WO2000014526A1 - Vorrichtung zur kopplung einer kapillarelektrophoreseeinrichtung mit einer plasma-massen-spektrometereinrichtung - Google Patents

Vorrichtung zur kopplung einer kapillarelektrophoreseeinrichtung mit einer plasma-massen-spektrometereinrichtung Download PDF

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WO2000014526A1
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capillary
liquid medium
mixture
plasma mass
eluate
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PCT/DE1999/001929
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Dirk SCHAUMLÖFFEL
Andreas Prange
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Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh
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    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/04—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components
    • H01J49/0431—Arrangements for introducing or extracting samples to be analysed, e.g. vacuum locks; Arrangements for external adjustment of electron- or ion-optical components for liquid samples
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/26—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating electrochemical variables; by using electrolysis or electrophoresis
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    • G01N27/44704—Details; Accessories
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01J49/00—Particle spectrometers or separator tubes
    • H01J49/02—Details
    • H01J49/10—Ion sources; Ion guns
    • H01J49/105—Ion sources; Ion guns using high-frequency excitation, e.g. microwave excitation, Inductively Coupled Plasma [ICP]

Definitions

  • the invention relates to a device for coupling a Kapi 11 arel ectrophoresis device (CE) with a pl asma mass spectrometer device, in particular an inductively coupled pl asma mass spectrometer device (ICP-MS), in particular for performing element analyzes.
  • CE Kapi 11 arel ectrophoresis device
  • ICP-MS inductively coupled pl asma mass spectrometer device
  • Capillary electrophoresis is an analytical separation process based on electrophoresis in capillaries.
  • the ends of a quartz capillary with the electrodes are immersed in electrolyte containers between which there is a high voltage.
  • the particles of the Liquid dispersed or colloidally dissolved in it with a positive charge to the cathode and the negatively charged to the anode.
  • the separated substances or particles are then detected directly in the capillaries.
  • Capillary electrophoresis has hitherto been used for element analysis by means of non-selective indirect UV absorption or indirect fluorescence detection. Basically, capillary electrophoresis shows good separability, a remarkable separation speed and is easy to carry out chemically.
  • the amount of the eluate fed from the capillary electrophoresis device into the plasma mass spectrometer device must be adapted precisely to the relevant requirements in the plasma mass spectrometer device, so that the eluate is supplied under optimal conditions from the capillary electrophoresis device can analyze.
  • the coupling device itself being simple to manufacture and thus inexpensive to provide and ultimately also easy to use and easy to handle for exchange, maintenance and cleaning.
  • the object is achieved according to the invention by a capillary accommodated in a body element in a cavity, the cavity extending at least partially along the capillary up to a mixing space in which an eluate supplied in the capillary with an in Cavity fed liquid medium is mixed, and the mixture of eluate and liquid medium in a mixture is guided into an opening to a spray chamber into which the mixture is atomized by means of an atomizing gas and for analysis in the plasma.
  • Mass spectrometer device is forwardable.
  • the advantage of the device according to the invention consists essentially in that, according to the invention, a separation of the capillary coming from the capillary electrophoresis device, which is accommodated in the device, and the mixture or atomizer cap 1 following in the flow direction of the eluate are atomization of the mixture of eluate and liquid medium can be optimized. There is thus no need to position the capillary coming from the capillary electrophoresis device, so that it can advantageously be replaced quickly.
  • the mixture or atomizer cap 1 is installed and positioned only once in the device and does not need to be changed.
  • the mixture or atomizer capsules 1 can be dimensioned such that the negative pressure prevailing at the atomizer location at the mixture or atomizer capsules 1 are dropped and the capillary coming from the capillary electrophoresis device is relieved of pressure. Due to the unique, exact positioning of the mixture or atomizer capsules, which, as said, the atomization itself is optimized, the capillary accommodated in the device by the capillary electrophoresis device does not need to be positioned exactly itself, which is what exchange, maintenance and other purposes such as a further examination in the capillary electrophoresis device is of great advantage, since this also makes quick sample changes easy let it be accomplished.
  • the capillary coming from the capillary electrophoresis device is relieved of pressure, so to speak, and the liquid medium is transported by the self-sucking effect in the course of atomization.
  • a pump for transporting the liquid medium which would generate a counterpressure on the capillary coming from the capillary electrophoresis device, as is used in the prior art, see above, is avoided according to the invention.
  • the mixture or atomizer cap advantageously limits the flow rate of the liquid medium and enables stable atomization, for example in the range of 5 ⁇ L / min, so that the eluate supplied by the capillary electrophoresis device in the capillary is only diluted 1:10. Due to the low flow rate, the aerosol evaporates immediately at the atomization site.
