分析仪器、组件和方法

专利名称：分析仪器、组件和方法
技术领域：
本发明涉及分析仪器，装备仪器，仪器组件和分析方法。更具体的实施例包括质量分析仪器和质量分析方法。
背景技术：
分析仪器，尤其是质量分析仪器可以用于确定未知化合物和混合物的标识和数量。人们希望在未知化合物和混合物的原始地点确定其标识和数量，而不是取得样品并将该样品送至用于分析的实验室，这至少是由于取样和样品运输会污染所获样品和/或取样不实际。另外，重要的是迅速确定未知化合物的标识和数量，而样品的取样和运输不便于快速分析。
质量分析仪器，例如质谱仪是示例性分析仪器，其公认是可用的最可靠的检测技术之一。质谱仪能够提供可再现的信号，其是可以导入系统的几乎任何化合物的诊断特征。质谱分析所提供的能力需要用于许多应用，包括野外使用，其中所述仪器理想地用于样品，而不是更为传统的那样将样品运送到实验室。
复杂的典型分析仪器只限于实验室使用，出于实际的原因，例如尺寸或易碎性，不能在野外使用。在野外，例如，仪器不能避免来自环境的输入，仪器会暴露在可能撞击和/或冲击该仪器的移动中，或者可能出现其他不利条件。因此，出于包括质谱仪的真空系统的易碎性在内的种种原因，质谱仪局限于实验室使用，所述仪器可以依赖于所述真空系统以减少质谱仪的质量分析器内部的工作压力。根据所用质量分析器的类型，较高的压力可以导致离子飞行路线改变、离子运动移相等等，其可以导致错误数据的采集。
此处描述的至少一些分析仪器和方法提供了对环境输入，例如可能在一些分析应用中受到的冲击的增大的适应性调节。所述分析仪器和方法的一些实施例是便携式的，并且可以运输到在实验室外面发生化学反应的地点。

发明内容
根据一实施例，提供了配置为执行多维质量分析的便携式质量分析仪器。质量分析仪器可以包括连接到带有消耗物产生部件的样品制备部件上的质量分析部件，所述消耗物产生部件连接到样品制备部件上。消耗物产生部件可以配置为产生由样品制备部件使用的成分。所述仪器还可以包括连接到一个或多个质量分析部件、样品制备部件和消耗物产生部件上的外壳，其中所述外壳界定了包围所述仪器的空间。
本发明还提供有质量分析仪器，其可以包括包围所述仪器的部件的外壳，其中所述外壳包括处理和控制部件、样品入口部件、样品制备部件、质量分析部件和/或检测部件。所述仪器的外壳可以界定一空间，其具有等于或小于约100,000厘米3的体积。
本发明还提供有仪器组件，其可以包括连接到仪器部件隔离组件上的外壳，其中所述部件隔离组件与外壳外部的环境隔离。示例性仪器组件可以包括配置为提供分析的至少两个仪器部件，即，第一部件和第二部件。可以提供至少部分地包围所述第一和第二部件的仪器外壳，其中所述第一部件刚性连接到仪器外壳上。还可以提供有仪器部件隔离组件，其刚性连接到第二部件上，其中所述隔离组件与外壳接收的输入隔离。


下面参照附图对本发明的优选实施例进行描述。
图1是根据一实施例的仪器的示意图。
图2是根据一实施例的仪器部件的示意图。
图3是根据一实施例的图1中仪器的示意图。
图4是根据一实施例的图1中仪器的示意图。
图5是根据一实施例的图1中仪器的示意图。
图6是根据一实施例的图1中仪器的示意图。
图7是根据一实施例的图1中仪器的示意图。
图8是根据一实施例的图1中仪器的示意图。
图9是根据一实施例的图1中仪器的示意图。
图10是根据一实施例的图1中仪器的示意图。
图11是根据一实施例的图1中仪器的等角视图。
图12A是根据一实施例的图1中仪器的等角视图。
图12B是根据一实施例的图12A中仪器的顶视图。
图12C是根据一实施例的图12A中仪器的正视图。
图12D是根据一实施例的图12A中仪器的侧视图。
图12E是根据一实施例的图12A中仪器的等角视图。
图13是根据一实施例的仪器组件的示意图。
图14是根据一实施例的图13中仪器组件的示意图。
图15是根据一实施例的图13中仪器组件的等角视图。
图16是根据一实施例的图13中仪器组件的等角视图。
图17是根据一实施例的图13中仪器组件的等角视图。
图18是根据一实施例的图13中仪器组件的等角视图。
图19是根据一实施例的图13中仪器组件的等角视图。
具体实施例方式
至少一些实施例提供了分析仪器、组件和/或方法。参考图1-19对这些仪器、组件和/或方法的示例性配置进行描述。
首先参考图1，描述了一示例性分析仪器10，其包括与仪器部件14中的至少一个相连的支撑结构12。分析仪器10可以包括例如质量分析仪器，如质谱分析仪器。可由Griffin Analytical Technologies，3000 Kent Avenue，West Lafayette，IN 47906购得的Minotaur 300和400仪器是示例性的仪器10。
在示例性实施例中，结构12可以支撑、围绕和/或部分地围绕部件14。根据一些实施例，结构12可以称作框架、底座、壳体、柜和/或可以界定由部件14所占据空间的任何结构。结构12的示例性材料包括铝。在一些配置中，由结构12界定的空间不大于或等于大约45.3×45.3×48.8厘米(100,142厘米3)，在其他示例性实施例中，由结构12界定的空间不大于或等于大约25.15×50.55×38.35厘米(48,756厘米3)。例如，部件14可以配置为提供质量分析，包括质谱分析。在示例性配置中，仪器10的重量可以小于22.6千克。
仪器10的示例性配置是便携式的。便携式仪器包括那些由个人在传统实验室外面搬运的仪器。这些仪器可以是独立的，包括电源，或者它们可以配置为与野外可用的外部电源相连接。便携式仪器所具有的尺寸和重量使得它们能够由包括军事人员在内的具有一般体型和力量的人搬运。便携式仪器重量可以小于22.6千克，和/或在一些实施例中界定小于或等于大约100,000厘米3的体积，在其他实施例中，所述仪器可以界定大约100,000-50,000厘米3的体积。如下文更加详细描述的，便携式仪器还可以是坚固的，这样它们可以配置为经得起环境输入，例如由物理碰撞产生的冲击。
