DE60133548T2

DE60133548T2 - Einen grösseren und stabileren ionenfluss erzeugende normaldruckionenlinse

Info

Publication number: DE60133548T2
Application number: DE60133548T
Authority: DE
Inventors: David D. Vancouver CHEN; Donald J. Vancouver DOUGLAS; Bradley B. Vancouver SCHNEIDER
Original assignee: University of British Columbia
Current assignee: University of British Columbia
Priority date: 2000-05-22
Filing date: 2001-05-22
Publication date: 2009-05-07
Anticipated expiration: 2021-05-23
Also published as: EP1290712A2; ATE392006T1; DE60133548D1; WO2001091158A2; CA2409860A1; EP1290712B1; WO2001091158A3; US20040011953A1; JP2003536207A; AU2001261958A1; US7067804B2

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft verschiedene Typen von Ionenquellen, wie z. B., ohne darauf beschränkt zu sein, Ionensprayquellen, Elektrosprayquellen, Elektrospray mit verringerter Flüssigkeits-Durchflussgeschwindigkeit, Ionenspray mit verringerter Flüssigkeits-Durchflussgeschwindigkeit, Nanospray und chemische Atmosphärendruckionisierungs-(APCI-)Quellen. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung die Erhöhung der Ionensignalstabilität und des durch verschiedene Typen von Elektrosprayionenquellen gebildeten Ionenflusses.
STAND DER TECHNIK
Die Elektrosprayionisierung (ESI) ist ein Verfahren zur Bildung von Ionen in der Gasphase bei relativ hohem Druck. ESI wurde als Ionenquelle für die Massenanalyse zuerst von Dole et al. (Dole, M.; Mach, L. L.; Hines, R. L.; Mobley, R. C.; Ferguson, L. P.; Alice, M. B., J. Chem. Phys. 49, 2240–2249 (1968)) vorgeschlagen. Die Arbeit von Fenn und Mitarbeitern (Yamashita, M.; Fenn, J. D., J. Phys. Chem. 88, 4451–4459 (1984); Yamashita, M.; Fenn, J. D., J. Phys. Chem. 88, 4671–4675; Whitehouse, C. M.; Dreyer, R. N.; Yamashita, M.; Fenn, J. B., Anal. Chem. 57, 675–679 (1985)) half dabei, das Potenzial der ESI für die Massenspektrometrie aufzuzeigen. Seither ist die ESI aufgrund ihrer Vielseitigkeit, einfachen Handhabung und Wirksamkeit für große Biomoleküle einer der am häufigsten angewandten Typen von Ionisierungsverfahren.
Die ESI umfasst das Durchleiten einer flüssigen Probe durch ein Kapillare, die auf einem hohen elektrischen Potenzial gehalten wird. Tröpfchen aus der flüssigen Probe werden geladen und es kommt zu einer Ladungstrennung vom elektrophoretischen Typ. Bei der ESI im positiven Ionenmodus wandern positive Ionen stromabwärts zum Meniskus eines Tröpfchens hin, das sich an der Spitze einer Kapillare bildet. Negative Ionen werden zur Kapillare hin angezogen, was zur Ladungsanreicherung in dem wachsenden Tröpfchen führt. Anschließende Spaltungen oder die Verdampfung des geladenen Tröpfchens führen zur Bildung von einfach solvatisierten Gasphasenionen (Kebarle, P.; Tang, L., Analytical Chemistry 65, 972A–986A (1993)). Diese Ionen werden anschließend auf eine stromabwärtige Öffnung einer Analysevorrichtung, wie z. B. einem Quadrupol-Massenspektrometer, einem Flugzeit-Massenspektrometer, einem Ionencyclotron-Resonanzmassenanalysator oder dergleichen, übertragen.
Ionenspray ist eine Form von ESI, bei dem ein Zerstäubergasstrom verwendet wird, um den Anstieg der Tröpfchenspaltungen zu beschleunigen. Das Zerstäubergas unterstützt das Aufbrechen von Tröpfchen, die sich an der Kapillarspitze bilden. So gebildete Ionen können in das Vakuumsystem verschiedener Massenanalysatoren geleitet werden, die, ohne darauf beschränkt zu sein, Quadrupol-, Flugzeit-, Ionenfallen- und Ionencyclotron-Resonanz-Massenanalysatoren umfassen.
Leider führt die Verwendung von ESI und Ionenspray mit Massenspektrometern zu einer geringen Effizienz der Ionenprobenentnahmewirksamkeit. Üblicherweise treten die häufigsten Ionenverluste zwischen dem atmosphärischen Druckbereich, bei dem die Ionen erzeugt werden, und der ersten differential gepumpten Vakuumstufe, in welche die Ionen eindringen müssen, auf. Ionen bilden sich in einer breiten Elektrospray-Fahne mit üblicherweise einem Durchmesser von 1 cm. Die Ionenprobenentnahmeöffnung, nämlich die Einlassöffnung des Massenspektrometers, weist üblicherweise einen Durchmesser von etwa 0,01 bis 0,025 cm auf, weshalb nur eine geringe Fraktion der Ionen durch die Probenentnahmeöffnung gelangt. Die Größe der Öffnung, die den atmosphärischen Druckbereich von der ersten Vakuumstufe trennt, stellt eine Durchleitungsgrenze für den Durchfluss von Gas und Ionen in den Massenspektrometer bereit. Der Durchmesser der Öffnung ist durch die Pumpgeschwindigkeit des Vakuumsystems des Massenspektrometers begrenzt. Aufgrund der mit Vakuumpumpen verbundenen hohen Kosten muss ein Kompromiss zwischen der erwünschten Öffnungsgröße und den Kosten für die Vakuumpumpen getroffen werden. Da die Ionenbewegung bei atmosphärischem Druck von der Form und Verteilung der Äquipotenzialkurven abhängt, werden viele Ionen nicht in die Einlassöffnung geleitet.
Folglich gab es Versuche, die Ionenprobenentnahmewirksamkeit zu erhöhen, die zur Entwicklung der Nanoelektrosprayionisierung (Wilm, M.; Mann, M. Anal. Chem. 68, 1–8 (1996)) und anderen Elektrosprayionisierungsquellen mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit (Figeys, D.; Aebersold, R., Electrophoresis 18, 360–368 (1997)) geführt haben. Ionisierungsquellen mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit setzen einen konischen Zerstäuber mit einem Innendurchmesser ein, der viel kleiner ist als der in herkömmlichen ESI-Quellen verwendete. Ionenquellen mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit weisen eine Durchflussgeschwindigkeit von üblicherweise 0,05 bis 1,0 μl/min und einen konischen Zerstäuber mit einem Innendurchmesser von 5–30 μm auf. Übliche ESI- und Ionensprayquellen weisen Durchflussgeschwindigkeiten von 1–1.000 μl/min und Zerstäuberspitzendurchmesser von 50–200 μm auf. Für eine vorgegebene Analytenkonzentration ist das Signal mit einer Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit üblicherweise gleich groß oder größer als jenes herkömmlicher Elektrosprayquellen, wenn auch viel geringere Durchflussgeschwindigkeiten erforderlich sind. Dies ist auf den deutlichen Anstieg der Probenentnahmewirksamkeit der durch die Quellen erzeugten Analytenionen zurückzuführen. Ionenquellen mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit können auch einen Zerstäubergasstrom umfassen. Diese Typen von Ionenquellen werden in nachstehendem Text als Ionensprayquellen mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit bezeichnet.
Eine andere Herangehensweise, die angewandt wird, um die Effizienz der Ionenprobenentnahme von ESI für Massenspektrometrie zu erhöhen, umfasst die Modifizierung des Massenspektrometers, an den die ESI-Quelle angebracht ist. Insbesondere kann der Durchmesser der Eintrittsöffnung des Massenspektrometers vergrößert werden, um mehr Ionen in das Vakuumsystem zu ziehen. Mit der Maßgabe, dass das Ionen-Gas-Verhältnis konstant bleibt, wird eine Erhöhung des Ionensignals proportional zur Erhöhung des Gasstroms erwartet. Eine größere Vakuumpumpe wird jedoch erforderlich, um den gleichen Druck im Massenspektrometer beizubehalten. Leider zieht die Erhöhung der Vakuumpumpengeschwindigkeit einen Massenspektrometer mit deutlich höheren Kosten nach sich.
Verfahren nach dem Stand der Technik haben sich damit auseinandergesetzt, Potenziale in einem Vakuumbereich oder einem Übergangsbereich oder in Bereichen anzulegen, die unter reduziertem Druck stehen, um die Ausbreitung der Ionen zu verringern, insbesonders den Ionenstrahl zu fokussieren. Das ist jedoch schwierig, weil die Ionenausbreitung sowohl von den Äquipotenzialen als auch der Gasgeschwindigkeit in dem Bereich oder den Bereichen mit reduziertem Druck gesteuert wird. Wird ein ungeeignetes Potenzial an die Linsenelemente angelegt, kann es auch zu einer ungewünschten Ionenfragmentierung kommen. In einem atmosphärischen Druckbereich sind es hingegen die Äquipotenzialkurven, die die Ionenbahnen dominieren, und die Distanz, die die Ionen zwischen den Kollisionen zurücklegen, ist so kurz, dass die Ionen nicht genügend Energie speichern, um eine Ionenfragmentierung zu bewirken oder um eine signifikante Geschwindigkeit zu erreichen.
Ionenlinsen wurden in Vakuumbereichen eingesetzt, um Ionenstrahlen zu fokussieren und Ionenbahnen zu verändern. Andere Verfahren nach dem Stand der Technik zielen darauf ab, die Ionenbahnen unmittelbar vor dem Eintritt in einen nachgeschalteten Massenspektrometer zu verbessern. Franzen et al. ( US-Patent 5.747.799 ) beschreiben eine auf der Innenwand eines erhitzten Kapillareinlasses angeordnete Ringelektrode bei oder fast bei atmosphärischem Druck für einen einer ESI-Quelle nachgeschalteten Massenspektrometer. Der Ring sollte dazu dienen, Ionen in die Einlasskapillare des Massenspektrometers zu ziehen. Der Ring verbesserte die Form der Äquipotenziale, sodass die elektrischen Feldlinien direkt in die Einlasskapillare des Massenspektrometers zeigten. Es gibt jedoch keine Hinweise darauf, ob eine wahrnehmbare Erhöhung des Ionensignals beobachtet wurde.
Gulcicek et al. ( US-Patent 5.432.343 ) offenbaren eine Schnittstelle für eine ESI-Quelle unter atmosphärischem Druck, die mit einem Massenspektrometer verbunden ist, die einen Übergangsbereich mit mehreren Vakuumstufen enthielt. Der Übergangsbereich umfasste zumindest eine elektrostatische Linse, die genau angeordnet werden musste, um die Fokussierung der Ionen entlang einer Achse zu unterstützen. Die elektrostatische Linse sollte dazu dienen, den Ionenübergangs-Wirkungsgrad mittels der zweiten und dritten differential gepumpten Stufen des Vakuums zu erhö hen. In dem ESI-Quellengehäuse zeigte Gulcicek ein Endplattenlinsenelement und eine zylinderförmige Linse, die nahe des Umfangs des Gehäuses der ESI-Quelle angeordnet wurde. Die Linsen in dem ESI-Quellengehäuse sollte dazu dienen, die Konzentration der geladenen Tröpfchen nahe der Achse in der ESI-Quelle zu steigern, wo die desorbierten Analytenionen wirksamer in eine Kapillarenöffnung, die zum Übergangsbereich führte, strömen könnten. Diese Linsen waren jedoch sowohl von dem Zerstäuber als auch der Einlassöffnung der Kapillare, die zum Übergangsbereich führte, deutlich entfernt, sodass es fraglich ist, inwiefern die Linsen in dem Quellengehäuse eine Fokussierungswirkung nahe der Zerstäuberspitze bereitstellten. Während für andere Teile der Vorrichtung bezüglich der elektrischen Felder Details angeführt sind, gibt es keine Details hinsichtlich des elektrischen Felds in dieser Atmosphärenionisierungskammer. Darüber hinaus gab es keine Ergebnisse, die darauf hinwiesen, dass mit diesem Verfahren eine Erhöhung des Ionensignals erzielbar ist.
Feng et al. (Feng, X.; Agnes, G. R., J. Am. Soc. Mass. Spectrom. 11, 393–399 (2000)) überprüften mehrere Atmosphärendruck-Elektrodenmodelle zur Durchleitung von Ionen in die Probenentnahmeöffnung eines nachgeschalteten Massenspektrometers. Die Drahtlinsen (wire lenses) waren in Feldrichtung nach einer Tröpfchen-Levitations-Ionenquelle angeordnet. Die Durchflussgeschwindigkeit der Ionenquelle betrug 5 μl/min. Feng et al. fanden heraus, dass die Drahtlinsen zu erhöhten Ionenströmen führten, die im Massenspektrometer nachgewiesen wurden. Die Linsen brauchten jedoch sowohl Wechselspannung als auch Gleichspannung, was eine teurere Spannungszufuhr erfordert. Ferner kann die Feng-Vorrichtung nicht mit einem Vorhanggas eingesetzt werden, was die praktische Anwendung einschränkt. Ferner zeigte sich, dass die Feng-Linse nur mit einzelnen isolierten Tröpfchen funktioniert und nicht mit einer kontinuierlichen Ionenquelle, wie z. B. einer ESI-Quelle. Schließlich befindet sich die Feng-Linse in dem Desolvatationsbereich im Wesentlichen in Feldrichtung nach der Ionenquelle.
Whitehouse et al. ( US-Patent 6.060.705 ) fügten entlang einer Atmosphärendruck-Ionisierungskammer zusätzlich Fenster hinzu, um die Direktbetrachtung des Elektro sprays und der Atmosphärendruck-Ionenquelle während des Betriebs zu ermöglichen. Whitehouse offenbart auch eine zylinderförmige Elektrode, die sich entlang der Seitenwände der Atmosphärendruck-Ionisierungskammer erstreckt, sowie einen Zerstäubergasstrom, der an die Nadelspitze des Elektrosprays angelegt ist. Es befanden sich auch drei elektrostatische Linsen in einem Übergangsbereich zwischen der Ionenquelle und einem nachgeschalteten Massenspektrometer. Das Potenzial der zylinderförmigen Elektrode in dem Quellengehäuse wurde so eingestellt, dass die geladenen Ionen, die die Elektrospray-Nadelspitze verließen, durch ein elektrisches Feld in Richtung einer Öffnung oder einer Kapillaren-Eintrittsöffnung des nachgeschalteten Massenspektrometers gelenkt und fokussiert wurden. Whitehouse bemerkte, dass es zu einer Erhöhung des Ionensignals kam, wenn das an die zylinderförmige Elektrode innerhalb des Quellengehäuses angelegte Potenzial erhöht wurde, sowie wenn ein Potenzial an die zylinderförmige Linse angelegt und ein Zerstäubergas eingesetzt wurde, um das Aufbrechen der geladenen Tröpfchen zu unterstützen. Whitehouse zeigte auch, dass die Potenziale und die Nadelposition eingestellt werden konnten, um die Elektrosprayleistung zu optimieren. Die zylinderförmige Elektrode in dem ESI-Quellengehäuse war jedoch erneut zu weit von dem ESI-Sprayer entfernt. Ferner war der Aufbau der zylinderförmigen Elektrode fest, und die Lage oder Ausrichtung der Elektrode konnte nicht eingestellt werden.
Bertsch et al. ( US-Patent 5.838.003 ) offenbaren eine Elektrospray-Ionisierungskammer, die im Wesentlichen unter oder fast unter atmosphärischem Druck arbeitet und eine asymmetrische Elektrode beinhaltet. Die asymmetrische Elektrode ist entweder eine Hälfte eines vollen Zylinders, eine flache halbkreisförmige Platte, ein Draht oder eine flache kreisförmige Scheibe. Der Sprayer war in einem 90°-Winkel in Bezug auf die Achse der Ioneneintrittsöffnung des Massenspektrometers ausgerichtet. Bertsch offenbart auch, dass sich die Elektrode über die Spitze des Sprayers hinaus erstrecken kann. Bertsch zeigt aber auch, dass die asymmetrische Elektrode erforderlich ist, um den Elektrospray zu initiieren und zu erhalten. Es scheint, dass die asymmetrische Elektrode auf dem gleichen Potenzial wie die Gegenelektrode gehalten wird, und zwar gibt es ähnlich den anderen Vorschlägen nach dem Stand der Technik keine klare Lehre bezüglich einer getrennten Linse, die auf einem Potenzial gehalten wird, das sich von den zwei Elektroden unterscheidet, die das elektrische Basisfeld bilden. Bertsch lehrt auch, dass ihre Vorrichtung bei Durchflussgeschwindigkeiten von 1 μl/min bis zu 2 ml/min anwendbar ist und folglich auf ESI-Quellen mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit nicht anwendbar ist. Bertsch hält auch fest, dass ein Zerstäubergas eingebracht werden kann, um die Bildung eines Aerosols zu unterstützen.
In einer weiteren Arbeit offenbaren Tang et al. (Tang, K.; Lin, Y.; Matson, D.; Taeman, K.; Smith, R. D., Anal. Chem. 73, 1658–1663 (2001)) Mehrfach-Mikroelektrospray-Emitter, die stabile Mehrfachelektrosprays in einem Flüssigkeits-Durchflussgeschwindigkeitsbereich (1 bis 8 μl/min Gesamtdurchfluss) erfolgreich erzeugen, die mit Massenspektrometrie kompatibel sind. Höhere Elektrospray-Gesamtionenströme wurden beobachtet als die Anzahl an Elektrosprays bei einer vorgegebenen Gesamtflüssigkeits-Durchflussgeschwindigkeit erhöht wurde. Tang offenbart auch, dass, verglichen mit herkömmlichen einzelnen ESI-Quellen, in welchen der Elektrospray aus einer Quarzglas-Kapillare gebildet wird, stabile Elektrosprays bei höheren Flüssigkeits-Durchflussgeschwindigkeiten erzeugt werden konnten. Ein Zerstäubergas kann ebenfalls mit den Mehrfach-Mikroelektrospray-Emittern eingesetzt werden.
Angesichts des Stands der Technik besteht nach wie vor Bedarf an einer kostengünstigen Vorrichtung, die zur Fokussierung von Ionen eingesetzt werden kann, wenn diese an der Kapillarenspitze gebildet werden, um den Ionenfluss in eine nachgeschaltete Vorrichtung, wie z. B. einen Massenspektrometer, zu erhöhen. Es ist besonders wichtig zu beachten, dass sich bisher nur sehr wenige Studien mit Verfahren zur Verbesserung von Ionenbahnen beschäftigen, wenn die Ionen in der Sprayer-Fahne einer Ionenquelle gebildet werden.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung zielt auf die Verbesserung der Ionenübertragung in eine nachgeschaltete Vorrichtung, wie z. B. ein Massenspektrometer, durch Fokussieren auf den Punkt, an dem die Ionen und geladenen Tröpfchen anfänglich gebildet werden. Dies wird durch Anordnen zumindest einer „Ionenlinse" im Nahbereich der Sprayerspitze einer Ionenquelle erreicht, die im Wesentlichen bei atmosphärischem Druck vorliegt. In dieser Beschreibung steht „Ionenlinse" oder „Ionenfokussierelement" für eine Elektrode, die eingesetzt werden kann, um die Äquipotenziale in dem atmosphärischen Druckbereich zu verändern, sodass bewirkt wird, dass mehr Ionen aus der Quelle eine nachgeschaltete Vorrichtung, wie z. B. ein Massenspektrometer, erreichen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine an eine Sprayerspitze oder eine Sprayerauslassöffnung nachgeschaltet angebrachte „Ionenlinse", um, wie definiert, die Äquipotenziale zu verändern. Verschiedene Formen von Ionenlinsen können in der ESI-Quelle enthalten sein, um eine größere Anzahl an Ionen in die Düse des nachgeschalteten Massenspektrometers zu fokussieren. Durch Zugabe einer einzelnen Ionenlinse und Anlegen einer Hochspannung an die Ionenlinsen wurde ein Anstieg der Gesamtzählrate sämtlicher Ionen in dem Massenspektrum beobachtet, wenn eine ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit und eine Ionensprayquelle, die bei hohen Durchflussgeschwindigkeiten betrieben wurde, eingesetzt wurden. Darüber hinaus verbesserte sich die Ionensignalstabilität für beide Ionenquellen. Ferner können die Fragmentierung und Ladungszustandmuster der gebildeten Ionen vorteilhaft optimiert werden, indem die Geometrie der Ionenlinse (oder Ionenlinsen) und die Stärke der an die Ionenlinse (oder Ionenlinsen) angelegten Potenziale verändert werden.
In einem wie in Anspruch 1 dargelegten ersten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine Ionenquellenvorrichtung zur Erzeugung von Ionen aus einer Analytenprobe bereit, wobei die Vorrichtung eine Ionenquelle, zumindest eine Gegenelektrode und ein Ionenfokussierelement umfasst. Die Ionenquelle ist gegenüber der zumindest einen Gegenelektrode montiert und das Ionenfokussierelement ist relativ zur Ionenquelle montiert. In Betrieb wird eine Potenzialdifferenz zwischen der Ionenquelle und der zumindest einen Gegenelektrode angelegt, um einen Sprühnebel aus ionisierten Tröpfchen zu erzeugen und eine Bewegung von Ionen in Richtung der zumindest einen Gegenelektrode zu bewirken. Darüber hinaus wird ein Potenzial an das Ionenfokussierelement angelegt, um die zur Ionenquelle benachbarten Äqui potenziale zu verändern und um Ionen in einer gewünschten Ionenausbreitungsachse zu fokussieren und zu lenken. Das Ionenfokussierelement ist benachbart zur Ionenquelle angebracht, sodass die Ionen entlang einer sich von der Ionenquelle weg erstreckenden Achse gelenkt werden. Das an das Fokussierelement angelegte Potenzial ist angepasst, um zu gewährleisten, dass die zur Ionenquelle benachbarten Äquipotenziale im Wesentlichen senkrecht zur gewünschten Ionenausbreitungsachse, sowohl auf der Achse als auch in einem beträchtlichen Bereich um die Achse herum, verlaufen.
In einem wie in Anspruch 26 dargelegten zweiten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Erzeugung von Ionen aus einer Analytenprobe bereit. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

