DE4303027C2 - Massenspektrometer - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Massenspektrometer nach dem Ober­ begriff des Patentanspruchs 1, wie es aus der US 4,977,320 bekannt ist.

Die Erfindung betrifft insbesondere ein Massenspektrometer für die Massenspektrometrie von Ionen, die durch Ionisierung bei Umgebungsdruck gebildet werden.

Flüssigchromatographie, die direkt mit Massenspektrometrie unter Verwendung von Elektrosprayionisation (ESI), bei der es sich um eine Ionisierungsart bei Umgebungsdruck handelt (LC/ESI-MS = Liquid Chromatograhy/ESI-Mass Spectrometry), ge­ koppelt ist, weist die Eigenschaft auf, daß weniger Bruch­ stückionen einer Probe gebildet werden als bei der Gaschro­ matographie, die direkt mit der Massenspektrometrie unter Verwendung herkömmlicher Elektronenstoßionisation gekoppelt ist, da die Probe maßvoll ionisiert wird. Daher kann insbe­ sondere die Beobachtung pseudomolekularer Ionen und mehrfach geladener Ionen beim Messen großer Moleküle, wie Peptiden, vereinfacht werden.

Gemäß LC/ESI-MS unter Verwendung von ESI werden eine Probe und eine bewegliche Phase, die aus einem Flüssigchromatogra­ phen austreten, durch die ESI-Sonde einem Kapillarrohr zuge­ führt und am oberen Ende der Sonde mit Hilfe eines Vernebelungsgases und eines starken elektrostatischen Feldes neutralisiert. Die vernebelten Probenmoleküle werden unter einem starken elektrischen Feld ionisiert und so beschleu­ nigt, daß sie durch ein kleines Loch in einer ersten Elek­ trode laufen. Sie werden einem Bereich mit mittlerem Druck zugeführt, der zwischen der ersten Elektrode und einer zwei­ ten Elektrode ausgebildet ist.

Zu Beginn der Vernebelung liegt ein Probenmolekül in einem kleinen Tropfen vor, innerhalb dem es von der beweglichen Phase eingehüllt ist, und es befindet sich unter Ladebedin­ gungen unter einer hohen Spannung (5-8 kV), die an das Pro­ benrohr gelegt wird.

Ein Tröpfchen der vernebelten Probe verkleinert allmählich aufgrund von Verdampfung von Komponenten in der beweglichen Phase seine Größe und entläßt ein molekulares Ion der Probe in die Gasphase, bevor es die erste Elektrode erreicht.

Das bedeutet, daß dann, wenn das Probentröpfchen klein wird, die Coulombsche Abstoßungskraft zwischen dem Probenion und der elektrostatischen Kraft in der beweglichen Phase größer als die Oberflächenspannung der Schicht der beweglichen Pha­ se wird, die auf der Oberfläche des Probenteilchens vorhan­ den ist, und daß die Probenionen im Probentröpfchen aus der Schicht der beweglichen Phase freigesetzt werden und sich in Ionen ausschließlich der Probenmoleküle umwandeln. Die oben genannte Erscheinung wird als "Ionenverdampfung" bezeichnet.

Die Molekülionen der Probe werden durch ein kleines Loch in der ersten Elektrode und ein kleines Loch in der zweiten Elektrode in einen Bereich für Massenspektroskopie übertra­ gen und von einem Massenspektrometer analysiert. Bei der Massenspektrometrie ist die Analyseempfindlichkeit dann ver­ bessert, wenn die injizierten Ionen der Probenmoleküle eine kleinere Dispersion der Massenverteilung aufweisen.

Ferner ist der Wirkungsgrad der Ionenverdampfung um so hö­ her, je größer die Ionisierungstendenz der Probe ist. Demge­ mäß eignet sich das obige Massenspektrometer zum Analysieren einer stark polymerisierten Probe mit starken Polaritäten von NH, OH und CO usw., wie z. B. eines Peptids mit hoher Empfindlichkeit, weshalb sich ein solches Spektrometer insbe­ sondere für medizinische Analysen eignet. Im Gegensatz hierzu war die Analyse der oben genannten hochpolymeren Probe durch direkte Verbindung zwischen einem Gaschromatographen und ei­ nem Massenspektrometer (GC/MS) nicht möglich, da sich die Probe thermisch leicht zersetzt.