  • the device according to the invention actually has no moving parts during operation and pumps and the like are not necessary for their operation and, moreover, as mentioned, exact positioning of the capillary coming from the capillary electrophoresis device is not necessary, a high reproducibility of measurement results by means of the capillary electrophoresis device and plasma mass spectrometry downstream of the device according to the invention are possible, the device also being simple in construction, as intended according to the task.
  • the device is the cavity in which the capillary and the liquid Medium are performed, also designed as a capillary.
  • the liquid medium can optimally mix the capillary coming from the capillary electrophoresis device, ie the capillary received in the device, at the mixing location with the eluate arriving from the capillary and dilute the eluate optimally and thus adhere to the flow rate at the place of atomization Adjust the mixture of eluate and liquid medium.
  • the atomizing gas, with which the mixture of eluate and liquid medium is atomized at the atomization site, is advantageously an inert gas, which can preferably be argon, but also another inert gas.
  • the capillary coming from the capillary electrophoresis device can be coupled to the device and has an internal diameter of> 50 ⁇ m, which is readily possible according to the invention, so that drastic reductions in the analysis times on the one hand and advantageously also considerable increases in the Allow sensitivity of the analyzes to be achieved. moreover Samples or capillaries can also be easily replaced without having to switch off the gas used for atomization.
  • Fig. 1 in section, a structure of the device, which is connectable on the one hand with a capillary electrophoresis device and on the other hand with a plasma mass spectrometer device, and
  • FIG. 2 in the form of a block diagram the structure of an analysis device consisting of a capillary electrophoresis device and a plasma mass spectrometer device which are connected by means of the coupling device according to FIG. 1.
  • a device 10 for coupling a capillary electrophoresis device 11 to a plasma mass spectrometry device is shown in detail with regard to its structure in FIG. 1. In this respect, reference is first made to the illustration in FIG. 1.
  • the device 10 comprises a body element 13, which can be designed, for example, as a rotationally symmetrical rotating part, the axis of rotation here being formed in the illustration, for example, by the capillary 15, which comes from the capillary 11 arel ectrophoresis device 11.
  • the capillary 15 is in a cavity 14 which is also rotationally symmetrical to the Capillary 15 is formed, added.
  • the cavity 14 is also formed in the form of a capillary at the points at which it encases the capillary 15.
  • the cavity 14 has a first radial widening, via which a liquid medium 18 is fed into the cavity 14 in a pressure-sealed manner from the outside via a stuffing box-like element 29, the liquid medium 18 being used as electrolyte fluid acts.
  • the liquid medium 18 can thus pass through the radial cavity part 14 and the axial cavity 14, encasing the capillary 15, to a mixing space 16 in which the capillary is also located
  • the gland 29 here is a further gland-like sealing element 30, to which the radial first portion of the cavity 14 is also elongated as a second radial extension, i.e. is limited by the end of the stuffing box 30 protruding into the device 10.
  • the stuffing box 30 traverses an electrode, for example a platinum electrode, with the negative potential 25 applied to the eluate 17, which is sealed in a pressure-tight manner from the environment and which crosses the device 10 from the capillary electrophoresis device 11 in the capillary 15 to the mixing space 16.
  • the eluate 17 comes into contact with the negative potential of a high-voltage source 24, which is necessary for the operation of the capillary 11 arel ectrophoresis device 11, cf. also Fig. Second
  • the mixture 19 passes into a mixing container 1 or atomizing container 20, which is arranged in the axial direction of the body element 13 in a likewise gland-like closing element 31.
  • Atomizing gas 23 which, for example, is an inert gas, which may be argon, is supplied via a gland-like element 33, which is connected to the enveloping element 32 in a pressure-tight manner to the outside. Via a channel 34, which is formed between the body element 14 and the casing element 32, the atomizing gas 23 can reach the area of the opening 21 into which the mixture or the atomizing capsule 1 are 20 opens or in which it ends.
  • the mixture 19 is atomized immediately at this location of the opening 21.
  • the exact positioning of the mixture or atomization capsules 20 at this location of the opening 21 permits optimized atomization of the mixture 19. Since the mixture is or * Atomization capsules 1 are 20 separated from the capillary 15 coming from the capillary electrophoresis device 11 due to their separation at the mixing location or in the mixing space 16, the capillary 15, which is also inserted into the device by a gland-like element 36 and held there, for other measurements is changed in a simple manner without impairing the optimally set mixture capsules or atomization capsules 20. since be.
  • the gland-like element 36 seals the capillary 15 from the environment in a pressure-tight manner.
  • a spray chamber 22 is formed, which is likewise formed by a further enveloping element 35, which is formed here axially to the body element axis.
  • the spray chamber 22 is enveloped by the enveloping element 35, which is arranged at the projecting free end of the aforementioned first enveloping element 32 in a pressure-tight and sealing manner.
