DE60038033T2

DE60038033T2 - Atmosphärendruckphotoionisation : ein neues ionisationsverfahren für flüssigchromatographie-massenspekrometrie

Info

Publication number: DE60038033T2
Application number: DE60038033T
Authority: DE
Inventors: Damon B. Oakland ROBB; Andries Pieter Bruins
Original assignee: MDS Inc
Current assignee: Nordion Inc
Priority date: 1999-10-29
Filing date: 2000-10-26
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2020-10-27
Also published as: DE60038033D1; CA2386832A1; ATE386335T1; AU772052B2; AU1122101A; JP2003515105A; WO2001033605A3; EP1226602B1; WO2001033605A9; EP1226602A2; WO2001033605A2; CA2386832C; US6534765B1; JP4600909B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Flüssigchromatographie (LC) und Massenspektrometrie (MS). Genauer gesagt befasst sich diese Erfindung sowohl mit einem Verfahren als auch einer Vorrichtung zur Bereitstellung einer verbesserten Bildung und Detektion von Ionen durch den Einsatz von Photoionisation (PI) in Verbindung mit LC und MS.
STAND DER TECHNIK
Während Atmosphärendruck-Photoionisation (APPI) bekannt ist, wurde diese bisher nicht auf die Flüssigchromatographie-Massenspektrometrie (LC-MS) angewandt. Darüber hinaus gibt es trotz des langjährigen Einsatzes von Photoionisationsdetektion (PID) in Verbindung mit Gaschromatographie (GC) nur vereinzelte Berichte von Anwendungen, bei denen PI mit LC kombiniert wird.
Photoionisationsdetektion in GC umfasst üblicherweise den Einsatz einer Entladungslampe, die Vakuum-Ultraviolett-(VUV-)Photonen erzeugt. Wenn einer dieser Photonen von einem Molekül in dem Säulenelutionsmittel absorbiert wird, das ein erstes Ionisationspotenzial (IP) aufweist, das niedriger als die Photonenenergie ist, kann es zur Einzelphotonenionisation kommen. Die dadurch erzeugten Photoionen werden als durch eine geeignete Sammelelektrode fließender Strom detektiert; durch Plotten über der Zeit des während eines chromatographischen Durchlaufs detektierten Stroms kann ein Chromatogramm erhalten werden. Für PID-GC ist die Entladungslampe normalerweise so gewählt, dass die Energie der Photonen größer als das IP des Analyts ist, jedoch unter dem IP des Trägergases liegt, wobei organische Moleküle mehrheitlich Ionisationspotenziale im Bereich von 7 bis 10 eV aufweisen; herkömmliche GC-Trägergase weisen höhere Werte auf, wie z. B. Helium mit 23 eV.
Die Ionisation des Analyts kann anschließend selektiv erfolgen, und es können niedrige Hintergrundströme erzielt werden.
In der Literatur gibt es wenige frühere Berichte, die sich mit der Kombination von LC und PI befassen (Schermund, J. T., Locke, D. C., Anal. Lett. 8, 611–625 (1975); Locke, D. C., Dhingra, B. S., Baker, A. D., Anal. Chem. 54, 447–450 (1982); Driscoll, J. N., Conron, D. W., Ferioli, P., Krull, I. S., Xie, K.-H., J. Chromatogr. 302, 43–50 (1984); De Wit, J. S. M., Jorgenson, J. W., J. Chromatogr. 411, 201–212 (1987)). Diese stützten sich jedoch ebenfalls auf die direkte Detektion des Photoionenstroms ohne Massenanalyse. Selektive Ionisation war in diesen Versuchen auch möglich, da die herkömmlichen LC-Lösungsmittel auch relativ hohe IP aufweisen (Wasser, IP = 12,6 eV; Methanol, IP = 10,8 eV; Acetonitril, IP = 12,2 eV). Folglich glichen diese Verfahren der in Verbindung mit GC angewandten Photoionisationsdetektion. In den meisten Fällen wurde das flüssige Elutionsmittel aus der LC-Säule vollständig verdampft, bevor es in den Ionisationsbereich gelangte, und die Ionisation fand in der Dampfphase statt. Eine dieser Studien umfasste jedoch die direkte Photoionisation des Flüssigphasenelutionsmittels (Locke, D. C., Dhingra, B. S., Baker, A. D., Anal. Chem. 54, 447–450 (1982)). Eine als WO 95/34089 veröffentlichte internationale Patentanmeldung offenbart auch die Photoionisation einer flüssigen Probe. Die Probe wird zerstäubt, um ein Elektrospray aus flüssigen Teilchen zu bilden, die durch eine Ionisationskammer eines Massenspektrometers geleitet werden.
Sollen Spurenmengen des Analyts in Gegenwart eines großen Überschusses von Trägergas oder Lösungsmittel detektiert werden, und wird ausschließlich der Ionenstrom gemessen, ist es wesentlich, dass die Photoionisation selektiv ist. Andernfalls könnten aus dem Trägergas oder Lösungsmittel erzeugte Ionen die Analytionen von Interesse zahlenmäßig weit übertreffen. Diese Erfordernis erübrigt sich jedoch, wenn ein Massenanalysator eingesetzt wird, um die Photoionen vor der Detektion zu trennen, und zwar zur Trennung von gewünschten Analytionen von anderen ionisierten Spezies, wie jenen, die aus Lösungsmittelmolekülen oder Verunreinigungen entstehen.
Es gibt auch eine kleine Anzahl an Berichten über mit Massenspektrometrie kombinierte APPI. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung wissen von lediglich drei Berichten über eine echte Massenanalyse von bei Atmosphärendruck erzeugten Photoionen (Revel'skii, I. A.; Yashin, Vosnesenskii, V. N.; Y. S.; Kurochkin, V. K.; Kostyanovskii, R. G., Izv. Akad. Nauk SSSR, Ser. Khim. 9, 1987–1992 (1986); Revel'skii, I. A.; Yashin, Y. S.; Kurochkin, V. K.; Kostyanovskii, R. G., Chemical and Physical Methods of Analysis, 243–248 (1991), übersetzt aus Zavodskaya Laboratoiya 57, 1–4 (1991); Revel'skii, I. A.; Yashin, Y. S.; Voznesenskii, V. N.; Kurochkin, V. K.; Kostyanovksii, R. G., UdSSR-Erfinderschein 1159412 (1985)), obwohl es zahlreiche Beispiele für APPI gibt, die mit Ionenmobilitätsspektrometrie (IMS) gekoppelt ist (Baim, M. A., Eatherton, R. L., Hill Jr., H. H., Anal. Chem. 55, 1761–1766 (1983); Leasure, C. S., Fleischer, M. E., Anderson, G. K., Eiceman, G. A., Anal. Chem. 58, 2142–2147 (1986); Spangler, G. E., Roehl, J. E., Patel, G. B., Dorman, A., US-Patent 5.338.931 (1994); Doering, H.-R.; Arnold, G.; Adler, J.; Roebel, T.; Riemenschneider, J.; US-Patent 5.968.837 (1999)). In jenen drei Arbeiten, die APPI-MS-Versuche beschreiben, welche die Durchführbarkeit der Kombination nachweisen, wurde eine direkte Analyse eines Gasgemisches von Proben in einem Heliumträgergasstrom durchgeführt. Eine Wasserstoffentladungslampe (hn = 10,2 eV) wurde angewandt, um Ionen aus dem Gasgemisch zur Analyse mittels eines Quadrupol-Massenspektrometers zu bilden. Es stellte sich heraus, dass die relativ große Anzahl an Probenionen in den aus dem Probengemisch erhaltenen Spektren signifikanterweise von der Probenkonzentration abhing. Bei hohen Probenkonzentrationen verzerrten die Ion-Molekül-Reaktionen, insbesondere die Ladungs-(Elektronen-)Übertragung, das Aussehen der Massenspektren: diese Ladungsübertragung bewirkte, dass der Hauptanteil der Ladung zu den Spezies mit dem niedrigsten IP übertragen wurde. Weiters wurde festgestellt, dass überwiegend Molekül- oder Quasi-Molekül-Ionen durch PI bei Atmosphärendruck gebildet werden, was darauf hinweist, dass es während der Ionisation zu einer geringen Fragmentierung kommt. Wenn schließlich der Lösungsmitteldampf (Wasser oder Methanol) in das im Heliumstrom transportierte Probengemisch eingeführt wurde, wurde eine Abnahme der Verfahrensempfindlichkeit beobachtet.
In Bezug auf eine mögliche Kombination von APPI mit IC-MS erweist sich die Erkenntnis, dass Lösungsmitteldampf die Wirksamkeit der Ionenbildung verringert, als problematisch. Diese Wirkung war jenen Forschern bekannt, die zuletzt and PID-LC forschten und beschrieben, wie verdampfte Lösungsmittelmoleküle die Photonen absorbieren, wodurch der zur Bildung von Photoionen aus der Probe zur Verfügung stehende Stromfluss verringert wird (De Wit, J. S. M., Jorgenson, J. W., J. Chromatogr. 411, 201–212 (1987)). Eine weitere interessante Beobachtung, die sich aus frühen APPI-MS-Studien ergibt, ist die Wirkung, die Ladungsübertragungsreaktionen auf das Endaussehen von Spektren haben. Diese Beobachtung deutet auf die Tatsache hin, dass die relativ große Ionenanzahl in einem APPI-Spektrum von den Reaktionen abhängt, die die ursprünglichen Photoionen vor der Massenanalyse erfahren. Wie allgemein für Atmosphärendruck-Ionisationsverfahren gilt, sichert die hohe Zusammenstoßfrequenz, dass Spezies mit hoher Protonenaffinität und/oder niedrigen Ionisationspotenzialen dazu neigen, die erhaltenen Spektren der positiven Ionen zu dominieren, wenn keine speziellen Maßnahmen ergriffen werden, um Ionen aus der Quelle zu messen, bevor es zu signifikanten Reaktionen kommt, wobei im Fall von Atmosphärendruckionisation von negativen Ionen Moleküle mit hoher Gasphasenazidität oder hoher Elektronenaffinität die Spektren der negativen Ionen dominieren.
