用于電離樣本氣流的顆粒的方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在諸如質(zhì)譜儀的檢測(cè)器之前電離樣本氣流的顆粒，以確定氣相樣本或者特別地分子或團(tuán)簇(例如氣相堿或酸樣本)的諸如質(zhì)量或濃度的特性的方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]用于確定氣相樣本的特性的精確的質(zhì)譜分析方法在例如大氣研究中具有非常重要的作用，諸如研究例如不同化學(xué)物質(zhì)(諸如氨、胺、硫酸和氧化有機(jī)物)在大氣納米顆粒形成中的作用。特別是需要更好地認(rèn)識(shí)大氣中的胺和高氧化有機(jī)物以及許多其他堿和酸的低濃度和可變性。
[0003]然而，對(duì)例如來(lái)自空氣的微量氣態(tài)化合物的測(cè)量是極困難的，因?yàn)樗鼈兊臐舛认啾扔诳偪諝夥肿訚舛仁菢O低的，并且不同的氣態(tài)化合物和它們的同位素化合物(isotope)比較龐雜。然而，這些分子中的一些即使具有非常小的量，也對(duì)于空氣化學(xué)性質(zhì)和氣溶膠形成具有很大的影響。因此，需要例如在大氣氣溶膠研究中的精密測(cè)量。
[0004]通常通過(guò)質(zhì)譜儀分析氣相樣本，但是也可以使用其他檢測(cè)裝置，例如頂S裝置(離子迀移譜儀)或DMA裝置(微分迀移分析儀)。質(zhì)譜儀檢測(cè)離子或離子團(tuán)簇的質(zhì)荷比，而IMS和DMA裝置基于樣本顆粒的電子迀移率。作為樣本顆粒的大多數(shù)，例如空氣中的分子和團(tuán)簇最初是中性的，它們需要在測(cè)量之前被充電。
[0005]在測(cè)量之前給諸如分子和團(tuán)簇的樣本顆粒充電并且由此提供樣本組分的離子流的一種示例性方法是使用樣本組分的化學(xué)電離(Cl)，其例如使用質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)或與主要離子的樣本組分聚集、或者換句話(huà)說(shuō)使用離子-分子反應(yīng)。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)中有少量的用于例如在質(zhì)譜儀中，例如使用放射源或者電暈充電裝置給分子充電以產(chǎn)生主要離子的方法。然而，存在與現(xiàn)有技術(shù)的解決方案相關(guān)的一些缺陷。如果使用不當(dāng)，放射源可能是有害的，特別是在化學(xué)電離入口(Cl-入口)與酸在一起時(shí)。另夕卜，放射源的存取和處置是非常困難的。此外，例如，由于放射性，具有放射源的充電器的維護(hù)是要求較高的工作并且需要專(zhuān)業(yè)人員修理裝置。并且，與使用、銷(xiāo)售和運(yùn)輸有關(guān)的官方制度也是有挑戰(zhàn)性的。前面所提到的提高了具有放射源的充電器的操作成本。
[0007]在電暈充電中，在針尖上使用高電壓以用于經(jīng)由電暈放電產(chǎn)生離子。然而，電暈放電的使用是非常暴力的電離方法，其會(huì)損壞例如周?chē)囊恍┤跏`的分子或團(tuán)簇。在含氧環(huán)境中，該方法產(chǎn)生大量的臭氧，并且也有可能產(chǎn)生氧氣和羥基自由基等，其可以與氣體樣本中的分子反應(yīng)和/或產(chǎn)生污染，這使得光譜混亂并且使得識(shí)別想要的樣本化合物變得更加困難。該方法也能產(chǎn)生離子，包括，例如HS04-，存在微量水平的S02。這些人造的HS04-離子干擾了通過(guò)從H2S04(硫酸)分子提取質(zhì)子而化學(xué)電離的HS04-離子，由此影響了通過(guò)C1-MS方法的硫酸檢測(cè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于緩解并消除與已知現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的問(wèn)題。特別地，本發(fā)明的目的是提供一種用于電離樣本氣流的顆粒以檢測(cè)極低濃度的氣相組分(包括堿、酸和含氧有機(jī)物)的方法和裝置。
