基于感应耦合等离子体的原子分析系统和方法与流程

本主题申请的领域涉及用于感应耦合等离子体(inductively coupled plasma，icp)分析(包括用于质谱流式细胞技术(mass cytometry))的系统和方法。

背景技术：

1、感应耦合等离子体(icp)分析器使用icp炬生成等离子体，在该icp炬中，样品被雾化和电离。可以通过原子分析(例如质谱分析法(mass spectrometry，ms)或原子发射光谱分析法(atomic emission spectrometry，aes))来执行对原子离子的分析。基于颗粒的icp分析包括通过在icp炬中雾化并电离颗粒、随后进行原子分析来分析颗粒(例如，细胞、磁珠或激光烧蚀羽流)。在质谱流式细胞技术中，通过质谱分析法(例如通过icp-ms)来分析颗粒的质量标签(mass tag)。

技术实现思路

1、本主题申请的系统和方法包括以下各项中的一项或多项：可拆卸的icp炬保持器组件、外部点燃设备包括环形翅片的icp加感线圈、颗粒悬浮样品引入射流(sampleintroduction fluidics)、以及它的icp分析器。

技术特征：

1.一种感应耦合等离子体(icp)炬箱，包括：

2.一种感应耦合等离子体(icp)炬箱，包括：

3.一种可拆卸的感应耦合等离子体(icp)炬保持器组件，包括：

4.根据权利要求3所述的炬保持器组件，其中，所述外管从所述外管底座拆下。

5.根据权利要求3或4所述的炬保持器组件，其中，所述内管从所述内管底座拆下。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述炬保持器限定外部气体入口，其中，所述外部气体入口与所述环形区域流体连通。

7.根据权利要求3至6中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述外管底座限定三个或更多个孔，所述三个或更多个孔被定位以提供所述外部气体入口与所述环形区域之间的流体连通，并且其中，所述三个或更多个孔被定向以产生涡流。

8.根据权利要求7所述的炬保持器组件，其中，所述外管底座限定六个孔。

9.根据权利要求7或8所述的炬保持器组件，其中，所述孔在距所述内炬管的出口2.5cm内。

10.根据权利要求3至9中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述外管不包括锥体。

11.根据权利要求3至10中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述内管底座和外管底座均能够单独地从所述炬保持器拆下。

12.根据权利要求3至11中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述内管底座和所述外管底座永久地彼此接合。

13.根据权利要求3至12中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述内炬底座和所述外炬底座被配置为通过紧固件连接。

14.根据权利要求3至13中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述炬保持器包括导热元件，所述导热元件被定位为对注射器进行加热。

15.根据权利要求3至14中任一项所述的炬保持器组件，其中，金属是所述炬保持器的主要材料。

16.根据权利要求3至15中任一项所述的炬保持器组件，其中，铝合金是所述炬保持器的主要材料。

17.根据权利要求3至16中任一项所述的炬保持器组件，其中，所述外管不包括用于使电极延伸到所述外管中的孔。

18.根据权利要求3至17中任一项所述的炬保持器组件，还包括供气歧管，所述供气歧管被配置为容纳所述炬保持器。

19.根据权利要求18所述的炬保持器组件，其中，所述炬保持器包括销，以对准所述炬保持器在所述供气歧管中的位置，并且其中，扭转所述炬保持器允许从所述供气歧管中移除所述炬保持器。

20.根据权利要求18或19所述的炬保持器组件，其中，所述炬保持器限定外部气体入口，其中，所述外部气体入口与所述环形区域流体连通、并且与所述供气歧管的外部气体流动区域流体连通。

21.一种感应耦合等离子体(icp)炬组件，包括：

22.根据权利要求21所述的炬保持器组件，其中，所述外管不包括锥体。

23.一种用于点燃感应耦合等离子体(icp)炬中的等离子体的外部点燃设备，所述点燃设备包括：

24.根据权利要求23所述的外部点燃设备，其中，所述等离子体处于大气条件下。

25.根据权利要求23或24所述的外部点燃设备，其中，所述外部点燃设备被配置为向所述第一电极和所述第二电极提供交流输出电压。

26.根据权利要求25所述的外部点燃设备，其中，所述第一高压变压器和所述第二高压变压器以相反的极性连接到所述电路。

27.根据权利要求25或26所述的外部点燃设备，其中，所述设备被配置为在所述第一电极和所述第二电极之间提供至少1kv的电压差。

28.根据权利要求27所述的外部点燃设备，其中，所述电压差在2kv与100kv之间。

29.根据权利要求28所述的外部点燃设备，其中，所述电压差在5kv与50kv之间。

30.根据权利要求23至29中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述第一高压变压器的最大输出电压和所述第二高压变压器的最大输出电压均在2kv与100kv之间。

