Впускное отверстие масс-спектрометра с уменьшенным средним потоком
Изобретение относится к области масс-спектрометрии. Интерфейс выполнен с возможностью переноса ионов, созданных при давлении, равном или близком к атмосферному давлению, в масс-спектрометр для массового анализа. Интерфейс содержит первый канал с впускным отверстием, выполненным с возможностью приема текучей среды, содержащей ионы, и с выпускным отверстием, выполненным с возможностью направления текучей среды, содержащей ионы, в масс-спектрометр. Первый канал имеет первый проточный тракт, проходящий от впускного отверстия к выпускному отверстию. Интерфейс содержит насос. Интерфейс содержит второй канал. Второй канал содержит впускное отверстие. Второй канал формирует второй проточный тракт, проходящий от места между впускным отверстием и выпускным отверстием первого канала к выпускному отверстию второго канала. Насос выполнен с возможностью отведения части текучей среды, содержащей ионы, протекающей в первом проточном тракте, ко второму проточному тракту. Технический результат - упрощение технического обслуживания, и повышение срока службы интерфейса. 4 н. и 17 з.п. ф-лы, 3 ил.
[0001] Приоритет настоящей заявки испрашивается по дате подачи Предварительной Заявки на патент США №61/856389, поданной 19 июля 2013 года, озаглавленной «Впускное отверстие масс-спектрометра с уменьшенным средним потоком», которая принадлежит заявителю настоящей заявки и включена в настоящий документ во всей своей полноте посредством ссылки.
ПРЕДПОСЫЛКИ
[0002] Настоящее изобретение относится к масс-спектрометрии, в частности к интерфейсам для ионизации при атмосферном давлении для масс-спектрометров.
[0003] Вещества могут быть проанализированы, чтобы определить, содержат ли они другие представляющие интерес вещества, например, незаконные вещества, опасные вещества и т.д. Различные виды анализа, такие как, например, масс-спектрометрия, проводятся в условиях низкого давления. Однако ионы из подлежащего анализу вещества генерируются в условиях более высокого давления, например, при атмосферном давлении.
[0004] Различные способы ионизации при атмосферном давлении включают ионизацию электрораспылением (ESI) (Yamashita M., Fenn J.В., J. Phys. Chem. 88, 4451-4459 (1984)), химическую ионизацию при атмосферном давлении (APCI) (Carroll D.I, Dzidic I., Stillwell R.N., Haegele K.D., Horning E.C., Anal. Chem. 47, 2369-2373 (1975)), десорбциионную ионизацию под действием электрораспыления (DESI) (Takats Ζ., Wiseman J.M., Gologan В., Cooks R.G., Science 306, 471-473 (2004)), прямой анализ в режиме реального времени (DART) (Cody R.B., Laramee J.A., Durst H.D., Anal. Chem. 77, 2297-2302 (2005)), ионизацию диэлектрическим барьерным разрядом при атмосферном давлении (DBDI), активированную электрораспылением лазерную десорбцию/ионизацию (ELDI) (Shiea J., Huang M.Z., Hsu H.J., Lee C.Y., Yuan CH., Beech I., Sunner J., Rapid Commun. Mass Spectrom. 19, 3701-3704 (2005)) и т.п.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0005] Далее описаны системы и способы для анализа веществ, например веществ в условиях окружающей среды.
[0006] В одном из аспектов предложен интерфейс. Интерфейс выполнен с возможностью переноса ионов, созданных в условиях приблизительно атмосферного давления, в масс-спектрометр для анализа массы. Интерфейс содержит первый канал. Первый канал имеет впускное отверстие. Впускное отверстие выполнено с возможностью приема текучей среды, содержащей ионы. Первый канал содержит отверстие. Выпускное отверстие выполнено с возможностью направления текучей среды, содержащей ионы, в масс-спектрометр. Первый канал имеет первый проточный тракт, проходящий от впускного отверстия к выпускному отверстию. Интерфейс содержит насос. Интерфейс содержит второй канал. Второй канал содержит впускное отверстие. Второй канал формирует второй проточный тракт, проходящий от места между впускным отверстием и выпускным отверстием первого канала к выпускному отверстию второго канала. Насос выполнен с возможностью отвода части текучей среды, содержащей ионы и протекающей в первом проточном тракте, во второй проточный тракт. В одном варианте выполнения клапан выполнен с возможностью управления потоком во втором канале.
[0007] В другом аспекте предложена масс-спектрометрическая система. Масс-спектрометрическая система содержит масс-спектрометр, содержащий камеру с впускным отверстием, первый насос, выполненный с возможностью уменьшения давления в камере, и интерфейс. Интерфейс содержит первый канал, имеющий впускное отверстие, выполненное с возможностью приема текучей среды, содержащей ионы, которые подлежат анализу масс-спектрометрической системой. Первый канал системы содержит выпускное отверстие, сообщающееся с впускным отверстием камеры. Первый канал формирует проточный тракт для текучей среды, имеющий некоторую площадь поперечного сечения. Проточный тракт проходит между впускным и выпускным отверстиями. Интерфейс выполнен с возможностью направления по меньшей мере первой части текучей среды, содержащей ионы, в проточный тракт, из выпускного отверстия в камеру, в течение первого периода времени, и по меньшей мере второй части текучей среды, содержащей ионы, в проточный тракт, из выпускного отверстия в камеру, в течение второго периода времени. Интерфейс выполнен с возможностью регулирования количества текучей среды, содержащей ионы, в проточном тракте, который направлен в камеру, причем площадь поперечного сечения проточного тракта остается по существу одинаковой в течение первого периода времени и второго периода времени.
[0008] В другом аспекте предложен способ переноса ионов из области, находящейся при давлении, близком к атмосферному давлению, в камеру масс-спектрометра, находящуюся при пониженном давлении. Способ включает направление текучей среды, содержащей ионы и находящейся при давлении приблизительно 760 мм рт.ст., во впускное отверстие первого канала, формирующего первый проточный тракт из впускного отверстия в выпускное отверстие. Способ включает, в течение первого периода времени, направление текучей среды, содержащей ионы, из выпускного отверстия в камеру масс-спектрометра, имеющую давление меньше 760 мм рт.ст. Способ включает, в течение второго периода времени, втягивание части текучей среды, содержащей ионы, из первого проточного тракта во второй канал, формирующий второй проточный тракт, причем второй проточный тракт проходит от места между впускным отверстием и выпускным отверстием первого канала к выпускному отверстию второго канала и направляет оставшуюся часть текучей среды, содержащей ионы, в камеру масс-спектрометра, имеющую давление меньше 760 мм рт.ст.
