. Ein Ende eines Einlaß­ rohres 5 ist mit einem Flüssigkeitschromatographen 6 verbunden. Das andere Ende des Einlaßrohres 5 erstreckt sich durch einen Endflansch 7 hindurch in die Ionisati­ onskammer 2. Zwischen dem Flansch 7 und dem Einlaßrohr 5 ist ein Haltering 8 vorgesehen. Ein aus rostfreiem Stahl gefertigtes Rohr 9 umgibt das innerhalb der Ionisationskammer 2 befindliche vordere Ende des Einlaßrohres 5. Am Rohr 9 ist ein poröses Element 10 befestigt, das als Stopfen für das offene Ende des Einlaßrohres 5 wirkt. Da eine abstoßende Spannung über eine Elektrode R an das Rohr 9 gelegt wird, ist ein in der Ionisationskammer 2 befestigter Isolierring 11 auf das Rohr 9 auf­ gesetzt. Das poröse Element 10 ist z. B. ein Filter, der aus Fritten besteht, die durch Sintern von gepulvertem rostfreien Stahl hergestellt sind. Der aus dem Chromato­ graphen 6 austretende Flüssigkeitsstrom wird durch das Einlaßrohr 5 und das porö­ se Element 10 in die Ionisationskammer 2 eingeführt. Der Strahlenbündelgenerator 4 richtet ein Strahlenbündel B, z. B. ein Neutralteilchenbündel, ein Bündel aus gelade­ nen Teilchen oder ein Laserstrahlenbündel auf das poröse Element 10, um den Flüssigkeitsstrom zu ionisieren. Die entstehenden Ionen I werden durch die Blenden 3 in einen (nicht dargestellten) Massenanalysator geleitet.

Der Volumendurchsatz des Flüssigkeitsstroms aus dem Chromatographen 6 liegt z. B. im Bereich von 10 bis 100 µl/min. während der des Flüssigkeitsstroms, der in die Ionisationskammer 2 eingeführt werden kann, ungefähr 1 µl/min beträgt. Somit wird der Anteil, d. h. 9/10 bis 99/100, des Flüssigkeitsstroms, der nicht in die Ionisations­ kammer 2 einführbar ist, über ein Ablaßrohr 12 und ein Strömungssteuerventil 13 nach außen ausgetragen. Bei dieser Anordnung haben entweder die am Strö­ mungssteuerventil 13 auftretenden Änderungen des Volumendurchsatzes oder die Änderungen des Volumendurchsatzes des Flüssigkeitsstromes aus dem Chromato­ graphen 6, die aufgrund von Pulsationen entstehen, die von der die Flüssigkeit för­ dernden Pumpe erzeugt werden, eine erhebliche Wirkung auf den Volumendurch­ satz des Flüssigkeitsstroms, der über das poröse Element 10 in die Ionisationskam­ mer 2 eingeführt wird.

Es sei angenommen, daß der Flüssigkeitsstrom aus dem Chromatographen 6 einen Volumendurchsatz von 101 µl/min hat, und daß der Flüssigkeitsstrom in das poröse Element 10 und in das Ablaßrohr 12 mit einem Volumendurchsatz von 1 µl/min bzw. 100 µl/min einläuft. Ändert sich der Volumendurchsatz am Strömungssteuerventil 13 um nur etwa +/- 0,5%, d. h. 0,5 µl/min. aufgrund von Änderungen der Betriebsbe­ dingungen wie Temperatur, dann beträgt die Änderung des Volumendurchsatzes des über das poröse Element 10 in die Ionisationskammer 2 eingeführten Flüssig­ keitstromes bis zu 50%, d. h. 1 +/- 0,5 µl/min. Ähnliche unerwünschte Folgen treten dann ein, wenn sich der Volumendurchsatz des vom Chromatographen 6 zugeführ­ ten Flüssigkeitsstroms ändert. Somit ändert sich auch die Menge der erzeugten Io­ nen in auffallender Weise, wodurch die Analyse beeinträchtigt wird. Ferner ergeben sich verschiedene andere Probleme, einschließlich größerer Änderungen des Druc­ kes innerhalb der Ionenquelle.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, den für die Ionisation vorgesehenen Teil eines Probenstromes auf einen gewünschten Wert einstellen zu können.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem kennzeichnen­ den Teil des Anspruches 1. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Fig. 2-6 er­ läutert. Es zeigt:

Fig. 1 einen Querschnitt einer bekannten Ionenquelle;

Fig. 2-4 Querschnitte verschiedener Ausführungsformen von erfindungsgemäßen Ionenquellen;

Fig. 5 einen Querschnitt eines luftdichten Behälters in den das Ablaßrohr der Ionenquelle mündet; und

Fig. 6 einen Querschnitt einer weiteren Ausführungsform einer Ionenquelle.

Die in der Fig. 2 dargestellte Ionenquelle ist der in der Fig. 1 dargestellten ähnlich, wobei jedoch eine Gasquelle 15, ein Gleichdruckventil 16 und ein Gaszuführrohr 17 hinzugefügt worden sind.

Die Gasquelle 15 liefert ein anorganisches Gas wie Stickstoff, Helium oder Argon über das Gaszuführrohr 17 in das Ablaßrohr 12 und in Richtung zum Strömungs­ steuerventil 13 hin mit einem Volumendurchsatz von z. B. etwa 100 cm³/min. Mittels des Gleichdruckventils 16 wird das Gas auf einem vorbestimmten Druck gehalten. Da im Ablaßrohr 12 der überschüssige Flüssigkeitsstrom und das unter konstantem Druck befindliche Gas gleichzeitig vorhanden sind, wird auf den überschüssigen Flüssigkeitsstrom ein konstanter Druck ausgeübt. Folglich kann der Druck innerhalb des porösen Elementes 10, das sich am vorderen Ende des Einlaßrohres 5 befindet, konstant gehalten werden, auch wenn sich der Volumendurchsatz des Flüssig­ keitsstroms aus dem Chromatographen 6 ändert.