参考图2，仪器部件14可以包括质量分析部件，例如样品入口部件16，其操作地连接和/或联接到离子源部件18上，所述离子源部件18可以操作地连接和/或联接到质量分离器部件20上，所述质量分离器部件20操作地连接和/或联接到检测器部件22上。单独或组合的任何和/或所有这些部件可以操作地连接和/或联接到处理和控制装置部件24上。示例性实施例提供了部件14的应用以执行质量分析，包括质谱分析。部件14可以如图2所示操作地连接，或者以能够实现质量分析方法的其他配置方式操作地连接。另外，包括或多或少部件或可选部件在内的其他布置是可能的。
如图2所示，样品26可以被引入样品入口部件16。对本发明来说，样品26表示任何化学成分，包括固相、液相和/或汽相的无机及有机物。适于分析的样品26的特定实例包括例如甲苯的挥发性化合物或其他特定实例，其包括高度复杂的非挥发性蛋白质基结构，例如缓激肽。在某些方面，样品26可以是混合物，包含一种以上的物质，或者在其他方面，样品26可以基本上为纯物质。样品26的分析可以根据如下所述的示例性方面执行。
样品入口部件16可以配置为将一定量的样品26引入用于分析的仪器10(图1)中。根据样品26，样品入口部件16可以配置为制备用于离子化的样品26。样品入口部件16的类型可以包括分批入口(batch inlets)，直接探针入口，色谱入口，和可渗透、半渗透的、固相微量提取(SPME)和/或毛细管薄膜入口。示例性入口包括在提交于2004年6月14日、标题为“样品引入组件和方法”的美国临时专利申请序列号60/579,816中描述的那些入口，该文献在此全文引入作为参考。样品入口部件16还可以包括用于制备气相、液相和/或固相的分析用样品26的装置。在某些方面，样品入口部件16可以与离子源部件18组合。
离子源部件18在示例性实施例中可以配置为直接接收样品26，或者在其他示例性实施例中配置为从样品入口部件16接收样品26。在一个实例中，离子源部件18可以配置为将一部分或全部样品26转变为分析物离子。该转换可以包括用电子、离子、分子、和/或光子轰击样品26。该转换还可以通过热能或电能执行。
离子源部件18可以利用例如电子电离(EI，通常适于气相电离)、光致电离(PI)、化学电离和/或电喷雾(electrospray)电离(ESI)。例如，在PI中，光能可以改变以改变样品的内能。而且，当使用ESI时，样品26可以在大气压下激励。使用ESI时施加的电势可以变化以引起不同的离解度，如提交于2004年4月26日、标题为“仪器，制品和分析方法”的国际申请号PCT/US04/012849中所描述的那样，该文献在此全文引入作为参考。另外，示例性离子源部件包括在提交于2004年7月2日、标题为“光谱仪，组件和方法”的美国临时专利申请No.60/585,113中描述的那些离子源部件，该文献在此全文引入作为参考。
离子源部件18还可以配置为在不使分析物离子化的情况下将分析物变成碎片。在示例性应用中，分析物可以在离子化之后变成碎片。示例性碎裂技术包括碰撞激励的离解。
例如，分析物离子可以从离子源部件18传送至质量分离器部件20。质量分离器部件18可以包括线性四极、三段四极(triplequadrupoles)、四极离子阱(Paul)、圆柱形离子阱、线性离子阱、直线离子阱、离子回旋共振、四极离子阱/飞行时间质谱仪或其他结构中的一个或多个。示例性质量分离器部件包括提交于2003年12月2日、标题为“用于设计质量分离器和离子阱的工艺过程，用于制造质量分离器和离子阱的方法，质谱仪，离子阱，和用于分析样品的方法”的国际专利申请No.PCT/US03/38587中描述的那些质量分离器部件，该文献在此全文引入作为参考。质量分离器部件18还可包括聚焦透镜以及串联质量分离器部件，诸如串联离子阱或串联的离子阱和四极。在一个应用中，多个串联的质量分离器部件中的至少一个可以是离子阱。串联的质量分离器部件可以连续或平行放置。在示例性应用中，串联的质量分离器部件可以接收来自同一离子源部件的离子。在示例性方面中，串联质量分离器部件可以具有相同或不同的几何参数。串联的质量分离器部件还可以接收来自相同或多个离子源部件的分析物离子。
分析物可以从质量分离器部件20传送至检测器部件22。示例性检测器部件包括电子倍增器，法拉第杯收集器，照像和闪烁型检测器。示例性检测器部件还包括在提交于2004年9月7日、标题为“质谱分析技术和质谱分析电路”的美国临时专利申请No.60/607,940中描述的那些检测器部件，该文献在此全文引入作为参考。
利用处理和控制装置部件24可以使数据的采集和生成变得方便。示例性实施例提供了从样品入口部件16到检测器部件22的质谱分析进程可以由处理和控制装置部件24控制并监视。处理和控制装置部件24可以是计算机、微型计算机或能够控制部件14的其他适当电路。该控制可以包括，例如，向离子源部件18和质量分离器部件20施加特定电压，以及通过样品入口部件16引入样品26，还可以包括确定、存储和最终显示由检测器部件22记录的质谱。处理和控制装置部件24可以包含数据采集及查找软件。在一个方面，这种数据采集及查找软件可以配置为执行数据采集和查找，其包括总分析物计数的程序化采集。在另一个方面，数据采集和查找参数可以包括用于与所生成分析物数量相关的方法以预先确定用于采集数据的程序。处理和控制部件的示例性配置包括在提交于2004年9月7日、标题为“分析方法和装置”的美国临时专利申请No.60/607,890以及提交于2003年9月4日、标题为“分析装置操作编程方法和分析装置方法”的国际专利申请No.PCT/US04/29029中所描述的那些部件，两篇文献在此全文引入作为参考。
