WO2001055700A1 - Device for the analysis of elements contained in droplet liquid samples - Google Patents

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WO2001055700A1
WO2001055700A1 PCT/DE2001/000196 DE0100196W WO0155700A1 WO 2001055700 A1 WO2001055700 A1 WO 2001055700A1 DE 0100196 W DE0100196 W DE 0100196W WO 0155700 A1 WO0155700 A1 WO 0155700A1
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WO
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droplet
laser light
analysis
shaped liquid
plasma
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PCT/DE2001/000196
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Heinrich Schwenke
Joachim Knoth
Eckard Jantzen
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Gkss-Forschungszentrum Geesthacht Gmbh
Galab Products Gmbh
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J49/10—Ion sources; Ion guns
    • H01J49/16—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission
    • H01J49/161—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field-, thermionic- or photo-emission using photoionisation, e.g. by laser
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
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    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/71—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light thermally excited
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to a device for analyzing elements contained in liquids.
  • Multi-element analysis of the smallest sample volumes in the range of ⁇ l and less is currently a major challenge in analytical chemistry.
  • the demand for analyzes of the smallest sample quantities is also constantly increasing, especially in the biochemical and pharmaceutical industries.
  • the methods most frequently used according to the prior art for the simultaneous analysis of a large number of elements are the so-called ICP-OES (Inductively Coupled Pl as a-Optical Emission Spectrometry) and the so-called ICP-MS (Induc- tively Coupled Plasma-Mass Spectrometry).
  • ICP-OES Inductively Coupled Pl as a-Optical Emission Spectrometry
  • ICP-MS Induc- tively Coupled Plasma-Mass Spectrometry
  • Both methods have the major disadvantage that heated gases are used to excite the sample.
  • the heating gases have the disadvantageous effect that the sample is diluted considerably and that the detection sensitivity is reduced by the dilution factor.
  • Another disadvantage, which influences the sensitivity of the sample arises with spectrometric detection due to cross interference of the gas present in high excess.
  • a laser light source is provided, by means of which the laser light can be applied to the liquid sample which can be introduced in droplets in an analysis space in order to generate a plasma of the liquid sample, the plasma emitted light and / or sample material can be given to an analysis device.
  • the advantage of the solution according to the invention is essentially that the analysis can be carried out directly and without further dilution of the sample.
  • the plasma in the form of a plasma bubble optically represents a point source which provides ideal conditions for coupling the emission lines into an analysis device or an upstream optical system.
  • the point source is only a few ⁇ in size.
  • Another advantage of the solution according to the invention is that essentially available means such as laser light sources and spectrometers of the most varied types can be used.
  • the droplet-shaped liquid samples are supplied by a metering device.
  • Dosing devices of this type are also commercially available and can, for example, produce droplet-shaped liquid samples in the pico- to nanoliter.
  • a plurality of droplet-shaped liquid samples supplied one after the other can be "shot down", so to speak, one after the other by means of the laser light, so that the analytical result can be confirmed by a plurality of samples examined immediately one after the other with regard to the accuracy of the analysis.
  • the laser light can advantageously be applied to the droplet-shaped liquid sample in the form of a pulse, the length of the pulse and possibly a pulse repetition rate depending on the expected element spectra being determinable or adjustable.
  • the laser light in the form of a pulse sequence to the droplet-like liquid sample, i.e. the emission flashes of the plasma can be accumulated in the downstream analysis device, whereby a more precise, more revealing analysis of the elements or the molecules is possible.
  • the energy of the laser light can be selected such that the plasma has, for example, a temperature of 10 ° K and that preferably the energy of the laser light can be measured such that the plasma has an expansion in the range of 50 microns. It has been found that if these parameters are observed, a qualitatively and quantitatively high-quality analysis of the sample is possible by means of spectroscopic devices known per se for analysis methods.
  • the laser light emerging from the laser light source is advantageously passed through a focusing device, for example in the form of a focusing lens, before it occurs on the liquid sample.
  • a focusing device for example in the form of a focusing lens
  • the analysis device can, however, preferably also be an emission spectrometer, by means of which the emission radiation of the atomized sample atoms or ionized elements is analyzed by optical spectrometry.
  • the laser pulse is preferably synchronized with the emission spectrometer, as a result of which the background in the signals obtained is reduced. 1
  • the analysis device can also be a mass spectrometer in which the small plasma cloud generated by the “bombardment” by means of laser light of the droplet-shaped liquid sample can be introduced directly into the mass spectrometer due to the fact that the atoms in the plasma are completely ionized.
