DE69629536T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Massenanalyse einer gelösten Probe - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Massenanalyse einer gelösten Probe Download PDF

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    • G01N30/00Investigating or analysing materials by separation into components using adsorption, absorption or similar phenomena or using ion-exchange, e.g. chromatography or field flow fractionation
    • G01N30/02Column chromatography
    • G01N30/62Detectors specially adapted therefor
    • G01N30/72Mass spectrometers

Description

  • ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Endung betrifft ein Ionisationsmassenanalyseverfahren und eine Vorrichtung zur Massenanalyse, bei der eine Ionenquelle verwendet wird, um eine in einer Lösung enthaltene Substanz unter atmosphärischem Druck oder einem ähnlichen Druck zu ionisieren, das heißt, eine Massenspektrometrie oder ein Massenspektrometer, das mit dem Ionisationsverfahren oder einer Ionenquelle arbeitet. Sie betrifft auch ein Flüssigkeitschromatograph ein Massenspektrometer, ein Kapillarelektrophoresesystem/Massenspektrometer und ein Plasmamassenspektrometer.
  • Als Beispiele für den Stand der Technik können die folgenden drei Verfahren genannt werden.
  • Beim ersten Beispiel für den Stand der Technik handelt es sich um ein Verfahren, das bei einem Plasmamassenspektrometer eingesetzt wird, wie es in JP-A-2-248854 (US-Patent 4.999.492) beschrieben wird. 16 ist eine entsprechende Darstellung, die das Verfahren zeigt. Bei dem Verfahren werden durch induktiv gekoppeltes Plasma erzeugte Ionen durch einen Differentialevakuierungsabschnitt in ein Hochvakuum eingeführt. Dabei werden, um das Rauschen zu verringern, das durch die hauptsächlich durch Plasma erzeugten schnellen Neutralteilchen und Photonen verursacht wird, Ionen, die durch eine Ionenextraktionslinse 19 über eine Ionenherausführöffnung 7 des Differentialevakuierungsabschnitts extrahiert worden sind, durch einen Deflektor 20 abgelenkt und über eine Ioneneinführöffnung 12 in einen Massenanalyseabschnitt 13 geführt, so daß die sich geradlinig bewegenden schnellen Neutralteilchen und Photonen teilweise aufgehalten werden.
  • Beim zweiten Beispiel für den Stand der Technik handelt es sich um das in JP-A-7-85834 beschriebene Verfahren. 17 ist eine entsprechende Darstellung, die das Verfahren zeigt. Das Verfahren eignet sich nicht nur für ein Plasmamassenspektrometer, sondern auch für ein Flüssigkeitschromatograph/Massenspektrometer, bei dem ein Massenspektrometer als Detektor eines Flüssigkeitschromatographen verwendet wird, um eine in Lösung befindliche Mischungsprobe zu trennen, und für ein Kapillarelektrophoresesystem/Massenspektrometer, bei dem ein Massenspektrometer als Detektor eines Kapillarelektrophoresesystems eingesetzt wird, um eine in Lösung befindliche Mischungsprobe zu trennen. Dabei wird das Rauschen im Detektor nicht hauptsächlich durch schnelle Neutralteilchen und Photonen verursacht, sondern durch kleine Tröpfchen, die durch einen Differentialevakuierungsabschnitt in ein Hochvakuum strömen. Im Falle eines Flüssigkeitschromatograph/Massenspektrometers oder eines Kapillarelektrophoresesystem/Massenspektrometers wird ein Verfahren angewendet, bei dem elektrisch geladene Tröpfchen im Grunde durch Zerstäuben einer Lösung erzeugt und Lösungsmittelmoleküle aus den elektrisch geladenen Tröpfchen verdampft werden, um Ionen der Probenmoleküle zu erzeugen. Dementsprechend werden die dadurch erzeugten elektrisch geladenen Tröpfchen nicht immer vollständig vaporisiert, so daß unweigerlich nicht verdampfte kleine Tröpfchen übrigbleiben. Die nicht vaporisierten kleinen Tröpfchen strömen durch den Differentialevakuierungsabschnitt in das Hochvakuum und treffen auf den Detektor, wo sie ein starkes Rauschen verursachen. Bei diesem Verfahren wird eine elektrostatische Doppelzylinderlinse als elektrostatische Linse zum Ablenken und Fokussieren von Ionen eingesetzt. Um die das Rauschen verursachenden kleinen Tröpfchen oder dergleichen zu eliminieren, besitzt in dieser Konfiguration eine innere zylindrische Elektrode 10 eine große Zahl von Öffnungen, so daß Ionen mit Hilfe eines elektrischen Felds, das durch die Änderung der Spannung zwischen der inneren zylindrischen Elektrode 10 und einer äußeren zylindrischen Elektrode 11 von den Öffnungen der inneren zylindrischen Elektrode 10 ausgeht, abgelenkt und fokussiert werden.
  • Beim dritten Beispiel für den Stand der Technik handelt es sich um ein Verfahren, das in EP-A-0237259 beschrieben wird. In 18 ist dieses Verfahren dargestellt. Bei dem Verfahren kommen drei Quadrupolsätze zum Einsatz, die mit einem hochfrequenten elektrischen Feld arbeiten. Ein erster Quadrupolsatz 26 dient der Massenanalyse oder Fokussierung von Ionen, die von einer Ionenquelle 24 erzeugt und durch eine Linse 25 fokussiert werden. Ein zweiter Quadrupolsatz 27 ist mit einer bestimmten Krümmung gebogen. Hinter einem dritten Quadrupolsatz 28, der zur Massenanalyse von Ionen bestimmt ist, ist ein Detektor 14 angeordnet. Da der zweite Quadrupolsatz 27 mit einer bestimmten Krümmung gebogen ist, passieren Ionen mit elektrischen Ladungen den gekrümmten Quadrupolsatz, während sich Neutralteilchen und Tröpfchen ohne elektrische Ladung geradlinig weiterbewegen. Dementsprechend gelangen die Neutralteilchen und Tröpfchen nicht zum Detektor 14, der hinter dem dritten Quadrupolsatz 28 zur Massenanalyse von Ionen angeordnet ist, so daß die Stärke des Rauschens im Detektor 14 entsprechend verringert wird.
  • Wenn in dem obigen ersten Beispiel die Ionenablenkung verstärkt wird, kann entsprechend zuverlässig verhindert werden, daß Neutralteilchen, Photonen usw. in den Massenanalyseabschnitt strömen, so daß der Rauschpegel im Detektor entsprechend verringert werden kann. Wenn die Ionenablenkung verstärkt wird, wird es aber entsprechend schwierig, die Ionen nach ihrer Ablenkung wieder auf die Ioneneinführöffnung 12 des Massenanalyseabschnitts zu fokussieren. Dies liegt daran, daß sich der Ionenstrahl an der Ioneneinführöffnung 12 des Massenanalyseabschnitts verbreitert oder daß sich der Winkel, unter dem die Ionen auf die Ioneneinführöffnung 12 des Massenanalyseabschnitts einfallen, vergrößert. Wenn der Strahl an der Ioneneinführöffnung 12 des Massenanalyseabschnitts schlecht fokussiert ist, verringert sich die Ionenübertragungsleistung im Massenanalyseabschnitt, so daß sich die Ionenintensität einer zu messenden Probe, d. h. die Signalstärke verringert. Dementsprechend verringert sich bei dem Verfahren die Signalstärke gleichzeitig mit der Abnahme des Rauschens selbst dann, wenn das durch schnelle Neutralteilchen oder Photonen verursachte Rauschen durch eine starke Ablenkung der Ionen verringert wird, so daß es letztendlich unmöglich ist, das Signal-Rausch-Verhältnis als ein Maß für die Nachweisempfindlichkeit wesentlich zu verbessern.