由于结构12(例如图1)所界定的空间在与典型的仪器相比时可以设想为较小，在示例性实施例中，仪器10可以为便携的和/或可包装的，部件14可以配置为由便携式仪器提供多个分析等级(例如，多维分析，如MS/MS)。结构12可以通过连接装置连接到部件14上，并且结构12可以包括开口(未显示)以允许接触部件14。这些开口可以保持打开或者结构12可以包括在进行相应的打开或去除时允许接触部件14的门或板。
参见图3，显示了仪器10的部件14的示例性配置，包括连接到结构12上的至少一个样品入口部件16。仪器部件14还可以包括连接到至少一个样品入口部件16和至少一个处理及控制部件24上的至少一个分析部件28。分析部件28可以包括配置为执行解析分析的部件，包括但不限于如上所述的部件18、20和22。如示例性显示的那样，至少一个处理和控制部件24可以连接到至少一个样品入口部件16和结构12上。仪器部件14的实施例包括仅连接到至少一个样品入口部件16上的结构12，其中没有处理和控制部件24连接到结构12上。例如，仪器部件14可以配置为提供质谱数据。仪器部件14还可以包括连接到处理和控制部件24的电源，以及(根据需要)入口部件16和分析部件24。示例性电源30可以包括便携式电池，例如密封的铅酸和/或锂离子或聚合物电池。在其他实施例中，电源30可以位于结构12所界定的空间之外。
参见图4，显示了样品入口部件16包括样品引入端口32，其连接到结构12和至少一个样品制备部件34上。例如，端口32可以刚性地连接到结构12上。样品引入端口32可以配置为接收由仪器10(图1)进行分析的样品。示例性样品引入端口32包括注射器端口，其配置为接收样品并将该样品传送至样品制备部件34。
根据样品，样品引入端口32可以配置为制备用于引入到样品制备部件34以及其余部件14(图1)中的样品。根据图4中示例性显示的实施例，样品引入端口32配置为制备用于引入到样品制备部件34中的样品。样品引入端口32可以配置为将样品转换为适于传送的形式，例如，根据仪器10的配置，固体试样可以转换为液体和/或气体，或者液体样品可以转换为气体和/或固体，同样，气体可以转换为液体和/或固体。样品引入端口32的类型可以包括分批入口、直接探针入口、色谱入口和可渗透、半渗透的、固相微量提取(SPME)和/或毛细管薄膜入口。样品入口部件16可以配置为同时使用不同的样品引入端口。例如，在一个实施例中，样品引入端口32可以配置为平行端口，其中一个端口配置为接收来自注射器的样品，另一个端口配置为接收来自另一个仪器例如自动空气取样装置的样品。
样品制备部件34可以配置为制备从端口32接收由分析部件28分析的样品。如示例性显示的那样，样品制备部件34可以连接到分析部件28上。根据可选实施例，分析部件28可以直接连接到端口32上。例如，分析部件28可以配置为接收来自如上所述的分批入口、直接取样器入口、SPME和/或毛细管薄膜入口的样品。根据图4中示例性显示的实施例，样品制备部件34可以配置为通过例如色谱法分离样品。例如，部件34可以配置为气相色谱分析设备。在示例性实施例中，气相色谱分析设备可以包括毛细管柱，在其他实施例中，该设备可以配置为执行快速气相色谱分析。
如图4中示例性显示的那样，样品入口部件16可以包括消耗物发生器36。在示例性实施例中，消耗物发生器36可以配置为产生用于在仪器10操作期间使用的消耗物。例如，在样品制备部件34配置为通过气相色谱分析处理样品时，消耗物发生器36可以配置为给气相色谱仪提供运载气体。在示例性实施例中，发生器36配置为氮气发生器，并且氮气在样品制备部件34执行色谱分析期间用作运载气体。发生器36还可包括氦气发生器，和/或在示例性实施例中，发生器36可以包括空气净化器。氮气、氦气和空气是示例性成分，其可以与样品结合以方便分析，例如运载气体。发生器36还可以包括所述成分例如氮气、氦气和/或空气的箱和/或储存器。示例性方面还包括发生器36，其配置为给端口32提供消耗物。例如，在端口32配置为在样品接收之前或之后被冲洗的情况下，发生器36可以配置为给端口32提供冲洗气体。在示例性实施例中，例如涡轮泵的高真空泵可以配置在初级泵的隔膜头(diaphragm head)处。在示例性实施例中，发生器36可以在仪器10外部使用。示例性方面还包括从仪器10外面提供消耗物，例如将仪器10配置为连接到可消耗运载气体的箱上。
参见图5，显示了分析部件28，其包括连接到真空部件40上的分析室38。分析室38可以连接到样品入口部件16上以便于样品从样品引入端口32(图4)前进。分析室38典型地维持在足够的真空下以便于质谱分析。分析室38可以由铝或不锈钢构造而成，但是足以维持真空的其他材料也是合适的。真空部件40配置为在分析室38内提供足够的真空以便于质谱分析。示例性真空部件40包括吸气泵、活塞泵和/或涡轮泵。在示例性实施例中，可以使用能够提供足够真空的初级泵。在示例性实施例中，真空部件40可以包括高真空泵和初级泵。在示例性应用中，初级泵和高真空泵可以配置为共用公用部件，例如电路和/或电源。部件28包括在提交于2004年1月16日、标题为“质谱仪组件，质谱分析真空室盖组件，和质谱仪操作方法”的国际专利申请No.PCT/US04/01144中描述的那些部件，该文献在此全文引入作为参考。