1) Zuführen der Analytenprobe zu einer Ionenquelle;
2) Bereitstellen zumindest einer von der Ionenquelle beabstandeten Gegenelektrode;
3) Bereitstellen einer Potenzialdifferenz zwischen der Ionenquelle und der zumindest einen Gegenelektrode, um einen Sprühnebel aus Ionen oder ionisierten Tröpfchen zu erzeugen; und
4) Bereitstellen eines Ionenfokussierelements und Anlegen eines Potenzials an das Ionenfokussierelement, um die zur Ionenquelle benachbarten Äquipotenziale so zu verändern, dass Ionen in einer gewünschten Ionenausbreitungsachse fokussiert und gelenkt werden.

Das Verfahren umfasst ferner das Bereitstellen des Ionenfokussierelements benachbart zur Ionenquelle, sodass die Ionen entlang einer sich von der Ionenquelle weg erstreckenden Achse gelenkt werden. Das Verfahren umfasst darüber hinaus das Einstellen des an das Ionenfokussierelement angelegten Potenzials, um sicherzustellen, dass die zur Ionenquelle benachbarten Äquipotenziale im Wesentlichen senkrecht zur gewünschten Ionenausbreitungsachse, sowohl auf der Achse als auch in einem beträchtlichen Bereich um die Achse, sind.
Es gilt anzumerken, dass in der vorliegenden Erfindung eine Ionenquelle einen Ionensprayer umfasst. Ferner weisen Massenspektrometer üblicherweise eine Öffnungsplatte mit einer Öffnung auf, sodass die Ionenquellenvorrichtung mit der Öffnungsplatte verschraubt werden kann. Folglich wird zwischen der Vorhangplatte der Ionenquellenvorrichtung und der Öffnungsplatte ein Bereich gebildet, in welchen Vorhanggas eingebracht werden kann.
Weitere Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung und um klarer zu machen wie diese umgesetzt werden kann, wird nachstehend mittels Beispielen auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen, die bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigen, worin:
1 ein Simulationsergebnis ist, das Äquipotenziallinien und qualitative Ionenbahnen für eine herkömmliche Elektrospray-Ionenquelle nach dem Stand der Technik, die bei hohen Flüssigkeits-Durchflussgeschwindigkeiten arbeitet, darstellt;
2 ein Simulationsergebnis ist, das die Äquipotenziallinien und qualitativen Ionenbahnen für eine bevorzugte Ausrichtung einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit nach dem Stand der Technik darstellt;
3 ein Simulationsergebnis ist, das die Äquipotenziallinien und qualitativen Ionenbahnen für eine zweite bevorzugte Ausrichtung einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit nach dem Stand der Technik darstellt;
4a eine Draufsicht einer Befestigungsvorrichtung mit einer nahe der Spitze einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit gemäß der vorliegenden Erfindung angeordneten Ionenlinse ist;
4b eine Vorderansicht der seitlich angeordneten Ionenlinse von 4a und einer Anbringungsvorrichtung zum Vorspannen der Ionenlinse auf ein gewünschtes Potenzial ist;
4c eine Draufsicht der Vorrichtung von 4a einschließlich einer Kapillare ist;
4d eine Vorderansicht der Ionenlinsen von 4c ist, die die Kapillarenspitze von 4c umgeben;
5a eine schematische Ansicht einer Ausführungsform der Ionenlinse ist;
5b eine schematische Ansicht einer alternativen Ausführungsform der Ionenlinse ist, worin die Öffnung der Ionenlinse einstellbar ist;
5c eine Vorderansicht des in 5b gezeigten geschlitzten Fensterstücks ist;
5d eine Vorderansicht des Abdeckstücks ist, das das geschlitzte Fensterstück mit der Ionenlinse verbindet;
6a eine Vorderansicht einer bevorzugten Ausführungsform der Position einer Elektrospray-Kapillare in Bezug auf die Ionenlinse ist;
6b eine Seitenansicht der bevorzugten Ausführungsform der Position einer Elektrospray-Kapillare in Bezug auf die Ionenlinse ist;
6c eine Vorderansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Position einer Elektrospray-Kapillare in Bezug auf die Ionenlinse ist;
6d eine Seitenansicht einer zweiten bevorzugten Ausführungsform der Position einer Elektrospray-Kapillare in Bezug auf die Ionenlinse ist;
7 eine schematische Ansicht der vorliegenden Erfindung ist, worin eine Ionenlinse nahe der Spitze einer Ionensprayquelle angeordnet ist;
8a das für eine Reserpinprobe erhaltene Massenspektrum unter Verwendung einer herkömmlichen Ionensprayquelle nach dem Stand der Technik ist;
8b das für eine Reserpinprobe erhaltene Massenspektrum unter Verwendung einer herkömmlichen ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit nach dem Stand der Technik ist;
8c das für eine Reserpinprobe erhaltene Massenspektrum unter Verwendung einer herkömmlichen ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit nach dem Stand der Technik, die eine Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung enthält, ist;
9a das für eine Probe von β-Cyclodextrin erhaltene Massenspektrum unter Verwendung einer herkömmlichen ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit nach dem Stand der Technik ist;
9b das für eine Probe von β-Cyclodextrin erhaltene Massenspektrum unter Verwendung einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse an einer ersten Position gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
9c das für eine Probe von β-Cyclodextrin erhaltene Massenspektrum unter Verwendung einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse an einer zweiten Position gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
10a ein Massenspektrum für β-Cyclodextrin unter Verwendung einer herkömmlichen ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit nach dem Stand der Technik ist;
10b ein Massenspektrum für β-Cyclodextrin ist, das eine ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse an einer ersten Position gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet und die Quelle optimiert, um doppelt protonierte Ionen zu bilden;
10c ein Massenspektrum für β-Cyclodextrin ist, das eine ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse an einer zweiten Position gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet und die Quelle optimiert, um doppelt protonierte Ionen zu bilden;
11a ein Massenspektrum für Cytochrom c ist, das eine herkömmliche Ionensprayquelle nach dem Stand der Technik verwendet und die Quelle optimiert, um ein maximales Ionensignal zu erhalten;
11b ein Massenspektrum für Cytochrom c ist, das eine herkömmliche ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit nach dem Stand der Technik verwendet und die Quelle optimiert, um ein maximales Ionensignal zu erhalten;
11c ein Massenspektrum für Cytochrom c ist, das eine ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet und die Quelle optimiert, um ein maximales Ionensignal zu erhalten;
12a ein Massenspektrum ist, das den Fragmentierungsgrad für eine Probe von β-Cyclodextrin unter Verwendung einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse und einem an die Ionenlinse angelegten Potenzial von 3.750 V gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
12b ein Massenspektrum des Ionensignals ist, wenn die Spitze des Ionensprayers näher an die Vorhangplatte bewegt wurde und das an die Ionenlinse angelegte Potenzial 5.100 V gemäß der vorliegenden Erfindung betrug;
12c ein Massenspektrum des Ionensignals ist, wenn die Spitze des Ionensprayers in etwa auf gleicher Höhe mit der Vorhangplatte angeordnet wurde und das an die Ionenlinse angelegte Potenzial 4.500 V gemäß der vorliegenden Erfindung betrug;
13 ein Simulationsergebnis ist, das Äquipotenziallinien und qualitative Ionenbahnen für eine ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
14 ein Simulationsergebnis ist, das Äquipotenziallinien und qualitative Ionenbahnen für eine Ionensprayquelle oder eine bei hohen Flüssigkeits-Durchflussgeschwindigkeiten arbeitende Elektrosprayquelle mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
15 ein Diagramm eines im Mehrfachionenmodus gemessenen Signals ist, während ein Ionensignal unter Verwendung einer Ionensprayquelle nach dem Stand der Technik ohne Ionenlinse beobachtet wurde;
16 ein Diagramm von zwei im Mehrfachionenmodus gemessenen Signalen ist, während ein Ionensignal unter Verwendung einer Ionensprayquelle mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung beobachtet wurde;
17 ein Diagramm eines im Mehrfachionenmodus gemessenen Signals ist, während ein Ionensignal unter Verwendung einer Ionensprayquelle mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung beobachtet wurde;
18 ein Diagramm einer Ionensignalabschwächung über der horizontalen Position des Sprayers einer Ionensprayquelle nach dem Stand der Technik ohne Ionenlinse und einer Ionensprayquelle mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
19 ein Diagramm einer Ionensignalabschwächung über der vertikalen Position des Sprayers einer Ionensprayquelle nach dem Stand der Technik ohne Ionenlinse und einer Ionensprayquelle mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
20 ein Diagramm einer Ionensignalintensität in Abhängigkeit von der Zeit während einer Änderung der Betriebsparameter der eine Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung enthaltenden Ionenquelle ist;
21a drei Kurven der Ionensignalintensität in Abhängigkeit von der Zeit umfasst, wenn das an die Ionenlinse einer Ionenquelle angelegte Potenzial gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht wird;
21b eine Kurve der Gesamtionensignalintensität in Abhängigkeit von der Zeit ist, wenn das an die Ionenlinse einer Ionenquelle angelegte Potenzial gemäß der vorliegenden Erfindung erhöht wird;
21c das bei 0,433 Minuten erhaltene Massenspektrum für das Ionensignal von 21b ist;
21d das bei 2,07 Minuten erhaltene Massenspektrum für das Ionensignal von 21b ist;
22a das Massenspektrum für einen Proteinverdau unter Verwendung einer Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit nach dem Stand der Technik ohne Ionenlinse ist;
22b das Massenspektrum für einen Proteinverdau unter Verwendung einer Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
23a ein Diagramm der Ionenintensität über der Zeit und das entsprechende Massenspektrum für eine Glufibrinopeptid-Probe ist, das unter Verwendung einer Standardionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit nach dem Stand der Technik ohne Ionenlinse erhalten wird;
23b ein Diagramm der Ionenintensität über der Zeit und das entsprechende Massenspektrum für eine Glufibrinopeptid-Probe ist, das unter Verwendung einer Standardionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird;
24a Diagramme der Ionensignalintensität in Abhängigkeit von der Zeit und das entsprechende Massenspektrum für ein Peptid in einem Verdau einer 500-fmol-Probe von β-Casein umfasst, die unter Verwendung einer Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit nach dem Stand der Technik ohne Ionenlinse erhalten werden;
24b Diagramme der Ionensignalintensität in Abhängigkeit von der Zeit und das entsprechende Massenspektrum für ein Peptid in einem Verdau einer 500-fmol-Probe von β-Casein umfasst, die unter Verwendung einer Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden;
24c Diagramme der Intensität des Hintergrundrauschens über der Zeit und der Ionensignalintensität über der Zeit für ein Peptid in einem Verdau einer 500-fmol-Probe von β-Casein umfasst, die unter Verwendung einer Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit nach dem Stand der Technik ohne Ionenlinse erhalten werden;
24d Diagramme der Intensität des Hintergrundrauschens über der Zeit und der Ionensignalintensität über der Zeit für ein Peptid in einem Verdau einer 500-fmol-Probe von β-Casein umfasst, die unter Verwendung einer Ionenquelle mit verringer ter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden;
25a das Massenspektrum für ein dreifach geladenes Peptid aus einem β-Caseinverdau ist, das unter Verwendung einer Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit nach dem Stand der Technik ohne Ionenlinse erhalten wird;
25b das Massenspektrum für ein dreifach geladenes Peptid aus einem β-Caseinverdau ist, das unter Verwendung einer Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird;
26a das Hintergrundrauschen für ein dreifach geladenes Peptid (Signal in 25a) aus einem β-Caseinverdau ist, das unter Verwendung einer Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit nach dem Stand der Technik ohne Ionenlinse erhalten wird;
26b das Hintergrundrauschen für ein dreifach geladenes Peptid (Signal in 25b) aus einem β-Caseinverdau ist, das unter Verwendung einer Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird;
27a das Massenspektrum für ein doppelt geladenes Peptid aus einem β-Caseinverdau ist, das unter Verwendung einer Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit nach dem Stand der Technik ohne Ionenlinse erhalten wird;
27b das Massenspektrum für ein doppelt geladenes Peptid aus einem β-Caseinverdau ist, das unter Verwendung einer Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird;
28a Diagramme des Gesamtionenchromatogramms, Basismaximumchromatogramms, Fragmentionenchromatogramms für das dominanteste Peptid in jeder Abtastung des Massenspektrometers und des Fragmentionenchromatogramms aus dem zweitdominantesten Peptid in jeder Abtastung des Massenspektrometers über der Zeit für einen Verdau einer 100-fmol-Probe von Rinderserumalbumin umfasst, die mittels Nano-Hochleistungsflüssigchromatographie (HPLC)-MS mit einer Ionenquelle mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten werden;
28b das Massenspektrum für ein Peptid und die Fragmentionen des Peptids aus einem Verdau einer 100-fmol-Probe von Rinderserumalbumin ist, das mittels eines Nano-HPLC-MS-Massenspektrometers mit einer Ionenquelle mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird;
29 ein Diagramm der Gesamtionensignalintensität über der Zeit für einen Verdau einer 50-fmol-Probe von Rinderserumalbumin ist, das mittels eines Nano-HPLC-MS mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird;
30 ein Simulationsergebnis ist, das Äquipotenziallinien für eine Ionenquelle mit zwei konzentrischen Ionenlinsen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
31 ein Simulationsergebnis ist, das Äquipotenziallinien für eine Ionenquelle mit zwei konzentrischen Ionenlinsen gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;
32 ein Simulationsergebnis ist, das Äquipotenziallinien für die Ionenquelle von 31 zeigt, wobei die Ionenlinsen entlang der Achse der Kapillare gemäß der vorliegenden Erfindung leicht versetzt sind;
33 ein Simulationsergebnis ist, das Äquipotenziallinien für die Ionenquelle von 31 zeigt, wobei die Ionenlinsen entlang der Achse der Kapillare gemäß der vorliegenden Erfindung deutlich versetzt sind;
34 ein Simulationsergebnis ist, das Äquipotenziallinien für die Ionenquelle von 31 zeigt, wobei die Ionenlinsen entlang des Sprayers gemäß der vorliegenden Erfindung der Länge nach angeordnet sind;
35 eine schematische Ansicht einer Mehrfachspray-Ionenquelle mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung ist;
36 ein Simulationsergebnis ist, das Äquipotenziallinien für eine Mehrfachspray-Ionenquelle nach dem Stand der Technik ohne Ionenlinse ist; und
37 ein Simulationsergebnis ist, das Äquipotenziallinien für eine Mehrfachspray-Ionenquelle mit einer Ionenlinse gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
In dieser Beschreibung sind ähnliche Elemente in unterschiedlichen Figuren durch die gleichen Bezugszahlen gekennzeichnet. Die Spannung ist immer Gleichspannung. Sämtliche in dieser Beschreibung gezeigte Simulationsergebnisse wurden ferner mittels des Simulationsprogramms MacSIMION Version 2.0 erhalten.
Zuerst werden die Simulationsergebnisse für Ionenquellenanordnungen nach dem Stand der Technik beschrieben. Bezugnehmend auf 1 wird eine herkömmliche Ionenspray- oder ESI-Ionenquelle mit hoher Durchflussgeschwindigkeit 10 gezeigt, die einen Sprayer 12, eine Vorhangplatte 14, eine Aperturöffnung 15 in der Vorhangplatte 14, eine Öffnung 16 in einer Öffnungsplatte 18, ein Gehäuse 20 und eine Sprayerhalterung 22 umfasst. Die Vorhangplatte 14, die Öffnungsplatte 18 und das Gehäuse 20 dienen als Gegenelektroden für die ESI-Ionenquelle 10.
Der Bereich zwischen der Vorhangplatte 14 und der Öffnungsplatte 18 ist unter atmosphärischem Druck und wird mit einem Gas, wie z. B. Stickstoff, durchflutet. Der Rest des Inneren des Gehäuses 20 steht ebenfalls unter atmosphärischem Druck. Die Öffnungsplatte 18 trennt den Bereich mit atmosphärischen Druck in dem Gehäu se 20 von allen anderen dem Gehäuse 20 stromabwärts nachgeschalteten Elementen, wie etwa der ersten Stufe des Vakuumsystems eines Massenspektrometers.
Auf dieser Anordnung wurde eine Simulation durchgeführt, bei der die angelegten Potenziale 5.000 V auf dem Sprayer 12, 1.000 V auf der Vorhangplatte 14, 190 V auf der Öffnungsplatte 18 und 0 V für das Gehäuse 20 (in der Praxis ist es üblich, das Gehäuse geerdet zu halten) betrugen. Die ESI-Sprayerhalterung 22 war auf gleichem Potenzial wie der Sprayer 12. 1 zeigt, dass die aus dieser Anordnung von Potenzialen resultierenden Äquipotenziallinien eingesetzt werden können, um die Richtung der Ionenwanderung im Gehäuse 20 zu ermitteln. Ionen erfahren eine Kraft in Richtung eines elektrischen Felds. Die Richtung des elektrischen Felds im Gehäuse 20 ist senkrecht zu einer an einem beliebigen Punkt auf den Äquipotenziallinien gezogenen Tangentiallinie. In einer Atmosphärendruckumgebung legen Ionen kurze Distanzen zwischen Kollisionen zurück und erfahren keine wesentliche Beschleunigung. Ionenwege können daher in Abwesenheit eines Gasstroms ermittelt werden, indem angenommen wird, dass sie immer senkrecht zu den Äquipotenziallinien sind. Folglich kann die Krümmung der Äquipotenziallinien an der Spitze des Sprayers 12 verwendet werden, um eine Reihe von Ionenbahnen, wie z. B. 24a, 24b und 24c, zu ermitteln. Wie gezeigt wird, gehen diese Ionenbahnen 24a, 24b und 24c über einen breiten Bereich auseinander und zeigen die Defokussierung, welche Ionen erfahren, nachdem sie die Spitze des Sprayers 12 verlassen haben. Bei dieser Anordnung erhöht sich das räumliche Aufweiten der an der Spitze des Sprayers 12 gebildeten Ionen, wenn die Ionen in Richtung der Vorhangplatte 14 wandern. Dies führt dazu, dass eine große Fraktion der gebildeten Ionen auf die Vorhangplatte 14 trifft. Folglich wird nur eine sehr geringe Fraktion der durch den Sprayer 12 gebildeten Ionen durch die Aperturöffnung 15 geleitet, um die Öffnung 16 zu erreichen.
Bezugnehmend auf 2, ist eine herkömmliche ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit 30 gezeigt, wobei die Spitze des Sprayers 12 weitaus näher an der Vorhangplatte 14 als die in 1 gezeigte herkömmliche Ionenquelle angeordnet ist.
Der Sprayer 12 liegt auch vor der Einlassaperturöffnung 15 zentriert vor. Auf dieser Anordnung wurde eine Simulation durchgeführt, bei der die angelegten Potenziale 3.000 V für den Sprayer 12, 1.000 V auf der Vorhangplatte 14, 190 V auf der Öffnungsplatte 18 und 0 V für das Gehäuse 20 betrugen. Die Äquipotenziallinien führen erneut zu einer Defokussierung der Ionenbahnen nahe der Spitze des Sprayers 12. Die Ionenbahnen 34a und 34b zeigen, dass eine sich ausbreitende Fahne 36 von Ionen gebildet wird, was zu einen geringen Wirkungsgrad der Ionenübertragung durch die Öffnung 16 führt. Dies hängt damit zusammen, dass sich die an der Spitze des Sprayers 12 gebildete räumliche Verteilung der Ionen verbreitert, wenn die Ionen zur Öffnung 16 hin wandern. Diese Verbreitung der Ionenbahnen führt dazu, dass eine große Anzahl an Ionen auf die Vorhangplatte 14 oder die Öffnungsplatte 18 trifft.