[0009] В другом аспекте предложена система, которая содержит источник газообразных ионов при первом давлении. Система содержит масс-спектрометр, выполненный с возможностью работы при втором давлении. Второе давление ниже, чем первое давление. Система также содержит канал между газообразным источником ионов и масс-спектрометром, через который обеспечивается возможность протекания текучей среды, содержащей ионы из источника ионов. Система содержит элемент отвода потока, расположенный между источником газообразных ионов и масс-спектрометром и выполненный с возможностью отвода достаточного количества потока текучей среды, чтобы уменьшить давление в масс-спектрометре до второго давления.
[0010] Эта сущность изобретения предоставлена для упрощенного представления выбора концепций, которые дополнительно описаны ниже в подробном описании. Эта сущность изобретения не предназначена для идентификации ключевых или существенных признаков заявленного изобретения, а также не предназначена для использования в качестве помощи в определении объема заявленного объекта изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0011] Подробное описание приведено со ссылкой на прилагаемые чертежи. На чертежах крайняя левая цифра(ы) номера позиции обозначает номер фигуры чертежей, на которой впервые появляется этот номер позиции. Применение одного и того же номера позиции в различных случаях в описании и на чертежах может указывать на подобные или идентичные элементы.
[0012] Фиг. 1 представляет собой схематическое изображение одного из вариантов выполнения системы, выполненного с возможностью анализа пробы, включая средство генерации ионов, средство анализа и интерфейс между средством генерации ионов и средством анализа.
[0013] Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение другого варианта выполнения системы, выполненного с возможностью анализа пробы, включая средство генерации ионов, средство анализа и интерфейс между средством генерации ионов и средством анализа.
[0014] Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение другого варианта выполнения системы, выполненного с возможностью анализа пробы, включая средство генерации ионов, средство анализа и интерфейс между средством генерации ионов и средством анализа.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
[0015] Прежде чем перейти к чертежам, следует сказать, что во многих ситуациях может быть полезным определять содержание проб. Например, это может быть полезно для предотвращения транспортировки незаконных и/или опасных веществ, например, пассажирами самолетов, перевозящих вещества, например, текучие среды, твердые вещества и т.д., которые должны быть проверены, чтобы определить, содержат ли они какие-либо незаконные, опасные и т.п. вещества. В другом примере может быть полезным анализировать вещества, чтобы определять, содержат ли они примеси, например пробы, протекающие через емкости, такие как трубы, пробы, хранящиеся в емкостях, таких как упаковки, и т.д.
[0016] В вариантах выполнения системы для анализа используются различные способы обработки представляющих интерес веществ с образованием ионов для анализа. Некоторые из этих способов выполняют при более высоком, например, атмосферном давлении. Тем не менее, в различных вариантах выполнения массовый анализ, например массовый анализ с помощью масс-спектрометра, выполняют при более низких давлениях, чем давление, при котором производят подлежащие анализу ионы. Для переноса ионов из области с более высоким давлением, где ионы формируются, в область с более низким давлением, где ионы подвергаются анализу, могут быть использованы интерфейсы давления.
[0017] Некоторые интерфейсы ионизации при атмосферном давлении имеют постоянно открытый канал с рядом ступеней дифференциальной откачки с капиллярным отверстием или с отверстием небольшого диаметра, обеспечивающим возможность переноса ионов в первую ступень низкого давления. В некоторых вариантах выполнения доступ ко второй ступени низкого давления ограничивает скиммер. Для уменьшения и поддержания низкого давления в первой и второй ступенях могут использоваться насосы. Например, один насос, например, форвакуумный насос, может использоваться для уменьшения давления в первой области, в одном варианте выполнения приблизительно до 1 мм рт.ст. Дополнительный насос с разветвленным потоком или несколько дополнительных насосов, например, насос со ступенью Холвека и/или турбомолекулярный насос может использоваться для понижения давления во второй ступени. Может быть выгодно иметь увеличенное число ионов, передаваемых во вторую ступень массового анализа.
[0018] В различных вариантах выполнения увеличенное число ионов может передаваться в область массового анализа путем увеличения потока содержащей ионы текучей среды, например, используя большее впускное капиллярное отверстие, большие отверстия между ступенями дифференциальной откачки и т.д. Однако ионы вводятся в область для массового анализа вместе с фоновой текучей средой (например, газом, воздухом и т.д.), которая не представляет интерес и не анализируется. Таким образом, увеличение количества ионов, вводимых, например, в масс-спектрометр, приводит к поступлению дополнительной текучей среды в область масс-спектрального анализа, в результате чего давление в этой области повышается. В некоторых ситуациях увеличение количества ионов, переданных в конечную область для массового анализа, может привести к необходимости в использовании больших насосных систем для удаления дополнительной текучей среды, поступившей в область для массового анализа, например, посредством больших отверстий и т.д., используемых для передачи ионов от области к области.
[0019] Однако, могут быть выгодны варианты выполнения средств анализа, имеющих меньшие размер и конфигурацию, являющихся ручными, портативными и т.д.
[0020] В одном варианте выполнения текучая среда, содержащая ионы, созданные при более высоких давлениях, вводится в камеру низкого давления масс-спектрометра через интерфейс. Также предусмотрен насос для понижения давления в камере масс-спектрометра и поддержания требуемого давления в камере. Анализ ионов осуществляется в камере низкого давления масс-спектрометра периодически и/или импульсно. Объем работы, производимой насосом для поддержания низкого давления в камере масс-спектрометра, может быть уменьшен путем регулирования количества содержащей ионы текучей среды, которую вводят в камеру низкого давления масс-спектрометра.