质量分析部件42的至少一部分可以位于分析室38内。在示例性实施例中，分析部件42可以配置为模块，从而充分方便维修和/或移除及替换。质量分析部件42可以包括此处描述的一个或多个部件18、20和/或22。包括部件42在内的示例性腔室38在提交于2004年1月16日、标题为“质谱仪组件，质谱分析真空室盖组件和质谱仪操作方法”的国际专利申请No.PCT/US04/01144中得以描述，该文献在此全文引入作为参考。
参见图6，显示了分析部件42的示例性配置，其包括连接到样品入口部件16和检测器部件22两者上的分析物改变部件44。在示例性实施例中，分析物改变部件44可以配置为从端口(图4)直接接收样品，或者，在其他示例性实施例中，配置为从样品制备部件34(图4)接收样品。分析物改变部件44可以是配置为在分析物暴露给分析物改变部件时改变分析物的任何部件。例如，分析物改变部件44可以设置为离子化部件以根据一个或多个参数处理/离子化样品从而形成离子化的分析物，例如上文所述的部件18。在该配置中，分析物改变部件参数包括电离参数，其可以包括当样品暴露给分析物改变部件44时影响所述样品的电离、离解和/或裂解量中一个或多个的参数。从样品形成离子化的分析物包括利用电子、离子、分子和/或光子轰击样品。在分析物改变部件44内形成离子化的分析物也可以根据电离参数及其值通过热或电能执行。
分析物改变部件44可以配置为例如电子电离部件(EI，通常适于气相电离)、光致电离部件(PI)、化学电离部件、碰撞致动的离解部件(CID)、电喷雾电离(ESI)、火焰电离和/或大气压化学电离(APCI)。分析物改变部件44可以配置为与其他部件一起操作。在示例性实施例中，EI和CID两者可以成直线或平行配置以接收和改变样品。
在反应形式中，示例性的分析物改变由下面的等式1表示
M+E→M+*+E′→M++F++E″(1)其中M表示中性分析物；E表示提供给M的能量；M+*表示内部激励的离子；E′表示不保留在M+*中作为内能或动能的任何E；M+、F+和N分别表示带电分析物、带电离解产物和中性离解产物；以及E″表示不保留在M+、F+或N中作为内能或动能的任何E。在一个实施例中，分析物改变部件44可以将样品的离解量碰撞成这些其他分子(F+和N)。
分析物改变部件44还可以包括与气相色谱分析和/或液相色谱样品制备部件结合使用的分析物衍生(derivitisation)部件，例如化学衍生部件。另外，设想包括分析物改变部件44的实施例，所述分析物改变部件44配置为多个部件，例如电子碰撞离子源和化学离子源。
其他设想的实施例包括利用按一种构造配置的分析物改变部件44采集数据集，以及利用按另一种构造配置的分析物改变部件44采集另一数据集。例如，数据组可以利用配置为电子电离部件的分析物改变部件44采集，并且另一组数据可以利用配置为化学电离部件的分析物改变部件44采集。
例如，在分析物改变部件44中改变的样品可以在检测部件22中检测。示例性检测部件包括如上所述的电子倍增器、法拉第筒收集极、照像和闪烁型检测器。
接下来参见图7，图中显示了部件42，其包括连接到分析物改变部件44和检测器部件22上的质量分离器部件20。处理和控制部件24可以连接到部件42以及分别连接到改变部件、质量分离器部件和/或检测器部件44、20和/或22上。质量分离器部件20可以包括一个或多个线性四极、三段四极、四极离子阱(Paul)、圆柱形离子阱、线性离子阱、直线离子阱、离子回旋共振、飞行时间质谱仪，离子迁移率(ion mobility)或其他结构。质量分离器部件20还可以包括聚焦透镜以及串联的质量分离器部件，例如串联的离子阱或串联的离子阱和四极离子阱。
在一个应用中，多个串联的质量分离器部件中的至少一个可以是离子阱。串联的质量分离器部件可以连续或平行放置。在示例性应用中，串联的质量分离器部件可以接收来自同一分析物改变部件34的离子。在示例性方面，串联的质量分离器部件可以具有相同或不同的几何参数。串联的质量分离器部件还可以接收来自相同或多个分析物改变部件44的分析物离子。在示例性应用中，质量分离器部件20可以配置为提供多维质量分离和/或分析。当配置用于多维质量分析时，所述仪器可以提供用于混合物分析而无需如上所述的样品制备部件例如气相和/或液相色谱仪的辅助。
根据一个实施例的有用的示例性质量分离器部件20是圆柱形离子阱(CIT)。CIT典型地包括三个部件陷获体积；和两个端帽。典型地，交流电或射频电压以预定速率(例如，控制为50)施加到陷获体积上以喷射随后检测到的陷获分析物。射频电压斜线上升可以包括例如功率和/或频率的变量。这些以预定量的变量组合通常称作波形。通常，波形可被优化以提高所关心的特定分析物的检测。波形也可被优化以允许多级质量分析。
在一个示例性实施例中，质量分离器部件20可以是圆柱形离子阱，并且所述圆柱形离子阱的质量分离器参数可以是影响接收自检测器部件22的离子化分析物的质荷比的参数。影响接收自检测器部件22的离子化分析物的质荷比的示例性圆柱形离子阱参数值是可以表示为波形值的质荷比范围。
参见图8，除了例如先前描述的部件44、20和22之外，光谱测定部件42显示为具有连接到质量分离器部件48上的分析物改变部件46。图8中的光谱测定部件42的配置有时称作MS/MS或串联的质量分离器配置。
如示例性显示的那样，分析物改变部件44可以配置为从样品入口部件16接收样品，并且在一个实施例中给样品提供离化能以形成一组离子化分析物。在示例性方面，分析物改变部件44可以配置为给样品提供离化能以形成第一组离子化分析物。质量分离器部件20可以配置为接收第一组离子化分析物并且提供第一分离波形以分离第一组离子化分析物的第一质荷比范围。分析物改变部件46可以配置为接收离子化分析物的第一范围并且给离子化分析物的第一范围提供第二分析物改变部件参数值以形成第二组离子化分析物。质量分离器部件48可以配置为接收第二组离子化分析物并且提供第二分离波形以分离第二组离子化分析物的第二质荷比范围。检测器部件22可以配置为检测接收自质量分离器部件48的所述范围的离子化分析物。
