DE3221681A1 - Mass spectrometer with an external sample holder - Google Patents
Mass spectrometer with an external sample holderInfo
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Abstract
Description
Massenspektrometer mit externer ProbenhalterungMass spectrometer with external sample holder
Massenspektrometer sind heute zu einem unentbehrlichen Hilfsmittel in Industrie und Forschung geworden. Durch Anwendung schonender Ionisierungsmethoden gelingt es auch in zunehmendem Maße, die Massenspektrometrie auf die Identifizierung und den Nachweis von komplizierten organischen Verbindungen auszudehnen. Dadurch ergeben sich neue Anwendungen auf dem Pharma- und Pflanzenschutzsektor sowie neuerdings auch in der biomedizinischen Forschung.Mass spectrometers have become an indispensable tool today in industry and research. By using gentle ionization methods It is also increasingly possible to use mass spectrometry on the identification and expand the detection of complex organic compounds. Through this new applications arise in the pharmaceutical and crop protection sectors as well as more recently also in biomedical research.
Bei allen massenspektrometrischen Untersuchungen an FestF6rpern muß bisher die zu untersuchende Probe auf einea geeigneten objektträger in den evakuierten Massenspektrometerraui gebracht werden. Dies ist in der Regel mit erheblichem Zeitaufwand verbunden, da das Massenspektrometer geaffnet und anschließend wieder evakuiert werden muß. Bei Schleusenvorrichtungen kann zwar eine Automatisierung erreicht werden und die Vorbereitungszeit wesentlich verkürzt werden. Sie haben jedoch den Nachteil, daß sie apparativ aufwendig und im allgemeinen schwierig zu handhaben sind.In all mass spectrometric investigations on solids, previously the sample to be examined on a suitable slide in the evacuated Mass spectrometer raui are brought. This usually takes a considerable amount of time connected, since the mass spectrometer opened and then evacuated again must become. In the case of lock devices, automation can be achieved and the preparation time can be reduced significantly. However, they have the disadvantage that they are complex in terms of equipment and generally difficult to handle.
Häufig enthalten Festkörperproben neben schwer flAchteigen auch leicht flüchtige Komponenten. Letztere verflüchtigen sich u.U. so schnell im Massenspektrometerraum, daß zum Zeitpunkt der Analyse die Zusammensetzung der Probe verändert ist. Die massenspektrometrische Analyse führt dann zu falschen Ergebnissen (vakuumempfindliche Substanzen).Often solid samples also contain light samples in addition to those that are not very volatile volatile components. The latter may evaporate so quickly in the mass spectrometer room, that at the time of analysis the composition of the sample has changed. The mass spectrometric Analysis then leads to incorrect results (vacuum-sensitive substances).
Ein weiterer Nachteil der konventionellen Festkörpermassenspektrometrie liegt darin, daß sich Spuren von schwerflüchtigen Komponenten an anderen Stellen im Massenspektrometerraum niederschlagen und bei nachfolgenden Messungen als Untergrund in Erscheinung treten kõnnen (Memory Effekt). Die leicht flüchtigen Komponenten sind in dieser Hinsicht weniger problematisch, da sie gegebenenfalls bei gleichzeitigem Ausheizen der Apparatur abgepumpt werden.Another disadvantage of conventional solid-state mass spectrometry lies in the fact that there are traces of non-volatile components in other places precipitate in the mass spectrometer room and in subsequent measurements as a background can appear (memory effect). The volatile components are less of a problem in this regard, as they may be at the same time The apparatus can be pumped out after heating.
In neuerer Zeit sind Massenspektrometer entwickelt worden, bei denen die Probe im Massenspektrometerraum durch einen Laserblitz verdampft und ionisiert wird. Die gebildeten Ionen werden mit Hilfe eines Flugzeitspektrometers identifiziert. Solche Massenspektrometer besitzen eine hohe Transmission, eine hohe räumliche Aufl5-sung und sind wegen der schonenden Ionisierung auch zum Nachweis von thermisch labilen organischen Komponenten geeignet. Insbesondere konnten damit zum ersten Mal biologische Proben mit hohem räumlichen AuflõsungsvermOgen (menschliches oder tierisches Gewebe) untersucht werden (s. z.Bt R. Kaufmann et al., European Spectroscopy News 20 (1978), Seite 41-43). Gerade hier stellen bisher postmortale Veränderungen und Trocknungsartefakte eine wesentliche Einschränkung der Anwendungsmöglichkeiten dar.Recently, mass spectrometers have been developed in which the sample in the mass spectrometer room is vaporized and ionized by a laser flash will. The ions formed are identified using a time-of-flight spectrometer. Such mass spectrometers have a high transmission, a high spatial resolution and because of the gentle ionization, they are also used to detect thermally unstable ones organic components. In particular, this was the first time that biological Samples with high spatial resolution (human or animal tissue) be examined (see e.g. R. Kaufmann et al., European Spectroscopy News 20 (1978), pp. 41-43). It is precisely here that so far postmortem changes occur and drying artifacts a significant limitation of the application possibilities represent.
