DE69011509T2

DE69011509T2 - Monodispersed aerosol generator for use with infrared spectrometry.

Info

Publication number: DE69011509T2
Application number: DE1990611509
Authority: DE
Inventors: Richard F Browner; Haseth James A De
Original assignee: University of Georgia; Georgia Tech Research Institute; University of Georgia Research Foundation Inc UGARF
Current assignee: University of Georgia; Georgia Tech Research Institute; University of Georgia Research Foundation Inc UGARF
Priority date: 1990-05-08
Filing date: 1990-05-08
Publication date: 1994-11-24
Anticipated expiration: 2010-05-09
Also published as: DE69011509D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein System zur Erzeugung eines Aerosolstrahls von Lösungsniittel-abgereichtertem gelöstem Stoff mit einer schmalen Teilchengrößenverteilung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a system for generating an aerosol jet of solvent-depleted solute having a narrow particle size distribution according to the preamble of claim 1.

Ein solches System ist aus der US-A-4629478 bekannt. Dieses bekannte System umfaßt einen Erzeuger von monodispergiertem Aerosol zum Frzeugen eines beständigen Flüssigkeitsstrahls bei einer Geschwindigkeit, die ein kolonnenartiges Aufreißen in Tröpfchen von einheitlicher Größe und einheitlichern Abstand erlaubt. Das monodispergierte Aerosoi wird durch Mitreißen in einem den Abbau des monodispergierten Aerosols verhindernden Hochgeschwindigkeits-Gasstrahl dispergiert. Das System umfaßt ferner eine die Verdampfung des Lösungsmittels erlaubende Desolvatations-Kammer und einen mehrstufigen Druckreduzierer zum kontinuierlichen Absaugen von Lösungsmittel-abgereichertem gelöstem Stoff und gasförmigern Medium, um einen Aerosolstrahl von Lösungsmittelabgereichertem gelöstem Stoff zu bilden, der in ein Massenspektrometer eingeleitet wird. Dieses System kann als eine Schnittstelle zur Direktinjektion in ein Massenspektrometer oder als eine Schnittstelle zwischen einem Flüssigkeits-Chromatographen und einem Massenspektrometer verwendet werden.Such a system is known from US-A-4629478. This known system comprises a monodispersed aerosol generator for generating a steady liquid jet at a speed that allows columnar breakup into droplets of uniform size and spacing. The monodispersed aerosol is dispersed by entrainment in a high-velocity gas jet that prevents degradation of the monodispersed aerosol. The system further comprises a desolvation chamber that allows evaporation of the solvent and a multi-stage pressure reducer for continuously extracting solvent-depleted solute and gaseous medium to form an aerosol jet of solvent-depleted solute that is introduced into a mass spectrometer. This system can be used as an interface for direct injection into a mass spectrometer or as an interface between a liquid chromatograph and a mass spectrometer.

Ein Nachteil dieses Systems ist die Beschränkung auf die On-line-Analyse des Lösungsmittel-abgereicherten gelösten Stoffs durch ein Massenspektrometer, worin die Teilchen von gelöstern Stoff zerstört werden. Es kann keine von anderen Verfahren abgeleitete zusätzliche Information erhalten werden.A disadvantage of this system is the limitation to the on-line analysis of the solvent-depleted solute by a mass spectrometer, where the solute particles are destroyed. It can no additional information derived from other methods can be obtained.

Demgemäß liegt eine Aufgabe der Erfindung darin, ein System zur Erzeugung eines Aerosolstrahls von Lösungsmittel-abgereichertem gelöstem Stoff zu schaffen, worin die gewonnenen Proben des gelösten Stoffs nicht zerstört werden.Accordingly, it is an object of the invention to provide a system for generating an aerosol jet of solvent-depleted solute, wherein the obtained samples of the solute are not destroyed.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein System zur Erzeugung eines Aerosolstrahls von Lösungsmittelabgereichertem gelöstem Stoff zu liefern, worin die gewonnenen Proben des gelösten Stoffs analysiert werden, bevor sie eingesammelt werden.Another object of the invention is to provide a system for generating an aerosol jet of solvent-depleted solute, wherein the obtained solute samples are analyzed before they are collected.

Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Systems, welches es ermöglicht, die gewonnenen Proben durch andere Verfahren als durch Massenspektrometrie zu analysieren.A further object of the invention is to create a system which enables the samples obtained to be analyzed by methods other than mass spectrometry.

Noch eine weitere Aufgabe ist die Schaffung eines Systems, worin die gewonnenen Proben zur Off-line-Analyse aus dem System entfernt werden können.Yet another task is to create a system in which the samples obtained can be removed from the system for off-line analysis.

Das erfindungsgemäße System der vorgenannten Art ist gekennzeichnet durch eine Sammelfläche zum Auffangen des Strahls von Teilchen des gelösten Stoffs.The system according to the invention of the aforementioned type is characterized by a collecting surface for collecting the jet of particles of the dissolved substance.

Der Erzeuger von monodisporgiertem Aerosol weist abgesehen von und zusätzlich zu der Schnittstellenstruktur einen besonderen Nutzen insoweit auf, als er als primäres Aerosolnormal für Referenzzwecke, als eine Quelle zur Injektion gleichförmiger Teilchen in Verbrennungsvorrichtungen und als eine Quelle zur Einbringung von Probenlösung in der Flammen- und Flasma-Atomspektrometrie (z.B. Atom-Absorption, Atom-Emission und Atom-Fluoreszenzspektroskopie) verwendet werden kann. Der Erzeuger von monodispergiertem Aerosol jst jedoch primar dafür bestimmt, all ein Mittel zur Ümbringung von Lösung in eine als Schnittstelle zwischen einem Flüsslgkeits-chromatographen und einem Teilchensammelappabat dienendes Gerät verwendet zu werden, oder zur direkten Einbringung von Probenlösungen in die Schnittstelle ohne Verwendung des Elüssigkeits-Chromatographen.The generator of monodispersed aerosol has, apart from and in addition to the interface structure has particular utility in that it can be used as a primary aerosol standard for reference purposes, as a source for injecting uniform particles into combustion devices, and as a source for introducing sample solution in flame and plasma atomic spectrometry (e.g., atomic absorption, atomic emission, and atomic fluorescence spectroscopy). However, the monodispersed aerosol generator is primarily intended to be used as a means for introducing solution into a device serving as an interface between a liquid chromatograph and a particle collection apparatus, or for introducing sample solutions directly into the interface without using the liquid chromatograph.

Die bevorzugte erfindungsgemäße Schnittsteilenstruktur nimmt das monodispergierte Aerosol auf und desolvatisiert es, um einen Aerosolstrahl von gelöstem Stoff zu bilden, welcher mit hohem Reinheit in einen Teilchensammelapparat eingebracht wfrd.The preferred interface structure of the invention takes up the monodispersed aerosol and desolvates it to form an aerosol jet of solute which is introduced into a particle collection apparatus with high purity.

Das Gerät ist dafür bestimmt, eine Quelle für Aerosolteilchen mit einer schmalen Teilchengrößenverteilung und mit einem hohen Wirkungsgrad bereitzustelten. Es kst in der Lage, Aerosole aus einem breiten Bereich von unterschiedliche physikalische Eigenschaften aufweisenden Flüssigkeiten zu erzeugen. Diese Flüssigkeiten umiassen Wasser und Lösungen von in Wasser lösbaren Subtanzen, organische Lösungsmittel und Lösungen von in organischen Lösungsmitteln lösbaren Substanzen. Das Gerät erzeugt ein beständiges Aerosol, so daß das einmal gebildete Aerosol geringe Neigung zum Koagulieren unter Ausbildung von Teilchenagglomeraten zeigt. Zur teilweisen oder vollständigen Entfernung des Lösungsmittels ist das Aerosol jedoch kontrolliert verdampfbar. Die Größe der Aerosoltröpfchen kann durch einfache Mittel gesteuert werden.The device is designed to provide a source of aerosol particles with a narrow particle size distribution and with a high efficiency. It is capable of generating aerosols from a wide range of liquids with different physical properties. These liquids include water and solutions of substances soluble in water, organic solvents and solutions of substances soluble in organic solvents. The device produces a stable aerosol, so that the aerosol once formed shows little tendency to coagulate with the formation of particle agglomerates. However, the aerosol can be evaporated in a controlled manner to partially or completely remove the solvent. The size of the aerosol droplets can be controlled by simple means.

Das Gerät ist in der Lage, eine einheitliche und reproduzierbare Tröpfchenkonzentration in dem Gasstrom über einen ausgedehnten Zeitraum zu erzeugen. Es ist ebenso dazu imstande, Tröpfchen in einem breiten Bereich von ausgewählten Größen zu erzeugen, wobei ein Bereich von typischerweise 5 bis 200 Mikrometer Durchmesser abgedeckt wird. Flüssigkeits-Chromatographie, insbesondere moderne Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatographie stellt ein leistungsfähiges Instrument zur Trennung komplexer Mischungen von organischen oder anorganischen Stoffen in ihre Komponenten bereit. Solche Verbindungen können unter gewöhnlichen gaschromatographischen Bedingungen thermisch instabil oder nicht flüchtig sein.The device is capable of producing a uniform and reproducible droplet concentration in the gas stream over an extended period of time. It is also capable of producing droplets in a wide range of selected sizes, covering a range of typically 5 to 200 micrometers in diameter. Liquid chromatography, particularly modern high performance liquid chromatography, provides a powerful tool for separating complex mixtures of organic or inorganic substances into their components. Such compounds may be thermally unstable or non-volatile under ordinary gas chromatographic conditions.

Viele organische Verbindungen einschließlich derer von biologischer Bedeutung und die meisten ionischen und anorganischen Verbindungen fallen unter diese Kategorie.Many organic compounds, including those of biological importance, and most ionic and inorganic compounds fall into this category.