  • the spray chamber 22 is dimensioned such that it has the smallest possible volume (low dead volume), which leads to better signal sharpening than a larger spray chamber 22.
  • the mechanical design of the body element 13 allows the device 10 to be attached directly to the capillary electrophoresis device 11, wherein the atomized mixture 26 (dry erosol) leaving the device 10 can be transferred directly to the plasma mass spectrometer device 12 via a hose or the like , see. also FIG. 2.
  • the use of short capillaries 15, of which they are components, coming from the capillary electrophoresis device 11, is geometrically only possible because the device in accordance with the invention is spatial Separation between capillary electrophoresis device 11 and plasma mass spectrometer device 12 can be provided.
  • the mixture or atomization cap 20 are the location of the device 10, which enables the micro-concentric atomization at the location of the opening 21.
  • the mixture or atomization cap 1 are 20 dimensioned (in diameter and length) so that due to their high flow resistance, almost the entire negative pressure that takes place at the actual location of the atomization, namely in the area of the opening 21, at this mixture or Atomization capi 1 20 drops.
  • the device 10 it is thus possible to completely empty the plasma of an inductively coupled plasma mass spectrometer nri, the small sample volumes that leave the capillary 15 after the separation at a flow rate of, for example, 0.1 to 0.9 ⁇ L / min attention 12. Furthermore, the negative pressure caused by the atomization process on the Capillary 15 is so small that there is virtually no suction of air when changing the sample, so that there is no need to fear disruptions in the electrical circuit of the capillary electrophoresis device 11. Since there is virtually no pressure, ie the same pressure at both ends of the capillary 15, a high separation efficiency is not influenced by the capillary electrophoresis device 11.

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Abstract

Es wird eine Vorrichtung (10) zur Kopplung einer Kapillarelektrophoreseeinrichtung (CE) (11) mit einer Plasma-Massen-Spektrometereinrichtung, insbesondere einer induktiv gekoppelten Plasma-Massen-Spektrometereinrichtung (ICP-MS) (12), insbesondere zur Durchführung von Elementanalysen, vorgeschlagen. Die Vorrichtung (10) ist gekennzeichnet durch eine in einem Körperelement (13) in einem Hohlraum (14) aufgenommene Kapillare (15), wobei sich der Hohlraum (14) wenigstens teilweise längs der Kapillare (15) bis zu einem Mischungsraum (16), in dem ein in der Kapillare (15) zugeführtes Eluat (17) mit einem im Hohlraum (14) zugeführten flüssigen Medium (18) gemischt wird, erstreckt, und wobei das Gemisch (19) aus Eluat (17) und flüssigem Medium (18) in einer Gemischkapillare (20) in eine Öffnung (21) zu einer Sprühkammer (22) geführt wird, in die hinein das Gemisch (19) mittels eines Zerstäubungsgases (23) zerstäubt (26) wird und zur Analyse in die Plasma-Massen-Spektrometereinrichtung (12) weiterleitbar ist.

Description

Vorrichtung zur Kopplung einer Kapillarelektrophoreseeinrichtung mit einer P asma-Massen-Spektrometerein- richtung
Beschrei bυnq
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Kopplung einer Kapi 11 arel ektrophoreseeinrichung (CE) mit einer Pl asma-Massen-Spektrometereinrichtung , insbesondere einer induktiv gekoppelten Pl asma-Massen-Spektrometer- einrichtung (ICP-MS), insbesondere zur Durchführung von El ementanalysen .
Die Kapillarelektrophorese ist ein analytisches Trennverfahren auf der Basis der Elektrophorese in Kapillaren. Dabei tauchen beispielsweise die Enden einer Quarz-Kapillaren mit den Elektroden in Elektrolytbehälter, zwischen denen eine Hochspannung herrscht. Infolge des elektrischen Feldes bewegen sich die Teilchen der Flüssigkeit, die darin dispergiert oder kolloidal gelöst sind, mit positiver Ladung zur Kathode und die negativ geladenen zur Anode. An sich werden dann die getrennten Substanzen bzw. Teilchen direkt in den Kapillaren detektiert. Kapillarelektrophorese wurde bisher zur Elementenanalyse mittels nicht selektiver indirekter UV-Absorption oder indirektem Fluoreszenznachweis verwendet. Grundsätzlich zeigt die Kapillarelektrophorese eine gute Trennfähigkeit, eine beachtliche Trenngeschwindigkeit und ist chemisch einfach durchzuführen.