Bisher gibt es noch keine Ansatzpunkte, wie man den oben beschriebenen, mit der Überführung ins Massenspektrometer verbundenen Nachteilen und Schwierigkeiten begegnen kann.So far there are no starting points how to do the above described, disadvantages and difficulties associated with the transfer to the mass spectrometer can encounter.
Hier setzt die Erfindung an. Es bestand die Zielsetzung, unter Ausnutzung der Laserdesorption ein Massenspektrometer zu schaffen, mit dem auch vakuumempfindliche Substanzen besser untersucht werden können.This is where the invention comes into play. The objective was to take advantage of it the laser desorption to create a mass spectrometer that is also vacuum-sensitive Substances can be better investigated.
Erfindungsgemäß können die oben beschriebenen Probleme dadurch gelöst werden, daß die auf einer dünnen Polymerfolie fixierte Probe nicht wie bisher in den Massenspektrometerraum eingebracht wird sondern auf der Außenseite des Massenspektrometers unter Atmosphärendruck oder Schutzgas angeordnet ist, wobei die Polymerfolie als Eintrittsfenster zum Massenspektroneterraum ausgebildet ist. Es wurde überraschenderweise gefunden, daß die dünne polymere Trägerfolie (Dicke ca. 0,lpm) direkt als Trennfolie zwischen der Atmosphäre und dem Massenspektrometer (Hochvakuum) dienen kann und diese TrAgerfolie auch bei mehrmaligem Durchschuß mit dem Laser nicht aufreißt.According to the invention, the above-described problems can thereby be solved be that the sample fixed on a thin polymer film is not as before in the mass spectrometer chamber is introduced but on the outside of the mass spectrometer Is arranged under atmospheric pressure or protective gas, the polymer film as Entrance window to the mass spectrometer room is formed. It was surprising found that the thin polymeric carrier film (thickness about 0.1 lpm) is used directly as a separating film can serve between the atmosphere and the mass spectrometer (high vacuum) and this carrier film does not tear open even if the laser is fired several times.
Zweckmäßig ist die polymere Trägerfolie durch ein Netz bzw Gitter oder durch eine Ein- oder Mehrlochblende abgestützt und mechanisch stabilisiert.The polymeric carrier film is expedient by means of a net or grid or supported and mechanically stabilized by a single or multi-hole diaphragm.
Eine Weiterentwicklung im Zusammenhang mit der Erfindung besteht darin, daß auf der Trägerfolie nach Art einer Matrix eine Vielzahl von Proben angeordnet ist und die Folie mit Hilfe eine Kreuztisches relativ zum Laserstrahl justierbar ist. Vorteilhaft wird eine solche Probenmatrix dadurch realisiert, daß die an sich hydrophobe Trägerfolie durch örtliche Hydrophilierung ein der Probenmatrix entsprechendes Flächenmuster enthalt und die Proben durch Benetzung der hydrophilierten Bereiche mit einer die jeweilige Probe enthaltenden Lösung oder Suspension auf der Trägerfolie abgeschieden sind.A further development in connection with the invention consists in that a plurality of samples are arranged on the carrier film in the manner of a matrix and the film can be adjusted relative to the laser beam using a cross table is. Such a sample matrix is advantageously realized in that the per se hydrophobic carrier film due to local hydrophilization a film corresponding to the sample matrix Contains surface pattern and the samples by wetting the hydrophilized areas with a solution or suspension containing the respective sample on the carrier film are deposited.
Bezüglich weiterer Verbesserungen und bevorzugter Ausführungsformen des Massenspektrometers wird auf die Unte ran sprüche verwiesen.Regarding further improvements and preferred embodiments of the mass spectrometer, reference is made to the claims below.