[0021] Например, в одном варианте выполнения масс-спектрометр выполнен с возможностью получения большего объема потока текучей среды в течение первого периода времени, в течение которого ионы накапливаются. Масс-спектрометр не получает ионы в течение второго периода времени, в течение которого камеру откачивают (например, давление понижают, текучую среду удаляют из камеры). Масс-спектрометр также не принимает ионы во время, когда накопленные ионы подвергают массовому анализу. Таким образом, количество текучей среды, содержащей ионы, вводимой в камеру низкого давления масс-спектрометра, может быть уменьшено в течение периода времени, когда масс-спектрометр откачивается, и в течение периода времени, когда ионы анализируются. Такая реализация может обеспечить возможность использования насоса меньшего размера, более низкой мощности, более медленного, и т.п. для поддержания камеры масс-спектрометра при низком давлении, в отличие от того, когда в камеру проходит постоянный поток текучей среды, содержащей ионы, что может дать определенные преимущества, например, в портативных масс-спектрометрических системах. Кроме того, в течение периода времени, в котором ионы накапливаются, большие объемы текучей среды и тем самым большее количество ионов может быть введено с использованием вариантов выполнения интерфейсов, как описано ниже в отношении конфигурации, в которой поток текучей среды в камеру с течением времени не регулируется без того, чтобы, например, превышать доступную скорость насоса, использовать наос большего размера, имеющего более высокую скорость, и т.п.
[0022] На Фиг. 1 схематически показан вариант выполнения системы 100 анализа. Система 100 содержит средство 102 генерации ионов, интерфейс 104 и средство 106 анализа. Интерфейс 104 проходит между средством 102 генерации ионов и средством 106 анализа и выполнен с возможностью регулирования потока ионов между средством 102 генерации ионов и средством 106 анализа.
[0023] В одном варианте выполнения средство 102 генерации ионов содержит камеру при приблизительно атмосферном давлении. В одном варианте выполнения камера находится под давлением выше, чем приблизительно 700 мм рт.ст. В другом варианте выполнения камера находится под давлением выше, чем приблизительно 760 мм рт.ст. В другом варианте выполнения камера находится под давлением в диапазоне от приблизительно 650 мм рт.ст. до приблизительно 850 мм рт.ст. В другом варианте выполнения камера находится под давлением приблизительно 760 мм рт.ст. В другом варианте выполнения камера находится под давлением в диапазоне приблизительно от 0,5 атмосфер до 2 атмосфер. В другом варианте выполнения камера находится под давлением приблизительно 1 атмосфера.
[0024] Средство 102 генерации ионов получает вещество, например текучую среду, твердое вещество и т.д., и использует вещество для производства ионов, например, ионов, указывающих на состав вещества и т.д., предназначенного для анализа. В различных вариантах выполнения средство 102 генерации ионов может содержать, например, химический источник ионов при атмосферном давлении, источник ионизации электрораспылением, источник ионизации звуковым распылением, лазерную десорбцию-ионизацию в присутствии матрицы при атмосферном давлении, ионизацию электрораспылением, ионизацию наноэлектрораспылением, химическую ионизацию при атмосферном давлении, десорбцию с ионизацией электрораспылением, ионизацию диэлектрическим барьерным разрядом при атмосферном давлении, плазменную десорбцию-ионизацию при атмосферном давлении и низкой температуре, и лазерную десорбцию-ионизацию в присутствии электрораспыления, и т.д.
[0025] В одном варианте выполнения интерфейс 104 содержит первый канал 108, проходящий от впускного отверстия 110 к выпускному отверстию 112. Впускное отверстие 110 выполнено с возможностью приема текучей среды (например, газа, воздуха, и т.д.), содержащей ионы, из средства 102 генерации ионов. Выпускное отверстие 112 выполнено с возможностью направления текучей среды, содержащей ионы, в средство 106 анализа. Интерфейс 104 также содержит второй канал 114. Второй канал 114 сообщается с первым каналом 108 в месте 115 разветвления между впускным отверстием 110 и выпускным отверстием 112 в первом канале 108. Клапан 116 регулирует поток через канал 114. Второй насос 118 выполнен с возможностью пропускания потока текучей среды через второй канал 114, когда клапан 116 находится в открытом положении. Клапан 116 выполнен с возможностью предотвращения пропускания насосом 118 потока текучей среды через второй канал 114, когда клапан 116 находится в закрытом положении.
[0026] В одном варианте выполнения клапан 116 расположен не в первом проточном тракте. Это может обеспечить возможность нагревания первого канала. Это также может обеспечить возможность освобождения первого проточного тракта от движущихся элементов, что может потребовать лишь незначительного технического обслуживания, обеспечить низкое загрязнение, долгий срок службы интерфейса и т.д.
[0027] В одном варианте выполнения насос 118 представляет собой спиральный насос. В другом варианте выполнения насос 118 представляет собой мембранный насос. В других вариантах выполнения насос 118 может быть насосом любого подходящего типа, выполненным с возможностью пропускания текучей среды и/или уменьшения давления во втором канале 114.
[0028] В одном варианте выполнения средство 106 анализа выполнено с возможностью приема потока текучей среды, содержащей ионы, предназначенные для анализа, из выпускного отверстия 112 первого канала 108. Средство 106 анализа содержит камеру. Средство 106 анализа выполнено с возможностью анализа ионов в камере. Средство 106 анализа содержит насос 120, который выполнен с возможностью понижения давления в камере средства 106 анализа.
[0029] В одном варианте выполнения насос 120 представляет собой турбомолекулярный насос. В другом варианте выполнения насос 120 представляет собой спиральный насос. В другом варианте выполнения насос 120 представляет собой мембранный насос. В других вариантах выполнения насос 120 может быть насосом любого подходящего типа, выполненным с возможностью понижения давления в камере средства 106 анализа. В показанном варианте выполнения средство 106 анализа содержит масс-анализатор, например, масс-спектрометр, выполненный с возможностью массового анализа.
[0030] В одном варианте выполнения насос 120 выполнен с возможностью уменьшения давления в камере средства 106 анализа до приблизительно 1 мм рт.ст. В другом варианте выполнения насос 120 выполнен с возможностью уменьшения давления в камере средства 106 анализа приблизительно менее 1 мм рт.ст. В другом варианте выполнения насос 120 выполнен с возможностью уменьшения давления в камере средства 106 анализа приблизительно менее чем 1×10-2 мм рт.ст. В другом варианте выполнения насос 120 выполнен с возможностью уменьшения давления в камере средства 106 анализа приблизительно менее чем 1×10-3 мм рт.ст.