Bezugnehmend auf 3 ist eine alternative Anordnung für eine herkömmliche ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit 40, die die gleichen in 2 angeführten Komponenten aufweist, gezeigt. In dieser Anordnung ist der Sprayer 12 gegenüber der Aperturöffnung 15 in der Vorhangplatte 14 leicht versetzt. Eine Simulation wurde durchgeführt, indem die Potenziale aus der in 2 gezeigten Simulation verwendet wurden. Die Simulationsergebnisse legen einen leichten Anstieg des durch die Öffnung 16 gesendeten Ionensignals nahe, da es eine verringerte räumliche Verteilung von Ionen gibt, auch wenn die nahe der Spitze des Sprayers 12 befindlichen Äquipotenziale nach wie vor die Ionen zu defokussieren scheinen. In dieser Anordnung werden die Ionen mit einem Winkel abgelenkt, der ausreicht, um zu ermöglichen, dass sie mit höherem Wirkungsgrad in die Öffnung 16 wirksamer eintreten.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung beschrieben. Die vorliegende Erfindung stellt ein Ionenfokussierelement bereit, das im Nahbereich eines Ionensprayers liegt, um aus der Kapillarenspitze einer Ionenquelle emittierte Tröpfchen oder Ionen zu fokussieren, wodurch der Ionenfluss in eine nachgeschaltete Vorrichtung, wie z. B. ein Massenspektrometer oder dergleichen, verbessert wird.
Bezugnehmend auf 4a ist eine Ausführungsform für eine Befestigungsvorrichtung 50 zur Verwendung mit einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit gezeigt. Die Befestigungsvorrichtung 50 umfasst eine Sprayerhalterung 52, die eingesetzt wird, um eine Elektrospray-Kapillare 66 (4b) und eine Ionenlinse 62 zu positionieren. Die Sprayerhalterung 52 besteht aus Plexiglas. Alternativ dazu kann ein weiteres nicht leitendes Material für die Sprayerhalterung 52 verwendet werden. Die Sprayerhalterung 52 weist ein Befestigungsloch 54, eine Nut 56, einen leitfähigen Messingarm 58 und eine Einstellschraube 60 zur Festlegung der Ionenlinse 62 auf. Die Ionenlinse 62 kann auch als Linsenelektrode oder Ringelektrode bezeichnet werden. Das Befestigungsloch 54 ist auf der Sprayerhalterung 52 so angeordnet, dass die Sprayerhalterung 52 auf handelsüblichen Geräten, wie z. B. einem Massenspektrometer oder dergleichen, eingebaut werden kann, um einen handelsüblichen Ionenspray oder einen Elektrosprayarm zu ersetzen. Die Nut 56 ist in das Sprayerbefestigungsmittel 52 eingearbeitet, um eine Edelstahlverbindung 64 zu halten, die die Stelle zur Anlegung eines Potenzials an die Elektrospray-Kapillare 66 darstellt, um die konische Kapillarenspitze 74 in Bezug auf das (nicht dargestellte) Ionenquellengehäuse, in welches das Sprayerbefestigungsmittel 52 eingebaut ist, mit einer Ruhespannung zu beaufschlagen. Das Ionenquellengehäuse wird üblicherweise bei 0 V gehalten. Das Potenzial wird dann mittels des leitfähigen Messingarms 58 an eine Kapillare 66 angelegt. Die Einstellschraube 60 wird verwendet, um die Ionenlinse 62 an verschiedenen Stellen anzuordnen. Alternativ dazu könnten andere Typen von Haltemitteln oder Befestigungsanordnungen verwendet werden, um die Ionenlinse 62 zu fixieren.
Alternativ dazu kann die Kapillare 66 durch beliebige, Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung bekannte Mittel mit der konischen Spitze 74 verbunden werden. Dies kann, ohne darauf beschränkt zu sein, ein leitfähiges Befestigungsmittel mit geringem Totvolumen anstelle des Edelstahlrohrs, einer Flüssigverbindung (Zhang, B.; Foret, F.; Karger, B. L., Anal. Chem. 72, 1015–1022 (2000)) oder einer Mikrodialyseverbindung (Servers, J. C.; Smith, R. D., Anal. Chem. 69, 2154–2158 (1997)) umfassen. Darüber hinaus kann das Ende der Kapillare 66 an eine konische Spitze gezogen werden. In einem solchen Fall kann das Elektrospraypotenzial unter Verwendung von Grenzflä chen ohne Ummantelung angelegt werden. Diese können, ohne darauf beschränkt zu sein, das Anlegen einer leitfähigen Beschichtung an die Sprayerspitze (Wahl, J. H.; Gale, D. C.; Smith, R. D., J. Chromatogr. A. 659, 217–222 (1994) und Hofstadler, S. A.; Severs, J. C.; Swanek, F. D.; Ewing, A. G.; Smith, R. D., Rapid Commun. Mass Spectrom. 10, 919–923 (1996)) oder das Einbringen einer Elektrode in den Sprayer (Cao, P.; Moini, M., J. Am. Soc. Mass Spectrom. 8, 561–564 (1997) und Smith, A. D.; Moini, M., Anal. Chem. 73, 240–246 (2001)) umfassen. Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung ist klar, dass es viele verschiedene Verfahren zum Anlegen eines Elektrospraypotenzials an eine Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit gibt, und die oben angeführten Verfahren dienen lediglich als Beispiele und in keinster Weise dazu, den Schutzumfang oder den Geist der vorliegenden Erfindung einzuschränken. Ferner können beliebige Befestigungsmittel, einschließlich, jedoch ohne darauf beschränkt zu sein, Klebstoff, Einstellschraube, Mutter, Außenklemme oder ein Klemmsitz eingesetzt werden, um eine Kapillarenspitze mit einer beliebigen der obigen Verbindungen zu verbinden. Ferner kann die Bezeichnung Mikroefektrospray verwendet werden, um Elektrosprayquellen mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit zu beschreiben (Figeys, D.; Ning, Y.; Aebersold, R., Anal. Chem. 69, 3153–3160 (1997)).
Bezugnehmend auf 4b umfasst die Ionenlinse 62 zwei Teile. Der erste Teil der Ionenlinse 62 ist ein Ring 68, der um die Kapillare 66 angeordnet ist. Der zweite Teil der Ionenlinse 62 ist ein Verbindungselement 70, das angeordnet ist, um die Ionenlinse 62 mit einem gewünschten Potenzial vorzuspannen.
Bezugnehmend auf 4c wird eine ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit gezeigt, die die Kapillare 66 und das Sprayerbefestigungsmittel 52 umfasst. Die Kapillaren 66 und die konische Kapillarenspitze 74 sind in der Edelstahlverbindung 64 verbunden, die auf der Nut 56 angeordnet ist. Die konische Spitze 74 der Kapillare 66 weist vorzugsweise eine möglichst einheitliche Form auf. Die konische Spitze 74 weist einen Innendurchmesser von etwa 5–30 μm für Anwendungen mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit auf. In einer Reihe von Ausführungsformen kann die Kapillare 66 mit einer Spritzenpumpe, einem Kapillaren-Elektrophore segerät, einer Mikrofluidvorrichtung oder einem beliebigen anderen Typ von Fluidzufuhrsystemen verbunden sein, die mit den Erfordernissen einer Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit kompatibel sind. Eine getrennte, externe (nicht angeführte) Spannungsversorgung ist mit der Ionenlinse 62 über einen Draht 72 verbunden, um ein Potenzial an die Ionenlinse 62 anzulegen. Dieses Potenzial kann je nach der in der Kapillare 66 getragenen Flüssigkeitsprobe, Lösungsdurchflussgeschwindigkeit, Lösungsmitteltyp, Ionenmasse, Polarität der ESI-Quelle, Elektrospraypotenzial, Vorhangplattenpotenzial, Nähe des Sprayers zur Vorhangplatte und Position der Ionenlinse in Bezug auf die Sprayerspitze optimiert werden. In dieser Ausführungsform steht das Ende der konischen Spitze 74 der Kapillare 66 über die Ionenlinse 62 hinaus hervor. Ein Draht 24 ist an die (nicht angeführte) Spannungsquelle angebracht, um das Elektrospraypotenzial anzulegen.
Bezugnehmend auf 4d zeigt eine Endansicht der Ionenlinse 62 und der konischen Spitze 74 der Kapillare 66, dass die konische Spitze 74 der Kapillare in der Ionenlinse 62 in einer bevorzugten Ausführungsform vorzugsweise vertikal zentriert und nahe der linken Seite der Ionenlinse 62 vorliegt. In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform liegt die konische Spitze 74 vorzugsweise vertikal zentriert in der Ionenlinse 62 und horizontal zentriert in der Ionenlinse 62 vor. Alternativ dazu kann die konische Spitze 74 asymmetrisch, sowohl horizontal als auch vertikal, in der Ionenlinse 62 angeordnet sein. Darüber hinaus steht die durch die Ionenlinse definierte Ebene im Wesentlichen senkrecht zur Achse der Kapillare 66 und die Spitze 74 der Kapillare 66 stößt an diese Ebene an oder kreuzt diese. Die Position der Ionenlinse ist auch entlang der Achse der Kapillare 66 einstellbar. Die Position der Ionenlinse ist vorzugsweise optimiert, um den Ionenfluss in eine nachgeschaltete Vorrichtung, wie z. B. ein Massenspektrometer, zu maximieren. Die Optimierung umfasst die Einstellung der Position des Sprayers sowie das Einstellen der an die verschiedenen Komponenten der Ionenquelle angelegten Potenziale.
Bezugnehmend auf die 5a und 5b zeigen diese Figuren zwei andere Ausführungsformen 62' und 62'' der Ionenlinse 62. Die physikalischen Abmessungen – alle in mm – dienen lediglich Veranschaulichungszwecken. Folglich können andere Ab messungen und Formen verwendet werden. In 5a ist die Ionenlinse 62' nicht einstellbar. Die Ionenlinse 62' weist vorzugsweise eine Länge von 19 mm, eine Höhe von 8 mm und eine Öffnung 76' mit etwas kleineren Abmessungen auf. Die Öffnung 76' weist vorzugsweise eine Länge von 10 mm und eine Höhe von 5 mm auf. Die Ionenlinse 62' weist auch eine Dicke von 1 mm auf und besteht aus Edelstahl. Andere Öffnungsabmessungen im Bereich von 5 mm bis 15 mm wurden eingesetzt, um ebenfalls vorteilhafte Ergebnisse zu erzielen. Im Allgemeinen sind die kleinsten Abmessungen für die Ionenlinse 62 durch Beginn des Überschlags im Sprayer vorgegeben, und die größten Abmessungen für die Ionenlinse 62 sind durch die räumlichen Einschränkungen und die Abnahme des Wirkungsgrades vorgegeben. Die Ionenlinse 62 kann auch aus anderen leitfähigen Materialien bestehen, wobei Edelstahl verwendet wird, weil es inert ist.
Bezugnehmend auf 5b ist die Ionenlinse 62'' insofern einstellbar, als dass die Größe der Öffnung 76'' in Horizontalrichtung aufgrund eines geschlitzten Fensterteils 78 veränderlich sein kann. Zur Erhöhung der Größe der Öffnung 76'' wird das geschlitzte Fensterstück 78 nach rechts bewegt. Auf ähnliche Weise wird zur Verringerung der Größe der Öffnung 76'' das geschlitzte Fensterstück 78 nach links bewegt. Die Größe der Öffnung 76'' der Ionenlinse 62'' ist einstellbar, sodass das Ionensignal optimiert werden kann. In dieser Ausführungsform ist die vertikale Abmessung der Ionenlinse 62'' nicht einstellbar, wobei eine vertikale Einstellung ohne weiteres in einer alternativen Ausführungsform in die Ionenlinse 62'' eingebaut werden könnte.
Das geschlitzte Fensterstück 78 ist detaillierter in 5c dargestellt. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das geschlitzte Fensterstück 78 eine Nut 80 auf, die verwendet wird, um die horizontale Bewegung des geschlitzten Fensterstücks 78 zu ermöglichen. Die horizontale Nut ermöglicht, dass das geschlitzte Fensterstück 78 in Horizontalrichtung bewegt werden kann, wodurch die Größe der Ionenlinsenöffnung 76'' wirksam verändert wird. Alternativ dazu kann eine Reihe von Ionenlinsen mit unterschiedlichen Abmessungen eingesetzt werden. In einer alternativen Ausführungsform ist die Länge der Öffnung 76'' von einer Länge von 7 mm auf eine Länge von etwa 14 mm einstellbar, wobei eine Länge von 9 mm zu bevorzugen ist. Ein Abdeck stück 81 wird über das geschlitzte Fensterstück 78 angeordnet, und eine Schraube hält das Abdeckstück 81 und das geschlitzte Fensterstück 78 durch die Öffnung 82 auf der Ionenlinse 62''.
Die Ionenlinse 62 ist ringförmig und weist einen festen Querschnitt auf. Alternativ dazu kann der „Ring" der Ionenlinse 62 hohl sein. Die Ionenlinse 62 kann ferner einen kontinuierlichen oder nicht kontinuierlichen Querschnitt mit der Form eines Kreises, eines Ovals, eines Quadrats, eines Rechtecks, eines Dreiecks oder jeder beliebigen regelmäßigen oder unregelmäßigen vieleckigen oder anderen zweidimensionalen Form aufweisen. Es gilt anzumerken, dass es auch einen Spalt in dem „Ring"-Abschnitt der Ionenlinse 62 geben kann, sodass die Ionenlinse 62 den Sprayer im Wesentlichen umgibt.
Bezugnehmend auf die 6a und 6b ist eine bevorzugte Ausführungsform der Position der konischen Spitze 74 der Kapillare 66 dargestellt. Versuchsergebnisse, die diese Ausführungsform stützen, sind später ausgeführt. In dieser Ausführungsform ist die Ionenlinse 62 in Bezug auf die konische Spitze 74 der Kapillare 66 horizontal asymmetrisch angeordnet. Die konische Spitze 74 der Kapillare 66 befindet sich etwa 2 mm von der rechten Seite der Ionenlinse 62 und etwa 7 mm von der linken Seite der Ionenlinse 62 entfernt. In Vertikalrichtung liegt die konische Spitze 74 der Kapillare 66 in der Ionenlinse 62 zentriert vor.
Bezugnehmend auf die 6c und 6d ist eine zweite bevorzugte Ausführungsform der Position der konischen Spitze 74 in der Ionenlinse 62 dargestellt. Versuchsergebnisse, die diese Ausführungsform stützen, sind später beschrieben. In dieser Ausführungsform ist die Ionenlinse 62 in Bezug auf die konische Spitze 74 der Kapillare 66 horizontal und vertikal zentriert. Die Positionierung der konischen Spitze 74 in der Ionenlinse 62 kann optimiert werden, um den Ionenfluss zu erhöhen, und die Position des Sprayerbefestigungsmittels 52 kann in Bezug auf die Aperturöffnung 15 in der Vorhangplatte 14, im Speziellen die Distanz zwischen dem Sprayerbefestigungsmittel 52 und der Vorhangplatte 14, eingestellt werden, ob nun das Sprayerbefestigungsmittel 52 mit der Aperturöffnung 15 in der Vorhangplatte 14 ausgerichtet ist, oder ob das Sprayerbefestigungsmittel 52 in Bezug auf die Aperturöffnung 15 in der Vorhangplatte 14 und dergleichen versetzt ist. Dieses Optimierungsverfahren würde auch die Veränderung der Potenziale auf den verschiedenen Komponenten der Ionenquelle umfassen.
Es wurde auch herausgefunden, dass die Position der Ionenlinse 62 entlang der Achse der Kapillare 66 in Bezug auf das Ende der konischen Spitze 74 das erzeugte Ionensignal beeinflusst. Die Ionenlinse 62 ist vorzugsweise etwa 0,1 bis 5 mm hinter dem Ende der konischen Spitze 74 angeordnet. Noch bevorzugter kann die Ionenlinse 62 etwa 1 bis 3 mm hinter dem Ende der konischen Spitze 74, wie in 6b gezeigt, angeordnet sein. der Wirkungsgrad der Ionenlinse 62 kann variieren, wenn die Ionenlinse 62 weiter vor oder zurück von den 2 mm hinter dem Ende der konischen Spitze 74 bewegt wird. Ferner werden vorzugsweise große Potenziale an die Ionenlinse 62 angelegt, um die Fokussierung der erzeugten Ionen zu erhöhen. Aufgrund des Verlusts des Sprüh-Wirkungsgrades mit zunehmendem Ionenlinsenpotenzial scheint das wirksame elektrische Feld an der Spitze 74 des Sprayers 12 abzunehmen. Schließlich ist das elektrische Feld nicht groß genug, um einen stabilen Elektrospray zu erzeugen.
Nun wird auf eine Ausführungsform eines Ionensprays oder eine Elektrospray-Ionisierungsquelle 90 mit hoher Durchflussgeschwindigkeit mit einer in 7 gezeigten Ionenlinse 62 Bezug genommen. Die Ionensprayquelle 90 umfasst vorzugsweise ein Sprayerbefestigungsmittel 52, ein Befestigungsloch 54, eine Einstellschraube 60, ein Kapillare 66, eine Ionenlinse 62, einen einstellbaren Träger 92, ein drehbares Befestigungsmittel 94, einen Teflonarm 96, einen Sprayer 98, ein Edelstahl-T-Stück 100 und eine Rohrleitung 102. Das Sprayerbefestigungsmittel 52 ähnelt jenem, das in manchen handelsüblichen Ionensprayquellen eingesetzt wird, die ein Befestigungsloch 54 aufweisen, das angeordnet ist, um das Sprayerbefestigungsmittel 52 an einen handelsüblichen Typ eines (nicht angeführten) Bolzenbefestigungsmittels anzubringen. Der einstellbare Träger 92 ist an das Sprayerbefestigungsmittel 52 mittels der Einstellschraube 60 angebracht. Der einstellbare Träger 92 ist mit dem Sprayerbefestigungsmittel 52 verbunden, um die Position der Ionen linse 62 in Bezug auf den Sprayer 98 und noch bevorzugter auf die Spitze 99 des Sprayers 98 zu optimieren. Das drehbare Befestigungsmittel 94 und der Teflonarm 96 werden eingesetzt, um die Ionenlinse 62 zu fixieren. Das drehbare Befestigungsmittel 94 kann um 360° gedreht werden, wodurch ermöglicht wird, dass der exakte Winkel der Ionenlinse 62 in Bezug auf den Sprayer 98 eingestellt werden kann. Die Länge des Teflonarms 96 kann je nach erforderlicher Entfernung zur Positionierung der Ionenlinse 62 in Bezug auf die konische Spitze 99 im Bereich von 1 bis 20 cm liegen.
Bei Verwendung wandert eine Analytenlösung über die Kapillare 66 zu einem Edelstahl-T-Stück 100. Ein Zerstäubergas, das zum Edelstahl-T-Stück 100 mittels der Rohrleitung 102 geleitet wird, strömt koaxial durch ein Edelstahlrohr, das die Kapillare 66 umgibt. Das Zerstäubergas besteht aus Druckluft, wobei es auch durch Stickstoff, Sauerstoff, Schwefelhexafluorid oder andere Gase ersetzt werden kann. Insbesondere Zerstäubergase, wie z. B. Sauerstoff und Schwefelhexafluorid, können sich bei Betrieb im negativen Ionenmodus als geeignete Elektronenspülgase erweisen. Die Analytenlösung in der Kapillare und das koaxiale Zerstäubergas wandern durch den Sprayer 98 zu der Sprayerspitze 99. Das Zerstäubergas ermöglicht auch den Einsatz viel höherer Analytenlösungs-Durchflussgeschwindigkeiten und kann dabei behilflich sein, das Lösungsmittel in der Analytenprobe abzudampfen. Es wird ein Potenzial an die Ionenlinse 62 angelegt, um die (sich bildenden) geladenen Tröpfchen in einen schmalen Ionenstrahl zu fokussieren, der zu einer Öffnung hin gelenkt wird, die der Gegenelektrode für die Ionenspray-Ionisierungsquelle 90 zugeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ionenlinse 62 eine Öffnung mit einer Höhe von 6 mm und einer Länge auf, die von 6 mm bis 12 mm einstellbar ist. Andere bevorzugte Ausführungsformen der Ionenlinse 62 umfassen längliche Formen mit Abmessungen von 12,4 mm × 8,90 mm, 14,10 mm × 10,2 mm, 14,92 mm × 11,10 mm, 17,60 mm × 13,00 mm und 19,3 mm × 15,00 mm. Andere Abmessungen können ebenfalls verwendet werden. Es gilt anzumerken, dass die Ionenlinse 62 auch zur Verwendung mit einer Turbo-Ionensprayquelle geeignet wäre. Bei Turbo-Ionensprayquellen wird ein zusätzlicher erhitzter Gasstrom zur Elektrospray-Fahne geleitet, um die Verdampfung der Tröpfchen und die Desolvatation der Ionen zu un terstützen. Dieser Turbo-Ionenspray ist im US-Patent 5.412.208 beschrieben, der hierin mittels Verweis aufgenommen ist.
Nun wird auf die 8a–8c Bezug genommen, die die Erhöhung des Ionensignals darstellen, welche erzielt wird, wenn eine Ionenquelle mit einer Ionenlinse auf einem Massenspektrometer mit einer Reserpinprobe verwendet wird. 8a zeigt das mit einer handelsüblichen Ionensprayquelle erhaltene Massenspektrum ohne Ionenlinse, 8b zeigt das mit einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit erhaltene Massenspektrum ohne Ionenlinse, und 8c zeigt das mit einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit erhaltene Massenspektrum mit einer Ionenlinse. Die Lösungsdurchflussgeschwindigkeit betrug 1 μl/min für die handelsübliche Ionensprayquelle und 0,2 μl/min für die ESI-Quellen mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit. Die Reserpinprobe wurde mit einer Konzentration von 10^–5 M in einer Lösung von 10% Wasser und 90% Acetonitril mit 1 mM Ammoniumacetat hergestellt. Die Reserpinprobe wurde in einer höchst flüchtigen nicht wässrigen Matrix hergestellt, wodurch ein sehr großes Potenzial in Bezug auf das Sprayerpotenzial auf der Ionenlinse gehalten werden konnte, was zu einem starken Ionensignal führte. Die Spannungsparameter für den Versuch von 8c betrugen 4.000 V, 2.000 V und 5.700 V für den Sprayer mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit, die Vorhangplatte bzw. Ionenlinse. In 8a betrugen die Spannungsparameter 5.000 V und 1.000 V für den Sprayer bzw. die Vorhangplatte. In 8b betrugen die Spannungsparameter 3.000 V und 1.000 V für den Sprayer bzw. die Vorhangplatte.
Die in den 8a bzw. 8b erhaltenen Ionensignale 104 und 106 waren relativ ähnlich, auch wenn ein etwas höheres Ionensignal 106 mit der ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit erhalten wurde. 8c zeigt jedoch, dass bei Einsatz einer Ionenlinse eine deutliche Erhöhung für des Ionensignal 108 erhalten wird. Das Ionensignal 108 ist etwa 2 bis 2,5fach stärker als die Ionensignale 104 und 106, wobei eine Ionenlinse vorhanden ist. Es kommt auch zu einer deutlichen Erhöhung der gelösten Ionenmaxima 112 in den Massenspektren.
