DE3913763C2 - Massenspektrometer - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Massenspektro­ meter, und betrifft insbesondere ein mit einem Flüssig­ keitschromatographen gekoppeltes Massenspektrometer, d. h. einen Flüssigkeitschromatographen/Massenspektrometer, das zum Trennen und Analysieren eines breiten Bereichs von wichtigen nicht-flüchtigen Verbindungen im lebenden Körper geeignet ist, z.B. Amine, Aminosäuren, Steroide, Antibio­ tika, Zucker, Peptide, Vitamine etc.

Heutzutage ist die Entwicklung von Trennverfahren und Analysierverfahren für Verbindungen, die den lebenden Körper betreffen, eine der wichtigen Aufgaben auf dem Gebiet der Analysen. Zu diesem Zweck sind Flüssigkeits­ chromatographen mit einer ausgezeichneten Trennfähigkeit entwickelt worden, die mit einem Massenspektrometer verbunden sind, welches eine ausgezeichnete Identifika­ tionsfähigkeit hat.

In Fig. 11 ist der gesamte Aufbau eines Flüssigkeitschro­ matographen/Massenspektrometers gezeigt, wobei ein doppelt fokussierendes Massenspektrometer, das einen Abschnitt 4 zur elektrischen Feldanalyse und einen Abschnitt 5 zur magnetischen Feldanalyse enthält, in dem Massen-analysie­ renden Bereich verwendet wird, um das Arbeitsprinzip des Flüssigkeitschromatographen/Massenspektrometers zu er­ läutern.

Eine in der Analyse befindliche Probe, die von einem Flüssigkeitschromatographen 1 getrennt und eluiert ist, wird in eine Ionenquelle 3 über eine Leitung 2 eingebracht. Ionen der Probenmoleküle, die in der Ionenquelle 3 gebildet werden, werden über eine Öffnung in ein Vakuum eingebracht und ferner in einen massen-analysierenden Bereich, der einen Abschnitt 4 zur elektrischen Feldanalyse und einen Abschnitt 5 zur magnetischen Feldanalyse und eine analy­ sierte Masse aufweist. Die massen-analysierten Ionen werden von einem Ionendetektor 6 erfaßt und die erfaßte Information in einen Datenverarbeitungsabschnitt 7 geführt. Der massenanalysierende Bereich, der den Abschnitt 4 zur elektrischen Feldanalyse und den Abschnitt 5 zur magneti­ schen Feldanalyse aufweist, wird von einem geeigneten Pumpsystem 9 evakuiert. Eine Leistungsquelle 8 für die Ionenquelle 3 und eine Signal-Übertragungsleitung 10 ist ferner vorgesehen. Das Arbeitsprinzip eines Flüssigkeits­ chromatographen/Massenspektrometers selbst ist einfach, wie oben beschrieben, aber der Flüssigkeitschromatograph handhabt eine Probe in einem Zustand der flüssigen Lösung, wogegen das Massenspektrometer eine Probe in einem gas­ förmigen Zustand handhabt. Dies bedeutet, daß eine Unvereinbarkeit zwischen den beiden besteht und so die Entwicklung von Flüßigkeitschromatograph/Massenspektro­ metern ein sehr schwieriges Problem darstellt.

Um das schwierige Problem zu lösen sind verschiedene Verfahren vorgeschlagen worden, für die ein Atmosphären­ druck-Ionisationsverfahren typisch ist, das in der japani­ schen Kokai (offengelegten) Patentanmeldung Nr. 60-1 27 453 offenbart ist, und ein Thermospray-Verfahren, das in "Analytical Chemistry", Band 55, Nr. 4, April 1983, Seiten 750-754 offenbart ist.