Die bekanntermaßen große Selektivität von induktiv gekoppelter Pl asma-Spektrometri e zeigt bei chemischen Trennverfahren ein gutes Auflösungsvermögen. Aufgrund der jedoch benötigten verhältnismäßig großen Analysezeiten ist versucht worden, die Kapillarelektrophorese mit der induktiv gekoppelten Pl asma-Massen-Spektrometri e miteinander zu koppeln, um kürzere Analysezeiten zu erreichen und die Vorteile beider Verfahren miteinander zu kombinieren, um noch sehr viel bessere Analyseergebnisse als bisher möglich waren zu erreichen.
Aufgrund der verfahrensbedingten geringen Probenvolumina, die die Kapillare der Kapillarelektrophoreseeinrichtung verlassen, müssen diese geringen Mengen möglichst vollständig, angestrebt sind 100 %, dem Plasma der * Pl asma-Massen-Spektrometerei nri chtung zugeführt werden. Darüber hinaus muß die Menge des von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung in die Pl asma-Massen-Spektrometerei nri chtung geführten Eluats genau auf die diesbezüglichen Erfordernisse in der Pl asma-Massen- Spektrometerei nri chtung angepaßt sein, damit diese unter optimalen Bedingungen das von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung zugeführte Eluat analysieren kann. Es kommt dabei im wesentlichen darauf an, daß in der Koppel Vorrichtung die Flußraten des zugeführten Eluats und die Flußraten nach der Zerstäubung des Eluats einander angepaßt und die Zerstäubung optimiert wird, wobei die Kopplungsvorrichtung die Analytbanden nicht zu sehr verbreitern darf, was nämlich die Trennschärfer verringern würde. Es sind bisher verschiedene Versuche unternommen worden, um mittels einer Kopplungsvorrichtung eine Kapillarelektrophoreseeinrichtung mit einer Pl asma-Massen-Spektrometerei nri chtung zu verbinden. Die bisherigen Untersuchungen zeigten aber nachteiligerweise apparativ aufwendige Konstruktionen, die zur Erzeugung bestimmter Drücke gesonderte Pumpen einsetzten, wobei aufgrund der Pumpen die Einstellung von Druckgleichgewichten große Probleme bereitete. Die Folge waren eine schlechtere Trenne fizienz, eine Si gnal verbrei terung und Signali nstabi 1 i tat .
Des weiteren wurden Versuche unternommen, um die Zerstäubung des zugeführten Eluats mittels eines Ultraschal 1 Zerstäubers durchzuführen, was nachteiligerweise mit einem starken Untergrundrauschen verbunden war, wobei sich auch ein exaktes Positionieren der von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung kommenden Kapillare als aufwendig und nur schwer reproduzierbar heraus- stel 1 te .
Ein weiteres Problem bei bekannten Kopplungseinrichtung besteht darin, daß ein Abschalten des Zerstäubergases beim Probenwechsel und ein anschließendes Anschalten jedes Mal zu Veränderungen der Analysebedingen in der Pl asma-Massen-Spektrometerei nri chtung führt mit dem Ergebnis einer schlechteren Reproduzierbarkeit der Messungen . Schließlich wurde zur Erhöhung des Strömungswiderstandes des Eluats in der Kapillare der Kapillarelektrophoreseeinrichtung die Länge der Kapillaren vergrößert, was jedoch zu unakzeptabel langen Analysezeiten für einen Trennvorgang führte, so daß mittels dieser Methode keine echte "on-line" Kopplung zwischen Kapillarelektrophoreseeinrichtung und Pl asma-Massen-Spektrometereinrichtung durchgeführt werden konnte, vielmehr das Verfahren in einen Trennschritt in der Kapillarelektrophoreseeinrichtung und einen Detektionsschri tt in der Plasma-Mas- sen-Spektrometerei nri chtung aufteilt wurde.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kopplungsvorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine tatsächliche "on-line" Kopplung zwischen Kapillarelektrophoreseeinrichtung und Plasma- Massen-Spektrometerei nri chtung möglich ist, so daß Analysen schnell durchgeführt werden können, bei der zudem ein exaktes Positionieren der von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung kommenden Kapillare entfällt und bei der die Flußrate des in der Kapillare zugeführten Eluats derart optimiert eingestellt werden kann, daß eine Zerstäubung des Eluats zur Erreichung guter und reproduzierbarer Analysebedingungen in der Plasmaspek- trometerei nri chtung optimiert werden kann, wobei die Kopplungsvorrichtung an sich einfach herstellbar und somit kostengünstig bereitstellbar und letztlich auch leicht bedienbar sowie für Austausch, Wartung und Reinigung leicht handhabbar ist.