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Title:
USE OF AN IONIZING DEVICE, DEVICE AND METHOD FOR IONIZING A GASEOUS SUBSTANCE AND DEVICE AND METHOD FOR ANALYZING A GASEOUS IONIZED SUBSTANCE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/103819
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to the technical field of ionizing a gaseous substance, specifically the ionizing or ionization of a gaseous substance in preparation for its analysis. A device is intended to make a discharge gas and a test substance ionizable in through-flow and not substantially destroy or fragment the test substance. To avoid great expenditure in terms of design and construction, it is intended to be usable under ambient conditions and ensure a high degree of sensitivity in a possible analysis of an ionized substance. For this there is proposed an ionizing device for gas-flow ionization of a discharge gas and a test substance at an absolute pressure greater than 40 kPa in the ionizing device during an ionizing process. The ionizing device comprises an inlet, an outlet, a first electrode, a dielectric element and a second electrode. The dielectric element takes the form of a hollow body with an inner side and an outer side and can be flowed through by the discharge gas and the test substance in a direction of flow. The first electrode is arranged outside the outer side of the dielectric element. The second electrode is arranged at least in certain portions inside the dielectric element, is surrounded by the inner side of the dielectric element perpendicularly to the direction of flow and can be flowed through or flowed around by the discharge gas and the test substance. A distance in or counter to the direction of flow between the assigned ends of the first and second electrodes lies between -5 mm and 5 mm. A dielectric barrier discharge in a dielectric barrier discharge region can be formed by applying a voltage between the first and second electrodes in order to ionize the discharge gas or the test substance.

Inventors:
WOLF, Jan-Christoph (Levelingstraße 106a, Ingolstadt, 85049, DE)
Application Number:
IB2016/057626
Publication Date:
June 22, 2017
Filing Date:
December 14, 2016
Export Citation:
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Assignee:
WOLF, Jan-Christoph (Levelingstraße 106a, Ingolstadt, 85049, DE)
International Classes:
H01J49/10; H05H1/24
Domestic Patent References:
WO2009102766A12009-08-20
Foreign References:
EP2450942A22012-05-09
US20120292501A12012-11-22
US20110253889A12011-10-20
CN104064429A2014-09-24
US20130161507A12013-06-27
Attorney, Agent or Firm:
LEONHARD & PARTNER PATENTANWAELTE et al. (Tal 30, Muenchen, 80331, DE)
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Claims:
Ansprüche ...

Verwendung einer lonisierungsvorrichtung (100) zur Durchflussionisierung eines Entladungsgases (G) und eines Probenstoffes (S) bei einem absoluten Druck von größer als 40 kPa in der lonisierungsvorrichtung (100), während der Ionisierung, die lonisierungsvorrichtung (100) mit einem Einlass (E), einem Auslass (A), einer ersten Elektrode (1), einem dielektrischen Element (2) und einer zweiten Elektrode (3), wobei

(a) das dielektrische Element (2) in Form eines Hohlkörpers mit einer Innenseite (2b) und einer Außenseite (2a) ausgebildet ist und von dem Entladungsgas (G) und dem Probenstoff (S) in einer Strömungsrichtung (R) durchströmbar ist;

(b) die erste Elektrode (1) außerhalb der Außenseite (2a) des dielektrischen

Elements (2) angeordnet ist;

(c) die zweite Elektrode (3) zumindest abschnittsweise im Inneren des

dielektrischen Elements (2) angeordnet ist, von der Innenseite (2b) des dielektrischen Elements (2) senkrecht zur Strömungsrichtung (R) umgeben ist und von dem Entladungsgas (G) und dem Probenstoff (S) durchströmbar oder umströmbar ist;

(d) ein Abstand (D) in oder gegen Strömungsrichtung (R) zwischen den

zugeordneten Enden der ersten und zweiten Elektrode (1, 3) zwischen -5 mm und 5 mm liegt;

(e) eine dielektrische Barriereentladung in einem dielektrischen

Barriereentladungsbereich (110) durch Anlegen einer Spannung zwischen der ersten und zweiten Elektrode (1, 3) bildbar ist, um das Entladungsgas (G) oder den Probenstoff (S) zu ionisieren.

Verwendung der lonisierungsvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Druck in der lonisierungsvorrichtung (100) größer als 60 kPa, bevorzugt größer als 80 kPa und besonders bevorzugt im Wesentlichen atmosphärischer Druck ist.

Verwendung der lonisierungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Abstand (D) zwischen den zugeordneten Enden der ersten und zweiten Elektrode (1, 3) zwischen -3 mm und 3 mm, bevorzugt zwischen -1 mm und 1 mm, mehr bevorzugt zwischen -0,2 mm und 0,2 mm und am meisten bevorzugt zwischen -0,05 mm und 0,05 mm liegt.

4. Verwendung der lonisierungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die zweite Elektrode (3) eine hohlzylindrische Form, die Form eines sich längserstreckenden Hohlkörpers mit einer dreieckigen, rechteckigen oder ovalen Grundform aufweist oder ein Draht ist.

5. Verwendung der lonisierungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die äußere Seite der zweiten Elektrode (3) zur inneren Seite (2b) des dielektrischen Elements (2) einen Abstand von weniger als 0,5 mm, bevorzugt weniger als 0,1 mm aufweist und bevorzugt an der inneren Seite (2b) des

dielektrischen Elements (2) anliegt.

6. Verwendung der lonisierungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die erste Elektrode (1) im Wesentlichen an der äußeren Seite (2a) des dielektrischen Elements (2) anliegt und bevorzugt als Schicht ausgebildet ist, die durch eine trocknende oder aushärtende Flüssigkeit oder Suspension aufgebracht ist oder durch einen Übergang aus einer Dampfphase in eine feste Phase aufgebracht ist.

7. Verwendung der lonisierungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die durchströmbare Fläche des Auslasses (A) der lonisierungsvorrichtung (100) kleiner oder gleich der Fläche des Einlasses (E) der lonisierungsvorrichtung (100) ist und bevorzugt am Auslass (A) der lonisierungsvorrichtung (100) eine

Durchflussbegrenzung (20) angeordnet ist.

8. Verwendung der lonisierungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei ein Druckgradient innerhalb der lonisierungsvorrichtung (100) eine Strömung mit der Strömungsrichtung (R) in der lonisierungsvorrichtung (100) verursacht, bevorzugt durch einen Unterdruck am Auslass (A) und einen im Wesentlichen atmosphärischen Druck direkt außerhalb des Einlasses (E).

9. lonisierungsvorrichtung (100) zur Durchflussionisierung mit einem Einlass (E), einem Auslass (A), einer ersten Elektrode (1), einem dielektrischen Element (2) und einer zweiten Elektrode (3), wobei

(a) das dielektrische Element (2) in Form eines Hohlkörpers mit einer Innenseite (2b) und einer Außenseite (2a) ausgebildet ist und von einem Entladungsgas (G) und einem Probenstoff (S) in einer Strömungsrichtung (R) durchströmbar ist;

(b) die erste Elektrode (1) außerhalb der Außenseite (2a) des dielektrischen

Elements (2) angeordnet ist;

(c) die zweite Elektrode (3) zumindest abschnittsweise im Inneren des

dielektrischen Elements (2) angeordnet ist, von der Innenseite (2b) des dielektrischen Elements (2) senkrecht zur Strömungsrichtung (R) umgeben ist und von dem Entladungsgas (G) und dem Probenstoff (S) durchströmbar oder umströmbar ist;

(d) ein Abstand (D) in oder gegen Strömungsrichtung (R) zwischen den

zugeordneten Enden der ersten und zweiten Elektrode (1, 3) zwischen -5 mm und 5 mm liegt;

(e) eine dielektrische Barriereentladung in einem dielektrischen

Barriereentladungsbereich (110) durch Anlegen einer Spannung zwischen der ersten und zweiten Elektrode (1, 3) bildbar ist, um das Entladungsgas (G) oder den Probenstoff (S) zu ionisieren; und

(f) der absolute Druck in der lonisierungsvorrichtung (100) während einer

Ionisierung größer als 40 kPa ist.