Nachstehend wird auf 9 Bezug genommen, die die Erhöhung des Ionensignals zeigt, welche bei Verwendung einer Ionenquelle mit einer Ionenlinse auf einem Massenspektrometer mit einer Lösung von 10^–3 M β-Cyclodextrin erhalten wird. 9a zeigt das mit einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit erhaltene Massenspektrum ohne Ionenlinse, 9b zeigt das mit einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse in einer ersten Position erhaltene Massenspektrum, und 9c zeigt das mit einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse in einer zweiten Position erhaltene Massenspektrum. In 9b war der Sprayer etwa 2 mm von der Vorhangplatte entfernt, und in 9c war der Sprayer etwa 1 mm von der Vorhangplatte entfernt. Sämtliche Massenspektren wurden aus der Summe von 10 Abtastungen erhalten.
Dieser Figuren zeigen einen Anstieg der Gesamtzahl an Ionen aus der β-Cyclodextrinprobe bei Einsatz einer Ionenlinse. In den 9a–9c ist β-Cyclodextrin mit einem Ammoniumaddukt der dominante Peak (nämlich die Peaks 114, 116, 118 in den 9a–9c) bei einem Masse-zu-Ladung-(m/z) Verhältnis von 1.153. Der nächste dominante Peak ist protoniertes β-Cyclodextrin bei einem m/z-Verhältnis von 1.136 (nämlich die Peaks 120, 122 und 124 in den 9a–9c). Die Peaks an den m/z-Verhältnissen von 326, 488, 650, 812 und 874 sind Fragmentpeaks. Bei Einsatz einer Ionenlinse ist eine 2,5 bis 3fache Erhöhung des Ausgangsionensignals in den 9b und 9c zu beobachten. Ferner gibt es in den 9b und 9c auch eine Erhöhung jedes Fragmentpeaks um einen Faktor von 3,5 bis 5,5. Diese Fragmente entsprechen Verlusten von aufeinanderfolgenden Glucosemolekülen aus β-Cyclodextrin aufgrund von Kollisionen mit Gasmolekülen in der ersten differenzial gepumpten Vakuumstufe des Massenspektrometers. Die in den 9b und 9c gezeigten Ergebnisse wurden mit angelegten Potenzialen von 3.000 V sowohl auf den Sprayer mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit als auch die Ionenlinse, 190 V auf die Öffnungsplatte und etwas mehr als 1.000 V auf die Vorhangplatte erhalten. In 9a betrugen die Potenziale 3.000 V, 1.000 V und 190 V für den Sprayer, die Vorhangplatte bzw. die Öffnungsplatte.
In den Versuchen, bei denen eine Ionenlinse zu einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit bei im Wesentlichen atmosphärischem Druck hinzugefügt wurde, stellte sich heraus, dass die Stärke des Ionenstrahls optimiert wurde, wenn die Ionenlinse etwa 0,1 bis 5 mm und noch bevorzugter 1,5 bis 3 mm hinter dem Ende der konischen Spitze der Kapillare angeordnet war. In manchen Fällen wurde es auch bevorzugt, die Ionenlinse um die konische Spitze der Kapillare mit einer wie in 6b gezeigten asymmetrischen Ausrichtung in Horizontalrichtung anzuordnen. Die Horizontalentfernung zwischen der konischen Kapillare und der rechten Seite der länglich geformten Öffnung der Ionenlinse betrug etwa 2 mm. Die Entfernung zwischen der Kapillare und der linken Seite der länglich geformten Öffnung der Ionenlinse betrug etwa 7 bis 8 mm. In Vertikalrichtung lag die Kapillare vorzugsweise in der Öffnung der Ionenlinse zentriert vor, und zwar betrug die Beabstandung zwischen der Kapillare und dem oberen und unteren Teil der Öffnung der Ionenlinse etwa 2,5 mm. Für diese Ausführungsform wurde der ESI-Sprayer mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit in der Nähe des rechten Rands der Öffnung in der Vorhangplatte angeordnet. Ähnliche Ergebnisse konnten erhalten werden, indem die konische Spitze näher an der linken Seite der Ionenlinse und der Sprayer in der Nähe der linken Seite der Öffnung in der Vorhangplatte angeordnet wurde, oder indem die Ionenlinse um 90° gedreht und der Sprayer in der Nähe des obersten und untersten Abschnitts der Öffnung in der Vorhangplatte ausgerichtet wurde. In anderen Fällen wurde es bevorzugt, die Ionenlinse um die konische Spitze der Kapillare mit einer symmetrischen Ausrichtung in sowohl die Horizontal- als auch die Vertikalrichtung, wie in 6d gezeigt, anzuordnen. In dieser Ausführungsform lag der Sprayer vor der Öffnung in der Vorhangplatte zentriert vor. Das Ende der Kapillarenspitze war entweder vor der Öffnung zentriert oder zur Seite hin angeordnet. Zur Erzielung optimaler Ergebnisse wurde es bevorzugt, dass die Form der konischen Spitze der Kapillare möglichst einheitlich war, da die vorteilhafte Wirkung der Ionenlinse abnahm, wenn eine Kapillare mit beschädigter Spitze eingesetzt wurde. Andere Tests zeigten, dass eine asymmetrische Anordnung der konischen Spitze in der Ionenlinse (in beiden Abmessungen) vorteilhafte Ergebnisse brachte.
Die Testergebnisse der Ionenlinse mit einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit bei im Wesentlichen atmosphärischem Druck zeigten einen deutlichen Anstieg der Gesamtionenzahl. Die Verwendung einer Ionenlinse mit einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit erhöhte sich die Gesamtzahl der Ionen, die in das Massenspektrometer eindrangen, verglichen mit der ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit allein, um einen Faktor von etwa 3 oder 4. Die Gesamt-Zählrate für sämtliche Ionen im Massenspektrum einer β-Cyclodextrinprobe betrug unter Verwendung einer handelsüblichen Ionensprayquelle ohne Ionenlinse etwa 1,3 Millionen Impulse pro Sekunde (cps = counts per second), während die Gesamtionenzahl für die Probe unter Verwendung der ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit der Ionenlinse zu einer Gesamtionen-Zählrate von etwa 5,5 Millionen cps führte. In den Versuchen mit der ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit der Ionenlinse wurde der Sprayer sehr nahe an der Vorhangplatte angeordnet, während der Sprayer in den Versuchen ohne Ionenlinse weiter weg von der Vorhangplatte angeordnet werden musste, um ein starkes Signal beizubehalten.
Nachstehend wird auf die 10a–10c Bezug genommen, die unter Verwendung einer Ionenquelle bei im Wesentlichen atmosphärischem Druck mit einer Ionenlinse auf einem Massenspektrometer für eine β-Cyclodextrinprobe Veränderungen im Ladungszustand für eine bestimmte Verbindung darstellen. 10a zeigt das Massenspektrum, das mit einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit ohne Ionenlinse erhalten wird, und die 10b und 10c zeigen die Massenspektren, die mit der ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse erhalten werden. Die β-Cyclodextrinlösung umfasste 10^–5 M β-Cyclodextrin in etwa 10 mM Ammoniumacetat bei einem pH von 7. Die Ergebnisse in jeder dieser Figuren wurden mit einem angelegten Potenzial von 140 V auf der Öffnungsplatte erzielt.
Bezugnehmend auf 10a betrugen die angelegten Spannungen 3.000 V auf dem ESI-Sprayer und 1.000 V auf der Vorhangplatte. In dieser Figur ist das einfach geladene β-Cyclodextrin 126 bei einem m/z-Verhältnis von 1.153 die im Massenspektrum beobachtete vorherrschende Ionenspezies. In den 10b und 10c betrugen die angelegten Potenziale 3.000 V für den Sprayer, 1.580 V für die Vorhangplatte und 2.850 V für die Ionenlinse. Die Spitze des Sprayers mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit wurde ferner sehr nahe an der Vorhangplatte angeordnet. Die Spitze des Sprayers mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit wurde im Vergleich zur 10b auch etwas näher zur Mitte der Öffnung der Vorhangplatte für 10c bewegt. Es ist zu sehen, dass mit der Zugabe der Ionenlinse der doppelt geladene Peak 128 und 132 bei einem m/z von 586, bezogen auf andere Peaks in dem Massenspektrum, erhöht werden kann. Die Ionensignale werden ebenfalls deutlich erhöht, wobei ein 3,3facher Anstieg der β-Cylcodextringesamtionenzahl detektiert wird, auch wenn der einfach geladene Peak 130 und 134 gegenüber dem Peak 126 in 10a nur leicht verändert wird. Für 10a war es nicht möglich, einen größeren Grad an doppelt geladenen β-Cyclodextrinionen zu erzielen. Es gilt anzumerken, dass die Erhöhung des Ionensignals für das doppelt geladene β-Cyclodextrin erzielt wird, während das Ionensignal für das einfach geladene Molekül nur leicht verringert wird.
Die Fähigkeit der Ionenlinse, den Ladungszustand eines bestimmten Ions zu verändern, zeigt sich auch in den 11a–11c, die die Massenspektren veranschaulichen, welche für eine Ionenquelle mit einem Massenspektrometer erhalten werden, der eine Lösung des Proteincytochroms c analysiert. 11a ist ein mit einer Ionenspray-Ionenquelle ohne Ionenlinse erhaltenes Massenspektrum, 11b ist ein mit einer Elektrospray-Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit erhaltenes Massenspektrum, und 11c ist ein mit der Elektrosprayionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse erhaltenes Massenspektrum. Die Lösung umfasst Cytochrom c bei einer Konzentration von 100 μmol/l in Wasser mit etwa 1% Essigsäure. Die Peaks in den Massenspektren der 11a–11c entsprechen den verschiedenen Ladungszuständen des Proteins Cytochrom c. Der Peak 136 bei einem m/z-Verhältnis von 1.547 entspricht einem Ladungszustand von +8; der Peak 138 bei einem m/z-Verhältnis von 1.375 entspricht einem Ladungszustand von +9, und der Peak 140 bei einem m/z-Verhältnis von 1.238 entspricht einem Ladungszustand von +10. In sämtlichen Fällen wurden die Ionenquellen eingestellt, um das größte Ionensignal zu erzielen. Das zusätzliche Anbringen der Ionenlinse ermöglicht die selektive Erhöhung des Ionensignals für das Protein mit einem bestimmten Ladungszustand. Die für die Ionensprayquelle ohne Ionenlinse (11a) angelegten Potenziale betrugen 4.796 V für den Sprayer und 1.000 V für die Vorhangplatte. Ferner wurde ein Zerstäubergas mit einem Druck von 30 psi eingesetzt. Für die Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit ohne Ionenlinse (11b) betrugen die angelegten Potenziale 3.374 V für den Sprayer und 1.560 V für die Vorhangplatte. Für die Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit der Ionenlinse (11c) betrugen die angelegten Spannungen 4.000 V auf dem Sprayer, 2.000 V auf der Vorhangplatte und 4.200 V auf der Ionenlinse. Alle anderen Parameter des Massenspektrometers waren für die Massenspektren der 11a–11c konstant.
Die Fähigkeit, die Ladungszustände zu verändern, kann durch Verändern des an die Ionenlinse angelegten Potenzials und der Position des Sprayers in Bezug auf die Öffnung in der Vorhangplatte erreicht werden. Für Zucker und Proteine können an die Ionenlinse angelegte höhere Potenziale bei der Bildung oder Fokussierung von Ionen mit höherem Ladungszustand in ein Massenspektrometer wirksam sein. Mit Bradykinin durchgeführte Versuche zeigen die Fähigkeit der Ionenlinse, das Ionensignal für die Peptide mit höherem Ladungszustand (+2 und +3) deutlich zu erhöhen während gleichzeitig das Signal für die einfach geladenen Hintergrundlösungsmittelpeaks verringert oder beibehalten wird. Dies kann zu deutlichen Erhöhungen (nämlich um einen Faktor von 3 bis 6) des Signal-Rausch-Verhältnisses der mehrfach geladenen Peptidpeaks führen.
Der Einsatz einer Ionenlinse kann auch zu einer Veränderung des Fragmentierungsgrads der Ausgangsionen in einer Analytenprobe führen. Bezugnehmend auf die 12a–12c sind die Massenspektren gezeigt, welche mit einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse auf einem Massenspektrometer erhalten werden. Als Probe wurde wie zuvor für die 9a–9c be schrieben β-Cyclodextrin verwendet. In jeder dieser Figuren wurden die Ergebnisse mit angelegten Potenzialen von 190 V auf der Öffnungsplatte, 1.000 V auf der Vorhangplatte, 3.100 V auf dem Sprayer und 110 V auf einem Skimmer in der ersten Vakuumstufe eines nachgeschalteten Massenspektrometers erhalten. Das an die Ionenlinse angelegte Potenzial betrug 3.750 V, 5.100 V und 4.500 V für die 12a–12c. Der Anstieg des auf die Ionenlinse angelegten Potenzials ermöglicht, dass der Sprayer etwas näher an die Öffnung der Vorhangplatte angeordnet werden kann. Für jede Figur wurde der Sprayer vor die Öffnung positioniert und die Vorhanggasdurchflussgeschwindigkeit war konstant. Für 12c wurde die Spitze des Sprayers etwa auf gleicher Höhe mit der Vorhangplatte positioniert. Für die 12a und 12b wurde die Ionenlinse etwa 2 mm hinter der Spitze des Sprayers mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit positioniert. Für 12c wurde die Ionenlinse sogar noch weiter (etwa 4 mm) hinter die Spitze des Sprayers mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit bewegt, um zu ermöglichen, dass die Spitze des Sprayers mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit etwa auf gleicher Höhe mit der Vorhangplatte platziert wird ohne Überschlag zwischen der Ionenlinse und der Vorhangplatte. Die Peaks bei m/z-Verhältnissen von 326, 650, 488, 812 und 974 entsprechen den Fragmentionen, die durch kollisions-induzierte Dissoziation in dem ersten differenzial gepumpten Vakuumbereich eines nachgeschalteten Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometers gebildet werden. Die Stärke der Fragmentionpeaks nimmt ab je näher der Ionensprühnebel an der Einlassöffnung des Massenspektrometers gebildet wird. Diese Daten zeigen, dass der Grad der Ionenfragmentation variiert werden kann, indem die Position der Sprayerspitze in Bezug auf die Vorhangplatte und ein geeignetes Linsenpotenzial eingestellt wird.
Zu diesem Zeitpunkt ist nicht klar, ob die Veränderung im Massenspektrum auf eine Veränderung im Mechanismus des Elektrosprays selbst oder auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass sich die geladenen Tröpfchen näher an der Öffnung der Vorhangplatte bilden, was zu einem höheren Solvatationsgrad auf den Gasphasenionen in den 12b und 12c führt. Ein höherer Ionensolvatationsgrad erfordert eine erhöhte innere Eingangsenergie zwischen der Öffnungsplatte und dem Skimmer in einem nachgeschalteten Massenspektrometer, um die Desolvatation zu erzielen.
Folglich wäre weniger Energie zur Ionenfragmentierung für eine fixe Potenzialdifferenz zwischen der Öffnungsplatte und dem Skimmer in dem Massenspektrometer verfügbar. Eine Verstärkung der Solvatation stimmt mit den erhöhten Signalen überein, die in Versuchen für die solvatisierten Ionen auch in anderen Massenspektren wie in 8c beobachtet wurden. Die Beabstandung auf manchen der Peaks über dem Reserpinpeak (m/z-Verhältnis von 609) betrug 18 m/z-Verhältniseinheiten, was darauf hindeutet, dass ein Teil des erhöhten Ionensignals auf die Solvatation höherer Ordnung zurückzuführen ist.
Die Erhöhung des Ionensignals aufgrund der Verwendung einer Ionenlinse kann auf eine Veränderung der Äquipotenziale in der Nähe der Spitze des Sprayers zurückgeführt werden. Bezugnehmend auf 13 sind die Ergebnisse einer Simulation einer ESI-Quelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Ionenlinse 62 gezeigt. Für die Simulation betrugen die angelegten Potenziale 5.100 V für die Ionenlinse 62, 3.500 V für den Sprayer 12, 2.000 V für die Vorhangplatte 14, 190 V für die Öffnungsplatte 18 und 0 V für das Gehäuse 20. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass sich die Form der nahe der Spitze des Sprayers 12 gebildeten Äquipotenziale verbesserte, wenn eine Ionenlinse 62 nahe der Spitze des Sprayers 12 angeordnet wurde. Die Äquipotenziale an der Spitze des Sprayers 12 sind verglichen mit den Äquipotenziallinien nahe der Spitze des Sprayers 12 in 2 flacher. Folglich führen die resultierenden elektrischen Feldlinien nahe der Spitze des Sprayers 12 zu Ionenbahnen 160, die direkt auf die Aperturöffnung 15 in der Vorhangplatte 14 zeigen. Die Anordnung von 13 verringert die Aufweitung der Ionenbahnen und lenkt die Ionenbahnen in die allgemeine Richtung der gewünschten Achse der Ionenausbreitung. Dies führt zu einer Verringerung der in 2 beobachteten Defokussierungswirkung. Folglich werden mehr Ionen in Richtung der Öffnung 16 einer stromabwärts nachgeschalteten Vorrichtung, wie z. B. eines (nicht angeführten) Massenspektrometers, geleitet.
Als Nächstes wird auf 14 Bezug genommen, die das Ergebnis einer Simulation zeigt, welche auf einer Ionenlinse vorgenommen wurde, die nahe des Sprayers einer Ionenquelle positioniert war, welche, ähnlich wie die in 1 gezeigte Ionenquelle, im Wesentlichen unter Druckluft stand. Die angelegten Potenziale in dieser Simulation betrugen 5.000 V für den Sprayer 12, 5.000 V für die Ionenlinse 62, 1.000 V für die Vorhangplatte 14, 190 V für die Öffnungsplatte 18 und 0 V für das Gehäuse 20. Die an den Sprayer 12 und die Ionenlinse 62 angelegten Potenziale sind in diesem Beispiel gleich, was aber nicht zwingend der Fall sein muss. 14 zeigt, dass die Äquipotenziallinien nahe der Spitze des Sprayers 12 relativ flach sind, was dazu führt, dass die Bahnen der gebildeten Ionen entlang der Ausbreitungsachse 162 eingeschränkter sind. In dieser Simulation ist die Spitze des Sprayers 12 nicht fluchtend mit der Aperturöffnung 15 in der Vorhangplatte 14 ausgerichtet, wobei das an die Öffnung 16 übertragene Ionensignal erhöht ist. In dieser Ausführungsform ist der Sprayer 12, bezogen auf die Vorhangplatte, auf etwa einen 45°-Winkel ausgerichtet, wobei Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung klar ist, dass andere Ausrichtungen ebenfalls wirksam sind.
Es wurden auch Versuche zur Bestimmung der Wirkung der Ionenlinse auf die Stabilität des Ionensignals durchgeführt. Die Versuche zeigten, dass die Verwendung einer Ionenlinse zu einer Stabilisierung des in einem Massenspektrum über die Zeit beobachteten Ionensignals führte. Die Stabilität des Ionensignals wurde mittels der relativen Standardabweichung des Ionensignals gemessen, das für wiederholte Messungen in 10-ms-Abständen erhalten wurde. Die Messungen zeigten, dass die relative Standardabweichung mit herkömmlichen Ionensprayquellen etwa 2 mal höher als jene ist, die mit einer Ionenlinse erreicht wird. Es wurde auch herausgefunden, dass es eine verringerte Abhängigkeit des Ionensignals von der Position des Sprayers in Bezug auf die Öffnung in der Vorhangplatte gab, was die Optimierung der Position des Sprayers in dem Quellengehäuse stark vereinfachte. Diese Ergebnisse sind nachstehend beschrieben.
In den Versuchen wurde eine Ionensprayquelle aufgebaut, um der in 7 gezeigten Ionensprayquelle zu ähneln. Der Außendurchmesser an der Spitze 99 des Sprayers 98 betrug etwa 450 μm. Im Sprayer war eine Kapillare aus Quarzglas mit einem Außendurchmesser von etwa 150 μm und einem Innendurchmesser von etwa 50 μm untergebracht. Eine Lösungsdurchflussgeschwindigkeit zwischen etwa 1 und 4 μl/min wurde eingesetzt. Die in dem Versuch verwendete Probe war eine 1 mM Lösung von β-Cyclodextrin in Wasser mit 10 mM Ammoniumacetat bei einem pH von 7. Der Sprayer befand sich etwa 7,5 mm von der Vorhangplatte entfernt. Die an den Sprayer und die Vorhangplatte angelegten Potenziale betrugen etwa 6.000 V bzw. 1.800 V. Die Versuche zeigten, dass die Anlegung eines Potenzials von 2.500 V bis 5.000 V an die Ionenlinse bevorzugt wird und dass es nicht möglich war, ein Ionensignal beizubehalten, wenn Potenziale von mehr als 5.000 V an die Ionenlinse angelegt wurden. Die Ionensprayquelle wurde mit einem herkömmlichen Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometer eingesetzt, um das Ionensignal zu analysieren, das von der Ionensprayquelle erzeugt wurde.
Versuchsergebnisse für eine Probe von β-Cyclodextrin in Ammoniumacetat zeigten, dass der vorherrschende Peak in dem Massenspektrum Cyclodextrin mit einem Ammoniumaddukt bei einem m/z-Verhältnis von 1.153 war. Die Versuchsergebnisse zeigten auch, dass die Ionenlinse die Kurzzeitstabilität des Ionensignals, wie durch die relative Standardabweichung (RSD = relative standard deviation) der wiederholten Messungen bestimmt, verbesserte. Die RSD wurde, verglichen mit einer herkömmlichen Ionensprayquelle ohne Ionenlinse, in der Tat um einen Faktor von etwa 2 für eine Ionensprayquelle mit einer Ionenlinse verringert. Die Ionenlinse ermöglichte auch eine genauere Berechnung des Peakverhältnisses in dem Massenspektrum. Darüber hinaus erhöhte sich die Stärke des Ionensignals um einem Faktor von etwa 1,5.