Viele herkömmliche LC-MS-Instrumente stützen sich auf eine Koronaentladung zur Förderung der Ionisation. Eine herkömmliche Anordnung stellt einen Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung bekannten beheizten Zerstäuber zum Zerstäuben und Verdampfen einer Probenlösung bereit, wobei die Probe nach einem Flüssigchromatographieschritt eingeführt wird. Die Probe kann auch nach einem anderen Flüssigphasentrennverfahren oder aus einer Flüssigkeitszufuhrvorrichtung eingeführt werden, die keinen Trennungsschritt umfasst (siehe nachstehende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform).
Eine Koronaentladung (CD) weist ihre eigenen Erfordernisse auf. In der CD-Quelle ist ein hohes Potenzial erforderlich, um die Entladung zu bewirken und beizubehalten, was die Anwendung von einzelnen Ionentransportmechanismen einschränkt. Ein Rohr kann nicht verwendet werden, um Ionen aus der CD zu transportieren, da ein zum Transportieren eingesetztes Rohr sehr nahe an der Ionenquelle angeordnet sein muss, um irgendeine Wirkung auszuüben; eigentlich muss es diese umschließen. Damit die CD-Quelle jedoch funktioniert, muss an der Nadelspitze ein starkes elektrisches Feld angelegt sein, und wenn dieses Feld durch Anlegen des Potenzials zwischen der Nadel und dem Transportierungsrohr aufrechterhalten wird, gehen die gebildeten Ionen aufgrund der Beschleunigung aus dem elektrischen Feld rasch zum Rohr verloren; wenn das Rohr hingegen bei einem Potenzial gehalten wird, das fast dem der Nadel entspricht, minimiert sich der Ionenverlust aus dem obigen Mechanismus, wobei weniger Ionen gebildet werden, da kein ausreichend hohes Feld um die Nadel herum besteht.
APCI kann auch mittels energiereicher Elektronen initiiert werden, die aus einer radioaktiven 63Ni-Folie emittiert werden, die in einem engen Rohr platziert ist, und zwar in einer Anordnung, welche dem Elektroneneinfangdetektor für GC ähnelt. Eine 63Ni-Folie wurde in einer der frühen Anwendungen der Atmosphärendruckionisations-Massenspektrometrie als Detektor für LC erfolgreich eingesetzt (Horning, E. C., Carroll, D. I., Dzidic, I., Haegele, K. D., Horning, M. G., Stillwell, R. N., J. Chromatogr. Science 12, 725–729 (1974)). Ein schwerer praktischer Nachteil einer 63Ni-Folie ist jedoch die Erfordernis, Vorsichtsmaßnahmen und rechtlichen Bestimmungen in Zusammenhang mit radioaktivem Material nachzukommen.
In der APPI-Quelle liegen keine derartigen Einschränkungen vor, da die Ionisation von dem Potenzial abhängt, bei dem die Vorrichtung gehalten wird, und keine radioaktiven Materialien eingesetzt werden. Dadurch kann die Position und Form des Transportrohrs ohne Rücksicht auf die Beibehaltung einer stabilen Entladung (ein weiterer einschränkender Faktor der CD-Quelle) ausgewählt werden. Das Potenzial auf dem Rohr kann darüber hinaus getrennt gesteuert werden, um den Transport von Ionen in Richtung Öffnung, wo Messung stattfindet, zu optimieren. Zu der Ionenquelle kann auch ein zusätzliches elektrostatisches Ionenfokussierungselement oder – elemente zugesetzt werden, ohne den Ionisationsvorgang zu beeinflussen, was ein einzigartiges Merkmal von APPI ist (nicht für die Koronaentladung oder Elektrosprayionisation geeignet).
Bei APPI kommt es in dem Transportrohr zwischen dem Dotierungsmaterial Photoionen, den Lösungsmittelmolekülen und den Analytmolekülen zu Ionen-Molekül-Reaktionen, mit dem Ergebnis, dass Ladung zu den Analytmolekülen (bei günstigen thermodynamischen Bedingungen) übertragen wird.
Die Idee, ein Dotierungsmaterial zur Erhöhung der Wirksamkeit der Ionenbildung mittels APPI einzusetzen, ist nicht vollkommen neu, da es mehrere berichtete Fälle gegeben hat, bei denen Dotierungsmaterial in Zusammenhang mit Atmosphärendruckionisation eingesetzt wurden. Der Einsatz von Aceton und Toluol als Dotierungsmaterial zur Erhöhung der Empfindlichkeit von PI-IMS ist beispielsweise in der Patentanmeldung WO 93/22033 und im US-Patent 5.968.837 beschrieben. Darüber hinaus wurden auch Benzol umfassende Ladungsaustauschreaktionen erfolgreich ausgewertet, um die Empfindlichkeit von Koronaentladungsionisationen gegenüber Proben mit geringer Protonenaffinität zu erhöhen (Ketkar, S. N., Dulak, J. G., Dheandhanoo, S., Fite, W. L., Anal. Chim. Acta. 245, 267–270 (1991)). Im US-Patent 5.971.185 ist die Verdampfung und Ionisation von Analyten geoffenbart, die aus einer Kapillare in Flüssigphase oder flüssiger Lösung durch die Zugabe einer lichtabsorbierenden Komponente zu dem Trennpuffer oder Lösungsmittel eluiert wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung sind zu der Erkenntnis gekommen, dass, während Post-Ionisations-Reaktionen die Analyse von APPI-Massenspektren gegebenenfalls verkomplizieren, diese Reaktionen dazu eingesetzt werden können, eine erhöhte Empfindlichkeit bereitzustellen. Bei Durchführung einer wie oben beschriebenen PI von verdampften LC-Elutionsmitteln ist die direkte PI eines Analytmoleküls aufgrund des Überschusses von Lösungsmittelmolekülen, die gegebenenfalls auch den eingeschränkten Photonenfluss absorbieren, statistisch unwahrscheinlich. Die bislang für PI-LC eingesetzten Lampen wiesen alle eine Photonenenergie auf, die unter den IP der meisten herkömmlich eingesetzten LC-Lösungsmitteln lag. Dadurch wird die Ionisation des Lösungsmittels im Wesentlichen verhindert, wobei das Lösungsmittel dennoch die Strahlung absorbiert, was die Ionisation des gewünschten Analyts verhindert. Die Gesamtionenbildung in diesen Versuchen war relativ gering.
Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben darüber hinaus erkannt, dass die Anzahl der von einer Entladungslampe gebildeten Ionen stark erhöht werden kann, wenn der Prozentsatz von ionisierbaren Molekülen in dem verdampften LC-Elutionsmittel auf eine signifikante Fraktion der Gesamtmenge erhöht wird. Dies kann auf zwei Wegen erzielt werden: 1) Einsatz einer energiereicheren Entladungslampe, sodass die Lösungsmittelmoleküle selbst ionisiert werden; und 2) Zugabe einer großen Menge eines Dotierungsmaterials mit einem IP unter der Photonenenergie zu dem flüssigen Elutionsmittel oder zu dem aus dem Elutionsmittel gebildeten Dampf. Wenn die Rekombinationsenergie des gewählten ionisierbaren Moleküls relativ hoch ist oder wenn dessen Protonenaffinität niedrig ist, können die Photoionen dieses Moleküls durch Protonen- oder Ladungsübertragung mit in dem Ionisationsbereich vorliegenden Spezies reagieren. Zur Bildung von negativen Analytionen können andere Mechanismen verantwortlich sein; unter anderem Resonanzelektroneneinfang, dissoziativer Elektroneneinfang, Ionenpaarbildung, Protonenübertragung und Elektronenübertragung. Da der Ionisationsbereich unter Atmosphärendruck steht, sichert die hohe Zusammenstoßrate, dass die Ladung auf den Photoionen wirksam auf den Analyt übertragen wird, mit der Maßgabe, dass die thermodynamischen Bedingungen günstig sind. Natürlich kann es, je nach in dem Reaktionsbereich vorliegenden Verunreinigungen, auch zu einer beliebigen Anzahl an konkurrierenden Reaktionen kommen.
Bei dem oben zur Erhöhung der Ionenproduktion beschriebenen ersten Verfahren (1) besteht das praktische Problem, dass es gegenwärtig an einem Fenstermaterial mangelt, das sowohl gegenüber den erforderlichen energiereichen Photonen transparent als auch in der Gegenwart von Wasser stabil ist. Darüber hinaus geht der Einsatz einer energiereichen Lampe zwangsläufig mit einem Verlust der Selektivität bei der Ionisation einher. Für viele Anwendungen ist hohe Selektivität jedoch nicht erwünscht, da bei unbekannten Probenkomponenten ein universelles, nicht-selektives Ionisationsverfahren erwünscht ist. Die vorliegende Erfindung gedenkt, das Lösungsmittel selbst durch den Einsatz einer geeigneten Lampe anzuregen. Der Vorteil des oben beschriebenen zweiten Verfahrens (2) liegt neben der Stabilität des Lampenfensters darin, dass die anfänglichen Reagenzionen ausgewählt werden können; dies ist zwar auch mit (1) möglich, aber es gibt weniger Möglichkeiten.