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch eine in einem Körperelement in einem Hohlraum aufgenommene Kapillare, wobei sich der Hohlraum wenigstens teilweise längs der Kapillare bis zu einem Mischungsraum, in dem ein in der Kapillare zugeführtes Eluat mit einem im Hohlraum zugeführten flüssigen Medium gemischt wird, erstreckt und wobei das Gemisch aus Eluat und flüssigem Medium in einer Gemi schkappi 1 are in eine Öffnung zu einer Sprühkammer geführt wird, in die hinein das Gemisch mittels eines Zerstäubungsgases zerstäubt wird und zur Analyse in die Pl asma-Massen-Spektrometer- einrichtung weiterleitbar ist.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht im wesentlichen darin, daß erfindungsgemäß eine Trennung der von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung kommenden Kapillare, die in der Vorrichtung aufgenommen wird, und der in Strömungsrichtung des Eluats nachfolgenden Gemisch- oder Zerstäuberkappi 1 are eine Zerstäubung des Gemisches aus Eluat und flüssigem Medium optimiert werden kann. Somit entfällt ein Positionieren der von der Kapillarelektrophoreseinrichtung kommenden Kapillare, so daß diese vorteilhafterweise schnell ausgewechselt werden kann. Die Gemisch- bzw. Zerstäuberkappi 1 are wird hingegen lediglich einmal in die Vorrichtung eingebaut und positioniert und braucht nicht gewechselt zu werden. Die Gemisch- bzw. Zerstäuberkappi 1 are kann so dimensioniert sein, daß der am Zerstäuberort herrschende Unterdruck an der Gemisch- bzw. Zerstäuberkappi 1 are abfällt und die von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung kommenden Kapillare druckentlastet ist. Aufgrund der einmaligen exakten Positionierung der Gemisch- bzw. Zerstäuberkappi 1 are , womit, wie gesagt, die Zerstäubung selbst optimiert wird, braucht die von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung in der Vorrichtung aufgenommene Kapillare zudem selbst nicht exakt positioniert zu werden, was für Austausch-, Wartungs- und andere Zwecke wie z.B. einer weiteren Untersuchung in der Kapillarelektrophoreseeinrichtung von sehr großem Vorteil ist, da sich dadurch auch schnelle Probenwechsel leicht bewerkstelligen lassen.
Zudem ist aufgrund des erfindungsgemäßen Aufbaus die von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung kommende Kapillare quasi druckentlastet und das flüssige Medium wird durch den selbst ansaugenden Effekt im Zuge der Zerstäubung transportiert. Eine Pumpe zum Transport des flüssigen Mediums, die einen Gegendruck auf die von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung kommenden Kapillare erzeugen würde, wie sie allerdings im Stand der Technik verwendet wird, siehe oben, wird erfindungsgemäß vermieden. Zudem begrenzt die Gemisch- bzw. Zerstäuberkappi 1 are vorteilhafterweise die Flußrate des flüssigen Mediums und ermöglicht eine stabile Zerstäubung, beispielsweise im Bereich von 5 μL/min, so daß das von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung in der Kapillare zugeführte Eluat nur um 1 : 10 verdünnt wird. Aufgrund der niedrigen Flußrate verdampft das Aerosol sofort am Zerstäubungsort .
Da die erfindungsgemäße Vorrichtung faktisch im Betrieb keine beweglichen Teile aufweist und Pumpen und dergleichen zu deren Betrieb nicht nötig sind und darüber hinaus, wie erwähnt, ein exaktes Positionieren der von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung kommenden Kapillare nicht nötig ist, ist eine hohe Reproduzierbarkeit von Meßergebnissen mittels der Kapillarelektrophoreseeinrichtung und der erfindungsgemäßen Vorrichtung nachgeschalteten Pl asma-Massen-Spektrometerei nri chtung möglich, wobei die Vorrichtung zudem, wie aufgabengemäß angestrebt, einfach im Aufbau ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist der Hohlraum, in dem die Kapillare und das flüssige Medium geführt werden, ebenfalls als Kapillare ausgebildet. Auf diese Weise kann das flüssige Medium die von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung herkommende Kapillare, d.h. die in der Vorrichtung aufgenommene Kapillare, somit optimal am Mischungsort mit dem von der Kapillare ankommenden Eluat vermischen und das Eluat optimal verdünnen und sich somit an die Flußrate am Ort der Zerstäubung des Gemisches aus Eluat und flüssigem Medium anpassen.
Prinzipiell ist es möglich, die Schließung des für den Betrieb der Kapillarelektrophoreseeinrichtung notwendigen elektrischen Stromkreises an einem beliebigen Ort der Kapillare vorzusehen, es hat sich jedoch als vorteilhaft erwiesen, das Eluat über das elektrisch leitfähige flüssige Medium mit einem negativen Potential einer Hochspannungsquelle hier am Mischort zu verbinden, so daß der Fluß des Eluats in der von der Kapillarelek- trophoreseei nri chtung kommenden Kapillare bis zu diesem Ort nicht durch als Elektroden wirkende Einrichtungen gestört wird.