Infrarot- und Raman-Spektrometrie sind sehr verbreitete Methoden zur Identifizierung und Konzentrationsmessung von Verbindungen in Gasen, vielen Flüssigkeiten und Festkörpern (Chemical Engineers' Handbook, 22-31, Ed.: Perry (4. Ausg. 1963)].Infrared and Raman spectrometry are very common methods for identifying and measuring the concentration of compounds in gases, many liquids and solids (Chemical Engineers' Handbook, 22-31, Ed.: Perry (4th ed. 1963)].

In einem Flüssigkeits-Chromatographen wird ein eine in Lösung befindliche Mischung chemischer Spezies enthaltender Lösungsmittelstiom bei erhöhtem Druck durch eine Chromatographieesäule geleitet. Die Säule ist so konstruiert, daß sie die Mischung durch differentielle Retention auf der säule in ihre Komponenten trennt Die verschiedenen Komponenten kommen dann als verschiedene Bänder in dem Lösungsmittelstrom zeitlich getrennt aus der Säule heraus. Der Flüssigkeits-Chromatograph ist deshalb eine ideale Vorrichtung, um aus ursprünglich komplexen Mischungen getrennte einzelne Spezies in ein Infrarot- oder Raman-Spektrometer einzubringen.In a liquid chromatograph, a solvent stream containing a mixture of chemical species in solution is passed through a chromatography column at elevated pressure. The column is designed to separate the mixture into its components by differential retention on the column. The various components then emerge from the column as different bands in the solvent stream at different times. The liquid chromatograph is therefore an ideal device for introducing individual species separated from originally complex mixtures into an infrared or Raman spectrometer.

Um die aus der Säule herauskommende Spezies in einen Teilchensammelapparat oder in ein vor dem Teilchensammelapparat angeordnetes Infrarot- oder Raman-Spektrometer einzubringen, ist die teilweise oder vollständige Entfernung des Lösungsmittels von der gelösten Spezies wünschenswert. Dies dient dem Zweck, die auf Sammelflächen gesammelte odei mit dem Infrarotstrahl wechselwirkende Spezies einzugrenzen. Mit auf Sammelflächen gesammelten oder mit dem Enfrarotstrahl wechselwirkenden Fremdspezies werden gemischte und weniger gut charakterisierte Infrarot- oder Raman-Spektren erzeugt. Diese Arten von Infrarot- oder Raman-Spektren sind allgemein von geringerem Wert zur Identifizierung unbekannter Verbindungen.In order to introduce the species emerging from the column into a particle collection apparatus or into an infrared or Raman spectrometer placed in front of the particle collection apparatus, it is desirable to partially or completely remove the solvent from the dissolved species. This serves the purpose of limiting the species collected on collection surfaces or interacting with the infrared beam. With foreign species collected on collection surfaces or interacting with the infrared beam, mixed and less well-characterized infrared or Raman spectra are produced. These types of infrared or Raman spectra are generally of lesser value for identifying unknown compounds.

Ein Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Mittels zum Einsammeln kleiner Proben von Substanzen als Spurenflecke auf einer sich bewegenden Sammelfläche, wie etwa einer rotierenden Scheibe oder einem linearen Sammelzylinder. Die Spurenflecke können direkt analysiert werden, um ein Infrarot- oder Raman-Spektrum der Zusammensetzung des chromatographischen Ausflusses in Echtzeit zu erzeugen. Alternativ dazu kann die Sammelfläche aus dem System entnommen werden und die Spurenflecke außerhalb des Systems (d.h. Off-line) mit einem Infrarot- oder Raman-Spektrometer untersucht werden.An object of the invention is to provide a means for collecting small samples of substances as trace spots on a moving collection surface, such as a rotating disk or a linear collection cylinder. The trace spots can be directly analyzed to produce an infrared or Raman spectrum of the composition of the chromatographic effluent in real time. Alternatively, the collection surface can be removed from the system and the trace spots examined outside the system (i.e. off-line) with an infrared or Raman spectrometer.

Ein zusätzliches Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Mittels für ein Kombinations-Infrarot- oder Raman-Spektrometer/Teilchensammelsystem, in welchem der eine speziell konstruierte Infrarotstrahl-Wechselwirkungszelle verlassende Teilchenstrahl als kleine Proben von Substanzen als Spurenflecken auf einer sich bewegenden Sammelfläche gesammelt wird Diese Sammelauf-Zeichnung kann außerhalb des Systems mit einem Infrarot- oder Raman-Spektrometer untersucht oder zur späteren Untersuchung aufbewahrt werden.An additional object of the invention is to provide a means for a combination infrared or Raman spectrometer/particle collection system in which the particle beam exiting a specially designed infrared beam interaction cell is collected as small samples of substances as trace spots on a moving collection surface. This collection record can be examined outside the system with an infrared or Raman spectrometer or stored for later examination.

Im einzelnen sind bevorzugte Ziele der Erfindung: (1) direkte, einfache Anpassung zwischen dem Flüssigkeits-Chromatographen und dem Teilchensammelapparat oder dem Infrarot- oder Raman-Spektrometer und danach das Einsammeln auf Sammelflächen zu erlauben; (2) leistungsfähigen Transport zwischen dem Flüssigkeits-Chromatographen und dem Teilchensammelapparat oder dem Infrarot- oder Rainanspektrometer und danach das Einsammeln auf Sammelflächen zu besorgen; (3) die Verwendung von allen typischerweise für die Gaschromatographie/Infrarot-Spektrometrie verwendeten normalen Ionisationsarten zu erlauben; (4) den Betrieb mit einer Vielfalt von Lösungsmitteln zu erlauben (dies würde Lösungsmittel und Lösungsmittelmischungen umfassen, die gewöhnlich in der normalen, Gegenphasen- und Ionenaustausch- Flüssigkeits-Chromatrographie verwendet werden - d.h. Alkohole, Nitrile und wässrige Puffer zusammen mit Mischungen derselben); (5) ausreichend hohe Spezies-Anreicherung in dem Flüssigkeits-Chromatographie-Ausfluß durch Entfernung von Lösungsmittel zu erzeugen, so daß die desolvatisierte Spezies auf Sammelflächen als Spurenflecken hoher Reinheit gesammelt werden kann oder direkt in die Infrarotstrahl-Wechselwirkungszelle eines konventionellen Infrarot- oder Raman-Spektrometers eingebracht und danach auf Sammelflächen eingesammelt werden kann; (6) für zuverlässigen Routinebetrieb geeignet zu sein; (7) fähig zu sein, präzise, quantitative Analysen von Spezies über mindestens zwei Größenordnungen des Infrarotbereichs zu liefern.In particular, preferred objects of the invention are: (1) to allow direct, simple adaptation between the liquid chromatograph and the particle collection apparatus or the infrared or Raman spectrometer and thereafter collection on collection surfaces; (2) to allow efficient transport between the liquid chromatograph and the particle collection apparatus or the infrared or Raman spectrometer and thereafter collection on collection surfaces; (3) allow the use of all normal ionization modes typically used for gas chromatography/infrared spectrometry; (4) allow operation with a variety of solvents (this would include solvents and solvent mixtures commonly used in normal, counterphase and ion exchange liquid chromatography - i.e. alcohols, nitriles and aqueous buffers together with mixtures thereof); (5) produce sufficiently high species enrichment in the liquid chromatography effluent by removal of solvent so that the desolvated species can be collected on collection surfaces as high purity trace spots or introduced directly into the infrared beam interaction cell of a conventional infrared or Raman spectrometer and thereafter collected on collection surfaces; (6) be suitable for reliable routine operation; (7) be capable of providing precise, quantitative analyses of species over at least two orders of magnitude in the infrared range.

Frühere Methoden zur direkten Erzeugung gleichförmiger Aerosole aus Flüssigkeitsstrahlen haben nach dem Prinzip gearbeitet, eine regelmäßige äußere Störung auf einen zylindrischen Flüssigkeitsstrahl anzuwenden. Die Störung wurde entweder axial oder longitudinal auf den Strahl angewandt, während er aus einer gleichbleibenden kreisförmigen Düse austritt. Die Störung wurde mittels einer durch eine Hochfrequenz-Spannungsquelle angesteuerten elektromechanischen Einheit, wie einem piezoelektrischen Kristall oder einer Lautsprecherspule, geliefert.Previous methods for the direct generation of uniform aerosols from liquid jets have worked on the principle of applying a regular external perturbation to a cylindrical liquid jet. The perturbation was applied either axially or longitudinally to the jet while it was being generated from a constant circular nozzle. The disturbance was delivered by an electromechanical device, such as a piezoelectric crystal or a loudspeaker coil, driven by a high frequency voltage source.

Als Düsenöffnungen wurden entweder laserdurchbohrte Stahl- oder Platinscheiben oder Kapillarröhren aus rostfreiem Stahl oder Glas mit Feinbohrungen verwendet. Im allgemeinen sind die kleinsten für die Geräte beanspruchten Tröpfchen ungefähr 10 um bei kreisförmigen Scheibenöffnungen und 40 um bei Kapillargeräten. Ein typisches Gerät mit Scheiben ist dasjenige von Berglund und Liu. [Berglund, R.N. und Liu, B.Y.H. Env. Sci. & Technology, 7, 147 (1973)]. Die Flüssigkeit wird unter Druck durch eine Scheibenöffnung hindurchbefördert, wobei sie als Strahl austritt, welcher periodisch durch Oszillationen eines piezoelektrischen Kristalls gestört wird. Der piezoelektrische Kristall wird bei einer ausgewählten Frequenz durch einen Radiofrequenz-Generator angesteuert. Beständige und gleichförmige Aerosol-Erzeugung ist für jede einzelne Öffnungsgröße nur über einen beschränkten Bereich der Flüssigkeitsströmung und Schwingungsfrequenz möglich. Der anfängliche Aerosolstrom wird durch einen konzentrischen Gasstrahl zerstäubt, mit weiterer Luft verdünnt und elektrisch mittels einer radioaktiven Quelle neutralisiert, bevor er aus dem Gerät austritt.Either laser-pierced steel or platinum disks or fine-bored stainless steel or glass capillary tubes were used as nozzle orifices. In general, the smallest droplets required for the devices are about 10 µm for circular disk orifices and 40 µm for capillary devices. A typical disk device is that of Berglund and Liu. [Berglund, R.N. and Liu, B.Y.H. Env. Sci. & Technology, 7, 147 (1973)]. The liquid is forced under pressure through a disk orifice, emerging as a jet which is periodically perturbed by oscillations of a piezoelectric crystal. The piezoelectric crystal is driven at a selected frequency by a radio frequency generator. Consistent and uniform aerosol generation is only possible over a limited range of fluid flow and vibration frequency for any single orifice size. The initial aerosol stream is atomized by a concentric gas jet, diluted with additional air and electrically neutralized by a radioactive source before exiting the device.