Insbesondere Tabelle 1 zeigt einen Vergleich der Signalstabilität zwischen einer Ionensprayquelle ohne Ionenlinse und einem Zonenspray mit einer Ionenlinse über eine Messdauer von etwa 15 min. Der m/z-Verhältnisbereich von 800 bis 1.200 wurde mit einer Verweilzeit von 10 ms abgetastet. 20 Wiederholungsdurchläufe wurden gemittelt, um die Standardabweichung des gemessenen Ionensignals zu erhalten. Jeder der 20 Durchläufe war das Ergebnis aus 10 Abtastungen. Für jeden dieser Durchlaufe wurden die Sprayer- und Ionenwegparameter optimiert, um ein möglichst stabiles Ionensignal zu erhalten. In diesem Fall wird die Quelle mit der Ionenlinse abgestimmt, um eine ähnliche Signalintensität wie jene der Ionensprayquelle ohne Ionenlinse zu erzeugen. Eine mittlere RSD von etwas weniger als 3% wurde für die Ionensprayquelle ohne Ionenlinse erhalten. Das zusätzliche Vorsehen der Ionenlinse verringerte die RSD um einen Faktor von etwa 2,0. Es besteht nach wie vor eine gewisse Instabilität aus der Quelle. Die letzte Zeile von Tabelle 1 zeigt jene RSD, die erhalten werden würde, wenn die Quelle komplett stabil wäre (nämlich wenn die RSD ausschließlich durch Ionenzählstatistiken bestimmt werden würde). Tabelle 1: Vergleich der Signalstabilität