Bei der in der Fig. 3 dargestellten Ausführungsform ist das Ablaßrohr 12 zusammen mit dem Einlaßrohr 5 in die Ionisationskammer 2 eingeführt. Das Einlaßrohr 5 ist in­ nerhalb der Ionisationskammer 2 mit dem Ablaßrohr 12 verbunden. Somit tritt ein Teil des vom Chromatographen 6 zugeführten Flüssigkeitsstroms am vorderen Ende des Einlaßrohrs 5 in das poröse Element 10 ein, während der Rest in das Ablaßrohr 12 geleitet wird.

Wie beschrieben, ist es somit erforderlich, durch Verwenden eines auf einem kon­ stanten Druck befindlichen Gases, einen Druck auf den im Ablaßrohr 12 befindlichen Flüssigkeitsstrom auszuüben. Dieses Erfordernis läßt sich auch mit der in der Fig. 4 dargestellten Anordnung erfüllen, bei der das Ablaßrohr 12 an einen luftdicht ver­ schlossenen Behälter 18 angeschlossen ist. Der überschüssige Flüssigkeitsstrom wird über das Ablaßrohr 12 in den Behälter 18 eingeführt und darin gesammelt. Ein Gaszuführrohr 17 ist mit dem Behälter 18 verbunden, um diesem das Gas mit einem konstanten Druck zuzuführen. Somit wird vom Gas ein konstanter Druck auf den im Ablaßrohr befindlichen Flüssigkeitsstrom ausgeübt. Falls erforderlich, kann am Be­ hälter 18 ein Leckventil vorgesehen sein, durch das das Gas in Form einer Leck­ strömung abgeleitet werden kann.

Fig. 5 zeigt einen luftdichten Behälter 18, der abgesehen von den nachstehenden Angaben dem in der Fig. 4 dargestellten Behälter 18 ähnlich ist. Der in der Fig. 5 dargestellte Behälter umfaßt einen Sammelteil 18a, einen Deckel 18b und ein Ge­ wicht 18c. Per Deckel 18b ist in senkrechter Richtung verschiebbar, ohne daß der luftdichte Abschluß mit dem Behälterteil 18a unterbrochen wird. Durch Ersetzen des Gewichtes 18c durch ein anderes läßt sich der Druck des Gases auf einen ge­ wünschten Wert einstellen. Diese Anordnung ist einfach, weil weder eine zusätzliche Gasquelle, noch ein Gleichdruckventil benötigt werden.

Fig. 6a zeigt eine Ionenquelle, die sich der Elektronenstoßionisation bedient. Diese Quelle ist mit einem Heizfaden 19 zum Erzeugen eines Elektronenstrahlenbündels e versehen, das durch die Ionisationskammer 2 und in eine Falle 20 läuft. Der von der Oberfläche des porösen Elementes verdampfende Flüssigkeitsstrom wird vom Elek­ tronenstrahlenbündel e ionisiert.

Fig. 6b zeigt eine Ionenquelle, die sich der chemischen Ionisation bedient. Diese Quelle ist mit einem Einlaßrohr 21 zum Einführen eines Reaktionsgases in die Ioni­ sationskammer 2 ausgestattet. Ein Heizfaden 19 erzeugt ein Elektronenstrahlenbün­ del e, das in die Ionisationskammer 2 gerichtet ist. Der Druck innerhalb der, Ionisati­ onskammer 2 wird bei einem für die chemische Ionisation geeigneten Wert, der z. B. in der Größenordnung von 133 Nm^-2 liegt, gehalten. Das Reaktionsgas wird zuerst vom Elektronenstrahlenbündel e ionisiert. Die entstehenden Ionen reagieren che­ misch mit dem von der Oberfläche des porösen Elementes 10 verdampfenden Flüs­ sigkeitsstrom, wodurch dieser ionisiert wird. Wird das im Flüssigkeitsstrom enthal­ tene Lösungsmittel als Reaktionsgas verwendet, kann auf das Einlaßrohr 21 ver­ zichtet werden.

Claims (4)

1. Ionenquelle zur Verwendung in einem Massenspektrometer, bestehend aus einer Ionisationskammer (2), einer Pumpeneinrichtung zum kontinuierlichen Zuführen einer flüssigen Probe, einem Einlaßrohr (5), dessen vorderes Ende zum Einführen eines Teils der von der Pumpeneinrichtung gelieferten flüssigen Probe innerhalb der Ionisationskammer (2) angeordnet ist, einer Einrichtung zum Ionisieren der in die Ionisationskammer (2) eingeführten Probe und einem mit dem Einlaßrohr (5) verbundenem Ablaßrohr (12) zur Ableitung des überflüssigen Probenteils, gekennzeichnet durch eine Gasquelle (15), die über ein Gaszuführrohr (17) mit dem Ablaßrohr (12) in Verbindung steht und in diesem einen konstanten Druck bewirkt.

2. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ändern der Menge der in die Ionisationskammer (2) eingeführten flüssigen Probe der konstante Druck der Gasquelle (15) einstellbar ist.

3. Ionenquelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaßrohr (12) mit dem vorderen Ende des Einlaßrohrs (5) verbunden ist.

4. Ionenquelle nach einem der Ansprüche 1-3 dadurch gekennzeichnet, daß das Gaszuführrohr (17) und das Ablaßrohr (12) mit einem Behälter (18) verbunden sind, der teilweise mit dem Gas der Gasquelle und zum anderen Teil mit der überflüssigen Probenflüssigkeit gefüllt ist.