Ferner können in der vorliegenden Erfindung für die PI sämtliche Lampentypen eingesetzt werden, Impulslampen genauso wie Dauerleistungslampen; in der bevorzugten Ausführungsform wird eine Dauerleistungslampe eingesetzt. Die PI wird anschließend (bei sämtlichen Flüssigprobenverfahren, mit oder ohne Trennverfahren) mit einem beliebigen geeigneten Massenanalysator (Dreifach-Quadrupol, Einfach-Quadrupol, TOF, Quadrupol-TOF, Quadrupol-Ionenfalle, FT-ICR, Sektor etc.) auf LC angewandt.
Folglich umfassen mögliche Ionisationsmechanismen Folgendes: direkte PI des verdampften Analyts, Ionisation mittels Ionen-Molekül-Reaktionen nach PI des Dotierungsmaterials in dem Elutionsmittel, Ionisation durch Ionen-Molekül-Reaktionen nach PI des Lösungsmittels, wobei das Lösungsmittel als Dotierungsmaterial dient etc. Dabei ist es nicht wichtig, welche Lampe eingesetzt wird, mit der Maßgabe, dass die Energie der Lampe ausreicht, um zumindest eine Hauptkomponente des Elutionsmittels oder des aus dem Elutionsmittel gebildeten Dampfes (das Dotierungsmaterial kann einzeln als Gas eingeführt werden) zu ionisieren.
Fenster aus Lithiumfluorid sind bis zu etwa 11,8 eV optisch transparent und werden für Argonlampen eingesetzt, die Photonen mit 11,2, 11,6 und 11,8 eV (je nach Lampenkonstruktion) bereitstellen können. Lithiumfluorid ist jedoch hygroskopisch, und der Zustand solcher Fenster verschlechtert sich rasch, wenn sie Feuchtigkeit ausgesetzt sind, ein Problem, das durch erhöhte Temperaturen noch verstärkt wird. Folglich ist aufgrund des hohen Wassergehalt in den meisten LC-Lösungsmittelsystemen und der zur Verdampfung des Lösungsmittels erforderlichen hohen Temperatur zu erwarten, dass eine mit einem Lithiumfluoridfenster ausgestattete Lampe nur eine eingeschränkte praktische Lebensdauer hat. Nichtsdestotrotz ist es vorstellbar, dass eine Argonentladungslampe als Photoionisationsquelle für LC eingesetzt werden könnte, aber bei Abwesenheit eines Dotierungsmaterials nur, wenn eine Hauptkomponente des Lösungsmittels (z. B. Methanol, Ethanol oder Isopropanol) mit der Lampe ionisiert werden kann, und auch dann nur, wenn spezielle Sicherheitsmaßnahmen getroffen wurden, um das Lampenfenster zu schützen. Es kann auch eine Argonlampe wie in Verfahren (2) eingesetzt werden, wenn keine Hauptkomponente des Lösungsmittels selbst mit der Lampe ionisiert werden kann, wobei ein Dotierungsmaterial zugesetzt wird. Es gilt auch anzumerken, dass gegebenenfalls neue Fenstermaterialien verfügbar sein werden, die die Einschränkungen von gegenwärtigen Lithiumfluoridfenstern umgehen werden. Es ist denkbar, dass PI auch mit fensterlosen Lichtquellen funktionieren kann, sollten diese einmal verfügbar sein.
Mittels des zweiten oben beschriebenen Verfahrens zur Erhöhung der Ionenproduktion durch APPI ist es möglich, die Erfordernis nach einer Lampe mit einem Lithiumfluoridfenster aufzuheben, indem eine Dotierungsmaterialspezies mit einem niedrigeren IP gewählt wird, sodass eine andere Lichtquelle eingesetzt werden kann. Für beispielsweise ein Dotierungsmaterial, das durch Photonen mit 10 eV ionisiert werden kann und eine ausreichend hohe Rekombinationsenergie oder niedrige Protonenaffinität aufweist, kann eine Kryptonentladungslampe eingesetzt werden. Kryptonlampen sind üblicherweise mit Magnesiumfluoridfenstern ausgestattet, die in Gegenwart von Wasserdampf weitaus stabiler sind und bis zu 11,3 eV optisch transparent sind. Mit einer Kryptonlampe ist es möglich, ein Dotierungsmaterial in Gegenwart von Lösungsmittelmolekülen selektiv zu ionisieren, wodurch es sich ergibt, dass die Ionenmolekülchemie in der Ionenquelle in gewissem Ausmaß gesteuert werden kann. Die durch diesen Ansatz bereitgestellte Selektivität sowie die für Lampen mit Magnesiumfluoridfenstern zu erwartende längere Lebensdauer machen den Einsatz eines Dotierungsmaterials zusammen mit einer Lampe mit einem Magnesiumfluoridfenster zum bevorzugten Verfahren in der Anwendung von APPI in Verbindung mit IC-MS.
Mit Argon oder Krypton befüllte Lampen sind im Handel erhältlich und sind in obiger Beschreibung als Beispiele angeführt; mit anderen Gasen befüllte Lampen, die die gewünschte Photonenenergie erzeugen, können ebenso eingesetzt werden.
Ein Vorteil des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist, dass die Empfindlichkeit nicht stark vom Lampenstrom abhängt, der wiederum mit der Lebensdauer der Lampe in Beziehung steht; die Lampe kann nämlich bei niedriger Leistung ohne großen Empfindlichkeitsabfall (vielleicht 10 bis 15% Empfindlichkeitsunterschied zwischen 0,4 mA und 2 mA) betrieben werden. Folglich stellt das Verfahren den unerwarteten Nutzen bereit, relativ wirtschaftlich zu sein. Ohne Dotierungsmaterial ist die Empfindlichkeit proportional zum Lampenstrom; der für den Unterschied verantwortliche Mechanismus ist bislang nicht ermittelt worden.
Es wird davon ausgegangen, dass die Bestrahlung der Probe üblicherweise in der Dampfphase stattfindet, was das wirksamste Verfahren für die meisten Proben darstellt. Es ist jedoch möglich, die Flüssigkeit vor der Zerstäubung und Verdampfung zu photoionisieren (Locke, D. C., Dhingra, B. S., Baker, A. D., Anal. Chem. 54, 447–450 (1982)). Dabei müssen mehrere Faktoren berücksichtigt werden: 1) Flüssigphasenlösungsmittelmoleküle weisen niedrigere PI als isolierte Gasphasenlösungsmittelmoleküle auf, und die direkte PI der meisten Lösungsmittel wird mit Photonen mit 10 eV erzielt; folglich ist kein LiF-Fenster erforderlich; 2) Ionen-Elektronen-Rekombination findet in der Flüssigphase viel rascher statt, womit es wahrscheinlich zu einem Empfindlichkeitsverlust kommt; 3) direkter Kontakt zwischen Flüssigkeit und Lampenfenster beschleunigen gegebenenfalls die Zustandsverschlechterung des Fensters. Basierend auf diesen Faktoren ist es vorstellbar, dass das Verfahren der vorliegenden Erfindung so angewandt werden kann, dass entweder die direkte PI von Flüssigkeiten eingesetzt wird, gefolgt von Zerstäubung und Verdampfung, oder die PI von durch Zerstäubung gebildeten Tröpfchen, gefolgt von Verdampfung angewandt wird. Während der Verdampfung können in manchen Anordnungen, die jenen in der SCIEX-TurbolonSpray-Ionenquelle gleichen, Ionen aus Tröpfchen freigesetzt werden. Die Erfinder der vorliegenden Erfindung sind jedoch nicht der Meinung, dass dieses Verfahren so gut funktioniert wie die nachstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Analyse einer Analytprobe bereitgestellt, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:

(1) Bereitstellen einer ein Lösungsmittel und einen Analyt umfassenden Probenlösung als Probenstrom;
(2) Bereitstellen eines Dotierungsmaterials im Probenstrom;
(3) Bilden eines Sprühnebels aus Tröpfchen des Probenstroms zur Förderung der Verdampfung des Lösungsmittels und des Analyts;
(4) Verdampfen der Tröpfchen im Sprühnebel, wodurch die Probe in den dampfförmigen Zustand übergeht;
(5) nach Schritt (2), in einem Bereich mit etwa 1 bar, Bestrahlen des Probenstroms mit Strahlung zur Ionisation des Dotierungsmaterials, wodurch zumindest einer der nachfolgenden Zusammenstöße zwischen dem ionisierten Dotierungsmaterial und dem Analyt und indirekten Zusammenstöße des Analyts mit Lösungsmittelmolekülen, die als Vermittler dienen, zur Ionisation des Analyts führt; und
(6) Leiten der Ionen in den Massenanalysator eines Massenspektrometers zur Massenanalyse der Ionen.

Das Verfahren kann in Schritt (5) die Bestrahlung des Probenstroms vor Schritt (4), um eine Bestrahlung im flüssigen Zustand durchzuführen, oder alternativ dazu die Bestrahlung des Probenstroms nach Schritt (4), um eine Bestrahlung im dampfförmigen Zustand durchzuführen, umfassen.
Schritt (2) des Bereitstellens eines Dotierungsmaterials kann einen Schritt der Hinzufügung eines separaten Dotierungsmaterials und der Verwendung des Lösungsmittels als Dotierungsmaterial umfassen, und das Dotierungsmaterial kann im flüssigen oder im dampfförmigen Zustand bereitgestellt sein.
Das Verfahren umfasst vorzugsweise die Bereitstellung einer Führung zum Führen des Probenstroms in Schritt (3), (4) und (5), wobei diese mit einem Ende bereitgestellt sein kann, das so geformt ist, dass es die Ionenfokussierung fördert.