Jedoch weisen tatsächliche Probenmoleküle, die durch Ionen­ verdampfung ionisiert wurden, zusätzlich eine große Anzahl von Molekülen der beweglichen Phase auf, insbesondere von Wassermolekülen, und Ionen der Probenmoleküle, die Wasser­ moleküle absorbieren, laufen durch das kleine Loch in der zweiten Elektrode, obwohl die Wassermoleküle teilweise durch Zusammenstöße mit neutralen Molekülen dissoziieren, wenn sie durch den Bereich mit mittlerem Druck laufen.

Ionen der Probenmoleküle, die Wassermoleküle absorbieren, stoßen in einem freien Raum an der Eintrittsseite eines elektrischen Feldes mit neutralen Teilchen zusammen, was zu einer Geschwindigkeitsdispersion im Massenspektrometriebe­ reich und einem folgenden elektrischen Feld führt, und die Wassermoleküle dissoziieren.

Die Anzahl von Wassermolekülen, die von einem Probenmolekül wegdissoziieren, wird aus der Breite der kinetischen Energie der durch das elektrische Feld laufenden Ionen der Proben­ moleküle auf 30 bis 60 Moleküle berechnet.

Ähnlich zerlegen die Ionen der Probenmoleküle Wassermoleküle durch Zusammenstöße mit neutralen Teilchen im Raum zwischen der Ausgangsseite des elektrischen Feldes und der Ausgangs­ seite eines magnetischen Feldes zur Massendispersion.

Obwohl eine große Anzahl von Wassermolekülen auf die oben beschriebene Weise dissoziiert wird, bevor sie die Ein­ trittsseite in das magnetische Feld erreichen, ist die Dis­ persion der Massenverteilung der Ionen der Probenmoleküle groß, und demgemäß nimmt die Analysegenauigkeit ab, da fast alle der Probenmolekülionen einen Detektor nicht erreichen können.

Ein Verfahren, von dem angenommen werden kann, daß es die oben genannte Schwierigkeit überwindet, ist in dem US-Patent 4,977,320 offenbart, das ein Massenspektrometer gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zeigt. Dort ist der Durchlaß in der eintrittsseitigen Elektrode als beheiztes Kapillarrohr ausgebildet, das von der aus einer ESI-Sonde injizierte ver­ nebelte Probe durchsetzt wird.

Das Kapillarrohr befindet sich in einem Abschnitt zwischen einem Bereich mit Umgebungsdruck und einem Bereich mit ver­ ringertem Druck und beschränkt demgemäß die Gasströmung im Bereich mit verringertem Druck aufgrund des Fließwiderstan­ des und verlängert gleichzeitig die Verweilzeit für die aus der ESI-Sonde injizierte Probe, bevor diese das kleine Loch in der ersten Elektrode erreicht, und erhöht den Wirkungs­ grad der Ionenverdampfung. Infolgedessen ist anzunehmen, daß die Wirkung der Homogenisierung der Masse der Probenmolekül­ ionen verbessert ist.

Die Temperatur der vernebelten Probe nimmt aufgrund adiaba­ tischer Expansion während des Durchlaufs durch das Kapillar­ rohr ab, und demgemäß nimmt der Wirkungsgrad der Ionenver­ dampfung ab. Jedoch kann die oben angegebene Verringerung des Wirkungsgrades dadurch überwunden werden, daß die Tempe­ ratur der vernebelten Probe mit Hilfe des Heizers erhöht wird, der um das Kapillarrohr gewunden ist.

Im Fall eines ESI-Massenspektrometers, wie es im US-Patent 4,977,320 offenbart ist, wird z. B. ein Kapillarrohr mit einem Innendurchmesser von 0,5 mm und einer Länge von 203 mm verwendet.