Wie in Fig. 12 und die Druckschrift Analytical Chemistry, Vol. 60, No. 8, April 15, 1988, Seiten 77 bis 78 zeigen, weist das Atmosphärendruck- Ionisationsverfahren vernebelnde Lösungen auf, die von einem Flüssigkeitschromatographen durch Vernebelung vermit­ tels einer heißen Kapillare 11 oder einer Ultraschallver­ nebelung eluiert wird, ferner die vernebelten bzw. zer­ stäubten Lösungen von einem beheizten Block 12 aufgeheizt werden, wodurch die zerstäubten Lösungen verdampfen, die verdampften Probenmoleküle durch Koronarentladung vermit­ tels einer Nadelelektrode 13 und einer Serie von aufein­ anderfolgenden Ionen-Molekül-Reaktionen ionisieren, die so gebildeten Ionen in ein Vakuum über eine erste Öffnung 14 und eine zweite Öffnung 15 eingeführt werden und die Ionen massen-analysiert werden. Das Atmosphärendruck- Ionisationsverfahren hat typischerweise eine hohe Empfind­ lichkeit und ist leicht verbindbar mit einem Flüssigkeits­ chromatographen, weil die Ionenquelle unter Atmosphären­ druck arbeitet. Intensive Molekularionen können aus geringpolaren Aminen, Steroiden, Antibiotika etc. unter den wichtigen nichtflüchtigen Verbindungen in dem lebenden Körper erhalten werden und können massen-analysiert werden, aber molekulare Ionen aus hoch-polaren Zuckern und Peptiden sind schlechter zu erhalten und schwierig auf ihre Masse zu analysieren.

Dagegen weist das in Fig. 13 gezeigte Thermospray-Verfah­ ren das Sprühen aus einer geheizten Kapilare 11′, in ein Vakuum von einigen Torr oder weniger von Lösungen auf, die sowohl Proben als auch Puffer enthalten, z. B. Am­ moniumazetat, das Einführen der durch Verdampfung der so gebildeten Tropfen gebildeten Ionen in einen Massen­ analysierenden Bereich über eine zweite Öffnung 15 und die Analyse der Masse der Ionen in dem Massen-analysieren­ den Bereich. Im Gegensatz zu dem Atmosphärendruck-Ioni­ sationsverfahren kann das Thermospray-Verfahren hochpolare Verbindungen, z. B. Zucker und Peptide, analysieren, jedoch sind gering-polare Verbindungen z. B. Amine, Steroide, Antibiotika, schwierig zu analysieren.

Somit scheint es, daß ein breiter Bereich von wichtigen Verbindungen, die den lebenden Körper betreffen, durch Entwicklung eines Flüssigkeitschromatograph/Massen­ spektrometers analysiert werden, das mit zwei solchen Ionenquellen versehen ist. Eine kombinierte Ionenquelle mit einer Ionisationsfunktion bezogen auf solche Ionenquel­ len scheint eine wie Fig. 14 gezeigte Struktur zu haben. Jedoch schafft der wesentliche Unterschied zwischen dem Atmosphärendruck-Ionisationsverfahren, das unter Atmos­ phärendruck arbeitet und dem Thermospray-Verfahren, das unter einem Druck von einigen Torr arbeitet, folgende neue Probleme.

• 1) Die Struktur der kombinierten Ionenquelle ist kompli­ ziert, da, wenn das Atmosphärendruck-Ionisationsverfah­ ren verwendet wird, ein (nicht in der Zeichnung gezeig­ tes) Ventil so vorgesehen sein muß, daß keine Flüssig­ keit aus einer Kapillare 11′ austreten bzw. lecken darf, die in dem Thermospray-Verfahren verwendet wird, wogegen, wenn das Thermospray-Verfahren verwendet wird, ein (nicht in der Zeichnung gezeigtes) Ventil so vorgesehen sein muß, daß kein Gas aus einer Öffnung zum Einführen der Ionen austreten darf, die von dem Atmosphärendruck-Ionisationsverfahren gebildet werden.
• 2) Das Atmosphärendruck-Ionisationsverfahren erfordert keine Flüssigstickstoff-Falle, etc. um das Pumpsystem vor Verschmutzungen aufgrund von Eluat aus dem Flüssig­ keitschromatographen zu schützen, wogegen das Ther­ mospray-Verfahren eine (nicht in der Zeichnung gezeigt) Falle benötigt und der fortlaufende Analysenbetrieb unterbrochen werden muß, um die Falle bei Pausen von einigen wenigen Stunden zu waschen.
• 3) Im Falle des Thermospray-Verfahrens ist das Innere der Ionenquelle immer einem großen Gasvolumen ausgesetzt und wird daher mit großer Wahrscheinlichkeit ver­ schmutzt.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen Flüssigkeitschromatograph/Massenspektrometer zur Verfügung zu stellen, das eine neuartige Ionenquelle enthält, in der die Ionenquelle des Atmosphärendruck- Ionisationsverfahrens und die Ionenquelle des Thermospray- Verfahrens integriert sind, und die frei von den voran­ gegangenen Problemen ist.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung kann gelöst werden durch Betriebsfähigmachen der Ionenquelle des Thermospray- Verfahrens unter Atmosphärendruck und Integrieren der Ionenquelle des Thermospray-Verfahrens mit dem Atmosphären­ druck-Ionisationsverfahren.

