EP3491660A1 - Analysis device for gaseous samples and method for verification of analytes in a gas - Google Patents

Analysis device for gaseous samples and method for verification of analytes in a gas

Info

Publication number
EP3491660A1
EP3491660A1 EP17746047.4A EP17746047A EP3491660A1 EP 3491660 A1 EP3491660 A1 EP 3491660A1 EP 17746047 A EP17746047 A EP 17746047A EP 3491660 A1 EP3491660 A1 EP 3491660A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
plasma
inlet
flow
gaseous sample
mass spectrometer
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP17746047.4A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Jens Riedel
Andreas BIERSTEDT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Original Assignee
Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie filed Critical Bundesministerium fuer Wirtschaft und Energie
Publication of EP3491660A1 publication Critical patent/EP3491660A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/10Ion sources; Ion guns
    • H01J49/16Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission
    • H01J49/161Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission using photoionisation, e.g. by laser
    • H01J49/162Direct photo-ionisation, e.g. single photon or multi-photon ionisation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/004Combinations of spectrometers, tandem spectrometers, e.g. MS/MS, MSn
    • H01J49/0045Combinations of spectrometers, tandem spectrometers, e.g. MS/MS, MSn characterised by the fragmentation or other specific reaction
    • H01J49/0072Combinations of spectrometers, tandem spectrometers, e.g. MS/MS, MSn characterised by the fragmentation or other specific reaction by ion/ion reaction, e.g. electron transfer dissociation, proton transfer dissociation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J49/00Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02Details
    • H01J49/04Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
    • H01J49/0422Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components for gaseous samples

Definitions

  • the present invention relates to an analysis device for gaseous samples, in particular to an analysis device with a mass spectrometer, and to a method for detecting analytes in a gas, in particular gaseous and particulate analytes in a gas.
  • mass spectrometry in which mass is determined to charge ratios (mz) of atoms or molecules, is widely used.
  • mass spectrometry can be used in environmental analysis, in biomedical and pharmacological investigations, in forensic investigations, and in doping controls, to name only a few fields of application.
  • ICP-MS inductively coupled plasma mass spectrometry
  • ICP-MS Inductively Coupled Plasma
  • ICP-MS uses plasma torches to ionize the sample, but plasma torches are very large, consume a lot of power and process gas, and are too Due to long switching times, it is very sluggish, which means that an IC plasma usually takes a few seconds to minutes to become stable.
  • the LAMMA Laser Microscope Mass Analysis
  • LIMS Laser Ionization Mass Spectrometry
  • biological samples can be examined by means of LAMMA.
  • LAMMA is not suitable for gaseous samples, but limited to solid micro samples with typical volumes of about 1 ⁇ L ⁇ , which must also be stable in vacuum.
  • the microprobe must therefore be introduced into or removed from the vacuum system of the measuring instrument before and after each measurement.
  • the present invention proposes an analysis apparatus according to claim 1, a method according to claim 8, and a use according to claim 15.
  • an analysis device for a gaseous sample comprises a mass spectrometer comprising a measuring space and an inlet leading into the measuring space, and a laser irradiation unit.
  • the analysis device is set up to convey the gaseous sample to the inlet of the mass spectrometer by means of a flow comprising the gaseous sample.
  • the laser irradiation unit is set up to ignite a plasma for at least partial ionization of the gaseous sample with a laser beam in the flow in front of the inlet of the mass spectrometer.
  • An internal cross section of the inlet of the mass spectrometer may increase at least in sections towards the measuring space.
  • an inner diameter of the inlet of the mass spectrometer tapers outwardly (increases toward the measurement space), typically by a factor of at least 10, more typically by a factor of at least 20.
  • the inner diameter may taper monotonically or even strictly monotonically outwardly
  • the inlet of the mass spectrometer may in particular be designed as a nozzle which narrows outwards, typically with an internal diameter at the side remote from the measuring chamber of less than 500 ⁇ m, more typically less than 250 ⁇ m or even 200 ⁇ m.
  • Such an inlet has proven to be particularly suitable for mass spectroscopic investigation for reasons of flow and vacuum technology.
  • the laser irradiation unit has a laser and / or a focusing optics for focusing the laser beam in the flow.
  • the laser irradiation unit is typically arranged at least partially in a flow direction in front of the inlet.
  • the laser is typically a pulsed laser, ie a laser operable in pulsed operation.
  • pulsed lasers particularly high laser powers can be achieved whose pulse peak power is typically in a range of 10 kW to 1 MW, and thus produce correspondingly favorable plasmas of high temperature in the gas flow in front of the mass spectrometer.
  • it may be a pumped solid state laser that can emit laser pulses in the visible or near infrared.
  • a pulsed UV laser is likewise possible, plasmas which lead to good atomization and / or ionization of analytes contained in the carrier gas can also be generated in the flow of a carrier gas with longer-wavelength (and thus less expensive) pulsed lasers.
  • a decomposition of the analytes via a direct laser excitation is not required.
  • the pulse rate of the laser may typically be in a range of 50 Hz to 1 MHz, in particular in a range of 1 kHz to 1 MHz.
  • the analyte or analytes may be dispersed in the carrier gas, typically in the form of nanoparticles or microparticles, e.g. be mixed as airborne aerosols, or in gaseous form with the carrier gas.
  • the carrier gas which may, for example, be nitrogen or air, may be mixed with a chemically inert process gas such as argon.
  • the carrier gas may also be a noble gas, e.g. Argon, his.
  • a plasma can be ignited in the carrier gas or the mixture of the carrier gas and the process gas. This is typically done contactless, i. not on macroscopic surfaces, e.g. Metal surfaces.
  • the laser irradiation unit is adjusted to the mass spectrometer so that, during operation, the laser is sufficiently spaced from macroscopic surfaces Focus can generate in the flow.
  • the distance of the focus from the macroscopic surfaces is greater than 1 mm or even 1 cm.
  • macroscopic surface is to be understood as meaning a surface which, in at least one direction, has an extension which is greater than 0.1 mm, more typically greater than 1 mm.
  • the plasma ignited by the laser has a high temperature, typically greater than 1000 ° K or even greater than 5000 ° K, more typically greater than 10000 ° K, or even greater than 15000 ° K.
  • a laser plasma can have a higher temperature (and thus a higher ionization efficiency), a better efficiency in its generation and a scalable size of a few micrometers up to a few centimeters.
  • the plasma thus has enough internal energy, charge and radiation to break the chemical and physical bonds in the analyte-molecule assemblies. After complete dissociation, further excess energy of the plasma can lead to a charge transfer to the generated analyte atoms. These can then be transferred with the flow through the inlet into the vacuum region (i.e., a vacuum region with a gas pressure below 300 mbar) of the measurement space of the mass spectrometer and analyzed there.
  • the vacuum region i.e., a vacuum region with a gas pressure below 300 mbar
  • the laser therefore does not have to be matched to analytes.
  • plasmas ignited in the gas phase can be much more stable and can be maintained without direct contact with the sample.
  • the ionization can also be carried out without prior atomization of the analyte.
  • the analyzer can be configure for both elemental and molecular analysis.
  • the flow is generated or even controlled by the mass spectrometer, which is typically a time-of-flight mass spectrometer.
  • the mass spectrometer typically has a suction pump, so that the gaseous sample can be sucked through the inlet into the measuring space.
  • the suction pump may be a vacuum pump.
  • the mass spectrometer typically has suitable electrostatic filters and lenses (ion optics), which allows the transfer of ions generated under atmospheric pressure in the measuring space.
  • the plasma can thus in the flow at atmospheric pressure or a slightly reduced pressure, for example in a pressure range of about 10 4 Pa to about 10 5 Pa done, particularly above 4 ⁇ 10 4 Pa or even 5 * 10 4 Pa. Since a separate vacuum technique is not required, the construction of the analyzer can be comparatively simple and / or inexpensive.
  • the chosen design of the analyzer allows for comparable or even higher ionization efficiency lower gas consumption and / or lower power consumption unlike ICP-MS.
  • a rapid switching on and off of the plasma is made possible, so that the plasma can be better adapted to the actual sample entry. All of this can also have a favorable effect on the detection limits for analytes in gases.
  • the analysis device can be comparatively compact.
  • a corresponding retrofit kit for mass spectrometers therefore has at least one laser irradiation unit and an assembly instruction.
  • the retrofit kit may have a data cable connectable to the laser irradiation unit and the mass spectrometer and / or a data carrier having program instructions which are suitable for causing a processor of the mass spectrometer to send control commands to the laser irradiation unit.
  • the retrofit kit may have the further components of the analysis device described below, in particular fluidic components.
  • the analysis device consists of the mass spectrometer, and a laser irradiation unit, which is set up to generate a plasma in a flow leading into the measurement space in front of the inlet of the mass spectrometer.
  • the laser beam (in operation) may be focused to a point in front of the inlet (in the flow direction) that is at a distance of about 1 mm to about 5 cm, more typically at a distance of about 2 mm to about 1 cm in front of the inlet located.
  • the analysis device can have a separate evaluation unit, which is connected to the mass spectrometer and the laser irradiation unit and controls it (as a master). However, the control of the analysis device can also be provided by a controller of the mass spectrometer or the laser irradiation unit.
  • the analysis device has a gas supply arranged in front of the inlet for the gaseous sample.
  • the gaseous sample can be defined up to the area of plasma generation by means of the laser.
  • the gas supply may comprise a fluid channel for the gaseous sample, e.g. a hose and / or a tube, in particular a glass capillary, have or be formed by the fluid channel.
  • the gas supply may additionally include a pressure pump for adjusting the flow rate of the gaseous sample through the fluid channel.
  • the gas supply may also be via a mixing cell having a first inlet for the gaseous sample, a second inlet for a process gas such as argon, which typically lead into an example.
  • a mixing cell having a first inlet for the gaseous sample, a second inlet for a process gas such as argon, which typically lead into an example.
  • the outlet may be formed by one end of the mixing chamber.
  • a further pressure pump arranged in front of the second inlet and connected thereto can be provided.
  • the process gas can be preheated (thermally excited) and / or electronically excited (eg, pre-ionized). Therefore, a heating cell and / or discharge cell for the process gas can be provided in front of the mixing cell.
  • the analysis device has a plasma cell, which is connected fluidically, typically even gastight, to the gas supply and the inlet, in which the laser can ignite the plasma in the flow.
  • the plasma cell is also referred to as a plasma chamber.
  • the plasma cell has a larger inner diameter than the mixing cell and / or a fluidic connection, e.g., a plasma cell, disposed between the plasma cell and the inlet. a hose connection or a glass capillary.
  • the plasma cell can be flowed through by the flow so that the flow is spaced in radial directions from a wall of the plasma cell.
  • unwanted interactions of the plasma with the wall of the plasma cell and thereby causing impurities and cross-contamination can be at least largely prevented.
  • the plasma cell in radial directions has a larger internal diameter than the mixing cell and / or the fluidic connection by a factor of 1.5 to 5, more typically by a factor of 2 to 4.
  • a pulsed laser is used to ignite a plasma in a carrier gas of a gaseous sample before the gaseous sample in a mass spectrometer on gaseous analytes present in the gaseous sample and / or analytes present in the carrier gas as dispersed aerosol particles and / or dispersed aerosol particles present analyte is examined.
  • a method for analyzing a gaseous sample comprises generating a flow leading into a mass spectrometer, typically a time-of-flight mass spectrometer, comprising the gaseous sample and igniting a plasma in the flow with a laser beam.
  • a mass spectrometer typically a time-of-flight mass spectrometer
  • the flow can be formed by the gaseous sample.
  • the gaseous sample typically comprises a carrier gas and an analyte, wherein the analyte may be dispersed in the carrier gas or mixed with the carrier gas
  • the plasma is typically ignited by the laser in the carrier gas, the process gas and / or a mixture of the carrier gas with the process gas.
  • the ignition of the plasma with the laser beam is typically repetitive.
  • ignition of the plasma is typically contactless, i. directly in the gas and not on a surface of a solid or liquid (macroscopic) body.
  • the process gas Before mixing, the process gas can be excited thermally and / or electronically. In particular, the process gas can be heated. In addition, the process gas may be exposed to electrical discharges, typically partially ionized.
  • the plasma is generated so that a temperature of the plasma is above 1000 ° K, above 5000 ° K, above 10000 ° K, or even above 15000 ° K.
  • FIG. 1A is a schematic representation of an analysis device for gaseous samples according to an embodiment
  • FIG. 1B shows a mass spectrometer determined by means of the analysis device illustrated in FIG. 1A
  • FIG. 1B shows a mass spectrometer determined by means of the analysis device illustrated in FIG. 1A
  • FIG. 1C shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device shown in FIG. 1A;
  • FIG. 2A shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device illustrated in FIG. 1A;
  • FIG. 2B shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device shown in FIG. 1A;
  • 3A is a schematic representation of an analysis device for gaseous samples according to an embodiment
  • 3B is a schematic representation of an analysis device for gaseous samples according to an embodiment
  • 3C shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device illustrated in FIG. 3A;
  • FIG. 4A shows a mass spectrometer determined by means of the analysis device shown in FIG. 3A;
  • FIG. 4B shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device shown in FIG. 3A;
  • FIG. 5 shows ion chones determined by means of the analyzer shown in FIG. 3A;
  • 6A is a schematic representation of a gaseous sample analysis apparatus according to an embodiment
  • FIG. 6B is a schematic representation of an analysis device for gaseous samples according to an embodiment
  • FIG. 7A shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device shown in FIG. 6A
  • FIG. 7A shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device shown in FIG. 6A
  • FIG. 7B shows a mass spectrometer determined by means of the analysis device shown in FIG. 6B;
  • FIG. 8A shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device illustrated in FIG. 3B;
  • FIG. 8B shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device illustrated in FIG. 3B;
  • 9A is a flowchart of a method for analyzing a gaseous sample according to an embodiment.
  • 9B is a flowchart of a method for analyzing a gaseous sample according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 1A shows a schematic representation of an analysis device 100 for gaseous samples.
  • the analysis device 100 consists of a mass spectrometer 6 and a laser irradiation unit, which has a laser 30 and a focusing optics shown as a lens 3.
  • the mass spectrometer 6 has an inner measuring space and an inlet 5 leading into the measuring space. For reasons of clarity, a detailed representation of the structure of the mass spectrometer 6, the laser 30 and the focusing optics 3 is dispensed with.
  • time-of-flight spectrophotometer API-HTOF MS Tofwerk, Thun, Switzerland
  • Conqueror 3-LAMBDA laser Compact Laser Solutions GmbH, Berlin, Germany
  • the time-of-flight mass spectrometer API-HTOF MS has internal pumps (three pump stages) with which gas can be sucked in through inlet 5. As shown in FIG.
  • the time-of-flight mass spectrometer used was provided with a custom-made metallic inlet 5, which tapered conically towards the outside.
  • the inlet 5 On the side oriented to the atmospheric pressure, the inlet 5 has an exemplary inner diameter of 150 ⁇ m. This diameter increases uniformly in the direction of the measuring space (vacuum area) of the mass spectrometer 6 to an exemplary value of 4 mm, with an exemplary total length of 15 mm.
  • YAG laser mirrors NB1-K13, Thorlabs, Dachau, Germany
  • C240TME-A an aspherical lens
  • NA 0.50
  • f focal length
  • comparable results can also be achieved with other mass spectrometers and / or sufficiently powerful laser irradiation units.
  • the mass spectrometer 6 may generate a flow 4 through the inlet 5 into the measurement space, the direction of which is indicated by the arrow shown, of ambient air.
  • the laser 30 can emit a laser beam 2, which forms a laser focus after leaving the focusing optics 3 as a focused laser beam 2 'in the flow 4.
  • the laser focus can ignite a plasma 1 in the flow 4.
  • constituents of the air and, in particular, analytes present in the air can be at least partially converted into ions and / or element ions (ions of the atoms which the molecules consist).
  • the temperatures in plasma 1 can reach up to several thousand Kelvin. After the analytes have been decomposed into ions or elemental ions, these and any reaction products that may be formed can be analyzed in the mass spectrometer 6.
  • FIG. 1B shows a mass spectrogram of ambient air determined by means of the analysis device 100 shown in FIG. 1A.
  • a flow 4 leading into the measuring space was generated by the mass spectrometer 6 and the laser beam 2, 2 'focused on a point located approximately 2 mm in front of the inlet 5 and the laser 30 operated in pulse mode.
  • FIG. 1C shows a part of the mass spectrometer shown in FIG. 1A at higher resolution.
  • mass spectrograms also referred to below for short as spectrograms
  • the relative abundance S in arbitrary units (au) of detected charged objects as a function of the unitless m / z, which is inversely proportional to the (absolute) specific charge (absolute charge per mass) is shown.
  • the spectrograms shown correspond to expected spectrograms for ambient air in the absence of analytes.
  • the reactive species detected here also represent three possible ionization paths of an analyte or an analyte residue M as a function of its chemical properties: (1) formation of protonated species M + H +, (2) ammonium adduct formation M + NH4 +, and formation of radical cations M +.
  • the symbol "+" indicates the positive charge of the cations.
  • FIG. 2A shows a mass spectrogram for a mixture of air with n-butanol as analyte determined by means of the analysis device 100 explained with reference to FIG. 1A.
  • FIG. 2B shows a mass spectrogram for a mixture of air with toluene as analyte determined by means of the analyzer 100 described with reference to FIG. 1A.
  • 1 ml of the respective analyte was distributed before the inlet 5 of the mass spectrometer.
  • the ambient air accumulates with analyte molecules, which can then be ionized by interaction with the reactive species referred to above with reference to FIGS. 2B and 2C.
  • both protonated and ammoniated ions can be detected.
  • the spectrogram for toluene as analyte shows the typical signals for the formation of radical cations.
  • FIG. 3A shows a schematic representation of a gaseous sample analysis device 200.
  • the analysis apparatus 200 is similar to the analysis apparatus 100 explained above with reference to FIG. 1A, but additionally has a gas supply for the gaseous sample arranged in the direction of the flow 4 in front of the inlet 5.
  • the gas supply has an unillustrated pressure pump and a fluid duct 7 supplied by the pressure pump and designed as a glass capillary.
  • the plasma generation region (1) arranged between the gas supply (more precisely the fluid duct 7) and the inlet 5 defined amounts of gaseous samples are supplied.
  • FIG. 3C shows an ambient air mass spectrogram (without added analytes) determined by analyzer 200, which was applied to the plasma generation region at a rate of 2 L / min.
  • the signal pattern obtained by means of the mass spectrometer 6 is comparable to that in FIG. IB.
  • the spectrogram shown in FIG. 3C is dominated by protonated water clusters, while the ammonium-water clusters and 02+ have lower signal intensities S.
  • the emergence of new, additional reactive species e.g., ⁇ +, N02 +, N03 + is not observed.
  • FIG. 3B shows a schematic representation of a gaseous sample analysis device 200 '.
  • the analyzer 200 ' is similar to the analyzer 200 described with reference to Figure 3A. Instead of the simple fluid channel, the analyzer has 200 'but provided a mixing cell 7c. For reasons of space, the laser irradiation unit and the mass spectrometer of the analyzer 200 'are not shown in FIG. 3B.
  • the mixing cell 7c is substantially Y-shaped.
  • the mixing cell 7c has a first inlet 71 for the gaseous sample and a second inlet 72 for a process gas, which open in a Y-shape into a mixing channel 7 'which has an outlet 73 for a mixed gas formed from the gaseous sample and the process gas forms in front of the plasma generation area.
  • the mixing cell 7c may be made of glass, e.g. be formed of glass capillaries.
  • a first pressure pump (not shown) for pumping the gaseous sample through the first inlet 71 and a second pressure pump (not shown) for pumping the process gas through the second inlet 72 may be provided.
  • it can be provided to supply the process gas to the second inlet 72 of the mixing cell 7c via a heating cell for the process gas, an electrical discharge cell or a combined heating discharge cell.
  • FIG. 4A shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device 200 explained with reference to FIG. 3A for a mixture of air with n-butanol as analyte.
  • FIG. 4B shows a mass spectrogram for a mixture of air with toluene determined by means of the analysis device 200 explained with reference to FIG. 3A.
  • 2 ml each of the analyte in question was placed in a closed flask through which an air stream is passed. The air stream is able to entrain analyte molecules and is then transferred through the fluid channel 7 to the plasma generation region and finally into the mass spectrometer 6.
  • air forms the carrier gas of the gaseous sample.
  • FIG. 5 shows by means of the analysis device 200 explained with reference to FIG. 3A certain ion chromatograms for gaseous samples with n-butanol as analyte.
  • n-butanol was added to a closed flask through which a gas stream was subsequently passed.
  • the gas flow was Ar (upper part A), nitrogen (middle part B) and compressed air (lower part C).
  • the respective gas stream is able to entrain analyte molecules.
  • the gaseous sample formed was then transferred through the fluid channel 7 to the plasma generation area and finally into the mass spectrometer.
  • the flow rate Q of the gas flow was varied at intervals of 60 s in each case.
  • the laser generates plasmas in the flowing gaseous sample only in the time range marked by the arrows.
  • FIG. 6A shows a schematic representation of an analysis device 300 for gaseous samples 300.
  • the analysis device 300 is similar to the analysis device 200 explained above with reference to FIG. 3A and also has a gas feed 7b.
  • the gas feed 7b may be designed like the gas feed 7 of the above-explained analysis device 200, but ends in a plasma cell 8, in which the plasma can be ignited by the laser radiation.
  • the plasma 1 is ignited in this embodiment by the laser 30 in operation not in a free gas flow but in a gas flow 4, which flows through a space which is bounded in the flow direction (arrows), radial direction, for example by a tubular wall 81 of Plasma cell 8, typically a glass wall.
  • a tubular wall 81 of Plasma cell 8 typically a glass wall.
  • This structure can be used both for a further signal increase of the analyte signals for the molecular MS, as well as contribute to an increase of the decomposition of the analyte into (element) ions by targeted use of an excited carrier gas and thus used for the element MS become.
  • the fluidic connection 7 may, for example, be a hose connection or a glass capillary.
  • FIG. 6B shows a schematic illustration of an analysis device 400 for gaseous samples.
  • the analyzer 400 is similar to the analyzer 300 discussed above with respect to FIG. 6A, but has a mixing cell 7c, as discussed above with respect to FIG. 3B, whose outlet 73 opens into the plasma chamber 8.
  • FIG. 7A shows a mass spectrogram determined by means of the analyzer 200 described with reference to FIG. 6A for compressed air supplied at a pump rate of 2 L / min (without added analytes).
  • FIG. 7B shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device 200 explained with reference to FIG. 6A for a gaseous sample supplied with a pumping rate of 2 L / min with air as carrier gas and n-butanol as analyte.
  • FIG. 8A shows a mass spectrogram for air determined by means of the analysis device 200 'explained with reference to FIG. 3B
  • FIG. 8B shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device 200' explained with reference to FIG. 3B wherein the air in the mixing cell is transmitted electronically a discharge cell of stimulated helium was added.
  • Fig. 8A shows the typical known signal behavior in the mass spectrogram of ambient air.
  • the emergence of the expected protonated water clusters, ammonium-water clusters, as well as the 02 + ions can be observed.
  • an excited carrier gas He
  • the plasma ignited therein atomization and subsequent ionization of analytes observed for element mass spectrometry can be observed with the flow and laser parameters used. Accordingly, the nitrogen and oxygen molecules contained in the ambient air can be detected as N + and 0+ ions, respectively.
  • An analogous behavior is to be expected for other analytes.
  • FIG. 9A shows a flow chart of a method 1000 for analyzing gaseous samples.
  • a flow of gaseous sample into a mass spectrometer is generated.
  • a plasma is ignited directly in the flow in a block 1200 with a laser in front of the mass spectrometer.
  • a plasma is ignited directly in the flow in a block 1200 with a laser in front of the mass spectrometer.
  • a focused, still typically focused, pulsed laser beam in particular at a pulse rate that is in a range of 50 Hz to 1 MHz.
  • the pulse peak power of the laser beam is typically above 10 kW and may be, for example, up to 1 MW.
  • the plasma may be in a free flow or in a flow-through plasma chamber, with the flow typically being spaced from lateral walls of the plasma chamber.
  • the distance of the flow to the lateral walls of the plasma chamber in directions perpendicular to the flow direction is typically in a range of about 2 mm to about 10 mm.
  • the plasma can be ignited in an analyte comprising the carrier gas or a mixture of the carrier gas with an inert process gas.
  • the laser-treated flow can be examined by mass spectroscopy, in particular on ions generated by the plasma.
  • FIG. 9B shows a flow chart of a method 1000 'for analyzing gaseous samples.
  • a plasma is generated in a gas flow with a laser.
  • the generation of the plasma in block 1200 ' can be carried out as explained above for block 1200.
  • the gas flow likely to be analytes may be generated.
  • the gas flow may be transferred to a mass spectrometer in a block 1300 '.
  • the flow may be assayed in a block 1400 'in the mass spectrometer, with detection in the original gas flow of existing analytes.
  • gas-borne, in particular airborne analytes in the form of molecules in the gas phase or in the form of liquid or solid particles as an aerosol can be easily and reliably converted into elemental ions. This transfer can take place under atmospheric pressure.
  • the generation of elemental ions can be used for downstream, mass spectrometric separation / detection for the qualitative and quantitative element determination of the analyte under investigation.
  • the atomization and / or ionization is carried out by a laser-induced, hot plasma, which is ignited in the gas.
  • Direct interaction of the laser with the analytes is not required. Since gas-borne analytes often move very fast through the laser focus, these analytes can not be detected by other techniques based on a direct interaction, at least if they cross the focus volume in time between two laser pulses. With the methods and devices described herein, analytes present in gases can therefore be detected particularly sensitively.
  • the laser-induced plasma has a hot core, which may be at least partially shielded for analytes due to interactions with the ambient air, as well as the formation of shockwaves.
  • reactive species e.g., protonated water clusters, ammonium-water clusters, O 2+ ions
  • reactive species e.g., protonated water clusters, ammonium-water clusters, O 2+ ions
  • the analyte does not reach the hot core of the plasma, typically there is no atomization of the analyte followed by ionization but ionization suitable for molecular spectrometry.
  • a thermally and / or electronically excited carrier gas stream which can be done, for example, by admixing an excited process gas to the gaseous sample or by exciting the gaseous sample
  • the resulting ions can be analyzed in the mass spectrometer (element spectrometry).
  • an analysis device comprises a mass spectrometer comprising a measurement space and an inlet leading into the measurement space, a device for generating a flow of a gaseous sample through the inlet into the measurement space and a laser irradiation unit, the laser irradiation unit being set up with a laser beam in the Flow upstream of the inlet to ignite a plasma for at least partially ionizing the gaseous sample.
  • the device for generating the flow can be provided at least partially by the mass spectrometer and / or can have one or two external pressure pumps.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Other Investigation Or Analysis Of Materials By Electrical Means (AREA)

