光谱法的离子传送改进的大气气压接口和有关系统与方法
【技术领域】
[0001]本发明总体上涉及与在大气气压或附近进行的电离结合地执行的光谱法，例如质谱法和离子迀移率光谱法。具体地，本发明涉及将大气气压电离装置与谱仪以接口方式连接。
【背景技术】
[0002]光谱法系统通常包括:电离装置(或离子源)，用于对感兴趣的样本的成分进行电离；分析器，用于基于区别属性而分离离子；离子检测器，用于对所分离的离子进行计数；电子电路，用于根据需要处理来自离子检测器的输出信号，以产生用户可解释的谱信息。谱信息可以用于确定样本的成分的分子结构，由此使得能够定性地和定量地表征样本。在质谱法(MS)系统中，分析器是基于离子的差别质荷比(或m/z比率，或更简单地“质量”)来分离离子的质量分析器。取决于设计，质量分析器可以通过利用电场和/或磁场或飞行时间管来分离离子。质量分析器受限于在非常低的真空的操作。在离子迀移率光谱法(IMS)系统中，分析器是基于离子的不同碰撞截面来分离离子的漂移单元。在存在漂移气体的情况下，DC电压梯度将离子拉动通过漂移单元。不同截面面积的离子具有通过气体环境的不同迀移率。漂移单元可以配置用于在真空或在大气气压操作。IMS可以与MS耦合，以提供关于处于研宄的分析物的特有二维信息。此外，在特定“联用”或“混合”系统中，提供给电离装置的样本可以首先经受分析分离的形式。例如，在液相色谱-质谱法(LC-MS)系统或气相色谱-质谱法(GC-MS)系统中，LC或GC柱体的输出可以通过适当的接口硬件传送到电离装置中。
[0003]可以结合光谱法利用各种类型的电离装置。一些电离装置在真空级别操作，而其它电离装置在大气气压(AP)操作。每种类型的电离技术具有其优点和缺点。例如，AP电离与LC仪器提供的高吞吐量兼容。AP电离的示例包括但不限于电喷雾电离(ESI)、大气气压化学电离(APCI)大气气压光电电离(APPI)、或大气气压激光电离(APLI)。
[0004]需要AP接口以成功地将AP电离装置耦合到在真空操作的谱仪，例如MS或减压IMS0谱分析的低效的主要方面之一与收集来自AP电离装置的离子并且将它们传送到分析器的较低气压级有关。困难根源于这样的事实:AP接口中的离子运动受控于静电场甚者更强地受控于气体动力学。通过使用静电场将离子汇聚到离子传送组件(例如孔口或毛细管)中的任何尝试都被气体动力学所束缚。
[0005]用于解决该问题的现有方法必定增加AP接口的气体吞吐量，使得更多气体被放行到谱仪的第一差动泵激级中。该方法同样可以增加所捕获的离子的量。该方法的缺点在于，离子与气体的分离现在必须出现在相对高的气压。已经开发了设备以提供这种分离，例如电动式离子漏斗。这些设备在高达特定气压级别相当合理地工作，但具有其自身的缺点，包括系统的成本和复杂度的增加。例如，通常需要另外的泵以抽空气体。此外，在提升的气压(例如10至30TO1T)的气体动力学使得汇聚低迀移率离子是个挑战。
[0006]因此，目前需要关于将大气气压电离装置与谱仪以接口方式连接的改进。
【发明内容】
[0007]为了全部或部分解决前述问题和/或本领域技术人员已经观察到的其它问题，本公开提供如在以下所阐述的实现方式中通过示例的方式描述的方法、处理、系统、装置、仪器和/或设备。
[0008]根据一个实施例，一种用于谱仪的大气气压(AP)接口包括:电离腔室，其包括壁，用于分离所述电离腔室与所述谱仪的减压区域；接口设备，包括离子入口和气体通道，其中:所述离子入口限定从所述电离腔室到所述减压区域的离子路径；所述气体通道限定从所述电离腔室到所述减压区域外部的气体出口的气体路径；所述气体通道具有比所述离子入口更大的气体传导率，使得流入所述接口设备中的多数气体流入所述气体通道而不流入所述离子入口中；所述接口设备被配置用于施加对于将所述电离腔室中的离子优先汇聚到所述离子入口中有效的静态电场。
[0009]根据另一实施例，一种用于谱仪的大气气压(AP)接口包括:电离腔室，其包括壁，用于分离所述电离腔室与所述谱仪的减压区域；导电内导管，其沿着轴通过所述壁从所述电离腔室延伸到所述减压区域；导电外导管，其延伸通过所述壁并且环绕所述内导管以限定它们之间的通道，其中，所述通道在所述减压区域外部并且终止于气体出口处；电压源，其与所述内导管和所述外导管连通，并且被配置用于生成具有朝向所述轴吸引离子的空间方位的静态电场，其中，所述内导管限定从所述电离腔室到所述减压区域的离子路径，所述通道限定从所述电离腔室到所述减压区域外部的所述气体出口的气体路径。