Die meisten der von dem Thermospray-Verfahren gebildeten Ionen können jedoch nicht in den massenanalysierenden Bereich eingeführt werden, durch einfaches Erhöhen des Arbeitsdruckes der Ionenquelle des Thermospray-Verfahrens von einigen Torr auf Atmosphärendruck, wie in Fig. 15 gezeigt, und das Massenspektrometer arbeitet nicht sauber, weil die Menge der sich in das Vakuum über die Öffnungen 14 und 15 bewegenden Ionen durch das Thermospray-Verfahren in dem in der Fig. 15 gezeigten Aufbau äußerst stark vermindert wird.

In einem Verfahren zum Erzeugen von Ionen durch Sprühlösun­ gen unter Atmosphärendruck finden ein Prozeß zur Ver­ nebelung und Verdampfung durch Heizen und ein Prozeß zur Ionisation parallel statt und es ist bevorzugt in diesem Verfahren die Ionen an dem spitzen Ende der Kapillare zu erzeugen, weil die Neutralisation der Ionen nicht an der Innenwand der Kapillare stattfindet. Darüberhinaus ist die radiale Verteilung des durch Sprühlösungen unter dem Atmosphärendruck aus der Kapillare erhaltenen Ionenstroms höher in der Nähe der Achse der Kapillarmitte höher und viel kleiner in Richtung gegen die Randseite. Wie in Fig. 16 gezeigt, können die meisten Ionen nicht in Massen- analysierenden Bereichen über die Öffnungen in einen solchen Aufbau eingeführt werden, da die Kapillare parallel zu den Öffnungen vorgesehen ist, wie in der herkömmlichen Ionenquelle des Thermospray-Verfahrens.

In der vorliegenden Erfindung kann die Kapillarspitze beheizt und in der Temperatur gesteuert werden, und zwar unabhängig von dem verbleibenden Teil der Kapillare, und die Mittelachse der Kapillare ist so angeordnet, daß sie längs des Mittelpunkts der Öffnungen sogar im Falle des Thermospray-Verfahrens ausgerichtet ist. Der so erhaltene Strahl ist in einem gründlich verdampften Zustand und kann als solcher in dem Atmosphärendruck-Ionisationsverfah­ ren verwendet werden.

Polare Bestandteile in dem Eluat aus dem Flüssigkeits­ chromatographen werden durch Versprühen von Eluat aus der metallischen Kapilare ionisiert, und die so gebildeten Ionen werden durch Öffnungen beliebig entnommen und auf ihre Masse analysiert.

Weniger polare Bestandteile werden durch Koronarentladung an einer Entladeelektrode ionisiert, z. B. an einer Nadel etc. und durch eine Serie von aufeinanderfolgenden Ione/- Molekül/Reaktionen ionisiert und werden auf ihre Masse analysiert. Somit können Bestandteile mit verschiedenen chemischen Eigenschaften ionisiert und in der vorliegenden Erfindung analysiert werden.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit der Zeichnung.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau der Ionenquelle eines Massenspektrometers gemäß einer Ausfüh­ rungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.

Fig. 2 und 3 sind Ansichten, die ein Verfahren zum Beheizen in einer metallischen Kapillare zeigen.

Fig. 4 und 5 zeigen Ausführungsformen der Korona- Entladeelektrode.

Fig. 6 ist ein Diagramm, das die Veränderungen in der Ionenintensität der Saccharose-Molekülionen (M+Na)⁺ (Molekülgewicht=365), in dem Abstände zwischen dem spitzen Ende der metallischen Kapillare und einer ersten Öffnung in einem Thermospray-Modus verändert werden.