Der im US-Patent 4 977 320 dargestellte Heizer ist weiterhin so ausgelegt, daß das Kapillarrohr von einer Heizwendel umgeben ist, die direkt auf dem Kapillarrohr aufliegt. Bei einer solchen Anordnung des Heizers können Ungleichmäßigkeiten in der Temperaturverteilung in einem Kapillarrohr und damit kalte Bereiche an der Rohrwand, an denen sich Probenmaterial niederschlägt, auftreten. Weiterhin findet die adiabatische Expansion der Probenmoleküle im Kapillarrohr nicht notwendigerweise homogen statt, wobei jedoch eine gezielte Beeinflussung durch den Heizer nach dem US Patent 4 977 320 nicht möglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist deshalb ein gattungsgemäßes Massenspektrometer anzugeben, daß die Gefahr einer Kapillarrohrverstopfung vermeidet und einen gesicherten Betrieb des Spektrometers mit hoher Empfindlichkeit ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei einem gattungsgemäßen Massenspektrometer durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahme gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Andere Merkmale und Aufgaben der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen hervor.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung zum Anzeigen eines Teilabschnitts eines Massenspektrometers;

Fig. 2 ist ein Beispiel eines Massenspektrums, wie es mit einem herkömmlichen Verfahren erzielt wird;

Fig. 3 ist ein Beispiel eines Massenspektrums, wie es mit einem Ausführungsbeispiel der Erfindung erhalten wird;

Fig. 4 ist ein Querschnitt eines Ausführungsbeispiels der ersten Elektrode des Massenspektrometers;

Fig. 5 ist ein Querschnitt eines weiteren Ausführungsbei­ spiels der ersten Elektrode;

Fig. 6 ist ein Massenspektrum, wie es unter Verwendung des Abschnitts mit Durchlaß (20 mm lang) gemäß Fig. 5 erhal­ ten wird;

Fig. 7 ist ein Massenspektrum, wie es unter Verwendung der Elektrode nach Fig. 5 erhalten wird; und

Fig. 8 zeigt die mit einer Heizeinrichtung komplettierte Elektrode nach Fig. 5.

Gemäß Fig. 1 werden eine Probe und eine bewegliche Phase, die aus einem Flüssigchromatographen 1 austreten, über ein Kapillarrohr 2 in eine ESI-Sonde 3 übertragen. Darauf­ folgend werden beide mit Hilfe eines Vernebelungsgases (N₂), das von einem Vernebelungsgaszylinder 4 zugeführt wird, am oberen Ende der ESI-Sonde vernebelt.

Die vorstehend angegebene, vernebelte Probe wird in einem starken elektrischen Feld ionisiert, beschleunigt und durch­ setzt einen Durchlaß in der ersten Elektrode 6. Es wird in einen Bereich 5 mit mittlerem Druck eingeführt, der zwischen der ersten Elektrode 6 und der zweiten Elektrode 7 ausgebil­ det ist. Das elektrostatische Feld wird von einer ESI-Span­ nungsquelle 20, einer Ionenbeschleunigungs-Spannungsquelle 13, einer Driftspannungsversorgung 14 und einer statischen Linse 25 vorgegeben. Die erste Elektrode 6 ist in Fig. 1 nur schematisch gezeigt. Vollständige Ausführungsbeispiele zeigen die Fig. 4 und 5.

Zu Beginn des Vernebelungsvorgangs bilden sich kleine Tröpf­ chen, in denen ein Probenmolekül von der beweglichen Phase umgeben ist, und es wird mit einem starken elektrischen Feld (ungefähr 5-8 kV) ionisiert, das im Kapillarrohr 2 durch die ESI-Spannungsversorgung 20 erzeugt wird.

Durch Verdampfung der Komponente der beweglichen Phase während des Übertrags an die erste Elektrode 6 in einer Atmo­ sphäre unter einem Druck von im wesentlichen 1100 hPa (760 Torr) wird das Tröpfchen der vernebelten Probe allmählich kleiner und geht schließlich in ein Probenmolekülion über.