  • TOF-MS time of flight
  • FIG. 1 shows a device according to a first embodiment, in which the analysis device is designed in the form of a mass spectrometer, and
  • FIG. 2 shows a device in which the analysis device is designed in the form of an optical emission spectrometer.
  • the device 10 for analyzing droplet-shaped liquid samples 11, in which elements are contained which represent the object actually to be examined, comprises a laser light source 12, cf. Fig. 1.
  • the laser light source 12 generates laser light 13 in a suitable manner.
  • the laser light 13 is directed to a focusing device 18, here, for example, in the form of a focusing lens.
  • the focused laser light 13 is directed onto a droplet-shaped liquid sample 11.
  • the energy of the laser light is predetermined such that a plasma 15 of the droplet-shaped liquid sample 11 is generated.
  • the liquid sample 11 is then virtually present as plasma bubbles.
  • the plasma 15 has, for example, a temperature in the range of 10 ° K and the extent of the plasma washing 15 is in the range of 50 ⁇ m and less.
  • the plasma 15 emits light 16, which in turn is given to a focusing device 19, FIG. 2, which can be designed, for example, in the form of a converging lens.
  • the bundled emitted light 16 is passed to an analysis device 17, where it is qualitatively and quantitatively evaluated by means of spectroscopic methods.
  • the analysis device 17 is designed, for example, in the form of an optical emission spectrometer, FIG. 2.
  • the droplet-shaped liquid samples 11 are supplied by a metering device 22 which is aligned with the laser light 13 such that the droplet-shaped liquid samples traverse the focal point of the focusing device 18.
  • the device 22 can be formed by a conventional metering device.
  • the device 22 can, however, also be produced by means of a modern separation process, such as, for example, an HPLC process (high pressure liquid chroatography).
  • HPLC process high pressure liquid chroatography
  • the laser light 13 itself can be applied to the liquid sample 11 in the form of individual pulses, the pulse length and possibly a pulse repetition rate being adjustable. However, it is also possible to apply the laser light 13 to the liquid sample 11 in the form of a pulse sequence, possibly repeating itself in a suitable time.
  • a sequence of predeterminable amount of droplet-shaped liquid samples 11 can also be passed through the analysis space 14.
  • the devices 10 according to FIG. 1 and according to FIG. 2 differ essentially in that, in the case of FIG. 1, a mass spectrometer eter (TOF mass spectrometer) is used.
  • TOF mass spectrometer When using a mass spectrometer as the analysis device 17, sample material 16 is directed onto the mass spectrometer.
  • the emission light coming from the plasma 15 is passed to an analysis device 17 in the form of an optical spectrometer (OES spectrometer), by means of which the light emission of the plasma 15 according to the methods of optical emission spectrometry is used directly for element analysis is being used .
  • OES spectrometer optical spectrometer

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Abstract

The invention relates to a device (10) for the analysis of elements contained in liquid samples (11). The device is provided with a laser light source (12) that emits laser light (13) onto a droplet liquid sample (11) that can be introduced into an analysis chamber (14) to generate a plasma (15) of the liquid sample (11). The light (16) or the material (16) emitted by the plasma (15) can be transferred to an analytical unit (17).

Description

Vorrichtung zur Analyse von in tröpfchenförmigen Flüssigkeitsproben enthaltenen ElementenDevice for the analysis of elements contained in droplet-shaped liquid samples
Beschreibungdescription
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Analyse von in Flüssigkeiten enthaltenen Elementen.The invention relates to a device for analyzing elements contained in liquids.