Das Verfahren kann die Bereitstellung weiterer elektrostatischer Fokussierungselemente und eines Potenzials zwischen einer Zone, in welcher der Probenstrom in Schritt (5) bestrahlt wird, und dem Einlass des Massenspektrometers umfassen.
Es wird angenommen, dass es vorteilhaft ist, den Probenstrom in den Schritten (3), (4) und (5) in eine erste Richtung fließen zu lassen und in Schritt (6) die Ionen in einen Massenanalysator in eine zweite Richtung, die im Allgemeinen orthogonal zur ersten Richtung ist, zu leiten. Das Verfahren umfasst jedoch auch das Leiten des Probenstroms in im Wesentlichen die gleiche Richtung in allen Schritten (3), (4), (5) und (6).
Das Verfahren kann angewandt werden, um entweder positive Ionen oder negative Ionen in Schritt (5) zu bilden.
Das Verfahren kann auf einer Probenlösung durchgeführt werden, die mehrere Analyten enthält, wodurch alle Analyten zumindest in einem gewissen Ausmaß ionisiert werden, wobei das Verfahren weiters das Unterziehen der Analytionen einem Massenspektrometrieschritt umfasst, um die unterschiedlichen Analyten zu trennen und zu unterscheiden.
Das Verfahren kann auf einer Probenlösung durchgeführt werden, die vor Schritt (3) das Unterziehen des Probenstroms einer Flüssigphasentrennung umfasst, um den Analyt von anderen Substanzen zu trennen.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt eine Vorrichtung zur Bestrahlung des Probenstroms bereit, der aus einer Probenlösung, die eine relativ große Menge einiger ionisierbarer Spezies und eine relativ geringe Menge eines zu ionisierenden Analyts enthält, gebildet wird, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst:
Sprühmittel zur Bildung eines Sprühnebels aus Tröpfchen des Probenstroms zur Verdampfung des Probenstroms;
Dotierungsmaterial-Zufuhrmittel zur Zufuhr eines Dotierungsmaterials zum Probenstrom;
ein Mittel zur Bestrahlung des Probenstroms in einem Bereich mit etwa 1 bar, um die ionisierbaren Spezies unter Atmosphärendruck zu ionisieren, wodurch zumindest einer der nachfolgenden Zusammenstöße zwischen den ionisierten Spezies und dem Analyt und Zwischenreaktionen zwischen den ionisierten Spezies und dem Analyt zu einer Ladungsübertragung und Ionisierung des Analyts führt; und
ein Massenspektrometer zur Bestimmung des Masse-Ladungs-Verhältnisses der Ionen, die durch die Bestrahlung des Probenstroms gebildet werden.
Vorzugsweise umfasst das Bestrahlungsmittel eine Lampe, die so gewählt ist, dass sie energiereiche Photonen bereitstellt, um die ionisierbaren Spezies zu ionisieren.
Es ist möglich, dass die Bestrahlungsmittel einen Laser umfassen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und um deren Umsetzung klarer darzulegen, wird nachstehend anhand von Beispielen auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen, worin:
1 eine schematische Ansicht einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2a eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
2b eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
die 3a bis 3e Massenspektren sind, die von der Vorrichtung von 2a erhalten wurden, die die Ionisation unterschiedlicher Substanzen zeigen;
die 4a und 4b Ionenstromchromatogramme sind, die die Summe der für die gewählten Substanzen in Abwesenheit eines Dotierungsmaterials detektierten ausgewählten Ionenströme zeigen;
5 ein Chromatogramm der gleichen wie für 4a verwendeten Probenlösung ist, das die Wirkung unterschiedlicher Dotierungsmaterialien zeigt; und
die 6a und 6b Chromatogramme sind, die APPI mit APCI vergleichen.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Bezugnehmend zuerst auf 1 umfasst die Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung einen Massenspektrometer 10 (hierin ein Sciex-API-365-Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometer von Perkin Elmer (PE)). Der Flüssigchromatographiebereich der Vorrichtung umfasst eine Flüssigchromatographiesäule 12, die von einem Autosampler 14 (hierin Auto Sampler der PE-Reihe 200) beliefert wird. Der Autosampler 14 ist wiederum mit zwei Pumpen 16, 18 verbunden und wird von diesen beliefert (zwei LC-Mikropumpen der PE-Reihe 200).
Die Säule 12 (hierin eine BetaBasic 18 von Keystone Scientific, Inc., 3 μm Teilchengröße, 50 mm Länge, 2 mm Innendurchmesser) weist einen an eine beheizte Zerstäubersonde verbundenen Auslass auf, der mittels 20 in 1 schematisch dargestellt und nachstehend detaillierter beschrieben ist. Die beheizte Zerstäubersonde 20 ist mit einem Atmosphärendruck-Photoionisations-Ionenquellenbereich 22 verbunden, was ebenfalls in 1 schematisch dargestellt und nachstehend detaillierter beschrieben ist.
Eine Zerstäubergaszufuhr 24 ist mit der beheizten Zerstäubersonde 20 auf bekannte Weise verbunden. Eine Hilfsgasverbindung 26 ist zwischen dem Massenspektrome ter 10 und der erhitzten Zerstäubersonde 20 bereitgestellt. Eine Lösungsmittelpumpe 28 (hierin eine Harvard-Apparatus-Spritzenpumpe vom 2400-001-Modell) ist ebenfalls mit der beheizten Zerstäubersonde 20 verbunden, um das Dotierungsmaterial zu dem APPI-Ionenquellenbereich 22 zuzuführen.
Es wird angenommen, dass das Dotierungsmaterial auf mehrere unterschiedliche Arten zugesetzt werden kann. Es könnte beispielsweise ein Dotierungsmaterialdampf zu dem Zerstäubergas oder zu dem Hilfsgas zugesetzt werden oder durch eine getrennte Verbindung zugeführt werden. Wenn ein Spülgas bereitgestellt ist, um die Lampe (wie nachstehend detailliert beschrieben ist) klar zu halten, könnte der Dotierungsmaterialdampf möglicherweise auch mit jenem des Spülgases zugeführt werden. Ferner kann das Dotierungsmaterial das flüssige Lösungsmittel selbst sein (siehe nachstehender Absatz), oder das Dotierungsmaterial kann in dem flüssigen Lösungsmittel gelöst oder damit vermischt sein; dieses Vermischen kann in jedem beliebigen Schritt des Verfahrens (beispielsweise vor der Säule, nach der Säule oder in der beheizten Zerstäubersonde) erfolgen.
In der vorliegenden Erfindung steht „Dotierungsmaterial" für eine beliebige Spezies, die einfallende VUV-Photonen absorbiert, durch diese Photonen ionisiert werden kann und weiter reagiert, mit dem Ergebnis, dass eine Ladung auf den gewünschten Analyt übertragen werden kann. Folglich kann das Lösungsmittel selbst (z. B. Methanol) in einigen Anwendungen unter bestimmten Bedingungen (Hochenergielampe) als das Dotierungsmaterial dienen; ferner können die zwei hierin beschriebenen Beispiele für Dotierungsmaterialien, Toluol und Aceton, beide in einigen Anwendungen als LC-Lösungsmittel eingesetzt werden. In anderen Anwendungen kann das Dotierungsmaterial ein in dem flüssigen Elutionsmittel gelöster flüssiger oder flüchtiger Feststoff sein. Der Schlüsselfaktor ist, dass das Dotierungsmaterial ein Zwischenprodukt im Ionisationsverfahren des Analyts ist, nämlich eine hohe Photoionisationswirksamkeit und hohe Wirksamkeit beim Übertragen der Ladung auf den gewünschten Analyt aufweist.
Die 2a und 2b stellen sowohl die beheizte Zerstäubersonde 20 als auch die APPI-Ionenquelle 22 detailliert dar, welche eine Vorrichtung zum Halten und Festmachen einer Lampe 46 und ein (in den 2a und 2b nicht angeführtes) Gehäuse umfasst. Die APPI-Ionenquelle 22 war zum Teil aus einer chemischen Ionisationsquelle bei Atmosphärendruck (APCI) des beheizten Zerstäubers (HN), ausgestattet mit dem Sciex-API-365-Massenspektrometer, aufgebaut und macht von einer im Wesentlichen unmodifizierten beheizten Zerstäubersonde 20 Gebrauch. Die HN-APCI-Quelle ist modifiziert, damit das Verfahren der vorliegenden Erfindung seine Wirksamkeit zeigen kann. Dies ist praktisch, da für ein effektives Funktionieren von APPI angenommen wurde, dass das LC-Elutionsmittel eine gleiche Verdampfung wie APCI erfordern würde. Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, dass die neue Ionenquelle 22 direkt mit einem Massenanalysator 10 verbunden werden kann, ohne die Vakuumgrenzfläche des Massenanalysators zu modifizieren. Zudem ergeben sich dadurch Vergleichsmöglichkeiten zwischen der neuen Quelle und der herzustellenden APCI-Standardquelle des beheizten Zerstäubers, da die Gehäuse für die zwei Ionenquellen im Wesentlichen identisch waren.
Eine einfache Rohranordnung wurde eingesetzt, um das Dotierungsmaterial der beheizten Zerstäubersonde zuzuführen. Ein Quarzglas-Kapillarrohr aus der Spritzenpumpe wurde in das Rohr geleitet, welches das Hilfsgas in dem beheizten Zerstäuber enthielt. Dieser Bereich ist heiß, sodass das Dotierungsmaterial sofort verdampft wird und vom Hilfsgasstrom in den Verdampfungsbereich und anschließend in den Ionisationsbereich mitgeführt wird. Es gibt zahlreiche Möglichkeiten, das Dotierungsmaterial-Übertragungsrohr mit der HN-Sonde zu verbinden, wobei nicht wichtig ist, welche Mittel genau dafür eingesetzt werden.