Ein Beispiel für Kapillargeräte ist dasjenige von Lindblad und Schneider [Lindblad, N.R. & Schneider, J.M., J. Sci. Instrum., 42,635 (1965)]. Hierbei tritt Flüssigkeit aus einer rostfreien Kapillarröhre aus, wird transversalen Störungen von einem piezoelektrischen Kristall bei Radiofrequenzschwingungen ausgesetzt und bricht in einen gleichförmigen Tröpfchenstrom auf. Im allgemeinen ist die durch die Kapillargeräte produzierte Tröpfchendichte geringer als diejenige, die durch Geräte mit Scheiben erzeugt wird, und deshalb wird Zerstäubungsgas zur Verhinderung von Agglomeration nicht verwendet.An example of capillary devices is that of Lindblad and Schneider [Lindblad, NR & Schneider, JM, J. Sci. Instrum., 42,635 (1965)]. Here, liquid emerges from a stainless steel capillary tube, is subjected to transverse perturbations from a piezoelectric crystal at radio frequency vibrations, and breaks up into a uniform droplet stream. In general, the droplet density produced by the capillary devices is lower than that produced by disk devices, and therefore atomizing gas is not used to prevent agglomeration.

Andere typischerweise zur Aerosolerzeugung verwendete und zum Gebrauch mit einem breiten Bereich von Lösungsmitteln und Lösungen geeignete Geräte sind pneumatische Zerstäuber, Zerstäuber mit gefritteter Scheibe und Zerstäuber mit drehender Scheibe. Es sind ferner Geräte erhältlich, die auf Ultraschall-Aerosolerzeugung unter Verwendung von Geräten mit fokussiertem Strahl beruhen.Other devices typically used for aerosol generation and suitable for use with a wide range of solvents and solutions are pneumatic nebulizers, fritted disk atomizers and rotating disk atomizers. Devices are also available that rely on ultrasonic aerosol generation using focused beam devices.

Eine Anzahl von Annäherungen zur Anpassung von Flüssigkeits-Chromatographie an Infrarot- oder Raman-Spektrometrie wurden unternommen. Alle anderen Geräte, die versuchen, Flüssigkeits-Chromatographie mit Infrarot- oder Raman-Spektrometrie zu koppeln, sind jedoch zur Verwendung mit Lösungsmitteln hohen Wassergehalts untauglich, und sind untauglich, On-line mit Lösungsmitteln hohen Wassergehalts zu arbeiten und benötigen Off- line-Sammelmethoden, um brauchbare Infrarot- oder Raman-Spektren zu erhalten. Beispielsweise mußte bei den beiden ersten Methoden Off-line untersucht werden, die Proben mußten vollständig von Wasser befreit werden, und der Beitrag des Lösungsmittels mußte entweder durch spektrale Subtraktion oder durch Verdampfung vor der Analyse des gelösten Stoffs entfernt werden.A number of approaches have been made to adapt liquid chromatography to infrared or Raman spectrometry. However, all other devices attempting to couple liquid chromatography to infrared or Raman spectrometry are unsuitable for use with solvents of high water content, are unsuitable for working on-line with solvents of high water content, and require off-line collection methods to obtain useful infrared or Raman spectra. For example, in the Both of the first methods had to be analyzed off-line, the samples had to be completely dehydrated, and the solvent contribution had to be removed either by spectral subtraction or by evaporation prior to analysis of the solute.

Der Zerstäuber mit gefritteter Scheibe ist ein weiteres Zerstäubungsgerät, das ein feines Aerosol gleichmäßiger Größe erzeugt [L.R. Layman und F.E. Lichte, Analytical Chemistry, 54, 638 (1982)]. Bei diesem Gerät fließt Flüssigkeit über die Oberfläche einer porösen gefritteten Scheibe oder einer Anordnung von fein ausgebohrten Röhren, aus welchen Gas austritt. Die Wechselwirkung des Gases mit der Flüssigkeit erzeugt das Aersol. Beschränkungen des Gerät für chromatographische Kopplung schließen starke Nachwirkungseffekte, die zu Spitzenwertverbreiterung und Verlust an Auflösung führen, und auch die Notwendigkeit zur Verwendung von geringen Flüssigkeitsströmungen, typischerweise weniger als 0,1 ml/min ein.The fritted disk nebulizer is another nebulizing device that produces a fine, uniformly sized aerosol [L.R. Layman and F.E. Lichte, Analytical Chemistry, 54, 638 (1982)]. In this device, liquid flows over the surface of a porous fritted disk or an array of finely bored tubes from which gas emerges. The interaction of the gas with the liquid produces the aerosol. Limitations of the device for chromatographic coupling include strong aftereffects that lead to peak broadening and loss of resolution, and also the need to use low liquid flows, typically less than 0.1 ml/min.

Bei der ersten Methode wurde die aus dem Flüssigkeits-Chromatographen herauskommende Probe durch einen Zerstäuber gesprüht, wodurch 80- bis 90% des Lösungsmittels verdampften. Der gelöste Stoff wurde dann auf einem geeigneten Substrat, wie etwa einer konventionellen KBr- Sammelplatte oder einer rotierenden spiegelnden Oberfläche zur Off-line-Infrarotanalyse abgelagert. Wenn jedoch das Lösungsmittel Wasser enthielt, nußte der Rest des Wassers entfernt werden, im allgemeinen durch Erwärmen, da Wasser das KBr-Substrat löst. Zusätzlich zeigte sich jedes andere in der Probe belassene Lösungsmittel als Lösungsmittel-Absorptionsbanden in der Infralotanalyse. Deshalb war es nötig, im wesentlichen alles Trägerlösungsmittel zu entfernen, bevor die Probe einer Infrarotanalyse unterworfen wurde, um unzweideutige Resultate zu erhalten Biemann, K. und J. Gagel, Continuous Infrared Spectroscopic Analysis of Isocratic and Gradient Elution Reversed-phase Liquid Chromatography Separations, 59 Anal. Chem. 1266 (1987)].In the first method, the sample emerging from the liquid chromatograph was sprayed through a nebulizer, causing 80-90% of the solvent to evaporate. The solute was then deposited on a suitable substrate, such as a conventional KBr collection plate or a rotating mirror surface for off-line infrared analysis. However, if the solvent contained water, the remainder of the water had to be removed, generally by Heating, since water dissolves the KBr substrate. In addition, any other solvent left in the sample showed up as solvent absorption bands in the infrared analysis. Therefore, it was necessary to remove essentially all of the carrier solvent before subjecting the sample to infrared analysis to obtain unambiguous results (Biemann, K. and J. Gagel, Continuous Infrared Spectroscopic Analysis of Isocratic and Gradient Elution Reversed-phase Liquid Chromatography Separations, 59 Anal. Chem. 1266 (1987)).

Bei der zweiten Methode wurde die aus dem Flüssigkeits- Chromatographen herauskommende Probe in eine Sammelschale oder einen Zug von Sammelschalen, die mit gepacktem KBr gefüllt waren, getröpfelt Das Lösungsmittel wurde aus der Probe verdampft, im allgemeinen durch Erwärmung, und die Analyse war in situ beeinflußter diffuser Reflektionsgrad. Diese Methode hatte dieselben Nachteile wie die erste Methode; sie mußte Off-line ausgeführt werden, alles Wasser mußte entfernt werden und die Gegenwart irgendeines Lösungsmittels kann die Ergebnisse durch Maskierung des Spektrums verderben. Zusätzlich beinhaltet jede Erwärmung der Probe die Mögiichkeit, die Probe zu ändern und eine fehlerhafte Infrarotanalyse zu erzeugen [Griffiths, P. et al., The Byphenation of Chromatography and FT-IR Spectrometry, 58 Anal. Chem. 1349A (Nr. 13, Nov. 1986)].In the second method, the sample emerging from the liquid chromatograph was dropped into a collection cup or train of collection cups filled with packed KBr. The solvent was evaporated from the sample, generally by heating, and the analysis was in situ influenced diffuse reflectance. This method had the same disadvantages as the first method; it had to be carried out off-line, all water had to be removed, and the presence of any solvent can spoil the results by masking the spectrum. In addition, any heating of the sample involves the possibility of altering the sample and producing an erroneous infrared analysis [Griffiths, P. et al., The Byphenation of Chromatography and FT-IR Spectrometry, 58 Anal. Chem. 1349A (No. 13, Nov. 1986)].

In gaschromatographischen/Fourier-Transfurmations- Infrarot-Spektrometersystemen ward die Probe auf 200 bis 300 ºC in dem Chromatographen erhitzt. Die Spektren können gewonnen werden, während der Ausfluß den Chromatographen verläßt oder nach Ablagerung auf einer kryogekühlten Fläche. Die Fläche wird dann in dem Infrarotstrahl zur Spektrenerzeugung angeordnet.In gas chromatography/Fourier transformation infrared spectrometer systems, the sample was heated to 200 to 300 ºC heated in the chromatograph. Spectra can be obtained as the effluent leaves the chromatograph or after deposition on a cryogenically cooled surface. The surface is then placed in the infrared beam to generate spectra.