10. lonisierungsvorrichtung (100) nach Anspruch 9, wobei der Druck in der

lonisierungsvorrichtung (100) größer als 60 kPa, bevorzugt größer als 80 kPa und besonders bevorzugt im Wesentlichen atmosphärischer Druck ist.

11. lonisierungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, wobei der

Abstand (D) zwischen den zugeordneten Enden der ersten und zweiten Elektrode (1, 3) zwischen -3 mm und 3 mm, bevorzugt zwischen -1 mm und 1 mm, mehr bevorzugt zwischen -0,2 mm und 0,2 mm und am meisten bevorzugt zwischen -0,05 mm und 0,05 mm liegt.

12. lonisierungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die zweite Elektrode (3) eine hohlzylindrische Form, die Form eines sich längserstreckenden Hohlkörpers mit einer dreieckigen, rechteckigen oder ovalen Grundform aufweist oder ein Draht ist.

13. lonisierungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 12, wobei die äußere Seite der zweiten Elektrode (3) zur inneren Seite (2b) des dielektrischen Elements (2) einen Abstand von weniger als 0,5 mm, bevorzugt weniger als 0,1 mm aufweist und bevorzugt an der inneren Seite (2b) des dielektrischen Elements (2) anliegt.

14. lonisierungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei die erste Elektrode (1) im Wesentlichen an der äußeren Seite (2a) des dielektrischen Elements (2) anliegt und bevorzugt als Schicht ausgebildet ist, die durch eine trocknende oder aushärtende Flüssigkeit oder Suspension aufgebracht ist oder durch einen Übergang aus einer Dampfphase in eine feste Phase aufgebracht ist.

15. lonisierungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei die

durchströmbare Fläche des Auslasses (A) der lonisierungsvorrichtung (100) kleiner oder gleich der Fläche des Einlasses (E) der lonisierungsvorrichtung (100) ist und bevorzugt am Auslass (A) der lonisierungsvorrichtung (100) eine

Durchflussbegrenzung (20) angeordnet ist.

16. lonisierungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 15, wobei ein

Druckgradient innerhalb der lonisierungsvorrichtung (100) eine Strömung mit der Strömungsrichtung (R) in der lonisierungsvorrichtung (100) verursacht, bevorzugt durch einen Unterdruck am Auslass (A) und einen im Wesentlichen atmosphärischen Druck direkt außerhalb des Einlasses (E).

17. Analysevorrichtung (200) zur Analyse eines Probenstoffes (S) in einem

Entladungsgas (G) mit der lonisierungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 16 und einer Analyseeinheit (30), wobei die Analyseeinheit (30) mit der lonisierungsvorrichtung (100) verbunden ist.

18. Analysevorrichtung (200), nach Anspruch 17, wobei zusätzlich zu der

lonisierungsvorrichtung (100) zumindest eine weitere ionisierende Vorrichtung angeordnet ist.

19. Analysevorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 17 oder 18, wobei der Einlass (E) der lonisierungsvorrichtung (100) gegenüber der Umgebung geöffnet ist und das Entladungsgas (G) bevorzugt die den Einlass (E) umgebende Atmosphäre ist.

20. Verfahren zum Ionisieren eines Entladungsgases (G) und eines Probenstoffes (S), umfassend die Schritte:

Einbringen eines Entladungsgases (G) und eines Probenstoffes in den Einlass (E) der lonisierungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 16; Anlegen einer Spannung an die erste und/oder zweite Elektrode (1, 3), so dass eine dielektrische Barriereentladung zwischen der ersten und zweiten Elektrode (1, 3) in einem dielektrischen Barriereentladungsbereich (110) bewirkt wird;

Ionisieren des Entladungsgases (G) und/oder des Probenstoffes (S) im und/oder nach dem dielektrischen Barriereentladungsbereich (110).

21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei die angelegte Spannung höchstens 20 kV,

bevorzugt höchstens 10 kV, bevorzugter höchstens 5 kV und am meisten bevorzugt zwischen 1 kV und 3 kV beträgt.

22. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 oder 21, wobei die dielektrische

Barriereentladung durch unipolare Hochspannungspulse bewirkt wird, bevorzugt mit einer Pulsdauer von höchstens 1 με, besonders bevorzugt von höchstens 500 ns, und am meisten bevorzugt mit einer Dauer zwischen 100 ns und 350 ns.

23. Verfahren nach Anspruch 22, wobei die Hochspannungspulse eine Frequenz von höchstens 1 MHz aufweisen, bevorzugt höchstens 100 kHz, bevorzugter höchstens 25 kHz und am meisten bevorzugt zwischen 1 kHz und 15 kHz.

24. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 23, wobei die erste und zweite Elektrode (1, 3) mit einer Sinusspannung versorgt wird, wobei die Sinusspannungen einer Elektrode (1, 3) bevorzugt um eine halbe Periodendauer gegenüber der anderen Elektrode (1, 3) verschoben ist.

25. Verfahren zur Analyse eines Probenstoffes (S) in einem Entladungsgas (G),

umfassend die Schritte:

Einbringen eines Probenstoffes (S) in einem Entladungsgas (G) in den Einlass (E) der lonisierungsvorrichtung (100) der Analysevorrichtung (200) nach einem der Ansprüche 9 bis 11;

Anlegen einer Spannung an die erste und/oder zweite Elektrode (1, 3), so dass eine dielektrische Barriereentladung zwischen der ersten und zweiten Elektrode (1, 3) in einem dielektrischen Barriereentladungsbereich bewirkt wird;

Ionisieren des Probenstoffes (S) in dem Entladungsgas (G) im und/oder nach dem dielektrischen Barriereentladungsbereich (110); Analysieren des ionisierten Probenstoffes (S).

26. Verfahren nach Anspruch 25, wobei die angelegte Spannung höchstens 20 kV,

bevorzugt höchstens 10 kV, bevorzugter höchstens 5 kV und am meisten bevorzugt zwischen 1 kV und 3 kV beträgt.

27. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 oder 26, wobei die dielektrische

Barriereentladung durch unipolare Hochspannungspulse bewirkt wird, bevorzugt mit einer Pulsdauer von höchstens 1 με, besonders bevorzugt von höchstens 500 ns, und am meisten bevorzugt mit einer Dauer zwischen 100 ns und 350 ns.

28. Verfahren nach Anspruch 27, wobei die Hochspannungspulse eine Frequenz von höchstens 1 MHz aufweisen, bevorzugt höchstens 100 kHz, bevorzugter höchstens 25 kHz und am meisten bevorzugt zwischen 1 kHz und 15 kHz.

29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, wobei die erste und zweite Elektrode (1, 3) mit einer Sinusspannung versorgt wird, wobei die Sinusspannungen einer Elektrode (1, 3) bevorzugt um eine halbe Periodendauer gegenüber der anderen Elektrode (1, 3) verschoben ist.

30. Verwendung einer lonisierungsvorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 16 zur Durchflussionisierung eines Entladungsgases (G) und eines Probenstoffes (S).