Messparameter	Ionenspray (bester Durchlauf)	Ionenspray mit Ionenlinse
Anzahl der Messungen	20	20
Mittleres Signal (cps)	1,857 × 10⁶	1,663 × 10⁶
RSD (%)	2,84	1,41
Zählstatistik-RSD (%)	0,55	0,58

Als Nächstes wird auf Tabelle 2 Bezug genommen, die zeigt, dass die Ionenlinse die Fähigkeit verbesserte, das Verhältnis von zwei Peaks in einem Massenspektrum zu erhalten. In dem Versuch entsprachen die zwei Peaks dem protonierten Cyclodextrin bei einem m/z-Verhältnis von 1.136 und Cyclodextrin mit einem Ammoniumaddukt bei einem m/z-Verhältnis von 1.153. Der Peak bei einem m/z-Verhältnis von 1.136 wurde durch Kollisionen innerhalb des Bereichs zwischen der Düse und dem Skimmer des nachgeschalteten Dreifach-Quadrupol-Massenspektrometers gebildet.

Sechs Wiederholungsmessungen wurden gemacht, um das mittlere Verhältnis der zuvor angeführten Peaks zu bestimmen. Tabelle 2 zeigt, dass übliche RSD-Werte für eine Ionensprayquelle ohne Ionenlinse etwas höher als 3% waren. Das Hinzufügen der Ionenlinse nahe der Spitze der Ionensprayquelle verringerte jedoch die RSD auf etwa 1,4%. Folglich kann eine Ionensprayquelle mit einer Ionenlinse verwendet werden, um die Genauigkeit in Anwendungen zu verbessern, die die genaue Ablesung von Peakverhältnissen in einem Massenspektrum, wie z. B. bei der Ermittlung von Isotopverhältnissen, erfordern. Erneut besteht nach wie vor eine gewisse Instabilität aus der Quelle. Die letzte Zeile der Tabelle 2 zeigt die RSD, die erhalten werden würde, wenn die Quelle komplett stabil wäre (nämlich wenn die RSD ausschließlich durch Ionenzählstatistiken bestimmt werden würde). Tabelle 2: Vergleich der Verhältnisse von zwei Peaks in dem Massenspektrum

	Ionenspray	Ionenspray mit Ionenlinse
Öffnung-Skimmer-Potenzialdifferenz (V)	58 V	58 V
Anzahl der Messungen	6	6
Mittleres Verhältnis	17,6	12,3
Mittlere RSD (%)	2,97	1,40
Zählstatistik-RSD (%)	1,17	1,17

Bezugnehmend auf Tabelle 3 wurde die RSD durch Durchführung eines Versuchs berechnet, der das Heranziehen von 1.498 Ablesungen (unter Einsatz einer 10-ms-Verweilzeit) der Stärke des Cyclodextrin-Peaks mit einem Ammoniumaddukt über eine Zeitdauer von 1 min umfasste. Die Probendurchfiussgeschwindigkeit betrug 4 μl/min. Die angeführten Daten stellen das Mittel aus vier Versuchen dar. Tabelle 3 zeigt, dass das Ionensignal um einen Faktor von mehr als 1,5 erhöht und die RSD für eine Ionensprayquelle mit einer Ionenlinse, verglichen mit einer Ionensprayquelle ohne Ionenlinse, von etwa 4,1% auf etwa 2,6% verringert wurde. Erneut besteht nach wie vor eine gewisse Instabilität aus der Quelle. Die letzte Zeile der Tabelle 2 zeigt die RSD, die erhalten werden würde, wenn die Quelle komplett stabil wäre (nämlich wenn die RSD ausschließlich durch Ionenzählstatistiken bestimmt werden würde). Tabelle 3: Vergleich der Signalstabilität

	Ionenspray	Ionenspray mit Ionenlinse
wiederholte Gleichversuche	1.498	1.498
Mittleres Ionensignal (cps)	3,707 × 10⁵	5,645 × 10⁵
Mittlere RSD (%)	4,10	2,64
Zählstatistik-RSD (%)	0,04	0,04

Die für einen Ionenspray mit einer Ionenlinse erzielbare Ionenstabilität ist auch in den 15–17 erreichbar. Die Daten wurden in dem Mehrfach-Innenmodus gesammelt, während ein Ionensignal für Cyclodextrinionen bei einem m/z-Verhältnis von 1.153 und für protoniertes Cyclodextrin bei einem m/z-Verhältnis von 1.136 beobachtet wurde. In den 15–17 ist die Vertikalachse der Logarithmus (Basis 10) des Ionensignals, das als Ionen pro s ermittelt wurde, und die Horizontalachse ist die Messanzahl. Es gibt 3.000 Messungen mit jeweils 10 ms, sodass die Horizontalachse von einem Bereich von 0 bis 30 s reicht. 15 zeigt ein Diagramm des Signals in Abhängigkeit von der Zeit, das im Mehrfach-Ionenmodus erhalten wurde, während ein Ionensignal für Cyclodextrin bei einem m/z-Verhältnis von 1.152 unter Verwendung einer Ionensprayquelle ohne Ionenlinse beobachtet wurde. Das Signal ist sehr „abgehackt", wodurch es erschwert wird, eine genaue Messung zu erhalten. 16 zeigt das Signal aus einer Ionensprayquelle mit einer Ionenlinse, das im Mehrfach-Ionenmodus erhalten wird, während die Ionensignale bei m/z-Verhältnissen von 1.152 und 1.135 beobachtet werden. Diese Signale sind stabiler. 17 zeigt das Signal aus der Ionensprayquelle mit einer Ionenlinse, die erhalten wird, nachdem das Potenzial der Ionenlinse und die Position der Ionenlinse zusätzlich optimiert wurden, während das Ionensignal bei einem m/z-Verhältnis von 1.152 beobachtet wurde. Dieses Signal ist ebenfalls stabiler.
Als Nächstes wird auf 18 Bezug genommen, das ein Diagramm eines Ionensignals in Abhängigkeit von der Position des Sprayers einer Ionensprayquelle bei im Wesentlichen atmosphärischem Druck in Bezug auf die rechte Seite der Öffnung in der Vorhangplatte zeigt. Die Daten sind für eine Ionensprayquelle ohne Ionenlinse gezeigt (diamantförmige Datenpunkte). 18 zeigt, dass die Ionenlinse die Bedienung der Ionensprayquelle erleichtert, da das Ionensignal für die Ionenquelle mit einer Ionenlinse, verglichen mit der Ionenquelle ohne Ionenlinse, nicht so stark gedämpft ist, wenn sich die Position des Sprayers verändert. In 18 ist der als 0 mm definierte Punkt entlang der X-Achse jener Punkt, an dem der Sprayer am äußersten rechten Rand der Öffnung in der Vorhangplatte angeordnet ist. Der Abstand zur Öffnung wurde mit einem an den obersten Abschnitt des Quellengehäuses angebrachten Lineal gemessen.
18 zeigt, dass das Ionensignal in etwa konstant bleibt (90% des Maximalionensignals, nämlich das Ionensignal bei 0 mm), wenn die Ionensprayquelle mit einer Ionenlinse von 0 mm auf 2 mm rechts von der Öffnung in der Vorhangplatte bewegt wird. Die mit der Ionenlinse erhaltene Verbesserung wird bei Entfernungen von mehr als 6 mm klarer. Bei 7 mm ist das Ionensignal für die Ionensprayquelle ohne Ionenlinse auf etwa 25% des Maximalionensignals abgefallen. Das für die Ionensprayquelle mit der Ionenlinse erhaltene Signal liegt jedoch nach wie vor über 50% des Maximalionensignals. Bei einem Abstand von 8 mm fiel das Ionensignal für die Ionensprayquelle ohne Ionenlinse auf etwa 1% des Maximalionensignals ab, während das Ionensignal für die Ionensprayquelle mit der Ionenlinse nach wie vor bei über 46% des Maximalionensignals liegt. Ein Ionensignal wird bei vorhandener Ionenlinse sogar bei einer Entfernung von 14 mm beibehalten. Folglich zeigt 18, dass die Abhängigkeit des Ionensignals von der Horizontalposition des Sprayers für die Ionenquelle abnimmt, wenn eine Ionensprayquelle mit einer Ionenlinse verwendet wird.
Als Nächstes wird auf 19 Bezug genommen, die die Abhängigkeit des Ionensignals von der Vertikalposition des Sprayers einer Ionensprayquelle ohne Ionenlinse (dargestellt durch ,o'-förmige Datenpunkte) und des Sprayers auf einer Ionensprayquelle mit Ionenlinse (dargestellt durch ,+'-förmige Datenpunkte) zeigt. Diese Daten wurden mit dem Sprayer der unmittelbar rechts von der Öffnung in der Vorhangplatte angeordneten Ionensprayquelle erhoben. Aus 19 geht hervor, dass das Maximalionensignal für beide Ionensprayquellen bei einer Vertikalposition etwa 0 mm (und zwar war der Sprayer auf gleicher vertikaler Höhe wie der mittlere Abschnitt der Öffnung in der Vorhangplatte) betrug. Die Versuchsdaten zeigen, dass bei sämtlichen Positionen ober- oder unterhalb der Mitte der Öffnung in der Vorhangplatte ein stärkeres Ionensignal für die Ionensprayquelle mit einer Ionenlinse erhalten wurde. Das Bewegen der Position des Sprayers der Ionensprayquelle ohne Ionenlinse um 5 mm höher ergab ein Ionensignal, das etwa 1% des Maximalionensignals betrug, während das Ionensignal für die Ionensprayquelle mit der Ionenlinse an der gleichen Position 70% des Maximalionensignals betrug. Weitere Zunahmen in der Höhe des Sprayers für die Ionensprayquelle ohne Ionenlinse führten zu einer vollständigen Beseitigung des Ionensignals. Bei vorhandener Ionenlinse wurde jedoch sogar bei einer Vertikalhöhe von 15 mm über dem Mittelabschnitt der Öffnung in der Vorhangplatte ein starkes Ionensignal (35% des Maximalionensignals) aufrecherhalten. Ähnliche Ergebnisse wurden erhalten, wenn die Sprayer um bis zu 5 mm gesenkt wurden. Die 18 und 19 zeigen, dass das Ionensignal bei Verwendung einer Ionenlinse hinsichtlich Position weitaus weniger empfindlich ist, sogar ohne Optimierung des Ionenlinsenpotenzials an jeder Position.
Die Tabelle 1 bis 3 und die 15 bis 19 haben gezeigt, dass die Zugabe einer Ionenlinse zu einer Ionensprayquelle ein stärkeres und stabileres Ionensignal ergibt. Darüber hinaus ergibt das Hinzufügen der Ionenlinse eine Vorrichtung, die viel einfacher zu betreiben ist, da die Position des Sprayers um einige wenige mm variieren kann, ohne sich besonders schädlich auf das resultierende Ionensignal auszuwirken. Die Position der Ionenlinse entlang der Sprayerspitze und das an die Ionenlinse angelegte Potenzial stellten zwei wichtige Faktoren dar. Durch die Anordnung der Ionenlinse vorzugsweise 1 bis 3 mm hinter der Spitze des Sprayers der Ionensprayquelle wurden vorteilhafte Ergebnisse erzielt. Eine Reihe unterschiedlicher Ionenlinsengrößen stellte sich ebenfalls als nützlich für die Ionensprayquelle heraus. Die erhöhte Signalstabilität und die verringerte Abhängigkeit von der Sprayerposition zur Optimierung sind wichtige Vorteile, insbesondere für Anwendungen, wie z. B. Isotopenanalyse, LC-Massenspektrometrie und CE-Massenspektrometrie, bei denen die Position des Sprayers eine starke Wirkung auf das beobachtete Ionensignal haben kann.
Als Nächstes wird auf 20 Bezug genommen, die zeigt, dass die Ionenlinse ein Ionensignal ergibt, das über einen breiten Bereich von Bedingungen stabil ist. 20 ist ein Diagramm eines Ionensignals auf einer linearen Skala in Abhängigkeit von der Zeit von 0 bis 16 min. Das in 20 gemessene Ionensignal wurde mit einer Protana-Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit, welche mit einer Ionenlinse ausgestattet war, erhalten, die Ionen einem von Applied Biosystems/MDS Sciex hergestellten Q-Star-Massenspektrometer bereitstellte. Die angelegten Potenziale betrugen 3.000 V für den Sprayer, 1.000 V für die Ionenlinse und 526 V für die Vorhangplatte. Der Sprayer hatte einen Innendurchmesser von etwa 15 μm an dem konischen Ende. Die Probe, ein Verdau des Proteincaseins, wurde in einer Lösung hergestellt, die 90% Wasser und 10% Acetonitril mit 1% Essigsäure enthielt. Bei etwa 2,8 Minuten 170 wurde das an den Sprayer angelegte Potenzial entfernt. Als Folge fiel das Ionensignal auf null cps ab. Das Potenzial wurde anschließend mit seinem vorherigen Wert bei etwa 3,4 Minuten 172 wieder an den Sprayer angelegt, und die Intensität des Ionensignals wurde ebenfalls auf das vorherige Niveau zurückgebracht. Die Lösungsdurchflussgeschwindigkeit wurde anschließend bei 5,13 Minuten auf null gesetzt 178 und dann bei 5,9 Minuten auf den vorherigen Wert zurückgesetzt 180. Dadurch fiel das Ionensignal auf null cps ab, wenn die Lösungsdurchflussgeschwindigkeit null war, kam aber kurz auf das zuvorige Niveau zurück bevor es wieder anstieg als die Lösungsdurchflussgeschwindigkeit auf ihr zuvoriges Niveau eingestellt wurde. Die Spitze ergab sich aufgrund einer Konzentrationswirkung in der konischen Spitze des Sprayers wegen der Verdampfung des Lösungsmittels. Bei 7,51 Minuten 184 wurde der Sprayer aus der Vorhangplatte bis zur Zeit von 8,13 Minuten zurückbewegt 188. Die Ionensignalintensität nahm ab, aber wurde nach wie vor beobachtet. Zwischen der Zeitdauer von 8,45 Minuten 188 bis 12,8 Minuten 190 wurde der Sprayer nach links und rechts von der Öffnung in der Vorhangplatte bewegt. Das Ionensignal war erneut nach wie vor nachweisbar. Für den Rest der Testdaten wurde die Position des Sprayers in Bezug auf die Eintrittsöffnung des Massenspektrometers in einem Versuch, das Ionensignal zu beseitigen, variiert. Das Signal blieb aufrecht bis die Potenziale aufgehoben wurden. Die in der Figur dargestellten Ergebnisse zeigen, dass sogar wenn sich die Werte der bestimmten Parameter ändern, die Ionensignalintensität ebenfalls auf die ursprünglich entsprechenden Niveaus zurückkehrt, wenn die Parameter auf ihre ursprünglichen Werte zurückkehren. 20 zeigt auch, dass diese Vorrichtung für Proben mit hohem Wassergehalt (90% Wässrigkeit) geeignet ist. Es gilt anzumerken, dass die in 20 gezeigten Daten mit einer linearen Skala auf der Y-Achse graphisch dargestellt sind. Dadurch erscheint das Ionensignal weniger stabil als die in den 16 und 17 gezeigten Daten, bei denen die Y-Achse eine logarithmische Skala aufweist.
Als Nächstes wird auf die 21a bis 21d Bezug genommen, die die Wirkung der Ionenlinsen auf den Ladungszustand im Laufe der Zeit zeigen. Die 21a bis 21b sind Diagramme der Ionenintensität über der Zeit als das Linsenpotenzial unter Verwendung einer Protana-Ionenquelle variiert wurde. Das oberste Diagramm in 21a zeigt die Gesamtionenzahl für einen Verdau des β-Proteincaseins als das Potenzial auf der Ionenlinse von 500 V auf 3.000 V erhöht wurde. Das oberste Diagramm zeigt, dass die Gesamtionenzahl aufgrund einer Verringerung von ungewünschten einzeln geladenen Ionen, die das Hintergrundrauschen verstärken, abnahm. Die zweiten und dritten Diagramme zeigen, dass es bei einer Erhöhung des an die Ionenlinsen angelegten Potenzials zu einer Erhöhung des Ionensignals für dreifach und doppelt geladene Peptidionen kommt. Daher kommt es zu einer gleichzeitigen Abnahme der das Hintergrundrauschen verstärkenden ungewünschten einzeln geladenen Ionen, wenn das doppelt und dreifach geladene Peptidionensignal eine Intensitätsverstärkung erfährt. Dadurch kommt es zu einer Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses des Ionensignals. 21b zeigt eine vergrößerte Ansicht der Gesamtionenzahl, wenn das an die Ionenlinse angelegte Potenzial erhöht wird. Die 21c und 21d zeigen das Massenspektrum des bei 0,43 Minuten (Punkt 191 in 21b) und bei 2,1 Minuten (Punkt 192 in 21b) abgelesenen Ionensignals. Das Massenspektrum in 21c zeigt, dass es schwierig ist, dreifach geladene Peptidionen bei einem Masse-zu-Ladung-Verhältnis von etwa 688 (Bereich 193) und die doppelt geladenen Peptidionen bei einem Masse-zu-Ladung-Verhältnis von etwa 1.031 (Bereich 194) nachzuweisen. Das bei Anlegung eines höheren Potenzials an die Ionenlinse abgelesene Massenspektrum in 21d zeigt, dass das dreifach geladene Peptidionensignal 193' nun ebenso wie das doppelt geladene Peptidionensignal 194' beobachtet wird. Daher kam es beim resultierenden Massenspektrum, wenn ein höheres Potenzial an die Ionenlinse angelegt wurde, zu weitaus geringerem Rauschen, die Ionenintensitäten waren höher und die Signal-Rausch-Verhältnisse für die mehrfach geladenen Peptidionen nahmen zu.