  • Vorstehend ist der Fall beschrieben worden, bei dem ein Quadrupol-Massenspektrometer als Massenspektrometer verwendet wird. Die Sachlage wird aber problematischer, wenn im ersten Beispiel für den Stand der Technik ein spezielles Massenspektrometer, wie zum Beispiel ein Ionenfallen-Massenspektrometer oder dergleichen, verwendet wird. Bei einem Quadrupol-Massenspektrometer besitzt die Ioneneinführöffnung 12 des Massenanalyseabschnitts einen relativ großen Durchmesser von ungefähr 3 mm. Dementsprechend nimmt die Ionenübertragungsleistung selbst für den Fall, daß der Strahl an der Ioneneinführöffnung 12 des Massenanalyseabschnitts schlecht fokussiert ist, das heißt, daß der Ionenstrahl an der Ioneneinführöffnung 12 des Massenanalyseabschnitts streut, nicht so stark ab. Im Falle eines Ionenfallen-Massenspektrometers der Art, bei der Ionen in einer Zone eingeschlossen sind, die von einem aus einer Endkappenelektrode und einer Ringelektrode bestehenden Elektrodenpaar umgeben ist, kann die in der Endkappenelektrode vorhandene Ioneneinführöffnung aber nicht so groß gemacht werden, weil ein innen befindliches hochfrequentes elektrisches Feld nicht so stark gestört werden darf. Im Falle eines Ionenfallen-Massenspektrometers beträgt der Durchmesser der Ioneneinführöffnung im allgemeinen ungefähr 1,3 mm und ist damit kleiner als der im Falle eines Quadrupol-Massenspektrometers. Dementsprechend hat es sich im Falle eines Ionenfallen-Massenspektrometers bestätigt, daß, wenn die Ionen auf die vorstehend beschriebene Weise abgelenkt werden, die Ionenübertragungsleistung beträchtlich abnimmt, wenn der Ionenstrahl an der Ioneneinführöffnung streut.
  • Auch beim zweiten Beispiel für den Stand der Technik findet gleichzeitig mit der Verringerung des Rauschens eine Abnahme der Signalstärke selbst dann statt, wenn die Ionen stark abgelenkt werden, um das durch Tröpfchen und Neutralteilchen verursachte Rauschen zu verringern, und letztendlich ist es nicht möglich, das Signal-Rausch-Verhältnis als Maß für die Nachweisempfindlichkeit wesentlich zu verbessern.
  • Beim dritten Beispiel für den Stand der Technik wird die Apparatur nicht nur sehr kompliziert, sondern auch sehr teuer. Die mechanische Endbearbeitung der Quadrupolsätze muß mit einer Genauigkeit erfolgen, die im μm-Bereich (Mikrometer) liegt, und die Elektroden im zweiten Quadrupolsatz müssen mit einer bestimmten Krümmung gebogen sein. Außerdem muß in den Quadrupolsätzen eine hochfrequente Stromquelle verwendet werden. Besonders in den Fällen, in denen die Elektroden im zweiten Quadrupolsatz mit einer starken Krümmung gebogen sind, um das Rauschen wesentlich zu verringern, ist die spanende Bearbeitung äußerst problematisch.
  • In US-A-5.426.301 wird ein Massenspektrometer gelehrt, das eine seitlich der Achse liegende Grenzfläche verwendet, um die Detektorrauschprobleme zu überwinden, die sich durch Streuphotonen und -neutralteilchen ergeben, die durch den Zusammenstoß und den Ladungsaustausch von positiven Ionen mit Gasteilchen erzeugt werden. Zu diesem Zweck nutzt das System zwei Deflektoren, um den Ionenstrahl steil abzulenken, und eine Deflektorplatte, um den Ionenstrahl noch weiter in die Öffnung des Spektrometers hinein abzulenken.
  • Dieses System mit mehrfacher Ablenkung erfordert ein kompliziertes System, um eine Krümmung des Ionenstrahls, der ausreichend fokussiert sein muß, zu erreichen.
  • US-A-5.376.791 offenbart ein System mit einem Sekundärionenspektrometer, bei dem der sekundäre Ionenstrahl durch eine Linsenkonfiguration geleitet wird, die dazu dient, den Ionenstrom, der über eine Öffnung zu einem Quadrupol fließt, beim Eintritt in den Ionendetektorabschnitt zu fokussieren und abzubremsen. Am Eingang des Ionensensors angeordnete Zylindrische Linsen bewirken, daß die Quadrupolachse bezüglich der Achse des Ionendetektorabschnitts versetzt ist. Energiereiche Teilchen werden durch diesen Versatz am Eintritt in den Ionensensor gehindert.
  • In EP-A-0 358 212 wird eine Vorrichtung gelehrt, bei der die Ionen, die sich in einer Plasmaflamme gebildet haben, dazu gebracht werden, sich durch eine Öffnung einer Probenahmevorrichtung und dann in ein Massenspektrometer zu bewegen.
  • Sowohl im Dokument US-A-5.376.791 als auch im Dokument EP-A-0 358 212 ergibt sich das Problem, daß es zu einer räumlichen Streuung kleiner Tröpfchen und Neutralteilchen kommen kann, wodurch sie in die Öffnung des Massenanalyseabschnitts strömen und das Signal-Rausch-Verhältnis verschlechtern.
  • KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
  • Die vorliegende Erfindung löst die vorstehend aufgeführten Probleme, indem sie eine Vorrichtung zur Massenanalyse nach Anspruch 1 zur Verfügung stellt. Die Ansprüche 2 bis 12 beziehen sich auf bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Anspruch 13 bezieht sich auf ein Verfahren zur Massenanalyse.
  • Es geht konkret nur darum, die das Rauschen bzw. Störungen im Detektor verursachenden kleinen Tröpfchen, Neutralteilchen oder Photonen (diese spielen nur im Falle eines Plasmamassenspektrometers eine Rolle) wirksam von dem aus elektrisch geladenen Teilchen und elektrisch neutralen Teilchen, einschließlich Tröpfchen, Lösungsmittelmolekülen, atmosphärischen Gasmolekülen und Ionen, bestehenden Teilchenstrom abzutrennen, ohne daß dabei das Ausmaß der Ionenablenkung allzu sehr verstärkt wird, bevor die Ionen in den Massenanalyseabschnitt gelangen, von dem das Masse-Ladungs-Verhältnis der geladenen Teilchen geschätzt wird. Zu diesem Zweck werden durch eine Ionenherausführöffnung des Differentialevakuierungsabschnitts extrahierte Ionen einmal durch die Fokussierlinse in einer Anordnung fokussiert, bei der am Fokuspunkt der Fokussierlinse eine Begrenzungsplatte, die dazu dient, einen großen Teil der das Rauschen verursachenden Tröpfchen, Neutralteilchen oder Photonen (diese spielen nur im Falle eines Plasmamassenspektrometers eine Rolle) aufzuhalten, positioniert ist. Da die Ionen auf die Position der Begrenzungsplatte fokussiert sind, können folglich die Ionen die Begrenzungsplatte problemlos passieren, während ein Großteil der kleinen Tröpfchen, Neutralteilchen oder Photonen (diese spielen nur im Fall eines Plasmamassenspektrometers eine Rolle) an diesem Abschnitt wirksam aufgehalten wird, weil sich die kleinen Tröpfchen, Neutralteilchen oder Photonen, die nicht durch ein elektrisches Feld beeinflußt oder fokussiert werden, räumlich ausbreiten, nachdem sie eine Ionenherausführöffnung des Differentialevakuierungsabschnitts passiert haben. Das heißt, daß die Ionen so abgelenkt werden, daß sie nach dem Passieren der Begrenzungsplatte in den Massenanalyseabschnitt eingeführt werden, während sich die kleinen Tröpfchen, Neutralteilchen oder Photonen (diese spielen nur im Falle eines Plasmamassenspektrometers eine Rolle), von denen ein Großteil an der Schlitzposition aufgehalten worden ist, gerad linig weiterbewegen und an die Wand des Massenanalyseabschnitts stoßen, so daß sie eliminiert werden.