[0031] Текучая среда, содержащая ионы, созданные в средстве 102 генерации ионов при приблизительно атмосферном давлении, входит в первый канал 108 через впускное отверстие 110. В течение первого периода времени клапан 116 находится в закрытом положении, при этом предотвращается прохождение пробы, содержащей ионы, через второй канал 114, например, весь поток текучей среды, содержащей ионы, проходит через первый канал 108 через выпускное отверстие 112, в камеру низкого давления средства 106 анализа, где ионы собираются для последующего массового анализа. Во время второго периода времени клапан 116 находится в открытом положении, при этом часть пробы, содержащей ионы, вытягивается из первого канала 108 и во второй канал 114 с помощью насоса 118. Также предотвращается попадание этой части пробы в средство 106 анализа. Во время этого второго периода времени камера средства 106 анализа может быть откачена, например, текучая среда без ионов, подлежащих анализу, может быть откачена из камеры, а давление в камере может быть уменьшено и/или захваченные ионы могут быть проанализированы.
[0032] В одном варианте выполнения первый период времени составляет менее чем приблизительно 20% от второго периода времени. В другом варианте выполнения первый период времени составляет менее чем приблизительно 10% от второго периода времени. В одном варианте выполнения первый период времени составляет приблизительно 5% от второго периода времени. В одном варианте выполнения первый период времени составляет приблизительно одну десятую секунды, а второй период времени составляет приблизительно одну секунду. В другом варианте выполнения первый период времени составляет менее чем приблизительно четыре десятых долей секунды, а второй период времени составляет приблизительно одну секунду. В еще одном варианте выполнения второй период времени составляет более чем приблизительно одна секунду, а первый период времени составляет менее чем приблизительно одна секунда.
[0033] В одном варианте выполнения первый канал 108 имеет внутренний диаметр и формирует проточный тракт, имеющий в целом постоянную площадь поперечного сечения между впускным отверстием 110 и выпускным отверстием 112. В другом варианте выполнения первый канал 108 имеет варьируемую площадь поперечного сечения между впускным отверстием 110 и выпускным отверстием 112. Однако в одном варианте выполнения площадь поперечного сечения первого проточного тракта не изменяется с течением времени, например, размеры первого канала 108 не изменяются, чтобы уменьшить количество текучей среды, которая может проходить через первый проточный тракт и наружу из выпускного отверстия 112 в камеру средства 106 анализа. В одном варианте выполнения это может обеспечить более длительный срок службы интерфейса, потребовать меньше технического обслуживания и может обеспечить возможность нагревания до более высоких температур, чем, например, в канале, размеры которого можно варьировать, чтобы изменять количество потока текучей среды, которая может проходить через первый проточный тракт и наружу из выпускного отверстия 112.
[0034] Количество текучей среды, содержащей ионы, которая может протекать через первый канал 108 и наружу из выпускного отверстия 112 и в средство 106 анализа, регулируется путем работы насоса 118 и клапана 116, без изменения внутреннего диаметра первого канала 108 или площади поперечного сечения проточного тракта, образованного первым каналом 108. Например, в одном варианте выполнения количество текучей среды, содержащей ионы, которая может протекать через первый канал 108, наружу из выпускного отверстия 112 и в средство 106 анализа, регулируется без деформации, разрушения или закрытия и т.п. первого канала 108. Это может обеспечить первому каналу 108 продленный срок службы. Это также может обеспечить возможность формирования первого канала 108 из жесткого материала, выполненного без возможности деформирования, разрушения, закрытия и т.п. Например, первый канал 108 в одном варианте выполнения может быть сформирован из металла, который может быть выполнен с возможностью нагревания до более высоких температур, например, без деформации, разрушения и т.п.
[0035] Когда клапан 116 находится в закрытом положении, в одном варианте выполнения через первый канал 108 и в средство 106 анализа может проходить от приблизительно 0,1 литра в минуту (л/мин) до приблизительно 3 л/мин пробы. В другом варианте выполнения, когда клапан 116 находится в закрытом положении, через первый канал 108 и в средство 106 анализа может проходить по меньшей мере приблизительно 0,3 л/мин пробы.
[0036] В одном варианте выполнения регулирование количества текучей среды, поступающей в средство 106 анализа, синхронизировано с работой средства 106 анализа. Например, в одном варианте выполнения, когда средство 106 анализа анализирует ранее инжектированные ионы, интерфейс 104 выполнено с возможностью предотвращения поступления части текучей среды, содержащей ионы в первом канале 108, в средство 106 анализа, например, отведения большей части текучей среды, содержащей ионы, из первого канала 108 во второй канал 114. В одном варианте выполнения, в течение периода инжекции, например, когда средство 106 анализа накапливает ионы, интерфейс 104 выполнен с возможностью обеспечения поступления в средство 106 анализа по существу всей текучей среде, содержащей ионы в первом канале 108, т.е. без отведения части текучей среды, содержащей ионы, из первого канала 108 во второй канал 114.
[0037] В одном варианте выполнения, когда клапан 116 находится в открытом положении, насос 118 выполнен с возможностью понижения давления в интерфейсе 104, в месте 115 разветвления между первым каналом 108 и вторым каналом 114. В одном варианте выполнения, когда клапан 116 находится в открытом положении, насос 118 выполнен с возможностью понижения давления в интерфейсе 104, в месте 115 разветвления между первым каналом 108 и вторым каналом 114, до менее чем приблизительно 200 мм рт.ст. В другом варианте выполнения, когда клапан 116 находится в открытом положении, насос 118 выполнен с возможностью понижения давления в интерфейсе 104, в месте 115 разветвления между первым каналом 108 и вторым каналом 114, до менее чем приблизительно 100 мм рт.ст. В другом варианте выполнения, когда клапан 116 находится в открытом положении, насос 118 выполнен с возможностью понижения давления в интерфейсе 104, месте 115 разветвления между первым каналом 108 и вторым каналом 114, до приблизительно 50 мм рт.ст.
[0038] В одном варианте выполнения, когда клапан 116 находится в открытом положении, насос 118 выполнен с возможностью отведения во второй канал 114 по меньшей мере приблизительно 75% текучей среды, содержащей ионы, проходящей через первый канал 108. В другом варианте выполнения, когда клапан 116 находится в открытом положении, насос 118 выполнен с возможностью отведения во второй канал 114 по меньшей мере приблизительно 85% текучей среды, содержащей ионы, проходящей через первый канал 108. В другом варианте выполнения, когда клапан 116 находится в открытом положении, насос 118 выполнен с возможностью отведения во второй канал 114 по меньшей мере приблизительно 95% текучей среды, содержащей ионы, проходящей через первый канал 108.