Mit der Erfindung werden folgende Vorteile erzielt: a) Festkorperproben, die sowohl aus flüchtigen als auch aus nicht flüchtigen Komponenten bestehen, z.B. Polymere mit flüchtigen Additiven werden bei der massenspektrometrischen Analyse nicht mehr dem Vakuum ausgesetzt sondern unter Atmosphärendruck oder Schutzgas gehalten und untersucht. Dadurch können Veränderungen der Proben weitgehend ausgeschlossen werden.The following advantages are achieved with the invention: a) solid samples, consisting of both volatile and non-volatile components, e.g. Polymers with volatile additives are used in mass spectrometric analysis no longer exposed to the vacuum but kept under atmospheric pressure or protective gas and examined. This means that changes to the samples can largely be ruled out will.
b) Es besteht die Möglichkeit, wasserhaltige Dünnschnitte oder Zellausstriche von biologischen Proben ohne strukturverändernde Belastung (Artefakte) durch Trocknung und Vakuum zu untersuchen.b) There is the possibility of water-containing thin sections or cell smears of biological samples without structure-changing stress (artifacts) due to drying and examine vacuum.
c) Die Kontamination durch schwerflüchtige Komponenten und Zersetzungsprodukte ist praktisch ausgeschlossen (keine Memory Effekte).c) Contamination by non-volatile components and decomposition products is practically impossible (no memory effects).
d) Die zwischen der Entnahme einer Probe und der Aufnahme des Massenspektrums liegende Vorbereitungszeit (Oberführungszeit) kann wesentlich verkürzt werden da die sonst notwendige Einschleusung der Proben ins Massenspektrometer entfällt. Die Handhabung und Vorbereitung der Proben ist wesentlich erleichtert.d) The time between taking a sample and recording the mass spectrum Lying preparation time (overhaul time) can be significantly shortened there the otherwise necessary introduction of the samples into the mass spectrometer is no longer necessary. the Handling and preparation of the samples is much easier.
e) Die Halterung der Proben außerhalb des Massenspektrometerraumes ist gerätetechnisch wesentlich einfacher und erlaubt mit verhältnismäßig geringem Aufwand einen hohen Automatisierungsgrad.e) Holding the samples outside of the mass spectrometer room is much simpler in terms of device technology and allows relatively little Effort a high degree of automation.
Mit der Erfindung werden daher der Massenspektrometrie neue Anwendungsgebiete z.B. im Polymerbereich und in Biologie und Medizin erschlossen.Bei letzteren handelt es sich zwar nach wie vor um eine in vitro-Analyse, die jedoch einer in vivo-Untersuchtung bedeutend näher kommt. Bisher kam auch die hohe Ortsauflosung der konventionellen Mikromassenanalysatoren mit Laseranregung bei solchen Proben nicht zum Tragen, weil bei der vorher notwendigen Präparation der biolo- gischen Proben eine Entwässerung und damit verbunden eine Migration der nachzuweisenden Komponenten stattfindet, so daß eine räumliche Zuordnung der identifizierten Komponenten nicht mehr möglich war.With the invention, therefore, mass spectrometry becomes a new field of application e.g. in the polymer sector and in biology and medicine Although it is still an in vitro analysis, it is an in vivo study comes significantly closer. So far, there was also the high spatial resolution of the conventional Micromass analyzers with laser excitation are not suitable for such samples because in the previously necessary preparation of the biological gical samples drainage and associated migration of the components to be detected takes place, so that a spatial assignment of the identified components is not more was possible.
Durch die neue Technik wird die Aussagekraft der Punktanalyse zur Identifizierung der örtlichen Lage einer Komponente in der biologischen Probe (z.B.With the new technology, the meaningfulness of the point analysis becomes Identification of the location of a component in the biological sample (e.g.
in einer Zelle) wesentlich verbessert.in a cell) significantly improved.
Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 Schematisch den Aufbau eines Mikromassenanalysators mit Laseranregung Fig. 2 die konventionelle Art der Probenhalterung bei einer Apparatur gemäß Fig. 1 Fig. 3 die neue Probenhalterung in Aufrißdarstellung Fig. 4 eine Draufsicht der neuen Probenhalterung Fig. 5 eine bevorzugte Ausführung der neuen Probenhalterung zur automatischen Analyse einer Vielzahl von Proben in Aufrißdarstellung und Fig. 6 die Probenhalterung gemäß Fig. 5 in Draufsicht.In the following, embodiments of the invention are based on Drawings explained in more detail. They show: FIG. 1 Schematically the structure of a micromass analyzer with laser excitation Fig. 2 shows the conventional type of sample holder in an apparatus according to FIG. 1, FIG. 3, the new sample holder in elevation. FIG. 4, a plan view of the new sample holder Fig. 5 shows a preferred embodiment of the new sample holder for the automatic analysis of a large number of samples in elevation and Fig. 6 the sample holder according to FIG. 5 in plan view.
Der in Fig. 1 schematisch dargestellte Mikromassenanalysator mit Laseranregung besteht im wesentlichen aus einem Flugzeitmassenspektrometer 1 und einem gepulsten Hochleistungslaser 2 zur Verdampfung und Ionisierung der auf einem Objekttrager 3 befindlichen Probe. Der Laserstrahl wird über einen halbdurchlãssi- gen Umlenkspiegel 4 mit Hilfe eines Objektivs 5 auf die Probe fokussiert. Mit einem Okular 6 kann die Positionierung der Probe im Massenspektrometerraum relativ zum Laserstrahl visuell kontrolliert und bei Bedarf nachjustiert werden.The micromass analyzer with laser excitation shown schematically in FIG. 1 consists essentially of a time-of-flight mass spectrometer 1 and a pulsed one High-power laser 2 for evaporation and ionization of the on a slide 3 located sample. The laser beam is transmitted through a semi-transparent gene Deflecting mirror 4 focused on the sample with the aid of an objective 5. With a Eyepiece 6 can position the sample in the mass spectrometer space relative to the The laser beam can be checked visually and readjusted if necessary.
Der Laser 2 erzeugt einen sehr kurzen Lichtimpuls (Laserblitz), der die auf dem Objektträger 3 befindliche Probe schlagartig verdampft und zum größten Teil ionisiert. Die gebildeten Ionen werden von dem Flugzeitspektrometer 1 erfaßt, nach dem Prinzip der Laufzeitmessung separiert, und treffen dann nacheinander am Detektor ein. Als Detektor wird ein Multiplier 7 verwendet, der entsprechend den eintreffenden ionisierten Komponenten eine elektrische Impulsfolge erzeugt.The laser 2 generates a very short pulse of light (laser flash), the the sample located on the slide 3 suddenly evaporates and becomes the largest Partly ionized. The ions formed are detected by the time-of-flight spectrometer 1, separated according to the principle of transit time measurement, and then meet one after the other on Detector on. A multiplier 7 is used as a detector, which corresponds to the incoming ionized components generate an electrical pulse train.
Die Impulsfolge wird nach Verstärkung 8 einem Transientenrekorder 9 zugeführt und anschließend auf einem Schreiber 10 und einem Oszillographen 11 aufgezeichnet.After amplification 8, the pulse sequence is transmitted to a transient recorder 9 and then on a recorder 10 and an oscilloscope 11 recorded.
Der Transientenrekorder 9 wird von dem Laser 2 getriggert. Das zum Betrieb des Flugzeitmassenspektrometers 1 erforderliche Vakuum wird mit handelsüblichen Vakuumpumpen erzeugt (AnschlAsse 12). Am Eingang des Massenspektrometers 1 ist zwecki&ßig eine elektrische Linse (Ionenlinse) angebracht Sie erzeugt ein Ziehfeld, mit dem die durch den Laserblitz erzeugten Ionen erfaßt und nachbeschleunigt werden.The transient recorder 9 is triggered by the laser 2. That for Operation of the time-of-flight mass spectrometer 1 required is with commercially available vacuum Vacuum pumps generated (connections 12). At the entrance of the mass spectrometer 1 is expedient an electric lens (ion lens) attached. It creates a drawing field with which the ions generated by the laser flash are detected and accelerated.