  • Bei dem Verfahren nach dem Stand der Technik wird also versucht, das Signal-Rausch-Verhältnis lediglich dadurch zu verbessern, daß die Ionen stark abgelenkt werden, während bei der vorliegenden Erfindung versucht wird, das Signal-Rausch-Verhältnis wesentlich zu verbessern, indem das Aufhalten kleiner Tröpfchen, Neutralteilchen oder Photonen mit Hilfe einer Begrenzungsplatte mit einer geringfügigen Ablenkung der Ionen kombiniert wird.
  • Unter den das Rauschen bzw. die Störungen verursachenden Tröpfchen gibt es elektrisch geladene Tröpfchen. Diese elektrisch geladenen Tröpfchen haben im Vergleich zu den im Massenanalyseabschnitt analysierbaren Ionen eine sehr große Masse, so daß diese elektrisch geladenen Tröpfchen einer ihrer Strömung entsprechende hohe kinetische Energie erhalten, wenn sie durch die Öffnung in ein Vakuum strömen. Die Bahn dieser elektrisch geladenen Tröpfchen wird durch eine elektrostatische Linse gekrümmt, aber das Ausmaß, in dem die Bahn dieser Tröpfchen abgelenkt wird, ist verglichen mit dem Ausmaß, in dem die Bahn der Ionen abgelenkt wird, relativ gering. Dementsprechend kann, da sich die von der elektrostatischen Linse fokussierten Ionen an einem anderen Ort als die elektrisch geladenen Tröpfchen befinden, ein Großteil der elektrisch geladenen Tröpfchen eliminiert werden, wenn eine Begrenzungsplatte an der Stelle, an der sich der Fokuspunkt der Ionen befindet, angeordnet wird.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • In den Zeichnungen zeigen:
  • 1 eine Ansicht der Konstruktion einer Vorrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 2 eine vergrößerte Ansicht eines Begrenzungsplattenabschnitts;
  • 3A und 3B konzeptionelle Ansichten, die der Erläuterung der Funktion der Begrenzungsplatte dienen;
  • 4A und 4B konzeptionelle Ansichten, die der Erläuterung der Funktion der Begrenzungsplatte dienen;
  • 5A und 5B konzeptionelle Ansichten, die der Erläuterung der Funktion der Begrenzungsplatte dienen;
  • 6 eine schematische Darstellung einer elektrostatischen Doppelzylinderlinse;
  • 7 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ausmaß der Ionenablenkung und der Ionenintensität und die Beziehung zwischen dem Ausmaß der Ionenablenkung und dem Rauschpegel für den Fall, in dem keine Begrenzungsplatte verwendet wird, zeigt;
  • 8 ein Diagramm, das die Beziehung zwischen dem Ausmaß der Ionenablenkung und der Ionenintensität und die Beziehung zwischen dem Ausmaß der Ionenablenkung und dem Rauschpegel bei Verwendung einer Begrenzungsplatte zeigt;
  • 9A und 9B Diagramme des Gesamtionenchromatogramms für Steroide, die einen durch die vorliegende Erfindung verursachten Effekt zeigen;
  • 10 eine Ansicht der Konstruktion einer Vorrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der ein elektrostatisches Zerstäubungsverfahren zum Einsatz kommt, zeigt;
  • 11A und 11B Diagramme des Gesamtionenchromatogramms für Peptide, die einen durch eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verursachten Effekt zeigen;
  • 12 eine Ansicht der Konstruktion einer Vorrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 13 eine Ansicht der Konstruktion einer Vorrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 14 eine Ansicht der Konstruktion einer Vorrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 15 eine Ansicht der Konstruktion einer Vorrichtung, die eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
  • 16 eine Ansicht der Konstruktion einer herkömmlichen Vorrichtung;
  • 17 eine Ansicht der Konstruktion einer herkömmlichen Vorrichtung;
  • 18 eine Ansicht der Konstruktion einer herkömmlichen Vorrichtung; und
  • 19 ein Diagramm, das Spannungen zeigt, die in einem Ionenfallen-Massenspektrometer an eine Ringelektrode beziehungsweise eine Gateelektrode angelegt werden.
  • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • In 1 wird eine Ausführungsform eines Flüssigkeitschromatograph/Massenspektrometers gezeigt, in dem ein bei Atmosphärendruck arbeitendes chemisches Ionisationsverfahren eingesetzt wird, bei dem es sich um eine Art von Atmosphärendruck-Ionisationsverfahren handelt, in dem Ionen unter Atmosphärendruck oder einem ähnlichen Druck erzeugt werden. 2 zeigt eine vergrößerte Darstellung eines Abschnitts, der einen Schlitz 9 besitzt, bei dem es sich um die Stelle handelt, um die es in der vorliegenden Erfindung geht. Die gleichen Erwägungen gelten nicht nur für den Fall, daß ein anderes Atmosphärendruck-Ionisationsverfahren verwendet wird (wie zum Beispiel ein Elektrozerstäubungsverfahren, bei dem elektrisch geladene Tröpfchen durch elektrostatisches Zerstäuben erzeugt werden, ein Atmosphärendruck-Zerstäubungsverfahren, bei dem elektrisch geladene Tröpfchen durch Wärmezerstäubung erzeugt werden, ein Schallzerstäubungsverfahren, bei dem elektrisch geladene Tröpfchen durch Verwendung eines mit Schallgeschwindigkeit strömenden Gases erzeugt werden, o. ä.), sondern der gleiche Effekt ist auch im Falle eines Kapillarelektrophoresesystem/Massenspektrometers zu erwarten.
  • Eine Probe in einer durch einen Flüssigkeitschromatographen 1 abgetrennten Lösung strömt durch ein Rohr 2, so daß die Probenlösung als erstes durch einen Vernebler 3 vernebelt wird. Der Vernebler 3 vernebelt die Probenlösung durch Wärmezerstäubung oder Gaszerstäubung. Dann wird die vernebelte Probenlösung einem Verdampfer 4 zugeführt, der auf eine Temperatur im Bereich von ungefähr 100 bis 500°C erhitzt ist, so daß die vernebelte Probenlösung noch stärker vaporisiert wird. Die dadurch erzeugten kleinen Tröpfchen und Moleküle werden in eine Koronaentladungszone eingeleitet, die durch Anlegen einer hohen Spannung an ein spitzes Ende einer Nadelelektrode 5 erzeugt wird. In dieser Zone werden Ionen, die elektrisch geladene Tröpfchen enthalten, durch Koronaentladung und eine anschließende Ionen-Molekül-Reaktion erzeugt.