Das bedeutet, daß dann, wenn das Probenteilchen klein wird, die Coulomb-Abstoßkraft zwischen dem Probenion und der La­ dung der beweglichen Phase größer als die Oberflächenspan­ nung eines kleinen Tröpfchens wird. Demgemäß wird das Pro­ benion im Probenteilchen von der Schicht der beweglichen Phase des Tröpfchens freigegeben, wodurch eine Umwandlung in ein Ion vorliegt, das nur aus dem Probenmolekül besteht. Diese Erscheinung wird, wie oben angegeben, als "Ionenver­ dampfung" bezeichnet.

Das Probenmolekülion durchsetzt den Durchlaß in der er­ sten Elektrode 6, läuft ferner durch das kleine Loch in der zweiten Elektrode 7 und die statische Linse 25 und wird an den Massenspektrometerabschnitt 8 übertragen und von einem Massenspektrometer analysiert. Das heißt, daß die Proben­ molekülionen, die in den Massenspektrometerabschnitt 8 ein­ geführt werden, durch das elektrische Feld 10 eine Geschwin­ digkeitsdispersion und durch das Magnetfeld 11 eine Massen­ dispersion erfahren, wodurch Ionen mit verschiedenen Massen­ zahlen der Reihenfolge nach durch einen Detektor 12 erfaßt werden, wenn das magnetische Feld 11 durchrastert. Die er­ mittelten Ionen erzeugen elektrische Signale, die an ein Da­ tenverarbeitungs/Anzeige-Gerät 9 übertragen werden, das er­ forderliche Verarbeitungen zum Erhalten eines Massenspek­ trums ausführt, das dann angezeigt wird. Der Massenspektro­ meterabschnitt 8 neben der zweiten Elektrode 7 wird auf ver­ ringertem Druck von etwa 1,33 . 10^-5 hPa (10^-5 Torr) gehal­ ten.

Bei der Massenspektrometrie ist die Analyseempfindlichkeit um so höher, je geringer die Dispersion der Massenverteilung der Probenmolekülionen ist. Ferner ist der Wirkungsgrad der Ionenverdampfung um so höher, je größer die Ionisiertendenz der Probe ist. Demgemäß ist die vorstehend genannte Massen­ spektrometrie zum Analysieren hochpolymerer Proben mit star­ ken Polaritäten, wie NH, OH und CO usw., wie eines Peptids, mit hoher Empfindlichkeit geeignet. Daher zieht Massenspek­ trometrie starke Aufmerksamkeit auf sich, insbesondere auf dem Gebiet medizinischer Analysen, wie oben angegeben. Tat­ sächlich weisen durch Ionenverdampfung ionisierte Proben­ moleküle zusätzlich immer noch eine große Anzahl von Molekü­ len der beweglichen Phase auf, insbesondere Wassermoleküle. Die Probenmolekülionen (Ionenkluster) mit adsorbierten Was­ sermolekülen laufen durch das kleine Loch in der zweiten Elektrode 7, obwohl Wassermoleküle teilweise durch Zusammen­ stöße mit neutralen Molekülen dissoziiert werden, wenn der Durchlauf durch den Bereich 5 mit mittlerem Druck erfolgt.

Die Probenmolekülionen mit adsorbierten Wassermolekülen sto­ ßen im freien Raum an der Eintrittsseite des elektrischen Feldes 10 in den Massenspektrometerabschnitt 8 und eines folgenden elektrischen Feldes mit neutralen Teilchen zusam­ men, und Wassermoleküle werden dissoziiert.

Die Anzahl von von einem Probenmolekül dissoziierenden Was­ sermolekülen wird aus der Breite der kinetischen Energie der durch das elektrostatische Feld 10 laufenden Probenmolekül­ ionen zu 30 bis 60 Molekülen berechnet.

Auf ähnliche Weise dissoziieren die Probenmolekülionen durch Zusammenstöße mit den neutralen Teilchen im Raum zwischen dem Auslaß des elektrostatischen Feldes 10 und dem Auslaß des magnetischen Feldes 11 Wassermoleküle.