[0039] В одном варианте выполнения, когда клапан 116 находится в открытом положении, насос 118 выполнен так, что меньше чем приблизительно 25% текучей среды, содержащей ионы, поступающей в первый канал 108 через впускное отверстие 110, может протекать через выпускное отверстие 112 первого канала 108 и в средство 106 анализа. В другом варианте выполнения, когда клапан 116 находится в открытом положении, насос 118 выполнен так, что меньше чем приблизительно 15% текучей среды, содержащей ионы, поступающей в первый канал 108 через впускное отверстие 110, может протекать через выпускное отверстие 112 первого канала 108 и в средство 106 анализа. В другом варианте выполнения, когда клапан 116 находится в открытом положении, насос 118 выполнен так, что менее чем приблизительно 5% текучей среды, содержащей ионы, поступающей в первый канал 108 через впускное отверстие 110, может протекать через выпускное отверстие 112 первого канала 108 и в средство 106 анализа.
[0040] В одном варианте клапан 116 расположен во втором канале и не находится в проточном тракте, образованным первым каналом 108 между средством 102 генерации ионов и средством 106 анализа, например, текучая среда, содержащая ионы, проходящая в средство 106 анализа, не будут проходить через клапан 116. В одном варианте выполнения интерфейс 104 не содержит подвижные части в первом проточном тракте, образованным первым каналом 108. Это может обеспечить пониженное загрязнение проточного тракта и средства 106 анализа.
[0041] Как показано на Фиг. 1, в одном варианте выполнения система 100 анализа также содержит нагреватель 122. В одном варианте выполнения нагреватель 122 выполнен с возможностью нагревания первого канала 108 до температуры по меньшей мере приблизительно 35°C. В другом варианте выполнения нагреватель 122 выполнен с возможностью нагревания первого канала 108 до температуры по меньшей мере приблизительно 50°C. В другом варианте выполнения нагреватель 122 выполнен с возможностью нагревания первого канала 108 до температуры между приблизительно 50°C и приблизительно 150°C. В другом варианте выполнения нагреватель 122 выполнен с возможностью нагревания первого канала 108 до температуры между приблизительно 150°C и приблизительно 300°C. В другом варианте выполнения нагреватель 122 выполнен с возможностью нагревания первого канала 108 до температуры приблизительно 300°C. В одном варианте выполнения часть второго канала 114 вблизи первого канала 108 может быть нагрета. В одном варианте выполнения часть второго канала 114, включая клапан 116, не подвергается воздействию высоких температур.
[0042] В одном варианте выполнения первый канал 108 выполнен из металла. В других вариантах выполнения первый канал 108 может быть выполнен из любого другого подходящего материала, выполненного с возможностью нагревания до температуры по меньшей мере 100°C без разрушения, деформации, чрезмерного износа и т.п. первого канала 108. Нагрев первого канала 108 может обеспечить уменьшение загрязнения системы, например, загрязнения от «грязных» проб окружающей среды, проб, имеющих примеси и т.д. В одном варианте выполнения нагрев первого канала 108 может предотвратить эффекты переноса, например, производство ионов из предыдущих проб, абсорбированных на внутренних поверхностях первого канала 108. В одном варианте выполнения нагреватель 122 представляет собой электрический нагреватель. В другом варианте выполнения нагреватель 122 представляет собой конвекционный нагреватель. В другом варианте выполнения нагреватель 122 представляет собой индукционный нагреватель. В других вариантах выполнения могут быть использованы другие подходящие нагреватели.
[0043] В одном варианте выполнения внутренний диаметр первого канала 108 имеет значение между приблизительно 0,1 мм и приблизительно 1 мм. В другом варианте выполнения внутренний диаметр первого канала 108 имеет значение между приблизительно 0,25 мм и приблизительно 0,6 мм. В другом варианте выполнения внутренний диаметр первого канала 108 составляет приблизительно 0,4 мм.
[0044] В другом варианте выполнения второй канал 114 выполнен из металла. В одном варианте выполнения первый и второй каналы 108 и 114 могут быть выполнены из любого материала или комбинации материалов, которые выполнены с возможностью поддержания целостности с течением времени и в диапазоне изменяющихся температур.
[0045] В одном варианте выполнения предусмотрен контроллер. Контроллер выполнен с возможностью управления клапаном 116 для приведения в действие клапана 116 между открытой конфигурацией и закрытой конфигурацией.
[0046] В одном варианте выполнения второй канал не содержит клапан. Предусмотрен контроллер. Контроллер выполнен с возможностью включения насоса 118 в течение первого периода времени, чтобы отводить часть текучей среды, содержащей ионы, из первого канала во второй канал, предотвращая попадание этой части текучей среды, содержащей ионы, в средство анализа при работающем насосе. Контроллер выполнен с возможностью выключения насоса 118 в течение второго периода времени, чтобы не отводить часть текучей среды, содержащей ионы, из первого канала, а вместо этого обеспечивать возможность протекания текучей среды, содержащей ионы, через первый канал и в средство анализа.
[0047] В изображенном на Фиг. 1 варианте выполнения второй канал 114 показан формирующим проточный тракт, в целом перпендикулярно проточному тракту, образованному первым каналом 108. В другом варианте выполнения второй канал формирует проточный тракт, проходящий не перпендикулярно первому каналу. В другом варианте выполнения второй канал формирует проточный тракт, который содержит часть, которая, как правило, параллельна первому каналу. В других вариантах выполнения может быть использована любая подходящая ориентация первого и второго каналов 108 и 114 и образованных ими проточных трактов друг относительно друга.
[0048] В одном варианте выполнения выпускное отверстие 112 первого канала 108 соединено непосредственно с масс-анализатором. В другом варианте выполнения выпускное отверстие 112 первого канала 108 соединено с промежуточным устройством хранения ионов, таким как, например, ионная воронка или ионная направляющая, работающие, например, в режиме ловушки для захвата ионов. В другом варианте выполнения средство 106 анализа содержит ионные направляющие устройства, такие как, например, ионную воронку и/или ионную направляющую, расположенную между выпускным отверстием 112 первого канала 108 и масс-анализатором.