Abstract

The invention relates to an analysis device for a gaseous sample, which analysis device comprises a mass spectrometer (6) having a measurement chamber and an inlet (5) leading into the measurement chamber, and a laser irradiation unit (30, 3). The analysis device is designed to convey the gaseous sample to the inlet by means of a current comprising the gaseous sample. The laser irradiation unit (30, 3) is designed to ignite a plasma (1) by means of a laser beam (2') in the current (4).

Description

Analysevorrichtung für gasförmige Proben und Verfahren zum Nachweis von Analyten in einem Gas  Gaseous sample analysis apparatus and method for detecting analytes in a gas
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Analysevorrichtung für gasförmige Proben, insbesondere ein Analysevorrichtung mit einem Massenspektrometer, und ein Verfahren zum Nachweis von Analyten in einem Gas, insbesondere von gasförmigen und partikulären Analyten in einem Gas. The present invention relates to an analysis device for gaseous samples, in particular to an analysis device with a mass spectrometer, and to a method for detecting analytes in a gas, in particular gaseous and particulate analytes in a gas.
Zur hochaufgelösten Charakterisierung von chemischen Verbindungen wird verbreitet die Massenspektrometrie, bei der Masse zu Ladungsverhältnisse (m z) von Atomen oder Molekülen bestimmt werden, eingesetzt. Beispielsweise kann die Massenspektrometrie in der Umweltanalytik, in biomedizinischen und pharmakologischen Untersuchungen, bei kriminaltechnischen Untersuchungen, und Dopingkontrollen eingesetzt werden, um nur einige Anwendungsfelder zu nennen. For the high-resolution characterization of chemical compounds, mass spectrometry, in which mass is determined to charge ratios (mz) of atoms or molecules, is widely used. For example, mass spectrometry can be used in environmental analysis, in biomedical and pharmacological investigations, in forensic investigations, and in doping controls, to name only a few fields of application.
Grundlage massenspektrometrischer Untersuchungen ist zunächst die Überführung des zu untersuchenden Analyten in die Gasphase, sowie die anschließende Ionisierung. Dazu kann ein Plasma verwendet werden. So werden bei der in der Analytik häufig eingesetzten induktiv gekoppelten Plasma-Massenspektrometrie (ICP-MS, von engl. „Inductively Coupled Plasma") Plasmafackeln zur Ionisierung der Probe verwendet. Plasmafackeln sind jedoch sehr groß, verbrauchen viel Strom und Prozessgas und sind zu dem auf Grund langer Schaltzeiten sehr träge. So benötigt ein IC-Plasma in der Regel einige Sekunden bis Minuten Zeit, bis es stabil läuft. The basis of mass spectrometric investigations is first of all the transfer of the analyte to be examined into the gas phase, as well as the subsequent ionization. For this a plasma can be used. For example, the inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) of the Inductively Coupled Plasma (ICP-MS) uses plasma torches to ionize the sample, but plasma torches are very large, consume a lot of power and process gas, and are too Due to long switching times, it is very sluggish, which means that an IC plasma usually takes a few seconds to minutes to become stable.
Bei dem Verfahren LAMMA (von engl.„Laser Microprobe Mass Analysis") bzw. LIMS (von engl.„Laser Ionization Mass Spectrometry") wird ein Laser zur direkten Festkörperabfrage genutzt. Dabei kommt es zur Ausbildung eines Laserplasmas unmittelbar auf einer Mikropro- be. Mittels LAMMA können unter anderem auch biologische Proben untersucht werden. LAMMA ist jedoch nicht für gasförmige Proben geeignet, sondern auf feste Mikroproben mit typischen Volumina von etwa 1 μL· beschränkt, die zudem im Vakuum stabil vorliegen müssen. Die Mikroprobe muss daher vor und nach jeder Messung in das Vakuumsystem des Messinstruments ein- bzw. ausgeschleust werden. Im Hinblick auf das oben Gesagte, schlägt die vorliegende Erfindung eine Analysevorrichtung gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 8, und eine Verwendung gemäß Anspruch 15 vor. The LAMMA (Laser Microscope Mass Analysis) or LIMS (Laser Ionization Mass Spectrometry) process uses a laser for direct solid-state detection. This results in the formation of a laser plasma directly on a micro-sample. Among other things, biological samples can be examined by means of LAMMA. However, LAMMA is not suitable for gaseous samples, but limited to solid micro samples with typical volumes of about 1 μL ·, which must also be stable in vacuum. The microprobe must therefore be introduced into or removed from the vacuum system of the measuring instrument before and after each measurement. In view of the above, the present invention proposes an analysis apparatus according to claim 1, a method according to claim 8, and a use according to claim 15.
Gemäß einer Ausführungsform weist eine Analysevorrichtung für eine gasförmige Probe ein Massenspektrometer aufweisend einen Messraum und einen in den Messraum führenden Ein- lass, und eine Laserbestrahlungseinheit auf. Die Analysenvorrichtung ist eingerichtet, die gasförmige Probe mittels einer die gasförmige Probe umfassenden Strömung zu dem Einlas s des Massenspektrometers zu befördern. Die Laserbestrahlungseinheit ist eingerichtet, mit einem Laserstrahl in der Strömung vor dem Einlass des Massenspektrometers ein Plasma zum zumindest teilweisen Ionisieren der gasförmigen Probe zu zünden. According to one embodiment, an analysis device for a gaseous sample comprises a mass spectrometer comprising a measuring space and an inlet leading into the measuring space, and a laser irradiation unit. The analysis device is set up to convey the gaseous sample to the inlet of the mass spectrometer by means of a flow comprising the gaseous sample. The laser irradiation unit is set up to ignite a plasma for at least partial ionization of the gaseous sample with a laser beam in the flow in front of the inlet of the mass spectrometer.
Ein Innenquerschnitt des Einlasses des Massenspektrometers kann sich zum Messraum hin zumindest abschnittsweise vergrößern. Typischerweise verjüngt sich ein Innendurchmesser des Einlasses des Massenspektrometers nach außen hin (vergrößert sich zum Messraum hin), typischerweise um einen Faktor von mindestens 10, noch typischer um einen Faktor von mindestens 20. Der Innendurchmesser kann sich monoton oder sogar streng monoton nach außen hin verjüngen. Der Einlass des Massenspektrometers kann insbesondere als eine sich nach außen hin verjüngende Düse ausgebildet sein, typischerweise mit einem Innendurchmesser an der dem Messraum abgewandten Seite von weniger als 500 μιη, noch typischer weniger als 250 μιη oder sogar 200 μιη. Ein derartiger Einlass hat sich aus strömungs- und vakuumtechnischen Gründen als besonders gut geeignet für die massenspektroskopische Untersuchung erwiesen. An internal cross section of the inlet of the mass spectrometer may increase at least in sections towards the measuring space. Typically, an inner diameter of the inlet of the mass spectrometer tapers outwardly (increases toward the measurement space), typically by a factor of at least 10, more typically by a factor of at least 20. The inner diameter may taper monotonically or even strictly monotonically outwardly , The inlet of the mass spectrometer may in particular be designed as a nozzle which narrows outwards, typically with an internal diameter at the side remote from the measuring chamber of less than 500 μm, more typically less than 250 μm or even 200 μm. Such an inlet has proven to be particularly suitable for mass spectroscopic investigation for reasons of flow and vacuum technology.
Typischerweise weist die Laserbestrahlungseinheit einen Laser und/oder eine Fokus sieroptik zur Fokussierung des Laserstrahls in der Strömung auf. Typically, the laser irradiation unit has a laser and / or a focusing optics for focusing the laser beam in the flow.
Zudem ist die Laserbestrahlungseinheit typischerweise zumindest teilweise in einer Strömungsrichtung vor dem Einlass angeordnet. In addition, the laser irradiation unit is typically arranged at least partially in a flow direction in front of the inlet.
Bei dem Laser handelt es sich typischerweise um einen Pulslaser, d.h. einen im Pulsbetrieb betreibbaren Laser. Mit Pulslasern lassen sich besonders hohe Laserleistungen erzielen, deren Pulsspitzenleistung typischerweise in einem Bereich von 10 kW bis 1 MW liegt, und damit entsprechend günstige Plasmen hoher Temperatur in der Gasströmung vor dem Massenspekt- rometer erzeugen. The laser is typically a pulsed laser, ie a laser operable in pulsed operation. With pulsed lasers particularly high laser powers can be achieved whose pulse peak power is typically in a range of 10 kW to 1 MW, and thus produce correspondingly favorable plasmas of high temperature in the gas flow in front of the mass spectrometer.
Beispielsweise kann es sich um einen gepumpten Festkörperlaser handeln, der Laserpulse im sichtbaren oder nahen Infrarot aussenden kann. Die Verwendung eines gepulsten UV-Lasers ist zwar ebenfalls möglich, jedoch lassen sich auch mit längerwelligeren (und damit weniger aufwendigen) Pulslasern in der Strömung eines Trägergases Plasmen erzeugen, die zu einer guten Atomisierung und/oder Ionisierung von in dem Trägergas enthaltenen Analyten führen. For example, it may be a pumped solid state laser that can emit laser pulses in the visible or near infrared. Although the use of a pulsed UV laser is likewise possible, plasmas which lead to good atomization and / or ionization of analytes contained in the carrier gas can also be generated in the flow of a carrier gas with longer-wavelength (and thus less expensive) pulsed lasers.
Eine Zerlegung der Analyten über eine direkte Laseranregung ist nicht erforderlich. A decomposition of the analytes via a direct laser excitation is not required.
Die Pulsrate des Lasers kann typischerweise in einem Bereich von 50 Hz bis 1 MHz liegen, insbesondere in einem Bereich von 1 kHz bis 1 MHz. The pulse rate of the laser may typically be in a range of 50 Hz to 1 MHz, in particular in a range of 1 kHz to 1 MHz.
Anstelle eines Lasers können auch zwei oder noch mehr Laser verwendet werden, deren Laserstrahlen sich im Betrieb in der Strömung kreuzen können. Instead of a laser, it is also possible to use two or even more lasers whose laser beams can intersect in the flow during operation.
Der Analyt oder die Analyten können im Trägergas dispergiert sein, typischerweise in Form von Nanopartikeln oder Mikropartikeln, z.B. als luftgetragene Aerosole, oder in gasförmiger Form mit dem Trägergas vermischt sein. Außerdem kann das Trägergas, bei dem es sich bspw. um Stickstoff oder Luft handeln kann, mit einem chemisch inerten Prozessgas wie Argon vermischt sein. Das Trägergas kann aber auch selbst ein Edelgas, z.B. Argon, sein. The analyte or analytes may be dispersed in the carrier gas, typically in the form of nanoparticles or microparticles, e.g. be mixed as airborne aerosols, or in gaseous form with the carrier gas. In addition, the carrier gas, which may, for example, be nitrogen or air, may be mixed with a chemically inert process gas such as argon. The carrier gas may also be a noble gas, e.g. Argon, his.
Mittels des Laserstrahls kann im Trägergas bzw. der Mischung aus dem Trägergas und dem Prozessgas ein Plasma gezündet werden. Dies erfolgt typischerweise kontaktlos, d.h. nicht an makroskopischen Oberflächen, z.B. Metalloberflächen. By means of the laser beam, a plasma can be ignited in the carrier gas or the mixture of the carrier gas and the process gas. This is typically done contactless, i. not on macroscopic surfaces, e.g. Metal surfaces.
Dadurch kann eine Beeinflussung der späteren massenspektroskopischen Analyse durch abgetragenes Material der Oberflächen (Verunreinigung oder Querkontamination) vermieden werden. Durch einen hohen Anteil von Edelgasen in der Strömung kann auch eine chemische Beeinträchtigung des Analyseergebnisses zumindest weitgehend vermieden werden. As a result, an influence on the subsequent mass spectroscopic analysis by ablated material of the surfaces (contamination or cross-contamination) can be avoided. By a high proportion of noble gases in the flow, a chemical impairment of the analysis result can be at least largely avoided.
Typischerweise wird die Laserbestrahlungseinheit dazu so zum Massenspektrometer justiert, dass der Laser im Betrieb einen von makroskopischen Oberflächen hinreichend beabstandeten Fokus in der Strömung erzeugen kann. Typischerweise ist der Abstand des Fokus von den makroskopischen Oberflächen größer als 1 mm oder sogar 1 cm. Typically, the laser irradiation unit is adjusted to the mass spectrometer so that, during operation, the laser is sufficiently spaced from macroscopic surfaces Focus can generate in the flow. Typically, the distance of the focus from the macroscopic surfaces is greater than 1 mm or even 1 cm.
Unter der Formulierung„makroskopische Oberfläche", wie er vorliegend verwendet wird, soll eine Oberfläche verstanden werden, die zumindest in einer Richtung eine Ausdehnung aufweist, die größer als 0,1 mm, noch typischer größer als 1 mm ist. The term "macroscopic surface", as used herein, is to be understood as meaning a surface which, in at least one direction, has an extension which is greater than 0.1 mm, more typically greater than 1 mm.
Das durch den Laser gezündete Plasma weist eine hohe Temperatur, von typischerweise mehr als 1000°K oder sogar mehr als 5000°K, noch typischer mehr als 10000°K oder sogar mehr als 15000°K auf. The plasma ignited by the laser has a high temperature, typically greater than 1000 ° K or even greater than 5000 ° K, more typically greater than 10000 ° K, or even greater than 15000 ° K.
Verglichen mit dem induktiv gekoppelten Plasma kann ein Laserplasma eine höhere Temperatur (und somit eine höherer lonisierungeffizienz), einen besseren Wirkungsgrad in seiner Erzeugung sowie eine skalierbare Größe von wenigen Mikrometern bis hin zu einigen Zentimetern aufweisen. Compared with the inductively coupled plasma, a laser plasma can have a higher temperature (and thus a higher ionization efficiency), a better efficiency in its generation and a scalable size of a few micrometers up to a few centimeters.
Das Plasma besitzt damit genügend interne Energie, Ladung und Strahlung, um die chemischen und physikalischen Bindung in den Analyt-Molekül- Verbänden zu brechen. Nach einer vollständigen Dissoziation kann weitere Überschussenergie des Plasmas zu einer Ladungsübertragung auf die erzeugten Analytatome führen. Diese können dann mit der Strömung über den Einlass in den Vakuumbereich (d.h. einem Unterdruckbereich mit einem Gasdruck unterhalb von 300 mbar) des Messraums des Massenspektrometers überführt und dort analysiert werden. The plasma thus has enough internal energy, charge and radiation to break the chemical and physical bonds in the analyte-molecule assemblies. After complete dissociation, further excess energy of the plasma can lead to a charge transfer to the generated analyte atoms. These can then be transferred with the flow through the inlet into the vacuum region (i.e., a vacuum region with a gas pressure below 300 mbar) of the measurement space of the mass spectrometer and analyzed there.
Eine direkte Zerlegung der Analyten in Atome und Ionen durch den Laser, z.B. durch Mul- tiphotonenabsorption, ist nicht erforderlich. Der Laser muss daher nicht auf Analyten abgestimmt werden. A direct decomposition of the analytes into atoms and ions by the laser, e.g. by multiphoton absorption, is not required. The laser therefore does not have to be matched to analytes.
Außerdem zeigt sich, dass Plasmen, die in der Gasphase gezündet werden, wesentlich stabiler sein können und ohne direkten Kontakt zur Probe aufrechterhalten werden können. In addition, it can be seen that plasmas ignited in the gas phase can be much more stable and can be maintained without direct contact with the sample.
Bei geeigneter Wahl der Parameter Laserleistung, Pulsrate und Strömungsgeschwindigkeit kann die Ionisation auch ohne vorherige Atomisierung des Analyten erfolgen. Somit lässt sich die Analysevorrichtung sowohl für die Element- als auch für die Molekülanalytik konfigurieren. With a suitable choice of the parameters laser power, pulse rate and flow velocity, the ionization can also be carried out without prior atomization of the analyte. Thus can be configure the analyzer for both elemental and molecular analysis.