Obwohl eine große Anzahl von Wassermolekülen auf die vorste­ hend beschriebene Weise während einer Zeitspanne vor dem Er­ reichen des Eintritts in das magnetische Feld 11 dissoziiert wird, wird die Dispersion der Massenverteilung der Proben­ molekülionen groß, und demgemäß nimmt die Analyseempfind­ lichkeit ab, da beinahe alle Probenmolekülionen den Detektor 12 nicht erreichen können.

Fig. 2 ist ein Beispiel für Massenspektrometrieergebnisse mit Rinderinsulin mit dem in Fig. 1 dargestellten Gerät, mit der Ausnahme, daß ein Heizer fehlt und die Dicke des kleinen Lochs in der ersten Elektrode 6 0,2 mm beträgt. Die obige Ausnahme bedeutet, daß das in Fig. 2 dargestellte Er­ gebnis ein Beispiel für ein Ergebnis ist, wie es mit einem herkömmlichen Gerät erhalten wird. Signale, die im Bereich m/z = 1000-1850 existieren sollten, können nicht unter­ schieden werden, da sie von einer Gruppe zufällig liegender Ionen-Signalspitzen maskiert sind. Diese Gruppe zufällig liegender Ionen-Signalspitzen ändert sich mit jeder Messung, was es deutlich macht, daß wirkungsvolle Daten nicht erhal­ ten werden können. Ein Grund für den obigen Mangel ist unzu­ reichende Dissoziation der oben genannten beweglichen Phase und der Wassermoleküle.

Andererseits ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Gerät an der ersten Elektrode 6 die in Fig. 8 mit 31, 32 bezeichnete Heizeinrichtung vorhanden, und der in der ersten Elektrode 6 vorgesehene Durchlaß wird von dem in Fig. 4, 5 und 8 mit 16 bezeichneten Rohr gebildet.

Die vernebelte Probe und die bewegliche Phase, die beide von der Oberseite der ESI-Sonde 3 her eingespritzt werden, wei­ sen eine wiederholte Verdampfung der beweglichen Phase in Tröpfchen und ein Zerbrechen in kleinere Tröpfchen als zuvor auf, die ionisiert werden und die erste Elektrode 6 errei­ chen. Da das Innere des Durchlasses in der ersten Elektrode 6 erwärmt wird, wird den Probenmolekülionen Wärme zugeführt. Demge­ mäß werden Kombinationen von Probenmolekülionen und Wasser­ molekülen erwärmt, und die mit Wassermolekülen kombinierten Probenmolekülionen werden durch das elektrische Feld im Be­ reich 5 mit mittlerem Druck beschleunigt, wodurch insbeson­ dere Wassermoleküle durch Stöße mit neutralen Molekülen von den Probenmolekülionen dissoziieren.

In der Praxis wird die Spannung zwischen der ersten Elektro­ de 6 und der zweiten Elektrode 7 mit Hilfe der Driftspan­ nungsversorgung 14 auf 100-150 V eingestellt, die Tempera­ tur der ersten Elektrode 6 wird auf 120°C eingestellt, und der verringerte Druck im Bereich 5 mit mittlerem Druck be­ trägt etwa 0,7 hPa (0,5 Torr), wodurch die mittlere freie Weglänge der Moleküle 0,1 mm wird. Demgemäß stoßen die Pro­ benmolekülionen während ihrer Bewegung durch den Bereich 5 mit mittlerem Druck mit 7 mm Länge etwa 70 Mal mit neutralen Teilchen zusammen.

Auf die vorstehend beschriebene Weise werden Moleküle der beweglichen Phase, einschließlich Wassermolekülen, von den Probenmolekülionen durch diese große Anzahl von Zusammenstö­ ßen dissoziiert, und demgemäß werden die Probenmolekülionen isobar.

Je höher die Temperatur der ersten Elektrode ist, desto stärker ist die Dissoziation, jedoch nehmen immer mehr Werte der Signalspitzen der Probenmolekülionen wegen zunehmender thermischer Zersetzung der Probenmolekülionen ab. Demgemäß liegt der bevorzugte Bereich der Temperaturen, auf die die erste Elektrode 6 eingestellt wird, zwischen 50°C und 140°C.