Die beheizte Zerstäubersonde 20 weist ein Quarzrohr 30 und ein um das Quarzrohr angeordnetes Heizelement 32 auf. Innerhalb des Quarzrohrs 30 befindet sich in Kapillarrohr 34 für das Elutionsmittel der Chromatographiesäule 12. Um das Kapillarrohr 34 ist ein Rohr 36 angeordnet, das einen ringförmigen Kanal für das Zerstäubergas definiert, und die Zerstäubergaszufuhr ist in den 2a und 2b mit 24 gekennzeichnet.
Zwischen dem äußeren Rohr 36 und dem Quarzrohr 30 gibt es einen weiteren ringförmigen Kanal, mit dem die mit 26 gekennzeichnete Hilfsgaszufuhr verbunden ist. Durch diesen Kanal wird das Dotierungsmaterial in das System eingebracht.
Eine Zerstäuberverdampfungskammer ist mit 38 gekennzeichnet.
Die gesamte Zerstäuberverdampfungsanordnung ist in einem Edelstahlzylinder 33 untergebracht, der an einem Ende an der Basis der HN-Sonde (mittels welcher die verschiedenen Gas- und Flüssigkeitsanschlüsse gemacht werden) angebracht ist und am anderen Ende eine Öffnung aufweist, aus welcher das Quarzrohr leicht hervorsteht, damit Dampf herausströmen kann.
Eine Isoliermuffe 40 ist um das Ende des Zylinders 33 und zwischen dem Ende des Quarzrohrs 30 und einem Verbindungsteil 42 bereitgestellt. Die Muffe 40 ist vorzugsweise, jedoch nicht zwingend, aus Vespel^TM (DuPont) gefertigt. Die Muffe 40 ermöglicht es, dass das Verbindungsteil 42 bei einem hohen Potenzial gehalten wird, das jenem der beheizten Zerstäubersonde 20 entspricht, die geerdet ist. Die Hauptfunktion der Muffe ist die elektrische Isolierung, nicht die Wärmeisolierung.
Eine Lampenhaltevorrichtung 44 besteht ebenfalls aus elektrisch isolierendem Material, das vorzugsweise erneut aus Vespel^TM gefertigt ist und in einem entsprechend dimensionierten Bohrloch in das Verbindungsteil 42 eingebaut ist. Eine Lampe 46 ist in die Lampenhaltevorrichtung 44 eingepasst und umfasst eine elektrische Kathodenverbindung 48. Eine Lampenstromversorgung 50 ist mit der Lampenkathodenverbindung 48 und dem Verbindungsteil 42 verbunden. Das Verbindungsteil 42 besteht aus einem geeigneten leitfähigen Material, hierin Edelstahl. Eine Lampenanode 49 ist in elektrischem Kontakt mit dem Verbindungsteil 42. Zwischen dem Lampenstromversorgungsmittel 50 und der Erdung wird auf bekannte Weise eine Hochspannungsstromversorgung 52 angeschlossen.
Die Muffe 40 wurde relativ dick, nämlich 4 mm dick, gemacht, um ein Überschlagen zu verhindern und auch um die Wahrscheinlichkeit zu verringern, dass ein thermi scher Abbau von Vespel^TM die Verschlechterung der mechanischen Festigkeit und/oder Isolierfähigkeit der Muffe 40 bewirken würde. Das Verbindungsteil 42 und die Muffe 40 sind auf der HN-Sonde 20 festgemacht.
In dieser bevorzugten Ausführungsform war die Lampe 46 eine mit Krypton befüllte Gleichstrom-(GS-)Kapillarentladungslampe vom Modell PKS 100 von Cathodeon Ltd. (Cambridge, England). Die Hochspannungsstromversorgung 50 ist eine Stromversorgung vom Modell C200, ebenfalls von Cathodeon Ltd. Diese Lampe mit einer Nennspannung von 10,0 eV ist mit einem Magnesiumfluoridfenster 56 ausgestattet, das die Übertragung von 10,0- und 10,6-eV-Photonen ermöglicht. Ein Loch 54 (Durchmesser 4 mm und Dicke 0,5 mm) ist in dem Verbindungsteil 42 bereitgestellt. Dieses Loch 54 ermöglicht es, dass die Photonen aus dem Lampenfenster 56 in das in dieser Ausführungsform einen Innendurchmesser von 7 mm aufweisende Zentralbohrloch 43 des Verbindungsteils geleitet wird, durch welches der Dampf strömt. Es wurde weder die absolute noch die relative Intensität der Lampenemissionen an den zwei Ionisierungswellenlängen gemessen.
Bei manchen Anwendungen, bei denen die Proben gegebenenfalls relativ schmutzig oder unrein sind, ist es mitunter erwünscht, eine Modifizierung des Verbindungsteils 42 bereitzustellen, um eine gewisse Menge Gas als Spülgas kontinuierlich über das Bohrloch 54 oder durch das Loch 54 durchleiten zu lassen, um das Lampenfenster sauber zu halten.
Die Stromversorgung 50 wurde modifiziert und isoliert, um zu ermöglichen, dass die Stromversorgung 50 zusammen mit der Lampe 46 und dem Verbindungsteil 42 bei Spannungen von bis zu plus/minus 6 Kilovolt, bezogen auf die Erdung, wie mittels Hochspannungsstromversorgung 52 ermittelt, fließen.
Ein Strombegrenzungswiderstand 51 wurde zwischen der negativen Leitung der Stromversorgung 50 und der Kathode der Lampe 46, wie von Cathodeon empfohlen, seriell eingeführt, um die Steuerung des Lampenstroms und somit den Photonenfluss zu ermöglichen. Für die hierin beschriebenen APPI-Versuche wurde der Widerstand auf 1 MΩ eingestellt, was einen Lampenstrom von 0,70 mA ergab (zum Vergleich: ohne zusätzlichen Widerstand konnte die Lampe bei etwa 2,2 mA betrieben werden).
Das Verbindungsteil 42 umfasst ein Leitungsrohr 60 zum Durchleiten des von dem Zerstäuber 20 gebildeten Ionenstroms. Die erste Ausführungsform von 2a zeigt das Leitungsrohr, das geradeaus mit der Probenentnahmeöffnung ausgerichtet ist, was bedeutet, dass der Gasstrom direkt in die Probenentnahmeöffnung geleitet wird. Nachstehend beschriebene Versuchsarbeit wurde auf dieser Ausführungsform durchgeführt. Eine bevorzugte, zweite Ausführungsform ist in 2b angeführt und weist ein Leitungsrohr 60 auf, das in Bezug auf die Vorhangplatte und die Probenentnahmeöffnung orthogonal ausgerichtet ist, sodass die Gasströmungsrichtung parallel zur Vorderseite der Vorhangplatte, also nicht direkt darauf, ausgerichtet ist. Diese bevorzugte Anordnung weist den Vorteil auf, dass neutrale Kontaminanten weniger wahrscheinlich die Probenentnahmeöffnung verunreinigen. Die Gasströmungsrichtung muss nicht parallel oder senkrecht zur Vorhangplatte sein: es kann eine beliebige Ausrichtung angewandt werden (wobei die bevorzugte Ausrichtung eher dem orthogonalen Fall entspricht). Mittels dieser orthogonalen oder anderen bevorzugten Anordnung können ein oder mehrere zusätzliche elektrostatische Fokussierungselemente in jede beliebige APPI-Quelle aufgenommen werden, um die Bahnen der Analytionen, jedoch nicht die neutralen Kontaminanten, die nicht davon betroffen sind, in die Probenentnahmeöffnung zu krümmen. Das Verfahren ist ferner nicht auf Instrumente beschränkt, bei denen eine Vorhangplatte eingesetzt wird; das Verfahren kann mit einem beliebigen Massenanalysator angewandt werden, der von einer Grenzfläche zwischen einem Hochspannungsbereich, herkömmlichem Atmosphärendruck und einem Vakuumbereich Gebrauch macht, ungeachtet dessen, mit welchen Mitteln dies erzielt wird.
Zur Vereinfachung erhalten ähnliche Komponenten die gleiche Bezugszahl in den 2a und 2b, und die Beschreibung dieser Komponenten wird nicht wiederholt.
Die 2a und 2b zeigen auch bestimmte herkömmliche Komponenten des PE-Sciex-Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometers. Folglich gibt es eine Vorhangplatte 62 und hinter der Vorhangplatte 62 eine Öffnungsplatte 64. Ein Vorhanggas, üblicherweise trockener Stickstoff, kann zwischen der Vorhangplatte und Öffnungsplatte zugeführt werden, um das Durchleiten des Lösungsmittels in das Vakuum des Massenspektrometers zu verhindern (oder zumindest zu reduzieren). Somit strömen Ionen in bekannter Weise durch die Vorhang- und Öffnungsplatten 62, 64 in das Massenspektrometer, um analysiert zu werden. Vorhangplatte, Vorhanggas und Öffnungsplatte sind Elemente der Anordnung zum Leiten von Ionen aus einer Atmosphärendruck-Ionisationsquelle in das Vakuum eines Massenspektrometers, wie sie in Sciex-Massenspektrometern eingebaut und als Referenz angeführt sind. Massenspektrometer mit anderen Elementen für den Transport von Ionen aus einer Atmosphärendruck-Ionisationsquelle in das Vakuum können ebenso zur Massenanalyse von wie oben beschrieben gebildeten Ionen gemäß der vorliegenden Erfindung durch Photoionisation bei Atmosphärendruck verwendet werden.