Fig. 7 ist ein Diagramm, das ein Verhältnis zwischen dem an eine Ladeelektrode angelegten Potential und dem Entlade­ strom zeigt.

Fig. 8 ist eine Diagramm, das Saccharose-Massenspektra zeigt.

Fig. 9 ist ein Diagramm, das Veränderungen in der Mole­ külionen-Intensität durch verschiedene Arten von mobiler Phase zeigt, die in dem Flüssigkeitschromatographen verwen­ det werden.

Fig. 10 ist ein Vergleichsdiagramm für die molekularen Ionenintensitäten von 17-a-Progesteron, Arginin und Stachyose, gemäß einem herkömmlichen Atmosphärendruck- Ionisationsverfahren, einem herkömmlichen Thermospray- Verfahren und der vorliegenden Erfindung, die auf der Integration des Atmosphärendruck-Ionisationsverfahrens und des Thermospray-Verfahrens beruht.

Fig. 11 ist ein Flußdiagramm, das den Aufbau von gewöhn­ lichen Flüssigkeitschromatograph/Massenspektrometern zeigt.

Fig. 12 ist eine schematische Zeichnung, die den Aufbau der Ionenquelle eines herkömmlichen atmosphärischen Druck- Ionisationsverfahrens zeigt.

Fig. 13 ist eine schematische Ansicht, die den Aufbau der Ionenquelle des herkömmlichen Thermospray-Verfahrens zeigt.

Fig. 14 und 15 sind schematische Ansichten, die den Aufbau einer kombinierten Ionenquelle des Atmosphärendruck- Ionisationsverfahrens und des Thermospray-Verfahrens zeigen.

Fig. 16 ist ein Diagramm, das die Veränderungen in dem Strom durch Ändern der Abstände von der Mittelpunktachse zeigt, wenn in einem Thermospray-Modus erzeugte Ionen von einer Elektrode mit eine Dicke von 1 mm bei einer Position 10 mm entfernt von dem spitzen Ende der Kapillare unter Atmosphärendruck erzeugt werden.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend beschrieben, unter Bezugnahme auf Fig. 1 bis 11 und ein System, das ein doppelt fokussierendes Massenspektrometer verwendet, welches einen Bereich 4 zur elektrischen Feldanalyse und einen Abschnitt 5 zur mag­ netischen Feldanalyse aufweist. Es ist überflüssig aus­ zuführen, daß andere Typen von Massenspektrometern, z.B. Quadrupol-Massenspektrometer von der vorliegenden Erfindung auch verwendet werden können.

In Fig. 1 ist der Aufbau einer Ionenquelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt.

Eine Probe in Lösung, die von dem Flüssigkeitschroma­ tographen getrennt und von dem Flüssigkeitschromatographen eluiert ist, wird in eine metallischen Kapillare 11 mit einem Verbindungsstück über eine Leitung 2 eingeführt. Die metallische Kapillare 11 kann beheizt und temperaturge­ steuert werden. Die metallische Kapillare 11 ist indirekt als ganzes beheizt, durch Heizen der Kartuschenheizele­ mente 17, die in einem metallischen Block 12 über eine Heizleistungsquelle 16 aufgenommen sind. Um das spitze Endteil der metallischen Kapillare 11 besonders zu be­ heizen, wird der spitze Endteil der metallischen Kapillare 11 direkt elektrisch von einer geeigneten Hilfsstromquelle 16′ beheizt, wie in Fig. 2(a) gezeigt ist. Eine Erhöhung in der Menge der Ionen ist beobachtbar, durch getrenntes Heizen des spitzen Endteils. Diese Ausführungsform verwen­ det eine Kombination aus indirekter Heizung der Kapillare 11 als ganzes und direkte Heizung des Spitzenendteils, aber es ist ebenso denkbar, sowohl Kapillare 11 als ganzes als auch das spitze Endteil indirekt oder direkt zu beheizen.

Um die metallischen Kapillare 11 ganz zu beheizen, wird die metallische Kapillare 11 in eine Vielzahl von Teile unterteilt und die einzelnen Teile können in Fig. 2(b) gezeigt getrennt beheizt werden. Ferner ist es ebenso möglich, elektrisch direkt nur ein Teil des spitzen Endes (Fig. 3(a)) zu beheizen oder indirekt den Teil zu beheizen (Fig. 3(b)), obwohl die Ionenmenge, die durch das Sprühen erzeugt wird, verringert ist, im Vergleich mit der der zuvor erwähnten zwei Verfahren von Fig. 2(a) und (b).