31.根据权利要求25至30中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述交流电压处于小于1mhz的频率。

32.根据权利要求31所述的外部点燃设备，其中，所述频率在5khz与100khz之间。

33.根据权利要求32所述的外部点燃设备，其中，所述频率在20khz与40khz之间。

34.根据权利要求25至33中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述交流输出电压和所述交流输出电压的频率足以在大气压下点燃等离子体。

35.根据权利要求25至34中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述电压差和所述频率足以在icp炬中点燃等离子体。

36.根据权利要求23至54中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述外部点燃设备被配置为通过电击穿放电点燃等离子体。

37.根据权利要求23至36中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述外部点燃设备不被配置为通过火花点燃等离子体。

38.根据权利要求23至37中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述外部点燃设备不被配置为通过电弧放电点燃等离子体。

39.根据权利要求23至38中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述外部点燃设备在大气压下点燃等离子体。

40.根据权利要求23至39中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述电极位于距icp炬的外炬壁的5毫米内。

41.根据权利要求23至40中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述外部点燃设备不包括特斯拉线圈。

42.根据权利要求23至41中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述两个高压变压器以相反极性连接到所述电路，使得所述两个高压变压器的相应输出电压反相。

43.根据权利要求23至42中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述两个高压变压器具有在5kv与100kv之间的最大电压输出。

44.根据权利要求23至43中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述电路还包括电压调制器，所述电压调制器被配置为使得所述振荡器周期性地满足所述第一高压变压器和第二高压变压器中的每一者的固有谐振频率。

45.根据权利要求23至44中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述电路处于固定的交流输出电压和频率。

46.根据权利要求23至45中任一项所述的外部点燃设备，其中，所述输出电压和所述输出电压的频率中的至少一者能够由所述外部点燃设备外部的计算机控制。

47.根据权利要求23至46中任一项所述的外部点燃设备，还包括icp炬，其中，所述电极位于所述icp炬的外炬主体的外部。

48.根据权利要求47所述的外部点燃装置，其中，所述等离子体是通过所述外炬主体中靠近所述第一电极的部分与所述外炬主体中靠近所述第二电极的部分之间的电容而被点燃的。

49.根据权利要求47或48所述的外部点燃设备，其中，所述icp炬包括内炬主体，所述外炬主体的至少一部分与所述内炬主体同轴，并且所述第一电极和所述第二电极被定位为使得穿过所述第一电极和所述第二电极的轴线与所述外炬主体的所述一部分相交。

50.一种外部点燃设备，所述外部点燃设备通过放电点燃感应耦合等离子体(icp)炬中的等离子体，其中，所述外部点燃设备被配置为向至少一个电极提供交流ac电流。

51.一种感应耦合等离子体icp加感线圈，包括：

52.根据权利要求51所述的icp加感线圈，其中，所述环形翅片大致呈平面状。

53.根据权利要求51至52所述的icp加感线圈，其中，所述金属或所述合金是铝合金。

54.根据权利要求51至53中任一项所述的icp加感线圈，其中，所述金属或所述合金具有比铜低的导电率。

55.根据权利要求51至54中任一项所述的icp加感线圈，其中，所述金属或所述合金具有比铜低的熔化温度。

56.根据权利要求51至55中任一项所述的icp加感线圈，其中，所述金属或所述合金具有比铜低的延展性。

57.根据权利要求51至56中任一项所述的icp加感线圈，其中，所述icp加感线圈是通过3d打印所述金属或所述合金而形成的。

58.根据权利要求51至57中任一项所述的icp加感线圈，其中，所述icp加感线圈的内部部分比所述icp加感线圈的外部部分厚。

59.根据权利要求58所述的icp加感线圈，其中，所述内部部分限定圆形截面，并且所述外部部分是所述环形翅片。

60.根据权利要求51至59中任一项所述的icp加感线圈，其中，所述icp加感线圈包括最靠近所述圆柱形线圈的纵向轴线的第一部分，其中，所述icp加感线圈包括最远离所述圆柱形线圈的所述纵向轴线的第二部分，其中，所述第一部分的特征在于第一厚度，其中，所述第一厚度是垂直于第一轴线测量的，所述第一轴线平行于所述纵向轴线，其中，所述第二部分的特征在于第二厚度，其中，所述第二厚度是垂直于第二轴线测量的，所述第二轴线平行于所述纵向轴线，其中，所述第一厚度大于所述第二厚度。