Als Nächstes wird auf die 22a und 22b Bezug genommen, die Versuchsergebnisse unter Verwendung einer Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit und ohne Ionenlinse zeigen. Der Sprayer wies einen Innendurchmesser von 15 μm auf. 22a zeigt, dass einfach geladene Rauschionen 198 eine stärke re Präsenz in dem Massenspektrum aufweisen als die mehrfach geladenen Peptidionen 200. Die in 22a gezeigten Ergebnisse wurden erhalten, wenn die an die Vorhangplatte und den Sprayer angelegten Potenziale eingestellt wurden, um das bestmögliche Ionensignal zu erhalten. Das resultierende Massenspektrum war jedoch immer noch mit Rauschen behaftet. Im Gegensatz dazu zeigt das Massenspektrum in 22b, dass mit dem Hinzufügen einer Ionenlinse weitaus vorteilhaftere Ergebnisse erhalten werden können. Der Beitrag der einfach geladenen Rauschionen 198' wurde reduziert, und die Ionensignalintensität für die mehrfach geladenen Peptidionen 200' nahm von 16 auf 44 cps zu. Das stellt eine Signalerhöhung von etwa einem 2,5 bis 3fachem dar. Dies ist für Anwendungen wichtig, bei denen mehrfach geladene Ionen nachzuweisen sind.
Bezugnehmend auf die 23a und 23b wurde eine Probe des Glufibrinopeptids mittels eines Massenspektrometers mit Standardionensprayquelle (23a) mit einer Durchflussgeschwindigkeit von 3 μl/min und eines Massenspektrometers mit einem Sprayer mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit mit einer Durchflussgeschwindigkeit von 400 nl/min und einer Ionenlinse (23b) analysiert. Die Figuren zeigen, dass die Ionenintensität für ein doppelt geladenes Ion von Glufibrinopeptid 202 von etwa 110 cps auf 300 cps (Peak 204 in 23b) unter Verwendung einer Ionenlinse erhöht wurde. Die Empfindlichkeit ist durch die vertikale Skala auf der linken Seite der 23a und 23b angezeigt. Dies bedeutet eine Erhöhung um etwa das 2,7fache. Ferner führte die Verwendung der Ionenlinse zu einem Ionensignal mit einer geringeren RSD, da die Ionensignalwellenform 206 in 23b viel flacher als die Ionensignalwellenform 208 ist. Die gemessene RSD wurde bei der Verwendung der Ionenlinse um einen Faktor von 2 reduziert.
Als Nächstes wird auf die 24a bis 24d Bezug genommen, die das resultierende Ionensignal für einen Verdau einer 500-fmol-Probe von β-Casein zeigen, das an eine Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit ohne und mit einer Ionenlinse angelegt wurde. Die Durchflussgeschwindigkeit wies eine Größenordnung von 200 bis 400 nl/min auf. Die 24a und 24b zeigen, dass die Ionenlinse zu einer Erhöhung der Ionensignalintensität (212' gegenüber 212) in dem Massenspektrum führte. Die 24c und 24d zeigen ähnliche Ergebnisse im Zeitbereich. Mit der Zugabe der Ionenlinse wird das Hintergrundrauschen (214' gegenüber 214) verringert und das Peptidionensignal erhöht (216' gegenüber 216). In einem solchen Fall wurde das Signal-Rausch-Verhältnis um einem Faktor von mehr als 4 erhöht.
Bezugnehmend auf die 25a und 25b ist das Massenspektrum für eine weitere Probe des β-Caseinverdaus gezeigt, das für eine Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit ohne bzw. mit Ionenlinse angewandt wurde. Die Zugabe der Ionenlinse ermöglichte, dass der dreifach geladene Peptidpeak 218' in 25b einfach nachzuweisen war, während der dreifach geladene Peptidpeak 218 ohne Ionenlinse in 25a aufgrund der geringen Intensität und der starken Intensität des Hintergrundrauschens schwierig nachzuweisen war. Die Intensität des Peptidpeaks wurde durch die Zugabe der Ionenlinse um einen Faktor um ein 3,5faches erhöht.
Bezugnehmend auf die 26a und 26b zeigen die Diagramme die Intensität des in den 25a bzw. 25b gezeigten Hintergrundrauschens in der Nähe eines dreifach geladenen Peptids 218 und 218'. 26a ist das Hintergrundrauschen für die Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit in Abwesenheit der Ionenlinse, und 26b ist das Hintergrundrauschen mit der Ionenlinse. Die 26a und 26b zeigen, dass das Hintergrundrauschen mit und ohne Linse gleich ist. Daher führt die in den 25a und 25b gezeigte Signalverstärkung nicht zu einer Erhöhung des Hintergrundrauschens, und des Signal-Rausch-Verhältnis wird somit um einem Faktor um etwa das 3,5fache erhöht.
Bezugnehmend auf die 27a und 27b, sind die Massenspektren für eine β-Casein-Verdauprobe gezeigt, die auf eine Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit ohne bzw. mit einer Ionenlinse angewandt wurde. In dem in 27a gezeigten Massenspektrum (keine Ionenlinse) ist das doppelt geladene Peptidionensignal 222 schwierig nachzuweisen. In 27b (mit Ionenlinse) ist das doppelt geladene Peptidionensignal 222' jedoch einfacher zu detektieren. Die Ionensignalinten sität für das doppelt geladene Peptidionensignal 222' ist bei Verwendung der Ionenlinse ebenfalls viel stärker.
Bezugnehmend auf die 28a und 28b, wurde eine 100-fmol-Probe eines Rinderserum-Albuminverdaus einem Nano-HPLC-MS mit einer Ionenlinse unterzogen. Die Flüssigkeits-Durchflussgeschwindigkeit für den Sprayer betrug 100 bis 300 nl/min, und der Sprayer wies einen Innendurchmesser von 15 μm auf. Die Testergebnisse zeigten, dass es bei Verwendung der Ionenlinse zu einer ausreichenden Erhöhung des Signal-Rausch-Verhältnisses kam. Auf den in jeder Abtastung nachgewiesenen zwei stärksten Peptidionensignalen wurde eine Tandem-Massenspektrometrie (MS/MS) durchgeführt. Die Gesamtionenzahl für Peptidfragmente des stärksten Peptidionensignals ist in dem dritten Diagramm der 28a angeführt. Die Gesamtionenzahl für die Peptidfragmente des zweitstärksten Ionensignals ist in dem vierten Diagramm von 28a angeführt. Die größte Anzahl an Peptidionen wurde etwa um 14 Minuten beobachtet. Das oberste Diagramm in 28a zeigt das bei 14,53 Minuten des Versuchs erhaltene Massenspektrum. Das unterste Diagramm in 28b zeigt das Fragmentionenspektrum für das stärkste Peptidionensignal bei einem m/z-Verhältnis von 480,6. Diese Daten sind wichtig, da die in den 28a und 28b gezeigten Ergebnisse nicht erzielt werden könnten, wäre die Ionenlinse nicht in der Ionenquelle verwendet worden.
Als Nächstes wird auf 29 Bezug genommen, die das für einen 50-fmol-Rinderserum-Albuminverdau gemessene Ionensignal zeigt, das einem Nano-HPLC-MS mit einer Ionenlinse unterzogen wurde. Die Ionenlinse ist sehr wichtig, da vor Verwendung des Nano-HPLC-MS Wasser durch die Vorrichtung gepumpt werden muss, um die Säule einzustellen. Wird keine Ionenlinse verwendet, funktioniert die ESI-Grenzfläche nicht, da Wasser den Sprühvorgang aufgrund der hohen Oberflächenspannung unterbricht. Ein Gradient für Wasser und organisches Lösungsmittel wurde verwendet, um die hydrophoben und hydrophilen Peptide zu trennen. Der Test wurde vorzeitig beendet, aber die Peptide 230 wurden zwischen 11,5 und 17 Minute nach Start des Tests nachgewiesen. Das gemessene Ionensignal wurde anschließend einer Datenbank zugewiesen, um das verdaute Protein zu identifizieren. Das Protein wurde mit einer Gewissheit von etwa einer Größenordnung von 300 über jenem Wert, der für ein zufälliges Ionensignal (nämlich ein Rauschsignal) auftreten würde, korrekt identifiziert. Dieses Testergebnis zeigt, dass die Detektionsgrenze für das Peptidionensignal im Wesentlichen unter dem im Versuch verwendeten 50-fmol-Verdau liegt. Darüber hinaus zeigt dieser Test, dass eine Ionenlinse die Verlässlichkeit eines Nano-HPLC-MS-Durchlaufs erhöht.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Ionenquelle mehr als eine Ionenlinse aufweisen, die in unmittelbarer Nähe des Sprayers angeordnet ist. Bezugnehmend auf 30, sind Ergebnisse für eine Simulation angeführt, die Äquipotenziallinien für eine Ionenquelle mit zwei konzentrischen, einen Sprayer umgebenden Ionenlinsen zeigen. Die Ionenquelle umfasst einen Sprayer 12, eine Vorhangplatte 14, eine Apertur in der Vorhangplatte 15, eine Öffnung 16, eine Öffnungsplatte 18, ein Quellengehäuse 20, eine innere Ionenlinse 240 und eine äußere Ionenlinse 242. In dieser Simulation betrugen die angelegten Potenziale 3.800 V für den Sprayer 12, 1.800 V für die Vorhangplatte 14, 190 V für die Öffnungsplatte 18, 4.200 V auf der inneren Ionenlinse 240 und 6.000 V auf der äußeren Ionenlinse 242. Die Ergebnisse zeigen, dass die Äquipotenziallinien unmittelbar vor der Spitze des Sprayers 12 flach sind, was die Ionen zur Aperturöffnung 15 in der Vorhangplatte 14 hin lenkt.
Im Folgenden wird auf 31 Bezug genommen, das die Ergebnisse einer Simulation darstellt, die Äquipotenziallinien für die gleiche wie in 30 gezeigte Ionenquellenanordnung zeigt, mit der Ausnahme, dass die an die innere Ionenlinse 240 und die äußere Ionenlinse 242 angelegten Potenziale umgekehrt sind. Das an die innere Ionenlinse 240 angelegte Potenzial beträgt 6.000 V, und das an die äußere Ionenlinse 242 angelegte Potenzial beträgt 4.200 V. Die resultierenden Äquipotenziallinien sind unmittelbar vor der Spitze des Sprayers 12 erneut flach, wodurch die Ionen zur Aperturöffnung 15 in der Vorhangplatte 14 hin gelenkt werden sollten.
Im Folgenden wird auf 32 Bezug genommen, die die Ergebnisse einer Simulation darstellt, welche Äquipotenziallinien für die gleiche wie in 30 gezeigte Io nenquellenanordnung zeigt, mit der Ausnahme, dass die Ionenlinsen 240' und 242' entlang der Achse des Sprayers 12 leicht versetzt angeordnet wurden. An den Sprayer 12 wurde ein Potenzial von 4.200 V, an die Ionenlinse 242' von 5.500 V und an die Ionenlinse 240' von 3.500 V angelegt. Die Vorhangplatte 14 ist auf einem Potenzial von 1.800 V vorgespannt, die Öffnungsplatte 18 bei einem Potenzial von 190 V vorgespannt und das Gehäuse 20 ist geerdet. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die Äquipotenziallinien unmittelbar vor dem Sprayer 12 flach und zur Achse des Sprayers 12 senkrecht sind. Folglich sollte diese Anordnung die Ionen zur Öffnung 16 in der Öffnungsplatte 18 lenken.
Im Folgenden wird auf 33 Bezug genommen, die die Ergebnisse einer weiteren Simulation darstellt, die Äquipotenziallinien für die gleiche wie in 30 gezeigte Ionenquellenanordnung zeigt, mit der Ausnahme, dass die Ionenlinsen 240'' und 242'' entlang der Achse des Sprayers 12 im Wesentlichen versetzt sind. An den Sprayer 12 ist ein Potenzial von 4.200 V, an die Ionenlinse 240'' von 5.500 V und an die Ionenlinse 242'' von 3.500 V angelegt. Die Vorhangplatte 14 ist auf einem Potenzial von 1.800 V vorgespannt, die Öffnungsplatte 18 auf einem Potenzial von 190 V vorgespannt und das Gehäuse 20 ist geerdet. Die Simulationsergebnisse zeigen erneut, dass die Äquipotenziallinien unmittelbar vor dem Sprayer 12 flach und zur Achse des Sprayers 12 senkrecht sind. Folglich sollte diese Anordnung die Ionen zur Öffnung 16 in der Öffnungsplatte 18 lenken.
Im Folgenden wird auf 34 Bezug genommen, die die Ergebnisse einer weiteren Simulation darstellt, die Äquipotenziallinien für die gleiche wie in 30 gezeigte Ionenquellenanordnung zeigt, mit der Ausnahme, dass die Ionenlinsen 240'' und 242'' entlang der Längsachse des Sprayers 12 versetzt sind. Es gilt anzumerken, dass die Ionenlinsen 240'' und 242'' nicht die gleichen Abmessungen aufweisen, wie gegebenenfalls aus 34 zu schließen sein könnte. An den Sprayer 12 ist ein Potenzial von 4.200 V, an die Ionenlinse 242'' von 5.500 V und an die Ionenlinse 240'' von 3.500 V angelegt. Die Vorhangplatte 14 ist auf einem Potenzial von 1.800 V vorgespannt, die Öffnungsplatte 18 auf einem Potenzial von 190 V vorgespannt und das Gehäuse 20 ist geerdet. Die Simulationsergebnisse zeigen erneut, dass die Äquipotenziallinien unmittelbar vor dem Sprayer 12 flach und zur Achse des Sprayers 12 senkrecht sind. Folglich sollte diese Anordnung die Ionen zur Öffnung 16 in der Öffnungsplatte 18 lenken.
Die in den 30 bis 34 dargelegten Ergebnisse zeigen, dass zwei Ionenlinsen mit einer Ionenquelle verwendet werden können, um die gebildeten Ionen zu einer Öffnung hin zu lenken. Alternativ dazu können auch mehr als zwei Ionenlinsen verwendet werden. Der Grundgedanke ist der, dass die Aufnahme von mehr als einer Ionenlinse eine Gelegenheit zur weiteren Optimierung mittels Anlegung von Potenzialen an das/die zusätzlichen Ionenlinse(n) darstellt, sodass die Äquipotenziallinien unmittelbar vor dem Sprayer noch stärker bevorzugt werden, was zu einem Ionensignal führen kann, das zusätzlich verstärkt wird. Die zusätzliche Ionenlinse kann wie in den 30 und 31 gezeigt konzentrisch ausgerichtet oder wie in 32 und 33 gezeigt versetzt ausgerichtet oder entlang der Achse des Sprayers wie in 34 gezeigt der Länge nach ausgerichtet sein.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Verwendung einer Ionenlinse auf Ionenquellen erweitert werden, die Mehrfachsprayer aufweisen. Bezugnehmend auf 35, ist eine zweifache Elektrosprayionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit 250 gezeigt, die eine Sprayermontierauflage 252, ein Befestigungsloch 254, eine leitfähige Nase 256, eine Ionenlinse 258, eine erste Kapillare 260 und eine zweite Kapillare 262, einen ersten Sprayer 264 und einen zweiten Sprayer 266, zwei Kapillaren-Endstückverbindungen 268 und 269, eine Spritzenpumpe 270 und eine Elektrospray-Stromquelle 272 umfasst. Die zwei Sprayer 264 und 266 wurden aus den Quarzglas-Kapillaren (150 μm Außendurchmesser und 50 μm Innendurchmesser) bis zu einem Innendurchmesser von etwa 15 μm gezogen (wenn auch andere Abmessungen verwendet werden können). Die Ionenlinse 258 wurde etwa 2 mm hinter dem Ende der konischen Spitzen der zwei Sprayer 264 und 266 angeordnet. Die Ionenlinse 258 wurde aus Edelstahl gefertigt und wies eine rechteckige Form, die jener der in 5a gezeigten Ionenlinse ähnelte. Die Öffnung der Ionenlinse 258 (nicht angeführt) wies eine Länge von 103 mm, eine Höhe von 4,6 mm und eine Dicke von 1,2 mm auf, wenn auch andere Abmessungen verwendet werden könnten. Die zwei Sprayer 264 und 266 lagen in der Ionenlinse 258 zentriert vor. Alternativ dazu können andere Anordnungen, wie z. B. jene, die zuvor für den Fall einer einzelnen Ionenlinse und eines einzelnen Sprayers gezeigt wurden, eingesetzt werden, und zwar können die Sprayer entlang einer oder beider Abmessungen der Ionenlinse 258 asymmetrisch ausgerichtet sein. Ferner können die Sprayer unterschiedliche Längen aufweisen. Bei Gebrauch werden die zwei Sprayer 264 und 266 bei verringerter Flüssigkeits-Durchflussgeschwindigkeit gleichzeitig mit der Ionenlinse 258 betrieben, die um die konischen Spitzen des Sprayers 264 und 266 angeordnet ist. Die Lösungsdurchflussgeschwindigkeiten lagen in einem Bereich von 0,2 μl/min bis 1 μl/min. Alternativ dazu können andere Lösungsdurchflussgeschwindigkeiten verwendet werden. Es gilt auch anzumerken, dass mehr als zwei Sprayer verwendet werden können.
Es wurden Versuche durchgeführt, bei denen die zweifache Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit 250 mit einer Ionenlinse 258 mit einer einzelnen Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit ohne Ionenlinse und einer zweifachen Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit ohne Ionenlinse verglichen wurde. Die angelegten Potenziale für die einzelnen und zweifachen Elektrosprayquellen mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit betrugen 3.895 V für die Sprayer und 1.000 V für die Vorhangplatte: Für die zweifache ESI-Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit 250 mit einer Ionenlinse 258 betrugen die angelegten Potenziale 4.198 V für die Sprayer 264 und 266, 1.840 V für die Vorhangplatte (nicht angeführt) und 2.500 V für die Ionenlinse 258.