31. Verwendung einer lonisierungsvorrichtung (100) zur Durchflussionisierung bei einem absoluten Druck von größer als 40 kPa in der lonisierungsvorrichtung (100), während der Ionisierung,

(a) die lonisierungsvorrichtung (100) mit einem Einlass (E),

einem Auslass (A), einer ersten Elektrode (1), einem

dielektrischen Element (2) und einer zweiten Elektrode (3),

wobei

(aa) das dielektrische Element (2) in Form eines

Hohlkörpers mit einer Innenseite (2b) und einer Außenseite

(2a) ausgebildet ist;

(bb) die erste Elektrode (1) außerhalb der Außenseite (2a) des dielektrischen Elements (2) angeordnet ist;

(cc) die zweite Elektrode (3) zumindest abschnittsweise

im Inneren des dielektrischen Elements (2) angeordnet ist und von der Innenseite (2b) des dielektrischen Elements (2)

senkrecht zur Strömungsrichtung (R) umgeben ist;

(b) ein Abstand (D) in oder gegen Strömungsrichtung (R)

zwischen den zugeordneten Enden der ersten und zweiten

Elektrode (1, 3) zwischen -5 mm und 5 mm liegt;

(c) durch Anlegen einer Spannung zwischen der ersten und

zweiten Elektrode (1, 3) eine dielektrische Barriereentladung

in einem Entladungsbereich (110) bildbar ist zum Ionisieren

des Entladungsgases (G) oder des Probenstoffes (S). , Verwendung nach Anspruch 31, wobei das dielektrische Element (2) von dem

Entladungsgas (G) und dem Probenstoff (S) in einer Strömungsrichtung (R) durchströmbar ist. , Verwendung nach Anspruch 31 oder 32, wobei die zweite Elektrode (3) von dem Entladungsgas (G) und dem Probenstoff (S) in einer Strömungsrichtung (R) durchströmbar oder umströmbar ist. , Verwendung nach Anspruch 1 oder 31, wobei die lonisierungsvorrichtung (100) von dem Entladungsgas (G) durchströmt wird und der Probenstoff außerhalb der lonisierungsvorrichtung (100) von dem ionisierten Entladungsgas (G) angeströmt wird und gemeinsam einer Analysevorrichtung (200) zuführbar sind.

Description:
Verwendung einer lonisierungsvorrichtung, Vorrichtung und Verfahren zur Ionisation eines gasförmigen Stoffes sowie Vorrichtung und Verfahren zur Analyse eines gasförmigen ionisierten Stoffes

Die Erfindung betrifft das technische Gebiet der Ionisierung eines gasförmigen Stoffes, speziell die Ionisierung oder Ionisation eines gasförmigen Stoffes als Vorbereitung zu dessen Analyse.

WO 2009/102766 beschreibt eine Plasmasonde, die ein Entladungsgas durch eine dielektrische Barriereentladung ionisiert. Zur Ionisierung eines Probenstoffes wird die Plasmasonde auf einen Probenstoff gerichtet, um den Probenstoff zu ionisieren. Der ionisierte Probenstoff kann in einer in der Nähe des Probenstoffes angeordneten

Massenanalyseeinheit analysiert werden. Bei dieser Art der Ionisierung kommt es zu einer Abstoßung geladener Teilchen und zu Zusammenstößen mit Gasmolekülen, wodurch eine Entladung stattfinden kann, was einen erheblichen Verlust an Ionen bis zur Analyse und damit verminderte Sensitivität führt.

Aus US 2013/0161507 AI ist ein Massenspektrometer bekannt, bei dem zur Ionisierung eines Analyten die Technik der dielektrischen Barriereentladung eingesetzt wird. Speziell geht es in der Veröffentlichungsschrift um das Erreichen einer geringen Spannung zur Entladung zwischen zwei Elektroden (siehe S. 1, [0009]). Dabei ist eine zu analysierende Probe 101 in einem Probengefäß 106 einzubringen und gelangt durch einen

Druckgradienten unter Vakuum in einen Entladungsbereich 114, in dem die Ionisierung stattfindet. Im Entladungsbereich herrscht ein Druck zwischen 2 Torr und 300 Torr (zwischen 266 Pa und 39900 Pa) bei einem Abstand der Elektroden 112, 113 zwischen 1 mm und 100 mm (siehe S. 2, [0035]). Das Vakuum im Entladungsbereich 114 ist notwendig, um eine geringe Entladungsspannung zu erreichen. Zusätzlich wird eine Lichtbestrahlungseinheit 116 angewendet, die einen Bereich bestrahlt und eine Entladung generiert. Eine solche

Vorrichtung (unter Vakuum) ist konstruktiv aufwendig und die Notwendigkeit des

Einbringens einer Probe in das Probengefäß ist nur für bestimmte Analysen anwendbar.

Die Erfindung steht vor der Aufgabe eine Vorrichtung bereitzustellen, durch die im

Durchfluss ein Entladungsgas und einen Probenstoff ionisierbar ist und den Probenstoff im Wesentlichen nicht zerstört (fragmentiert), zur Vermeidung eines hohen konstruktiven und apparativen Aufwands unter Umgebungsbedingungen anwendbar ist und bei einer möglichen Analyse eines ionisierten Stoffes eine hohe Sensitivität gewährleistet. Gelöst wird die Aufgabe durch eine Verwendung einer lonisierungsvorrichtung (Anspruch 1), eine lonisierungsvorrichtung (Anspruch 9), die in einem lonisierungsverfahren angewendet werden kann (Anspruch 17) und zur Durchflussionisation verwendet werden kann

(Anspruch 30). Eine Analyseeinheit macht einen ionisierten Probenstoff in einer

Analysevorrichtung (Anspruch 20) nach einem Analyseverfahren (Anspruch 25) analysierbar.

Die lonisierungsvorrichtung oder lonisationsvorrichtung umfasst zumindest zwei Elektroden, die durch ein dielektrisches Element getrennt sind. Das dielektrische Element weist die Form eines Hohlkörpers auf, so dass das Element von einem Entladungsgas und einem

Probenstoff durchströmbar ist. Außerhalb des dielektrischen Elements ist eine erste

Elektrode angeordnet. Die erste Elektrode kann als Ring oder als Hohlzylinder ausgestaltet sein und über das dielektrische Element geschoben oder aufgebracht sein. Die zweite Elektrode ist im Inneren des dielektrischen Elements angeordnet. Durch Anlegen einer ausreichend großen Wechselspannung an eine oder beide der Elektroden kommt es zu einer dielektrischen Barriereentladung in einem dielektrischen Entladungsbereich der

lonisierungsvorrichtung. Die Ionisierung gasförmiger Stoffe findet in und/oder nach dem dielektrischen Entladungsbereich statt.

Überraschend hat sich gezeigt, dass die lonisierungseffizienz oder lonisationseffizienz in erheblichem Maße von der Anordnung der Elektroden zueinander abhängt, wodurch sich, bei vorteilhafter Anordnung, die Sensitivität einer möglichen nachfolgenden Analyse erheblich steigern lässt. Für eine hohe lonisierungseffizienz liegt der Abstand zwischen den zugeordneten Enden der Elektroden zwischen -5 mm und 5 mm (eine detaillierte

Darstellung des Abstands findet sich bei den Figuren la bis lc).

Auch ein geringer zur Strömungsrichtung senkrechter Abstand zwischen den Elektroden ist vorteilhaft, kann indes unter Abwägung des Einflusses auf die dielektrische Entladung, die zwischen mindestens zwei Elektroden stattfinden kann, unterschiedlich ausgestaltet sein.

Ebenso überraschend ist eine hocheffiziente Ionisierung von gasförmigen Stoffen bei einem Druck von über 40 kPa im Entladungsbereich. Der Unterdruck kann durch eine am Auslass der lonisierungsvorrichtung angeordnete Unterdruckeinheit bereitgestellt werden.

Der von der Erfindung gewünschte und erreichte Erfolg ist die Durchflussionisierung eines Probenstoffes zur Analyse. Dabei wird eine sogenannte "softe" Ionisierung angewendet, die Moleküle größtenteils nicht zerstört oder fragmentiert, sondern durch Protonierungs- und Ladungstransferrekationen zu quasimolekularen Ionen führt. Speziell in Verbindung mit (hochauflösender) Massenspektrometrie kann hiermit eine direkte Identifizierung der Substanz über ihre Elementzusammensetzung erfolgen. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der lonisierungsvorrichtung und des lonisierungsverfahrens wird bei einer anschließenden Analyse eine sehr hohe Sensitivität im niedrigen Femto- bis

Attogrammbereich erreicht.