Mit der neuen Ionenquelle wurden Versuche durchgeführt, um den Anstieg der APPI-LC-MS-Empfindlichkeit zu zeigen, die für verschiedene Probentypen durch den Einsatz eines Dotierungsmaterials erhalten werden kann; zwei Dotierungsmaterialien, Toluol und Aceton, wurden hinsichtlich ihrer diesbezüglichen Eignung getestet. Zur Bewertung der relativen Empfindlichkeit des APPI-Verfahrens wurden sämtliche für die APPI-Versuche eingesetzten Proben mittels einer zusätzlichen, nicht modifizierten HN-APCI-Quelle analysiert. Da die Lösungsmittelzusammensetzung eine wichtige Variable ist, die die Ionisationswirksamkeit beeinflussen kann, wurden sämtliche LC-MS-Versuche mit den zwei am meisten verwendeten Lösungsmittelkombinationen, Methanol/Wasser und Acetonitril/Wasser, wiederholt.
Es wurde herausgefunden, dass die Empfindlichkeit des Verfahrens von dem an die Lampe 46 und an das Verbindungsteil 42 in Bezug auf die Vorhangplatte 62 des Massenanalysators 10 angelegten Offset-Potenzial abhängt. Da das Rohr 60 gewissermaßen eine Verlängerung des Verbindungsteils 42 ist, unterliegen die Elemente 42, 46 und 60 dem gleichen Offset-Potenzial. Im API-365-Massenspektrometer-Normalbetrieb wies das an die Vorhangplatte angelegte Potenzial, bezogen auf die Erdung, einen Wert von 1,0 kV auf, wobei die Polarität gleich wie jene der zu analy sierenden Ionen war. Die zusätzliche Hochspannungs-Stromversorgung Nermag (Frankreich), Modell INP 156, wurde verwendet, um das Lampen-Offset-Potenzial bereitzustellen. Im Allgemeinen schien der optimale wert für das Lampen-Offset-Potenzial mit der Trennung des Verbindungsteils 42 von der Vorhangplatte 62 in Zusammenhang zu stehen, unter der Bedingung, dass dessen Größe zumindest etwas Ober jener der Vorhangplatte 62 blieb, was darauf hinwies, dass der wichtige Parameter die elektrische Feldstärke war. Diese Eigenschaft ist bislang jedoch nicht genau erforscht worden, ist nicht bewiesen und nicht vollständig klar. Für die in dieser Arbeit beschriebenen Versuche wurde das Ende des Rohrs 60 an einer Position festgemacht, die nur wenige mm vor der Vorhangplatte 62 entfernt war, wobei das optimale Offset-Potenzial für positive Ionen +1,2 kV betrug, was 200 V über jenem der Vorhangplatte lag. Im negativen Ionenmodus konnte eine hohe Empfindlichkeit erzielt werden, indem einfach die Polarität des Lampen-Offset-Potenzials umgeschaltet wurde, nachdem dessen Größe für die Analyse von positiven Ionen optimiert wurde. Die Form des Rohrs 60 kann auf viele Arten variiert sein, um den Transport von Ionen in die Öffnung zu optimieren und/oder das Eindringen von nicht ionisiertem Materiallösungsmittel oder des Analyts oder von Kontaminanten in die Öffnung in Platte 64 zu reduzieren oder zu beseitigen.
Durch die Gehäuseseite der APPI-Quelle 20 wurden elektrische Verbindungen mit der Lampe hergestellt. Die ursprüngliche Hochspannungsverbindung für die Koronaentladungsnadel wurde durch einen Zweistiftstecker ersetzt; eine Verbindung wurde mit der Ringkathode der Lampe (negative Hochspannung aus dem Stromversorgungsmittel 50) über eine elektrische Verbindung 48 hergestellt, und eine weitere wurde mit dem Körper des Verbindungsteils 42 (Hochspannungs-Rückführung 50) hergestellt, die in elektrischem Kontakt mit der Anode 49 an der Basis der Lampe 46 stand. Der neue Stecker wurde so installiert, dass das Quellengehäuse seine Dichtung beibehielt, sodass Umgebungsluft aus dem Ionisationsbereich ausgeschlossen wurde.
Der für diese Versuche eingesetzte PE-SCIEX-API-365-Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometer 10 war im Wesentlichen nicht modifiziert, wobei die einzig signifikante Änderungen jene waren, die an einer der HN-Ionenquellen wie oben beschrieben vorgenommen wurden. Unter Anwendung des MassChrom-Datensystems Version 1.0 wurden Systemsteuerung und Datenerfassung ausgeführt. Einmoden-Massenspektrometrie wurde nur für die hierin beschriebenen Versuche angewandt. Das Massenspektrometer wurde mit der LC2Tune-1.3-Instrumentensteuerungs- und Datenerfassungs-Software abgestimmt, um optimale Empfindlichkeit unter Einsatz von Proben-Infusionslösungen und selektiver Ionenüberwachung (SIM) für jeden Analyt bereitzustellen. Durch den Einsatz der LC2Tune-Software wurden auch für jeden Analyt unter Einsatz der während der Optimierung erzeugten State Files Full-Scan-Spektren erhalten. Die nachstehenden Parameter wurden für die Full-Scan-Versuche eingesetzt: Startmasse, 30 amu; Endmasse, 500 amu; Schritt, 1 amu; Verweildauer, 5 ms; Peaksprung, an; und Pausendauer zwischen den Scans, 5 ms. Für die Gemischanalyseversuche wurde die Sample Control Software (Version 1.3) verwendet. In diesen Versuchen wurde eine SIM jedes der vier Analyten durchgeführt, wobei die Verweildauer bei jeder Masse 200 ms betrug; für jedes überwachte Ion wurde die Spannung des Massenspektrometers auf die optimalen Werte eingestellt, die unter Einsatz der LC2Tune-Software vorbestimmt wurden.
Während der Versuche, bei denen die APPI- und APCI-Ionisationsverfahren verglichen wurden, waren die Betriebsparameter des Massenspektrometers einschließlich der Temperatur- und Gasstromeinstellungen für jede erhitzte Zerstäubersonde unverändert. Der für die APCI-Versuche verwendete Nadelstrom wurde auf 2,5 μA eingestellt.
Die Heiztemperatur der beheizten Zerstäubersonde wurde bei 450°C gehalten.
Chemikalien
Carbamazepin, Acridin, Naphthalin, Phenylsulfid und 5-Fluoruracil (5FU) wurden von Aldrich erworben und ohne weitere Reinigung eingesetzt. Für jede dieser Proben wurden konzentrierte Stammlösungen in Methanol hergestellt.
Für die Full-Scan-Versuche, bei denen jede Probe einzeln zu analysieren war, wurden verdünnte Methanol/Wasser-Lösungen (50:50 nach Volumen) für jede der Proben gebildet. Die Konzentration der Carbamazepinlösung war gleich wie die von Acridin, 0,2 μM; die Konzentrationen der Naphthalin- und Diphenylsulfidlösungen betrugen ebenfalls jeweils 20 μM. Die Konzentration der 5FU-Lösung betrug 1 μM. Für die SIM-Gemischanalyseversuche wurde eine weitere Methanol/Wasser-Lösung (50:50), die sämtliche obige Proben (mit der Ausnahme von 5FU) enthielt, so hergestellt, dass die Endkonzentrationen von Carbamazepin, Acridin, Naphthalin und Diphenylsulfid 0,2 μM, 0,2 μM, 20 μM bzw. 20 μM betrugen.
Flüssigchromatograph
Für sämtliche hierin beschriebene Versuche wurde der Elutionsmittelstrom von einem Hochdruck-Gradientenmischer-HPLC-System bereitgestellt, das bekannterweise aus zwei PE-Mikro-LC-Pumpen 16, 18 besteht. Pumpe 16 wurde zur Wasserzufuhr eingesetzt, während Pumpe 18 für die organische mobile Phase, entweder Methanol oder Acetonitril, verwendet wurde. Sämtliche Lösungsmittel wurden vor und während der Versuche mit Helium gespült. In den hierin dargelegten Versuchen wurden keine Puffer oder anderen Additive eingesetzt, was nicht bedeutet, dass Puffer und Additive im Allgemeinen mit APPI unverträglich sind. Es wurde eine Gesamtströmungsgeschwindigkeit von 200 μl/min zusammen mit einer HPLC-Säule mit einem Innendurchmesser von 2 mm eingesetzt. Proben wurden auf bekannte Weise mittels einer in einem Autosampler 14 eingebauten 5-μl-Probenschleife eingespritzt.
Die Säule war Betabasic-18 von Keystone Scientific, Inc., mit einer Teilchengröße von 3 μm, einer Länge von 50 mm und einem Innendurchmesser von 2 mm. Das Dotierungsmaterial wurde aus einer gasdichten 1-ml-Hamilton-Spritze bei 25 μl/min mittels der Harvard-Apparatus-Spritzenpumpe zugeführt. Alle eingesetzten Lösungsmittel, einschließlich der Dotierungsmaterialien, wiesen HPLC-Reinheit auf.
Für die Full-Scan-Versuche wurden die Proben in die Säulen eingespritzt und unter isokratischen Bedingungen eluiert. Die in den Full-Scan-Versuchen eingesetzte mobile Phase war Methanol/Wasser, dessen Daten hierin dargelegt sind; das Methanol/Wasser-Verhältnis für jede Analyse wurde so eingestellt, dass annehmbare Peak-Formen und kurze Retentionszeiten erzielt wurden. Für Carbamazepin, Acridin, Naphthalin, Diphenylsulfid und 5FU betrug das eingesetzte Methanol/Wasser-Verhältnis 60:40, 70:30, 75:25, 80:20 bzw. 70:30.