Typischerweise wird die Strömung über das Massenspektrometer, bei dem es sich typischerweise um ein Flugzeitmassenspektrometer handelt, erzeugt oder sogar gesteuert. Dazu weist das Massenspektrometer typischerweise eine Saugpumpe auf, sodass die gasförmige Probe durch den Einlass in den Messraum gesaugt werden kann. Die Saugpumpe kann eine Vakuumpumpe sein. Daneben weist das Massenspektrometer typischerweise geeignete elektrostatische Filter und Linsen (Ionenoptiken) auf, die den Transfer von Ionen, die unter Atmosphärendruck erzeugt wurden, in den Messraum ermöglicht. Typically, the flow is generated or even controlled by the mass spectrometer, which is typically a time-of-flight mass spectrometer. For this purpose, the mass spectrometer typically has a suction pump, so that the gaseous sample can be sucked through the inlet into the measuring space. The suction pump may be a vacuum pump. In addition, the mass spectrometer typically has suitable electrostatic filters and lenses (ion optics), which allows the transfer of ions generated under atmospheric pressure in the measuring space.
Das Plasma kann daher in der Strömung bei Atmosphärendruck oder einem leichten Unterdruck, z.B. in einem Druckbereich von etwa 104 Pa bis etwa 105 Pa, insbesondere oberhalb von 4*104 Pa oder sogar 5* 104 Pa erfolgen. Da eine separate Vakuumtechnik nicht erforderlich ist, kann der Aufbau der Analysevorrichtung vergleichsweise einfach und/oder kostengünstig sein. The plasma can thus in the flow at atmospheric pressure or a slightly reduced pressure, for example in a pressure range of about 10 4 Pa to about 10 5 Pa done, particularly above 4 × 10 4 Pa or even 5 * 10 4 Pa. Since a separate vacuum technique is not required, the construction of the analyzer can be comparatively simple and / or inexpensive.
Der gewählte Aufbau der Analysevorrichtung ermöglicht bei vergleichbarer oder sogar höherer Ionisierungseffizienz einen geringeren Gasverbrauch und/oder einen geringeren Stromverbrauch im Gegensatz zur ICP-MS. Außerdem wird ein schnelles Ein- und Ausschalten des Plasmas ermöglicht, so dass das Plasma besser an den tatsächlichen Probeneintrag angepasst werden kann. All dies kann sich auch günstig auf die Nachweisgrenzen für Analyten in Gasen auswirken. Außerdem kann die Analysevorrichtung vergleichsweise kompakt sein. The chosen design of the analyzer allows for comparable or even higher ionization efficiency lower gas consumption and / or lower power consumption unlike ICP-MS. In addition, a rapid switching on and off of the plasma is made possible, so that the plasma can be better adapted to the actual sample entry. All of this can also have a favorable effect on the detection limits for analytes in gases. In addition, the analysis device can be comparatively compact.
Zudem können vorhandene Massenspektrometer einfach nachgerüstet werden. Ein entsprechender Nachrüstbausatz für Massenspektrometer weist daher zumindest eine Laserbestrahlungseinheit und eine Aufbauanleitung auf. Außerdem kann der Nachrüstbausatz ein mit der Laserbestrahlungseinheit und dem Massenspektrometer verbindbares Datenkabel und/oder einen Datenträger aufweisend Programmbefehle, die geeignet sind, einen Prozessor des Mas- senspektrometers zu veranlassen, Steuerbefehle an die Laserbestrahlungseinheit zu senden, aufweisen. Außerdem kann der Nachrüstbausatz die im Folgenden beschriebenen weiteren Komponenten der Analysevorrichtung, insbesondere fluidische Komponenten aufweisen. In einem Ausführungsbeispiel besteht die Analysevorrichtung aus dem Massenspektrometer, und einer Laserbestrahlungseinheit, die eingerichtet ist, vor dem Einlass des Massenspektro- meters ein Plasma in einer in den Messraum führenden Strömung zu erzeugen. Beispielsweise kann der Laserstrahl (im Betrieb) auf einen Punkt vor dem Einlass (in Strömungsrichtung) fokussiert sein, der sich in einem Abstand von etwa 1 mm bis etwa 5 cm, typischer in einem Abstand von etwa 2 mm bis etwa 1 cm vor dem Einlass befindet. In addition, existing mass spectrometers can be easily retrofitted. A corresponding retrofit kit for mass spectrometers therefore has at least one laser irradiation unit and an assembly instruction. In addition, the retrofit kit may have a data cable connectable to the laser irradiation unit and the mass spectrometer and / or a data carrier having program instructions which are suitable for causing a processor of the mass spectrometer to send control commands to the laser irradiation unit. In addition, the retrofit kit may have the further components of the analysis device described below, in particular fluidic components. In one embodiment, the analysis device consists of the mass spectrometer, and a laser irradiation unit, which is set up to generate a plasma in a flow leading into the measurement space in front of the inlet of the mass spectrometer. For example, the laser beam (in operation) may be focused to a point in front of the inlet (in the flow direction) that is at a distance of about 1 mm to about 5 cm, more typically at a distance of about 2 mm to about 1 cm in front of the inlet located.
Die Analysevorrichtung kann eine separate Auswerteeinheit aufweisen, die mit dem Massenspektrometer und der Laserbestrahlungseinheit verbunden ist und diese (als Master) steuert. Die Steuerung der Analysevorrichtung kann aber auch von einer Steuerung des Massenspekt- rometers oder der Laserbestrahlungseinheit bereitgestellt werden. The analysis device can have a separate evaluation unit, which is connected to the mass spectrometer and the laser irradiation unit and controls it (as a master). However, the control of the analysis device can also be provided by a controller of the mass spectrometer or the laser irradiation unit.
Gemäß einer Weiterbildung weist die Analysevorrichtung eine vor dem Einlass angeordnete Gaszuführung für die gasförmige Probe auf. Dadurch lässt sich die gasförmige Probe definiert bis in den Bereich der Plasmaerzeugung mittels des Lasers führen. According to a development, the analysis device has a gas supply arranged in front of the inlet for the gaseous sample. As a result, the gaseous sample can be defined up to the area of plasma generation by means of the laser.
Die Gaszuführung kann einen Fluidkanal für die gasförmige Probe, z.B. einen Schlauch und/oder ein Rohr, insbesondere eine Glaskapillare, aufweisen oder von dem Fluidkanal gebildet werden. Außerdem kann die Gaszuführung zusätzlich eine Druckpumpe zum Einstellen der Flussrate für die gasförmige Probe durch den Fluidkanal aufweisen. The gas supply may comprise a fluid channel for the gaseous sample, e.g. a hose and / or a tube, in particular a glass capillary, have or be formed by the fluid channel. In addition, the gas supply may additionally include a pressure pump for adjusting the flow rate of the gaseous sample through the fluid channel.
Die Gaszuführung kann aber auch über eine Mischzelle mit einem ersten Einlass für die gasförmige Probe, einem zweiten Einlass für ein Prozessgas wie Argon, die typischerweise in eine bspw. rohrförmige Mischkammer führen, und mit einem Auslass für ein aus der gasförmige Probe und dem Prozessgas gebildeten Mischgas, erfolgen. Der Auslass kann von einem Ende der Mischkammer gebildet werden. Mittels der Mischzelle kann der gasförmigen Probe definiert chemisch inertes Prozessgas zugemischt werden. Dazu kann eine vor dem zweiten Einlass angeordnete und mit diesem verbundene weitere Druckpumpe vorgesehen sein. However, the gas supply may also be via a mixing cell having a first inlet for the gaseous sample, a second inlet for a process gas such as argon, which typically lead into an example. Tube-shaped mixing chamber, and with an outlet for a formed from the gaseous sample and the process gas Mixed gas, done. The outlet may be formed by one end of the mixing chamber. By means of the mixing cell can be added to the gaseous sample defined chemically inert process gas. For this purpose, a further pressure pump arranged in front of the second inlet and connected thereto can be provided.
Um einer Kühlung des Plasmas durch Stöße mit dem nachströmenden kalten Prozessgas entgegenzuwirken, kann das Prozessgas vorgeheizt (thermisch angeregt) und/oder elektronisch angeregt (z.B. vorionisiert) werden. Daher kann vor der Mischzelle eine Heizzelle und/oder Entladungszelle für das Prozessgas vorgesehen sein. To counteract cooling of the plasma by collisions with the inflowing cold process gas, the process gas can be preheated (thermally excited) and / or electronically excited (eg, pre-ionized). Therefore, a heating cell and / or discharge cell for the process gas can be provided in front of the mixing cell.
Gemäß einer Weiterbildung weist die Analysevorrichtung eine fluidisch, typischerweise sogar gasdicht mit der Gaszuführung und dem Einlass verbundene Plasmazelle auf, in der der Laser das Plasma in der Strömung zünden kann. Im Folgenden wird die Plasmazelle auch als Plasmakammer bezeichnet. According to a development, the analysis device has a plasma cell, which is connected fluidically, typically even gastight, to the gas supply and the inlet, in which the laser can ignite the plasma in the flow. In the following, the plasma cell is also referred to as a plasma chamber.
Typischerweise weist die Plasmazelle in einer zur Richtung der Strömung senkrechten, radialen Richtung einen größeren Innendurchmesser als die Mischzelle und/oder eine zwischen der Plasmazelle und dem Einlass angeordnete fluidische Verbindung, z.B. eine Schlauchverbindung oder eine Glaskapillare auf. Typically, in a radial direction perpendicular to the direction of flow, the plasma cell has a larger inner diameter than the mixing cell and / or a fluidic connection, e.g., a plasma cell, disposed between the plasma cell and the inlet. a hose connection or a glass capillary.
Dadurch kann die Plasmazelle so von der Strömung durchströmt werden, dass die Strömung in radialen Richtungen von einer Wand der Plasmazelle beabstandet ist. Damit können unerwünschte Wechselwirkungen des Plasmas mit der Wand der Plasmazelle und dadurch verursachbare Verunreinigungen und Querkontaminationen zumindest weitgehend verhindert werden. As a result, the plasma cell can be flowed through by the flow so that the flow is spaced in radial directions from a wall of the plasma cell. Thus, unwanted interactions of the plasma with the wall of the plasma cell and thereby causing impurities and cross-contamination can be at least largely prevented.
Überraschenderweise kann bei Verwendung der Plasmazelle eine wesentlich höherer Anteil der Analyten sowohl atomisiert und die bei der Atomisierung entstehender Atome ionisiert werden. Dies führt zu einer erhöhten Messempfindlichkeit bei der sich anschließenden Analyse im Massenspektrometer. Die höhere Effizienz der Zerlegung der Analyten in der Plasmazelle im Vergleich zur laservermittelten Plasmazerlegung in der freien Gas Strömung ist hauptsächlich darauf zurückzuführen, dass die Analyten in heißere Plasmagebiete gelangen. Bei geeigneter Parameterwahl (Laserleistung und Strömungsgeschwindigkeit) lässt sich in der Plasmakammer eine zumindest nahezu vollständige Atomisierung und anschließende Ionisierung der bei der Atomisierung entstehenden Atome erzielen. Surprisingly, when using the plasma cell, a significantly higher proportion of the analytes can both be atomized and the atoms formed during the atomization can be ionized. This leads to an increased measuring sensitivity in the subsequent analysis in the mass spectrometer. The higher efficiency of decomposition of the analytes in the plasma cell compared to the laser-mediated plasma decay in the free gas flow is mainly due to the fact that the analytes get into hotter plasma areas. With a suitable choice of parameters (laser power and flow velocity), at least nearly complete atomization and subsequent ionization of the atoms formed during atomization can be achieved in the plasma chamber.
Wenn die laservermittelte Plasmazerlegung dagegen in der freien Gas Strömung stattfindet, durchfliegen nicht alle Analyten die heißesten Plasmabereiche, sondern können durch vom Laserfokus ausgehenden Druckwellen in kühlere Plasmabereiche abgelenkt werden, in denen die Analyten über indirekte Mechanismen ionisiert werden und nicht atomisiert werden. Dieser Betriebsmodus kann jedoch ebenfalls erwünscht sein. Im Vergleich zum Zünden des Plasmas auf einer flüssigen oder festen Elektrode oder einem anderen Festkörper hat das Zünden des Plasmas im Gas selbst - unabhängig davon ob es in einer freien Strömung oder in der Plasmazelle erfolgt - jedenfalls den Vorteil, dass durch das Plasma kein die Messung verunreinigendes Material herauslöst wird. Außerdem entfällt das regelmäßige Ersetzen der Elektrode bzw. des Festkörpers. Des Weiteren unterliegen Plasmen, die auf Oberflächen von Festkörpern gezündet werden, starken Puls-zu-Puls Schwankungen, da die Pulse bevorzugt in stochastisch verteilten Oberflächendefekten gezündet werden. In contrast, when laser-mediated plasma decarburization occurs in the free gas flow, not all analytes pass through the hottest plasma regions, but can be deflected by laser-focused pressure waves into cooler plasma regions where the analytes are ionized by indirect mechanisms rather than atomized. However, this mode of operation may also be desired. Compared to igniting the plasma on a liquid or solid electrode or other solid, the ignition of the plasma in the gas itself - regardless of whether it takes place in a free flow or in the plasma cell - in any case the advantage that no measurement by the plasma contaminating material is dissolved out. In addition, the regular replacement of the electrode or the solid is eliminated. Furthermore, plasmas which are ignited on surfaces of solids are subject to strong pulse-to-pulse fluctuations because the pulses are preferably ignited in stochastically distributed surface defects.
Typischerweise hat die Plasmazelle in radialen Richtungen einen um einen Faktor 1.5 bis 5, typischer um einen Faktor 2 bis 4 größeren Innendurchmesser als die Mischzelle und/oder die fluidische Verbindung. Typically, the plasma cell in radial directions has a larger internal diameter than the mixing cell and / or the fluidic connection by a factor of 1.5 to 5, more typically by a factor of 2 to 4.
Gemäß einer Ausführungsform wird ein gepulster Lasers zum Zünden eines Plasmas in einem Trägergas einer gasförmigen Probe verwendet, bevor die gasförmige Probe in einem Massen- spektrometer auf in der gasförmigen Probe vorhandene gasförmige Analyten und/oder im Trägergas als dispergierte Aerosolpartikel vorhandene Analyten und/oder in dispergierten Aerosolpartikel vorhandene Analyten untersucht wird. According to one embodiment, a pulsed laser is used to ignite a plasma in a carrier gas of a gaseous sample before the gaseous sample in a mass spectrometer on gaseous analytes present in the gaseous sample and / or analytes present in the carrier gas as dispersed aerosol particles and / or dispersed aerosol particles present analyte is examined.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst ein Verfahren zur Analyse einer gasförmigen Probe das Erzeugen einer in ein Massenspektrometer, typischerweise in ein Flugzeitmassenspektro- meter führenden Strömung, die die gasförmige Probe aufweist, und das Zünden eines Plasmas in der Strömung mit einem Laserstrahl. According to one embodiment, a method for analyzing a gaseous sample comprises generating a flow leading into a mass spectrometer, typically a time-of-flight mass spectrometer, comprising the gaseous sample and igniting a plasma in the flow with a laser beam.
Die Strömung kann von der gasförmigen Probe gebildet werden. The flow can be formed by the gaseous sample.
Es ist aber auch möglich, vor dem Zünden des Plasmas die gasförmige Probe mit einem Prozessgas zu vermischen. Das Zünden des Plasmas mit dem Laser erfolgt dann in der von der Mischung aus gasförmige Probe und Prozessgas gebildeten Strömung. However, it is also possible to mix the gaseous sample with a process gas before the ignition of the plasma. The ignition of the plasma with the laser then takes place in the flow formed by the mixture of gaseous sample and process gas.