接下来参见图9，除了上文已经描述的部件44、20、46、48和22之外，光谱测定部件42可以如图所示包括连接到质量分离器部件52上的分析物改变部件50。在一个示例性实施例中，光谱测定部件42配置为执行MS/MS/MS。如图8中所配置的那样，光谱测定部件42可以给如图7中配置的光谱测定部件42加入附加的光谱测定等级。如上所述的所有部件可以通过处理和控制部件24进行控制、监视和/或具有采集自所述处理及控制部件24的数据。在示例性实施例中，所有或至少一个以上的如上所述部件可以连接到处理和控制部件24上。
参见图10，处理和控制部件24显示为具有连接到仪器10(图1)的结构12上的用户接口54。处理和控制部件24还可以包括连接到用户接口54和存储电路58两者上的处理电路56。
根据一个实施例，用户接口54可以连接到结构12上并使用户可以接触处理电路56。用户接口54在示例性实施例中可以采取与结构12的外部对齐的触摸屏的形式，并且用户接口54可以在由结构12界定的体积内并且可以通过结构12中的通道板、门或开口接触用户接口54。在其他实施例中，用户接口54可以是计算机接口，其配置为通向另一个处理和控制部件，例如独立计算机。在示例性实施例中，计算机接口可以是无线接口，并且在其他实施例中，计算机接口可以采用TCP/IP或标准局域网连接的形式。在示例性实施例中，仪器10可以配置为自动积聚和存储样本数据。在其他实施例中，仪器10可以配置为允许访问数据并进一步提供对所采集数据进行操作。根据另一个实施例，仪器10可以配置为在采集时向远程计算机发送数据。
在一个实施例中，从样品入口部件16到分析部件28的分析进程可以由所述示例性实施例中的处理电路56控制和/或监视。处理电路56可以实现为处理器或其它结构，其配置为执行可执行指令，例如包括软件和/或硬件指令。处理电路56的其它示例性实施例包括硬件逻辑、PGA、FPGA、ASIC和/或其它结构。处理电路56的这些实例用于说明，其他构造也是可能的。
处理电路56可以配置为控制由仪器10的使用者限定的分析部件参数值和/或监视如上所述的部件。例如，通过处理电路56控制分析部件参数值可以包括例如控制由改变部件44、46和/或50预先施加的离化能。示例性的监视包括记录从检测器部件22接收到的数据。通过改变分析部件参数值，可以获得样本特征值和/或数据。示例性样本特征值和数据可以包括质谱。
在一个方面，处理电路56可以执行数据采集和查找程序，并且配置为执行数据采集和包括例如总离子流或质谱的样本特征值采集在内的查找。在另一个方面，处理电路56可以配置为响应于一个或多个分析参数，例如包括电子碰撞离子源能量在内的电离参数而与被检样本特征值例如总离子流相关。
处理电路56可以配置为从存储电路58存储和读取数据。存储电路58配置为存储电子数据和/或例如可执行指令(例如，软件和/或硬件)的程序、数据或其他数字信息，并且可以包括处理器可用介质。在示例性实施例中，处理器可用介质包括可以容纳、存储或保持由包括处理电路在内的指令执行系统使用或与其相关的程序、数据和/或数字信息的任一配置。例如，示例性处理器可用介质可以包括任何一种物理媒介，例如电子、磁、光学、电磁和红外线或半导体介质。处理器可用介质的更多特定实例包括，但不限于便携式磁性计算机磁盘，例如软盘的磁盘、zip盘、硬盘、随机存取存储器、只读存储器、闪速存储器、超高速缓冲存储器和/或能够存储程序、数据或其他数字信息的其它配置。实施例还包括其中处理和控制部件24可以配置为自动采集样本数据和分析被采集数据的配置。例如，样品入口部件16可以配置为自动采样器，在示例性实施例中，空气样品可以在由处理和控制部件24控制时以预定间隔采集。处理和控制部件24可以根据预定的用户参数配置以采集样本数据。在其它实施例中，处理和控制部件24可以配置为经无线和/或有线通信向远程位置传送数据和/或仪器状态。
接下来参见图11，质谱分析仪10可以配置为图中显示的那样，包括界定了一体积的结构12，所述部件14位于所述体积内。如示例性显示的那样，部件14包括位于分析部件28上方的样品引入端口32，其中样品制备部件34，在这种情况下，气相色谱分析柱(column)邻近于分析部件28放置。分析部件28配置为执行多维分析，例如上文所述的MS/MS分析。图11中的仪器10还可以包括邻近仪器10外部的处理和控制部件24。在特定实施例中，部件24可以整合到结构12的通道板(未显示)或门(未显示)中。如示例性显示的那样，仪器10配置为具有用户接口54，其位于结构12的下前部处。如所描述的那样，接口54包括至少一个表量规和阀以控制样品入口部件32和34。如所说明的那样，仪器10的宽度为25.15厘米，深度为50.55厘米，高度为38.35厘米。如图11中示例性显示的那样，结构12可以界定包围体积小于或等于大约50,000厘米3的仪器部件14的空间。
参见图12A-E，根据示例性实施例，仪器10可以如显示那样配置为包括外壳12。如图12A中显示的那样，外壳12配置为具有底座或底板60的框架，所述底座或底板60具有由此垂直延伸并且支撑顶部64的支撑件或侧壁62。顶部64可以配置为带有通道口66。通道口66可以配置为通向仪器部件，所述仪器部件位于由如上所述的外壳12界定的空间内。例如，通道口66可以通向处理电路56。顶部64还可以连接到处理和控制部件24以及样品引入端口32上。如示例性显示的那样，分析室38和真空部件40由外壳12包围。例如，图12A的仪器10可以配置为具有制造于外壳12内的开口68。在示例性实施例中，开口68可以配置为容纳电扇，所述电扇在一些实施例中可以便于冷却由外壳12界定的空间。