Das Zerstäubungsgas, mit dem das Gemisch aus Eluat und flüssigem Medium am Zerstäubungsort zerstäubt wird, ist vorteilhafterweise ein inertes Gas, das vorzugsweise Argon, aber auch ein anderes Inertgas sein kann.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung ist die an die Vorrichtung ankoppel bare, von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung kommende Kapillare mit einem Innendurchmessern von > 50 μm versehen, was erfindungsgemäß ohne weiteres möglich ist, so daß sich drastische Verkürzungen der Analysezeiten einerseits und vorteilhafterweise auch erhebliche Steigerungen der Empfindlichkeit der Analysen erreichen lassen. Zudem lassen sich auch Proben bzw. Kapillaren ohne weiteres wechseln, ohne daß das zur Zerstäubung verwendete Gas abgeschaltet werden muß.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden schematischen Zeichnungen anhand eines Ausführungsbeispieles eingehend beschrieben. Darin zeigen:
Fig. 1 im Schnitt einen Aufbau der Vorrichtung, die einerseits mit einer Kapillarelektrophoreseeinrichtung verbindbar ist und andererseits mit einer Pl asma-Massen-Spektrometerei nri chtung, und
Fig. 2 in Form eines Blockschaltbildes den Aufbau einer Analyseeinrichtung, bestehend aus Kapillarelektrophoreseeinrichtung und Plas a-Mas- sen-Spektrometerei nri chtung , die mittels der Kopplungsvorrichtung gemäß Fig. 1 verbunden sind.
Eine Vorrichtung 10 zur Kopplung einer Kapillarelektrophoreseeinrichtung 11 mit einer Pl asma-Massen-Spektrometri eei nri chtung , deren schaltungsmäßige Verknüpfung aus Fig. 2 ersichtlich ist, ist in bezug auf ihren Aufbau in Fig. 1 im einzelnen dargestellt. Insofern wird zunächst Bezug genommen auf die Darstellung von Fig. 1.
Die Vorrichtung 10 umfaßt ein Körperelement 13, das beispielsweise als rotationssymmetrisches Drehteil ausgebildet sein kann, wobei die Drehachse hier in der Darstellung beispielsweise durch die Kapillare 15 gebildet wird, die von der Kapi 11 arel ektrophoreseei n- richtung 11 herkommt. Die Kapillare 15 ist in einem Hohlraum 14, der ebenfalls rotationssymmetrisch zur Kapillare 15 ausgebildet ist, aufgenommen. Der Hohlraum
14 ist an den Stellen, an denen er die Kapillare 15 ummantelt, ebenfalls in Form einer Kapillare ausgebildet. Der Hohlraum 14 weist eine erste radiale Erweiterung auf, über die von außen über ein stopfbuchsenähnliches Element 29 geeignet gegen die Umgebung druckabgedichtet ein flüssiges Medium 18 in den Hohlraum 14 zugeführt wird, wobei das flüssige Medium 18 als Elek- trolyt-Hi 1 fsf1 üssigkei t fungiert. Das flüssige Medium 18 kann somit über den radialen Hohlraumteil 14 und den axialen Hohlraum 14, die Kapillare 15 ummantelnd, zu einem Mischraum 16 gelangen, in dem auch die Kapillare
15 endet.
Der Stopfbuchse 29 hier gegenüberliegend ist ein weiteres stopfbuchsenähnliches Dichtelement 30 angeordnet, zu dem auch der radiale erste Anteil des Hohlraumes 14 als zweite radiale Erweiterung verlängert ausgebildet ist, d.h. vom in die Vorrichtung 10 hineinragenden Ende der Stopfbuchse 30 begrenzt wird. Die Stopfbuchse 30 durchquert, gegen die Umgebung druckdicht abgedichtet, eine Elektrode, beispielsweise eine Platinelektrode, mit der negatives Potential 25 auf das Eluat 17 gelegt wird, das von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung 11 in der Kapillare 15 bis zum Mischungsraum 16 die Vorrichtung 10 durchquert. Am Ort der Mischung des Eluats 17 mit dem flüssigen Medium 18, d.h. im Mischungsraum 16, kommt das Eluat 17 mit dem negativen Potential einer Hochspannungsquelle 24, die zum Betrieb der Kapi 11 arel ektropho- reseei nri chtung 11 notwendig ist, in Verbindung, vgl. auch Fig . 2.
Nach der Mischung des Eluats 17 und des flüssigen Mediums 18 im Mischungsraum 16 gelangt das Gemisch 19 in eine Ge i schkappi 1 are bzw. Zerstäubungskappi 1 are 20, die in axialer Richtung des Körperelements 13 in einem ebenfalls stopfbuchsenartigen Abschlußelement 31 angeordnet ist.