[0009]可以通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求的特征實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的。本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法。另外，本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求9所述的裝置。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，樣本氣流中的諸如分子或團(tuán)簇的顆粒被電離器電離以使得可以確定樣本氣流顆粒的特征。根據(jù)該實(shí)施例，由候選(candidate)試劑氣流的顆粒制成試劑(主要)離子，其可以包括例如硝酸鹽N03-、硫酸氫鹽、HS04-、質(zhì)子化氨、胺、醇類(lèi)或丙酮。
[0011]此外，根據(jù)該實(shí)施例，試劑離子與樣本氣流一起被引入反應(yīng)區(qū)域，以便安排在試劑離子和樣本氣流的顆粒之間的反應(yīng)，從而產(chǎn)生樣本氣體離子，其可以被傳輸至例如檢測(cè)器。在反應(yīng)區(qū)域，所產(chǎn)生的(初步的)離子與樣本氣流的分子或團(tuán)簇或其他顆粒相互作用，從而(經(jīng)由電荷轉(zhuǎn)移)將所述樣本氣體顆粒電離。此外，根據(jù)該實(shí)施例，通過(guò)使用(通過(guò)非放射性的X射線(xiàn)源產(chǎn)生的)軟X射線(xiàn)輻射以電離所述候選(主要)試劑氣流的顆粒來(lái)產(chǎn)生試劑離子。
[0012]樣本氣流優(yōu)選地包括待確定的顆粒，例如大氣中的堿或酸。其還可以包括除了所述待確定的樣本顆粒之外的任意干擾組分。樣本顆粒包括例如分子或團(tuán)簇，并且所述樣本氣流優(yōu)選地處于大氣壓。
[0013]所使用的軟X射線(xiàn)光子的能量?jī)?yōu)選地在1-1OkeV的范圍內(nèi)，最優(yōu)選地大約l_5keV。
[0014]而且，在該實(shí)施例中，鞘流被配置為流動(dòng)至少通過(guò)樣本氣流與電離器的壁結(jié)構(gòu)之間的主要離子產(chǎn)生區(qū)域和反應(yīng)區(qū)域，從而防止或者至少最小化樣本和/或試劑離子流與電離器的壁結(jié)構(gòu)之間的任何相互作用。鞘流優(yōu)選地實(shí)質(zhì)上是層流，并且它包括例如純凈的空氣或氮?dú)?，具有較少量的試劑氣體分子，例如硝酸、硫酸、氨、胺、醇類(lèi)或丙酮。
[0015]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，樣本氣流和候選(主要)試劑氣流被配置為大致同軸地流動(dòng)。所產(chǎn)生的試劑離子的軌跡被配置為向內(nèi)并朝向電荷轉(zhuǎn)移相互作用區(qū)域的樣本氣流彎曲，以使得試劑離子可以與所述樣本氣流顆粒相互作用，并因此在任一檢測(cè)器之前用于樣本氣體離子流。通過(guò)例如使用用于吸引或排斥所述離子的電場(chǎng)，和/或通過(guò)使用流動(dòng)氣流引導(dǎo)部件(例如偏轉(zhuǎn)器、翼或節(jié)流閥，如文氏管)，可以實(shí)現(xiàn)所產(chǎn)生的試劑離子的軌跡。
[0016]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，候選試劑氣流可以包括例如硝酸鹽[N03-]、硫酸氫鹽、HS04-、質(zhì)子化氨、胺、醇類(lèi)或丙酮。無(wú)論如何，這些僅僅是示例，并且應(yīng)當(dāng)理解，候選試劑氣流的組成可以根據(jù)待電離的樣本顆粒而改變。例如，為了給某些樣本氣流顆粒充電，N03-是專(zhuān)門(mén)選擇的，同樣地為了給其他樣本顆粒充電，氨NH4+也是專(zhuān)門(mén)選擇的。作為示例(當(dāng)然不僅限于這些)，為了給例如H2S04[硫酸]、MSA[甲基磺酸]、H2S04+胺團(tuán)簇、高氧化有機(jī)分子及其團(tuán)簇充電，N03-是專(zhuān)門(mén)選擇的，而NH4+可以被用于給胺充電。通過(guò)選擇某些候選試劑氣體，可以非常有選擇地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的電離方法。例如，可以選擇某些候選試劑氣流用于產(chǎn)生某些試劑離子并因此提供在電荷轉(zhuǎn)移相互作用區(qū)域中的選擇性的復(fù)合充電，從而在試劑離子和樣本氣流的某些期望的顆粒(根據(jù)感興趣的顆粒)之間進(jìn)行電荷轉(zhuǎn)移相互作用。