Die Mul tiel ementanalyse kleinster Probenvolumina im Bereich von μl und weniger stellt derzeit eine große Herausforderung in der analytischen Chemie dar. Die Nachfrage nach Analysen kleinster Probenmengen steigen zudem besonders auch in der biochemischen und pharmazeutischen Industrie ständig. Die nach dem Stand der Technik am häufigsten eingesetzten Methoden zur simultanen Analyse einer größeren Zahl von Elementen sind die sogenannte ICP-OES (Inductively Coupled Pl as a-Optical Emission Spectrometry) und die sogenannte ICP-MS (Induc- tively Coupled Plasma-Mass Spectrometry) . Bei beiden bekannten Analyseverfahren wird die Probe in eine sehr heiße Gasflamme eingeführt und durch die extrem hohen Temperaturen des umgebenden Gases in einen Plasmazustand versetzt. Bei der ICP-OES wird die Emissionsstrahlung der ato isierten Probenatome durch ein geeignetes optisches Spektrometer analysiert, während der Nachweis der ionisierten Atome mittels ICP-MS massenspektro etri seh erfolgt.Multi-element analysis of the smallest sample volumes in the range of μl and less is currently a major challenge in analytical chemistry. The demand for analyzes of the smallest sample quantities is also constantly increasing, especially in the biochemical and pharmaceutical industries. The methods most frequently used according to the prior art for the simultaneous analysis of a large number of elements are the so-called ICP-OES (Inductively Coupled Pl as a-Optical Emission Spectrometry) and the so-called ICP-MS (Induc- tively Coupled Plasma-Mass Spectrometry). In both known analysis methods, the sample is introduced into a very hot gas flame and is brought into a plasma state by the extremely high temperatures of the surrounding gas. With the ICP-OES, the emission radiation of the atomized sample atoms is analyzed by a suitable optical spectrometer, while the detection of the ionized atoms is carried out using ICP-MS mass spectrometry.
Beiden Verfahren ist der große Nachteil zu eigen, daß geheizte Gase zur Anregung der Probe verwendet werden. Die Heizgase haben den nachteiligen Einfluß, daß dadurch die Probe erheblich verdünnt wird und daß damit die Nachweisempfindlichkeit um den Verdünnungsfaktor vermindert wird. Ein weiterer Nachteil, der auf die Nach- Weisempfindlichke t der Probe Einfluß nimmt, entsteht beim spektrometri sehen Nachweis durch Querstörungen des im hohen Überschuß vorhandenen Gases.Both methods have the major disadvantage that heated gases are used to excite the sample. The heating gases have the disadvantageous effect that the sample is diluted considerably and that the detection sensitivity is reduced by the dilution factor. Another disadvantage, which influences the sensitivity of the sample, arises with spectrometric detection due to cross interference of the gas present in high excess.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen verdünnungsfreien Nachweis der in einer Probe enthaltenen Elemente mit einfachen aber sehr effektiven Mitteln zu erreichen und zudem spektralen Untergrundbeitrag des Heizgases zu vermeiden, so daß auf einfache Weise eine Analyse bzw. ein Nachweis kleinster Elementmengen in Flüssigkeiten möglich ist, wobei die Vorrichtung einen einfachen Aufbau aufweisen und kostengünstig bereitste!! bar sein soll.It is therefore an object of the present invention to achieve a dilution-free detection of the elements contained in a sample with simple but very effective means and also to avoid spectral background contribution of the heating gas, so that analysis or detection of the smallest amounts of elements in liquids is possible in a simple manner is, the device have a simple structure and inexpensive ready !! should be cash.
Gelöst wird die Aufgabe gemäß der Erfindung dadurch, daß eine Laserlichtquelle vorgesehen ist, mittels der das Laserlicht auf die in einem Analyseraum tröpfchenförmig eingebbare Flüssigkeitsprobe zur Erzeugung eines Plasmas der Flüssigkeitsprobe gebbar ist, wobei vom Plasma emittiertes Licht und/oder Probenmaterie auf eine Analyseeinrichtung gebbar ist.The object is achieved according to the invention in that a laser light source is provided, by means of which the laser light can be applied to the liquid sample which can be introduced in droplets in an analysis space in order to generate a plasma of the liquid sample, the plasma emitted light and / or sample material can be given to an analysis device.
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht im wesentlichen darin, daß die Analyse direkt und ohne weitere Verdünnung der Probe erfolgen kann. Das Plasma in Form einer Plasmablase stellt optisch eine Punkt- quelle dar, die ideale Bedingungen für eine Einkopplung der Emissionslinien in eine Analyseeinrichtung bzw. ein vorgeschaltetes optisches System liefert. Die Punkt- quelle ist nur wenige μ groß. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung besteht darin, daß im wesentlichen auf bereits verfügbare Mittel, wie Laserlichtquellen und Spektrometer der unterschiedlichsten Art, zurückgegriffen werden kann.The advantage of the solution according to the invention is essentially that the analysis can be carried out directly and without further dilution of the sample. The plasma in the form of a plasma bubble optically represents a point source which provides ideal conditions for coupling the emission lines into an analysis device or an upstream optical system. The point source is only a few μ in size. Another advantage of the solution according to the invention is that essentially available means such as laser light sources and spectrometers of the most varied types can be used.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung werden die tröpfchenförmigen Flüssigkeitsproben von einer Dosiereinrichtung geliefert. Dosiereinrichtungen dieser Art sind ebenfalls im Handel erhältlich und können beispielsweise tröpfchenför ige Flüssigkeitsproben im Piko- bis Nanol i terberei eh erzeugen. Es können faktisch eine Mehrzahl hintereinander gelieferter tröpfchenför iger Flüssigkeitsproben mittels des Laserlichts quasi der Reihe nach "abgeschossen" werden, so daß das Analyseergebnis durch eine Mehrzahl von unmittelbar nacheinander untersuchten Proben in bezug auf Exaktheit der Analyse gefestigt werden kann.According to an advantageous embodiment of the device, the droplet-shaped liquid samples are supplied by a metering device. Dosing devices of this type are also commercially available and can, for example, produce droplet-shaped liquid samples in the pico- to nanoliter. In fact, a plurality of droplet-shaped liquid samples supplied one after the other can be "shot down", so to speak, one after the other by means of the laser light, so that the analytical result can be confirmed by a plurality of samples examined immediately one after the other with regard to the accuracy of the analysis.