Gradientenelution wurde auf bekannte Weise für die Gemischanalyseversuche unter Einsatz von Methanol/Wasser und an abwechselnden Tagen Acetonitril/Wasser eingesetzt. Die Datenerfassung wurde mit dem LC-Gradienten-Programm mit einem bei der Einspritzung aus dem Autosampler an den Computer gesendeten Triggerimpuls synchronisiert.
ERGEBNISSE UND DISKUSSION
APPI-Massenspektren
Die Full-Scan-APPI-Massenspektren jedes der oben angeführten fünf Analyten sind in den 3(a)–(e) dargelegt. Diese Spektren wurden durch isokratische Analyse von Einzelkomponentenlösungen auf Säulen erhalten. Toluol wurde als Dotierungsmaterial eingesetzt. Das für jede Probe gezeigte Spektrum wurde aus dem Peakmaximum in deren Chromatogramm erhalten, das eine Hintergrund-Subtraktion erfahren hatte. Der Massenbereich von 30 bis 100 m/z wurde nicht in die Figuren aufgenommen, sodass die Analytionen, und nicht unvollständig subtrahierte Lösungsmittelionen, die Spektren dominieren.
Die 3(a) und (b) sind Spektren von Carbamazepin (m/z 236) bzw. Acridin (m/z 179), die die MH⁺-Ionen jeder Probe klar zeigen. Carbamazepin ist ein relativ zerbrechliches Molekül, das nicht mittels APPI oder APCI analysiert werden konnte, ohne einen thermische Zersetzung zu bewirken, wie durch das deutliche Signal aus dessen Fragment bei m/z 194 ersichtlich ist. Signale für die Molekülionen (radikali sche Kationen M⁺) von Carbamazepin und Acridin werden kaum erhalten. Umgekehrt zeigen die in den 3(c) und (d) angeführten Spektren von Naphthalin (m/z 128) und Diphenylsulfid (m/z 186) nur Molekülionen (radikalische Kationen M⁺). Es gilt anzumerken, dass die letzteren Spektren von Proben erhalten wurden, die 100fach konzentrierter waren als jene von Carbamazepin und Acridin, wobei die den verschiedenen Spezies zuschreibbaren Signalintensitäten ähnlich sind. Aus diesen Daten geht klar hervor, dass die Wirksamkeit des APPI-Verfahrens gegenwärtig viel geringer für Naphthalin und Diphenylsulfid als für Carbamazepin und Acridin ist.
Zur Erklärung der Diskrepanzen hinsichtlich der für diese Spezies beobachteten Ionisationswirksamkeit muss zuerst festgehalten werden, dass die Ionisation hauptsächlich von den Reaktionen abhängt, die von den Dotierungsmaterial-Photoionen initiiert werden. Diese Erkenntnis geht auf die Beobachtung zurück, dass Ionenbildung ohne Dotierungsmaterial nahezu unbedeutend ist (vergleiche unten 4 und 5). Folglich müssen die Unterschiede bezüglich der Photoionisations-Querschnitte der Analyten nicht berücksichtigt werden, und es kann davon ausgegangen werden, dass die Ionisationswirksamkeit großteils von den nach der Photoionisation des Dotierungsmaterials in der APPI-Quelle auftretenden Ionen-Molekül-Reaktionen geleitet wird. Hinsichtlich des für die bevorzugte Ionisation bestimmter Spezies verantwortlichen Mechanismus liegt der augenscheinlichste Unterschied zwischen den für die Analyse ausgewählten Molekülen in deren relativer Protonenaffinität: Carbamazepin und Acridin weisen beide zumindest ein Stickstoffmolekül auf, das ein Proton annehmen kann, während Naphthalin und Diphenylsulfid keine solche basische Stelle aufweisen. Folglich weist die Beobachtung, dass Spezies mit hoher Protonenaffinität vorzugsweise ionisiert werden, auf die empirische Schlussfolgerung, dass es in der APPI-Quelle häufiger zu Protonenübertragungsreaktionen als zu Ladungsaustauschreaktionen kommt. Voruntersuchungen deuten darauf hin, dass es zumindest mehrere Reaktionswege gibt, die für die beobachteten Ergebnisse verantwortlich sind; ein wichtiges Verfahren umfasst die Reaktion von Dotierungsmaterial-Photoionen mit Lösungsmittelmolekülen, die ihrerseits durch Protonenübertragung mit Analyten mit hoher Protonenaffinität reagieren können.
Das Endspektrum in den Versuchsreihen, 3(e), ist ein negativer Ionen-Scan von 5-Fluoruracil. Der Hauptpeak bei m/z 129 entspricht dem (MH)^–-Ion des Analyts. Diese Figur wurde miteinbezogen, um zu zeigen, dass das hierin dargelegte APPI-Verfahren auch im negativen Ionenmodus angewandt werden kann. Bislang sind nur wenige Untersuchungen in diesem Modus durchgeführt worden.
APPI-Chromatogramme
Die in den 4(a) und (b) dargelegten Chromatogramme umfassen die Summe des durch selektive Ionenüberwachung (SIM) von m/z 237, 180, 128 und 186 detektierten Ionenstroms. Die vier Peaks entsprechen in Eluierungsreihenfolge den Signalen für Carbamazepin (1 pmol injiziert), Acridin (1 pmol), Naphthalin (100 pmol) und Diphenylsulfid (100 pmol). Beide dieser Chromatogramme wurden ohne den Vorteil eines zugesetzten Dotierungsmaterials erhalten (für diese Versuche wurde die Dotierungsmaterial-Einführanordnung aus der APPI-Quelle entfernt, und die Hilfsgasverbindung mit dem beheizten Zerstäuber wurde standardmäßig errichtet). 4(a) zeigt ein typisches Chromatogramm, das erhalten wird, wenn das LC-Lösungsmittel aus Methanol und Wasser bestand, während 4(b) Chromatogramme darstellt, die für die Acetonitril/Wasser-Versuche erhalten werden. Die Zusammensetzung des Lösungsmittels nimmt dabei einen geringen Einfluss auf die Chromatogramme, anders als der 2- bis 3fache Anstieg der Empfindlichkeit, der für Naphthalin und Diphenylsulfid beobachtet wird, wenn Methanol für die organische mobile Phase eingesetzt wird. Bei beiden Lösungsmittelsystemen wird jedoch festgestellt, dass die Ionisationswirksamkeit erneut viel höher für Carbamazepin und Acridin als für die Spezies mit geringer Protonenaffinität ist (die Probenladung für jeden Analyt ist zu berücksichtigen). Es ist nicht klar, ob direkte Ionisation der einzige oder sogar der Hauptmechanismus ist, der für die in diesem Fall beobachtete Ionisation verantwortlich zeichnet, da es eher unwahrscheinlich ist, dass derart deutliche Unterschiede in den Photoionisations-Querschnitten dieser Moleküle bestehen (sie weisen alle aromatische Ringe und ein IP unter der Photonenenergie auf). Es kann daher sein, dass Analytionisation hauptsächlich aufgrund von Photoionen-Zwischenprodukten auftritt, die aus Spurenmengen von Verunreinigungen in dem Lösungsmittel gebildet werden, die auf ähnliche Weise wie für Toluol beobachtet reagieren. Obwohl derzeit die Beweise nicht ausreichen, um mit Sicherheit sagen zu können, was der Ionisationsmechanismus ist, dienen diese Daten in jedem Fall dazu, zu veranschaulichen, dass die Wirksamkeit von direkter Photoionisation als ein Ionisationsverfahren für IC-MS ziemlich gering ist.
Das Chromatogramm in 5 wurde aus der gleichen Probenlösung erhalten, die analysiert wurde, um die in den 4(a) und (b) dargelegten Daten zu sammeln, und das für den Gradienten eingesetzte organische Lösungsmittel war Methanol. Die für Acetonitril/Wasser erhaltenen Ergebnisse waren sehr ähnlich, wobei etwas schwächere Signale für Acridin erhalten wurden (wie aus den APPI-Chromatogrammen der 6a und 6b ersichtlich ist). Zwei Chromatogramme wurden in 5 übereinander gezeichnet: eines wurde unter Einsatz von Toluol als Dotierungsmaterial und das andere mit Aceton erhalten. Unter Berücksichtigung zuerst des Toluolbeispiels ist der Anstieg der Empfindlichkeit (und des Signal-Rausch-Verhältnisses) verglichen mit jenem Fall, bei dem kein Dotierungsmaterial eingesetzt wurde (vergleiche die Ionen/s-Skalen von 4 ohne Dotierungsmaterial mit dem Skalen von 5 mit Dotierungsmaterial), bemerkenswert: Für Carbamazepin und Acridin ist die Peakfläche etwa um das 100fache angestiegen. Der Anstieg für Naphthalin und Diphenylsulfid fällt etwas geringer aus, wobei auch dieser bei einem Faktor von etwa 25 ebenfalls signifikant ist. Diese Daten zeigen, dass als Dotierungsmaterial eingesetztes Toluol die Empfindlichkeit von APPI in Bezug auf Spezies sowohl mit geringer als auch hoher Protonenaffinität entweder durch Protonenübertragung oder Ladungsaustauschreaktionen erhöhen kann. Es gilt erneut anzumerken, dass die Protonenübertragungsreaktionen weitaus häufiger aufzutreten scheinen. Das unter Einsatz von Aceton erhaltene APPI-Chromatogramm zeigt andererseits, dass Aceton ein nur für Verbindungen mit hoher Protonenaffinität wirksames Dotierungsmaterial ist; für Naphthalin und Diphenylsulfid wird überhaupt kein Empfindlichkeitsanstieg beobachtet. Folglich ist die Wahl des Dotierungsmaterials ein wichtiger Faktor, der die Empfindlichkeit und Selektivität von APPI beeinflusst.