Um einen Druckanstieg an der Innenseite der Kapillare aufgrund einer partiellen Verdampfung (bis zu einem gewissen Grad) der Lösung durch Heizen zu unterdrücken, kann der Innendurchmesser ein wenig an dem spitzen Endteil der zu beheizenden Kapillaren erhöht werden (Fig. 3(c) und (d)), oder eine andere Kapillare 28 mit einem wenig größeren Durchmesser kann mit der Kapillaren 11 verbunden und beheizt werden (Fig. 3(e)). In jedem dieser Fälle ist eine Thermokopplung 18 an der metallischen Kapillare 11 oder dem metallischen Block 12 vorgesehen, um Tempera­ turen zu überwachen und zu steuern.

Das Eluat von dem Flüssigkeitschromatographen 1 wird aufgeheizt und über die metallische Kapillare 11 verdampft, welche durch den vorausgehenden Heizschritt aufgeheizt ist, und ein Teil des Dampfes wird als Ionen entladen.

Die somit erzeugten Ionen können in wirksamer Weise in den massen-analysierenden Bereich eingeführt werden und die verdampften Probemoleküle können durch Koronarentladung unter Atmosphärendruck gemäß den in Fig. 4 und 5 gezeigten Ausführungsformen ionisiert werden. Die radiale Verteilung der Ionen, die von der Kapillar 11 versprüht werden, ist wie in Fig. 16 gezeigt. D.h., daß die Ionenmenge größer nahe der Mittelpunktachse ist und kleiner zu der Randseite hin. Um die Ionen effizient in den massen-analysierenden Bereich einzufügen, ist es notwendig, die Öffnung 14 längs der Mittelpunktachse der Kapillare 11 auszurichten. Die Ionenmenge wird verändert durch Verän­ dern der Abstände zwischen dem spitzen Ende der Kapillare 11 und der Öffnung 14, wie in Fig. 6 gezeigt. Dies bedeutet, daß der bevorzugteste Abstand zwischen dem spitzen Ende der Kapillare 11 und der Öffnung 14 nicht mehr als 1 cm beträgt, weil eine genügend große Ionen­ menge erhalten werden kann. Auch wenn der Abstand nicht größer als 3 cm ist, kann eine stabile ausreichende Ionenmenge erreicht werden. Wenn der Abstand größer als 3 cm ist, ist die zu erzeugende Ionenmenge auf 1/10 bis 1/20 dessen gesenkt, wie wenn der Abstand 1 cm ist, und dies ist nicht praktisch.

Auf der anderen Seite ist es wirksam, den Entladungsteil der Koronarentladungs-Elektrode an einer Position von 3 bis 5 mm entfernt von der Öffnung vorzusehen. Dies bedeutet, daß die Entladungselektrode in der Ionenquelle so eingestellt ist, daß sie zwischen der Kapillare 11 und der ersten Öffnung 14 eingeführt werden kann, und das Kapillarenpotential wird gleich oder höher als das der Entladungselektrode gemacht. Als Koronarentladung-Elek­ trode kann eine gewöhnliche Nadel 13 (Fig. 4(a)), ein Draht 19 (Fig. 4(b)), Drähte oder Drahtnetze 20 (Fig. 4(c)), ein direkt an der Kapillaren 11 befestigter Draht 19 (Fig. 4(d)) verwendet werden. Wenn nur ein Massen­ spektrum durch Koronarentladung gewünscht ist, muß sich der Kapillarenteil auf einem geringeren Potential befinden als die Entladungselektrode. Es ist überflüssig zu sagen, daß die Ionen durch das Thermospray-Verfahren gebildet und betrachtet werden können ohne ein Potential an die Entladungselektrode anzulegen, d. h., ohne Koronarentladung zu erzeugen. Darüberhinaus können der Thermospray-Modus (Fall A) und der Atmosphärendruck-Ionisationsmodus (Fall B) abwechselnd eingerichtet werden durch Anlegen eines Potentials bei einer bestimmten Frequenz an die Entladungs­ elektrode bzw. Abschalten wie in Fig. 7 gezeigt.