Vorteilhafterweise ist es auch möglich, eine Sequenz vorbestimmbarer Länge an tröpfchenförmigen Flüssigkeitsproben durch den Analyseraum zu leiten bzw. fallen zu lassen, wobei Dauer und Intensität des Laserlichts bzw. eines Laserimpulses so gewählt wird, daß jede tröpfchenförmige Flüssigkeitsprobe vom Laserlicht beaufschlagt und in eine Plasmawolke verwandelt werden kann .Advantageously, it is also possible to pass or drop a sequence of predeterminable length of droplet-shaped liquid samples through the analysis space, the duration and intensity of the laser light or a laser pulse being selected such that each droplet-shaped liquid sample is exposed to laser light can be applied and transformed into a plasma cloud.
Das Laserlicht kann vorteilhafterweise in Form eines Impulses auf die tröpfchenförmige Flüssigkeitsprobe gegeben werden, wobei die Länge des Impulses und ggf. eine Impulswiederholungsrate in Abhängigkeit der erwarteten Elementspektren festlegbar bzw. einstellbar ausbildbar ist.The laser light can advantageously be applied to the droplet-shaped liquid sample in the form of a pulse, the length of the pulse and possibly a pulse repetition rate depending on the expected element spectra being determinable or adjustable.
Vorteilhafterweise ist es ebenfalls möglich, das Laserlicht in Form einer Impulssequenz auf die tröpfchenföi— ige Flüssigkeitsprobe zu geben, d.h. es können in der nachgeschalteten Analyseeinrichtung die Emissionsblitze des Plasmas akkumuliert werden, wodurch eine genauere, aufschlußreichere Analyse der Elemente bzw. der Moleküle mögl ich ist.It is also advantageously possible to apply the laser light in the form of a pulse sequence to the droplet-like liquid sample, i.e. the emission flashes of the plasma can be accumulated in the downstream analysis device, whereby a more precise, more revealing analysis of the elements or the molecules is possible.
Vorteilhafterweise ist die Energie des Laserlichts derart auswählbar, daß das Plasma beispielsweise eine Temperatur von 10 °K aufweist und daß vorzugsweise die Energie des Laserlichts derart bemeßbar ist, daß das Plasma eine Ausdehnung im Bereich von 50 μm hat. Es hat sich herausgestellt, daß bei Einhaltung dieser Parameter eine qualitativ und quantitativ hochwertige Analyse der Probe mittels für Analysemethoden an sich bekannter spektroskopischer Einrichtungen möglich ist.Advantageously, the energy of the laser light can be selected such that the plasma has, for example, a temperature of 10 ° K and that preferably the energy of the laser light can be measured such that the plasma has an expansion in the range of 50 microns. It has been found that if these parameters are observed, a qualitatively and quantitatively high-quality analysis of the sample is possible by means of spectroscopic devices known per se for analysis methods.
Um das Laserlicht bündeln und auf einfache Weise auch auf die Probe gezielt ausrichten zu können, wird vorteilhafterweise das aus der Laserl ichtquell e austretende Laserlicht vor Auftritt auf die Flüssigkeitsprobe über eine Fokussierungseinrichtung geleitet, beispielsweise in Form einer Fokussierungsl i nse. Um auch bei ausreichender Auflösung eine ausreichend große Intensität des Laserlichts, das vom Plasma emittiert wird, zu erreichen, ist es ebenfalls vorteilhaft, das vom Plasma der tröpfchenförmigen Flüssigkeitsprobe emittierte Licht vor Eintritt in die Analyseeinrichtung über eine Fokussi erungseinri chtung zu leiten.In order to be able to focus the laser light and to align it in a simple manner to the sample, the laser light emerging from the laser light source is advantageously passed through a focusing device, for example in the form of a focusing lens, before it occurs on the liquid sample. In order to achieve a sufficiently high intensity of the laser light that is emitted by the plasma even with sufficient resolution, it is also advantageous to guide the light emitted by the plasma of the droplet-shaped liquid sample via a focusing device before entering the analysis device.