61.根据权利要求51至60中任一项所述的icp加感线圈，其中，所述icp加感线圈的内部部分具有比所述icp加感线圈的外部部分大的最小直径。

62.根据权利要求51至61中任一项所述的icp加感线圈，其中，所述金属或所述合金是如下合金：所述合金在所述icp加感线圈不包括所述环形翅片的情况下，与铜相比在操作期间减少了变形。

63.根据权利要求51至62中任一项所述的icp加感线圈，其中，所述金属或所述合金是与铜相比减小了变形的合金。

64.根据权利要求51至63中任一项所述的icp加感线圈，其中，所述icp加感线圈的形状在操作期间减小了变形。

65.根据权利要求64所述的icp加感线圈，其中，所述变形垂直于由所述线圈界定的圆柱形的轴线。

66.根据权利要求64或65所述的icp加感线圈，其中，所述变形沿着由所述线圈界定的圆柱形的轴线。

67.根据权利要求51至66中任一项所述的icp加感线圈，其中，所述icp加感线圈是实心的。

68.根据权利要求51至67中任一项所述的icp加感线圈，其中，一个或多个环形翅片沿着所述icp加感线圈的三匝中的大部分而存在。

69.根据权利要求51至68中任一项所述的icp加感线圈，其中，所述环形翅片对于所述icp加感线圈的至少两匝是连续的。

70.根据权利要求51至69中任一项所述的icp加感线圈，其中，所述icp加感线圈不包括多个翅片。

71.根据权利要求51至70中任一项所述的icp加感线圈，其中，所述icp加感线圈的内部部分比所述icp加感线圈的外部部分厚。

72.根据权利要求51至71中任一项所述的icp加感线圈，其中，由所述icp加感线圈维持的等离子体的体积小于10平方厘米。

73.根据权利要求51至72中任一项所述的icp加感线圈，其中，所述icp加感线圈的长度小于5厘米。

74.根据权利要求51至73中任一项所述的icp加感线圈，其中，从所述环形翅片的最内部分到所述环形翅片的最外部分的距离是所述环形翅片的至少一部分的厚度的至少两倍。

75.一种3d打印的感应耦合等离子体icp加感线圈，包括环形翅片。

76.一种制造感应耦合等离子体icp加感线圈的方法，包括：3d打印所述icp加感线圈。

77.根据权利要求76所述的方法，其中，所述icp加感线圈包括环形翅片。

78.一种样品引入设备，包括：

79.根据权利要求78所述的样品引入设备，其中，所述样品环形成螺旋，所述螺旋包括至少5匝。

80.根据权利要求79所述的样品引入设备，其中，所述螺旋限定具有如下轴线的圆柱形：所述轴线处于与垂直于重力轴线成15度内。

81.根据权利要求78至80中任一项所述的样品引入设备，还包括喷雾器，所述喷雾器与所述样品环流体连通，其中，所述喷雾器与喷雾室流体连通，并且其中，所述喷雾室被配置为将颗粒传递至注射器。

82.根据权利要求78至81中任一项所述的样品引入设备，还包括样品保持器，所述样品保持器被配置为保持多个管。

83.根据权利要求82所述的样品引入设备，其中，所述样品保持器被配置为对所述多个管进行冷却。

84.根据权利要求78至83中任一项所述的样品引入设备，还包括多个泵、多个阀、多个储存器和多个管，所述多个泵、所述多个阀、所述多个储存器和所述多个管被配置为将细胞的悬浮液从所述样品保持器所提供的管转移到探针，通过所述样品环，并且离开所述喷雾器。