[0049] На Фиг. 2 показан другой вариант выполнения системы 200, выполненной с возможностью анализа пробы, содержащей средство 202 генерации ионов, средство 206 анализа, а также интерфейс 204 между средством 202 генерации ионов и средством 206 анализа. Эта система 200 имеет много общего с системой 100, описанной выше. Таким образом, в центре описания этой системы 200 лежат различия между ними. Средство 206 анализа системы 200 содержит первую часть 225, содержащую устройство хранения ионов, и вторую часть 227, в которой выполняют массовый анализ.
[0050] Один вариант выполнения интерфейса 200 был испытан с дифференциально откачиваемыми секциями 225 и 227 в средстве 206 анализа. Первая секция 225 была подсоединена к выпускному отверстию 212 первого канала 208. Подача текучей среды во впускное отверстие 210 первого канала имело место при приблизительно атмосферном давлении. При работающем насосе 220 и закрытом клапане 216, то есть когда весь поток текучей среды проходит через первый проточный тракт и из выпускного отверстия 212 в первой части 225 средства 206 анализа, в первой части 225 давление было равно 8,2 мм рт.ст., а во второй части 227 давление было равно 1,4×10-2 мм рт.ст. При работающей диафрагме насоса 218 и клапане 216, открытом в течение 0,9 секунды и периодически закрытом в течение 0,1 секунды, в первой части 225 давление было равно 1,0 мм рт.ст., а во второй части 227 давление было равно 1,8×10-3 мм рт.ст. Это свидетельствует о том, что средний входящий поток текучей среды в средство 206 анализа был уменьшен приблизительно в 10 раз при открытом клапане 216 в течение 90% каждого периода времени.
[0051] Как показано на Фиг. 1, в одном варианте выполнения, для ряда периодов времени заданной длительности клапан 116 переключается между открытой конфигурацией, на части каждого периода времени заданной длительности, и закрытой конфигурацией, на части каждого периода времени заданной длительности. Интерфейс 100 имеет такую конфигурацию, что, когда клапан 116 открыт, в течение по меньшей мере приблизительно 80% каждого периода времени, давление в камере средства 106 анализа меньше, чем приблизительно 20% от давления в камере средства анализа, когда клапан всегда закрыт 116 в течение каждого периода времени. Интерфейс 100 имеет такую конфигурацию, что, когда клапан 116 открыт, по меньшей мере приблизительно в течение 80% каждого периода времени, скорость потока текучей среды, содержащей ионы, из первого канала 108 в камеру средства 106 анализа меньше приблизительно 20% от скорости потока текучей среды, содержащей ионы, из первого канала 108 в камеру средства 106 анализа, когда клапан всегда закрыт 116 в течение каждого периода времени.
[0052] Как показано на Фиг. 2, в одном варианте выполнения, для ряда периодов времени заданной длительности, клапан 216 переключается между открытой конфигурацией для части каждого периода времени заданной длительности, и закрытой конфигурацией для части каждого периода времени заданной длительности. Интерфейс 200 имеет такую конфигурацию, что, когда клапан 216 открыт в течение приблизительно 90% каждого периода времени, давление в первой части 225 приблизительно в 10 раз меньше, чем давление в первой части 225, когда клапан 216 всегда закрыт для каждого периода времени. Кроме того, интерфейс 200 имеет такую конфигурацию, что, когда клапан 216 открыт в течение приблизительно 90% каждого периода времени, скорость потока текучей среды, содержащей ионы, из первого канала 208 в средство 206 анализа составляет приблизительно 10% от скорости потока текучей среды, содержащей ионы, из первого канала 208 в средство 206 анализа, когда клапан 216 всегда закрыт для каждого периода времени.
[0053] В одном варианте выполнения указанные выше периоды времени имеют длительность между 0,1 секунды и 5 секундами. В другом варианте выполнения указанные выше периоды времени имеют длительность между 0,5 секунды и 2 секундами. В другом варианте выполнения указанные выше периоды времени имеют длительность приблизительно 1 секунду.
[0054] В одном варианте выполнения, когда клапан 216 находится в закрытом положении, давление в первой части 225 составляет от приблизительно 1 мм рт.ст. до приблизительно 30 мм рт.ст., а давление во второй части 227 составляет приблизительно от 1×10-1 мм рт.ст. до приблизительно 1×10-3 мм рт.ст. Когда клапан 216 находится в открытой конфигурации, поток текучей среды в средство 206 анализа уменьшается от приблизительно пяти раз до приблизительно двадцати раз. Когда клапан 216 находится в открытой конфигурации, давление в первой части 225 и давление во второй части 227 снижаются от приблизительно пяти раз до приблизительно двадцати раз.
[0055] На Фиг. 3 показан другой вариант выполнения системы 300, выполненной с возможностью анализа пробы, содержащей средство 302 генерации ионов, средство 306 анализа, а также интерфейс 304 между средством 302 генерации ионов и средством 306 анализа. Эта система 300 имеет много общего с системами 100 и 200, описанными выше. Таким образом, в центре описания этой системы 300 будут различия между указанными выше системами. Система 300 содержит первый насос 331 низкого вакуума и второй насос 333 высокого вакуума. Первый насос 331 низкого вакуума выполнен с возможностью уменьшения давления текучей среды и удаления ее из первой части 325 средства 306 анализа. Второй насос высокого вакуума выполнен с возможностью уменьшения давления текучей среды и удаления ее из второй части 227 средства 306 анализа.
[0056] В различных вариантах выполнения насосы 118, 218, 318 могут быть выполнены с возможностью откачки со скоростью в диапазоне от приблизительно 0,1 л/мин до приблизительно 10 л/мин. В различных вариантах выполнения насосы 118, 218, 318 могут, например, представлять собой MVP 006 насосы, коммерчески доступные от компании Pfeiffer Vacuum GmbH. В других вариантах выполнения могут быть использованы другие подходящие насосы.
[0057] Варианты выполнения процессоров могут включать аналого-цифровые преобразователи, цифроаналоговые преобразователи, усилители, микропроцессоры и т.д., как будет дальше описано ниже. Процессоры не ограничены материалами, из которых они образованы, или используемыми в них средствами обработки. Например, процессор может состоять из полупроводника(ов) и/или транзисторов (например, электронных интегральных схем (ИС)). В процессор может быть включена память. Память может хранить данные, такие как алгоритмы, выполненные с возможностью осуществлять сравнение. Несмотря на то что может быть использовано и одно запоминающее устройство, могут быть использованы самые разнообразные типы и комбинации памяти (например, материальная память), такая как оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), память на жестком диске, съемный носитель памяти, внешняя память, а также другие типы машиночитаемых носителей.