Die Analyseeinrichtung kann vorzugsweise aber auch ein E i ssi onsspektrometer sein, mittels dem die Emissionsstrahlung der atomisierten Probeatome bzw. ionisierten Elemente durch optische Spektro etrie analysiert wird. Bei einer Analyseeinrichtung in Form eines Emissions- spektrometers wird der Laserimpuls vorzugsweise mit dem Emi ssi onsspektrometer synchronisiert, wodurch eine Verminderung des Untergrundes in den erhaltenen Signalen erreicht wird.1 The analysis device can, however, preferably also be an emission spectrometer, by means of which the emission radiation of the atomized sample atoms or ionized elements is analyzed by optical spectrometry. In the case of an analysis device in the form of an emission spectrometer, the laser pulse is preferably synchronized with the emission spectrometer, as a result of which the background in the signals obtained is reduced. 1
Die Analyseeinrichtung kann aber auch ein Massenspek- trometer sein, bei dem die durch den "Beschüß" mittels Laserlichts der tröpfchenförmigen Flüssigkeitsprobe erzeugte kleine Plasmawolke auf Grund der Tatsache, daß die Atome im Plasma vollständig ionisiert sind, direkt in das Massenspektro eter eingeführt werden kann. Um die Impulsstruktur des Laserlichts optimal nutzen zu können, ist es vorteilhaft, die Massen der von dem Laserlicht erzeugten Ionen durch ein sogenanntes "Time of Flight"- Verfahren (TOF-MS) zu identifizieren.However, the analysis device can also be a mass spectrometer in which the small plasma cloud generated by the “bombardment” by means of laser light of the droplet-shaped liquid sample can be introduced directly into the mass spectrometer due to the fact that the atoms in the plasma are completely ionized. In order to be able to optimally use the pulse structure of the laser light, it is advantageous to identify the masses of the ions generated by the laser light by means of a so-called "time of flight" method (TOF-MS).
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die nachfolgenden schematischen Zeichnungen anhand zweier Ausführungsbeispiele eingehend beschrieben. Darin zei gen : Fig. 1 eine Vorrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltung, bei der die Analyseeinrichtung in Form eines Massenspektrometers ausgebildet ist, undThe invention will now be described in detail with reference to the following schematic drawings using two exemplary embodiments. It shows: 1 shows a device according to a first embodiment, in which the analysis device is designed in the form of a mass spectrometer, and
Fig. 2 eine Vorrichtung, bei der die Analyseeinrichtung in Form eines optischen Emissionsspektro- meters ausgebildet ist.2 shows a device in which the analysis device is designed in the form of an optical emission spectrometer.