Vergleich zwischen APPI und APCI
Ergebnisse aus den Versuchen, die APPI und die Standard-APCI-Quelle vergleichen, sind in den 6(a) und (b) dargestellt. War Methanol das organische Lösungsmittel, 6(a), betrugen die für Carbamazepin und Acridin mittels APPI erhaltenen Signale zumindest das 8fache der mittels der APCI-Quelle erhaltenen Signale; der Anstieg für Naphthalin und Phenylsulfid war viel höher, da festgestellt wurde, dass die Empfindlichkeit von APCI in Bezug auf Spezies mit geringer Protonenaffinität in Gegenwart von Methanol annähernd Null betrug. Wurde Acetonitril eingesetzt, 6(b), wurde der Vorteil von APPI gegenüber APCI für Carbamazepin und Acridin aufrechterhalten, obwohl die Empfindlichkeit von APCI gegenüber Naphthalin und Diphenylsulfid stark verbessert und nicht viel geringer als jene von APPI war.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargelegt und beschrieben wurde, ist Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung klar, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können.
Während beispielsweise die oben beschriebenen Versuche bei normalem Atmosphärendruck (d. h. etwa 1 bar) durchgeführt wurden, ist Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung klar, dass der Betriebsdruck innerhalb eines gewissen Bereichs variieren kann. Es wird davon ausgegangen, dass ein angenäherter oberer Grenzwert etwa 2 bar oder zwei Atmosphären beträgt, und mit der geeigneten Ausrüstung würde ein angenäherter unterer Grenzwert etwa 0,1 bar oder 1/10 Atmosphäre betragen. Es versteht sich, dass ein Betriebsdruck von sogar 1/10 Atmosphäre eine Größenordnung darstellt, die größer als der typische im Stand der Technik zu findende Betriebsdruck ist, wo PI üblicherweise in einem Vakuum oder bei Fast-Vakuum-Bedingungen durchgeführt wurde. Im Allgemeinen wird beabsichtigt, dass die Verdampfung und Ionisation in einem Bereich, der in etwa den gleichen Betriebsdruck aufweist wie eine Quelle der gleichen Probenlösung (d. h. LC), und bei einem Druck stattfinden, der für eine angrenzende Einlasskammer eines Massenspektrometers geeignet ist.

Claims

Verfahren zur Analyse einer Analytprobe, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: (1) Bereitstellen einer ein Lösungsmittel und einen Analyt umfassenden Probenlösung als Probenstrom; (2) Bereitstellen eines Dotierungsmaterials im Probenstrom; (3) Bilden eines Sprühnebels aus Tröpfchen des Probenstroms zur Förderung der Verdampfung des Lösungsmittels und des Analyts; (4) Verdampfen der Tröpfchen im Sprühnebel, wodurch die Probe in den dampfförmigen Zustand übergeht; (5) nach Schritt (2), in einem Bereich mit etwa 1 bar, Bestrahlen des Probenstroms mit Strahlung zur Ionisation des Dotierungsmaterials, wodurch zumindest einer der nachfolgenden Zusammenstöße zwischen dem ionisierten Dotierungsmaterial und dem Analyt und indirekten Zusammenstöße des Analyts mit Lösungsmittelmolekülen, die als Vermittler dienen, zur Ionisation des Analyts führt; und (6) Leiten der Ionen in den Massenanalysator eines Massenspektrometers zur Massenanalyse der Ionen.
Verfahren nach Anspruch 1, das in Schritt (5) das Bestrahlen des Probenstroms vor Schritt (4) umfasst, um eine Bestrahlung im flüssigen Zustand durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 1, das in Schritt (5) das Bestrahlen des Probenstroms nach Schritt (4) umfasst, um eine Bestrahlung im dampfförmigen Zustand durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, worin Schritt (2) des Bereitstellens eines Dotierungsmaterials eines aus der Hinzufügung eines separaten Dotierungsmaterials und der Verwendung des Lösungsmittels als Dotierungsmaterial umfasst und worin das Dotierungsmaterial im flüssigen oder im dampfförmigen Zustand bereitgestellt ist.
Verfahren nach Anspruch 4, welches das Bereitstellen einer Führung zum Führen des Probenstroms und der Ionen in Schritt (3), (4) und (5) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, welches das Bereitstellen einer Führung mit einem Ende umfasst, das so geformt ist, dass es die Ionenfokussierung fördert.
Verfahren nach Anspruch 5, welches das Bereitstellen weiterer elektrostatischer Fokussierungselemente und eines Potentials zwischen einer Zone, in welcher der Probenstrom in Schritt (5) bestrahlt wird, und dem Einlass des Massenspektrometers umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, welches das Leiten des Probenstroms in den Schritten (3), (4) und (5) in eine erste Richtung und in Schritt (6) das Leiten der Ionen in einen Massenanalysator in einer zweite Richtung, die im Allgemeinen orthogonal zur ersten Richtung ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, 6 oder 7, welches das Leiten des Probenstroms in im Wesentlichen die gleiche Richtung in allen Schritten (3), (4), (5) und (6) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, 3, 4, 5 oder 6, welches das Bilden eines aus positiven und negativen Ionen in Schritt (5) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, welches das Durchführen des Verfahrens mit einer Probenlösung umfasst, die mehrere Analyten enthält, wodurch alle Analyten zumindest in einem gewissen Ausmaß ionisiert werden, wobei das Verfahren weiters das Unterziehen der Analytionen einem Massenspektrometrieschritt umfasst, um die unterschiedlichen Analyten zu trennen und zu unterscheiden.
Verfahren nach Anspruch 4, welches das Bereitstellen eines Fokussierungspotentials zwischen zumindest einer Zone, in welcher der Analyt in Schritt (5) bestrahlt wird, und dem Einlass des Massenspektrometers umfasst.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, welches das Ausführen der Schritte (3) und (4) durch Leiten der Probenlösung durch eine beheizte Zerstäubersonde und das Bereitstellen eines Hilfsgasstroms zur Förderung der Bildung von Tröpfchen und des Verdampfens des Lösungsmittels und der Analyten sowie den Transport des Dampfs zu der und durch die Ionisierungsregion umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, welches das Zusetzen des Dotierungsmaterials in Schritt (2) durch Zuführen eines Hilfsgases, welches das Dotierungsmaterial enthält, zur beheizten Zerstäubersonde umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1, 3, 5 oder 13, welches das Unterziehen des Probenstroms einer Flüssigphasentrennung vor Schritt (3) umfasst, um den Analyt von anderen Substanzen zu trennen.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin Schritt (6) das Leiten der Ionen in ein Massenspektrometer umfasst, das bei einem Druck betrieben wird, der wesentlich unter Atmosphärendruck liegt.
Vorrichtung zur Bestrahlung eines Probenstroms, der aus einer Probenlösung, die eine relativ große Menge einiger ionisierbarer Spezies und eine relativ geringe Menge eines zu ionisierenden Analyts enthält, gebildet wird, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: Sprühmittel zur Bildung eines Sprühnebels aus Tröpfchen des Probenstroms zur Verdampfung des Probenstroms; Dotierungsmaterial-Zufuhrmittel (28) zur Zufuhr eines Dotierungsmaterials zum Probenstrom; ein Mittel (22) zur Bestrahlung des Probenstroms, in einem Bereich mit etwa 1 bar, um die ionisierbaren Spezies zu ionisieren, wodurch zumindest einer der nachfolgenden Zusammenstöße zwischen den ionisierten Spezies und dem Analyt und Zwischenreaktionen zwischen den ionisierten Spezies und dem Analyt zu einer Ladungsübertragung und Ionisierung des Analyts führt; und ein Massenspektrometer (10) zur Bestimmung des Masse-Ladungs-Verhältnisses der Ionen, die durch die Bestrahlung des Probenstroms gebildet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 17, worin das Mittel zur Bestrahlung eine Lampe (46) umfasst, die so gewählt ist, dass Photonen mit einer Energie bereitgestellt werden, die zur Ionisierung der ionisierbaren Spezies ausreicht.
Vorrichtung nach Anspruch 17, worin das Mittel zur Bildung eines Sprühnebels einen Zerstäuber (20) umfasst, der einen Einlass für die Zufuhr eines Zerstäubergases aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 17, worin der Zerstäuber (20) einen Einlass für ein Hilfsgas umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17, worin das Dotierungsmaterial in flüssiger Phase bereitgestellt und mit der Probenlösung vermischt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 17, worin das Dotierungsmaterial in Dampfphase bereitgestellt und mit dem verdampften Probenstrom vermischt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, worin der Zerstäuber (20) ein Kapillarrohr (34) zur Aufnahme des Probenstroms und mit einem Auslass zur Bildung des Sprühnebels aus Tröpfchen, einen Kanal (38) zur Leitung des verdampften Probenstroms und sich vom Auslass des Kapillarrohrs aus erstreckend sowie eine Heizvorrichtung (32) um den Kanal herum, neben dem Auslass des Kapillarrohrs, zur Förderung der Verdampfung des Lösungsmittels und des Analyts umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 23, welche ein Verbindungsteil (42), welches den Kanal für den verdampften Probenstrom und die Ionen definiert und sich zwischen dem Zerstäuber und dem Massenspektrometer erstreckt, und ein Hochspannungsstromversorgungsmittel (52), das mit dem Verbindungsteil verbunden ist, um ein Fo kussierungspotential zwischen dem Verbindungsteil und dem Massenspektrometer bereitzustellen, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17, worin das Mittel zur Bestrahlung (22) einen Laser umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 17, welche ein Flüssigkeitstrennmittel (12) umfasst, das mit dem Sprühmittel verbunden ist, um die Probenlösung einer Flüssigphasentrennung zu unterziehen, bevor der Sprühnebel aus Tröpfchen gebildet wird.