Da die gasförmige Probe typischerweise ein Trägergas und einen Analyten aufweist, wobei der Analyt im Trägergas dispergiert oder mit dem Trägergas vermischt sein kann, wird das Plasma vom Laser typischerweise in dem Trägergas, dem Prozessgas und/oder einer Mischung des Trägergases mit dem Prozessgas gezündet. Dabei erfolgt das Zünden des Plasmas mit dem Laserstrahl typischerweise repetitiv. Since the gaseous sample typically comprises a carrier gas and an analyte, wherein the analyte may be dispersed in the carrier gas or mixed with the carrier gas, the plasma is typically ignited by the laser in the carrier gas, the process gas and / or a mixture of the carrier gas with the process gas. The ignition of the plasma with the laser beam is typically repetitive.
Außerdem erfolgt das Zünden des Plasmas typischerweise kontaktlos, d.h. direkt im Gas und nicht an einer Oberfläche eines festen oder flüssigen (makroskopischen) Körpers. In addition, ignition of the plasma is typically contactless, i. directly in the gas and not on a surface of a solid or liquid (macroscopic) body.
Vor dem Mischen kann das Prozessgas thermisch und/oder elektronisch angeregt werden. Insbesondere kann das Prozessgas geheizt werden. Außerdem kann das Prozessgas elektrischen Entladungen ausgesetzt werden, typischerweise teilionisiert werden. Before mixing, the process gas can be excited thermally and / or electronically. In particular, the process gas can be heated. In addition, the process gas may be exposed to electrical discharges, typically partially ionized.
Typischerweise wird das Plasma so erzeugt, dass eine Temperatur des Plasmas über 1000°K, über 5000°K, über 10000°K oder sogar über 15000°K liegt. Typically, the plasma is generated so that a temperature of the plasma is above 1000 ° K, above 5000 ° K, above 10000 ° K, or even above 15000 ° K.
In Abhängigkeit von der Wahl der Parameter Laserleistung (Pulsspitzenleistung), Laserpulsrate, Strömungszusammensetzung sowie einer vorhandenen oder nichtvorhandenen radialen Begrenzung der Strömung im Bereich des Zündens der Plasmas mit dem Laser kann eine zumindest nahezu vollständige Atomisierung des Analyten und eine anschließende Ionisation der bei der Atomisierung entstehender Atome erfolgen oder auch eine zumindest nahezu vollständige Ionisation des (nicht atomisierten) Analyten erfolgen. Depending on the choice of the parameters laser power (pulse peak power), laser pulse rate, flow composition and an existing or non-existent radial limitation of the plasma ignition of the plasma, at least almost complete atomization of the analyte and subsequent ionization of the resulting atomization Atoms take place or at least almost complete ionization of the (non-atomized) analyte done.
Nach einem Weiterleiten der plasmabehandelten Strömung in das Massenspektrometer kann dort eine Untersuchung auf Analyten, eine Detektion von Analyten oder sogar deren Quantifizierung erfolgen. After passing the plasma-treated flow into the mass spectrometer, there may be an investigation for analytes, a detection of analytes or even their quantification.
Die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden. The above-described embodiments may be arbitrarily combined with each other.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen, Einzelheiten, Aspekte und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung sowie den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigt: Further advantageous embodiments, details, aspects and features of the present invention will become apparent from the dependent claims, the description and the accompanying drawings. It shows:
Fig. 1A eine schematische Darstellung einer Analysevorrichtung für gasförmige Proben gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 1B ein mittels der in Fig. 1A dargestellten Analysevorrichtung bestimmtes Massenspek- trogramm; 1A is a schematic representation of an analysis device for gaseous samples according to an embodiment; FIG. 1B shows a mass spectrometer determined by means of the analysis device illustrated in FIG. 1A; FIG.
Fig. IC ein mittels der in Fig. 1A dargestellten Analysevorrichtung bestimmtes Massenspek- trogramm; FIG. 1C shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device shown in FIG. 1A; FIG.
Fig. 2A ein mittels der in Fig. 1A dargestellten Analysevorrichtung bestimmtes Massenspek- trogramm; FIG. 2A shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device illustrated in FIG. 1A; FIG.
Fig. 2B ein mittels der in Fig. 1A dargestellten Analysevorrichtung bestimmtes Massenspek- trogramm; FIG. 2B shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device shown in FIG. 1A; FIG.
Fig. 3A eine schematische Darstellung einer Analysevorrichtung für gasförmige Proben gemäß einem Ausführungsbeispiel; 3A is a schematic representation of an analysis device for gaseous samples according to an embodiment;
Fig. 3B eine schematische Darstellung einer Analysevorrichtung für gasförmige Proben gemäß einem Ausführungsbeispiel; 3B is a schematic representation of an analysis device for gaseous samples according to an embodiment;
Fig. 3C ein mittels der in Fig. 3A dargestellten Analysevorrichtung bestimmtes Massenspek- trogramm; 3C shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device illustrated in FIG. 3A;
Fig. 4A ein mittels der in Fig. 3A dargestellten Analysevorrichtung bestimmtes Massenspek- trogramm; FIG. 4A shows a mass spectrometer determined by means of the analysis device shown in FIG. 3A; FIG.
Fig. 4B ein mittels der in Fig. 3A dargestellten Analysevorrichtung bestimmtes Massenspek- trogramm; 4B shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device shown in FIG. 3A;
Fig. 5 mittels der in Fig. 3A dargestellten Analysevorrichtung bestimmte Ionenchrono- gramme; FIG. 5 shows ion chones determined by means of the analyzer shown in FIG. 3A; FIG.
Fig. 6A eine schematische Darstellung einer Analysevorrichtung für gasförmige Proben gemäß einem Ausführungsbeispiel; 6A is a schematic representation of a gaseous sample analysis apparatus according to an embodiment;
Fig. 6B eine schematische Darstellung einer Analysevorrichtung für gasförmige Proben gemäß einem Ausführungsbeispiel; Fig. 7A ein mittels der in Fig. 6A dargestellten Analysevorrichtung bestimmtes Massenspek- trogramm; 6B is a schematic representation of an analysis device for gaseous samples according to an embodiment; FIG. 7A shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device shown in FIG. 6A; FIG.
Fig. 7B ein mittels der in Fig. 6B dargestellten Analysevorrichtung bestimmtes Massenspek- trogramm; FIG. 7B shows a mass spectrometer determined by means of the analysis device shown in FIG. 6B; FIG.
Fig. 8A ein mittels der in Fig. 3B dargestellten Analysevorrichtung bestimmtes Massenspek- trogramm; 8A shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device illustrated in FIG. 3B;
Fig. 8B ein mittels der in Fig. 3B dargestellten Analysevorrichtung bestimmtes Massenspek- trogramm; 8B shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device illustrated in FIG. 3B;
Fig. 9A ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Analyse einer gasförmigen Probe gemäß einem Ausführungsbeispiel; und 9A is a flowchart of a method for analyzing a gaseous sample according to an embodiment; and
Fig. 9B ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Analyse einer gasförmigen Probe gemäß einem Ausführungsbeispiel. 9B is a flowchart of a method for analyzing a gaseous sample according to an exemplary embodiment.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen entsprechend ähnliche Teile. In the figures, like reference numerals designate corresponding parts accordingly.
Fig. 1A zeigt eine schematische Darstellung einer Analysevorrichtung 100 für gasförmige Proben. Die Analysevorrichtung 100 besteht aus einem Massenspektrometer 6 und einer Laserbestrahlungseinheit, die einen Laser 30 und eine als Linse 3 dargestellte Fokussieroptik aufweist. Das Massenspektrometer 6 hat einen inneren Messraum und einen in den Messraum führenden Einlass 5. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wird auf eine detaillierte Darstellung des Aufbaus des Massenspektrometers 6, des Lasers 30 und der Fokussieroptik 3 verzichtet. FIG. 1A shows a schematic representation of an analysis device 100 for gaseous samples. The analysis device 100 consists of a mass spectrometer 6 and a laser irradiation unit, which has a laser 30 and a focusing optics shown as a lens 3. The mass spectrometer 6 has an inner measuring space and an inlet 5 leading into the measuring space. For reasons of clarity, a detailed representation of the structure of the mass spectrometer 6, the laser 30 and the focusing optics 3 is dispensed with.
Die unten präsentierten experimentellen Ergebnisse wurden mit einem Flugzeitmas senspekt- rometer API-HTOF MS (Tofwerk, Thun, Schweiz) als Massenspektrometer 6 und einem Conqueror 3-LAMBDA Laser (Compact Laser Solutions GmbH, Berlin, Deutschland), d.h. einem Dioden- gepumpten Nd:YV04-Laser, als Laser 30 ermittelt, wobei die Wellenlänge der verwendeten Laserstrahlen bei jeweils λ = 532 nm lag. Das Flugzeitmassenspektrometer API- HTOF MS verfügt über interne Pumpen (drei Pumpstufen), mit deren Hilfe Gas über den Einlass 5 eingesaugt werden kann. Wie in Fig. 1A dargestellt ist, wurde das verwendete Flugzeitmassenspektrometer mit einem speziell angefertigten metallischen Einlass 5 versehen, der sich nach außen hin konisch verjüngt. Auf der zum Atmosphärendruck ausgerichteten Seite weist der Einlass 5 einen exemplarischen Innendurchmesser von 150 μιη auf. Dieser Durchmesser steigt gleichmäßig in Richtung des Messraums (Vakuumbereich) des Massenspektro- meters 6 auf einen exemplarischen Wert von 4 mm an, bei einer exemplarischen Gesamtlänge von 15 mm. Die exemplarisch verwendete Fokussieroptik für den Laser umfasste drei Nd:YAG-Laser Spiegel (NB1-K13, Thorlabs, Dachau, Deutschland) und eine asphärische Linse (C240TME-A, Thorlabs, Dachau, Deutschland) mit einer numerischen Apertur von NA = 0.50 und einer Brennweite von f = 8 mm. Vergleichbare Ergebnisse lassen sich jedoch auch mit anderen Massenspektrometern und/oder hinreichend leistungsfähigen Laserbestrahlungseinheiten erzielen. The experimental results presented below were obtained using a time-of-flight spectrophotometer API-HTOF MS (Tofwerk, Thun, Switzerland) as mass spectrometer 6 and a Conqueror 3-LAMBDA laser (Compact Laser Solutions GmbH, Berlin, Germany), ie a diode-pumped Nd : YV0 4 laser, determined as laser 30, wherein the wavelength of the laser beams used was λ = 532 nm, respectively. The time-of-flight mass spectrometer API-HTOF MS has internal pumps (three pump stages) with which gas can be sucked in through inlet 5. As shown in FIG. 1A, the time-of-flight mass spectrometer used was provided with a custom-made metallic inlet 5, which tapered conically towards the outside. On the side oriented to the atmospheric pressure, the inlet 5 has an exemplary inner diameter of 150 μm. This diameter increases uniformly in the direction of the measuring space (vacuum area) of the mass spectrometer 6 to an exemplary value of 4 mm, with an exemplary total length of 15 mm. The exemplary focusing optics used for the laser included three Nd: YAG laser mirrors (NB1-K13, Thorlabs, Dachau, Germany) and an aspherical lens (C240TME-A, Thorlabs, Dachau, Germany) with a numerical aperture of NA = 0.50 and a focal length of f = 8 mm. However, comparable results can also be achieved with other mass spectrometers and / or sufficiently powerful laser irradiation units.
In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel kann das Massenspektrometer 6 eine durch den Einlass 5 in den Messraum führende Strömung 4, deren Richtung vom dargestellten Pfeil angegeben wird, von Umgebungsluft erzeugen. Außerdem kann der Laser 30 einen Laserstrahl 2 aussenden, der nach Verlassen der Fokussieroptik 3 als fokussierter Laserstrahl 2' in der Strömung 4 einen Laserfokus bildet. Der Laserfokus kann in der Strömung 4 ein Plasma 1 zünden. In the exemplary embodiment, the mass spectrometer 6 may generate a flow 4 through the inlet 5 into the measurement space, the direction of which is indicated by the arrow shown, of ambient air. In addition, the laser 30 can emit a laser beam 2, which forms a laser focus after leaving the focusing optics 3 as a focused laser beam 2 'in the flow 4. The laser focus can ignite a plasma 1 in the flow 4.
Durch das Plasma 1 können Bestandteile der Luft und insbesondere in der Luft vorhandene Analyten, typischerweise luftgetragene Analyten in Form von Molekülen in der Gasphase oder in Form von flüssigen oder festen Partikeln als Aerosol, zumindest teilweise in Ionen und/oder Elementionen (Ionen der Atome aus denen die Moleküle bestehen) überführt werden. By means of the plasma 1, constituents of the air and, in particular, analytes present in the air, typically airborne analytes in the form of molecules in the gas phase or in the form of liquid or solid particles as aerosol, can be at least partially converted into ions and / or element ions (ions of the atoms which the molecules consist).
Im Falle von festen oder flüssigen Aerosolpartikeln werden diese im laserinduzierten Plasma 1 zunächst verdampft, sodass Moleküle des Analyten in die Gasphase übergehen. Die Moleküle in der Gasphase können im Plasma 1 atomisiert werden, d.h. die chemischen Bindungen gebrochen werden. Die dabei entstehenden Atome können im Plasma 1 ionisiert werden, d.h. in geladene Teilchen überführt werden. Diese Schritte können im Plasma 1 entweder gleichzeitig oder nacheinander ablaufen. In the case of solid or liquid aerosol particles, these are first evaporated in the laser-induced plasma 1, so that molecules of the analyte pass into the gas phase. The molecules in the gas phase can be atomized in the plasma 1, i. the chemical bonds are broken. The resulting atoms can be ionized in plasma 1, i. be converted into charged particles. These steps may occur in plasma 1 either simultaneously or sequentially.
Die Temperaturen im Plasma 1 können bis mehrere Tausend Kelvin erreichen. Nach der Zerlegung der Analyten in Ionen bzw. Elementionen können diese sowie ggf. entstehende Reaktionsprodukte im Massenspektrometer 6 analysiert werden. The temperatures in plasma 1 can reach up to several thousand Kelvin. After the analytes have been decomposed into ions or elemental ions, these and any reaction products that may be formed can be analyzed in the mass spectrometer 6.
Fig. 1B zeigt ein mittels der in Fig. 1A dargestellten Analysevorrichtung 100 bestimmtes Massenspektrogramm von Umgebungsluft. Dazu wurde vom Massenspektrometer 6 eine in den Messraum führende Strömung 4 erzeugt und der Laserstrahl 2, 2' auf einen etwa 2 mm vor dem Einlass 5 gelegenen Punkt fokussiert und der Laser 30 im Pulsbetrieb betrieben. Fig. IC zeigt eine höheraufgelöst dargestellten Teil des in Fig. 1A dargestellten Massenspekt- rogramms. FIG. 1B shows a mass spectrogram of ambient air determined by means of the analysis device 100 shown in FIG. 1A. For this purpose, a flow 4 leading into the measuring space was generated by the mass spectrometer 6 and the laser beam 2, 2 'focused on a point located approximately 2 mm in front of the inlet 5 and the laser 30 operated in pulse mode. FIG. 1C shows a part of the mass spectrometer shown in FIG. 1A at higher resolution.
Wie in der Massenspektrometrie üblich, wird in den Massenspektrogrammen, im Folgenden auch kurz als Spektrogramme bezeichnet, die relative Häufigkeit S in willkürlichen Einheiten (a.u.) detektierter geladener Objekte als Funktion der einheitenlosen Maßzahl m/z, die umgekehrt proportional zur (absoluten) spezifischen Ladung (absoluten Ladung pro Masse) ist, dargestellt. As is customary in mass spectrometry, in mass spectrograms, also referred to below for short as spectrograms, the relative abundance S in arbitrary units (au) of detected charged objects as a function of the unitless m / z, which is inversely proportional to the (absolute) specific charge (absolute charge per mass) is shown.