Die Vorrichtung 10 zur Analyse von tröpfchenförmigen Flüssigkeitsproben 11, in denen Elemente enthalten sind, die das eigentlich zu untersuchende Objekt darstellen, umfaßt eine Laserl ichtquell e 12, vgl. Fig. 1. Die Laserlichtquelle 12 erzeugt auf geeignete Weise Laserlicht 13. Das Laserlicht 13 wird auf eine Fokussi erungs- einrichtung 18 geleitet, hier beispielsweise ausgebildet in Form einer Fokussierungsl inse. Das fokussierte Laserlicht 13 wird auf eine tröpfchenförmige Flüssigkeitsprobe 11 gerichtet. Die Energie des Laserlichts ist derart vorbestimmt eingestellt, daß ein Plasma 15 der tröpfchenförmigen Flüssigkeitsprobe 11 erzeugt wird. Die Flüssigkeitsprobe 11 liegt dann quasi als Plasmabläschen vor. Das Plasma 15 hat beispielsweise eine Temperatur im Bereich von 10 °K und die Ausdehnung des Plasmabläschens 15 liegt im Bereich von 50 μm und weniger. Das Plasma 15 emittiert Licht 16, das wiederum auf eine Fokussierungseinrichtung 19 gegeben wird, Fig. 2, die be spielsweise in Form einer Sammellinse ausgebildet sein kann. Das gebündelte emittierte Licht 16 wird auf eine Analyseeinrichtung 17 geleitet und dort mittels spektroskopischer Methoden qualitativ und quantitativ ausgewertet. Die Analyseeinrichtung 17 ist beispielsweise in Form eines optischen Emi ssi onsspektro eters ausgebildet, Fig. 2. Die tröpfchenförmigen Flüssigkei sproben 11 werden von einer Einrichtung 22 zum Dosieren geliefert, die derart zum Laserlicht 13 ausgerichtet ist, daß die tröpfchenförmigen Flüssigkeitsproben den Brennpunkt der Fokus- sierungseinri chtung 18 durchqueren. Die Einrichtung 22 kann durch eine konventionelle Dosiereinrichtung gebildet werden. Die Einrichtung 22 kann aber auch mittels eines modernen Trennverfahrens wie z.B. eines HPLC-Ver- fahrens (High pressure liquid chro atography) erzeugt werden. Durch geeignete Synchronisierung der durch die Einrichtung 22 gelieferten tröpfchenförmigen Flüssigkeitsproben 11 mit der Laserlichtquelle 12 kann sichergestellt werden, daß genau dann, wenn sich eine tröpfchenförmige Flüssigkeitsprobe 11 im Brennpunkt der Fokussierungseinrichtung 18 befindet, die Aussendung des Laserlichts 13 aktiviert wird und praktisch die sich im Brennpunkt der Fokussierungseinrichtung 18 befindliche tröpfchenförmige Flüssigkeitsprobe 11 "abgeschossen" wird, d.h. ein Plasma 15 erzeugt wird.The device 10 for analyzing droplet-shaped liquid samples 11, in which elements are contained which represent the object actually to be examined, comprises a laser light source 12, cf. Fig. 1. The laser light source 12 generates laser light 13 in a suitable manner. The laser light 13 is directed to a focusing device 18, here, for example, in the form of a focusing lens. The focused laser light 13 is directed onto a droplet-shaped liquid sample 11. The energy of the laser light is predetermined such that a plasma 15 of the droplet-shaped liquid sample 11 is generated. The liquid sample 11 is then virtually present as plasma bubbles. The plasma 15 has, for example, a temperature in the range of 10 ° K and the extent of the plasma washing 15 is in the range of 50 μm and less. The plasma 15 emits light 16, which in turn is given to a focusing device 19, FIG. 2, which can be designed, for example, in the form of a converging lens. The bundled emitted light 16 is passed to an analysis device 17, where it is qualitatively and quantitatively evaluated by means of spectroscopic methods. The analysis device 17 is designed, for example, in the form of an optical emission spectrometer, FIG. 2. The droplet-shaped liquid samples 11 are supplied by a metering device 22 which is aligned with the laser light 13 such that the droplet-shaped liquid samples traverse the focal point of the focusing device 18. The device 22 can be formed by a conventional metering device. The device 22 can, however, also be produced by means of a modern separation process, such as, for example, an HPLC process (high pressure liquid chroatography). By suitable synchronization of the droplet-shaped liquid samples 11 supplied by the device 22 with the laser light source 12, it can be ensured that precisely when a droplet-shaped liquid sample 11 is located in the focal point of the focusing device 18, the emission of the laser light 13 is activated and practically the focal point the droplet-shaped liquid sample 11 located in the focusing device 18 is “shot off”, ie a plasma 15 is generated.
Das Laserlicht 13 selbst kann in Form einzelner Impulse auf die Flüssigkeitsprobe 11 gegeben werden, wobei die Impulslänge und ggf. eine Impulswiederholungsrate einstellbar ausgebildet sein können. Es ist aber auch möglich, das Laserlicht 13 in Form einer Impulssequenz auf die Flüssigkeitsprobe 11, ggf. sich in geeigneter Zeit wiederholend, zu geben.The laser light 13 itself can be applied to the liquid sample 11 in the form of individual pulses, the pulse length and possibly a pulse repetition rate being adjustable. However, it is also possible to apply the laser light 13 to the liquid sample 11 in the form of a pulse sequence, possibly repeating itself in a suitable time.
Auch eine Sequenz vorbestimmbarer Menge an tröpfchenförmigen Flüssigkeitsproben 11 kann durch den Analyseraum 14 geleitet werden.A sequence of predeterminable amount of droplet-shaped liquid samples 11 can also be passed through the analysis space 14.