Der erniedrigte Druck im Bereich 5 mit mittlerem Druck wird zwischen 0,13 und 1,3 hPa (0,1 und 1 Torr)gehalten. Ein Proben­ molekül, das die erste Elektrode bei 50°C-140°C durchsetzt und den Bereich 5 mit mittlerem Druck erreicht, erhält eine kinetische Energie, wie sie erforder­ lich ist, damit wirkungsvolle Dissoziierung von Wassermole­ külen durch Kollisionen mit den neutralen Teilchen im Be­ reich 5 mit mittlerem Druck stattfindet. Die mittlere freie Weglänge der Probenmolekülionen beträgt dabei 0,05-0,5 mm.

Wenn das Vakuum im Bereich mit mittlerem Druck höher als 0,13 hPa (0,1 Torr) (z. B. höheres Vakuum) wird und die Spannung der Driftspannungsversorgung 14 zunimmt, entsteht eine Schwierigkeit dahingehend, daß die Signalspitzeninten­ sitäten mehrfach geladener Ionen, die Gegenstand der ESI- Ionenanalyse sind, vergleichsweise abnehmen, obwohl die Si­ gnalspitzenstärken weniger geladener Ionen zunehmen. Wenn das Vakuum im Bereich mit mittlerem Druck kleiner als 1,3 hPa (1 Torr) wird (z. B. niedriges Vakuum), nimmt die Streuung der Probenionen im Bereich 5 mit mittlerem Druck zu, und die Analyseempfindlichkeit nimmt stark ab. Wie oben beschrieben, besteht ein optimaler Bereich für die Tempera­ tur der ersten Elektrode 6 und den erniedrigten Druck im Be­ reich 5 mit mittlerem Druck.

Fig. 3 ist ein Massenspektrum von Rinderinsulin für den Fall, daß die oben angegebenen optimalen Bedingungen erfüllt sind. Im Vergleich zu Fig. 2 für herkömmliche Daten kann das typische Massenspektrum von Rinderinsulin bei m/z = 957, 1148, 1435 usw. deutlich beobachtet werden.

Die folgende Gleichung ist eine theoretische Gleichung für den Bereich des Radius r eines injizierten, vernebelten Pro­ benteilchens, für das die Komponente der beweglichen Phase völlig beim Durchlauf durch die erste Elektrode 6 verdampft wird.

r < (Tn - Td)^1/2 . X, mit

r = Radius eines injizierten, vernebelten Probenteilchens (µm)
Tn = Temperatur der ersten Elektrode (°C)
Td = Temperatur des vernebelten Probenteilchens (°C)
X = Länge des Durchlasses in der ersten Elektrode (m)

Wenn in Fig. 1 gemäß der obigen Gleichung (Tn - Td) z. B. zu 100°C und X zu 0,005 m angenommen wird, wird r kleiner als 0,05 µm, und es zeigt sich, daß eine Komponente der bewegli­ chen PHase in einem vernebelten Probenteilchen mit einem Ra­ dius im Bereich unter 0,005 µm völlig vernebelt werden kann.

Im Gegensatz hierzu ist beim oben beschriebenen herkömmli­ chen Beispiel X nur 0,0002 m lang und (Tn - Td) ist klein, da kein Heizer vorhanden ist. Es wird angenommen, daß der Unterschied zwischen Fig. 2 und Fig. 3 davon herrührt.

Was ist nun der optimale Bereich der Werte für die Länge X des Durchlasses in der ersten Elektrode 6? Es ist offen­ sichtlich, daß ein vorteilhaftes Ergebnis dann erwartet wer­ den kann, wenn der Durchmesser verkleinert und die Länge des Durchlasses vergrößert wird, jedoch besteht in der Praxis eine Grenze für die Ausbildung des Durchlasses der ersten Elektrode. Demgemäß wird ein Kapillarrohr 16 mit einem ge­ wünschten Innendurchmesser verwendet, wie dies in Fig. 4 dar­ gestellt ist.