  • Die Ionen, die elektrisch geladene Tröpfchen enthalten, strömen durch eine Ioneneinführöffnung 6 (Durchmesser der Öffnung: ungefähr 0,25 mm, Länge: ungefähr 20 mm) in einem Differentialpumpabschnitt, der auf eine Temperatur zwischen 50 und 150°C erwärmt worden ist, und gelangen anschließend in den Differentialpumpabschnitt. Nachdem sie den Differentialpumpabschnitt passiert haben, werden die Ionen durch eine elektrostatische Linse 8 über eine Ionenabführöffnung 7 (Durchmesser der Öffnung: ungefähr 0,2 mm, Länge: ungefähr 0,5 mm) des Differentialpumpabschnitts extrahiert. Diese Zone wird mit Hilfe einer Grobvakuumpumpe 17 im allgemeinen von 1333,2 auf 13,3 Pa (von 10 auf 0,1 Torr) evakuiert. In dem Differentialpumpabschnitt kann noch eine weitere Elektrode vorgesehen werden, die zwischen der Ioneneinführöffnung 6 des Differentialpumpabschnitts und der Ionenabführöffnung 7 des Differentialpumpabschnitts eine Öffnung besitzt. Der Grund dafür ist, daß eine Strömungszone mit Ultraschallgeschwindigkeit (in der die Moleküle nicht zusammenstoßen, so daß sich die Temperatur entsprechend verringert), die erzeugt wird, wenn Ionen durch die Ioneneinführöffnung des Differentialpumpabschnitts in den Differentialpumpabschnitt strömen, zusammengepresst wird, so daß verhindert wird, daß sich die Wirksamkeit verringert, mit der die in den Differentialpumpabschnitt strömenden Tröpfchen vaporisiert werden.
  • 2 ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Bereich zwischen der Ioneneinführöffnung 6 des Differentialpumpabschnitts und einem Quadrupol-Massenanalyseabschnitt zeigt. Im allgemeinen wird zwischen der Ioneneinführöffnung 6 des Differentialpumpabschnitts und der Ionenabführöffnung 7 aus zwei Gründen eine Spannung angelegt. Zum einen, um die Ionenübertragungsleistung zu verbessern, und zum anderen, um entsolvatisierte Ionen zu erzeugen. Durch die Ionenabführöffnung 7 des Differentialpumpabschnitts extrahierte Ionen werden einmal durch die elektrostatische Linse 8 fokussiert. 1 zeigt den Fall, bei dem eine Einzel-Linse, eine elektrostatische Linse, die sich größer Beliebtheit erfreut, als Beispiel für eine elektrostatische Linse 8 verwendet wird. Diese Linse besteht aus drei Elektroden. Von diesen drei Elektroden weisen zwei einander gegenüberliegende Elektroden das gleiche elektrische Potential auf, und eine in der Mitte befindliche Elektrode besitzt ein elektrisches Potential, das verändert wird, um eine Änderung der Brennweite der Elektroden zu bewirken. In der Nähe der Mittelachse der drei Elektroden sind Löcher mit gleichem Durchmesser (in diesem System beträgt er ungefähr 7 mm) vorgesehen, so daß Ionen durch diesen Lochabschnitt strömen. Bei der hier verwendeten Einzel-Linse weist die Elektrode, die sich auf der Seite des Differentialpumpabschnitts befindet, an der die Ionenabführöffnung 7 liegt, eine ausladende Form auf, damit die Ionen wirksamer durch die Ionenabführöffnung 7 des Differentialpumpabschnitts extrahiert werden können. In der der Einzel-Linse gegenüberliegenden Elektrode befindet sich ein Schlitz 9 an der Position des Fokuspunkts der Linse, um die kleinen Tröpfchen und Neutralteilchen einzuengen, die gleichzeitig mit Ionen durch die Ionenabführöffnung des Differentialpumpabschnitts in ihn hinein strömen. Dieser Schlitz 9 entsteht dadurch, daß ein Loch gebildet wird, das in der Mitte einen Durchmesser von ungefähr 2 mm aufweist. Ein Großteil der kleinen Tröpfchen und Neutralteilchen, die durch die Ionenabführöffnung des Differentialpumpabschnitts in die Linse strömen und sich räumlich ausbreiten, wird aufgehalten, so daß die kleinen Tröpfchen und Neutralteilchen so wirksam wie möglich daran gehindert werden, in die Massenanalyseabschnittsseite zu strömen. Unter Berücksichtigung der Fokussieranforderung wird der Durchmesser des Schlitzes 9 vorzugsweise so gewählt, daß er in einem Bereich zwischen ungefähr 0,5 mm und ungefähr 5 mm liegt, so daß er kleiner ist als der Durchmesser, den die elektrostatische Linse 8 in der Mitte hat. Wie in der konzeptionellen Ansicht in den 3A und 3B zu sehen ist, besteht eine Aufgabe des Schlitzes 9 darin, neutrale kleine Tröpfchen und Neutralteilchen aufzuhalten, aber es besteht nicht die Gefahr, daß sich durch die Verwendung des Schlitzes 9 die Ionenübertragungsleistung verringert, wenn die Brennweite der vor dem Schlitz 9 angeordneten elektrostatischen Linse 8 so verändert wird, daß Ionen durch die elektrostatische Linse 8 an der Position des Schlitzes fokussiert werden. Bei dieser Konfiguration besitzt der Schlitz keine Bedeutung, wenn die Größe der Öffnung des Schlitzes 9 nicht kleiner ist als die Größe der Öffnung der elektrostatischen Linse 8, die vor dem Schlitz 9 verwendet wird. Das heißt, daß die Bedeutung der vorliegenden Erfindung darin besteht, daß die Anzahl kleiner Tröpfchen und Neutralteilchen in einem Stadium reduziert wird, in dem Ionen durch die Ionenabführöffnung 7 des Differentialpumpabschnitts extrahiert und durch die elektrostatische Linse 8 fokussiert werden. Wenn die Größe der Öffnung der elektrostatischen Linse 8 auf 2 mm verringert wird, so daß die elektrostatische Linse 8 auch die Aufgabe erfüllen kann, die Anzahl kleiner Tröpfchen und Neutralteilchen zu reduzieren, werden Ionen durch den Zusammenprall mit der Wand der elektrostatischen Linse 8 eliminiert, wodurch die Ionenübertragungsleistung beträchtlich abnimmt, was es letztendlich erschwert, das Signal-Rausch-Verhältnis wesentlich zu verbessern, da die Ionen nicht an dem Abschnitt der elektrostatischen Linse 8 fokussiert werden. Wenn kleine Tröpfchen und Neutralteilchen unmittelbar nach der Ionenabführöffnung 7 des Differentialpumpabschnitts eingeengt werden, können sich kleine Tröpfchen und Neutralteilchen wieder räumlich ausbreiten, so daß sie in dem Fall, in dem der Abstand zwischen der Ionenabführöffnung 7 des Differentialpumpabschnitts und der Ioneneinführöffnung 12 des Massenanalyseabschnitts groß ist, in die Ioneneinführöffnung 12 des Massenanalyseabschnitts strömen. Die beste Wirkung wird erzielt, wenn die das Rauschen verursachenden kleinen Tröpfchen und Neutralteilchen unmittelbar vor dem Ablenken der Ionen eingeengt werden. Demzufolge kann der Schlitz 9 so angeordnet werden, daß er, wie in 2 gezeigt, einen Zusatz zur Fokussierlinse 8 darstellt, oder er kann an der Innenseite der elektrostatischen Linse (oder des Deflektors) angeordnet werden, um Ionen abzulenken.