Die Vorrichtungen 10 gemäß Fig. 1 und gemäß Fig. 2 unterscheiden sich im wesentlichen darin, daß im Falle der Fig. 1 als Analyseeinrichtung 17 ein Massenspektro- eter (TOF-Massenspektrometer) Verwendung findet. Bei Verwendung eines Massenspektrometers als Analyseeinrichtung 17 wird Probenmaterie 16 auf das Massenspektrometer geleitet. Bei der Vorrichtung 10 gemäß Fig. 2 wird das vom Plasma 15 kommende Emissionslicht auf eine Analyseeinrichtung 17 in Form eines optischen Spektro eters (OES-Spektrometer) gegeben wird, mittels dem die Lichtemission des Plasmas 15 nach den Methoden der optischen E issionsspektrometrie direkt zur Elementanalyse genutzt wird . The devices 10 according to FIG. 1 and according to FIG. 2 differ essentially in that, in the case of FIG. 1, a mass spectrometer eter (TOF mass spectrometer) is used. When using a mass spectrometer as the analysis device 17, sample material 16 is directed onto the mass spectrometer. In the device 10 according to FIG. 2, the emission light coming from the plasma 15 is passed to an analysis device 17 in the form of an optical spectrometer (OES spectrometer), by means of which the light emission of the plasma 15 according to the methods of optical emission spectrometry is used directly for element analysis is being used .
Bezugszei chenl i steReference character list
10 Vorrichtung10 device
11 tröpfchenförmige Flüssigkeitsprobe11 droplet-shaped liquid sample
12 Laserlichtquelle12 laser light source
13 Laserlicht13 laser light
14 Analyseraum14 analysis room
15 Plasma15 plasma
16 emittiertes Licht / Probenmaterial (Ionenbündel)16 emitted light / sample material (ion bundle)
17 Analyseeinrichtung17 Analysis device
18 Fokussierungseinrichtung (erste)18 focusing device (first)
19 Fokussierungseinrichtung (zweite) 2019 focusing device (second) 20
21 Probenflüssigkeit21 sample liquid
22 Einrichtung 22 Setup

Claims

Vorrichtung zur Analyse von in tröpfchenförmigen Flüssigkeitsproben enthaltenen ElementenPatentansprüche Device for the analysis of elements contained in droplet-shaped liquid samples
1. Vorrichtung zur Analyse von in Flüssigkeiten enthaltenen Elementen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Laserlichtquelle (12) vorgesehen ist, mittels der Laserlicht (13) auf die in einem Analyseraum (14) tröpfchenförmig eingebbare Flüssigkeitsprobe (11) zur Erzeugung eines Plasmas (15) der tröpfchenförmigen Flüssigkeitsprobe (11) gebbar ist, wobei vom Plasma (15) emittiertes Licht (16) und/oder Probenmaterial (16) auf eine Analyseeinrichtung (17) gebbar ist.1. Device for analyzing elements contained in liquids, characterized in that a laser light source (12) is provided, by means of the laser light (13) on the droplet-shaped liquid sample (11) which can be entered in an analysis space (14) to generate a plasma (15). the droplet-shaped liquid sample (11) can be given, whereby light (16) and / or sample material (16) emitted by the plasma (15) can be given to an analysis device (17).
2 . Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß tröpfchenförmige Flüssigkeitsproben (11) von einer Einrichtung (22) zum dosierten Abgeben von Flüssigkeitsmengen geliefert werden.2nd Device according to claim 1, characterized in that droplet-shaped liquid samples (11) from one Device (22) for the metered delivery of quantities of liquid can be supplied.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die tröpfchenförmigen Flüssigkeitsproben mittels einer nach dem Prinzip eines HPLC-Trennverfahrens (High pressure liquid chromatography) Einrichtung (22) erzeugbar sind.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the droplet-shaped liquid samples can be generated by means of a (HPLC) separation method (high pressure liquid chromatography) device (22).
4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Sequenz vorbestimmbarer Länge an tröpfchenförmigen Flüssigkeitsproben (11) durch den Analyseraum (14) leitbar ist.4. The device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that a sequence of predeterminable length of droplet-shaped liquid samples (11) through the analysis space (14) can be conducted.
5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht (13) in Form eines Impulses auf die tröpfchenförmige Flüssigkeitsprobe (11) gebbar ist.5. The device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the laser light (13) in the form of a pulse on the droplet-shaped liquid sample (11) can be given.