Um die von dem Atmosphärendruck-Ionisationsverfahren erzeugten Ionen und die durch das Thermospray-Verfahren erzeugten Ionen zur selben Zeit zu erfassen, ist es notwendig, die äußeren bzw. nach außen gelangenden Kom­ ponenten des Strahls zu ionisieren, der von der Kapillaren durch eine elektrische Entladung injiziert wird, und den Mittelbestandteilen zu ermöglichen, direkt Ionen zu verwenden, die durch Versprühen von der Kapillare gebildet werden, wie in Fig. 5(a) und (b) gezeigt, oder das Potential an dem spitzen Endteil der Kapillare 11 zu erhöhen, eine Hilfselektrode 23 mit einem höheren Potential als das der Kapillaren vorzusehen, und den von dem spitzen Ende der Kapillaren 11 gebildeten Ionen zu ermöglichen, die erste Öffnung 14 ohne eine Abweichung zu erreichen, die von dem Potential der Entladungselektrode 19 verursacht wird, wie in Fig. 5(c) und (d) gezeigt.

Die in Fig. 5(a) und (b) gezeigten Ausführungsformen sind solche Fälle, bei denen eine elektrische Entladung an dem Rand 21 der Hilfselektrode 23 eingerichtet ist, die an dem spitzen Endteil der metallischen Kapillaren 11 oder bei einer Anzahl von Nadeln 22 vorgesehen ist, die an der Hilfselektrode 23 befestigt sind, um Ionen durch das Atmosphärendruck-Ionisationsverfahren zusammen mit den Ionen zu erzeugen, die an dem spitzen Endteil der Kapil­ laren gebildet werden. Ein Massenspektrum wird für die Gesamtheit dieser Ionen erhalten. Die in Fig. 5(c) und (d) gezeigten Ausführungsformen sind solche Fälle, bei denen eine Entladungselektrode, z. B. ein Draht 19 in der Mitte vorgesehen ist, im Gegensatz zu Fig. 5(a) und (b) und eine Hilfselektrode 23 ist so vorgesehen, daß sie das elektrische Feld in Richtung der ersten Öffnung 14 anstelle dessen fokussiert bzw. bündelt.

Es ist ebenso möglich, den Draht 19 in der Mitte, wie in Fig. 5(c) gezeigt vorzusehen, das Potential des Drahtes 19 ausreichend höher als das der ersten Öffnung 14 zu machen, und die Temperatur der Kapillaren 11 zu steuern, wodurch der Effekt einer Ionenfeldemission an dem spitzen Ende des Drahtes 19 erhalten wird.

Die so gewählten Ionen werden in das Vakuum in dem Massen- analysierenden Bereich über die Öffnung 14 einer ersten Elektrode, die von einem Elektrodenträger 24 (siehe Fig. 1) getragen wird, und der Öffnung 15 einer zweiten Elek­ trode eingeführt, die an einem Elektrodenträgerblock 25 getragen wird, der mit einem Pumpenauslaß versehen ist. Eine Isolierplatte 26, z. B. Keramik, ist zwischen dem Elek­ trodenträgerblock 24 und dem Elektrodenträgerblock (24) vorgesehen, der mit dem Pumpenauslaß versehen ist, um eine elektrische Isolierung dazwischen zu erreichen und ferner es zu ermöglichen, das Potential zwischen den zwei Blöcken 24 und 25 anzulegen und den Raum zwischen den zwei Blöcken 24 und 25 zu evakuieren bis auf einen Druck von einigen wenigen Torr oder weniger über das Pumpsystem zur selben Zeit. Das zwischen den zwei Blöcken angelegte Potential soll Klusterionen beschleunigen, die durch adiabatische Expansion gebildet werden, wenn Ionen durch die Öffnung der ersten Elektrode 14 eingeführt sind, wodurch Kollisionen mit Neutralmolekülen herbeigeführt werden und Klusterionen gespalten werden, die für die Massenanalyse unangenehm sind. Die Ionen, die durch die erste Öffnung 14 und die zweite Öffnung 15 gelangt sind, werden von einem doppelt fokussierenden Massenspektrometer auf Masse analysiert, welches einen Bereich 4 zur elektri­ schen Feldanalyse und einen Bereich 5 zur magnetischen Feldanalyse aufweist, und die Ionen werden von einem Ionendetektor 6 erfaßt.