Bei den konventionellen Apparaturen wird als Objektträger für die Probe eine dünne polymere TrAgerfolie verwendet, die im Hochvakuum des Massenspektro- meters angeordnet ist (s. Fig. 2). Die Abdichtung zum Hochvakuum erfolgt durch eine Glasscheibe 13 die über einen Dichtungsring 14 an der Außenwand 15 des Massenspektrometers 1 anliegt. Die Probe selbst ist auf einer polymeren Trägerfolie 3 angeordnet, die ihrerseits auf einer Probenhalterung 16 ruht. Die Probenhalterung 16 befindet sich im Hochvakuum und ist über einer zentralen Aussparung 17 in die Außenwand 15 des Massenspektrometers eingebaut. Der Laserstrahl wird durch die Glasscheibe 13 (Eintrittsfenster) auf die Trägerfolie 3 mit der darauf befindlichen Probe fokussiert.The conventional apparatus is used as a slide for the Sample a thin polymer carrier film is used, which in the high vacuum of the mass spectrometer meters is arranged (see Fig. 2). The seal to the high vacuum is made by a pane of glass 13 via a sealing ring 14 on the outer wall 15 of the mass spectrometer 1 is present. The sample itself is arranged on a polymeric carrier film 3, which in turn rests on a sample holder 16. The sample holder 16 is located in a high vacuum and is via a central recess 17 in the outer wall 15 of the Built-in mass spectrometer. The laser beam is through the glass pane 13 (entrance window) focused on the carrier film 3 with the sample located thereon.
Es wurde nun gefunden, daß die dünne polymere Trägerfolie (Dicke ca. 0,1po) direkt als Trennfolie zwischen der Atmosphäre und dem Massenspektrometer (Hochvakuum) dienen kann und diese Trägerfolie auch bei mehrmaligem Durchschuß mit dem Laser nicht aufreißt. Dabei wurde festgestellt, daß das zum Betrieb des Massenspektrometers erforderliche Vakuum selbst durch mehrere solcher Löcher (Durchmesser ca. 2pm) nicht beeintrãchtigt wird. Diese Tatsache ermöglicht es, daß die Trägerfolie 3 mit der Probe auf der Außenseite des Massenspektrometers unter Atmosphärendruck oder Schutzgas angebracht wird. Der Laserblitz sorgt dann dafffr, daß die auf der Folie befindliche Probe durch ein gleichzeitig entstehendes Loch in der Folie in den Massenspektrometerraum verdampft. Eine entsprechend modifizierte Probenhalterung ist in Fig. 3 (Aufriß) und Fig. 4 (Draufsicht) dargestellt.It has now been found that the thin polymeric carrier film (thickness approx. 0.1po) directly as a separating film between the atmosphere and the mass spectrometer (High vacuum) can serve and this carrier film with repeated penetration with the laser does not tear. It was found that the operation of the mass spectrometer required vacuum even through several such holes (diameter approx. 2 pm) is impaired. This fact makes it possible that the carrier film 3 with the Sample on the outside of the mass spectrometer under atmospheric pressure or protective gas is attached. The laser flash then ensures that the Sample through a hole in the film that is created at the same time into the mass spectrometer chamber evaporates. A correspondingly modified sample holder is shown in Fig. 3 (elevation) and Fig. 4 (top view).
Die Trägerfolie 3 mit der Probe liegt wie bei der Ausführung gemäß Fig. 2 auf der Probenhalterung 16, die jetzt atmosphärenseitig über der Aussparung 17 an dem Massenspektrometer 1 angeordnet ist. Die Abdichtung gegenüber dem Massenspektrometerraum erfolgt mittels des Dichtungsringes 14, der jetzt zwischen der Probenhalterung 16 und der Außenwand 15 des Massenspektrometers liegt. Die Trägerfolie 3 bildet bei dieser Ausführung das Eintrittsfenster zum Massenspektrometer hin. Als Probenhalter 16 können Blenden benutzt werden, wie sie z.B. in der Elektronenspektroskopie tblich sind. Dabei handelt es sich um massive Metallplatten, z.B. aus Platin, Silber, Stahl u.a. mit einer Dicke von ca. 1 mm, die eine oder mehrere Bohrungen 18 mit Durchmessern zwischen 20 und 100pm besitzen.The carrier film 3 with the sample lies as in the embodiment according to FIG Fig. 2 on the sample holder 16, which is now on the atmosphere side above the recess 17 is arranged on the mass spectrometer 1. The seal against the mass spectrometer room takes place by means of the sealing ring 14, which is now positioned between the sample holder 16 and the outer wall 15 of the mass spectrometer lies. The carrier film 3 forms at in this version the entry window to the mass spectrometer. As a sample holder 16 diaphragms can be used, such as those commonly used in electron spectroscopy are. These are massive metal plates, e.g. made of platinum, silver, steel inter alia with a thickness of approx. 1 mm, the one or more bores 18 with diameters Own between 8pm and 100pm.