Die dargestellten Spektrogramme entsprechen erwarteten Spektrogrammen für Umgebungsluft in Abwesenheit von Analyten. Die hier detektierten reaktiven Spezies repräsentieren auch drei mögliche Ionisierungspfade eines Analyten bzw. eines Analytenrests M in Abhängigkeit von dessen chemischen Eigenschaften: (1) Entstehung protonierter Spezies M+H+, (2) Am- monium-Addukt Bildung M+NH4+, sowie die Entstehung von Radikal-Kationen M+. Dabei bezeichnet das Symbol„+" die positive Ladung der Kationen. The spectrograms shown correspond to expected spectrograms for ambient air in the absence of analytes. The reactive species detected here also represent three possible ionization paths of an analyte or an analyte residue M as a function of its chemical properties: (1) formation of protonated species M + H +, (2) ammonium adduct formation M + NH4 +, and formation of radical cations M +. The symbol "+" indicates the positive charge of the cations.
Darüber hinaus können weitere Mechanismen wie Stöße mit Elektronen, Photoionisierung via UV-Photonen, thermische Ionisierung, sowie die Penning-Ionisierung als mögliche Ionisierungspfade in Betracht gezogen werden. In addition, other mechanisms such as electron impact, photoionization via UV photons, thermal ionization, and Penning ionization may be considered as potential ionization pathways.
Fig. 2A zeigt ein mittels der mit Bezug zu Fig. 1A erläuterten Analysevorrichtung 100 bestimmtes Massenspektrogramm für ein Gemisch von Luft mit n-Butanol als Analyt. Fig. 2B zeigt ein mittels der mit Bezug zu Fig. 1A erläuterten Analysevorrichtung 100 bestimmtes Massenspektrogramm für ein Gemisch von Luft mit Toluol als Analyt. Für beiden Messungen wurde je 1 ml des betreffenden Analyten vor dem Einlass 5 des Massenspektrometers verteilt. Infolgedessen reichert sich die Umgebungsluft mit Analytmolekülen an, die anschließend durch Interaktion mit den oben mit Bezug zu Fig. 2B und Fig. 2C genannten reaktiven Spezies, ionisiert werden können. Im Fall von n-Butanol als luftgetragenen Analyten lassen sich sowohl protonierte, als auch ammonierte Ionen detektieren. FIG. 2A shows a mass spectrogram for a mixture of air with n-butanol as analyte determined by means of the analysis device 100 explained with reference to FIG. 1A. FIG. 2B shows a mass spectrogram for a mixture of air with toluene as analyte determined by means of the analyzer 100 described with reference to FIG. 1A. For both measurements, 1 ml of the respective analyte was distributed before the inlet 5 of the mass spectrometer. As a result, the ambient air accumulates with analyte molecules, which can then be ionized by interaction with the reactive species referred to above with reference to FIGS. 2B and 2C. In the case of n-butanol as an airborne analyte, both protonated and ammoniated ions can be detected.
Das Spektrogramm für Toluol als Analyten zeigt die typischen Signale für die Entstehung von Radikal- Kationen . The spectrogram for toluene as analyte shows the typical signals for the formation of radical cations.
Fig. 3A zeigt eine schematische Darstellung einer Analysevorrichtung 200 für gasförmige Proben. Die Analysevorrichtung 200 ähnelt der oben mit Bezug zur Fig. 1A erläuterten Analysevorrichtung 100, hat jedoch zusätzlich eine in Richtung der Strömung 4 vor dem Einlass 5 angeordnete Gaszuführung für die gasförmige Probe. FIG. 3A shows a schematic representation of a gaseous sample analysis device 200. The analysis apparatus 200 is similar to the analysis apparatus 100 explained above with reference to FIG. 1A, but additionally has a gas supply for the gaseous sample arranged in the direction of the flow 4 in front of the inlet 5.
In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel hat die Gaszuführung eine nichtdargestellte Druckpumpe und einen von der Druckpumpe versorgten, als Glaskapillare ausgeführten Flu- idkanal 7. Mit der Gaszuführung können dem zwischen der Gaszuführung (genauer dem Flu- idkanal 7) und dem Einlass 5 angeordneten Plasmaerzeugungsbereich (1) definierte Mengen von gasförmigen Proben zugeführt werden. In the exemplary embodiment, the gas supply has an unillustrated pressure pump and a fluid duct 7 supplied by the pressure pump and designed as a glass capillary. With the gas supply, the plasma generation region (1) arranged between the gas supply (more precisely the fluid duct 7) and the inlet 5 defined amounts of gaseous samples are supplied.
Fig. 3C zeigt ein mittels der Analysevorrichtung 200 bestimmtes Massenspektrogramm für Umgebungsluft (ohne zugesetzte Analyten), die mit einer Rate von 2 L/min dem Plasmaerzeugung sbereich zugeführt wurde. FIG. 3C shows an ambient air mass spectrogram (without added analytes) determined by analyzer 200, which was applied to the plasma generation region at a rate of 2 L / min.
Das mittels des Massenspektrometers 6 erhaltene Signalmuster ist vergleichbar zu dem in Fig. IB. Das in Fig. 3C gezeigte Spektrogramm wird von protonierten Wasserclustern dominiert, während die Ammonium- Wasser Cluster, sowie 02+ niedrigere Signalintensitäten S aufweisen. Die Entstehung neuer, zusätzlicher reaktiver Spezies (z.B. ΝΟ+, N02+, N03+) ist nicht zu beobachten. The signal pattern obtained by means of the mass spectrometer 6 is comparable to that in FIG. IB. The spectrogram shown in FIG. 3C is dominated by protonated water clusters, while the ammonium-water clusters and 02+ have lower signal intensities S. The emergence of new, additional reactive species (e.g., ΝΟ +, N02 +, N03 +) is not observed.
Für die untersuchten Gase (Druckluft, N2, Ar) konnte bei Verwendung der Gaszuführung eine Erhöhung der Signalintensitäten beobachtet werden, am stärksten bei Druckluft. For the examined gases (compressed air, N2, Ar) an increase of the signal intensities could be observed when using the gas supply, most of all with compressed air.
Fig. 3B zeigt eine schematische Darstellung einer Analysevorrichtung 200' für gasförmige Proben. Die Analysevorrichtung 200' ist ähnlich zur mit Bezug zur Fig. 3A erläuterten Analysevorrichtung 200. Anstelle des einfachen Fluidkanals ist bei der Analysevorrichtung 200' jedoch eine Mischzelle 7c vorgesehen. Aus Platzgründen sind die Laserbestrahlungseinheit und das Massenspektrometer der Analysevorrichtung 200' in Fig. 3B nicht dargestellt. FIG. 3B shows a schematic representation of a gaseous sample analysis device 200 '. The analyzer 200 'is similar to the analyzer 200 described with reference to Figure 3A. Instead of the simple fluid channel, the analyzer has 200 'but provided a mixing cell 7c. For reasons of space, the laser irradiation unit and the mass spectrometer of the analyzer 200 'are not shown in FIG. 3B.
In dem exemplarischen Ausführungsbeispiel ist die Mischzelle 7c im Wesentlichen Y-förmig. Die Mischzelle 7c hat einen ersten Einlas s 71 für die gasförmige Probe und einen zweiten Einlass 72 für ein Prozessgas, die Y-förmig in einen Mischkanal 7' münden, der einen Aus- lass 73 für ein aus der gasförmige Probe und dem Prozessgas gebildetes Mischgas vor dem Plasmaerzeugungsbereich bildet. Die Mischzelle 7c kann aus Glas bestehen, z.B. aus Glaskapillaren gebildet sein. In the exemplary embodiment, the mixing cell 7c is substantially Y-shaped. The mixing cell 7c has a first inlet 71 for the gaseous sample and a second inlet 72 for a process gas, which open in a Y-shape into a mixing channel 7 'which has an outlet 73 for a mixed gas formed from the gaseous sample and the process gas forms in front of the plasma generation area. The mixing cell 7c may be made of glass, e.g. be formed of glass capillaries.
Um gut einstellbare Gasmischungen herstellen zu können, kann eine erste Druckpumpe (nicht dargestellt) zum Pumpen der gasförmigen Probe durch den ersten Einlass 71 und eine zweite Druckpumpe (nicht dargestellt) zum Pumpen des Prozessgases durch den zweiten Einlass 72 vorgesehen sein. In order to produce well adjustable gas mixtures, a first pressure pump (not shown) for pumping the gaseous sample through the first inlet 71 and a second pressure pump (not shown) for pumping the process gas through the second inlet 72 may be provided.
Außerdem kann vorgesehen sein, das Prozessgas über eine Heizzelle für das Prozessgas, eine elektrische Entladungszelle oder eine kombinierte Heiz-Entladungszelle dem zweiten Einlass 72 der Mischzelle 7c zuzuführen. In addition, it can be provided to supply the process gas to the second inlet 72 of the mixing cell 7c via a heating cell for the process gas, an electrical discharge cell or a combined heating discharge cell.
Fig. 4A zeigt eine mittels der mit Bezug zu Fig. 3A erläuterten Analysevorrichtung 200 bestimmtes Massenspektrogramm für ein Gemisch von Luft mit n-Butanol als Analyt. Fig. 4B zeigt ein mittels der mit Bezug zu Fig. 3A erläuterten Analysevorrichtung 200 bestimmtes Massenspektrogramm für ein Gemisch von Luft mit Toluol. In beiden Messungen wurden jedoch jeweils 2 ml des betreffenden Analyten in einen geschlossenen Kolben gegeben, durch den ein Luftstrom geleitet wird. Der Luftstrom ist in der Lage Analytmoleküle mitzureißen und wird anschließend durch den Fluidkanal 7 zum Plasmaerzeugungsbereich und schließlich in das Massenspektrometer 6 überführt. In diesem Ausführungsbeispiel bildet Luft das Trägergas der gasförmigen Probe. FIG. 4A shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device 200 explained with reference to FIG. 3A for a mixture of air with n-butanol as analyte. FIG. 4B shows a mass spectrogram for a mixture of air with toluene determined by means of the analysis device 200 explained with reference to FIG. 3A. In both measurements, however, 2 ml each of the analyte in question was placed in a closed flask through which an air stream is passed. The air stream is able to entrain analyte molecules and is then transferred through the fluid channel 7 to the plasma generation region and finally into the mass spectrometer 6. In this embodiment, air forms the carrier gas of the gaseous sample.
In beiden Fällen sind Signalverstärkungen der jeweiligen betreffenden Analyt-Signale zu beobachten. Analog zum Hintergrund-Spektrogramm (siehe Fig. 1B und Fig. IC) werden im n- Butanol-Spektrogramm in Fig. 4A bevorzugt protonierte Ionen beobachtet. Ammonium- Cluster entstehen dennoch, aber in geringerer Signalintensität. Wie aus Fig. 4B ersichtlich ist, werden für Toluol erneut Radikal-Kationen detektiert; auch hier in höherer Intensität. Fig. 5 zeigt mittels der mit Bezug zu Fig. 3A erläuterten Analysevorrichtung 200 bestimmte Ionenchronogramme für gasförmige Proben mit n-Butanol als Analyten. Dazu wurde n- Butanol in einen geschlossenen Kolben gegeben, durch den anschließend ein Gasstrom geleitet wurde. Bei dem Gasstrom handelte es sich um Ar (obere Teilfigur A), Stickstoff (mittlere Teilfigur B) und Druckluft (untere Teilfigur C). Der jeweilige Gasstrom ist in der Lage Ana- lytmoleküle mitzureißen. Die gebildete gasförmige Probe wurde anschließend durch den Flu- idkanal 7 zum Plasmaerzeugungsbereich und schließlich in das Massenspektrometer überführt. In both cases signal amplifications of the respective analyte signals concerned can be observed. Analogously to the background spectrogram (see FIG. 1B and FIG. 1C), protonated ions are preferably observed in the n-butanol spectrogram in FIG. 4A. Nevertheless, ammonium clusters are formed, but in lower signal intensity. As can be seen in Figure 4B, radical cations are again detected for toluene; also here in higher intensity. FIG. 5 shows by means of the analysis device 200 explained with reference to FIG. 3A certain ion chromatograms for gaseous samples with n-butanol as analyte. For this purpose, n-butanol was added to a closed flask through which a gas stream was subsequently passed. The gas flow was Ar (upper part A), nitrogen (middle part B) and compressed air (lower part C). The respective gas stream is able to entrain analyte molecules. The gaseous sample formed was then transferred through the fluid channel 7 to the plasma generation area and finally into the mass spectrometer.
Gezeigt sind jeweils erhaltene Ionenchronogramme für das protonierte n-Butanol-Trimer. Dargestellt wird jeweils die Anzahl I der pro Zeit t detektierten Ionen in relativen Einheiten. Shown in each case are obtained ion chromatograms for the protonated n-butanol trimer. The number I of ions detected per time t is shown in relative units.
Dabei wurde die Flussrate Q des Gasstroms in Intervallen von jeweils 60 s variiert. Der Laser erzeugt nur im durch die Pfeile markierten Zeitbereich Plasmen in der strömenden gasförmigen Probe. The flow rate Q of the gas flow was varied at intervals of 60 s in each case. The laser generates plasmas in the flowing gaseous sample only in the time range marked by the arrows.
Die Messung startete mit einer Flussrate von 2 L/min, aber ohne gezündetem Plasma (Laser aus). Es wurden keine Ionen detektiert. Ab t=60 s wurde das Plasma mit dem Laser gezündet und bereits direkt danach der Analyt detektiert. Eine Signalerhöhung zeigte sich auch hier in Abhängigkeit des gewählten Trägergases (am höchsten für Druckluft, am niedrigsten für Ar). Mit abnehmender Flussrate Q sinkt die Anzahl der extrahierten Analytionen wieder. The measurement started with a flow rate of 2 L / min, but without ignited plasma (laser off). No ions were detected. From t = 60 s, the plasma was ignited with the laser and immediately after the analyte was detected. An increase in signal was also shown here depending on the selected carrier gas (highest for compressed air, lowest for Ar). As the flow rate Q decreases, the number of extracted analyte ions decreases again.
Fig. 6A zeigt eine schematische Darstellung einer Analysevorrichtung 300 für gasförmige Proben 300. Die Analysevorrichtung 300 ist ähnlich zur oben mit Bezug zur Fig. 3A erläuterten Analysevorrichtung 200 und weist ebenfalls eine Gaszuführung 7b auf. Die Gaszuführung 7b kann wie die Gaszuführung 7 der oben erläuterten Analysevorrichtung 200 ausgeführt sein, mündet jedoch in eine Plasmazelle 8, in der das Plasma von der Laserstrahlung gezündet werden kann. 6A shows a schematic representation of an analysis device 300 for gaseous samples 300. The analysis device 300 is similar to the analysis device 200 explained above with reference to FIG. 3A and also has a gas feed 7b. The gas feed 7b may be designed like the gas feed 7 of the above-explained analysis device 200, but ends in a plasma cell 8, in which the plasma can be ignited by the laser radiation.
Das Plasma 1 wird in diesen Ausführungsbeispiel vom Laser 30 im Betrieb nicht in einer freien Gasströmung gezündet sondern in einer Gasströmung 4, die einen Raum durchströmt, der in zur Strömungsrichtung (Pfeile) senkrechten, radialen Richtung begrenzt ist, z.B. durch eine rohrförmige Wand 81 der Plasmazelle 8, typischerweise eine Glaswand. Durch die Plasmazelle 8 wird somit der mit dem fokussierten Laserstrahl Γ bestrahlbare Plasmaerzeugungsbereich in radialen Richtungen der Gasströmung 4 begrenzt. The plasma 1 is ignited in this embodiment by the laser 30 in operation not in a free gas flow but in a gas flow 4, which flows through a space which is bounded in the flow direction (arrows), radial direction, for example by a tubular wall 81 of Plasma cell 8, typically a glass wall. By means of the plasma cell 8, the plasma generation region which can be irradiated with the focused laser beam Γ is thus delimited in radial directions of the gas flow 4.
Dieser Aufbau kann sowohl zu einer weiteren Signalerhöhung der Analytsignale für die Mo- lekül-MS verwendet werden, als auch durch gezielte Verwendung eines angeregten Trägergases zu einer Erhöhung der Zerlegung des Analyten in (Element-)Ionen beitragen und somit für die Element-MS genutzt werden. This structure can be used both for a further signal increase of the analyte signals for the molecular MS, as well as contribute to an increase of the decomposition of the analyte into (element) ions by targeted use of an excited carrier gas and thus used for the element MS become.
Außerdem ist zwischen der Plasmazelle 8 und dem Einlass 5 eine diese verbindende fluidische Verbindung 7 vorgesehen. Durch die fluidische Verbindung 7 können Verluste der plasmabehandelten gasförmigen Probe zumindest weitgehend vermieden und damit die Auflösungsgrenze der Analysevorrichtung 300 für Analyten verbessert werden. Die fluidische Verbindung 7 kann bspw. eine Schlauchverbindung oder eine Glaskapillare sein. In addition, between the plasma cell 8 and the inlet 5 a connecting this fluid connection 7 is provided. Losses of the plasma-treated gaseous sample can be at least largely avoided by the fluidic connection 7 and thus the resolution limit of the analyzer 300 for analytes can be improved. The fluidic connection 7 may, for example, be a hose connection or a glass capillary.