85.根据权利要求84所述的样品引入设备，还包括压力传感器，所述压力传感器被配置为在所述探针被一个或多个颗粒堵塞时，检测压力下降。

86.根据权利要求85所述的样品引入设备，还包括存储有多个指令的计算机可读介质，所述多个指令在被执行时控制处理器以操作所述样品引入系统。

87.根据权利要求86所述的样品引入设备，其中，所述多个指令包括在所述探针中检测到堵塞时自动地进行反向流动，从而清除所述探针中的堵塞。

88.根据权利要求87或87所述的样品引入设备，其中，所述处理器操作所述样品引入系统，以在转移所述细胞之前将所述细胞重新悬浮于管中。

89.一种感应耦合等离子体(icp)炬箱，包括以下各项中的至少一项：

90.一种感应耦合等离子体(icp)炬箱，包括以下各项中的至少两项：

91.一种感应耦合等离子体(icp)炬箱，包括：

92.一种感应耦合等离子体(icp)炬箱，包括根据权利要求3至22中任一项所述的可拆卸的icp炬组件。

93.根据权利要求92所述的icp炬箱，还包括供气歧管，所述供气歧管容纳所述可拆卸的icp炬。

94.一种感应耦合等离子体(icp)炬箱，包括根据权利要求23至49中任一项所述的外部点燃设备。

95.一种感应耦合等离子体(icp)炬箱，包括根据权利要求51至79中任一项所述的icp加感线圈。

96.根据权利要求95所述的icp炬箱，其中，所述icp炬箱被功能化以提供通过所述环形翅片的气流，使得所述气流在所述环形翅片中被整匝分隔的各部分之间通过。

97.根据权利要求96所述的icp炬箱，其中，在操作时所述气流被从所述icp炬组件排出。

98.一种感应耦合等离子体(icp)炬箱，包括：

99.根据权利要求98所述的icp炬箱，其中，所述外部点燃设备的第一电极和第二电极位于所述可拆卸的icp炬组件的外管的相对两侧。

100.一种感应耦合等离子体(icp)分析器，包括：

101.根据权利要求100所述的icp分析器，还包括根据权利要求78至88中任一项所述的样品引入系统。

102.根据权利要求101所述的icp分析器，其中，喷雾室设置在所述样品引入系统与所述icp炬组件之间。

103.根据权利要求100至102中任一项所述的icp分析器，其中，所述分析器是质量分析器。

104.根据权利要求103所述的icp分析器，其中，所述分析器是飞行时间质谱仪。

105.根据权利要求104所述的icp分析器，其中，所述分析器包括具有至少80amu的截止点的高通过滤器。

106.根据权利要求103所述的icp分析器，其中，所述分析器是四极杆质谱仪。

107.根据权利要求103所述的icp分析器，其中，所述分析器是扇形磁场分析器。

108.根据权利要求103至107中任一项所述的icp分析器，其中，所述icp分析器包括颗粒引入系统。

109.根据权利要求108所述的icp分析器，其中，所述icp分析器是质谱流式细胞仪。

110.根据权利要求100所述的icp分析器，其中，所述icp分析器是成像质谱仪。

111.根据权利要求110所述的icp分析器，其中，所述icp分析器是激光烧蚀icp质谱仪。

112.根据权利要求111所述的icp分析器，其中，所述icp分析器是成像质谱流式细胞仪。

113.根据权利要求100至102中任一项所述的icp分析器，其中，所述分析器是光学发射光谱仪。

114.一种对样品进行感应耦合等离子体(icp)分析的方法，所述方法使用上述icp系统权利要求中任一项所述的icp分析器。

115.根据权利要求114所述的方法，还包括提供小于每分钟20升的外部气体流。

116.根据权利要求114或115所述的方法，还包括通过辉光放电点燃等离子体。

117.根据权利要求116所述的方法，其中，所述等离子体是通过将交流输出电压施加到所述icp炬外部的两个电极来点燃的。

118.根据权利要求117的方法，其中，所述交流输出电压在2kv与100kv之间。

119.根据权利要求118所述的方法，其中，所述交流输出电压的频率在2khz与100khz之间。

120.根据权利要求116至119中任一项所述的方法，其中，所述等离子体在大气条件下被点燃。

121.根据权利要求114至120中任一项所述的方法，其中，所述样品是细胞的悬浮液。

122.根据权利要求121所述的方法，其中，所述细胞是使用金属标记的抗体标记的。

123.根据权利要求114至120中任一项所述的方法，其中，所述样品是组织切片。

124.根据权利要求123所述的方法，其中，所述组织切片是使用金属标记的抗体标记的。

125.根据权利要求114至120中任一项所述的方法，其中，所述样品不是生物样品。

技术总结
感应耦合等离子体(ICP)分析器使用ICP炬生成等离子体，在该ICP炬中，样品被雾化和电离。可以通过原子分析(例如质谱分析法(MS)或原子发射光谱分析法(AES))执行对原子离子的分析。基于颗粒的ICP分析包括通过在ICP炬箱中雾化并电离颗粒、随后进行原子分析来分析颗粒(例如，细胞、磁珠或激光烧蚀羽流)。在质谱流式细胞技术中，通过质谱分析法，例如通过ICP‑MS来分析颗粒的质量标签。本主题申请的系统和方法包括以下各项中的一项或多项：可拆卸的ICP炬保持器组件、外部点燃设备、包括环形翅片的ICP加感线圈、颗粒悬浮样品引入射流、以及它的ICP分析器。

技术研发人员：亚历山大·洛博达,雷蒙德·琼,迈克尔·沙利文,谢尔盖·沃罗比耶夫,罗伯特·罗滕贝格,埃米尔·斯特拉图拉蒂夫,马克西姆·沃罗诺夫,马克·阿姆斯特朗
受保护的技术使用者：富鲁达加拿大公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14