Bei der vorliegenden Erfindung weist die Verwendung des nachfolgend im Detail beschriebenen Aerosolerzeugers wenigstens zwei besondere Vorteile auf. Erstens gibt es keine Notwendigkeit zur Erwärmung oder Kühlung der Proben, womit die Möglichkeit ausgeschaltet wird, daß sich die Verbindung unter Nicht-Umgebungsbedingungen zersetzt. Zweitens gibt es bedeutend mehr mittels Flüssigkeits-Chromatographie analysierbare Verbindungen, die nicht mittels Gas-Chromatographie analysiert werden können, einschließlich derer, die nicht flüchtig oder thermisch labil sind.In the present invention, the use of the aerosol generator described in detail below has at least two particular advantages. First, there is no need to heat or cool the samples, thus eliminating the possibility of the compound decomposing under non-ambient conditions. Second, there are significantly more compounds analyzable by liquid chromatography that cannot be analyzed by gas chromatography, including those that are non-volatile or thermally labile.

Die vorliegende Erfindung hilft diesen Nachteilen ab und liefert mehrere zusätzliche Vorteile bei der kontinuierlichen On-line Infrarot- oder Raman-Spektralanalyse von flüssigen chromatographischen Komponenten unter Verwendung organischer oder wässriger Lösungsmittel. Erstens erlaubt die Erfindung eine On-line-Analyse der Komponenten, entweder durch Analyse von auf einer bewegten Fläche gesammelten Teilchen oder durch direkte Wechselwirkung des Infrarotstrahls mit dem Teilchenstrom von gelöstem Stoff und danach das Einsammeln der Teilchen. Zweitens erlaubt die Erfindung die Analyse von gelöstem Stoff aus einer Lösung unter Verwendung jeden Lösungsmittels, einschließlich derer mit hohem Wasseranteil, ohne die Notwendigkeit zur Erhitzung, um das Lösungsmittel auszuscheiden. Drittens kann der Teilchenstrom auf einer geeigneten Sammelfläche, wie KBr, unmittelbar nach Verfassen der erfindungsgemäßen Schnittstelle gesammelt werden, ohne das Risiko von Beschädigungen der Fläche.The present invention overcomes these disadvantages and provides several additional advantages in the continuous on-line infrared or Raman spectral analysis of liquid chromatographic components using organic or aqueous solvents. First, the invention allows on-line analysis of the components, either by analyzing particles collected on a moving surface or by directly interacting the infrared beam with the particle stream of solute and then collecting the particles. Second, the invention allows analysis of solute from a solution using any solvent, including those with high water content, without the need for heating to remove the solvent. Third, the particle stream can be collected on a suitable collection surface, such as KBr, immediately after the interface of the invention is created, without the risk of damaging the surface.

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht der vortiegenden Erfindung im Einsatz als ein Teilchensammelsystem;Fig. 1 is a schematic view of the present invention in use as a particle collection system;

Fig. 2 ist eine mit einer Trennungslinie zu Fig. 1 versehene schematische Ansicht der Erfindung im Einsatz als ein Kombinations-Infrarotspektrometer/Massenspektrometersystem;Fig. 2 is a schematic view of the invention in use as a combination infrared spectrometer/mass spectrometer system, with a dividing line from Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Schnitt durch einen erfindungsgemäßen Erzeuger von monodispergiertem Aerosol;Fig. 3 is a section through a monodispersed aerosol generator according to the invention;

Fig. 4 ist ein Schnitt durch eine alternative Ausführungsform des Erzeugers von monodispergiertem Aerosol, welcher ein koaxiales Gas/Flüssigkeits- Injektionssystem verwendet;Fig. 4 is a cross-sectional view of an alternative embodiment of the monodispersed aerosol generator utilizing a coaxial gas/liquid injection system;

Fig. 5 ist ein Graph zum Vergleich von monodispergierten und polydispergierten Aerosolen, auf welche hierin Bezug genommen wirdFig. 5 is a graph comparing monodispersed and polydispersed aerosols referred to herein

Fig. 6 stellt erfindungsgemäßes kolonnenartiges Aufreißen (A) im Vergleich zu sinusförmigem Aufreißen (B) und Atomisierung (C) dar; undFig. 6 shows columnar tearing according to the invention (A) compared to sinusoidal tearing (B) and atomization (C); and

Fig. 7 ist ein Fourier-transformiertes Infrarotspektrum unter Verwendung des Teilchensammelbetriebs.Fig. 7 is a Fourier-transformed infrared spectrum using the particle collection mode.

Die Fig. 1 und 2 stellen die Form der Erfindung dar, die eine Schnittstelle zum Einsatz bei einer Flüssigkeitschromatographie- oder Direktinjektion zu einem Teilchensammelsystem bzw. einen direkten Infrarotstrahl/Teilchenstrahl-Wechselwirkung bildet. Die relativ pulsfrei arbeitende Pumpe 10 des Flüssigkeits-Chromatographen-Systems pumpt den aus der Chromatographensäule (nicht dargestellt) eluierten Ausfluß in die Leitung 11, in welche ein optionales Mehrfachanschluß-Probenventil 12 zwischengeschaltet werden kann. In dem kombinierten System wird die Probeninjektion nicht verwendet, aber Vorkehrungen zur Reduzierung des Flusses durch die Auslaßleitung 13 können notwendig sein, und zu diesem Zweck kann ein geteilter Fluß eingestellt werden, bei welchem ein Teil des Ausflusses über die Leitung 14 zu einem Abfluß oder einer geeigneten Sammelvorrichtung geleitet wird. Zur Direktinjektion kann die Pumpe 10 lediglich Lösungsmittel in die Leitung 11 pumpen und die Probe kann mit der Spritze 15 eingebracht werden.Figures 1 and 2 illustrate the form of the invention which provides an interface for use in a liquid chromatography or direct injection to a particle collection system and a direct infrared beam/particle beam interaction, respectively. The relatively pulse-free pump 10 of the liquid chromatograph system pumps the effluent eluted from the chromatograph column (not shown) into line 11, into which an optional multi-port sample valve 12 may be interposed. In the combined system, sample injection is not used, but provisions for reducing the flow through the outlet line 13 may be necessary, and for this purpose a split flow may be set up in which a portion of the effluent is directed via line 14 to a drain or suitable collection device. For direct injection, the pump 10 can only pump solvent into the line 11 and the sample can be introduced with the syringe 15.

In jedem Fall wird die Lösung bei 16 gefiltert, bevor sie durch die Leitung 17 zu dem Erzeuger von monodispergiertem Aerosol 18 geleitet wird. Obwohl "monodispergiert" eine einzige Aerosoltröpfchen- oder Teilchengröße voraussetzt, wird dieser Begriff hierin in der Bedeutung von Tröpfchen oder Teilchen mit einem sehr schmalen Größenbereich verwendet. Die Bedeutung sollte aus Fig. 5 klar werden, worin ein typisches monodispergiertes Aerosol in der hierin verwendeten Bedeutung mit einem polydispergiertem Aerosol verglichen wird. Das in Fig. 5 dargestellte polydispergierte Aerosol wurde von einem Perkin-Elmer Kreuzfluß-Pneumatikzerstäuber erzeugt, während das monodispergierte Aerosol gemäß der Erfindung unter Verwendung einer Öffnung von 6 mm erzeugt wurde, wie es gleich beschrieben wird. Die Messungen, aus denen Fig. 5 erzeugt wurde, stammen von Fraunhoferbeugung an den erzeugten Aersolen.In any case, the solution is filtered at 16 before being passed through line 17 to the monodispersed aerosol generator 18. Although "monodispersed" assumes a single aerosol droplet or particle size, this term is used herein to mean droplets or particles having a very narrow size range. The meaning should be clear from Fig. 5, wherein a typical monodispersed aerosol, as used herein, is compared with a polydispersed aerosol. The polydispersed aerosol shown in Fig. 5 was generated by a Perkin-Elmer cross-flow pneumatic atomizer, while the monodispersed aerosol according to the invention was generated using a 6 mm orifice, as described presently. The measurements from which Fig. 5 was generated are from Fraunhofer diffraction on the aerosols generated.

Wie nachstehend vollständiger erläutert wird, wird das monodispergierte Aerosol in einem aus der Kapillare 19 austretenden Hochgeschwindigkeits-Gasstrahl mitgerissen und in den begrenzten Raum 20 zum Zwecke der Desolvatation eingeleitet. Das Aerosol wird mit Hüllgas geeignet verdünnt, welches von der Leitung 21 in ausreichender Menge eintritt, um den Desolvatations-Kammerraum 20 im wesentlichen bei atmosphärischem Druck zu halten. Die Verwendung von weitgehend atmosphärischem Druck in der Kammer 20 verstärkt den Desolvatations-Prozeß in hohem Grad und erlaubt es, die monodispergierten Aerosol-Tröpfchen oder -Teilchen weitgehend vollständig von dem Lösungsmittel abzureichern, so daß zu dem Zeitpunkt, bei dem das Aerosol die Auslaßöffnung 22 erreicht, es in der Form von Lösungsmittel-abgereichertem gelöstem Stoff vorliegt.As will be explained more fully below, the monodispersed aerosol is entrained in a high velocity gas jet exiting capillary 19 and introduced into confined space 20 for desolvation. The aerosol is suitably diluted with sheath gas entering from conduit 21 in sufficient quantity to maintain desolvation chamber space 20 substantially at atmospheric pressure. The use of substantially atmospheric pressure in chamber 20 greatly enhances the desolvation process and allows the monodispersed aerosol droplets or particles to be substantially completely depleted of solvent so that by the time the aerosol reaches outlet port 22, it is in the form of solvent-depleted dissolved material is present.