Fig. 6B zeigt eine schematische Darstellung einer Analysevorrichtung 400 für gasförmige Proben. Die Analysevorrichtung 400 ist ähnlich zur oben mit Bezug zur Fig. 6A erläuterten Analysevorrichtung 300, hat jedoch eine Mischzelle 7c, wie sie oben mit Bezug zur Fig. 3B erläutert wurde, deren Auslass 73 in die Plasmakammer 8 mündet. FIG. 6B shows a schematic illustration of an analysis device 400 for gaseous samples. The analyzer 400 is similar to the analyzer 300 discussed above with respect to FIG. 6A, but has a mixing cell 7c, as discussed above with respect to FIG. 3B, whose outlet 73 opens into the plasma chamber 8.
Fig. 7A zeigt ein mittels der mit Bezug zur Fig. 6A erläuterten Analysevorrichtung 200 bestimmtes Massenspektrogramm für mit einer Pumprate von 2 L/min zugeführte Druckluft (ohne zugesetzte Analyte). FIG. 7A shows a mass spectrogram determined by means of the analyzer 200 described with reference to FIG. 6A for compressed air supplied at a pump rate of 2 L / min (without added analytes).
Im Vergleich zur Fig. 3C kann durch die Plasmakammer 8 eine noch höhere Signalverstärkung erzielt werden. Die Zusammensetzung der reaktiven Spezies bleibt erneut unverändert. In comparison to FIG. 3C, an even higher signal amplification can be achieved by the plasma chamber 8. The composition of the reactive species remains unchanged.
Fig. 7B zeigt ein mittels der mit Bezug zur Fig. 6A erläuterten Analysevorrichtung 200 bestimmtes Massenspektrogramm für eine mit einer Pumprate von 2 L/min zugeführte gasförmige Probe mit Luft als Trägergas und n-Butanol als Analyten. FIG. 7B shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device 200 explained with reference to FIG. 6A for a gaseous sample supplied with a pumping rate of 2 L / min with air as carrier gas and n-butanol as analyte.
Auch für diese gasförmige Probe konnten höhere Messsignale bestimmt werden, als für Messungen ohne Plasmakammer (siehe Fig. 2A und Fig. 4A). Mit Bezug zu den Figuren 8A, 8B wird der Einf uss einer (elektronischen) Anregung des zugeführten Prozessgases auf das zu erwartende Signalmuster im Spektrogramm erläutert. Higher measurement signals could also be determined for this gaseous sample than for measurements without a plasma chamber (see FIGS. 2A and 4A). With reference to FIGS. 8A, 8B, the influence of an (electronic) excitation of the supplied process gas on the expected signal pattern in the spectrogram is explained.
Dabei zeigt Fig. 8A ein mittels der mit Bezug zur Fig. 3B erläuterten Analysevorrichtung 200' bestimmtes Massenspektrogramm für Luft, und Fig. 8B ein mittels der mit Bezug zur Fig. 3B erläuterten Analysevorrichtung 200' bestimmtes Massenspektrogramm wobei der Luft in der Mischzelle elektronisch über eine Entladungszelle angeregtes Helium zugemischt wurde. FIG. 8A shows a mass spectrogram for air determined by means of the analysis device 200 'explained with reference to FIG. 3B, and FIG. 8B shows a mass spectrogram determined by means of the analysis device 200' explained with reference to FIG. 3B wherein the air in the mixing cell is transmitted electronically a discharge cell of stimulated helium was added.
Fig. 8A zeigt das typische bekannte Signalverhalten im Massenspektrogramm der Umgebungsluft. Insbesondere ist die Entstehung der zu erwartenden protonierten Wassercluster, Ammonium-Wasser-Cluster, sowie des 02+-Ionen zu beobachten. Fig. 8A shows the typical known signal behavior in the mass spectrogram of ambient air. In particular, the emergence of the expected protonated water clusters, ammonium-water clusters, as well as the 02 + ions can be observed.
Wie aus Fig. 8B ersichtlich ist, wird durch Zumischen elektronisch angeregten Heliums die in 8A detektierten Spezies nicht mehr detektiert. Stattdessen werden Signale im unteren Massenbereich detektiert für z.B. (m/z = 14) N+, (m/z = 16) 0+, (m/z = 28) N2+. As can be seen from Fig. 8B, by mixing electronically excited helium, the species detected in Fig. 8A is no longer detected. Instead, signals in the lower mass range are detected for e.g. (m / z = 14) N +, (m / z = 16) 0+, (m / z = 28) N2 +.
Unter Verwendung der Kombination aus einem angeregten Trägergases (He) und dem darin gezündeten Plasma kann mit den verwendeten Strömungs- und Laserparametern eine Atomi- sierung und anschließende Ionisierung von Analyten beobachtet für die Element- Massenspektrometrie beobachtet werden. Dementsprechend können die in der Umgebungsluft enthaltenen Stickstoff- und Sauerstoffmoleküle als N+, bzw. 0+ -Ionen detektiert werden. Ein analoges Verhalten ist für andere Analyten zu erwarten. Using the combination of an excited carrier gas (He) and the plasma ignited therein, atomization and subsequent ionization of analytes observed for element mass spectrometry can be observed with the flow and laser parameters used. Accordingly, the nitrogen and oxygen molecules contained in the ambient air can be detected as N + and 0+ ions, respectively. An analogous behavior is to be expected for other analytes.
Im Folgenden werden Verfahren zur Analyse gasförmiger Proben erläutert, die mit den oben erläuterten Analysevorrichtungen ausgeführt werden können. Hereinafter, methods for analyzing gaseous samples which can be carried out with the above-mentioned analyzers will be explained.
Dabei zeigt Fig. 9A ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1000 zur Analyse gasförmiger Proben. 9A shows a flow chart of a method 1000 for analyzing gaseous samples.
In einem Block 1100 wird eine in einen Massenspektrometer führende Strömung einer gasförmigen Probe erzeugt.  In a block 1100, a flow of gaseous sample into a mass spectrometer is generated.
Danach oder mit dem Erzeugen der Strömung wird in einem Block 1200 mit einem Laser vor dem Massenspektrometer ein Plasma direkt in der Strömung gezündet. Zum Zünden des Plasmas wir ein typischerweise ein fokussierter, noch typischerweise ein fokussierter, gepulster Laserstrahl verwendet, insbesondere mit einer Pulsrate, die in einem Bereich von 50 Hz bis 1 MHz liegt. Die Puls Spitzenleistung des Laserstrahls liegt typischerweise oberhalb von 10 kW und kann bspw. bis zu 1 MW betragen. Thereafter, or with the generation of the flow, a plasma is ignited directly in the flow in a block 1200 with a laser in front of the mass spectrometer. To ignite the plasma we typically use a focused, still typically focused, pulsed laser beam, in particular at a pulse rate that is in a range of 50 Hz to 1 MHz. The pulse peak power of the laser beam is typically above 10 kW and may be, for example, up to 1 MW.
Das Plasma kann in einer freien Strömung oder in einer von der Strömung durchströmten Plasmakammer erfolgen, wobei die Strömung von seitlichen Wänden der Plasmakammer typischerweise beabstandet ist. Der Abstand der Strömung zu den seitlichen Wänden der Plasmakammer in zur Strömungsrichtung senkrechten Richtungen liegt typischerweise in einem Bereich von etwa 2 mm bis etwa 10 mm. The plasma may be in a free flow or in a flow-through plasma chamber, with the flow typically being spaced from lateral walls of the plasma chamber. The distance of the flow to the lateral walls of the plasma chamber in directions perpendicular to the flow direction is typically in a range of about 2 mm to about 10 mm.
Außerdem kann das Plasma in einem die Analyten aufweisenden Trägergas oder einer Mischung des Trägergases mit einem inerten Prozessgas gezündet werden. In addition, the plasma can be ignited in an analyte comprising the carrier gas or a mixture of the carrier gas with an inert process gas.
Dabei kann vorgesehen sein, das Trägergas vor dem Block 1200 mit einem aktivierten Prozessgas zu vermischen. It may be provided to mix the carrier gas before the block 1200 with an activated process gas.
In einem Block 1400 kann schließlich die laserbehandelte Strömung massenspektroskopisch untersucht werden, insbesondere auf durch das Plasma erzeugten Ionen. Finally, in a block 1400, the laser-treated flow can be examined by mass spectroscopy, in particular on ions generated by the plasma.
Fig. 9B zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens 1000' zur Analyse gasförmigen Proben. 9B shows a flow chart of a method 1000 'for analyzing gaseous samples.
In einem Block 1200' wird mit einem Laser ein Plasma in einer Gasströmung erzeugt. Die Erzeugung des Plasma im Block 1200' kann dabei so erfolgen, wie es oben für den Block 1200 erläutert wurde. In a block 1200 ', a plasma is generated in a gas flow with a laser. The generation of the plasma in block 1200 'can be carried out as explained above for block 1200.
Vor Block 1200', kann in einem Block 1100' die vermutlich Analyten aufweisenden Gasströmung erzeugt werden. Prior to block 1200 ', in a block 1100', the gas flow likely to be analytes may be generated.
Nach dem Erzeugen des Plasmas in der Gasströmung, kann die Gasströmung in einem Block 1300' in ein Massenspektrometer überführt werden. Schließlich kann die Strömung in einem Block 1400' im Massenspektrometer untersucht werden und dabei eine Detektion in der ursprünglichen Gas Strömung vorhandener Analyten erfolgen. After generating the plasma in the gas flow, the gas flow may be transferred to a mass spectrometer in a block 1300 '. Finally, the flow may be assayed in a block 1400 'in the mass spectrometer, with detection in the original gas flow of existing analytes.
Mit den hierin beschriebenen Verfahren können gasgetragene, insbesondere luftgetragene Analyten in Form von Molekülen in der Gasphase oder in Form von flüssigen oder festen Partikeln als Aerosol in Elementionen einfach und zuverlässig überführt werden. Diese Überführung kann unter Atmosphärendruck stattfinden. Die Erzeugung von Elementionen kann einer nachgeschalteten, massenspektrometrischen Auftrennung/Detektion zur qualitativen und quantitativen Elementbestimmung des untersuchten Analyten dienen. With the methods described herein, gas-borne, in particular airborne analytes in the form of molecules in the gas phase or in the form of liquid or solid particles as an aerosol can be easily and reliably converted into elemental ions. This transfer can take place under atmospheric pressure. The generation of elemental ions can be used for downstream, mass spectrometric separation / detection for the qualitative and quantitative element determination of the analyte under investigation.
Die Atomisierung und/oder Ionisation erfolgt durch ein laserinduziertes, heißes Plasma, welches im Gas gezündet wird. Eine direkte Wechselwirkung des Lasers mit den Analyten (Moleküle, Aerosolpartikel) ist nicht erforderlich. Da sich gasgetragene Analyten oft sehr schnell durch den Laserfokus bewegen, können diese Analyten von anderen Techniken, die auf einer direkten Wechselwirkung basieren jedenfalls dann nicht detektiert werden, wenn sie das Fokusvolumen zeitlich zwischen zwei Laserpulsen durchqueren. Mit den hierin beschriebenen Verfahren und Vorrichtungen können in Gasen vorhandene Analyten daher besonders empfindlich nachgewiesen werden. The atomization and / or ionization is carried out by a laser-induced, hot plasma, which is ignited in the gas. Direct interaction of the laser with the analytes (molecules, aerosol particles) is not required. Since gas-borne analytes often move very fast through the laser focus, these analytes can not be detected by other techniques based on a direct interaction, at least if they cross the focus volume in time between two laser pulses. With the methods and devices described herein, analytes present in gases can therefore be detected particularly sensitively.
Je nach verwendeten Parametern (Strömungsparameter, Laserparameter) wird entweder Element- oder Molekülspektrometrie für gasförmige Proben ermöglicht. Depending on the parameters used (flow parameters, laser parameters) either elemental or molecular spectrometry for gaseous samples is possible.
Das laserinduzierte Plasma besitzt einen heißen Kern, der für Analyten aber auf Grund von Interaktionen mit der Umgebungsluft, sowie der Entstehung von Schockwellen zumindest teilweise abgeschirmt sein kann. The laser-induced plasma has a hot core, which may be at least partially shielded for analytes due to interactions with the ambient air, as well as the formation of shockwaves.
Am Rand des Plasmas entstehen reaktive Spezies (z.B. protonierte Wassercluster, Ammoni- um-Wasser-Cluster, 02+ -Ionen), die eine Ionisierung eines Analyten hervorrufen können durch eine entsprechende Interaktion mit einem Analyten. At the periphery of the plasma, reactive species (e.g., protonated water clusters, ammonium-water clusters, O 2+ ions) are formed, which can cause ionization of an analyte by interaction with an analyte.
Wenn der Analyt den heißen Kern des Plasmas nicht erreicht, findet typischerweise keine Atomisierung des Analyten und anschließende Ionisierung, sondern eine für die Molekülspektrometrie geeignete Ionisierung statt. Bei Verwendung eines thermisch und/oder elektronisch angeregten Trägergasstroms (was z.B. durch Zumischen eines angeregten Prozessgases zur gasförmigen Probe oder auch durch Anregen der gasförmigen Probe erfolgen kann), war auch bei den verwendeten Laserparametern (Wellenlänge: λ = 532 nm, Repetitionsrate: 26 kHz, Durchschnittsleistung: 15W, Pulsbreite: 6 ns) genug Energie im System vorhanden, um im Durchfluss die entsprechenden Bindungen in die Molekülen aufzubrechen, sodass eine Atomisierung stattfindet und eine entsprechende Ionisierung dieser Atome. Die entstehenden Ionen können im Massenspektrometer untersucht werden (Elementspektrometrie). If the analyte does not reach the hot core of the plasma, typically there is no atomization of the analyte followed by ionization but ionization suitable for molecular spectrometry. When using a thermally and / or electronically excited carrier gas stream (which can be done, for example, by admixing an excited process gas to the gaseous sample or by exciting the gaseous sample), was also in the laser parameters used (wavelength: λ = 532 nm, repetition rate: 26 kHz , Average power: 15W, pulse width: 6 ns) has enough energy in the system to break through the corresponding bonds into the molecules, thus causing atomization and corresponding ionization of these atoms. The resulting ions can be analyzed in the mass spectrometer (element spectrometry).
Gemäß einer Ausführungsform weist ein Analysevorrichtung ein Massenspektrometer aufweisend einen Messraum und einen in den Messraum führenden Einlass, eine Vorrichtung zum Erzeugen einer Strömung einer gasförmigen Probe durch den Einlass in den Messraum und eine Laserbestrahlungseinheit auf, wobei die Laserbestrahlungseinheit eingerichtet ist, mit einem Laserstrahl in der Strömung vor den Einlass ein Plasma zum zumindest teil weisen Ionisieren der gasförmigen Probe zu zünden. According to one embodiment, an analysis device comprises a mass spectrometer comprising a measurement space and an inlet leading into the measurement space, a device for generating a flow of a gaseous sample through the inlet into the measurement space and a laser irradiation unit, the laser irradiation unit being set up with a laser beam in the Flow upstream of the inlet to ignite a plasma for at least partially ionizing the gaseous sample.
Dabei kann die Vorrichtung zum Erzeugen der Strömung von dem Massenspektrometer zumindest teilweise bereitgestellt werden und/oder eine oder zwei externe Druckpumpe aufweisen. In this case, the device for generating the flow can be provided at least partially by the mass spectrometer and / or can have one or two external pressure pumps.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen erläutert. Diese Ausführungsbeispiele sollten keinesfalls als einschränkend für die vorliegende Erfindung verstanden werden. Die nachfolgenden Ansprüche stellen einen ersten, nicht bindenden Versuch dar, die Erfindung allgemein zu definieren. The present invention has been explained with reference to exemplary embodiments. These embodiments should by no means be construed as limiting the present invention. The following claims are a first, non-binding attempt to broadly define the invention.