  • Der Schlitz 9 ist vorzugsweise ein elektrischer Leiter, wie zum Beispiel ein Metall oder dergleichen, und sein elektrisches Potential wird vorzugsweise auf einem vorherbestimmten Wert gehalten. Der Grund dafür besteht darin, daß die Änderung des elektrischen Potentials des Schlitzes 9 einen Einfluß auf die Bahn der Ionen hat. Dementsprechend ist, obgleich dies nicht gezeigt wird, der Schlitz 9 mit der Masse oder mit einer elektrischen Quelle verbunden. Das elektrische Potential des Schlitzes 9 wird auf einem Wert gehalten, der es den Ionen erlaubt, durch den Schlitz 9 zu strömen, das heißt, das elektrische Potential des Schlitzes 9 wird zur Analyse der positiven Ionen niedriger gehalten als das elektrische Potential der Ionenabführöffnung 7 des Differentialpumpabschnitts oder zur Analyse der negativen Ionen höher gehalten als das elektrische Potential der Ionenabführöffnung 7.
  • Die obige Beschreibung betrifft zwar den Fall, in dem eine Begrenzungsplatte mit einem kreisförmigen Loch zum Aufhalten der das Rauschen verursachenden Tröpfchen und Neutralteilchen verwendet wird, der gleiche Effekt wie der vorstehend beschriebene ergibt sich aber auch in dem Fall, in dem zwei Platten so angeordnet sind, wie dies in den 4A und 4B gezeigt wird, oder in dem Fall, in dem eine Platte auf der ablenkenden Seite angeordnet ist, wie dies in den 5A und 5B gezeigt wird.
  • Ionen, die durch den Schlitz 9 geströmt sind, gelangen in eine elektrostatische Doppelzylinderlinse, die eine innere zylindrische Elektrode 10 und eine äußere zylindrische Elektrode 11 besitzt, die jeweils eine große Zahl von durchlöcherten Abschnitten aufweisen (siehe 6). Die elektrostatische Linse hat die Aufgabe, die Ionen zu fokussieren, während die Ionen abgelenkt werden, und die Ionen danach in den Massenanalyseabschnitt einzuführen. Was die Maße der zylindrischen Elektroden in 1 betrifft, so hat die innere zylindrische Elektrode 10 eine Länge von ungefähr 100 mm und einen Innendurchmesser von ungefähr 18 mm (versehen mit drei oder vier ausgerichteten Öffnungsanordnungen, die so angeordnet sind, daß sie um 90° phasengleich sind, wobei jede Anordnung vier Öffnungen enthält und jede Öffnung ungefähr 10 mm breit ist), und die äußere zylindrische Elektrode 11 hat eine Länge von ungefähr 100 mm und einen Innendurchmesser von ungefähr 22 mm. Bei dieser Konfiguration besitzt die äußere zylindrische Elektrode 11 eine große Zahl von Evakuierungsöffnungsabschnitten, die dazu dienen, das Innere eines Ionenleiters ausreichend zu evakuieren. Ionen, die in Bezug auf die Mittenachse der Ionenabführöffnung 7 des Differentialpumpabschnitts um ungefähr 4 mm abgelenkt werden, werden durch die Ioneneinführöffnung 12 des Massenanalyseabschnitts zwecks Massenanalyse und Nachweis in den Massenanalyseabschnitt eingeführt. 1 zeigt den Fall, in dem ein Quadrupol-Massenanalyseabschnitt 13 verwendet wird. Bei einem solchen Detektor wird an die äußere zylindrische Elektrode eine Spannung angelegt, die höher ist als die an die innere zylindrische Elektrode angelegte Spannung, so daß die Ablenkung dadurch erfolgt, daß ein elektrisches Feld verwendet wird, das durch die mit Öffnungen versehenen Abschnitte der inneren zylindrischen Elektrode erzeugt wird.
  • 2 zeigt ein Beispiel für das Anlegen einer Spannung in einer Zone, die sich von der Ioneneinführöffnung 6 bis zum Quadrupol-Massenanalyseabschnitt erstreckt. Im Falle der Messung positiver Ionen wird eine Spannung im Bereich zwischen 130 und 250 V an die Ioneneinführöffnung 6, eine Festspannung von 130 V an die Ionenabführöffnung 7 und Spannungen von 0 V, 90 V und 0 V in der Reihenfolge von links nach rechts in der Zeichnung an die drei Elektroden der elektrostatischen Linse 8 angelegt. Gleichzeitig werden Spannungen von 460 V und –130 V an die äußere zylindrische Elektrode beziehungsweise die innere zylindrische Elektrode, die die Ablenkung bewirken, angelegt. Ein Abschirmgehäuse, das den Massenanalyseabschnitt enthält, wird elektrisch mit der Erde verbunden. Im Fall der Messung negativer Ionen kehrt sich die Polarität der an die jeweiligen Elektroden angelegten Spannungen um.
  • Ein weiterer wichtiger Aspekt besteht darin, daß die Ablenkungsrichtung so gewählt wird, daß sie der Gravitationsrichtung entgegengesetzt ist. Der Grund dafür besteht darin, daß die Tröpfchen, wenn extrem große Tröpfchen in ein Vakuum eingeführt werden, in der Form, in der sie sind, in Gravitationsrichtung nach unten fallen. Es ist weiterhin wichtig, daß eine Vakuumpumpe als Hauptevakuierungseinrichtung unmittelbar unter der Linse angeordnet ist, so daß der Ablenkungsabschnitt wirksam evakuiert werden kann. Diese Zone wird im allgemeinen mit Hilfe einer Turbomolekularpumpe (Evakuierungsrate: mehrere hundert Liter pro Sekunde) in einem Bereich von ungefähr 1,33 × 10–2 bis 1,33 × 10–3 Pa (10–5 bis ungefähr 10–6 Torr) evakuiert. Wenn ein Detektor 14 Ionen nachweist, wird das Ionendetektionssignal durch einen Verstärker 15 verstärkt und an einen Rechner 16 übermittelt. Das Ionendetektionssignal wird im allgemeinen in Form eines Massenspektrums oder Chromatogramms ausgegeben.