Die Zerstäubungs- und Hüllgase sind vorzugsweise inert, wie Argon oder Helium von einer geeigneten Versorgung 23. Ihre Fließgeschwindigkeiten durch die Leitung 21 und zu der Kapillare 19 können durch die jeweiligen Flußregler 24 und 25 eingestellt werden.The atomizing and sheath gases are preferably inert, such as argon or helium from a suitable supply 23. Their flow rates through the line 21 and to the capillary 19 can be adjusted by the respective flow regulators 24 and 25.

Die Kammer 20 kann typischerweise 40 mm Durchmesser aufweisen und ungefähr 30 cm lang sein. Das Auslaßrohr 26 kann ein 0,635 cm (1/4 Inch) starkes rostfreies Stahlrohr sein, das mit einem geeigneten Absperrventil 27 versehen ist, um die unter relativ hohem Druck stehende Kammer 20 von dem Vakuumbereich abzutrennen.The chamber 20 may typically be 40 mm in diameter and approximately 30 cm long. The outlet pipe 26 may be a 0.635 cm (1/4 inch) thick stainless steel pipe provided with a suitable isolation valve 27 to isolate the relatively high pressure chamber 20 from the vacuum region.

Der Vakuumbereich ist aus den zwei an die jeweiligen Pumpen 30 und 31 angeschlossenen Kammern 28 und 29 bestehend dargestellt. Typischerweise evakuiert die Pumpe 30 die Kammer mit einer Pate von ungefähr 300 l in der Minute, um die Kammer 28 bei einem Druck im Bereich von 266,6 bis 2666Pa (2 bis 20 Torr) zu halten, während die Pumpe 31 typischerweise ungefähr 150 l in der Minute evakuiert, um die Kammer 29 bei einem Druck im Bereich von 1,33 bis 1333 Pa (0,01 bis 10 Torr) zu halten.The vacuum region is shown as consisting of the two chambers 28 and 29 connected to respective pumps 30 and 31. Typically, pump 30 evacuates the chamber at a rate of about 300 liters per minute to maintain chamber 28 at a pressure in the range of 266.6 to 2666 Pa (2 to 20 Torr), while pump 31 typically evacuates about 150 liters per minute to maintain chamber 29 at a pressure in the range of 1.33 to 1333 Pa (0.01 to 10 Torr).

Das Düsenende 32 des Rohrs 26 ist präzise bezüglich des konischen Endes 33 des den ersten Abstreifer bildenden Kegelabstreifers 34 ausgerichtet. Der Abstand zwischen 32 und 33 kann typischerweise 1 bis 3 cm betragen. In der Teilchensammelbetriebsart (Fig. 1) kann der Abstand zwischen dem Düsenende 35 des zweiten Kegelabstreifers 36 und der rotierenden Sammelplatte 50 und Tragscheibe 51 im Bereich von 1 bis 10 cm liegen. In der Infrarotstrahlungs-Teilchenwechselwirkungs-Betriebsart (Fig. 2) kann der Abstand zwischen dem Düsenende 35 und dem flachen Ende des Auslaßrohrs 37 im Bereich von 5 bis 15 cm sein. Mit einem inneren Durchmesser der Düse 32 von 0,5 mm wurden bei inneren Durchmessern der beiden Abstreifer 33 und 36 und ebenso der Düse 35 von 1,0 mm optimale Ergebnisse erzielt, wie sie auch unter Verwendung von 0,5 mm Innendurchmesser für alle außer dem Abstreifer 33, dessen Innendurchmesser 1,0 mm betrug, erzielt wurden.The nozzle end 32 of the tube 26 is precisely aligned with the conical end 33 of the conical scraper 34 forming the first scraper. The distance between 32 and 33 can typically be 1 to 3 cm. In the particle collection mode (Fig. 1) the distance between the nozzle end 35 of the second cone scraper 36 and the rotating collector plate 50 and support disk 51 may be in the range of 1 to 10 cm. In the infrared radiation particle interaction mode (Fig. 2) the distance between the nozzle end 35 and the flat end of the outlet tube 37 may be in the range of 5 to 15 cm. Optimum results were obtained with an inner diameter of the nozzle 32 of 0.5 mm and inner diameters of the two scrapers 33 and 36 and also of the nozzle 35 of 1.0 mm, as were also obtained using 0.5 mm inner diameters for all except the scraper 33, which had an inner diameter of 1.0 mm.

How the system works 1. Particle collection mode a. Direct injection mode

Bei dieser Art von Betrieb wird der Erzeuger von monodispergiertem Aerosol 18 mittels der Niederimpuls-Flüssigkeitspumpe 10 mit einem konstanten Lösungsmittelstrom beaufschlagt. Der monodispergierende Erzeuger erzeugt ein feindispergiertes Lösungsmittel-Aerosol, welches zusammen mit dem Zerstäubungsgas in die Desolvatationskammer 20 einfließt. In der Desolvatationskammer verdampft das meiste Lösungsmittel. Die Mischung aus Zerstäubungsgas und Lösungsmitteldampf strömt dann nachfolgend durch die erste Druckreduzierkammer 28, worin etwas von der Mischung aus Dispersionsgas und Lösungsmitteldampf durch die Vakuumpumpe 30 entfernt wird. Der Rest der Mischung aus Dispersionsgas und Lösungsmitteldampf wird in der Kombinations-Druckreduzier/Sammelplattenkammer 29 durch die Vakuumpumpe 31 entfernt.In this type of operation, the monodispersed aerosol generator 18 is supplied with a constant solvent flow by the low impulse liquid pump 10. The monodispersed generator generates a finely dispersed solvent aerosol which flows into the desolvation chamber 20 together with the atomizing gas. In the desolvation chamber, most of the solvent evaporates. The mixture of atomizing gas and solvent vapor then flows through the first pressure reduction chamber 28, wherein some of the dispersion gas and solvent vapor mixture is removed by the vacuum pump 30. The remainder of the dispersion gas and solvent vapor mixture is removed in the combination pressure reducing/collecting plate chamber 29 by the vacuum pump 31.

Proben werden in das System mittels eines Injektors 15 eingebracht. Die Probe kann entweder eine reine Flüssigkeit sein oder aus einer Lösung eines Festkörpers oder einer Flüssigkeit in einem geeigneten Lösungsmittel bestehen. Der Injektor kann entweder ein Mehranschlußventil, ein Septuminjektionssystem oder ein Hochleistungs-Flüssigkeitschromatographie-Selbstinjektionssystem sein. Im allgemeinen wird ein geringes Probenvolumen (typischerweise 5 bis 100 ul) eingebracht, welches typischerweise ein paar Mikrogramm oder Nanogramm der zu analysierenden Substanz enthält. Das durch den monodispergierenden Erzeuger erzeugte Aerosol durchströmt dann die Desolvatationskammer und die erste Druckreduzier/Abstreifer-Kammer, welche den Teilchenstrom von dem Gasstrom abtrennt, wobei der Teilchenstrom angereichert wird. Sofern aber Probenmaterial in dem Lösungsmittelstrom vorhanden ist, verbleibt ein hochdispergiertes Aerosol von Probenmaterial nach Verdampfung des Lösungsmittels. Der Teilchenstrahl geht dann zu einer zweiten Kammer, worin der Druck weiter reduziert und die Teilchen auf der Sammelplatte als ein kleiner Fleck gesammelt werden, dessen Durchmesser ungefähr gleich dem Durchmesser des Abstreifers im Inpulsseparator ist (typischerweise 0,1 bis 2,0 mm, abhängig von der Wahl eines geeigneten Abstreiferdurchmessers und einer geeigneten Abstreiferanordnung). Dieser Fleck kann für ein Echtzeit-Infrarot- oder Ramanspektrum des Chromatogramms direkt analysiert werden oder die Sammelfläche kann entfernt und Off-line mit einem Infrarot- oder Raman-Spektrometer untersucht werden. Die Trennung des Teilchenstrahls von dem Gasstrom ist wirkungsvoll, weil die durch den Abstreifer der Schnlttstelle auftretende Überschallausdehnung den Aerosol-Teilchen genügend Impuls verleiht, so daß sie von den Pumpen in den beiden Kammern 28,29 weitgehend unbeeinflußt bleiben.Samples are introduced into the system by means of an injector 15. The sample may be either a pure liquid or a solution of a solid or liquid in a suitable solvent. The injector may be either a multi-port valve, a septum injection system or a high performance liquid chromatography self-injection system. Generally, a small volume of sample (typically 5 to 100 µl) is introduced, typically containing a few micrograms or nanograms of the substance to be analyzed. The aerosol generated by the monodispersing generator then passes through the desolvation chamber and the first pressure reducing/stripping chamber which separates the particle stream from the gas stream, enriching the particle stream. However, if sample material is present in the solvent stream, a highly dispersed aerosol of sample material remains after evaporation of the solvent. The particle beam then passes to a second chamber where the pressure is further reduced and the particles are collected on the collection plate as a small spot whose diameter is approximately equal to the diameter of the scraper in the pulse separator (typically 0.1 to 2.0 mm, depending on the choice of a suitable wiper diameter and wiper arrangement). This spot can be analyzed directly for a real-time infrared or Raman spectrum of the chromatogram, or the collection area can be removed and examined off-line with an infrared or Raman spectrometer. The separation of the particle beam from the gas stream is effective because the supersonic expansion caused by the interface wiper imparts sufficient momentum to the aerosol particles so that they remain largely unaffected by the pumps in the two chambers 28,29.

b. High performance liquid chromatograph mode

Der Betrieb der Schnittstelie mit einem Hochleistungs- Flüssigkeitschromatographen ist dem Betrieb mit dem im vorangehenden Abschnitt beschriebenen Direktinjektionsgerät sehr ähnlich. Der einzige wesentliche Unterschied liegt darin daß die Probe nun eine Mischung von Verbindungen enthalten kann, welche durch den Durchgang durch eine zwischen dem Injektorventil und dem Aerosolerzeuger angeordnete Chromatographiesaule (nicht dargestellt) in einzelne Komponenten getrennt werden.Operation of the high performance liquid chromatograph interface is very similar to operation of the direct injection device described in the previous section. The only significant difference is that the sample may now contain a mixture of compounds which are separated into individual components by passage through a chromatography column (not shown) located between the injector valve and the aerosol generator.