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Analysevorrichtung (100 - 400) für eine gasförmige Probe, umfassend: An analyzer (100-400) for a gaseous sample, comprising:
- ein Massenspektrometer (6) aufweisend einen Messraum und einen in den Messraum führenden Einlass (5); und  - A mass spectrometer (6) comprising a measuring space and an inlet leading into the measuring space (5); and
- eine Laserbestrahlungseinheit (30, 3),  a laser irradiation unit (30, 3),
wobei die Analysenvorrichtung eingerichtet ist, die gasförmige Probe mittels einer die gasförmige Probe umfassenden Strömung (4) zu dem Einlass (5) zu befördern, und wobei die Laserbestrahlungseinheit (30, 3) eingerichtet ist, mit einem Laserstrahl (2') in der Strömung (4) vor den Einlass (5) ein Plasma (1) zum zumindest teilweisen Ionisieren der gasförmigen Probe zu zünden.  wherein the analyzing device is arranged to convey the gaseous sample to the inlet (5) by means of a flow (4) comprising the gaseous sample, and wherein the laser irradiation unit (30, 3) is arranged with a laser beam (2 ') in the flow (4) in front of the inlet (5) to ignite a plasma (1) for at least partially ionizing the gaseous sample.
2. Analysevorrichtung (100 - 400) nach Anspruch 1, wobei die Laserbestrahlungseinheit (30, 3) einen Laser (30) und/oder eine Fokussieroptik (3) aufweist, wobei die Laserbestrahlungseinheit (30, 3) eingerichtet ist, das Plasma (1) in einem Trägergas der gasförmigen Probe zu zünden, wobei die Laserbestrahlungseinheit (30, 3) eingerichtet ist, das Plasma (1) in einer Mischung des Trägergases mit einem Prozessgas zuzünden, und/oder wobei die gasförmige Probe mit dem Trägergas vermischte gasförmige Analyten und/oder im Trägergas dispergierte Aerosolpartikel aufweist. 2. Analysis device (100-400) according to claim 1, wherein the laser irradiation unit (30, 3) comprises a laser (30) and / or a focusing optic (3), wherein the laser irradiation unit (30, 3) is arranged, the plasma (1 ) in a carrier gas of the gaseous sample, wherein the laser irradiation unit (30, 3) is arranged to ignite the plasma (1) in a mixture of the carrier gas with a process gas, and / or wherein the gaseous sample mixed with the carrier gas gaseous analytes and / or in the carrier gas dispersed aerosol particles.
3. Analysevorrichtung (100 - 400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Laserstrahl ein gepulster Laserstrahl ist, insbesondere mit einer Pulsrate, die in einem Bereich von 50 Hz bis 1 MHz liegt, und/oder wobei der Laserstrahl eine Pulsspitzenleistung von mindestens 10 kW aufweist. 3. Analysis device (100-400) according to one of the preceding claims, wherein the laser beam is a pulsed laser beam, in particular with a pulse rate which lies in a range of 50 Hz to 1 MHz, and / or wherein the laser beam has a pulse peak power of at least 10th kW.
4. Analysevorrichtung (100 - 400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, weiter umfassend eine in eine Richtung der Strömung (4) vor dem Einlass (5) angeordnete Gaszuführung (7, 7b, 7c). 4. Analysis device (100-400) according to one of the preceding claims, further comprising a gas supply (7, 7b, 7c) arranged in a direction of the flow (4) in front of the inlet (5).
5. Analysevorrichtung (100 - 400) nach Anspruch 4, wobei die Gaszuführung (7, 7b, 7c) einen Fluidkanal (7), eine Mischzelle (7c), die einen ersten Einlass (71) für die gasförmige Probe, einen zweiten Einlass (72) für ein Prozessgas, und einen Aus- lass (73) für ein aus der gasförmige Probe und dem Prozessgas gebildetes Mischgas aufweist, eine erste Druckpumpe zum Pumpen der gasförmigen Probe durch den Fluidkanal (7) oder den ersten Einlass (71), und/oder eine zweite Druckpumpe zum Pumpen des Prozessgases durch den zweiten Einlass (72) umfasst. The analysis device (100-400) according to claim 4, wherein the gas supply (7, 7b, 7c) comprises a fluid channel (7), a mixing cell (7c) having a first inlet (71) for the gaseous sample, a second inlet (7). 72) for a process gas, and an outlet (73) for a mixed gas formed from the gaseous sample and the process gas, a first pressure pump for pumping the gaseous sample through the fluid passage (7) or the first inlet (71), and or a second pressure pump for pumping the process gas through the second inlet (72).
6. Analysevorrichtung (100 - 400) nach Anspruch 4 oder 5, weiter umfassend: 6. An analysis device (100-400) according to claim 4 or 5, further comprising:
- eine fluidisch mit der Gaszuführung (7, 7b, 7c) und dem Einlass (5) verbundene Plasmazelle (8), wobei die Laserbestrahlungseinheit (30, 3) den Laserstrahl (2') in einen Innenraum der Plasmazelle (8) einkoppeln und/oder fokussieren kann, wobei die Plamazelle (8) in einer zur Richtung der Strömung (4) senkrechten, radialen Richtung einen größeren Innendurchmesser als die Mischzelle (7c) aufweist, wobei die Plamazelle (8) so von der Strömung (4) durchströmbar ist, dass die Strömung (4) in der radialen Richtung von einer Wand (81) der Plamazelle (8) beabstandet ist, wobei die Wand (81) rohrförmig ist, und/oder wobei die Wand (81) aus Glas besteht;  a plasma cell (8) connected fluidically to the gas supply (7, 7b, 7c) and the inlet (5), the laser irradiation unit (30, 3) coupling the laser beam (2 ') into an interior of the plasma cell (8) and / or in which the plasma cell (8) has a larger internal diameter than the mixing cell (7c) in a radial direction perpendicular to the direction of the flow (4), whereby the plasma cell (8) can be flowed through by the flow (4). that the flow (4) is spaced in the radial direction from a wall (81) of the plamaceous cell (8), the wall (81) being tubular, and / or the wall (81) being made of glass;
- eine vor der Mischzelle (7c) angeordnete Heizzelle für das Prozessgas; und/oder  - A front of the mixing cell (7c) arranged heating cell for the process gas; and or
- eine vor der Mischzelle (7c) angeordnete Entladungszelle für das Prozessgas.  - A front of the mixing cell (7c) arranged discharge cell for the process gas.
7. Analysevorrichtung (100 - 400) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Einlass (5) des Massenspektrometers (6) eine Düse ist, wobei sich ein Innenquerschnitt des Einlasses (5) des Massenspektrometers (6) zum Messraum hin zumindest abschnittsweise vergrößert, wobei das Massenspektrometer (6) ein Flugzeitmas sen- spektrometer ist, wobei das Massenspektrometer (6) eine mit dem Messraum fluidisch verbundene Saugpumpe aufweist, und/oder wobei das Massenspektrometer (6) eingerichtet ist, die gasförmige Probe durch den Einlass (5) in den Messraum einzusaugen, und/oder eine Strömungsrate der Strömung (4) zu verändern. 7. Analysis device (100-400) according to one of the preceding claims, wherein the inlet (5) of the mass spectrometer (6) is a nozzle, wherein an internal cross section of the inlet (5) of the mass spectrometer (6) increases at least in sections, wherein the mass spectrometer (6) is a time-of-flight mass spectrometer, the mass spectrometer (6) having a suction pump fluidly connected to the measurement space, and / or the mass spectrometer (6) being arranged to inject the gaseous sample through the inlet (5) to suck in the measuring space, and / or to change a flow rate of the flow (4).
8. Verfahren (1000, 1000') zur Analyse einer gasförmigen Probe, umfassend: 8. A method (1000, 1000 ') for analyzing a gaseous sample, comprising:
- Erzeugen einer in ein Massenspektrometer (6) führenden Strömung (4), die die gasförmige Probe umfasst; und  - generating a flow (4) leading into a mass spectrometer (6), which comprises the gaseous sample; and
- Zünden eines Plasmas (1) in der Strömung (4) mit einem Laserstrahl (2').  - Igniting a plasma (1) in the flow (4) with a laser beam (2 ').
9. Verfahren (1000, 1000') nach Anspruch 8, weiter umfassend The method (1000, 1000 ') of claim 8, further comprising
- Mischen der gasförmigen Probe mit einem Prozessgas vor dem Zünden des Plasmas (1). - Mixing the gaseous sample with a process gas before igniting the plasma (1).
10. Verfahren (1000, 1000') nach Anspruch 9, weiter umfassend - Thermisches und/oder elektronisches Anregen des Prozessgases vor dem Mischen. 10. A method (1000, 1000 ') according to claim 9, further comprising - Thermal and / or electronic excitation of the process gas before mixing.
11. Verfahren(1000, 1000') nach einem der Ansprüche 8 bis 10, nach dem Zünden des Plasmas (1) weiter umfassend: 11. A method (1000, 1000 ') according to any one of claims 8 to 10, after ignition of the plasma (1) further comprising:
- Untersuchen der Strömung (4) im Massenspektrometer (6); und/oder - Examining the flow (4) in the mass spectrometer (6); and or
- Detektion eines Analyten. - Detection of an analyte.
12. Verfahren (1000, 1000') nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei eine Temperatur des Plasmas (1) über 1000°K liegt. 12. A method (1000, 1000 ') according to any one of claims 8 to 11, wherein a temperature of the plasma (1) is above 1000 ° K.
13. Verfahren (1000, 1000') nach einem der Ansprüche 8 bis 12, wobei die gasförmige Probe ein Trägergas und einen Analyten aufweist, wobei der Analyt im Trägergas dispergiert ist, wobei der Analyt mit dem Trägergas vermischt ist, wobei das Plasma (1) in dem Trägergas, dem Prozessgas und/oder einer Mischung des Trägergases mit dem Prozessgas gezündet wird, wobei das Plasma vor einem Einlass (5) des Massen- spektrometers (6) gezündet wird, wobei das Plasma in einer von der Strömung (4) durchströmten Plasmazelle (8) gezündet wird, die fluidisch mit dem Einlass (5) verbunden ist, und/oder wobei das Zünden des Plasmas (1) mit dem Laserstrahl (2, 2') repetitiv und/oder kontaktlos erfolgt. 13. The method (1000, 1000 ') according to any one of claims 8 to 12, wherein the gaseous sample comprises a carrier gas and an analyte, wherein the analyte is dispersed in the carrier gas, wherein the analyte is mixed with the carrier gas, wherein the plasma (1 ) is ignited in the carrier gas, the process gas and / or a mixture of the carrier gas with the process gas, wherein the plasma in front of an inlet (5) of the mass spectrometer (6) is ignited, wherein the plasma in one of the flow (4). flowed through plasma cell (8) is ignited, which is fluidically connected to the inlet (5), and / or wherein the ignition of the plasma (1) with the laser beam (2, 2 ') is repetitive and / or contactless.
14. Verfahren (1000, 1000') nach Anspruch 13, wobei durch das Plasma (1) eine zumindest teilweise Atomisierung und/oder eine zumindest teilweise Ionisation des Analyten und/oder bei der Atomisierung entstehender Atome erfolgt. 14. Method (1000, 1000 ') according to claim 13, wherein at least partial atomization and / or at least partial ionization of the analyte and / or atoms formed during atomization occur by the plasma (1).
15. Verwendung eines gepulsten Lasers (30) zum Zünden eines Plasmas (1) in einem Trägergas einer gasförmigen Probe, die mit dem Trägergas vermischte gasförmige Analyten und/oder im Trägergas dispergierte Aerosolpartikel aufweist, bevor die gasförmige Probe in einem Massenspektrometer (6) untersucht wird. 15. Use of a pulsed laser (30) for igniting a plasma (1) in a carrier gas of a gaseous sample comprising gaseous analytes mixed with the carrier gas and / or aerosol particles dispersed in the carrier gas before the gaseous sample is analyzed in a mass spectrometer (6) becomes.
EP17746047.4A 2016-07-26 2017-07-25 Analysis device for gaseous samples and method for verification of analytes in a gas Withdrawn EP3491660A1 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102016113771.5A DE102016113771B4 (en) 2016-07-26 2016-07-26 Gaseous sample analysis apparatus and method for detecting analytes in a gas
PCT/EP2017/068778 WO2018019837A1 (en) 2016-07-26 2017-07-25 Analysis device for gaseous samples and method for verification of analytes in a gas