Die Erfindung liefert eine hoch effiziente lonisierungsvorrichtung (mit zugehörigem

Verfahren), die in Kombination mit Massenspektrometrie oder

lonenmobilitätsspektrometrie eine hoch sensitive "elektronische Nase" (in einem

Analyseverfahren) liefert, die eine direkte chemische Analyse von Molekülen in der

Gasphase erlaubt. Anwendungsmöglichkeiten hierfür sind neben klassischer Kombinationen mit chromatographischen Verfahren (GC, HPLC, Nano-LC) auch direkte Screeninganalysen. z.B. direkte Pestizidanalyse auf Obst- oder Gemüseoberflächen. Militärisch oder im

Zivilschutz kann die Technik zum Nachweis giftiger Verbindungen oder Kampfstoffe eingesetzt werden. Insbesondere bei chemischen Kampfstoffen ist eine sehr hohe

Sensitivität notwendig, da diese schon in kleinsten Konzentrationen zu lebensgefährlichen Vergiftungen führen können. Ein weiterer verwandter Anwendungsbereich ist die Forensik oder Sicherheitskontrollen (Betäubungsmittel- oder Sprengstoffwischtests). Auch eine Kombination mit Probenvoranreicherungssystemen wie SPME ist möglich. Die Methode kann zur medizinischen "Point of Care" Diagnostik (z.b. Biomarkeranalyse in Atem oder in Kombination mit SPME für Gefahr- und Verbotsstoffe in Blut, Urin etc.) angewendet werden.

Durch die Möglichkeit einer Durchflussionisation wird generell die Probenahme bei der Analyse vereinfacht ("einsaugen" analog zur menschlichen Nase), was für schnelle Analyse- Anwendungen oder Screeninganalysen z.B. bei der Industriellen Prozesskontrolle wichtig ist. Weiterführend wird das bisher bestehende Problem eines effektiven Transfers von geladenen Teilchen bei Atmosphärendruck ins Vakuum (Analyse) gelöst. Durch die gegenseitige Abstoßung der geladenen Teilchen gehen bei aktuell eingesetzten Verfahren zur Atmosphärendruckionisation (beispielsweise ESI, HESI, APCI, DART, DESI, LTP) große Teile der gebildeten Ionen ungenutzt verloren. Durch die Bildung der Ionen direkt im oder am Einlass wird ein effektiver Transfer der geladenen Teilchen zur Analyse und damit eine hohe Sensitivität gewährleistet.

Chemische Analysen müssen zumeist nicht nur qualitativ sondern quantitativ geführt werden. Durch das Problem einer "offenen" Verbindung der Ionisation mit dem Analysator, wie bei bestehenden Methoden, kann die Quantifizierung leicht durch äußere Einflüsse (Luftzug, Eindiffusion von Störstoffen, etc.) gestört werden. Dies ergibt das Problem falscher, bzw. unrichtiger Analyseergebnisse. Durch eine Durchflussionisierung ist die Verbindung zwischen Ionisation und Analysegerät geschlossen und löst somit das beschriebene Problem bei der Quantifizierung.

Bestehende plasmabasierte lonisationsverfahren bei quasi Atmosphärendruck erlauben kein Einbringen des Analyten in das Entladungsgas, da der Analyt in der Entladung zerstört wird. Durch die Bildung eines äußerst "soften" Plasmas mit keiner oder kaum Fragmentierung wird dieses Problem gelöst.

Der Grad der auftretenden Fragmentierung hängt wie die Effizienz zum Teil von der

Zusammensetzung der umgebenden Atmosphäre (Luftfeuchtigkeit, etc.) ab. Somit kann über geeignete Wahl von Zusatzverbindungen (Dopants) oder Gaszusammensetzungen eine Absenkung oder Steigerung der lonisationseffizienz und/oder Fragmentierung erzielt werden. Letztere ist insbesondere für portable Anwendungen sinnvoll, da portable Systeme charakteristische Fragmente, die zur Identifikation der Stoffe genutzt werden, diese meist nicht selbst erzeugen können.

Weiterhin erlaubt die Erfindung eine Miniaturisierung von Analysegeräten und kann mit portablen Systemen kombiniert werden, was deren Sensitivität erheblich steigert. Dazu ist ein Batterie- oder Akkubetrieb möglich. Es werden keine Betriebsstoffe (außer elektrischer Energie) benötigt und Analysen können in weniger als 100 ms durchgeführt werden.

Zusätzlich kann durch die Miniaturisierbarkeit und Ausgestaltungsart der Erfindung eine Kombination mit anderen bereits existierenden lonisationsverfahren (z.B. ESI, APCI, etc.) erfolgen, was einen den gleichzeitigen Nachweis von unterschiedlichen Analyten ermöglicht, wie zum Beispiel die parallel Ionisation von sehr polaren und unpolaren Stoffen.

Eine weiterführende Ausgestaltung der lonisationsvorrichtung umfasst das Einbringen von sog. "Dopant" Stoffen (wie z.B. in der chemischen Ionisation) vor oder nach der

lonisationsvorrichtung, zum Zwecke der Selektivitäts- oder Sensitivitätssteigerung.

Durch die lonisierungsvorrichtung kann eine effiziente Ionisierung im dielektrischen

Barriereentladungsbereich sogar bei einem Druck von größer als 60 kPa, vorzugsweise größer als 80 kPa und besonders bevorzugt bei im Wesentlichen atmosphärischen Druck durchgeführt werden.

Der Abstand zwischen den zugeordneten Enden der ersten und zweiten Elektrode liegt vorzugsweise zwischen -3 mm und 3 mm, mehr bevorzugt zwischen -1 mm und 1 mm, besonders bevorzugt zwischen -0,2 mm und 0,2 mm und am meisten bevorzugt zwischen - 0,05 mm und 0,05 mm für eine besonders hohe Effizienz der Ionisierung durch eine dielektrische Barriereentladung.

Die zweite Elektrode, die zumindest teilweise im Inneren des dielektrischen Elements angeordnet ist kann eine hohlzylindrische Form aufweisen oder als Hohlkörper ausgestaltet sein, der eine nicht kreisrunde Grundfläche aufweist. Geeignete Grundformen eines Hohlkörpers umfassen zusätzlich eine dreieckige, rechteckige oder ovale Grundform. Die zweite Elektrode kann ebenso als Draht ausgestaltet sein, der konzentrisch oder exzentrisch zum dielektrischen Element angeordnet ist. Ein geringer Abstand zwischen der zweiten Elektrode senkrecht zur Strömungsrichtung der gasförmigen Stoffe und dem dielektrischen Element ist vorteilhaft. Speziell ist der Abstand kleiner als 0,5 mm und bevorzugt kleiner als 0,1 mm. Besonders gute lonisierungsergebnisse werden bei einem Anliegen der zweiten Elektrode an der inneren Seite des dielektrischen Elements erzielt.

Die erste Elektrode kann einen Abstand zum dielektrischen Element senkrecht zur

Strömungsrichtung der gasförmigen Stoffe aufweisen, wobei dieser bevorzugt kleiner als 5 mm ist. Speziell liegt die zweite Elektrode an der Außenseite des Dielektrischen Elements an. Die besten lonisierungsergebnisse werden erzielt, wenn die erste Elektrode als Schicht auf die Außenseite des dielektrischen Elements aufgetragen ist. Dadurch werden parasitäre Entladungen der ersten Elektrode vermieden, die auch bei einem (sehr) geringen Abstand (z.B. Gaseinschlüsse) der ersten Elektrode zu dem dielektrischen Element auftreten können. Die erste Elektrode kann als Schicht durch eine trocknende oder aushärtende Flüssigkeit oder Suspension aufgebracht werden, beispielsweise durch einen Metalllack. Die Schicht kann ebenso durch einen Übergang aus einer Gasphase in die feste Phase auf der

Außenseite des dielektrischen Elements aufgebracht sein. Dafür kann Beispielsweise Sputter, CVD oder PVD, oder andere Schichtauftragende Techniken verwendet werden.