Am Endbereich des Körperelementes 13, an dem das vorerwähnte Abschlußelement 31 angeordnet ist, das die Gemi schkappi 1 are bzw. Zerstäubungskappi 1 are 20 aufnimmt, ist ein diesen Bereich umhüllendes, hier zur Achse des Körperelements axiales Hüllelement 32 angeordnet, das auf geeignete Weise nach außen druckdicht dichtend mit dem Körperelement 13 verbunden ist. Über ein stopfbuchsenähnliches Element 33, das nach außen druckdicht mit dem Hüllelement 32 dichtend verbunden ist, wird Zerstäubungsgas 23 zugeführt, das beispielsweise ein Inertgas, das beispielsweise Argon sein kann, zugeführt. Über einen Kanal 34, der zwischen Körperelement 14 und Hüllelement 32 ausgebildet ist, kann das Zerstäubungsgas 23 in den Bereich der Öffnung 21 gelangen, in den auch die Gemi schkappi 1 are bzw. Zerstäubungskappi 1 are 20 mündet bzw. in dem diese endet.
Unmittelbar an diesem Ort der Öffnung 21 erfolgt eine Zerstäubung des Gemisches 19. Die exakte Positionierung der Gemi schkappi 1 are bzw. Zerstäubungskappi 1 are 20 an diesem Ort der Öffnung 21 gestattet eine optimierte Zerstäubung des Gemisches 19. Da die Gemi schkappi 1 are bzw.* Zerstäubungskappi 1 are 20 von der von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung 11 kommenden Kapillare 15 aufgrund ihrer Trennung am Mischungsort bzw. im Mischungsraum 16 losgelöst voneinander sind, kann für andere Messungen die Kapillare 15, die ebenfalls durch ein stopfbuchsenähnliches Element 36 in die Vorrichtung eingeführt und dort gehalten wird, auf einfache Weise ohne Beeinträchtigung der optimiert eingestellten Gemi schkappi 1 are bzw. Zerstäubungskappi 1 are 20 gewech- seit werden. Das stopfbuchsenähnliche Element 36 dichtet die Kapillare 15 gegenüber der Umgebung druckdicht ab.
Dem Ort der Öffnung 21 in Zerstäubungsrichtung nachfolgend ist eine Sprühkammer 22 ausgebildet, die ebenfalls von einem hier axial zur Körperelementachse ausgebildeten weiteren Hüllelement 35 gebildet wird. Durch das Hüllelement 35, das am vorstehenden, freien Ende des vorerwähnten ersten Hüllelements 32 nach außen druckdicht und dichtend angeordnet ist, wird die Sprühkammer 22 umhüllt. Die Sprühkammer 22 ist derart bemessen, daß sie möglichst ein geringes Volumen aufweist (geringes Totvolumen), was zu besseren Signal schärfen führt als eine größer ausgebildete Sprühkammer 22.
Da das Gemisch 19 aus Eluat 17 und flüssigem Medium 18 infolge der Einwirkung des Zerstäubungsgases 23 vollständig verdampft, wird eine 100 %ige Überführung des so gebildeten Aerosols und damit des Eluats, das den Analyten bildet, zur Pl asma-Massen-Spektrometerei nri chtung 12 möglich, so daß keine Kondensation und somit kein Analytverl ust stattfindet.
Die mechanische Ausgestaltung des Körperelements 13 gestattet die unmittelbare Anbringung der Vorrichtung 10 an der Kapillarelektrophoreseeinrichtung 11, wobei das die Vorrichtung 10 verlassende zerstäubte Gemisch 26 (trockenes Erosol) über einen Schlauch oder dergleichen direkt zur Pl asma-Massen-Spektrometerei nri chtung 12 überführt werden kann, vgl. auch Fig. 2. Durch die erfindungsgemäße Vorrichtung wird überhaupt erst der Einsatz kurzer, von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung 11 herkommender Kapillaren 15, deren Bestandteile sie sind, geometrisch erst möglich, da eine räumliche Trennung zwischen Kapillarelektrophoreseeinrichtung 11 und Pl asma-Massen-Spektrometerei nri chtung 12 vorgesehen werden kann.