Das Auslecken von Vakuum im Bereich 5 mit mittlerem Druck ist durch den Durchlaß in der ersten Elektrode 6 bewirkt. Die Ausleckmenge ist proportional zur vierten Potenz des In­ nendurchmessers des Durchlasses Wenn demgemäß der Durch­ messer von 0,5 mm auf 0,1 mm verringert wird, verringert sich die Ausleckmenge auf etwa 6 Hundertstel. Daher kann hinsichtlich des Ausleckens dann, wenn der Innendurchmesser des Durchlasses in der ersten Elektrode verringert wird, dessen Länge beträchtlich verkleinert werden.

Bei dem genannten Kapillarrohr 16 kann der Innendurchmesser auf etwa 0,1 mm verringert werden. Ferner kann das Kapillar­ rohr einfach erhalten werden, und wenn ein Durchmesser unter 0,4 mm verwendet wird, sind Schwierigkeiten betreffend Vakuumauslecken im Bereich mit mittlerem Druck praktisch ver­ meidbar.

Der Außendurchmesser des Rohrs 16 beträgt im allgemeinen mehr als etwa 1,58 mm. Die einfach herstellbare Länge eines Lochs zum Einführen des Rohrs mit diesem Außendurchmesser in die erste Elektrode 6 beträgt etwa 50 mm. Das Kapillarrohr wird in dieses Loch eingeführt und durch Verschweißen oder Löten mit Silber befestigt.

Fig. 5 veranschaulicht einen Fall, bei dem das Ende des Rohrs 16 in einem Loch in einer relativ dünnen ersten Elek­ trode 6 befestigt ist. Beim obigen Fall beträgt die Länge eines Kapillarrohrs, das einfach an der Elektrode befestigt werden kann, ebenfalls etwa 50 mm.

Wenn die Länge des Rohrs 16, wie oben beschrieben, zu etwa 50 mm oder weniger festgelegt wird, kann eine Verstopfung des Kapillarrohrs 16 durch die Probe leicht mit einem feinen Wolframdraht beseitigt werden, die Wartung des ersten Elek­ trodenabschnitts ist vereinfacht, da das Kapillarrohr 16 beim Reinigen nicht verbogen oder beschädigt wird, und die Betriebsausfallzeit des Gerätes zu Wartungszwecken wird kurz. Demgemäß kann der Durchsatz des gesamten Geräts ver­ bessert werden.

Ferner kann das Innere des Rohrs 16 durch Ultraschallwellen gereinigt werden. Im obigen Fall ist es erforderlich, die erste Elektrode 6 und den Heizer usw. wegzunehmen, da je­ doch die Länge des Rohrs nur 50 mm beträgt, besteht kaum die Gefahr eines Brechens des. Rohrs während seiner Handhabung.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wurde zuvor erläutert, daß aus­ reichende Analyseempfindlichkeit bei der Analyse hochpoly­ merer Stoffe selbst dann erzielt werden kann, wenn die Länge des kleinen Lochs in der ersten Elektrode 16 nur 5 mm be­ trägt.

Wie liegt nun der Fall, wenn die Länge des Rohrs 16 auf etwa 50 mm verlängert wird?

Fig. 6 ist ein Analyseergebnis für Rinderinsulin für den Fall, daß die Länge des Rohrs 16 20 mm ist, und Fig. 7 be­ trifft den Fall einer Länge von 40 mm. Fig. 6 zeigt, daß mit der Erfindung eine hohe Empfindlichkeit erzielt werden kann, wie sie von einem herkömmlichen Gerät nicht erwartet werden kann. Jedoch zeigt Fig. 7 eine deutliche Verringerung der Empfindlichkeit, und es zeigt sich, daß eine übermäßige Ver­ größerung der Länge des Rohrs 16 die Empfindlichkeit ernied­ rigt. Daraus kann geschlossen werden, daß die Grenze für die Rohrlänge 50 mm beträgt.