[0058] Использование терминов в единственном или множественном числе в контексте описания изобретения (особенно в контексте нижеследующей формулы изобретения) следует истолковывать как охватывающее как единственное, так и множественное число, если в данном документе не указано иное или явным образом не противоречит контексту. Термины «содержащий», «имеющий», «включающий» и «заключающий» следует истолковывать как открытые термины (т.е. означающие «содержащий, но не ограничиваясь этим»), если не указано иное. Указание диапазонов значений в настоящем документе предназначено только для краткого использования ссылки по отдельности на каждое отдельное значение, попадающее в диапазон, если не указано иное, причем каждое отдельное значение включено в описание, как если бы оно было указано в нем отдельно. Все описанные здесь способы могут быть выполнены в любом подходящем порядке, если не указано иное или явным образом не противоречит контексту. Использование любых и всех примеров, или описательного языка (например, «такой как») в настоящем документе предназначено только для лучшей иллюстрации изобретения и не накладывает ограничений на объем изобретения, если только не указано обратное. Никакие слова в описании не следует толковать как указывающие на любой незаявленный элемент как существенный для практического выполнения изобретения.
[0059] В дополнительных вариантах выполнения разнообразие аналитических приборов может использовать описанные в настоящем документе конструкции, способы, подходы и т.д.. Разнообразие аналитических приборов может использовать описанные способы, подходы, конструкции и тому подобное. Эти устройства могут быть выполнены с ограниченной функциональностью (например, «тонкие устройства») или с повышенной функциональностью (например, «толстые устройства»). Таким образом, функциональность устройства может относиться к программным или аппаратным ресурсам устройства, например, мощности процессора, памяти (например, возможности хранения данных), аналитических способностей, и тому подобное.
[0060] В вариантах выполнения система, включая ее компоненты, работает под управлением компьютера. Например, процессор, включенный в или включающий систему для управления компонентами и функций, описанных здесь, используя программное обеспечение, встроенные программы, аппаратные средства (например, фиксированную логическую схему), ручную обработку или их комбинацию. Термины «контроллер», «функциональность», «сервис» и «логика», используемые в настоящем документе, как правило, представляют собой программное обеспечение, прошивки, аппаратные средства или сочетание программного обеспечения и программно-аппаратных средств, или в сочетании с управлением системой. В случае программной реализации модуль, функциональность или логика представляет собой программный код, который выполняет заданные задачи при выполнении на процессоре (например, ЦПУ или несколько ЦПУ). Программный код может храниться в одном или нескольких устройствах машиночитаемый памяти (например, памяти и/или одном или нескольких материальных носителях), и тому подобное. Конструкции, функции, подходы и способы, описанные в настоящем документе, могут быть реализованы на различных вычислительных платформах, имеющих разнообразные процессоры.
[0061] В процессор может быть включена память. Память может хранить данные, такие как программные инструкции по эксплуатации системы (в том числе ее компонентов), данные и так далее. Несмотря на то что может быть использовано одно запоминающее устройство, может быть использовано большое разнообразие типов и комбинаций памяти (например, материальная память, энергонезависимая), например, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ), память на жестком диске, съемный носитель памяти, внешняя память и другие типы машиночитаемых носителей.
[0062] Хотя в этом описании были раскрыты варианты выполнения конструктивным образом, конструкция и ее конструктивные и/или функциональные эквиваленты могут выполнять способы.
[0063] Варианты вариантов выполнения, раскрытых в настоящем документе, будут очевидны специалистам в данной области техники после прочтения приведенного выше описания. Изобретатели ожидают, что квалифицированные специалисты смогут использовать такие вариации в зависимости от обстоятельств, при этом изобретатели подразумевают, что изобретение может быть выполнено иначе, чем конкретно описано в настоящем документе. Соответственно, настоящее изобретение включает все модификации и эквиваленты предмета, изложенного в прилагаемой формуле изобретения, в соответствии с действующим законодательством. Кроме того, любая комбинация вышеописанных элементов во всех их возможных вариантах охватывается изобретением, если в настоящем документе не указано обратное или явным образом не противоречит контексту.
[0064] Несмотря на то что изобретение описано языком, специфическим для конструктивных признаков и/или методологических действий, следует понимать, что изобретение, определенное в прилагаемой формуле изобретения, не обязательно ограничено конкретными признаками или описанными действиями. Напротив, конкретные признаки и действия раскрыты как иллюстративные формы реализации заявленного изобретения.
1. Интерфейс, выполненный с возможностью переноса ионов, созданных в условиях, близких к атмосферному давлению, в масс-спектрометр для массового анализа, содержащий:
первый канал с впускным отверстием, выполненным с возможностью приема текучей среды, содержащей ионы, и выпускным отверстием, выполненным с возможностью направления текучей среды, содержащей ионы, в масс-спектрометр, причем первый канал формирует первый проточный тракт, проходящий от впускного отверстия к выпускному отверстию,
насос и
второй канал с впускным отверстием, причем второй канал формирует второй проточный тракт, проходящий от места между впускным отверстием и выпускным отверстием первого канала к выпускному отверстию второго канала;
при этом насос выполнен с возможностью отведения во второй проточный тракт части текучей среды, содержащей ионы, проходящей в первом проточном тракте, при этом интерфейс содержит клапан, расположенный во втором проточном тракте, причем клапан при нахождении в открытом положении обеспечивает возможность отведения из первого проточного тракта части текучей среды, содержащей ионы, во второй проточный тракт при помощи насоса, а при нахождении в закрытом положении предотвращает направление части текучей среды, содержащей ионы, из первого проточного тракта во второй проточный тракт, при этом масс-спектрометр содержит камеру, которая находится при давлении, более низком, чем давление, при котором были созданы ионы, и в которую посредством выпускного отверстия направляется текучая среда, содержащая ионы.
2. Интерфейс по п. 1, в котором первый канал является металлическим каналом, причем первый канал и второй канал выполнены как одно целое.
3. Интерфейс по п. 2, в котором первый канал выполнен с возможностью нагревания по меньшей мере до температуры 50°C.