Es sei noch darauf hingewiesen, daß die Gemisch- bzw. Zerstäubungskappi 1 are 20 den Ort der Vorrichtung 10 bildet, der die mikrokonzentrische Zerstäubung am Ort der Öffnung 21 ermöglicht. Die Gemisch- bzw. Zerstäubungskappi 1 are 20 ist so dimensioniert (in Durchmesser und Länge), daß aufgrund ihres hohen Strömungswiderstandes fast der gesamte Unterdruck, der am eigentlichen Ort der Zerstäubung, nämlich im Bereich der Öffnung 21, stattfindet, an dieser Gemisch- bzw. Zerstäubungskappi- 1 are 20 abfällt. An dem Punkt, an dem das flüssige Medium 18 und das Eluat 17 sich vereinigen, herrscht somit nur noch ein geringer Unterdruck, der zwar zum Transport des flüssigen Mediums 18 ausreicht, der sich aber auf die von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung 11 kommende Kapillare 15, die aufgrund ihrer Dimension einen viel größeren Strömungswiderstand hat als die Leitung, durch die das flüssige Medium 18 hindurchfließt, praktisch nicht auswirkt und zu vernachlässigen ist. Die von Kapillarelektrophoreseeinrichtung 11 kommende Kapillare 15 ist somit quasi druckentlastet und das flüssige Medium 18 wird durch den selbstansaugenden Effekt, der durch die Zerstäubung hervorgerufen wird, transporti ert .
Mit der Vorrichtung 10 ist es somit möglich, die geringen Probenvolumina, die die Kapillare 15 nach der Trennung mit einer Flußrate von beispielsweise 0,1 bis 0,9 μL/min verlassen, vollständig dem Plasma einer induktiv gekoppelten Pl asma-Massen-Spektrometerei nri chtung 12 zuzuführen. Des weiteren ist der durch den Zerstäubungsvorgang verursachte Unterdruck auf die Kapillare 15 derart gering, daß beim Probenwechsel faktisch kein Ansaugen von Luft stattfindet, so daß Störungen im elektrischen Stromkreis der Kapillarelektrophoreseeinrichtung 11 nicht zu befürchten sind. Da faktisch Druckfreiheit, d.h. gleicher Druck an beiden Enden der Kapillare 15, herrscht, ist eine hohe Trenneffektivität mittels der Kapillarelektrophoreseeinrichtung 11 nicht beeinflußt.
Bezuqszei chenl i ste
10 Vorrichtung
11 Kapi 11 arel ektrophoreseei nri chtung
1 Pl asma-Massen-Spektrometerei nri chtung
13 Körperelement
14 Hohlraum
15 Kapillare
16 Mischungsraum
17 Eluat
18 flüssiges Medium
19 Gemisch
20 Gemischkapillare/Zerstäubungskapillare
21 Öffnung
22 Sprühkammer
23 Zerstäubungsgas
24 Hochspannungsquelle
25 negatives Potential
26 zerstäubtes Gemisch
27 positives Potential
28 Puffer
29 Stopfbuchse
30 Stopfbuchse
31 Abschlußelement
32 Hüllelement
33 Stopfbuchse
34 Kanal
35 Hüllelement
36 Stopfbuchse

Claims

Vorrichtung zur Kopplung einer Kapillarelektrophoreseeinrichtung mit einer Pl asma-Massen-Spektrometerei n- ri chtungPatentansprüche
1. Vorrichtung zur Kopplung einer Kapillarelektrophoreseeinrichtung (CE) mit einer Pl asma-Massen-Spektrome- tereinri chtung , insbesondere einer induktiv gekoppelten Pl asma-Massen-Spektrometerei nri chtung (ICP-MS), insbesondere zur Durchführung von Elementanalysen, gekennzeichnet durch eine in einem Körperelement (13) in einem Hohlraum (14) aufgenommene Kapillare (15), wobei sich der Hohlraum (14) wenigstens teilweise längs der Kapillare (15) bis zu einem Mischungsraum (16), in dem ein in der Kapillare (15) zugeführtes Eluat (17) mit einem im Hohlraum (14) zugeführten flüssigen Medium (18) gemischt wird, erstreckt, und wobei das Gemisch (19) aus Eluat (17) und flüssigem Medium (18) in einer Gemi schkappi 1 are (20) in eine Öffnung (21) zu einer Sprühkammer (22) geführt wird, in die hinein das Gemisch (19) mittels eines Zerstäubungsgases (23) zerstäubt (26) wird und zur Analyse in die Pl asma-Massen-Spektrometerei nri chtung (12) weiterleitbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (14) die Kapillare (15) wenigstens tei 1 wei se umhül 11.
3. Vorrichtung nach einem oder beiden der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum (14), in dem die Kapillare (15) und das flüssige Medium (18) geführt werden, als Kapillare ausgebildet ist.
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das flüssige Medium (15) elektrisch leitfähig ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Eluat (17) über das elektrisch leitfähige flüssige Medium (18) mit einem negativen Potential (25) einer Hochspannungsquelle (24) verbunden ist.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zerstäubungsgas (23) ein inertes Gas ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Zerstäubungsgas (23) Argon ist.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die an die Vorrichtung (10) ankoppel bare, von der Kapillarelektrophoreseeinrichtung (11) kommende Kapillare (15) einen Innendurchmesser von > 50 μm aufweist.
he
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