参见图12B，显示了图12A-E的仪器10的顶视图，其中仪器10配置有位于顶部64上方的盖子70。例如，盖子70可以包括手柄72，其可以提高仪器10的便携性。如所说明的那样，仪器10的深度可以为45.3厘米。参见图10C，图中显示了图12A-E的仪器10的前视图，其中侧板74位于框架上方并且通道板76位于侧板内。如所说明的那样，图12A-12E的仪器10的宽度可以为45.3厘米。根据示例性实施例，板76可以拆下和/或替换为通风盖。在示例性方面，当板76被拆下或替换为通风盖时，通过将吸入空气从这些通风盖通过所述空间引入例如开口68中的电扇，使由外壳12界定的空间的冷却变得方便。参见图12D，显示了图12A-E的仪器10的侧视图，其中侧板74位于框架上方。如所说明的那样，仪器10的高度可以为48.8厘米。图12E是如图12A-E中示例性显示的仪器10的示例性透视图。
说明书的至少一些实施例提供了仪器和组件，以及仪器隔离部件和包括仪器操作方法的系统。参考图13-19对这些组件和方法的示例性配置进行描述。
首先参见图13，显示了仪器10的示例性实施例，包括外壳12，其至少部分地包围分析部件14。在所示实施例中，部件14通过隔离器15与外壳12隔离。在所示实施例中，外壳12至少部分地包围隔离器15。在一个实施例中，隔离器15使部件14与由外壳12经受的一些输入隔离。外壳12经受的输入可以包括来自仪器10的周围环境的输入。示例性输入包括冲击、振动、电输入和/或热输入。示例性隔离器15包括防震支架系统。这种隔离器15可以包括多个防震支架或单个防震支架。示例性隔离器可以包括钢丝绳隔离器。尽管在图13中显示为单个隔离器，但是隔离器15可以包括多个隔离器，并且在其他实施例中，这些隔离器可以放置在使部件14与外壳12隔离的预定位置处。在示例性实施例中，可以通过使用位于所述仪器和在示例性实施例中的底座、平台和/或底板之间的隔离器使该仪器与其环境隔离而使整个仪器10隔离，同时使所有或一部分部件14与外壳12隔离。
示例性部件14包括如上所述的那些部件(图2)，例如位于分析室38中的部件18、20和/或22，所述分析室38连接到真空部件40上。为了实现分析室内的真空，可以使用单个或多个泵作为真空部件40。示例性泵包括不需要任何活动部件的泵，例如离子泵和吸气泵。部件14可以配置为美国专利5,426,300中描述的质谱仪，其内容结合在此作为参考。根据一些实施例，尤其在使用进入设备的大流量运载气体时，离子和吸气型泵不能长时间提供显著的泵送能力水平。这可以是气相色谱仪用作样品引入部件时的情况，这是由于使用运载气体传送样品通过样品入口并因此需要一些气流进入质谱仪的真空室。具有可以使用的活动部件的示例性泵是涡轮分子泵，其是易碎的。
接下来参见图14，显示了仪器10的示例性实施例，其包括至少部分地包围部件14的外壳12。如图14中示例性显示的那样，部件14包括质量分析部件78和80，其可以对应于如上所述的一个或多个部件28。如图14中显示的那样，部件78可以通过隔离器15与接收的输入(例如，由外壳12承受)隔离，同时部件80刚性连接到外壳12上。在其他布置中，仪器的所有部件可以使用一个或多个隔离器15而被隔离。隔离器15可以包括防震支架。防震支架可以根据最大预计冲击、可以在冲击分布后传送给仪器的冲击等级、仪器重量和/或在外壳12界定的空间内的可用移动空间量进行选择。通过隔离器15而与外壳12隔离的部件78可以包括真空部件40，例如涡轮分子泵。部件78还可以包括分析部件14的易碎部件。部件80可以包括更加结实并能够连接到外壳12上的部件，其不对由外壳12接收的冲击和/或环境输入敏感。隔离器15还可以包括防震支架和/或部件隔离组件。部件18可以例如经由柔性管路柔性连接到部件78上和/或配置仪器10内的部件以提供用于在所述部件之间移动的足够空间。
参见图15，显示了仪器10的实施例，其包括对部件隔离组件82进行支撑的外壳12，所述部件隔离组件82通过隔离器15与外壳12隔离。部件隔离组件82可以包括部件隔离组件底座84以及部件隔离组件侧壁86。侧壁86可以从底座84垂直向上延伸并使隔离器15连接到侧壁86上。在所示实施例中，部件70可以包括分析器歧管88，其在提交于2004年1月16日、标题为“质谱仪组件，质谱分析真空室盖组件，和质谱仪操作方法”的PCT申请序列号PCT/US04/01144中进行了详细描述，该文献在此全文引入作为参考。在一个示例性实施例中，分析器歧管88可以通过电线连接到电子器件上。分析器歧管可以与真空部件40相连。在示例性显示的实施例中，分析器歧管88可以连接到带有部件40的侧壁86上，所述部件40延伸穿过部件隔离组件82的底座84中的开口90。在一个示例性实施例中，部件40可以通过柔性管路流体连接到初级抽气泵或初级泵(未显示)上。
接下来参见图16，显示了仪器10的实施例，其包括部件隔离组件82的实施例。根据实施例，部件隔离组件82可以包括对侧壁86进行支撑的部件隔离组件底座84和附加的真空部件40A，例如初级抽气泵。部件隔离组件82可以刚性连接到部件78上。如图16中示例性显示的那样，部件隔离组件82刚性连接到分析器歧管88和附加的真空部件40A上。在该配置中，部件40可以与部件40A相连。如图16中示例性显示的那样，部件隔离组件82可以通过邻近底座拐角的显示为连接到组件底座84上的至少四个隔离器15和连接到底座84大致中心处的至少一个附加的隔离器(未显示)与外壳12隔离。在示例性实施例中，这些附加的隔离器可以连接到部件40A下面的底座84上。