Die Metallplatte kann auch zentrisch mit einer größeren Bohrung versehen sein, die ihrerseits mit einem Metallnetz mit Maschenweiten zwischen 20 und 100pm abgeschlossen ist. Auf diese Metallblenden wird die dünne Polymerfolie gespannt, die einerseits als Vakuumabschluß dient und andererseits als Objektträger fÜr die zu untersuchende Substanz. Durch die Metallblende (Ein- oder Mehrlochbiende bzw. Netz oder Gitter) wird die Trägerfolie mechanisch stabilisiert.The metal plate can also be provided centrally with a larger hole be, in turn, with a metal net with mesh sizes between 20 and 100pm is completed. The thin polymer film is stretched onto these metal panels, which serves on the one hand as a vacuum seal and on the other hand as a slide for the substance to be examined. Through the metal cover (single or multi-hole or Mesh or grid) the carrier film is mechanically stabilized.
Die Trägerfoiie 3 besteht z.B. aus Kollodiumlack oder Zapponlack oder aus Formvar. Diese Materialien werden auch in der Elektronenmikroskopie als Trägerfolien benutzt. Die Aufbringung der Trägerfolie 3 auf den Probenhalter 16 erfolgt durch Absenken einer durch Sprei- ten von Kollodiumlack oder Zapponlack oder Formvar auf einer Wasseroberfläche erzeugten, sehr dünnen Folie, z.B. in einem Scheidetrichter oder durch Herstellung der Trägerfolie durch Spreiten des Lackes auf einem glatten Träger, z.B. auf einer Glasplatte. Das Ablösen der Folie geschieht z.B. durch langsames Eintauchen in Wasser. Anschließend wird die Trägerfolie 3 auf den Probenhalter 16 überführt.The carrier film 3 consists e.g. of collodion lacquer or zappon lacquer or from Formvar. These materials are also used as carrier foils in electron microscopy used. The carrier film 3 is applied to the sample holder 16 by Lowering one by spreading th of collodion lacquer or zappon lacquer or Formvar produced on a water surface, very thin film, e.g. in one Separating funnel or by producing the carrier film by spreading the varnish on a smooth support, e.g. on a glass plate. The film is peeled off e.g. by slowly immersing in water. Then the carrier film 3 is on the sample holder 16 transferred.
Der Beweis für die überraschend hohe Vakuumfestigkeit der Trägerfolien selbst nach Durchschuß mehrerer Löcher mit dem Laserstrahl konnte mit Hilfe elektronenmikroskopischer Aufnahmen erbracht werden. Dabei zeigte es sich, daß der Laserstrahl nahezu kreisrunde Löcher mit einem Durchmesser von 1 bis 2 pm in die 0,1pm starke Trägerfolie schmilzt. Durch systematische Untersuchungen konnte sichergestellt werden, daß die Betriebsbereitschaft der Apparatur auch nach mehreren Durchschüssen erhalten bleibt. Die aufgrund der Durchschtsse entstehenden Lecks sind offensichtlich so klein, daß das Vakuum in der Apparatur nicht beeinträchtigt wird. Im übrigen besteht natürlich auch die Möglichkeit, daß nach einem Durchschuß das in der Trägerfolie 3 entstandene Loch durch Betupfen mit einem Lack (z.B. Kollodiumlack) sofort wieder verschlossen wird.Proof of the surprisingly high vacuum resistance of the carrier films Even after several holes were shot through with the laser beam, it was possible to use an electron microscope Recordings are made. It was found that the laser beam was almost circular Melts holes with a diameter of 1 to 2 μm in the 0.1 μm thick carrier film. Through systematic investigations it could be ensured that the operational readiness the apparatus remains intact even after several bullets. The due to the The resulting leaks are obviously so small that the vacuum is in the apparatus is not impaired. In addition, there is of course the possibility of that after a bullet through the hole formed in the carrier film 3 by dabbing is immediately closed again with a varnish (e.g. collodion varnish).