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP3491660A1 true EP3491660A1 (en) 2019-06-05

Family

ID=59501421

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP17746047.4A Withdrawn EP3491660A1 (en) 2016-07-26 2017-07-25 Analysis device for gaseous samples and method for verification of analytes in a gas

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10804092B2 (en)
EP (1) EP3491660A1 (en)
DE (1) DE102016113771B4 (en)
WO (1) WO2018019837A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3990906A4 (en) * 2019-06-29 2023-07-26 Zeteo Tech, Inc. Methods and systems for detecting aerosol particles without using complex organic maldi matrices

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2177507B (en) * 1985-06-13 1989-02-15 Mitsubishi Electric Corp Laser mass spectroscopic analyzer
JP2564404B2 (en) * 1989-09-20 1996-12-18 株式会社日立製作所 Mass spectrometry
EP0860859A1 (en) * 1996-08-29 1998-08-26 Nkk Corporation Laser ionization mass spectroscope and mass spectrometric analysis method
DE19820626C2 (en) * 1998-05-08 2000-09-07 Deutsch Zentr Luft & Raumfahrt Method and device for the detection of sample molecules
SG99872A1 (en) * 1999-10-26 2003-11-27 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Method and apparatus for laser analysis of dioxins
DE10002970B4 (en) * 2000-01-25 2004-09-16 Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh Device for analyzing elements contained in droplet-shaped liquid samples
EP1726945A4 (en) * 2004-03-16 2008-07-16 Idx Technologies Kk Laser ionization mass spectroscope
GB2434250B (en) * 2005-05-24 2010-11-10 Bruker Daltonik Gmbh Method and device for mass spectrometry examination of analytes
DE102005039269B4 (en) * 2005-08-19 2011-04-14 Helmholtz Zentrum München Deutsches Forschungszentrum Für Gesundheit Und Umwelt (Gmbh) Method and apparatus for the mass spectrometric detection of compounds
JP4906403B2 (en) * 2006-05-24 2012-03-28 新日本製鐵株式会社 Jet-REMPI system for gas analysis
WO2011006156A2 (en) * 2009-07-10 2011-01-13 University Of Florida Research Foundation, Inc. Method and apparatus to laser ablation-laser induced breakdown spectroscopy
GB2498173C (en) * 2011-12-12 2018-06-27 Thermo Fisher Scient Bremen Gmbh Mass spectrometer vacuum interface method and apparatus

Also Published As

Publication number Publication date
DE102016113771B4 (en) 2019-11-07
US20190267225A1 (en) 2019-08-29
US10804092B2 (en) 2020-10-13
WO2018019837A1 (en) 2018-02-01
DE102016113771A1 (en) 2018-02-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102013114421B4 (en) Gas analysis device and method for gas analysis
US20170162358A1 (en) Means of Introducing an Analyte into Liquid Sampling Atmospheric Pressure Glow Discharge
EP1166328B1 (en) Gas inlet for producing a directional and cooled gas jet
DE102006050136B4 (en) Method and device for generating positive and / or negative ionized gas analytes for gas analysis
DE112008003547T5 (en) Sample excitation device and method for spectroscopic analysis
WO2005117062A2 (en) Method and device for mass spectrometry examination of analytes
DE102017205545A1 (en) PROBE RADIATOR WITH ADJUSTABLE LINE AND RELATED METHODS
EP3639289A2 (en) Apparatus and method for ionizing an analyte, and apparatus and method for analysing an ionized analyte
DE102018216623A1 (en) Mass spectrometer and method for mass spectrometric analysis of a gas
EP3717892B1 (en) Spark emission spectrometer and method for operating same
DE102016113771B4 (en) Gaseous sample analysis apparatus and method for detecting analytes in a gas
DE3224801A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR PRODUCING MOLECULAR RAYS CONTAINING LARGE, THERMALLY UNSTABLE MOLECULES
DE112004002755T5 (en) Ionization process by cluster ion bombardment and apparatus therefor
DE102018112349B4 (en) 2Analysis device and method for the analysis of substances by ion mobility spectrometry
DE102013009177B4 (en) Skimmertyp connection structure
DE10044655A1 (en) Ion source using UV/VUV light for ionisation has light source provided with electron gun separated by membrane from gas space in which light is generated by electron beam
DE102005005333B4 (en) Method for sampling and aerosol analysis
DE102007052500A1 (en) Method and device for the detection of at least one target substance
DE19719903A1 (en) Measuring device and method for cleaning contamination areas of a measuring device
DE102011121669B9 (en) Identification of analytes with an ion mobility spectrometer to form dimer analytes
DE10132735A1 (en) Method and device for detecting the chemical composition of aerosol particles
WO2001055700A1 (en) Device for the analysis of elements contained in droplet liquid samples
DE3490595T (en) Method and device for surface analysis
DE102004048380A1 (en) Analysis of an element concentration of a sample, comprises irradiating the sample with the help of a laser ablation- inductive coupled plasma mass spectrometer
DE102014226038A1 (en) Pressure reducing device, apparatus for mass spectrometric analysis of a gas and cleaning method

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20190109

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

AX Request for extension of the european patent

Extension state: BA ME

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: EXAMINATION IS IN PROGRESS

17Q First examination report despatched

Effective date: 20210913

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE APPLICATION IS DEEMED TO BE WITHDRAWN

18D Application deemed to be withdrawn

Effective date: 20220125