  • 7 zeigt die Beziehung zwischen der Ionenintensität und dem Ausmaß der Ionenablenkung in einem Bereich, der sich von der Ionenabführöffnung 7 des Differentialpumpabschnitts bis zur Ioneneinführöffnung 12 des Massenanalyseabschnitts in der Doppelzylinder-Ablenklinse, die vorstehend für den Fall beschrieben worden ist, bei dem kein Schlitz verwendet wurde, erstreckt. Bei dieser Konfiguration wird die Ionenintensität durch einen Wert für den Fall normiert, daß das Ausmaß der Ablenkung 0 mm ist. Dieses Ergebnis zeigt deutlich, daß sich die Ionenintensität nur wenig verringert, wenn die Ablenkung nicht größer als 4 mm ist. Es wird aber deutlich, daß sich die Ionenintensität auf ungefähr 1/2 oder 1/3 verringert, wenn die Ablenkung auf 7 mm beziehungsweise 10 mm vergrößert wird. 7 zeigt die Beziehung zwischen dem Rauschpegel (einem Wert, der erhalten wird, indem das Rauschen in einem Bereich von 100 bis 150 zum Wert der Masse/Ladung in dem gemessenen Massenspektrum hinzuaddiert wird) und dem Ausmaß der Ablenkung in dem Fall, in dem keine Begrenzungsplatte verwendet wird. Bei dieser Konfiguration wird der Rauschpegel durch einen Wert für den Fall normiert, daß das Ausmaß der Ablenkung 0 mm beträgt. Es liegt auf der Hand, daß sich der Rauschpegel im Vergleich zu dem Fall, in dem die Ablenkung 0 mm oder 4 mm beträgt, stark verringert, wenn die Ablenkung auf 7 mm oder 10 mm vergrößert wird. 8 zeigt andererseits die Ergebnisse, die erzielt werden, wenn in dem vorstehend beschriebenen Fall ein Schlitz verwendet wird. Es liegt auf der Hand, daß keine Verringerung des Rauschpegels zu erwarten ist, wenn die Ablenkung 0 mm beträgt. Wenn die Ablenkung aber 4 mm beträgt, wird der Rauschpegel auf ungefähr 1/10 des Rauschpegels verringert, den man in dem Fall erhält, in dem kein Schlitz vorhanden ist. Außerdem ist kaum eine Abnahme der Ionenintensität festzustellen. Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß das Rauschen stark verringert werden kann, ohne daß die Stärke der Signale abnimmt, so daß es letztendlich möglich ist, das Signal-Rausch-Verhältnis wesentlich zu verbessern, indem die beiden Verfahren systematisch kombiniert werden, das heißt, indem eine Begrenzungsplatte verwendet wird, mit der ein Großteil der kleinen Tröpfchen und Neutralteilchen, die durch die Ioneneinführöffnung des Differentialpumpabschnitts einströmen, aufgehalten wird und Ionen selektiv leicht abgelenkt werden.
  • Für die vorstehend erwähnten Ergebnisse wurden in der Praxis Daten mit einem Flüssigkeitschromatograph/Massenspektrometer gewonnen. Die 9A und 9B zeigen einen Vergleich zwischen einem Gesamtionenchromatogramm, das in dem Fall erhalten wurde, in dem ein mit atmosphärischem Druck arbeitendes chemisches Ionisationsverfahren für eine Ionenquelle in einer herkömmlichen Vorrichtung angewendet wurde, und einem Gesamtionenchromatogramm, das in dem Fall erhalten wurde, in dem das gleiche Verfahren für eine Ionenquelle in einer erfindungsgemäßen Vorrichtung angewendet wurde. Die Pfeile zeigen die Probenpositionen an. Als Proben werden Steroide verwendet. Das hier verwendete Gesamtionenchromatogramm zeigt, wie sich im Laufe der Zeit ein Wert ändert, der durch Aufaddierung der Ionenintensität für Massenspektren, die erhalten wurden, indem ein bestimmter Massenbereich wiederholt abgetastet wurde, gebildet wurde. Dementsprechend werden, wenn eine Probe vorhanden ist, Ionen, die die Probe betreffen, beobachtet. Im vorliegenden Fall fand die Messung unter den folgenden Bedingungen statt. Als mobile Phase für die Abtrennung durch den Flüssigkeitschromatographen wurden A: Wasser und B: Methanol verwendet. Es wurde ein Gradient-Analysemodus benutzt, bei dem ein Zustand von 90% A und 10% B innerhalb von 10 Minuten zu einem Zustand von 100% B verändert wurde. Als Proben wurden 8 Probenarten verwendet, und zwar Kortison, Kortisol, Kortisolacetat, Korticosteron, Testosteron, Methyltestosteron, Testosteronacetat und Testosteronpropionat. Die Menge für jede Probe betrug ungefähr 140 pmol. In dem Fall, in dem weder mit Ionenablenkung noch mit Begrenzungsplatte gearbeitet wird, können trotz der Tatsache, daß sieben Bestandteile vom Flüssigkeitschromatograph abgetrennt werden, drei der sieben Bestandteile wegen des starken Rauschens nicht eindeutig nachgewiesen werden. Im Falle einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, das heißt, in dem Fall, in dem nicht nur Ionen abgelenkt wurden, sondern auch eine Begrenzungsplatte verwendet wurde, war es aber möglich, auf Grund der starken Verringerung des Rauschens alle sieben eingeführten Bestandteile eindeutig nachzuweisen, obgleich die gleiche Probenmenge eingeführt wurde. Es zeigt sich außerdem, das sich das Signal-Rausch-Verhältnis letztendlich um das 5-fache oder noch mehr verbessert, weil der Rauschpegel wesentlich auf 1/5 oder weniger verringert wird, während die Signalstärke nicht abnimmt.
  • Das folgende Beispiel zeigt den Fall, in dem ein Elektrozerstäubungsverfahren als eine Art Atmosphärendruck-Ionisationsverfahren verwendet wird. 10 zeigt eine Ansicht der Konstruktion einer Vorrichtung, die mit diesem Verfahren arbeitet. Bei diesem Verfahren wird zunächst eine vom Flüssigkeitschromatographen 1 eluierte Probenlösung in eine Metallkapillare 29 eingeführt. Wenn zwischen der Metallkapillare 29 und einer Elektrode, die eine Ioneneinführöffnung 6 besitzt und sich gegenüber der Metallkapillare 29 befindet, eine hohe Spannung angelegt wird, wird die Probenlösung elektrostatisch aus einem vorderen Ende der Metallkapillare 29 zerstäubt. Ionen enthaltende Tröpfchen, die dabei erzeugt werden, werden durch die Ioneneinführöffnung 6 eingeführt. Die sonstige Vorrichtungskonfiguration und das Meßprinzip entsprechen den in 1 gezeigten. Die 11A und 11B zeigen die Ergebnisse der Gesamtionenchromatogramme, die bei Anwendung des Elektrozerstäubungsverfahrens mit Hilfe eines Flüssigkeitschromatograph/Massenspektrometers erhalten wurden. Die Pfeile zeigen die Probenpositionen. Als Proben wurden ungefähr 70 pmol Angiotensin I und ungefähr 70 pmol Angiotensin II verwendet. Die Messung fand hierbei unter den folgenden Bedingungen statt. Als zur Abtrennung durch den Flüssigkeitschromatograph vorgesehene mobile Phase wurden verwendet: A: 0,1 % TFA, 90% Wasser und 10% Methanol und B: 0,1% TFA, 40% Wasser und 60% Methanol. Es wurde ein Gradient-Analysemodus verwendet, bei dem ein Zustand von 100% A innerhalb von 30 Minuten in einen Zustand von 100% B verändert wurde. Aus einem Vergleich zwischen dem Fall, in dem die vorliegende Erfindung eingesetzt wurde, und dem Fall, in dem die vorliegende Erfindung nicht eingesetzt wurde, wird deutlich, daß der Rauschpegel wesentlich auf 1/5 oder weniger verringert wird, obwohl sich die Signalstärke für Angiotensin I und Angiotensin II nicht ändert. Das heißt, daß sich durch den Einsatz der vorliegenden Erfindung das Signal-Rausch-Verhältnis auf das 5-fache oder mehr verbessert hat.