Eine bevorzugte Ausführung der Probenhalterung zur automatischen Untersuchung einer Vielzahl von Proben ist in Fig. 5 (Querschnitt) und in Fig. 6 (Draufsicht) darge- stellt. Die Probenhalterung 16 ist hier eine quadratische Platte mit z.B. 5x5=25 Einzellochbohrungen 19 mit einem Durchmesser von 50pm. Kongruent zu dieser Vielfachlochblende sind auf der Trägerfolie 3 nach Art einer Matrix eine Vielzahl von verschiedenen Proben punktuell aufgebracht. Die Probenhalterung 16 ist hier Bestandteil eines in 2 Koordinaten (x und y) verschiebbaren Kreuztisches. Der Kreuztisch kann mit Hilfe von Schrittmotoren 20 und 21 in der x/y-Ebene beliebig positioniert werden. Auf den den Motoren gegenüberliegenden Seiten istder Kreuztisch mit Rückhoifedern 22 und 23 versehen. Die Motoren 20 und 21 sind mit einer Programmsteuerung verbunden, die es gestattet, die Einzelproben 24 nacheinander in die optische Achse, d.h. an die Stelle des Laserstrahles, zu bringen. Die am Auftreffpunkt des Laserstrahles zentrierte Probe 24 wird dann durch einen Laserblitz verdampft, dabei z.T.A preferred embodiment of the sample holder for automatic testing a plurality of samples is shown in Fig. 5 (cross section) and in Fig. 6 (plan view) presented represents. The sample holder 16 is square here Plate with e.g. 5x5 = 25 individual holes 19 with a diameter of 50pm. Congruent for this multi-hole diaphragm are on the carrier film 3 in the manner of a matrix Large number of different samples applied selectively. The sample holder 16 is part of a cross table that can be moved in 2 coordinates (x and y). The cross table can be positioned anywhere in the x / y plane with the aid of stepper motors 20 and 21 be positioned. On the sides opposite the motors is the cross table provided with return springs 22 and 23. The motors 20 and 21 are with a program control connected, which allows the individual samples 24 one after the other in the optical axis, i.e. to take the place of the laser beam. The one at the point of impact of the laser beam centered sample 24 is then vaporized by a laser flash,
ionisiert und gelangt durch das gleichzeitig in der Trägerfolie entstehende Mikroloch sowie durch die daran anschließende Bohrung 19 in den Massenspektrometerraum. Die lonenwolke wird dort von einer elektrischen Linse erfaßt und dem nachgeschalteten Flugzeitmassenspektrometer zugefffhrt, wo eine Trennung nach dem Masse/Ladungsverhältnis erfolgt und die Intensitaten der Molekülpeaks aufgezeichnet werden. Im Prinzip kann jedes Massenspektrometer verwendet werden, das eine Simultananzeige des Massenspektrums erlaubt.ionizes and passes through the simultaneously created in the carrier film Micro hole and through the adjoining bore 19 into the mass spectrometer space. The ion cloud is detected there by an electric lens and the downstream one Time-of-flight mass spectrometer supplied, where a separation according to the mass / charge ratio takes place and the intensities of the molecular peaks are recorded. In principle it can any mass spectrometer that has a simultaneous display of the mass spectrum can be used permitted.
Flugzeitmassenspektrometer erfüllen diese Forderung und haben sich auch deswegen besonders bewährt, weil sie eine hohe Transmission besitzen.Time-of-flight mass spectrometers meet this requirement and have become also especially proven because they have a high transmission.
Für den Fall, daß die Ionisierung der Probe durch den Laserblitz nicht ausreicht, kann am Eingang 17 des Massenspektrometerraumes eine weitere Ionenquelle zur Nachionisierung der verdampften Probe eingebaut werden.In the event that the ionization of the sample by the laser flash fails is sufficient, a further ion source can be installed at the entrance 17 of the mass spectrometer room can be installed for post-ionization of the vaporized sample.
Der gesamte Analysenablauf für die Analyse der 5x5=25 Einzelproben erfolgt mit Hilfe der mit den Schrittmotoren 20 und 21 gekoppelten Programmsteuerung vollautomatisch. Insbesondere können die Intensitäten der zu jeder Einzel analyse gehörenden Molekülpeaks in einem nachgeschalteten Rechner den Einzelproben zugeordnet werden. Ein derartig hoher Automatisierungsgrad konnte bei Massenspektrometern vergleichbarer Bauart bisher nicht erreicht werden.The entire analysis process for the analysis of the 5x5 = 25 individual samples takes place with the aid of the program control coupled with the stepper motors 20 and 21 fully automatic. In particular, the intensities of each individual analysis associated molecular peaks are assigned to the individual samples in a downstream computer will. Such a high degree of automation could be more comparable with mass spectrometers Design not yet achieved.