[0010]根据另一实施例，一种分析分离系统包括:根据在此所公开的任何实施例的AP接口 ；谱仪，其中，所述谱仪包括减压区域以及处于减压区域中的或与减压区域连通的分析分离仪器。
[0011]根据另一实施例，一种分析分离系统包括:大气气压离子源；大气气压离子迀移率谱仪(IMS)漂移单元，其包括与所述离子源连通的单元入口以及距所述单元入口下游的大气气压(AP)接口，所述AP接口包括:离子入口，其限定从所述漂移单元到减压区域的离子路径；气体通道，其限定从所述漂移单元到所述减压区域外部的位置的气体路径。
[0012]根据另一实施例，一种用于将离子传送到谱仪的方法包括:在大约大气气压或更大气压操作含有离子和气体的电离腔室，所述电离腔室经由离子入口与所述谱仪的减压区域连通；将所述电离腔室中的气体通过通道引导到所述减压区域外部的气体出口，其中，所述气体根据所述电离腔室与所述气体出口之间的气压差值而流动；将所述离子引导通过所述离子入口并且进入所述减压区域中，其中，所述气体优先流动到所述通道中，所述离子优先流动到所述内导管中。
[0013]在审阅以下附图和【具体实施方式】时，本发明的其它设备、装置、系统、方法、特征以及优点对于本领域技术人员将会或将变得明显。旨在所有这些另外的系统、方法、特征和优点包括于该描述内、处于本发明的范围内，并且受所附权利要求保护。
【附图说明】
[0014]本发明可以通过参照以下附图得到更好地理解。附图中的组件并不一定成比例，而是重点放于说明本发明的原理。在附图中，相同的附图标记贯穿不同附图指定对应部分。
[0015]图1是根据一些实施例的大气气压(AP)接口的示例的示意图。
[0016]图2是根据一些实施例的AP接口的接口设备的示意图。
[0017]图3是说明接口设备的结构和操作所建立的静态电场的示例的接口设备的示意图。
[0018]图4是根据另一实施例的接口设备的示例的示意图。
[0019]图5是根据另一实施例的接口设备的示例的示意图。
[0020]图6是根据另一实施例的分析分离系统的示例的示意图。
【具体实施方式】
[0021]在本公开的上下文中，术语“大气气压”不限于大气气压的确切值，例如在海平面处的I大气压(760TO1T)。而是，术语“大气气压”通常还涵盖基本上处于(即大约、近似或接近)大气气压的任何气压。相应地，“大气气压”通常涵盖从大约720Torr到大约800Torr的气压的范围。
[0022]图1是根据一些实施例的大气气压(AP)接口 100的示例的示意图。通常，AP接口 100被配置用于高效地将离子从处于大气气压(或之上)的区域传送到处于低大气气压的区域。AP接口 100也可以被配置用于以改进对于亚大气区域的离子传送的效率并且促进亚大气区域中的气体与离子的分离的方式从大气气压区域移除气体。低大气气压可以是真空气压，例如处于从30Torr或更小或从I到30Torr的范围中，或者在另一示例中，处于从20Torr或更小或从I到20Torr的范围中。作为非限制的示例，图1示出分析分离系统104，其中，AP接口 100可操作地与谱仪108集成。相应地，在该实施例中，处于大气气压(或之上)的区域是电离腔室112，处于低大气气压的区域是谱仪108的减压腔室116 (例如第一真空级)。AP接口 100包括至少一个壁120，其在电离腔室112与减压腔室116之间提供结构边界。AP接口 100包括接口设备124，其建立从电离腔室112到减压腔室116的离子路径，并且建立从电离腔室112到分析分离系统104的外部的分离气体路径，如以下进一步详细描述的那样。
[0023]电离腔室112是包括电离设备128的AP离子源的一部分。离子源128可以被配置用于任何类型的AP电离，诸如例如电喷雾电离(ESI)、大气气压化学电离(APCI)大气气压光电电离(APPI)或大气气压激光电离(APLI)。样本源132将样本材料的流提供给电离腔室112。在一些实施例中，样本源132可以是分析分离设备，诸如例如液相色谱仪(LC)的柱