接下来参见图17，图中显示了仪器10的实施例，其包括对隔离器15进行支撑的仪器外壳12，所述隔离器15使部件隔离组件82的实施例与外壳12隔离。部件隔离组件82包括底座84和侧壁86，其可以刚性连接到和/或支撑部件78。在示例性显示的实施例中，部件隔离组件82刚性连接到和/或支撑分析器歧管88、部件40A及电路56。如示例性显示的那样，电路56可以经由例如电缆连接到分析器歧管88上。尽管所示实施例显示了包括分析器歧管88、部件40和40A、以及电路56的分析部件的隔离，但是根据此处描述的系统和方法，部件14的任何组合都可以被隔离。例如，如上所述的任何或所有部件可以如所描述的那样安装，将可以刚性连接到外壳12上的其他部件排除在外。另外，部件78可以与已经连接到其自身的隔离器15上的每个希望部件单独隔离。
接下来参见图18，显示了仪器10的示例性实施例，其包括至少部分地包围部件隔离组件82的外壳12。外壳12可以包括底座60、向上延伸的支撑框架结构62、带有顶部或盖子64。在图18的所示实施例中，顶部64可以包括手柄72。部件隔离组件82可以包括部件隔离组件底座84和部件隔离组件侧壁86。部件隔离组件底座84还可包括开口90。在示例性实施例中，开口90可以配置为接收部件78(未显示)。部件隔离组件82可以通过隔离器15与外壳12隔离。在示例性显示的实施例中，隔离器15可以沿底座84和侧壁86放置。隔离器15可以在例如外壳12的框架62和底座60上的位置处连接到外壳12上。
接下来参见图19，图中显示了仪器10的实施例，其中部件78连接到部件隔离组件上。如上所述，部件78可以包括分析器歧管88和真空部件40。在图19显示的示例性实施例中，电路56可以刚性连接到外壳12上，同时分析器歧管88可以刚性连接到带有真空部件40的部件隔离组件82上，所述真空部件40延伸穿过底座84的开口90。可以刚性连接到外壳12上的示例性电路56包括仪器10的射频电路。
权利要求
1.一种便携式质量分析仪器，其配置为执行多维质量分析。
2.如权利要求1所述的仪器，其特征在于，所述多维质量分析包括顺序的质谱分析。
3.如权利要求1所述的仪器，还包括连接到质量分析部件上的样品入口部件，所述样品入口部件配置为接收用于分析的样品并且制备用于通过所述质量分析部件进行质量分析的样品，其中所述质量分析部件配置为执行多维质量分析。
4.如权利要求3所述的仪器，还包括连接到样品入口部件和质量分析部件中的一个或两者上的处理电路部件，其中，所述处理电路部件配置为用于执行采集数据、储存数据和对由样品入口部件和质量分析部件中的一个或两者产生的被采集数据进行处理中的一项或多项。
5.如权利要求4所述的仪器，其特征在于，所述处理电路配置为由远程处理和存储电路访问。
6.如权利要求3所述的仪器，其特征在于，所述样品入口部件配置为连接到多个取样部件上。
7.如权利要求6所述的仪器，其特征在于，所述取样部件中的一个或多个为模块。
8.如权利要求3所述的仪器，其特征在于，所述样品入口部件配置为连接到多个分析物改变部件上。
9.如权利要求8所述的仪器，其特征在于，所述分析物改变部件中的一个或多个为模块。
10.如权利要求3所述的仪器，还包括包围至少所述质量分析部件的外壳；和连接到外壳和外壳内的至少一个部件上的隔离器。
11.如权利要求10所述的仪器，其特征在于，所述隔离器配置为使所述一个部件与由外壳接收的冲击、振动、电输入和热输入中的一项或多项隔离。
12.如权利要求3所述的仪器，其特征在于，质量分析部件配置为在没有气相色谱分析的情况下进行多维质量分析。
13.一种质量分析仪器，包括连接到样品制备部件上的质量分析部件，所述样品制备部件配置为接收用于分析的样品并将所述样品暴露给一成分；连接到样品制备部件上的消耗物产生部件，所述消耗物产生部件配置为产生所述成分；和连接到所述质量分析部件、样品制备部件和消耗物产生部件中的一个或多个上的外壳，所述外壳界定了包围所述仪器的空间，其中，所述成分由消耗物产生部件从所述空间内部产生。
14.如权利要求13所述的仪器，其特征在于所述样品制备部件配置为执行色谱分析，所述色谱分析使一部分样品分隔成流动相；并且所述成分包括所述流动相。
15.如权利要求14所述的仪器，其特征在于，所述色谱分析包括气相色谱分析，并且所述成分是气体。
16.如权利要求15所述的仪器，其特征在于，所述成分包括氮气。
17.如权利要求13所述的仪器，其特征在于，所述质量分析部件配置为进行多维质量分析。
18.如权利要求17所述的仪器，其特征在于，所述质量分析部件包括圆柱形离子阱。
19.如权利要求13所述的仪器，还包括连接到至少质量分析部件上的处理和控制部件，所述处理和控制部件配置为给质量分析部件提供质量分析参数，其中所述质量分析参数包括波形。
20.一种质量分析仪器，包括包围所述仪器的部件的外壳，所述部件包括处理和控制部件、样品入口部件、样品制备部件、质量分析部件和检测部件，其中所述外壳界定了具有等于或小于大约100,000厘米3的体积的空间。
21.如权利要求20所述的仪器，其特征在于，所述样品入口部件连接到所述样品制备部件上，所述样品入口部件配置为接收样品并将所述样品提供给样品制备部件，其中，所述样品入口部件包括注射器端口。
22.如权利要求20所述的仪器，其特征在于，所述样品入口部件连接到样品制备部件，所述样品制备部件配置为从样品入口部件接收样品，其中所述样品制备部件配置为执行气相色谱分析。
23.如权利要求20所述的仪器，其特征在于，所述样品入口部件连接到质量分析部件，所述质量分析部件配置为从样品入口部件接收样品，其中所述质量分析部件配置为执行多维质量分析。