2. Infrared radiation/particle interaction mode (not according to the invention)

Der Betrieb der Schnittstelle in der Infrarotstrahlungs/Teilchenwechselwirkungs-(IR/PI) -Betriebsart in der Direktinjektions-Betriebsart und den Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatograph-Betriebsarten ist dem Betrieb der Schnittstelle im Teilchensammelbetriebsart in der Direktinjektions-Betriebsart und der Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatograph-Betriebsart sehr ähnlich. Der wesentliche Unterschied liegt darin, daß die Probe nun nach Verlassen der Desolvatationskammer durch die Druckreduzierkammern 28,29 hindurchgeht und durch ein Auslaßrohr 37 hinaus und in eine Zelle 52 hineingeht. In dieser Zelle wird der Infrarotstrahl 55 durch zwei Spiegel 53,54 so fokussiert, daß er direkt mit dem Teilchenstrahl wechselwirkt. Ein Infrarotspektrum wird dann durch direkte Teilchen/Strahlungs-Wechselwirkung erzeugt. Diese Betriebsart benötigt keine Teilchensammlung und erlaubt schnelle Erzeugung von Infrarot-Spektraldaten.The operation of the interface in the infrared radiation/particle interaction (IR/PI) mode in the direct injection mode and the high performance liquid chromatograph modes is very similar to the operation of the interface in the particle collection mode in the direct injection mode and the high performance liquid chromatograph mode. The key difference is that the sample now passes through the pressure reduction chambers 28,29 after leaving the desolvation chamber and out through an outlet pipe 37 and into a cell 52. In this cell the infrared beam 55 is focused by two mirrors 53,54 so that it interacts directly with the particle beam. An infrared spectrum is then generated by direct particle/radiation interaction. This mode of operation does not require particle collection and allows rapid generation of infrared spectral data.

3. Combination infrared spectrometer/mass spectrometer operating mode (not according to the invention)

Der Betrieb des Kombinations-Infrarotspektrometer/Massenspektrometer-(IR/MS)-Systems ist dem Betrieb im IRPI-Betriebsart sehr ähnlich, wobei der einzige wesentliche Unterschied ein Doppelspektrometersystem ist, in welchem ein Massenspektrometer M mit der Infrarotstrahl- Wechselwirkungszelle 52 durch ein Verlängerungs-Auslaßrohr 137 verbunden ist.The operation of the combination infrared spectrometer/mass spectrometer (IR/MS) system is very similar to the operation in the IRPI mode, the only significant difference being a dual spectrometer system in which a mass spectrometer M is connected to the infrared beam interaction cell 52 by an extension outlet tube 137.

4. Combination infrared spectrometer/particle collection mode

Der Betrieb des Kombinations-Infrarotspektrometer/Teilchensammel-(IR/PC)-Systems ist dem Betrieb in der IR/PI- Betriebsart sehr ähnlich, wobei der einzige wesentliche Unterschied der Zusatz eines Teilchensammelsystems 50,51 ist, welches mit der Infrarotstrahlzelle 52 durch ein Verlängerungsauslaßrohr 137 verbunden ist. Die Teilchensammelplatte 50 kann Off-line untersucht oder zur späteren Untersuchung aufbewahrt werden.Operation of the combination infrared spectrometer/particle collection (IR/PC) system is very similar to operation in the IR/PI mode, the only significant difference being the addition of a particle collection system 50,51 connected to the infrared beam cell 52 by an extension outlet tube 137. The particle collection plate 50 can be examined off-line or stored for later examination.

Fig. 3 stellt den erfindungsgemäßen bevorzugten Vernebler oder Erzeuger von monodispergiertem Aerosol dar. Wie gezeigt, ist das eine Giasrohrverbindung 22 zum Anschluß an die Desolvatationskammer (Fig. 1) besitzende Gehäuse des Erzeugers dafür vorgesehen, den Vernebler aufzunehmen. Die Verneblerstruktur umfaßt das Hohlrohr 142, welches wie dargestellt, in die Rückhaltedichtung 154 im Körper 141 eingesetzt ist und durch den auf den Körper 151 aufgeschraubten Deckel 152 in seiner Lage gehalten wird. Die Leitung 17 greift in den Körper 151 durch die Rückhaltedichtung 155 ein und wird durch den Deckel 153 in ihrer Lage gehalten. Die gesamte Körperstruktur ist mit dem Erzeuger von monodispergiertem Aerosol 18 durch zwischen Deckeln 152 und 153 und Tragsäule 143 angeordnete Dichtungen 144 verbunden. Die Lösung wird durch die vorbeschriebene Leitung 17 gepumpt und veranlaßt dieselbe zur Abgabe eines beständigen Strahls von der Spitze des Rohrs 142.Fig. 3 illustrates the preferred nebulizer or monodispersed aerosol generator of the invention. As shown, the generator housing, having a glass tube connection 22 for connection to the desolvation chamber (Fig. 1), is adapted to house the nebulizer. The nebulizer structure includes the hollow tube 142 which, as shown, is inserted into the retaining seal 154 in the body 141 and is held in place by the cap 152 screwed onto the body 151. The conduit 17 engages the body 151 through the retaining seal 155 and is held in place by the cap 153. The entire body structure is connected to the monodispersed aerosol generator 18 by seals 144 disposed between covers 152 and 153 and support column 143. The solution is pumped through the previously described conduit 17 and causes it to emit a continuous jet from the tip of the tube 142.

Fig. 4 stellt eine alternative Ausführungsform eines Verneblers oder Erzeuger von monodispergiertem Aerosol dar. Wie gezeigt, umfaßt die Verneblerstruktur das durch das Halterohr 243 getragene Hohlrohr 242, wobei beide Rohre innerhalb und koaxial zum Rohr 219 angeordnet sind. Die Lösung wird durch die Leitung 217 gepumpt und veranlaßt dieselbe zur Abgabe eines beständigen Strahls von der Spitze des Rohrs 242, welcher sich mit dem aus dem Rohr 219 abgegebenen Gasstrahl vermischt. Bei dieser Ausführungsform wirkt der Gasstrahl innerhalb des Rohrs 219 wie ein Selbstzentriermittel für das Rohr 242 innerhalb des Rohrs 219.Fig. 4 illustrates an alternative embodiment of a nebulizer or monodispersed aerosol generator. As shown, the nebulizer structure comprises the hollow tube 242 carried by support tube 243, both tubes being disposed within and coaxial with tube 219. The solution is pumped through line 217 and causes it to emit a steady jet from the tip of tube 242 which mixes with the gas jet emitted from tube 219. In this embodiment, the gas jet within tube 219 acts as a self-centering means for tube 242 within tube 219.

Obwohl der Durchmesser der Düsenöffnung zwischen ungefähr 2 und ungefähr 100 um liegen kann, wird der Bereich zwischen ungefähr 9 bis ungefähr 20 um bevorzugt. Der stetige Strahl wird geschwindigkeitsgesteuert, so daß er wie in Fig. 6 bei A angedeutet, einem kolonnenartigen Aufreißen unterworfen wird. Zunehmend höhere Geschwindigkeiten sind bei B und C veranschaulicht, welche sinusförmiges Aufreißen bzw. Atomisierung darstellen.Although the diameter of the nozzle orifice can range from about 2 to about 100 µm, the range from about 9 to about 20 µm is preferred. The steady jet is velocity controlled so that it undergoes columnar tearing as indicated at A in Figure 6. Increasingly higher velocities are illustrated at B and C, which represent sinusoidal tearing and atomization, respectively.

Das kolonnenartige oder monodispergierte Aufreißen nach A stellt Rayleigh-Aufreißen dar und erzeugt Tröpfchen oder Teilchen D von im wesentlichen einheitlicher Größe und einheitlichem Abstand, wobei die Tröpfchendurchmesser ungefähr das Zweifache des Öffnungsdurchmessers betragen. Verallgemeinert ausgedrückt, werden mit den bevorzugten Öffnungsdurchmessern die beständigen Strahlen mit Raileigh-Aufreißen bei Fließraten unterhalb ungefähr 3 ml/min erzeugt.The columnar or monodisperse disruption of A represents Rayleigh disruption and produces droplets or particles D of substantially uniform size and spacing, with the droplet diameters being approximately twice the orifice diameter. Generally speaking, with the preferred orifice diameters, the consistent jets with Rayleigh disruption are produced at flow rates below about 3 ml/min.

Die Glasspitze des Verneblers ist aus dickwandigem Glaskapillarrohrmaterial von ungefähr 0,635 cm (0,25 Inch) äußerem Durchmesser hergestellt. Ein Ende des Rohrs wird ursprünglich flammversiegelt, um dem Rohr einen konischen Abschluß zu geben. Dieses Ende wird dann durch Schleifen mit einem feinen abrassiven Medium (so wie 400er Silokonkarbidpapier) geöffnet, bis eine Austrittsöffnung mit geeignetem Durchmesser erzeugt ist. Der Durchmesser der Öffnung kann unter Verwendung eines kalibrierten Mikroskops gemessen werden. Das andere Ende des Rohrs wird zu einer Lippe geformt, welche an ihrer unteren Kante abgeschliffen wird, um eine flüssigkeitsdichte Abdichtung gegen die Dichtstelle in dem verschraubten Ende des Metallblocks zu bilden. Die Spitze des Verneblers wird mit dem Haltedeckel in ihrer Lage gehalten.The glass tip of the nebulizer is made from thick-walled glass capillary tubing of approximately 0.635 cm (0.25 inch) outside diameter. One end of the tube is initially flame sealed to give the tube a tapered end. This end is then opened by grinding with a fine abrasive medium (such as 400 grit silicon carbide paper) until an exit orifice of appropriate diameter is created. The diameter of the orifice can be measured using a calibrated microscope. The other end of the tube is formed into a lip which is ground down on its lower edge to form a liquid-tight seal against the gasket in the threaded end of the metal block. The tip of the nebulizer is held in place with the retaining cap.