Die erste und zweite Elektrode besteht aus einem leitfähigen Material (für elektrischen Strom). Speziell aus einem Metall, das bevorzugt Silber oder Gold ist, einen Silber- oder Goldanteil (auch in Form einer Schicht) umfasst oder aus einer metallischen Legierung besteht.

Das dielektrische Element kann aus einem Kunststoff (beispielsweise PMMA oder PP) bestehen oder bevorzugt aus Quarzglas oder einem anderen dielektrischen Material bestehen.

Die lonisierungsvorrichtung weist einen Einlass und einen Auslass auf. Durch den Einlass kann ein Entladungsgas und ein Probenstoff in die lonisierungsvorrichtung gelangen, im Inneren zumindest teilweise ionisiert werden und zumindest teilweise ionisiert durch den Auslass verlassen. Die vom Entladungsgas und vom Probenstoff durchströmbare Fläche des Einlasses ist bevorzugt größer als die durchströmbare Fläche des Aulasses, speziell ist eine Durchflussbegrenzung am Auslass der Vorrichtung angeordnet.

Eine Strömung durch die lonisierungsvorrichtung wird bevorzugt durch einen

Druckgradienten hervorgerufen. Dabei ist der Druck bevorzugt am Einlass der Vorrichtung größer als am Auslass der Vorrichtung, speziell herrscht am Auslass der Vorrichtung ein Druck, der geringer ist als der atmosphärische Druck und außerhalb des Einlasses atmosphärischer Druck.

Durch Anordnen einer Analyseeinheit an die lonisierungsvorrichtung kann eine

Analysevorrichtung gebildet werden. Bevorzugt ist die lonisierungsvorrichtung direkt (gegebenenfalls über ein kurzes Zwischenelement) mit der Analyseeinheit verbunden. Als Analyseeinheit ist bevorzugt eine Einheit angeordnet, die eine Analyse auf Grundlage einer Molekülladung durchführen kann, beispielsweise Massenspektrometer,

lonenmobilitätsspektrometer oder vergleichbare Geräte.

Bevorzugt kann in der Analysevorrichtung zusätzlich zu einer erfindungsgemäßen lonisierungsvorrichtung zumindest eine weiter ionisierende Vorrichtung angeordnet sein, beispielsweise eine Vorrichtung zur Durchführung von Elektronenstoßionisation,

Elektrosprayionisation oder vergleichbares.

Für eine konstruktiv besonders einfache Analysevorrichtung ist der Einlass der

lonisierungsvorrichtung gegenüber der Umgebung geöffnet und das Entladungsgas ist die den Einlass umgebende Atmosphäre, speziell Luft. Andere Entladungsgase sind ebenso einsetzbar, beispielsweise Stickstoff, Sauerstoff, Methan, Kohlenstoffdioxid,

Kohlenstoffmonoxid, mindestens ein Edelgas oder Mischungen davon.

In bevorzugten Ausführungen kann die lonisierungsvorrichtung oder die Analysevorrichtung so miniaturisiert sein, dass eine Portabilität gegeben ist (beispielsweise "Handheld"-Geräte).

Die lonisierungsvorrichtung kann in einem Verfahren eingesetzt werden, durch das ein Entladungsgas und ein Probenstoff, speziell im Durchfluss, ionisiert wird. Zunächst wird das Entladungsgas und der Probenstoff durch den Einlass der lonisierungsvorrichtung in die lonisierungsvorrichtung eingebracht, zwischen der ersten und zweiten Elektrode wird eine Spannung so angelegt, dass eine dielektrische Barriereentladung in einem dielektrischen Barriereentladungsbereich bewirkt wird und das Entladungsgas und/oder der Probenstoff im und/oder nach dem Entladungsbereich ionisiert wird.

Zur Erzeugung der dielektrischen Barriereentladung kann eine Spannung von bis zu 20 kV eingesetzt werden, vorzugsweise höchstens 10 kV und speziell höchsten 5 kV. Besonders gute lonisierungsergebnisse werden bei einer Spannung zwischen 1 kV und 3 kV erzielt.

Die dielektrische Barriereentladung kann durch unipolare Spannungsimpulse (oder

Hochspannungspulse) bewirkt werden, um die Auswirkungen eines Verschiebungsstroms zu minimieren und dadurch beispielsweise ungewünschte Fragmentierungsreaktionen zu unterdrücken. Dabei weisen die Impulse bevorzugt eine Dauer von 1 und speziell höchstens eine Dauer von 500 ns auf. Beste Ergebnisse werden bei einer Dauer der Impulse zwischen 100 ns und 350 ns erzielt. Darin weisen die Impulse oder Pulse bevorzugt eine Frequenz von höchstens 1 MHz, speziell höchstens 100 kHz und besonders bevorzugt von höchstens 25 kHz auf. Bei einer Frequenz zwischen 1 kHz und 15 kHz werden die

energieeffizientesten lonisierungsergebnisse erzielt.

Die Spannung zwischen der ersten und zweiten Elektrode kann durch eine Sinusspannung aufgebracht werden, wobei die Sinusspannung einer der ersten und zweiten Elektrode bevorzugt um eine halbe Periodendauer gegenüber der anderen der ersten und zweiten Elektrode verschoben ist.

Eine Analysevorrichtung kann in einem Verfahren angewendet werden, wobei in den Einlass einer lonisierungsvorrichtung ein Entladungsgas und ein Probenstoff eingebracht wird. Eine Spannung wird an die erste und/oder zweite Elektrode so angelegt, dass eine dielektrische Barriereentladung in einem dielektrischen Barriereentladungsbereich bewirkt wird. In und/oder nach dem dielektrischen Barriereentladungsbereich wird der Probenstoff und/oder das Entladungsgas zumindest teilweise ionisiert und nachfolgend analysiert.

Eine Spannung von bis zu 20 kV kann in dem Verfahren zur Analyse eingesetzt werden, vorzugsweise höchstens 10 kV und speziell höchsten 5 kV. Besonders gute

lonisierungsergebnisse werden bei einer Spannung zwischen 1 kV und 3 kV erzielt.

Die dielektrische Barriereentladung im Verfahren zur Analyse kann durch unipolare

Spannungsimpulse (oder Hochspannungspulse) bewirkt werden, um die Auswirkungen eines Verschiebungsstroms zu minimieren. Dabei weisen die Impulse bevorzugt eine Dauer von 1 und speziell höchstens eine Dauer von 500 ns auf. Beste Ergebnisse werden bei einer Dauer der Impulse zwischen 100 ns und 350 ns erzielt. Die Impulse oder Pulse weisen bevorzugt eine Frequenz von höchstens 1 MHz, speziell höchstens 100 kHz und besonders bevorzugt von höchstens 25 kHz auf. Bei einer Frequenz zwischen 1 kHz und 15 kHz werden die energieeffizientesten lonisierungsergebnisse erzielt.

Die Spannung zwischen der ersten und zweiten Elektrode kann durch eine Sinusspannung aufgebracht werden, wobei die Sinusspannung einer der ersten und zweiten Elektrode bevorzugt um eine halbe Periodendauer gegenüber der anderen der ersten und zweiten Elektrode verschoben ist.

Eine lonisierungsvorrichtung kann zur Durchflussionisierung eines Entladungsgases und eines Probenstoffes verwendet werden. Ein Entladungsgas, beispielsweise Luft oder eine andere den Einlass der lonisierungsvorrichtung umgebende Atmosphäre, kann

kontinuierlich in die Vorrichtung eingebracht werden. Eine Probe kann diskontinuierlich oder mit dem Entladungsgas kontinuierlich in die Vorrichtung eingebracht werden. Die Ionisierung findet im Inneren der lonisierungsvorrichtung im Durchfluss statt. Speziell kann bei Anschluss einer Analyseeinheit an die lonisierungsvorrichtung sichergestellt werden, dass der zu analysierende ionisierte Probenstoff in die Analyseeinheit gelangt, ohne mit Entladungsgas zu interagieren, das nicht die lonisierungsvorrichtung durchströmt hat, wie es beispielsweise bei "Plasma-Jets" auftreten würde.