6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Laserlicht (13) in Form einer Impulssequenz auf die tröpfchenförmige Flüssigkeitsprobe (11) gebbar ist.6. The device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that the laser light (13) in the form of a pulse sequence on the droplet-shaped liquid sample (11) can be given.
7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie des Laserlichts (13) derart auswählbar ist, daß das Plasma (15) eine Temperatur von 10 °K aufweist.7. The device according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the energy of the laser light (13) can be selected such that the plasma (15) has a temperature of 10 ° K.
8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Energie des Laserlichts (13) derart bemeßbar ist, daß das Plasma (13) eine Ausdehnung im Bereich von 50 μm hat. 8. The device according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the energy of the laser light (13) can be measured such that the plasma (13) has an extent in the range of 50 microns.
9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das aus der Laserlichtquelle (12) austretende Laserlicht (13) vor Auftritt auf die tröpfchenförmige Flüssigkeitsprobe (11) über eine Fokussierungseinrichtung (18) leitbar ist.9. The device according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the laser light (13) emerging from the laser light source (12) is conductive before occurrence on the droplet-shaped liquid sample (11) via a focusing device (18).
10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das vom Plasma (15) der Flüssigkeitsprobe (11) emittierte Licht (16) vor Eintritt in die Analyseeinrichtung (17) über eine Fokussierungs- oder eine Defokussierungseinrichtung (19) 1 ei tbar i st .10. The device according to one or more of claims 1 to 9, characterized in that the light (16) emitted by the plasma (15) of the liquid sample (11) before entering the analysis device (17) via a focusing or a defocusing device (19 ) 1 can be defined.
11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyseeinrichtung (17) ein Massenspektrometer ist.11. The device according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the analysis device (17) is a mass spectrometer.
12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Analyseeinrichtung (17) ein Emi ssi onsspektrometer ist.12. The device according to one or more of claims 1 to 11, characterized in that the analysis device (17) is an Emi ssi onsspektrometer.
13. Vorrichtung nach Anspruch (12) dadurch gekennzeichnet, daß der Laserimpuls mit dem Emi ssionsspektrometer synchronisierbar ist.13. The apparatus according to claim (12), characterized in that the laser pulse can be synchronized with the emission spectrometer.
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Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10361903A1 (en) * 2003-12-22 2005-07-28 Carl Zeiss Jena Gmbh Method for the spectroscopic analysis of a biological or chemical substance
US8912007B2 (en) 2013-01-22 2014-12-16 Tecan Trading Ag Optical measuring apparatus and method for the analysis of samples contained in liquid drops
DE102016113771B4 (en) 2016-07-26 2019-11-07 Bundesrepublik Deutschland, Vertreten Durch Den Bundesminister Für Wirtschaft Und Energie, Dieser Vertreten Durch Den Präsidenten Der Bundesanstalt Für Materialforschung Und -Prüfung (Bam) Gaseous sample analysis apparatus and method for detecting analytes in a gas
CN115791758B (en) * 2023-02-09 2023-05-12 合肥金星智控科技股份有限公司 Device and method for rapidly detecting metal elements in electrolyte

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0418785A2 (en) * 1989-09-20 1991-03-27 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for mass spectrometric analysis
US5285064A (en) * 1987-03-06 1994-02-08 Extrel Corporation Method and apparatus for introduction of liquid effluent into mass spectrometer and other gas-phase or particle detectors

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6093336A (en) * 1983-10-26 1985-05-25 Mitsubishi Electric Corp Microanalysis device by laser
US4925307A (en) * 1984-05-01 1990-05-15 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Apparatus and method for the spectrochemical analysis of liquids using the laser spark
WO1992008120A1 (en) * 1990-10-29 1992-05-14 Macquarie University Pulsed laser flow cytometry
US5379103A (en) * 1993-05-06 1995-01-03 Apti, Inc. Method and apparatus for in situ detection of minute amounts of trace elements
US5681752A (en) * 1995-05-01 1997-10-28 The Regents Of The University Of California Method and apparatus for determining the size and chemical composition of aerosol particles
CA2284870C (en) * 1997-03-17 2003-11-25 Tsi Incorporated System for detecting fluorescing components in aerosols
DE19724238A1 (en) * 1997-06-09 1998-12-10 Basf Ag Procedure for determining the interface adsorption

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5285064A (en) * 1987-03-06 1994-02-08 Extrel Corporation Method and apparatus for introduction of liquid effluent into mass spectrometer and other gas-phase or particle detectors
EP0418785A2 (en) * 1989-09-20 1991-03-27 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for mass spectrometric analysis

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
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