[0017]相對(duì)于已知的現(xiàn)有技術(shù)的方案，本發(fā)明提供了顯著的有益效果。例如，用于電離候選(主要)試劑氣流的非放射性的軟X射線(xiàn)輻射源對(duì)于用戶(hù)來(lái)說(shuō)是非常安全的裝置，因?yàn)樗话魏畏派湫圆牧稀Ｒ虼?，其也是十分容易生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)?，因?yàn)椴恍枰笃帘蜗到y(tǒng)或官方制度。此外，X射線(xiàn)輻射源可以簡(jiǎn)單地被打開(kāi)和被關(guān)閉，例如用于測(cè)試器械的功能或者用于維護(hù)過(guò)程期間。此外，X射線(xiàn)源輻射(即，低能量伽馬輻射)不會(huì)產(chǎn)生干擾分子的識(shí)別的污染物(很大程度上如電暈所做的)。
[0018]此外，因?yàn)樗褂玫腦射線(xiàn)輻射是軟輻射(能量典型地在約1-1OkeV的范圍內(nèi))，它不會(huì)很高程度地?fù)p壞待確定的分子和團(tuán)簇并且由此干擾測(cè)量。
[0019]此外，本發(fā)明的概念可以很容易地用于選擇性的測(cè)量，這意味著待測(cè)量的樣本顆粒(氣體分子或團(tuán)簇)可以通過(guò)選擇合適的試劑(主要)離子組成以用于與所述樣本顆粒相互作用而被確定，即，可以針對(duì)感興趣分子的復(fù)合選擇性充電來(lái)產(chǎn)生離子。例如，當(dāng)如上所述使用N03-作為主要試劑離子時(shí)，某些樣本顆?？梢员浑婋x并因此被確定。該特征被稱(chēng)為選擇性離子化學(xué)電離，并且其具有顯著的有益效果，例如用于僅聚焦于期望的樣本顆粒并因此最小化其他顆粒(由于它們未被充電)的可能的干擾影響。因此，本發(fā)明能夠在可以提取想要的化合物的準(zhǔn)確的質(zhì)量和濃度的位置獲得干凈的質(zhì)譜。作為示例但是不僅限于此，選擇性離子化學(xué)電離可以用于例如包括例如硫酸和甲基磺酸的強(qiáng)酸、包括例如氨和胺的強(qiáng)堿、它們的團(tuán)簇、氧化有機(jī)化合物的檢測(cè)。
[0020]此外，本發(fā)明提供了精確測(cè)量例如大氣中的堿或酸的濃度的可能性，大氣中的堿或酸在樣本氣流中整個(gè)大氣氣體組分的全部組分中的比例非常低。此外，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)在線(xiàn)測(cè)量，并且即使在同一時(shí)間也能實(shí)現(xiàn)高時(shí)間分辨率。另外，可以在大氣壓下進(jìn)行測(cè)量，這增加了(當(dāng)與現(xiàn)有技術(shù)的具有較低測(cè)量壓力的方案進(jìn)行比較時(shí))試劑離子與樣本顆粒的碰撞率并因此使得電離過(guò)程更有效，因此，甚至能測(cè)量ppq量級(jí)的顆粒濃度[ppq，千萬(wàn)億分之一，10 15]。
[0021]本文所呈現(xiàn)的示例性實(shí)施例不應(yīng)被解釋為對(duì)所附權(quán)利要求的適用性進(jìn)行限制。動(dòng)詞“包括”在本文中用作開(kāi)放式限制，其不排除未敘述特征的存在。從屬權(quán)利要求中所述的特征可以相互自由地組合，除非另有明確規(guī)定。
[0022]被認(rèn)為是本發(fā)明的特性的新穎特征特別地在所附權(quán)利要求中描述。然而，通過(guò)結(jié)合附圖閱讀特定的示例性實(shí)施例的如下描述，可以很好地理解本發(fā)明本身，關(guān)于其構(gòu)成和操作方法，以及其附加的目的和有益效果。
【附圖說(shuō)明】
[0023]下面將參照附圖并結(jié)合示例性實(shí)施例更加詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中:
[0024]圖1示出根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的用于電離樣本氣流的顆粒的示例性裝置的原理。
【具體實(shí)施方式】