Die Flüssigkeitsversorgung des Geräts kommt von einer Pumpe, welche in der Lage ist, Flüssigkeitsströmungen im Bereich von 0,01 ml/min bis 3 ml/min bei Drücken bis zu ungefähr 2068 KPa (300 PSI) aufrechtzuerhalten. Die Pumpe sollte auch im Betrieb wenig Druckschwankungen erzeugen. Eine verwendete typische Pumpe ist eine solche, die zur Hochleistungs-Flüssigkeits-Chromatographie geeignet ist.The fluid supply to the device comes from a pump capable of maintaining fluid flows in the range of 0.01 ml/min to 3 ml/min at pressures up to approximately 2068 KPa (300 PSI). The pump should also produce little pressure fluctuation during operation. A typical pump used is one suitable for high performance liquid chromatography.

Das Zerstäubungsgas wird von einer Kapillarröhre 19 eingebracht, welche aus rostfreiem Stahl oder einem anderen geeignet starren Material besteht. Das Zerstäubungsgasrohr wird mit geeigneten Ausrichtvorrichtungen positioniert, um zwischen 3 und 10 mm oberhalb der Spitze der Glasöffnung 142 ortsfest angeordnet zu sein. Das durch geeignete Mittel wie Drucksteuereinheiten, Nadelventile und Rota-Durchflußmesser gesteuerte Zerstäubungsgas fließt durch die Zerstäubungsgaskapillare mit einer Durchflußmenge, die angemessen ist, um eine wirkungsvolle Zerstäubung des Aerosols zu erzeugen. Die Gas-Durchflußmengen werden typischerweise im Bereich von 0,5 bis 2 l/min sein.The atomizing gas is introduced by a capillary tube 19 made of stainless steel or another suitably rigid material. The atomizing gas tube is provided with suitable alignment devices positioned to be stationary between 3 and 10 mm above the tip of the glass orifice 142. The atomizing gas, controlled by suitable means such as pressure controllers, needle valves and rota-flow meters, flows through the atomizing gas capillary at a flow rate adequate to produce effective atomization of the aerosol. Gas flow rates will typically be in the range of 0.5 to 2 l/min.

Das durch das Gerät erzeugte Aerosol kann durch jedes geeignete Mittel als Probe entnommen werden, oder in eine Desolvatationskammer oder einen Probenahmeanschluß eines anderen Geräts gehen, indem das Aerosolerzeuger gerät in eine geschlossene Kammer eingeschlossen wird. Diese erste Kammer kann dann an nachgeordnete Geräte angeschlossen werden, um einen wirkungsvollen Transport des Aerosols zu diesen Geräten zu gewährleisten.The aerosol generated by the device can be sampled by any suitable means, or can be passed into a desolvation chamber or sampling port of another device by enclosing the aerosol generating device in a closed chamber. This first chamber can then be connected to downstream devices to ensure efficient transport of the aerosol to those devices.

Die grundlegenden Unterschiede zwischen diesem Gerät und vorherigen Geräten, und die daraus resultierenden Vorteile sind die folgenden:The basic differences between this device and previous devices, and the resulting advantages are the following:

(1) Zum Betrieb des Geräts wird keine externe mechanische Störungsquelle benötigt.(1) No external mechanical source of interference is required to operate the device.

(2) Die Austrittsöffnung kann ohne Schwierigkeit aus Glaskapillarmaterial hergestellt werden, um hochzirkulare Öffnungen von 2 Mikrometer Durchmesser und darüber zu erzeugen.(2) The exit orifice can be easily fabricated from glass capillary material to produce highly circular orifices of 2 micrometers diameter and above.

(3) Der Durchmesser des durch das Gerät erzeugten Aerosols wird durch den Durchmesser der Flüssigkeits-Austrittsöffnung gesteuert. Der Aerosol-Teilchendurchmesser beträgt ungefähr ds 1,2-fache des Austrittsöffnungsdurchmessers. Die genaue Beziehung zwischen Aerosoldurchmesser und Austrittsöffnungsdurchmesser hängt von der Kompressibilität der Flüssigkeit ab.(3) The diameter of the aerosol generated by the device is controlled by the diameter of the liquid outlet orifice. The aerosol particle diameter is approximately 1.2 times the outlet orifice diameter. The exact relationship between the aerosol diameter and the outlet orifice diameter depends on the compressibility of the liquid.

(4) Die Auswahl des Aerosoldurchmessers kann durch Austausch der Austrittsöffnungen leicht und schnell bewerkstelligt werden.(4) The selection of the aerosol diameter can be easily and quickly accomplished by exchanging the outlet openings.

(5) Das Gerät arbeitet sehr stabil über längere Zeiträume ohne die Notwendigkeit zur Justierung.(5) The device operates very stably over long periods of time without the need for adjustment.

(6) Das Gerät arbeitet sehr reproduzierbar von Tag zu Tag, ohne die Notwendigkeit zur Neuausrichtung von Komponenten oder der Neuoptimierung von Parametern zwischen Meßdurchläufen.(6) The instrument operates very reproducibly from day to day, without the need to realign components or reoptimize parameters between measurement runs.

(7) Eine große Auswahl von Flüssigkeiten kann mit dem Gerät verwendet werden, wobei es lediglich notwendig ist, den Inhalt des Flüssigkeitsreservoirs zu wechseln, um die in ein Aerosol umzuwandelnde Flüssigkeit zu wechseln. Wasser, organische Lösungsmittel, Mischungen von Wasser und organischen Lösungsmitteln und Mischungen von organischen Lösungsmitteln können mit dem Gerät verwendet werden.(7) A wide range of liquids can be used with the device, it being only necessary to change the contents of the liquid reservoir to change the liquid to be converted into an aerosol. Water, organic solvents, mixtures of water and organic solvents and mixtures of organic solvents can be used with the device.

(8) Anorganische und organische Spezies können in jedem oder jeder der unter Punkt 7 erwähnten Lösungsmittel oder Lösungsmittelmischungen in Konzentrationen bis zu 1 Gewichtsprozent gelösten Feststoffanteils gelöst werden, ohne daß Blockierungsprobleme in dem Gerät auftreten.(8) Inorganic and organic species may be dissolved in any of the solvents or solvent mixtures mentioned in point 7 in concentrations up to 1 % by weight of dissolved solids without causing blocking problems in the equipment.

(9> Eine große Auswahl von Lösungsmitteln kann verwendet werden, einschließlich 100 % Wasser, ohne daß Bedarf für Hitze-Vernebler, Lösungsmittelverdampfung bei Umgebungstemperatur oder unter Erwärmung besteht, sogar wenn Sammelplatten aus KBr verwendet werden.(9> A wide range of solvents can be used, including 100% water, without the need for heat nebulizers, solvent evaporation at ambient temperature or under heating, even when using KBr collection plates.

(10) Kontinuierliche, On-line Infrarot- oder Ramanspektralanalyse kann ohne die Notwendigkeit, Sammelplatten zu entfernen oder den Prozess zur Off-line-Analyse zu unterbrechen, durchgeführt werden.(10) Continuous, on-line infrared or Raman spectral analysis can be performed without the need to remove collection plates or interrupt the process for off-line analysis.

(11) Die Teilchensammelplatte, wenn sie anstelle von oder in Verbindung mit dem Lichtrohr verwendet wird, kann als eine "Hardcopy" des Spektrums aufbewahrt werden.(11) The particle collection plate, when used instead of or in conjunction with the light pipe, can be kept as a "hard copy" of the spectrum.

(12) Die Konstruktion des konischen Abstreifers der Schnittstelle verbessert die Ausbeute des Lösungsmittel- und Trägergas-Entfernungsprozesses um ungefähr das 10-fache gegenüber vorbekannten Konstruktionen.(12) The design of the conical interface scraper improves the yield of the solvent and carrier gas removal process by approximately 10-fold over previously known designs.

(13) Die gewonnenen Spektren können mit einer computerisierten Spektrenreferenzbasis verglichen werden, um die Probenspektren zu identifizieren.(13) The spectra obtained can be compared with a computerized spectral reference base to to identify the sample spectra.

(14) Der im allgemeinen lösungsmittelfreie Teilchenstrom weist kleine Abmessungen in der Größe von 0,1 bis 2,0 mm Durchmesser auf, was es erlaubt, eine größere Anzahl von Probenflecken auf den Sammelplatten zu sammeIn.(14) The generally solvent-free particle stream has small dimensions ranging from 0.1 to 2.0 mm in diameter, which allows a larger number of sample spots to be collected on the collection plates.

(15) Der niedere Druck in der Sammelkammer verbessert das Aufsammeln auf der Sammeloberfläche durch Verringerung der Luftgrenzschicht auf deren Oberfläche.(15) The low pressure in the collection chamber improves collection on the collection surface by reducing the air boundary layer on its surface.

(16) Wasser im Lösungsmittel wird so wirkungsvoll entfernt, daß Sammelplatten aus Alkalihalogeniden verwendet werden können, ohne daß das Wasser die Alkalihalogenidplatte löst.(16) Water in the solvent is removed so effectively that alkali halide collecting plates can be used without the water dissolving the alkali halide plate.