Die Ergebnisse in Tabelle 4 zeigen das gemessene Ionensignal für 10 Abtastungen einer Probe aus 10^–5 M Bradykinin. Tabelle 4 zeigt, dass die Verdopplung der Anzahl von Sprayern das Ionensignal um einen Faktor von 1,6 erhöhte. Die Zugabe der Ionenlinse erhöhte ferner die Signalintensität um einen Faktor von 1,34. Daher führte das Kombinieren des zusätzlichen Sprayers und der Ionenlinse zu einer Verbesserung der Ionensignalintensität um einen Faktor von 2,2. Rein theoretisch wären zur Erzielung dieser Steigerung der Ionensignalintensität mit zusätzlichen Sprayern und keiner Ionenlinse 5 Sprayer erforderlich. Tabelle 4 – In 19 Abtastungen gemessenes Ionensignal einer Bradykinin-Probe

Sprayer	Einzelner Elektrospray mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit	Zweifacher Elektrospray mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit	Zweifacher Elektrospray mit verringerter Durchflus sgeschwindigkeit mit Ionenlinse
(P + 2H)²⁺-Signal (cps)	2,05 × 10⁶	3,28 × 10⁶	4,45 × 10⁶

Ein weiterer Vorteil der Mehrfachsprayer mit der Ionenlinse liegt in der verringerten Abhängigkeit der Stärke des Ionensignals von der Sprayerposition in Bezug auf die Öffnung in der Vorhangplatte. Wenn mehrere Sprayer vor der Öffnung angeordnet werden, kommt es zu einer Positionierung derselben weiter weg von der optimalen Stelle, was zu einer Verringerung der Wirksamkeit jedes der zusätzlichen Sprayer führt. Folglich nimmt die Verbesserung der Ionensignalintensität durch die Verwendung mehrerer Sprayer ab. Die Verwendung einer um die Sprayer herum angeordneten Ionenlinse sollte jedoch dazu beitragen, dieses Problem zu mildern.
Bezugnehmend auf 36, sind die Ergebnisse einer auf einer zweifachen Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit 280 ohne Ionenlinse durchgeführte Simulation gezeigt. Die zweifache Sprayerionenquelle 280 umfasst einen ersten Sprayer 282, einen zweiten Sprayer 284, eine Vorhangplatte 286, eine Öffnung 288, eine Öffnungsplatte 290, eine Öffnung 292 und ein Gehäuse 294. Die in der Simulation angelegten Potenziale betrugen 4.000 V für die Sprayer 282 und 284, 1.000 V für die Vorhangplatte 286 und 190 V für die Öffnungsplatte 290. Das Gehäuse 294 wurde geerdet gehalten. Die resultierenden Äquipotenziale sind nahe der Spitze der Sprayer 282 und 284 gekrümmt, was zu einer viel stärkeren Ausbreitung der Ionenbahnen 296 führt. Die Eigenschaft der Äquipotenziale, zu defokussieren führt dazu, dass viele Ionen von der Öffnung 292 abgelenkt werden.
Bezugnehmend auf 37 zeigen die Ergebnisse einer auf einer zweifachen Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit 280' mit einer Ionenlinse 298 durchgeführten Simulation die resultierenden Äquipotenziallinien. Die zweifache Sprayerionenquelle 280' umfasst sämtliche in 36 für die zweifache Sprayerionenquelle 280 zusätzlich zu einer Ionenlinse 298 gezeigten Elemente. Die in der Simulation angelegten Potenziale betrugen 4.300 V für die Sprayer 282 und 284, 1.800 V für die Vorhangplatte 286, 5.220 V für die Ionenlinse 298, 190 V für die Öffnungsplatte 290 und 0 V für das Gehäuse 294. Die Äquipotenziallinien sind nahe der Spitze der Sprayer 282 und 284 abgeflacht. Dadurch werden die Ionen direkt zur Öffnung 288 in der Vorhangplatte 286 und anschließend in Richtung der Düse 292 gelenkt.
Die zweifache Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit 280' mit der in 37 gezeigten Ionenlinse kann so betrieben werden, dass die Sprayer 282 und 284 nacheinander verwendet werden. Wenn zwei unterschiedliche Proben zu analysieren sind, kann eine Probe in den ersten Sprayer 282 und die zweite Probe in den zweiten Sprayer 284 platziert werden. Der erste Sprayer 282 wird anschließend betrieben, um Ionen aus der ersten Probe zu bilden, die anschließend mittels eines nachgeschalteten Massenspektrometers analysiert werden. Ist die Analyse beendet, wird der erste Sprayer 282 durch Anhalten des Lösungsflusses ausgeschaltet. Der zweite Sprayer 284 wird dann betrieben, um Ionen für die zweite Probe zu bilden, die anschließend von dem gleichen Massenspektrometer nacheinander analysiert werden. Darüber hinaus können getrennte Stromzufuhrmittel für jeden Sprayer verwendet werden, was ermöglicht, dass ein Sprayer durch Steuern des Elektrospraypotenzials ausgeschaltet werden kann. Dieses System wird gegenüber einem System mit einem einzelnen Sprayer bevorzugt, wenn mehr als eine Probe zu analysieren ist, da der einzelne Sprayer nach Analyse jeder Probe ausgetauscht/gereinigt werden muss. Alternativ dazu können mehr als zwei Sprayer verwendet werden. In einer alternativen Ausführungsform können verschiedene Mehrfachsprayer aus verschiedenen Mehrfachsprayern, die in einer einzelnen Ionenlinse eingebracht sind, gleichzeitig versprüht werden. Dies würde sich für Studien eignen, die die Infusion eines inneren Standards oder Massenkalibrierungsmittels umfassen. Ein Massenkalibrie rungsmittel eignet sich zur Kalibrierung eines Massenbereichs in Vorrichtungen, wie z. B. einem Flugzeit-Massenspektrometer, während ein innerer Standard geeignet ist, um die Konzentration eines Analyten in einer Analyse zu bestimmen. Ein innerer Standard ist auch beim Nachweis von Variationen in der Sprayerwirksamkeit nützlich.
Basierend auf 30 bis 37 gibt es eine Reihe von Ausführungsformen zur Verwendung einer Ionenlinse oder Ionenlinsen mit einem Sprayer oder Sprayern. Der Sprayer kann von einem Sprayer und einer Ionenlinse umgeben sein. Alternativ dazu kann ein Sprayer und eine Vielzahl von Ionenlinsen vorliegen, die den Sprayer umgeben. Es kann auch eine Vielzahl von Sprayern und eine Ionenlinse vorliegen, die die Sprayer umgibt.
In den Versuchen wurde beobachtet, dass die Spannung auf der Ionenlinse unter bestimmten Umständen nicht über die Spannung auf dem Sprayer erhöht werden kann, da der Elektrospray aufhört zu arbeiten und ein Tröpfchen beobachtet wird, das sich an der Spitze des Sprayers entwickelt. Dazu kann es kommen, weil das elektrische Feld an der Spitze des Sprayers bis zu einem Punkt hin abnimmt, bei dem das elektrische Feld nicht ausreicht, um die Oberflächenspannung des Tröpfchens zu überwinden. Wie Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung jedoch allgemein bekannt ist, kann eine kleine Fraktion von Methanol oder anderen organischen Lösungsmitteln in der Analytenprobe verwendet werden, um die Oberflächenspannung des sich bildenden Tröpfchens zu verringern, was zu Erhöhungen des an die Ionenlinse angelegten Maximalpotenzials führen kann, wodurch das Ionensignal zusätzlich gesteigert werden kann.
Es sind die Prinzipien von im Wesentlichen Atmosphärendruck-Ionenlinsen für ESI-Quellen, Ionensprayquellen, Ionensprayquellen mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit, ESI-Quellen mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit und Nanosprayquellen, die zusammen mit einem Massenspektrometer verwendet werden, beschrieben worden. Die Prinzipien der vorliegenden Erfindung können aber auch für die Kapillarenelektrophorese-Massenspektrometrie, die Mikrokanal-ESI-Massenspektrometrie und die Übertragung von Ionen für andere Zwecke, wie z. B., ohne darauf beschränkt zu sein, Ionenabscheidung auf Oberflächen zur Herstellung von Beschichtungen, verwendet werden. Die vorliegende Erfindung kann auch auf chemische Atmosphärendruck-Ionisierungsquellen angewandt werden, bei der die Ionisierung an einer Koronaentladungsspitze stattfindet. Die vorliegenden Erfindung kann ferner zur Abscheidung einer Probe in Ionenquellen verwendet werden, die die Matrixunterstützte-Laser-Desorptions-Ionisierung anwenden. Die Erfindung kann ferner eingesetzt werden, um Ionen bereitzustellen, die in nachgeschalteten Bereichen verwendet werden könnten, die unter atmosphärischem Druck, einem Druck unter atmosphärischem Druck und unter oder fast unter Vakuum stehen. Darüber hinaus können die für die Elektrospray-Ionenquellen mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit gezeigten Ergebnisse auch jenen entsprechen, die aus Ionensprayquellen mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit zu erwarten sind.
Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung ist ohne weiteres klar, dass die Erfindung hinsichtlich Anzahl und Form der in der Nähe der Kapillarenspitze angeordneten Ionenlinsen, ohne von den Grundprinzipien und dem Geist der Erfindung abzuweichen, modifiziert werden kann.
Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung ist auch klar, dass 1) sämtliche in dieser Beschreibung eingesetzten Potenziale relativ sind und dass der Sprayer beispielsweise bei einem Potenzial von 0 V betrieben werden kann, wobei die Vorhangplatte und die Öffnungsplatte bei einem höheren negativen Potenzial und die Ionenlinse bei einem mittleren negativen Potenzial betrieben werden können, um positive Ionen zu bilden; 2) die vorliegende Erfindung gleichermaßen für negative Ionen gültig ist, mit der Maßgabe, dass die Polarität sämtlicher der zuvor beschriebenen Potenziale umgekehrt wird; 3) die Lösungsdurchflussgeschwindigkeiten nicht auf die hierin beschriebenen beschränkt sind, die lediglich zu Veranschaulichungszwecken dienen.
Es sollte klar sein, dass an den hierin beschriebenen und veranschaulichten bevorzugten Ausführungsformen, ohne von der vorliegenden Erfindung abzuweichen, de ren Schutzumfang in den beigefügten Ansprüchen definiert ist, verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden können

Claims

Ionenquellenvorrichtung zur Erzeugung von Ionen aus einer Analytenprobe, wobei die Vorrichtung eine Ionenquelle (10), zumindest eine Gegenelektrode (14, 18, 20) und ein Ionenfokussierelement (62) umfasst, worin die Ionenquelle gegenüber der zumindest einen Gegenelektrode montiert ist, wobei die Vorrichtung Mittel, durch die eine Potentialdifferenz zwischen der Ionenquelle und der zumindest einen Gegenelektrode angelegt werden kann, um in Betrieb einen Sprühnebel aus ionisierten Tröpfchen zu erzeugen und in Betrieb eine Bewegung von Ionen in Richtung der zumindest einen Gegenelektrode zu bewirken, sowie Mittel umfasst, durch die ein Potential am Ionenfokussierelement angelegt werden kann, worin das Ionenfokussierelement relativ zur Ionenquelle so angebracht ist, dass es, wenn ein Potential am Ionenfokussierelement angelegt wird, in Betrieb die zur Ionenquelle benachbarten Äquipotentiale verändert, um Ionen in einer gewünschten Ionenausbreitungsachse zu fokussieren und zu lenken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin das Ionenfokussierelement zur Ionenquelle benachbart positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, worin Ionen entlang einer sich von der Ionenquelle weg erstreckenden Achse gelenkt werden und worin die zur Ionenquelle benachbarten Äquipotentiale im Wesentlichen senkrecht zur gewünschten Ionenausbreitungsachse, sowohl auf der Achse als auch in einem beträchtlichen Bereich um die Achse herum, verlaufen.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Ionenquelle, die zumindest eine Gegenelektrode und das Ionenfokussierelement in einem Gehäuse montiert sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, worin das Innere des Gehäuses im Wesentlichen unter Atmosphärendruck steht.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Vorrichtung eine Öffnungsplatte mit einer Einlassöffnung und eine Vorhangplatte, die eine Blende aufweist und das Gehäuse abschließt, umfasst, worin die Ionenquelle, die zumindest eine Elektrode und das Ionenfokussierelement so angepasst sind, dass die erzeugten Ionen in Richtung der Einlassöffnung gelenkt werden, wodurch in Betrieb ein stärkerer und stabilerer Fluss aus erzeugten Ionen durch die Einlassöffnung hindurchströmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, worin die Vorrichtung eine Einlassplatte mit einer Einlasskapillare umfasst, die das Gehäuse abschließt, worin die Ionenquelle, die zumindest eine Elektrode und das Ionenfokussierelement so angepasst sind, dass die erzeugten Ionen in Richtung der Einlasskapillare gelenkt werden, wodurch in Betrieb ein stärkerer und stabilerer Fluss aus erzeugten Ionen durch die Einlasskapillare hindurchströmt.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Vorrichtung weiters zumindest eine Stromquelle, die mit der Ionenquelle verbunden ist, und das Ionenfokussierelement umfasst, das in Betrieb mit der zumindest einen Gegenelektrode verbindbar ist und so angepasst ist, dass unterschiedliche Gleichspannungspotentiale daran angelegt werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 2, worin das Ionenfokussierelement eine Ionenlinse und ein Befestigungselement umfasst, worin das Befestigungselement so angepasst ist, dass es ein Potential aufnehmen kann, das an das Ionenfokussierelement angelegt wird, um die erzeugten Ionen zu lenken und zu fokussieren.
Vorrichtung nach Anspruch 9, worin die Ionenlinse so montiert ist, dass sie die Spitze der Ionenquelle im Wesentlichen umgibt.
Vorrichtung nach Anspruch 10, worin die Ionenlinse im Allgemeinen planar ist und im Wesentlichen senkrecht zur Längsachse der Ionenquelle positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 10, worin die Ionenlinse in einem Winkel zur Längsachse der Ionenquelle angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9, 10, 11 oder 12, worin die Ionenlinse eine ringförmige Linse mit zumindest einem von kontinuierlichem und diskontinuierlichem Querschnitt ist, wobei der Querschnitt eine Form aufweist, die einer von Kreis, Oval, Quadrat, Rechteck, Dreieck und einem beliebigen anderen, regelmäßigen oder unregelmäßigen Polygon im Wesentlichen gleicht.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, worin die Ionenlinse eine Blende aufweist und die Spitze der Ionenquelle symmetrisch entlang zumindest einer Dimension der Blende angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, worin die Ionenlinse eine Blende aufweist und die Spitze der Ionenquelle asymmetrisch entlang zumindest einer Dimension der Blende angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, worin die Dimensionen der Blende so einstellbar sind, dass die erzeugten Ionen weiter fokussiert und gelenkt werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 13, worin die Vorrichtung eine Vielzahl von Ionenfokussierelementen umfasst, die so montiert sind, dass sie die Spitze der Ionenquelle im Wesentlichen umgeben.
Vorrichtung nach Anspruch 17, worin die Vielzahl von Ionenfokussierelementen koaxial in einer gemeinsamen Ebene so montiert sind, dass sie die Spitze der Ionenquelle im Wesentlichen umgeben.
Vorrichtung nach Anspruch 17, worin die Vielzahl von Ionenfokussierelementen voneinander beabstandet entlang der Längsachse der Ionenquelle angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, worin jedes Ionenfokussierelement einstellbar montiert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, worin die Vorrichtung zumindest zwei Ionenquellen umfasst und die Ionenlinse sehr nahe an den zumindest zwei Ionenquellen angeordnet ist, um die zumindest zwei Ionenquellen im Wesentlichen zu umgeben.
Vorrichtung nach Anspruch 9 bis 13 oder 21, worin die Ionenlinse hinter der Spitze der zumindest zwei Ionenquellen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, worin die Ionenlinse etwa 0,1 bis 5 mm hinter der Spitze zumindest einer der zumindest zwei Ionenquellen positioniert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 22, worin die Ionenlinse etwa 2 mm hinter der Spitze zumindest einer der zumindest zwei Ionenquellen angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin die Ionenquelle zumindest eine aus einer chemischen Atmosphärendruck-Ionisationsquelle, einer Elektrospray-Ionenquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit, einer Ionensprayquelle mit verringerter Durchflussgeschwindigkeit, einer Elektrosprayquelle, einer Ionensprayquelle und einer Nanosprayquelle ist.
Verfahren zur Erzeugung von Ionen aus einer Analytenprobe, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: 1) Zuführen der Analytenprobe zu einer Ionenquelle; 2) Bereitstellen zumindest einer von der Ionenquelle beabstandeten Gegenelektrode; 3) Bereitstellen einer Potentialdifferenz zwischen der Ionenquelle und der zumindest einen Gegenelektrode, um einen Spray aus Ionen oder ionisierten Tröpfchen zu erzeugen; und 4) Bereitstellen eines Ionenfokussierelements und Anlegen eines Potentials an das Ionenfokussierelement, um die zur Ionenquelle benachbarten Äquipotentiale so zu verändern, dass Ionen in einer gewünschten Ionenausbreitungsachse fokussiert und gelenkt werden.
Verfahren nach Anspruch 26, worin das Verfahren weiters das Bereitstellen des Ionenfokussierelements benachbart zur Ionenquelle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 26, worin die Ionen entlang einer sich von der Ionenquelle weg erstreckenden Achse gelenkt werden und worin das Verfahren weiters das Einstellen des an das Ionenfokussierelement angelegten Potentials umfasst, um sicherzustellen, dass die zur Ionenquelle benachbarten Äquipotentiale im Wesentlichen senkrecht zur gewünschten Ionenausbreitungsachse, sowohl auf der Achse als auch in einem beträchtlichen Bereich um die Achse, sind.
Verfahren nach Anspruch 26 oder 27, worin das Verfahren weiters das Bereitstellen zumindest einer Stromquelle, die mit der Ionenquelle und dem Ionenfokussierelement verbunden ist, die in Betrieb mit der zumindest einen Gegenelektrode verbindbar ist, und das Bereitstellen unterschiedlicher Gleichspannungspotentiale für die Ionenquelle und das Ionenfokussierelement umfasst.
Verfahren nach Anspruch 26, 27 oder 29, worin das Verfahren weiters das Bereitstellen einer Ionenlinse und eines Befestigungselements umfasst, worin das Befestigungselement zur Aufnahme eines Potentials eingestellt ist, das an das Ionenfokussierelement angelegt wird, um die erzeugten Ionen zu lenken und zu fokussieren.
Verfahren nach Anspruch 30, worin das Verfahren weiters das derartige Montieren der Ionenlinse umfasst, dass sie die Spitze der Ionenquelle im Wesentlichen umgibt.
Verfahren nach Anspruch 30, worin das Verfahren das derartige Montieren der Ionenlinse umfasst, dass die Ionenquelle an einer durch die Ionenlinse definierte Ebene anliegt oder diese schneidet.
Verfahren nach Anspruch 30, 31 oder 32, worin die Ionenlinse eine Blende aufweist und das Verfahren weiters das derartige Einstellen der Blende umfasst, dass die erzeugten Ionen weiter fokussiert und gelenkt werden.
Verfahren nach Anspruch 30, 31, 32 oder 33, worin zumindest zwei Ionenquellen vorhanden sind, das Verfahren weiters den Schritt des derartigen Anordnens der Ionenlinse umfasst, dass sie die Spitze der zumindest zwei Ionenquellen im Wesentlichen umgibt, und die Ionenlinse hinter der Spitze zumindest einer der zumindest zwei Ionenquellen angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, worin das Verfahren weiters den folgenden Schritt umfasst: 5) Bereitstellen der erzeugten Ionen zur Ionenabscheidung, um Oberflächen zu beschichten.
Verfahren nach Anspruch 34, worin das Verfahren weiters die folgenden Schritte umfasst: 5) Anordnen gleicher Analytenproben in jeder Ionenquelle; und 6) gleichzeitiges Bedienen jeder Ionenquelle, wodurch der Gesamtfluss an erzeugten Ionen aus der Analytenprobe erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 34, worin das Verfahren weiters die folgenden Schritte umfasst: 5) Anordnen unterschiedlicher Analytenproben in jeder Ionenquelle; und 6) aufeinander folgendes Bedienen jeder Ionenquelle, wodurch Schalten zwischen den unterschiedlichen Analytenproben erleichtert wird.
Verfahren nach Anspruch 34, worin das Verfahren weiters die folgenden Schritte umfasst: 5) Anordnen einer Analytenprobe in einer Ionenquelle und eines Massenkalibrierungsmittels in einer anderen Ionenquelle; 6) gleichzeitiges Bedienen jeder Ionenquelle; und 7) Leiten der erzeugten Ionen in einen Massenanalysator zur Massenanalyse, wodurch das Massenkalibrierungsmittel zum Kalibrieren des Massenanalysators verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 34, worin das Verfahren weiters die folgenden Schritte umfasst: 5) Anordnen einer Analytenprobe in einer Ionenquelle und eines inneren Standards in einer anderen Ionenquelle; 6) gleichzeitiges Bedienen jeder Ionenquelle; und 7) Leiten der erzeugten Ionen in einen Massenanalysator zur Massenanalyse, wodurch der innere Standard zur Beurteilung der Effizienz der Ionenquelle und als Hilfe bei der quantitativen Bestimmung des Analyten verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 34, worin das Verfahren weiters die folgenden Schritte umfasst: 5) Anordnen einer Analytenprobe in einer Ionenquelle und einer anderen Analytenprobe in einer anderen Ionenquelle; 6) gleichzeitiges Bedienen jeder Ionenquelle; und 7) Leiten der erzeugten Ionen in einen Massenanalysator zur Massenanalyse.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 33, worin das Verfahren weiters das optimale Anordnen der Ionenquelle und das Anlegen eines derartigen geeigneten Potentials an das Ionenfokussierelement umfasst, dass die Stärke des von den erzeugten Ionen herrührenden Ionensignals erhöht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 33, worin das Verfahren weiters das optimale Anordnen der Ionenquelle und das Anlegen eines derartigen geeigne ten Potentials an das Ionenfokussierelement umfasst, dass die relative Standardabweichung eines von den erzeugten Ionen herrührenden Ionensignals verringert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 33, worin das Verfahren weiters das optimale Anordnen der Ionenquelle und das Anlegen eines derartigen geeigneten Potentials an das Ionenfokussierelement umfasst, dass die Ladungszustände der erzeugten Ionen verändert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 33, worin das Verfahren weiters das optimale Anordnen der Ionenquelle und das Anlegen eines derartigen geeigneten Potentials an das Ionenfokussierelement umfasst, dass die Ionenfragmentierung eines von den erzeugten Ionen herrührenden Ionensignals verändert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 26 bis 33, worin das Verfahren weiters das optimale Anordnen der Ionenquelle und das Anlegen eines derartigen geeigneten Potentials an das Ionenfokussierelement umfasst, dass die Intensität von unerwünschtes Hintergrundrauschen bildenden Ionen verringert wird.