  • Die vorstehende Beschreibung erfolgte zwar für einen Fall, in dem ein Flüssigkeitschromatograph/Massenspektrometer hauptsächlich zur Analyse einer organischen Verbindung eingesetzt wird, der gleiche Effekt, wie er vorstehend beschrieben wurde, lässt sich aber auch für ein Kapillarelektrophoresesystem/Massenspektrometererzielen.
  • Die vorliegende Erfindung ist außerdem im Falle eines Plasmamassenspektrometers wirksam, in dem die Ionen, die erzeugt werden, indem ein Metall oder dergleichen in einer Lösung durch Plasma ionisiert werden, mit Hilfe eines Massenspektrometers nachgewiesen werden. In diesem Fall sind aus dem Plasma erzeugte Photonen sowie kleine Tröpfchen und Neutralteilchen eine Hauptursache für das Rauschen im Detektor. Die Kombination des Einsatzes einer Begrenzungsplatte und einer leichten Ablenkung der Ionen gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht es auch, solche Photonen sehr wirksam zu eliminieren.
  • Das vorstehende Beispiel ist zwar für einen Fall beschrieben worden, in dem als Massenanalyseabschnitt ein Quadrupol-Massenanalyseabschnitt 13 verwendet wird. Der gleiche Effekt, wie er oben beschrieben worden ist, ist aber auch für den Fall zu erwarten, daß ein anderes Massenspektrometer wie zum Beispiel ein Ionenfallen-Massenspektrometer oder dergleichen anstelle des Quadrupol-Massenanalyseabschnitts 13 verwendet wird. In 12 wird ein Beispiel für ein Ionenfallen-Massenspektrometer gezeigt. Das Ionenfallen-Massenspektrometer ist ein Massenspektrometer, das aus einem Paar becherartiger Endkappenelektroden 22 und einer Ringelektrode 23 besteht, die zwischen dem Endkappenelektrodenpaar 22 angeordnet ist.
  • Das Ionenfallen-Massenspektrometer nutzt ein hochfrequentes elektrisches Feld für die Durchführung der Massenanalyse.
  • Nachstehend wird die Arbeitsweise des Ionenfallen-Massenspektrometers für den Fall der Analyse positiver Ionen beschrieben. Eine an die Ringelektrode 23 anzulegende Spannung und eine an eine Gateelektrode 30 anzulegende Spannung, die zur Steuerung der Einführung von Ionen in den Massenanalyseabschnitt und zur Abschirmung dienen, um zu verhindern, daß das hochfrequente elektrische Feld des Massenanalyseabschnitts einen Einfluß auf das elektrische Feld der elektrostatischen Linse hat, werden durch einen nicht gezeigten Regler geregelt. 19 zeigt die Amplitude der hochfrequenten elektrischen Spannung, die an die Ringelektrode 23 angelegt wird, und der Spannung, die an die Gateelektrode 30 angelegt wird. In dem Zustand, in dem eine hochfrequente Spannung an die Ringelektrode 23 angelegt wird, um die Ionen einzuschließen, und eine Spannung, die niedriger als die Spannung der Ionenabführöffnung 7 des Differentialpumpabschnitts ist, an die Gateelektrode 30 angelegt wird, strömen Ionen durch die Gateelektrode 30, so daß Ionen in die Ionenfallenzone eingeführt und in der Ionenfallenzone eingeschlossen werden (A in 19). Wenn dann eine Spannung an die Gateelektrode 30 angelegt wird, die höher ist als die Spannung der Ionenabführöffnung 7 des Differentialpumpabschnitts, während kontinuierlich eine hochfrequente Spannung an die Ringelektrode 23 angelegt wird, um die Ionen einzuschließen, können die Ionen nicht durch die Gateelektrode 30 strömen, so daß der Zustrom von Ionen in die Ionenfallenzone (die Ionenfallen-Massenanalysezone) aufhört. Da die Ionenfallenzone innen mit Heliumgas mit einem bestimmten Druck gefüllt ist, verlieren die in der Ionenfallenzone eingeschlossenen Ionen ihre kinetische Energie durch Zusammenprall mit dem Heliumgas, so daß sich die Ionen im mittleren Abschnitt der Ionenfallenzone, der ein niedriges Potential aufweist, konzentrieren (B in 19). Wenn die Amplitude der an die Ringelektrode 23 angelegten hochfrequenten Spannung allmählich erhöht wird, werden die Bahnen der Ionen in der aufsteigenden Reihenfolge des Werts, der erhalten wird, wenn man die Masse des jeweiligen Ions durch seine elektrische Ladung teilt, instabil, so daß die Ionen aus der Ionenfallenzone abgesaugt werden (C in 19).
  • Auch in diesem Fall wird ein wesentlicher Beitrag zur Verringerung des Rauschens geleistet, wenn die Eliminierung kleiner Tröpfchen und Neutralteilchen mit Hilfe einer Begrenzungsplatte mit einer leichten Ablenkung der Ionen durch die Gateelektrode 30 zur Steuerung der Einführung der Ionen in den Ionenfallen-Massenanalyseabschnitt und zur Eliminierung des Einflußes des hochfrequenten elektrischen Felds aus dem Ionenfallen-Massenanalyseabschnitt vor der Einführung der Ionen in die Ioneneinführöffnung 21 der an der Ionenquellenseite befindlichen Endkappenelektrode kombiniert wird. Insbesondere bei einem Ionenfallen-Massenspektrometer erweist sich die vorliegende Erfindung als wirksamer als bei einem Quadrupol-Massenspektrometer. Beim Quadrupol-Massenspektrometer weist die Ioneneinführöffnung 12 des Massenanalyseabschnitts einen relativ großen Durchmesser von ungefähr 3 mm auf. Dementsprechend verringert sich die Ionenübertragungsleistung selbst dann nicht so stark, wenn die Fokussierung an der Ioneneinführöffnung 12 des Massenanalyseabschnitts schlecht ist, das heißt, selbst dann, wenn der Ionenstrahl an diesem Abschnitt streut. Beim Ionenfallen-Massenspektrometer kann dahingegen die in der Endkappenelektrode vorhandene Ioneneinführöffnung nicht so groß gemacht werden, damit verhindert wird, daß das hochfrequente elektrische Feld im Innern stärker gestört wird. Der Durchmesser der Ioneneinführöffnung wird im allgemeinen auf ungefähr 1,3 mm eingestellt und ist damit kleiner als der, der beim Quadrupol-Massenspektrometer verwendet wird. Dementsprechend kommt es beim Ionenfallen-Massenspektrometer, wenn die Ionen auf die herkömmliche Art und Weise abgelenkt werden, zu einer deutlichen Verringerung der Ionenübertragungsleistung, da an der Ioneneinführöffnung eine schlechte Fokussierung zu verzeichnen ist, wenn der Ionenstrahl an der Ioneneinführöffnung streut. Im Hinblick auf diesen Aspekt ist es auch sehr wirksam, wenn die vorliegende Erfindung bei Ionenfallen-Massenspektrometern zur Anwendung kommt.