In einer weiteren Ausgestaltung kann eine lonisierungsvorrichtung einen Probeneingang aufweisen, der nach (stromabwärts) dem Entladungsbereich angeordnet ist. Der

Probeneingang kann beispielsweise über ein T-Stück ausgestaltet sein.

In einer solchen Ausgestaltung kann ein Entladungsgas durch einen Einlass einer

lonisierungsvorrichtung, die lonisierungsvorrichtung wie oben oder im Weiteren

beschrieben, eingebracht werden und im Entladungsbereich ionisiert werden. Im

Entladungsbereich kann zusätzlich zum Entladungsgas ein Dopant vorliegen, der wie das Entladungsgas über den Eingang der lonisierungsvorrichtung eingebracht werden kann oder über einen weiteren Eingang (Dopant-Eingang) in die lonisierungsvorrichtung eingebracht werden kann. Dadurch wird in der lonisierungsvorrichtung das Entladungsgas und/oder der Dopant ionisiert. Die nach (stromabwärts) des Entladungsbereichs eingebrachte Probe reagiert, speziell durch eine Ladungstransferreaktion, mit dem ionisierten Entladungsgas und/oder Dopant, wodurch die Probe ionisiert wird. In der lonisierungsvorrichtung herrscht während der Ionisierung vorzugsweise ein absoluter Druck von mehr als 40 kPa.

Eine oben oder im Weiteren beschriebene lonisierungsvorrichtung kann so verwendet werden, dass im Entladungsbereich während einer Ionisierung ein Entladungsgas und/oder Dopant vorliegt, wobei das Entladungsgas und/oder der Dopant ionisiert werden. Bevorzugt herrscht während der Ionisierung in der lonisierungsvorrichtung ein absoluter Druck von über 40 kPa. Das ionisierte Entladungsgas und/oder der Dopant können ionisiert die lonisierungsvorrichtung verlassen und außerhalb der lonisierungsvorrichtung auf eine Probe treffen, wodurch eine Reaktion, speziell Ladungstransferreaktion, zwischen dem ionisierten Entladungsgas und/oder Dopant und der Probe stattfindet. Dadurch kann eine Probe ionisiert werden.

In einer weiteren Ausgestaltung kann ein lonenmassenfilter an einer

lonisierungsvorrichtung, wie oben oder im Weiteren beschrieben, angeschlossen sein.

Durch einen lonenmassenfilter wird ein bestimmtes Ion oder werden bestimmte Ionen auf Grundlage ihrer Masse oder ihres Masse-zu-Ladungs-Verhältnisses isoliert oder ausgewählt. Ein Beispiel eines lonenmassenfilters ist ein Quadrupol. Der lonenmassenfilter kann zwischen dem Entladungsbereich einer lonisierungsvorrichtung und dem Probeneingang der lonisierungsvorrichtung, falls die lonisierungsvorrichtung einen Probeneingang aufweist, angeordnet sein.

Der lonenmassenfilter kann ebenso zwischen dem Entladungsbereich einer

lonisierungsvorrichtung und dem Ausgang oder Auslass der lonisierungsvorrichtung angeordnet sein. Durch die Anwendung eines lonenmassenfilters können spezielle Ionen des Entladungsgases und/oder des Dopants selektiert werden, die mit einer Probe in Kontakt gebracht werden, wodurch sich eine Selektivitäts- und/oder

Sensitivitätsverbesserung während einer Analyse der ionisierten Probe ergeben kann.

Die beschriebenen lonisierungsvorrichtungen können in oben oder im Weiteren

dargestellten Analysevorrichtungen, Verfahren zur Ionisierung oder Verfahren zur Analyse eingesetzt werden.

Die Ausführungsformen der Erfindung sind anhand von Beispielen dargestellt und nicht auf eine Weise, in der Beschränkungen aus den Figuren in die Patentansprüche übertragen oder hineingelesen werden.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 in einem Schnitt durch die Längsachse in Strömungsrichtung R.

Figur la zeigt eine Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 in einem Schnitt durch die Längsachse in Strömungsrichtung R mit einem positiven Wert des Abstands D.

Figur lb zeigt eine Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 in einem Schnitt durch die Längsachse in Strömungsrichtung R mit einem negativen Wert des Abstands D.

Figur lc zeigt eine Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 in einem Schnitt durch die Längsachse in Strömungsrichtung R mit einem Wert des Abstands D von gleich Null.

Figur 2 zeigt eine Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 in einem Schnitt durch die Längsachse in Strömungsrichtung R mit einem Schnitt senkrecht zur Strömungsrichtung A-A.

Figur 3 zeigt eine Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 in einem Schnitt durch die Längsachse in Strömungsrichtung R mit einer Durchflussbegrenzung 20.

Figur 4 zeigt eine Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 in einem Schnitt durch die Längsachse in Strömungsrichtung R mit einer Durchflussbegrenzung und einem Einlass oder Auslass A30.

Figur 5 zeigt eine Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 in einem Schnitt

A-A der Ausführungsform der Figur 2 senkrecht zur Strömungsrichtung R.

Figur 6 zeigt eine Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 in einem Schnitt senkrecht zur Strömungsrichtung R.

Figur 7 zeigt eine Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 in einem Schnitt senkrecht zur Strömungsrichtung R. Figur 8 zeigt eine Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 in einem Schnitt senkrecht zur Strömungsrichtung R.

Figur 9 zeigt eine Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 in einem Schnitt senkrecht zur Strömungsrichtung R.

Figur 10 zeigt eine Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 in einem Schnitt senkrecht zur Strömungsrichtung R.

Figur 11 zeigt eine Ausführungsform einer Analysevorrichtung 200 in einem Schnitt durch die Längsachse in Strömungsrichtung R mit einer lonisierungsvorrichtung 100 und einer Analyseeinheit 30.

Figur 1 zeigt eine Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 mit einer ersten Elektrode 1, die auf der Außenseite 2a eines dielektrischen Elements 2 anliegt. Eine zweite Elektrode 3 ist teilweise im Inneren des dielektrischen Elements 2 angeordnet und liegt an der Innenseite 2b des dielektrischen Elements an. In dieser Ausführungsform ist die erste und zweite Elektrode 1, 3 und das dielektrische Element 2 als zylindrische Hohlkörper mit geöffneten Stirnseiten ausgebildet. Der Außendurchmesser und die Wandstärke der ersten Elektrode 1 sind so gewählt, dass die erste Elektrode 1 an dem dielektrischen Element 2 anliegt und der Außendurchmesser der zweiten Elektrode 3 gegenüber der ersten Elektrode 1 im Wesentlichen um die zweifache Wandstärke der ersten Elektrode 1 und der zweifachen Wandstärke des dielektrischen Elements 2 verkleinert ist. Die lonisierungsvorrichtung 100 kann von einem Entladungsgas G oder einem Probenstoff S (oder einer Mischung des Entladungsgases G und eines Probenstoffes S) in einer Strömungsrichtung R durchströmt werden. Durch den gegenüber der umgebenden Atmosphäre geöffneten Einlass E der lonisierungsvorrichtung 100 kann das Entladungsgas G und/oder Probenstoff S in die lonisierungsvorrichtung 100 gelangen. In dieser Ausführungsform ist der Einlass E durch die geöffnete und durchströmbare Stirnseite (entgegen der Strömungsrichtung R) der zweiten Elektrode 3 als Fläche mit dem Innendurchmesser der zweiten Elektrode ausgebildet. In anderen Ausführungsformen kann die zweite Elektrode 3 vollständig im Inneren des dielektrischen Elements 2 angeordnet sein, sodass der Einlass E der lonisierungsvorrichtung 100 von der geöffneten, entgegen der Strömungsrichtung R liegenden Stirnseite des dielektrischen Elements 2 gebildet ist. Ein Auslass A der lonisierungsvorrichtung 100 ist durch die in Strömungsrichtung R liegende Stirnseite des dielektrischen Elements 2 gebildet. Die durchströmbare Fläche des Auslasses A ist durch den Innendurchmesser des

dielektrischen Elements 2 bestimmt. Die erste und zweite Elektrode 1, 3 sind so zueinander angeordnet, dass diese in Strömungsrichtung R im Wesentlichen keinen Abstand aufweisen. Ein Abstand der Elektroden 1, 3 senkrecht zur Strömungsrichtung R ergibt sich aus der Wandstärke des zwischen den Elektroden 1, 3 liegenden dielektrischen Elements 2.