4. Интерфейс по п. 1, в котором первый проточный тракт, образованный первым каналом, имеет первую площадь поперечного сечения, причем первый канал выполнен с возможностью по существу поддержания первой площади поперечного сечения первого тракта при отведении части текучей среды, содержащей ионы, из первого проточного тракта во второй проточный тракт.
5. Интерфейс по п. 1, в котором насос выполнен с возможностью отведения во второй проточный тракт по меньшей мере приблизительно 95% текучей среды, содержащей ионы, проходящей в первом проточном тракте.
6. Масс-спектрометрическая система, содержащая:
масс-спектрометр, содержащий камеру с впускным отверстием,
первый насос, выполненный с возможностью понижения давления в камере, и
интерфейс, содержащий первый канал с впускным отверстием, выполненным с возможностью приема текучей среды, содержащей ионы, предназначенные для анализа в масс-спектрометре, и с выпускным отверстием, сообщающимся с впускным отверстием камеры, причем первый канал формирует проточный тракт для текучей среды, имеющий площадь поперечного сечения и проходящий между указанными впускным и выпускным отверстиями, при этом интерфейс выполнен с возможностью направления по меньшей мере первой части текучей среды, содержащей ионы в проточном тракте, в камеру в течение первого периода времени и по меньшей мере второй части, отличной от первой части текучей среды, содержащей ионы в проточном тракте, из выпускного отверстия в камеру в течение второго периода времени, и
при этом интерфейс выполнен с возможностью регулирования количества текучей среды, содержащей ионы в проточном тракте, направляемой в камеру, причем площадь поперечного сечения проточного тракта остается по существу одинаковой в течение первого периода времени и в течение второго периода времени.
7. Масс-спектрометрическая система по п. 6, в которой выпускное отверстие первого канала соединено непосредственно с впускным отверстием камеры масс-спектрометра.
8. Масс-спектрометрическая система по п. 7, в которой работа масс-анализатора синхронизирована с работой интерфейса.
9. Масс-спектрометрическая система по п. 6, в которой первый канал представляет собой металлический канал, а масс-спектрометр дополнительно содержит нагреватель, выполненный с возможностью нагревания первого канала, причем первый канал выполнен с возможностью нагревания по меньшей мере до температуры 50°C, а интерфейс содержит второй насос, выполненный с возможностью предотвращения попадания в камеру части текучей среды, содержащей ионы.
10. Масс-спектрометрическая система по п. 6, дополнительно содержащая по меньшей мере одно промежуточное устройство хранения ионов, соединенное с выпускным отверстием первого канала и расположенное между выпускным отверстием первого канала и масс-анализатором.
11. Масс-спектрометрическая система по п. 9, в которой интерфейс содержит второй насос и второй канал, причем второй насос выполнен с возможностью предотвращения попадания в камеру части текучей среды, содержащей ионы, и с возможностью отведения во второй канал части текучей среды, содержащей ионы и протекающей в проточном тракте, уменьшая количество поступающей в камеру текучей среды, содержащей ионы.
12. Масс-спектрометрическая система по п. 10, в которой интерфейс содержит клапан, выполненный с возможностью регулирования потока текучей среды из первого канала во второй канал.
13. Масс-спектрометрическая система по п. 6, в которой впускное отверстие выполнено с возможностью приема текучей среды, содержащей ионы, из источника ионизации, который генерирует ионы в области давления, близкого к атмосферному давлению.
14. Способ переноса ионов из области давления, близкого к атмосферному давлению, в камеру масс-спектрометра, имеющую пониженное давление, включающий:
направление текучей среды, содержащей ионы, при давлении приблизительно 760 мм рт.ст. к впускному отверстию первого канала, формирующего первый проточный тракт, проходящий от впускного отверстия к выпускному отверстию,
в течение первого периода времени направление текучей среды, содержащей ионы, из выпускного отверстия в камеру масс-спектрометра, имеющую давление меньше 760 мм рт.ст., и
в течение второго периода времени извлечение части текучей среды, содержащей ионы, из первого проточного тракта во второй канал, формирующий второй проточный тракт, причем второй проточный тракт проходит от места между впускным отверстием и выпускным отверстием первого канала до выпускного отверстия второго канала, и направление оставшейся части текучей среды, содержащей ионы, в камеру масс-спектрометра, имеющую давление меньше 760 мм рт.ст., при этом
клапан расположен во втором проточном тракте, причем клапан при нахождении в открытом положении обеспечивает возможность отведения из первого проточного тракта части текучей среды, содержащей ионы, во второй проточный тракт при помощи насоса, а при нахождении в закрытом положении предотвращает направление части текучей среды, содержащей ионы, из первого проточного тракта во второй проточный тракт, при этом в течение первого периода времени клапан находится в закрытом положении и в течение второго периода времени клапан находится в открытом положении.
15. Способ по п. 14, в котором первый канал представляет собой металлический канал, при этом в способе нагревают первый канал до температуры по меньшей мере приблизительно 50°C.
16. Способ по п. 14, в котором дополнительно понижают давление вблизи места разветвления между первым проточным трактом и вторым проточным трактом до менее чем приблизительно 100 мм рт.ст.
17. Способ по п. 14, в котором количество текучей среды, содержащей ионы, направляемой в камеру в течение второго периода времени, равно не более 5% от количества текучей среды, содержащей ионы, направляемой в камеру в течение первого периода времени.
18. Способ по п. 14, в котором дополнительно производят ионы, используя одно из следующего: ионизация электрораспылением, химическая ионизация при атмосферном давлении, лазерная десорбция-ионизация в присутствии матрицы при атмосферном давлении, термическая ионизация, десорбция с ионизацией электрораспылением, ионизация диэлектрическим барьерным разрядом при атмосферном давлении и лазерная десорбция-ионизация в присутствии электрораспыления.
19. Способ по п. 14, в котором первый проточный тракт, образованный первым каналом, имеет площадь поперечного сечения, которая по существу одинакова в течение первого периода времени и второго периода времени.
20. Способ по п. 14, в котором дополнительно определяют массу ионов, причем второй период времени синхронизируют с работой масс-анализатора.
21. Система, содержащая источник газообразных ионов, находящийся при первом давлении, масс-спектрометр, выполненный с возможностью работы при втором давлении, которое ниже первого давления, и интерфейс по п. 1