In Fig. 8 sind Massenspektra von Saccharose (Molekular­ gewicht: 342), eine leicht durch Hitze zersetzbare Verbin­ dung, die durch ein herkömmliches Atmosphärendruck- Ionisationsverfahren (Fig. 8(a)), ein herkömmliches Thermospray-Verfahren (Fig. 8(b)) und die vorliegende Erfindung (Fig. 8(c)) erhalten werden gezeigt, wobei Wasser bei einer Flußrate von 1 ml/min als mobile Phase in dem Flüssigkeitschromatographen verwendet wird, und der Ladestrom 5 uA während der elektrischen Entladung beträgt. In dem Massenspektrum durch den Atmosphärendruck-Ionisa­ tionsmodus (Fig. 8(a)) sind gespaltene Ionen (Massen­ zahl: 163) beobachtbar, die durch Auseinanderbrechen der Moleküle gebildet sind, Klusterionen der Lösungsmittel- Moleküle, etc., neben den durch Proton H⁺ herangebrachten Molekülionen/Sorten (M+H)⁺ (Massenzahl: 343). In dem Massenspektrum durch den Thermospray-Modus (Fig. 8(b)), sind Molekül-Sorten (M+Na)⁺ (Molekulargewicht: 365) und (M+K)⁺ (Molekulargewicht: 381), die mit Alkalimetall, z.B. Natrium Na oder Kalium K herangeführt werden, welches in dem Wasser als mobile Phase in der Flüssigkeits­ chromatographie enthalten sind, nur beobachtbar neben Natrium-Ionen (Massenzahl: 23) und Kalium-Ionen (Massenzahl: 39), und abgespaltene Ionen sind im wesentlichen überhaupt nicht beobachtbar. Wenn dagegen die durch das Atmosphären­ druck-Ionisationsverfahren gebildeten Ionen und die durch das Thermospray-Verfahren gebildeten Ionen zur selben Zeit gemäß der vorliegen Erfindung (Fig. 8(c)) erfaßt werden, kann ein Massenspektrum gleich einem gesamten Massen­ spektrum der Ionen durch das Atmosphärendruck-Ionisations­ verfahren und das der Ionen durch das Thermospray-Verfahren erhalten werden, und (M+H)⁺, (M+Na)⁺, (M+K)⁺, etc. sind als Molekülionen beobachtbar.

Somit hat das Massenspektrum, das gemäß der vorliegenden Erfindung erhalten wird, folgende massenspektrale Eigen­ schaften, die verschieden sind von denjenigen des Mas­ senspektrums von dem Thermospray-Verfahren, über das bereits berichtet wurde.

(1) In dem herkömmlichen Thermospray-Verfahren werden Elektrolyte, z. B. Ammoniumazetat, etc. zum Erhalten von Molekülionen benötigt, wogegen in der vorliegenden Ionen­ quelle die Molekularionen-Intensität nicht von der Menge des Ammoniumazetats abhängig ist und auch in Wasser oder bei einer Mischung mit Methanol beobachtbar sind. In Fig. 9 wird ein Vergleich der Ionenintensität von Sac­ charose "quasi-molekular" Ionen (M+Na)⁺ (Molekular­ gewicht: 365), die mit der vorliegenden Ionenquelle erhalten werden, unter 100% Wasser, Wasser/Methanol (50/50), Wasser/Methanol (10/90), wäßriger 0,01 M Am­ moniumazetat-Lösung und wäßriger 0,1 M Ammoniumazetat- Lösung als mobile Phasen in dem Flüssigkeitschromatographen gemacht.

Die Ionenintensitäten sind weniger abhängig von den Sorten der mobilen Phase im Falle der vorliegenden Ionenquelle, und somit ist die vorliegende Ionenquelle bequem zum Verwenden der Analysenbedingungen für die Flüßigkeits­ chromatographie in der Lage.

(2) Molekularionen, die mit einem Alkalimetall heran­ geführt werden, können stabil erhalten werden durch Hinzufügen eines Alkalimetalls, etc. zu der mobilen Phase.