  • Bei der obigen Beschreibung ging es um den Fall, daß eine elektrostatische Doppelzylinderlinse zum Ablenken und Fokussieren der Ionen verwendet wird. Als wirksam erweist es sich aber auch, wenn die Begrenzungsplatte 9 mit einem Deflektortyp 20 kombiniert wird, wie er im US-Patent 4.999.492 beschrieben und in 13 gezeigt wird. Der dort beschriebene Deflektor 20 weist die Form auf, wie sie in 13 zu sehen ist. Wenn vor dem Deflektor dieses Typs ein Schlitz angeordnet wird, wird die gleiche Wirkung erzielt wie im Falle der elektrostatischen Doppelzylinderlinse. Auch für diesen Fall sind Beispiele, und zwar das in 14 gezeigte (bei dem durch zwei Platten ein Schlitz gebildet wird) und das in 15 gezeigte (bei dem durch eine in der Richtung der Ablenkung angeordnete Platte ein Schlitz gebildet wird), konzipiert worden. Wenn Deflektoren der in den 13 bis 15 gezeigten Art aber in der Praxis konstruiert werden, wird offensichtlich, daß sich das folgende Problem ergibt. Und zwar geht es darum, daß bei diesen Deflektoren zum Ablenken der Ionen gedachte elektrische Felder entsprechend den an den Elektroden angelegten elektrischen Potentialen erzeugt werden, die von den jeweiligen Elektroden erzeugten elektrischen Felder sich aber gegenseitig stören, so daß es zu einer komplizierten Verteilung der elektrischen Felder kommt, da die jeweiligen Elektroden nicht voneinander abgeschirmt sind. Dementsprechend muß, wenn ein Deflektor mit einer hohen Ionenübertragungsleistung hergestellt werden soll, der Einfluß der gegenseitigen Störung der elektrischen Felder berücksichtigt werden. Es ist aber schwierig, den Einfluß der gegenseitigen Störung präzise für einen Deflektor zu bestimmen, der mehrere Elektroden verwendet, die jeweils eine komplizierte Form aufweisen. Bei der in 2 gezeigten elektrostatischen Doppelzylinderlinse werden die Ionen durch elektrische Felder abgelenkt und fokussiert, die durch die in der inneren zylindrischen Elektrode vorhandenen Öffnungsabschnitte in die innere zylindrische Elektrode eindringen. Die durch die Öffnungsabschnitte in die innere zylindrische Elektrode eindringenden elektrischen Felder stören sich aber nicht gegenseitig, da die Öffnungsabschnitte voneinander unabhängig sind. Dementsprechend ist die elektrostatische Doppelzylinderlinse dem herkömmlichen Deflektor insofern überlegen, als sich die Auswirkung, die das Ablenken und Fokussieren des Ionenstrahls hat, im Falle der elektrostatischen Doppelzylinderlinse leicht vorhersagen lässt.
  • Gemäß den obigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung umfasst das Massenspektrometer einen Ionisationsabschnitt zum Erzeugen elektrisch geladener Tröpfchen oder Ionen aus einer Probenlösung unter atmosphärischem Druck oder einem ähnlichen Druck, einen Differentialpumpabschnitt zum Einführen elektrisch geladener Tröpfchen oder Ionen in einen unter Hochvakuum stehenden Massenanalyseabschnitt und einen Massenanalyseabschnitt zur Einführung von Ionen und zum Durchführen einer Massenanalyse, eines Nachweises und einer Datenverarbeitung, wodurch das Rauschen stark verringert wird, ohne daß die Signalstärke abnimmt, um damit das Signal-Rausch-Verhältnis als Maß für die Nachweisempfindlichkeit (untere Grenze) wesentlich zu verbessern, indem das Abfangen kleiner Tröpfchen, Neutralteilchen oder Photonen mit Hilfe einer zwischen dem Differentialpumpabschnitt und dem Massenanalyseabschnitt angeordneten Begrenzungsplatte kombiniert wird mit einer leichten Ablenkung der Ionen, unmittelbar bevor die Ionen in den Massenanalyseabschnitt eingeführt werden.

Claims (13)

  1. Vorrichtung zur Massenanalyse, aufweisend: eine Ionenquelle (36) zum Ionisieren einer zu analysierenden Probe in einer Probenlösung, um einen Teilchenstrom mit Ionen der Lösung zu bilden, eine Fokussierlinse (8) zum Fokussieren der Ionen des Teilchenstroms, einen Deflektor (10, 11; 20) zum Ablenken der Ionen des Teilchenstroms, und ein Massenspektrometer (1114; 2123) zur Massenanalyse der Ionen, gekennzeichnet durch eine an einer Position des Fokuspunkts der Fokussierlinse (8) vorgesehene Begrenzungsplatte (9) zur Begrenzung des durch die Fokussierlinse (8) fokussierten Teilchenstroms mit den Ionen der Probe vor der Ablenkung der Ionen durch den Deflektor (10, 11; 20).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Begrenzungsplatte (9) so angeordnet ist, daß sie einen Zusatz zur Fokussierlinse (8) darstellt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Begrenzungsplatte (9) durch mindestens eine Metallplatte gebildet wird.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Metallplatte einen Öffnungsabschnitt aufweist, der vorzugsweise kreisförmig mit einem Innendurchmesser im Bereich von 0,5 mm bis 5 mm ist.
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Massenspektrometer vom Quadrupol-Typ (13) oder vom Ionenfallen-Typ (2123, 30) ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Deflektor (10, 11; 20) die Ionen in eine andere Richtung als die Gravitationsrichtung ablenkt.
  7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Deflektor (10, 11; 20) eine elektrostatische Linse mit einem Fokussiereffekt für die Ionen darstellt.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die elektrostatische Linse aus einer zylindrischen Innenelektrode (10) und einer im Außenbereich der Innenelektrode angeordneten Außenelektrode (11) aufgebaut ist, wobei die Innenelektrode einen Öffnungsabschnitt aufweist, durch den ein elektrisches Feld der Außenelektrode hindurchdringt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Außenelektrode (11) einen Öffnungsabschnitt zum Evakuieren des Inneren der Innenelektrode (10) aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 mit einer elektrischen Quelle zum Halten des elektrischen Potentials der Begrenzungsplatte auf einem vorbestimmten Wert.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Ionenquelle die Probe mittels eines Plasmas oder einer chemischen Reaktion oder Vernebeln oder Vaporisieren der Probenlösung ionisiert.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die in der Probenlösung enthaltene, zu analysierende Probe mittels eines Flüssigkeitschromatographen (1) oder mittels Kapillarelektrophorese aufgetrennt ist.
  13. Verfahren zur Massenanalyse mit folgenden Schritten: Ionisieren einer zu analysierenden Probe und Bilden eines Teilchenstroms mit Ionen der Probe, Fokussieren und Ablenken von Ionen der Probe unter Verwendung einer elektrischen Linse, und Massen-Analysieren der Ionen, gekennzeichnet durch einen Schritt zum Begrenzen des die Ionen enthaltenden Teilchenstroms mittels einer Begrenzungsplatt (9), die an einer Position des Fokuspunkts der elektrischen Linse vor der Ablenkung der Ionen vorgesehen ist.
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