Am Auslass A der lonisierungsvorrichtung 100 ist eine Unterdruckeinheit 10 angeordnet, in der ein Druck unterhalb des atmosphärischen Drucks herrscht, wodurch eine Strömung in der lonisierungsvorrichtung 100 verursacht wird und der Druck in der

lonisierungsvorrichtung 100 gesteuert wird (durch Steuern des Drucks in der

Unterdruckeinheit 10). Eine Unterdruckeinheit 10 kann an allen Ausführungsformen der lonisierungsvorrichtung 100 angeordnet sein.

Bei angelegter Spannung, speziell Wechselspannung, an eine oder beide der Elektroden 1, 3 kann sich eine dielektrische Barriereentladung in einem dielektrischen

Barriereentladungsbereich 110 bilden, um ein Entladungsgas G oder den Probenstoff S zu ionisieren. Der dielektrische Barriereentladungsbereich 110 ist in Figur 1 nur schematisch dargestellt und deutet an, dass die Bildung einer reaktiven Spezies durch die dielektrische Barriereentladung primär im Bereich zwischen den Elektroden 1, 3 stattfindet.

In einer anderen Ausführungsform kann die erste und/oder zweite Elektrode 1, 3 so im dielektrischen Element 2 liegen, dass die Elektroden 1, 3 gegeneinander isoliert sind.

Der Abstand D zwischen den zugeordneten Enden der Elektroden 1, 3 ist am besten in den Figuren la, lb und lc ersichtlich.

In Figur la hat der Abstand D einen positiven Wert (beispielsweise 1 mm) und ergibt sich als Distanz in oder gegen Strömungsrichtung R zwischen den beiden Enden der Elektroden 1, 3. Zugeordnet wird das in Strömungsrichtung R erstliegende Ende der ersten Elektrode 1 und das in Strömungsrichtung R letztliegende Ende der zweiten Elektrode 3. Bei positiven Werten des Abstands D überlappen die Elektroden 1, 3 nicht in oder entgegen

Strömungsrichtung R.

Figur lb zeigt einen Abstand D der zugeordneten Enden der ersten und zweiten Elektrode 1, 3 in oder gegen Strömungsrichtung R mit einem negativen Wert (beispielsweise -1 mm). Bei einer Überlappung der Elektroden 1, 3 in oder gegen Strömungsrichtung R wird das in Strömungsrichtung R erstliegende Ende der ersten Elektrode 1 dem in Strömungsrichtung R letztliegenden Ende der zweiten Elektrode 3 zugeordnet. Bei einer Überlappung der Elektroden 1, 3 ergeben sich negative Werte des Abstands D. In Figur lc ist der Abstand D zwischen den Enden der Elektroden 1, 3 gleich Null. Zugeordnet wird das in Strömungsrichtung R erstliegende Ende der ersten Elektrode 1 und das in Strömungsrichtung R letztliegende Ende der zweiten Elektrode 3. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass ein solcher Grenzfall lediglich im Rahmen der Messgenauigkeit einer Abstandsmessung vorliegen sollte.

Eine Anordnung der Elektroden 1, 3 wie in Figur lc liefert die besten Ergebnisse der

Ionisierung. Mit zunehmendem Abstand D der zugeordneten Enden der Elektroden 1, 3 sinkt die Effizienz der Ionisierung oder Ionisation, wobei die Senkung der Effizienz mit

zunehmendem Betrag negativer Werte des Abstands D weniger ausgeprägt ist als die Effizienzsenkung bei zunehmendem Betrag positiver Werte des Abstands D.

Figur 2 zeigt eine Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 mit überlappenden Elektroden 1, 3. Der Abstand D hat einen negativen Wert. Zur Verdeutlichung des

Querschnitts wird ein Schnitt A-A senkrecht zur Strömungsrichtung eingeführt (siehe Figur 5).

An den Auslass A einer lonisierungsvorrichtung 100 ist in Figur 3 eine Durchflussbegrenzung 20 angeordnet. Beispielhaft ist eine Ausführungsform der lonisierungsvorrichtung der Figur 2 dargestellt, wobei an jeder anderen Ausführungsform der lonisierungsvorrichtung 100 eine Durchflussbegrenzung 20 angeordnet sein kann. In Figur 3 ist die Durchflussbegrenzung 20 als auf die lonisierungsvorrichtung 100 aufbringbares Reduzierungsstück ausgebildet, wodurch die durchströmbare Fläche des Auslasses A der lonisierungsvorrichtung verkleinert wird. Eine Durchströmung der lonisierungsvorrichtung kann durch einen Druckgradienten verursacht werden, wofür bevorzugt ein Vakuum (beispielsweise durch eine

Unterdruckeinheit 10) an den Auslass A der lonisierungsvorrichtung angelegt ist oder wird, außerhalb des Einlasses herrscht bevorzugt atmosphärischer Druck. Durch die Verkleinerung der Querschnittsfläche am Auslass A kann der Durchfluss durch die lonisierungsvorrichtung 100 auf einfache Weise bei vorgegebenem Druckgradienten (beispielsweise durch ein spezifisches Vakuum am Auslass A20 der Durchflussbegrenzung 20) reguliert werden. Bei Anwendung einer Durchflussbegrenzung 20 und einem vorgegebenen Vakuum am Auslass A20 der Durchflussbegrenzung 20, ist der Druckgradient in der lonisierungsvorrichtung 100 verglichen mit einem Druckgradienten ohne Durchflussbegrenzung 20 gering. Der Druck im dielektrischen Barriereentladungsbereich 110 ist, in Abhängigkeit der spezifischen

Abmessungen der Durchflussbegrenzung 20 und der lonisierungsvorrichtung 100, erheblich höher als der Druck am Auslass A20 der Durchflussbegrenzung 20 und lediglich geringfügig geringer als atmosphärischer Druck, der bevorzugt außerhalb des Einlasses E herrscht. Dem Fachmann ist verständlich, dass die spezifischen Druckverhältnisse aus der Ausgestaltung der jeweiligen Komponenten, stoffspezifischer Eigenschaften und den physikalischen Rahmenbedingungen (Temperatur, Umgebungsdruck, etc.) ergeben. Bevorzugt ist der absolute Druck im dielektrischen Barriereentladungsbereich 110 größer als 40 kPa.

Bevorzugt ist der Durchfluss durch die lonisierungsvorrichtung 100 zwischen 0,01 L/min und 10 L/min und besonders bevorzugt zwischen 0,1 L/min und 1,5 L/min.

Neben einer Durchflussbegrenzung 20 kann eine Durchflussregulierung durch

Querschnittsverengung ebenfalls durch andere konstruktive oder auch regelungstechnische Maßnahmen (beispielsweise durch eine regelbare Querschnittsveränderung durch ein Ventil oder ein variables Vakuum) bewirkt werden. Beispielsweise kann eine Verengung des Auslasses A der lonisierungsvorrichtung 100 durch einen nicht konstanten Querschnitt des dielektrischen Elements 2 vorteilhaft sein. Indes sind andere geeignete Maßnahmen zur Regulierung des Drucks in der lonisierungsvorrichtung 100 und/oder des Durchflusses durch die lonisierungsvorrichtung möglich.