Die Empfindlichkeit wird durch Beheizen des Kapillarrohrs 16 verbessert.

Die Temperaturen der Probenmoleküle nehmen durch adiabati­ sche Expansion im Kapillarrohr 16 stark ab. Wenn dagegen das Kapillarrohr 16 durch Zuführen von Wärme von der ersten Elektrode 6 erwärmt wird, ist die Temperatur am oberen Ende des Kapillarrohrs am kleinsten, und das Zuführen von Wärme zu einem Probenmolekül wird am kleinsten. Daher ist der Ef­ fekt des Beseitigens adsorbierter Moleküle vom Probenmolekül gering.

Demgemäß wird der obige Mangel durch relativ starkes Erwär­ men des oberen Endes des Kapillarrohrs 16 überwundenen.

Gemäß Fig. 8 wird an dem Kapillarrohr 16 über seine gesamte Länge eine vorgegebene Temperaturverteilung erreicht.

Am Rohr sind Heizer befestigt. Jeder Heizer besteht aus einem metallischen Joch 30 und mehreren Heizspulen, z. B. 31, 32. Eine beliebige Temperaturverteilung kann in Längs­ richtung des Rohrs 16 dadurch erzielt werden, daß die Ver­ sorgungsspannungen für die Heizer durch die Heizerspannungs­ versorgung 33 getrennt eingestellt werden.

Adiabatische Expansion der Probenmoleküle findet nicht not­ wendigerweise homogen innerhalb des Rohrs 16 statt. Z. B. wird angenommen, daß die adiabatische Expansion in der Nähe des Auslasses des Rohrs 16 groß ist, da das Vakuum in diesem Bereich stark ist. Ferner wird die adiabatische Expansion durch die Stärke des Vakuums in der Nähe des Auslasses, die Viskosität und die mittlere Temperatur des Probengases be­ einflußt.

Demgemäß muß zum Erzielen des bevorzugtesten Ergebnisses die Temperaturverteilung des Kapillarrohrs 16 experimentell be­ stimmt werden. Falls erforderlich, muß die Anzahl der oben genannten Heizspulen vergrößert werden, und jede Spule muß getrennt eingestellt werden.

Der obige Heizer muß nicht notwendigerweise die in Fig. 8 dargestellte Struktur aufweisen, wenn die Struktur eine be­ liebige Temperaturverteilung im Rohr 16 realisieren kann.

Claims (7)

1. Massenspektrometer mit einer Einrichtung (3) zum Ioni­ sieren von Molekülen einer Probe, einer Einrichtung (8) für die Massenspektrometrie der gebildeten Molekülionen, die durch Durchlässe in mindestens zwei Elektroden (6, 7) in die Einrichtung (8) eintreten, und mit einer Einrichtung (31, 32) zum Aufheizen des als Rohr (16) ausgebildeten Durchlasses in der eintrittsseitigen Elektrode (6), wobei das Rohr (16) eine Länge von höchstens 50 mm aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizeinrichtung (31, 32) mehrere einzeln ansteuerbare Heizspulen umfaßt, die in einem das Rohr (16) umschließenden wärmeleitenden Körper (30) un­ tergebracht sind, um eine vorgegebene Temperaturverteilung in Längsrichtung des Rohres (16) zu erzielen.

2. Massenspektrometer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß der wärmeleitende Körper (30) ein metallisches Joch ist.

3. Massenspektrometer nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das Rohr (16) einen Innendurchmesser von höchstens 0,4 mm aufweist.

4. Massenspektrometer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Einstellbereich für die Tempe­ ratur im Inneren des Rohres (16) etwa 50°C bis 140°C be­ trägt.

5. Massenspektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (6) einen das Rohr (16) umschließenden Abschnitt mit einer konisch sich zum Rohr (16) hin verjüngenden Außenkontur aufweist.

6. Massenspektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (16) an der Elek­ trode (6) angelötet ist.

7. Massenspektrometer nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß der wärmeleitende Körper (30) Bestandteil der eintrittsseitigen Elektrode (6) ist.