Schwierigkeiten bereitet es zunächst, die nachzuweisende Substanz auf kleinen vorbezeichneten Flächen, z.B. kreisförmige Flächen von 10 bis 50po, auf der Trägerfolie 3 zu deponieren. Dieses Problem kann aber dadurch gelöst werden, daß die an sich hydrophobe polymere Trägerfolie durch Bestrahlung mit einem entsprechend gebündelten Elektronen- oder Ionenstrahl, oder durch Behandlung in einer mit Gleich-oder Wechselstrom betriebenen Gasentladung unter Zwischenschaltung entsprechender Blenden mit kreisförmigen Ausschnitten geeignete Große örtlich hydrophiliert wird. Auf diese Weise kann man die nachzuweisenden Substanzen aus einer polaren, insbesondere wäßrigen Lösung oder Suspension gezielt punktuell niederschlagen und erhält so die oben beschriebene Probenmatrix.Difficulties are initially found in finding the substance to be detected on small pre-marked areas, e.g. circular areas from 10 to 50po, to deposit on the carrier film 3. However, this problem can be solved by that the per se hydrophobic polymeric carrier film by irradiation with a corresponding bundled electron or ion beam, or by treatment in a with direct or Alternating current operated gas discharge with the interposition of appropriate screens with circular cutouts suitable size is locally hydrophilized. To this Way you can detect the substances from a polar, especially aqueous Precipitate solution or suspension in a targeted manner and thus obtain the one described above Sample matrix.
Diese Art der Präparation kann allgemein angewandt werden, wenn die Aufgabe besteht, zum Zwecke massenspektrometrischer Untersuchungen die in Lösung befindliche Substanz auf einer sehr kleinen Fläche des Objektträgers auszukristallisieren oder aus der Suspension durch Trocknung der flüssigen Phase niederzuschlagen. Durch die Konzentrierung der Probe auf einer eng begrenzten Fläche kann man die Flächendichte der nachzuweisenden Komponente auf dem Objektträger und damit die Wachweisempfindichkeit erhöhen. Dieser Fortschritt kann auch für andere Verfahren der Festkörpermassenspektrometrie, wie z.B. die Sekundärionenmassenspektrometrie ausgenutzt werden.This type of preparation can generally be used when the The task is, for the purpose of mass spectrometric investigations, the solution crystallize the substance located on a very small area of the slide or precipitate from the suspension by drying the liquid phase. By the concentration of the sample on a narrowly limited area can be called the area density the component to be detected on the slide and thus the detection sensitivity raise. This progress can also be used for other methods of solid-state mass spectrometry, such as secondary ion mass spectrometry can be used.
Es sind auch Anwendungsfälle denkbar, wo das Massenspektrometer nur dazu benutzt wird, um eine Vielzahl von Proben daraufhin zu untersuchen, ob eine bestimmte Komponente vorhanden ist oder nicht, oder um systematische Konzentrationsbestimmungen für eine Komponente durchzuführen. In solchen Fällen wird das MS fest auf die Masse eingestellt, die detektiert werden soll. Bei diesen Untersuchungen kann die neue Probenhalterung in Verbindung mit dem Laser auch mit konventionellen MS, z.B. Quadrupol-MS, kombiniert werden. Der Laser dient dann nur dazu, die außen angeordnete Probe in den MS-Raum bzw. in die Ionenquelle zu transportieren. Der Transport beruht dabei einerseits auf der Verdampfung durch den Laserblitz und andererseits auf der Einströmung ins Vakuum durch das eingebrannte Loch in der Trägerfolie.There are also applications conceivable where the mass spectrometer only is used to test a large number of samples for whether a certain component is present or not, or systematic concentration determinations for a component. In such cases, the MS becomes firmly attached to the crowd that is to be detected. In these examinations, the new Sample holder in connection with the laser also with conventional MS, e.g. quadrupole MS, be combined. The laser then only serves to insert the sample arranged on the outside to transport the MS room or the ion source. The transport is based thereby on the one hand on the evaporation from the laser flash and on the other hand on the inflow into the vacuum through the burnt-in hole in the carrier film.
Claims (7)
Priority Applications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: BAYER AG, 5090 LEVERKUSEN, DE LEYBOLD AG, 6450 HAN |
|
| 8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
| 8130 | Withdrawal |