(3) Im Thermospray-Verfahren, werden vielfach geladene Ionen, z. B. doppelt oder dreifach geladene Ionen, die für die Analyse ungeeignet sind, leicht gebildet, wobei bei der vorliegenden Erfindung die vielfach geladenen Ionen weniger gebildet sind und das Massenspektrum so vereinfacht ist, daß die Interpretation des Spektrums erleichtert werden kann.

(4) In dem herkömmlichen Thermospray-Verfahren sind nur hochpolare Verbindungen meßbar und in dem herkömmlichen Atmosphärendruck-Ionisationsverfahren sind nur gering­ polare Verbindungen meßbar, wogegen in der vorliegenden neuen, integrierten Ionenquelle des Atmosphärendruck- Ionisations- und Thermospray-Verfahrens alle Verbindungen meßbar sind, unabhängig von der polaren Intensität. In Fig. 10 wird ein Vergleich der Molekularionenintensitäten von 17-a-Progesteronen (einem weniger hochpolaren Stero­ iden) Arginin (einer Art einer ein wenig hochpolaren Aminosäure) und Stachyose (einem besonders hochpolaren Zucker) mit der vorliegenden Erfindung, dem herkömmlichen Atmosphärendruck-Ionisationsverfahren und dem herkömmlichen Thermospray-Verfahren angestellt. Wie sich aus den in Fig. 10 gezeigten Ergebnissen ergibt, ist der besonders hochpolare Zucker schwer zu messen mit dem Atmosphären­ druck-Ionisationsverfahren und das weniger hochpolare Steroid ist schwierig zu messen mit dem Thermospray- Verfahren, wogegen die Molekularionen-Intensitäten all dieser Verbindungen mit einer höheren Intensität gemäß der vorliegenden Erfindung gemessen werden können.

Wie sich aus der vorangegangenen Beschreibung ergibt, sind zwei Ionenquellen für das Atmosphärendruck-Ionisationsver­ fahren und das Thermospray-Verfahren in einer neuen Ionenquelle integriert, die unter dem Atmosphärendruck wie in der vorliegenden Erfindung arbeitet, und (1) ein anwendbarer Bereich bis zu wichtigen nicht-flüchtigen Verbindungen, die einen lebenden Körper betreffen, kann stark erweitert werden, (2) ein kontinuierlicher Betrieb kann für eine längere Zeit durchgeführt werden, ohne eine Falle in dem Pumpsystem bereitzustellen, wie in dem herkömmlichen Thermospray-Verfahren, und (3) es ist nicht notwendig, ein größeres Volumen von Gas in das Vakuum einzuführen und somit kann die Verschmutzung des Inneren der Ionenquelle vermindert werden, wenn das Massenspektro­ meter mit der vorliegenden neuen Ionenquelle versehen ist.

Claims (8)

1. Massenspektrometer, insbesondere ein mit einem Flüssigkeitschromatographen gekoppeltes Massenspektrometer, mit einer Einrichtung zur Erzeugung von Ionen am Eingang des Massenspektrometers, dadurch gekennzeichnet, daß eine für ein Hindurchführen einer zu ionisierenden Probe vorgesehene Kapillare (11) an ihrem austrittsöffnungsseitigen Ende eine gesteuert beheizbare Spitze aufweist, und daß die Spitze in einen Atmosphärendruckbereich mündet.

2. Massenspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillarachse mit einer Öffnung (14) des Atmosphärendruckbereichs fluchtet.

3. Massenspektrometer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen der Spitze der Kapillare (11) und der Öffnung (14) nicht mehr als 3 cm beträgt.

4. Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Koronarentladungs-Elektrode (13) zwischen der Spitze der Kapillare (11) und der Öffnung (14) des Atmosphärendruckbereichs angeordnet ist.

5. Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Hilfselektrode (23) zum Bündeln der Ionen in der Richtung der Öffnung zwischen der Koronarentladungs-Elektrode und der Kapillaren vorgesehen ist.

6. Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (11) in eine Vielzahl von Teile unterteilt ist, und daß die einzelnen Teile aufgeheizt und in der Temperatur separat gesteuert werden.

7. Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Potential gepulst an die Koronarentladungs- Elektrode (13) anlegbar ist.

8. Massenspektrometer nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kapillare (11) eine metallische Kapillare ist.