(17) Der Teilchenstrahl lagert Probenflecken mit kleinem Durchmesser auf der Alkalihalogenidplatte ab, ohne daß die Notwendigkeit besteht, getrocknete Proben manuell auf der Alkalihalogenidplatte anzuordnen.(17) The particle beam deposits small diameter sample spots on the alkali halide plate without the need to manually place dried samples on the alkali halide plate.

Es ist verständlich, daß um eine Verschlechterung der Erzeugung von monodispergiertem Aerosol aufgrund von Koagulation und/oder Zusammenstoß zwischen Tröpfchen zu verhindern, die Dispersion nahe dem Punkt von stochastischem oder Rayleigh-Aufreißen zustandgebracht werden muß, indem das Aerosol hevorzugterweise entweder koaxial oder unter einem Winkel, vorzugsweise ungefähr 90º, bezüglich der Achse des stetigen Strahls zerstäubt wird. Es ist ebenfalls verständlich, daß die Vakuumeinheit kontinuierlich gasförmiges Medium, Lösungsmitteldampf und Lösungsmittel-abgereicherten gelösten Stoff absaugt, während der Lösungsmitteldampf und das gasförmige Medium abgetrennt werden und der monodispergierte Aerosolstrahl von Lösungsmittel-abgereichertem gelöstem Stoff gebildet wird. Dieser Strahl besitzt einen hohen Impuls und geht durch den letzten Abstreifer in die Ionenguelle Es sollte ebenfalls verstanden werden, daß der Strahl von Lösungsmittel-abgereichertem gelöstem Stoff aus Partikeln mit kleinerer Größe besteht als diejenigen des ursprünglich erzeugten Aerosols und einen etwas größeren relativen Größenbereich in der Verteilung aufweist.It is understood that in order to prevent deterioration of the production of monodispersed aerosol due to coagulation and/or collision between droplets, the dispersion must be brought about near the point of stochastic or Rayleigh breakup by atomizing the aerosol preferably either coaxially or at an angle, preferably about 90º, with respect to the axis of the steady jet. It is also understood that the vacuum unit continuously evacuates gaseous medium, solvent vapor and solvent-depleted solute while the solvent vapor and gaseous medium are separated and the monodispersed aerosol jet of solvent-depleted solute is formed. This jet has a high momentum and passes through the final scraper into the ion source. It should also be understood that the jet of solvent-depleted solute consists of smaller sized particles than those of the originally generated aerosol and has a somewhat larger relative size range in the distribution.

Es ist ebenfalls zu bemerken, daß diese Erfindung zu folgendem Zweck dient: als Schnittstelle zwischen einem fließenden Flüssigkeitsstrom und einem Teilchensammelgerät oder einem Fourier-Transformations-Infrarot- oder Nahinfrarot-Fourier-Transformations-Raman-Spektrometer oder einem Hadamard-Transformations-Infrarot-Spektrometer oder einem Hadamard-Transformations-Nahinfrarot- Raman-Spektrometer. Obwohl die Schnittstelle den Aerosolerzeuger enthält, ist die Kombination physikalischer Prozesse zur Entfernung von Lösungsmittel von den Tröpfchen und Anreicherung der Teilchen von gelöstem Stoff ebenfalls entscheidend für das Betriebsverhalten der Schnittstelle.It is also to be noted that this invention serves as an interface between a flowing liquid stream and a particle collector or a Fourier transform infrared or near infrared Fourier transform Raman spectrometer or a Hadamard transform infrared spectrometer or a Hadamard transform near infrared Raman spectrometer. Although the interface contains the aerosol generator, the combination of physical processes to remove solvent from the droplets and enrich the solute particles is also critical to the performance of the interface.

Das Aerosol-Erzeugungs/Desolvatations-Gerät erzeugt einen Strom von trockenen monodispergierten Teilchen, welche bei dieser Erfindung entweder mit hohem Wirkungsgrad und sehr geringer Strahlaufweitung auf einer Sammeleinheit zur Abfragung durch einen Infrarotstrahl gesammelt werden, oder welche durch eine Zelle zur Wechselwirkung mit dem Infrarotstrahl hindurchgeleitet werden, um eine sofortige Infrarotspektralanalyse zu liefern und dann auf einer Sammelfläche gesammelt zu werden. Diese Erfindung ist ebenfalls das einzig bekannte Gerät, welches On-line-Erzeugung von Fourier-transformierten Infrarotspektren oder Fourier-transformierten Ramanspektren oder Hadamard-transformierten Infrarotspektren oder Hadamard-transformierten Ramanspektren sowohl von polaren als auch von nicht polaren Lösungen erlaubt.The aerosol generation/desolvation device generates a Stream of dry monodispersed particles which in this invention are either collected with high efficiency and very low beam spread on a collection unit for interrogation by an infrared beam, or which are passed through a cell for interaction with the infrared beam to provide immediate infrared spectral analysis and then collected on a collection surface. This invention is also the only known device which allows on-line generation of Fourier-transformed infrared spectra or Fourier-transformed Raman spectra or Hadamard-transformed infrared spectra or Hadamard-transformed Raman spectra of both polar and non-polar solutions.

Claims

1. System for generating an aerosol jet of solvent-depleted solute having a narrow particle size distribution, with a nozzle (142,242) for delivering a steady, cylindrical jet of a solution containing a relatively volatile solvent with a relatively non-volatile substance dissolved therein into a confined space (20), with a feed unit (10,15) for feeding the solution to the nozzle in sufficient moisture to keep the speed of the jet at a value such that droplet formation occurs, with an atomizing device (19,219) for entraining the droplets in a gaseous medium near the point of droplet formation, with a desolvation chamber (20) receiving the entrained droplets at one end thereof, which has a confined outlet (22) which is arranged sufficiently far from one end to allow evaporation of the solvent before reaching the confined outlet, with a vacuum device (30) for continuously extracting gaseous medium, solvent vapor and solvent-depleted solute at high velocity through the restricted outlet to form an aerosol jet of solvent-depleted solute having a narrow particle size distribution with separation of solvent vapor and gaseous medium, characterized by a collecting surface (50) for collecting the jet of particles of the dissolved substance.

2. The system of claim 1, additionally comprising an infrared or Raman spectrometer (52) for interrogating the aerosol jet of solvent-depleted solute.

3. The system of claim 1, wherein the desolvation chamber (20) is maintained at approximately atmospheric pressure and the vacuum means comprises a vacuum chamber (28) connected to the restricted outlet (22) and a vacuum pump (30) maintaining the vacuum chamber at a pressure in the range of 266.6 to 2666 Pa (2 to 20 Torr).

4. A system according to claim 3, comprising a second vacuum chamber (29) and a vacuum pump (31) maintaining the second vacuum chamber at a pressure in the range of 1.3 to 1333 Pa (0.01 to 10 Torr) and a scraper (34) for separating the jet of solvent-depleted solute from the first-mentioned vacuum chamber (28) into the second vacuum chamber (29).

5. The system of claim 1, wherein the collecting surface is movable.

6. System according to claim 3, comprising a second Scraper (36) for separating the jet of solute particles from the second vacuum chamber (29).

7. The system of claim 1, wherein the nozzle comprises an orifice (142,242) having a diameter in the range of 2 µm to about 100 µm.

8. System according to claim 7, wherein the atomizing member comprises a capillary (19,219) and a gas source (23) supplying atomizing gas to the capillary in an amount of about ½ to about 2 liters per minute.

9. The system of claim 8, wherein the feed unit (10,15) supplies liquid to the nozzle at a rate of about 0.01 ml/min to about 3 ml/min.

10. System according to claim 9, wherein the capillary (19) delivers atomizing gas at a distance between 3 mm and 10 mm above the tip of the outlet opening.

11. The system of claim 1, wherein the nozzle has a capillary tube outlet opening (242) arranged coaxially within the atomizing member.

12. System according to claim 11, wherein the atomizing element a gas source (23) supplying a nebulizing gas and a capillary tube outlet opening (219) receiving and directing the nebulizing gas.

13. The system of claim 12, wherein the second capillary tube outflow opening (219) is arranged coaxially and concentrically to the first capillary tube outflow opening (242).

14. The system of claim 13, wherein the first capillary tube orifice (242) has a diameter in the range of about 2 to about 100 µm.

15. The system of claim 12, wherein the gas source (23) supplies atomizing gas to the atomizing member at a rate of about ½ to about 2 l/min.

16. The system of claim 12, wherein the feed unit (10,15) supplies liquid to the nozzle at a rate of about 0.01 to about 3 ml/min.

17. System according to claim 2, which additionally comprises means (137) for directing the aerosol jet from the infrared or Raman spectrometer into a mass spectrometer (M).

18. Method for introducing solute into an infrared or Raman spectrometer, which comprises the steps:

(a) a solution containing a relatively volatile solvent and a relatively non-volatile solute is supplied;

b) an aerosol is generated from the solution by delivering the solution through a channel at a velocity such that droplet formation with a narrow size distribution occurs;

c) an atomising gas is supplied;

d) the droplets formed are atomized with the gas;

(e) the aerosol is entrained in the gas and desolvated at substantially atmospheric pressure;

f) the components of step (e) are relaxed into a low pressure environment while removing the gas therefrom to form a high momentum aerosol jet of solute particles having a narrow particle size distribution;

characterized in that

g) the beam is directed onto a collecting surface.

19. A method according to claim 18, wherein an infrared beam interacts directly with the beam of solute particles.

20. The method of claim 18, wherein the beam of solute particles is directed into an infrared or Raman spectrometer for interrogation by the infrared or Raman spectrometer.

21. A method according to claim 20, wherein the beam of solute particles is directed into a mass spectrometer following the infrared or Raman spectrometer.

22. A method according to claim 18, wherein the solution is supplied from the effluent of a liquid chromatograph.