In Figur 4 ist eine weitere Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 mit einem Einlass oder Auslass A30 dargestellt. Dabei ist der Einlass oder Auslass A30 in allen anderen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen lonisierungsvorrichtung 100 (mit oder ohne Durchflussbegrenzung 20) kombinierbar. Der Einlass oder Auslass A30 ist so ausgestaltet, dass in Strömungsrichtung R nach oder vor dem dielektrischen Barriereentladungsbereich 110 ein zusätzlicher Stoff in die lonisierungsvorrichtung 100 eingebracht werden kann oder ein Anteil des strömenden Entladungsgases G und des Probenstoffes S ausgebracht werden kann.

Figur 5 zeigt einen Schnitt A-A senkrecht zur Strömungsrichtung R durch den Teil der Ausführungsform einer lonisierungsvorrichtung 100 der Figur 2 in dem sich die Elektroden 1, 3 überlappen. Darin weist die erste Elektrode 1, das dielektrische Element 2 und die zweite Elektrode 3 einen kreisrunden Querschnitt auf. Die erste Elektrode 1 liegt an der Außenseite 2a des dielektrischen Elements 2 an, die zweite Elektrode 3 liegt an der Innenseite 2b des dielektrischen Elements 2 an. In einer anderen Ausführungsform liegt die zweite Elektrode 3 nicht an der Innenseite 2b des dielektrischen Elements 2 an und kann von einem die lonisierungsvorrichtung 100 durchströmenden Entladungsgas G und Probenstoff S durchströmt und umströmt werden.

In Figur 6 ist die zweite Elektrode 3 als Draht oder langgestreckter Körper ausgeführt, der im mittleren Bereich (Fläche senkrecht zur Strömungsrichtung R) einer lonisierungsvorrichtung 100 angeordnet ist. Die Innenseite 2b des dielektrischen Elements 2 kann von einem die lonisierungsvorrichtung 100 durchströmenden Entladungsgas G und Probenstoff S kontaktiert werden. Die erste Elektrode 1 liegt auf der Außenseite 2a des dielektrischen Elements 2 an.

In Figur 7 ist die zweite Elektrode 3 als Draht oder langgestreckter Körper ausgeführt. Das dielektrische Element 2 liegt mit seiner Innenseite 2b an der zweiten Elektrode 3 an. Ein Entladungsgas G und ein Probenstoff S kann den Ringspalt durchströmen, der sich zwischen dem dielektrischen Element 2 und der ersten Elektrode 1 bildet.

Zusätzlich zu der in Figur 6 dargestellten Ausführungsform ist in der in Figur 8 dargestellten Ausführungsform der lonisierungsvorrichtung 100 ein Körper K um die erste Elektrode 1 angeordnet. Die zweite Elektrode 3 ist als Draht oder langgestreckter Körper ausgestaltet und kontaktiert nicht die Innenseite 2b des dielektrischen Elements 2. Die erste Elektrode 1 liegt an der Außenseite 2a des dielektrischen Elements 2 an. Der Körper K umgibt so die erste Elektrode 1, dass ein die lonisierungsvorrichtung 100 durchströmendes Entladungsgas G und Probenstoff S in zwei strömende Anteile aufteilbar ist. Ein erster Anteil kann durch einen zwischen dem Körper K und der ersten Elektrode 1 gebildeten Ringspalt strömen und ein zweiter Anteil kann durch einen zwischen der zweiten Elektrode 3 und dem

dielektrischen Element 2 gebildeten Ringspalt strömen. Das Entladungsgas G und der Probenstoff S sind vorzugsweise lediglich oder größtenteils in dem Ringspalt zwischen der zweiten Elektrode 3 und dem dielektrischen Element 2 ionisierbar. Der dielektrische Barriereentladungsbereich 110 erstreckt sich vorzugsweise größtenteils lediglich in den Ringspalt zwischen der zweiten Elektrode 3 und dem dielektrischen Element 2. Der in dieser Ausführungsform aufteilbare Strom des Entladungsgases G und des Probenstoffes S ist vorzugsweise nach dem Einlass E in die lonisierungsvorrichtung in den ersten und zweiten Anteil aufteilbar und vor (jeweils in Strömungsrichtung R) dem Auslass A der

lonisierungsvorrichtung 100 zusammenführbar. Durch eine solche Ausgestaltung ergibt sich die Möglichkeit lediglich einen bestimmten Anteil (in Abhängigkeit der spezifischen

Abmessungen der Komponenten dieser Ausführungsform der lonisierungsvorrichtung 100) des Entladungsgases G und des Probenstoffes S zu ionisieren, wodurch auch eine geringfügige Fragmentierung von ionisierten Stoffen reduziert wird, da der nicht durch den dielektrischen Barriereentladungsbereich strömenden Anteil der Stoffe bei einer

Vermischung mit dem Anteil der Stoffe, der durch den dielektrischen

Barriereentladungsbereich geströmt ist, in Kontakt kommt und durch beispielsweise Ladungstransferreaktionen ionisiert werden kann. Eine Ausführungsform der lonisierungsvorrichtung 100 in Figur 9 weist eine erste Elektrode 1, ein dielektrisches Element 2 und eine zweite Elektrode 3 auf, die eine rechteckige

Grundform besitzen. Die zweite Elektrode 3 ist von den Seiten des dielektrischen Elements 2 (Innenseite 2b) umgeben und kann von einem Entladungsgas G und einem Probenstoff S durchströmt und umströmt werden. Die erste Elektrode 1 liegt an der Außenseite 2a des dielektrischen Elements 2 an.

Die erste Elektrode 1, das dielektrische Element 2 und die zweite Elektrode 3 der in Figur 10 dargestellten Ausführungsform der lonisierungsvorrichtung 100 weist eine dreieckige Grundform auf und ist sonstig analog der Ausführungsform der Figur 9 ausgestaltet. Bei geometrischen Grundformen mit mehr als einer Seite (Beispielsweise Dreieck, andere polygonale Formen oder sonstige Grundformen) werden innenliegende Seiten als eine Innenseite und außenliegende Seiten als eine Außenseite zusammengefasst.

In anderen Ausführungsformen können verschiedene polygonale, elliptische und sonstige Grundformen vorteilhaft sein.

Alle Querschnitte der Figuren 5 bis 10 können Querschnitte der verschiedenen hierin offenbarten Ausführungsformen der lonisierungsvorrichtung 100 sein.

Eine in Figur 11 dargestellte Analysevorrichtung 200 umfasst eine beliebige

Ausführungsform der lonisierungsvorrichtung 100, die mit einer Analyseeinheit 30 verbunden ist. Die Verbindung zwischen der lonisierungsvorrichtung 100 und der

Analyseeinheit 30 kann auf verschiedene Weise ausgestaltet sein. Beispielsweise kann eine direkte Verbindung (direkter Übergang der lonisierungsvorrichtung 100 in die

Analyseeinheit 30) ausgestaltet sein oder ein Zwischen- oder Übergangsstück zwischen der lonisierungsvorrichtung 100 und der Analyseeinheit 30 angeordnet sein. Bei einem

Durchströmen eines Entladungsgases G und eines Probenstoffes S durch die

lonisierungsvorrichtung 100 ist das Entladungsgas G und der Probenstoff S ionisierbar. Gelangt das ionisierte Entladungsgas G und der ionisierte Probenstoff S in die Analyseeinheit 30, ist der ionisierte Probenstoff S analysierbar. Als Analyseeinheit 30 eignet sich

grundsätzlich jede Analyseeinheit, die eine Eigenschaft eines geladenen Probenstoffes analysieren kann. Beispielweise kann eine Analyseeinheit 30 ein Massenspektrometer, ein lonenmobilitätsspektrometer oder eine andere als solche bekannte Einheit sein. Auch an eine Analysevorrichtung 200 kann eine Unterdruckeinheit 10 angeordnet sein.