24.如权利要求23所述的仪器，其特征在于，所述质量分析部件连接到处理和控制部件上，所述处理和控制部件配置为给质量分析部件提供质量分析参数。
25.如权利要求24所述的仪器，其特征在于，所述质量分析参数包括波形。
26.如权利要求25所述的仪器，其特征在于，所述质量分析部件包括圆柱形离子阱。
27.如权利要求20所述的仪器，其特征在于，所述质量分析部件连接到检测部件上，所述检测部件配置为接收来自质量分析部件的电离的分析物，其中所述检测部件包括电子倍增器。
28.一种仪器组件，包括连接到仪器部件隔离组件上的外壳，其中所述部件隔离组件与外壳外部的环境隔离。
29.如权利要求28所述的组件，还包括连接到所述仪器部件隔离组件上的至少一个仪器部件，所述至少一个部件位于由外壳界定的空间内。
30.如权利要求29所述的组件，其特征在于，所述至少一个部件包括泵组件。
31.如权利要求28所述的组件，其特征在于，所述仪器部件隔离组件包括框架，其界定了外壳内的空间。
32.如权利要求31所述的组件，还包括至少一个仪器部件，所述仪器部件位于所述空间内。
33.如权利要求32所述的组件，其特征在于，所述仪器部件连接到仪器隔离组件上。
34.如权利要求31所述的组件，其特征在于，所述框架包括平台，并且还包括多个隔离器，每个隔离器具有连接到所述平台上的一端和连接到所述外壳上的另一端。
35.如权利要求34所述的组件，其特征在于，所述隔离器中的至少一个配置为使所述平台与由外壳接收的冲击、振动、电输入和热输入中的一项或多项隔离。
36.如权利要求34所述的组件，其特征在于，至少四个隔离器连接到平台上。
37.如权利要求34所述的组件，其特征在于，所述部件隔离组件的框架还包括从所述平台延伸的至少两个侧壁，所述侧壁具有连接到其上的隔离器，每个隔离器具有连接到侧壁上的一端和连接到外壳上的另一端。
38.如权利要求37所述的组件，其特征在于，质量分析部件位于所述空间内。
39.如权利要求38所述的组件，其特征在于，所述质量分析部件包括泵组件。
40.如权利要求31所述的组件，其特征在于，所述框架包括平台和从所述平台垂直延伸的至少两个侧壁，每个侧壁通过隔离器单独连接到外壳上。
41.一种仪器组件，包括配置为提供分析的至少两个仪器部件，所述两个部件包括第一部件和第二部件；至少部分地包围所述第一和第二部件的仪器外壳，其中所述第一部件刚性连接到仪器外壳上；和刚性连接到所述第二部件上的仪器部件隔离组件，所述隔离组件与外壳接收的输入隔离。
42.如权利要求41所述的组件，其特征在于，所述两个部件是质量分析仪器部件。
43.如权利要求42所述的组件，其特征在于，所述第一部件是处理和控制部件，所述第二部件是泵组件。
44.如权利要求43所述的组件，其特征在于，所述泵组件包括涡轮分子泵。
45.如权利要求42所述的组件，其特征在于，所述第一部件是样品入口部件，所述第二部件是质量分析部件。
46.如权利要求45所述的组件，其特征在于，所述样品入口部件包括毛细管薄膜入口。
47.如权利要求45所述的组件，其特征在于，所述质量分析部件包括圆柱形离子阱。
48.如权利要求45所述的组件，其特征在于，所述第一部件柔性连接到第二部件上。
49.如权利要求42所述的组件，其特征在于，所述第一部件是处理和控制部件，所述第二部件包括质量分析部件，所述质量分析部件连接到所述处理和控制部件上。
50.如权利要求49所述的组件，其特征在于，所述处理和控制部件配置为给质量分析部件提供质量分析参数。
51.如权利要求50所述的组件，其特征在于，质量分析参数包括波形。
52.一种分析仪器，包括包围至少两个分析部件，即第一部件和第二部件的仪器外壳，所述第一部件刚性连接到外壳上；和减震安装到外壳上的仪器隔离组件，所述仪器隔离组件刚性连接到第二部件上。
53.如权利要求52所述的仪器，其特征在于所述仪器外壳包括底板；并且所述仪器隔离组件包括减震安装到仪器外壳的底板上的底座。
54.如权利要求53所述的仪器，其特征在于所述仪器外壳包括从所述底板垂直延伸的外壳侧壁；并且所述仪器隔离组件包括从所述底座垂直延伸的组件侧壁，所述组件侧壁减震安装到外壳侧壁上。
55.如权利要求54所述的仪器，其特征在于，所述第二部件刚性连接到组件侧壁上。
56.如权利要求55所述的仪器，其特征在于，所述第一部件包括处理和控制部件，所述第二部件包括质量分析部件。
57.如权利要求56所述的仪器，其特征在于，所述处理和控制部件连接到质量分析部件上，所述处理和控制部件配置为给质量分析部件提供质量分析参数。
58.如权利要求56所述的仪器，其特征在于，所述质量分析部件包括圆柱形离子阱。
59.如权利要求52所述的仪器，其特征在于，所述防震支架包括钢丝绳隔离器。
全文摘要
本发明提供了一种配置为执行多维质量分析的便携式质量分析仪器(10)，例如如图12A所示。质量分析仪器可以包括与样品制备部件相连的质量分析部件或与仪器部件隔离组件相连的外壳，其中，所述部件隔离组件与外壳外部的环境隔离。示例性仪器组件可以包括配置为提供分析的至少第一和第二部件，其中所述仪器的外壳至少部分地包围第一和第二部件，并且第一部件刚性连接到外壳上。还可以提供隔离组件，其刚性连接到第二部件上，其中所述隔离组件与外壳接收的输入隔离。
文档编号G01N27/00GK101048219SQ200580024058
公开日2007年10月3日 申请日期2005年6月13日 优先权日2004年6月15日
发明者D·巴基特, G·帕特森, M·格雷戈里, J·斯普林斯顿 申请人:格里芬分析技术有限责任公司