离子分子反应器和用于分析复杂混合物的设备制造技术

一种用于由分析物产生分析物离子的离子分子反应器，包括：a)反应体积，在反应体积中试剂离子可以与分析物相互作用以形成分析物离子；b)至少一个分析物入口，用于将分析物沿入口路径引入反应体积中，其中优选地，入口路径基本上沿反应体积中的预定传输路径的至少第一部分延伸；c)至少一个试剂离子源和/或至少一个试剂离子入口，用于将试剂离子提供到反应体积中；d)可选地，至少一个离子引导器，其包括电极组件，电极组件配置为用于产生交变电场、磁场和/或电磁场，电场、磁场和/或电磁场允许至少沿预定传输路径的一部分、优选地沿整个传输路径引导试剂离子和/或分析物离子通过反应体积。还提供了一种采样器，其包括一个或多个腔室，其中每个腔室配置成接收各个样品，并且包括入口和出口，使得气态流体流可以穿过每个腔室。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】离子分子反应器和用于分析复杂混合物的设备
本专利技术涉及用于由分析物产生分析物离子的离子分子反应器，特别是与质谱仪一起使用的离子分子反应器，以及用于产生分析物离子和用于分析样品(特别是软木塞)的相应方法。本专利技术的其他方面涉及质谱仪、包括离子分子反应器的成套部件、用于分析样品的设备以及离子分子反应器在质谱分析中的用途，用于分析包含至少一种分析物的气态混合物和用于分析软木塞是否存在软木污染。
技术介绍
质谱分析是一种在许多不同的
中广泛使用的分析技术，用于鉴定和定量纯样品以及复杂混合物中各种感兴趣的物质或化合物(所谓的分析物)。质谱分析通常涉及相应地测量电离的分析物或分析物离子的质荷比。因此，在第一步中，分析物(通常是中性的原子或分子)需要被电离并传输到质量分析器中。因此，化学电离是特别有利的，因为该技术是选择性的并且因此可以达到非常低的检测限，导致最小的碎片以及高度保留分子特性和分析物结构。在化学电离中，通过分析物与通常已经在试剂离子源中产生的试剂离子或初级离子的碰撞来产生电离的分析物。在试剂离子源中，试剂离子可以例如由试剂气体(例如甲烷、氨、水、氮氧化物、氧气等)通过电子电离、等离子体、电磁辐射(例如x射线)或放射性辐射产生。然而，通过化学电离提供电离的分析物的效率基本上取决于三个方面：(1)初级离子或反应物离子的产生；(2)初级离子与分析物的反应；和(3)分析物离子到质量分析仪的传输。在这方面，已知各种实验设备和仪器：US5,175,431(GeorgiaTechResearchCorporations)公开了一种用于连接气相色谱仪与质谱仪的高压接口设备。在该系统中，在流体管中流动的低温清洗缓冲气或载气层中，通过放射性辐射电离痕量气体。作为放射性辐射源，放射性材料可以例如涂覆在流体管内部的环上或置于用于分析物的注射针上。由此，将分析物沿轴向方向在层流区域中引入到流体管中，使得分析物与电离的痕量气体相互作用时被电离并转移到流体管的出口。US2014/0284204A1(AirmodusOY，赫尔辛基大学)描述了一种用于在样本气体进入分析器(例如质量分析器)之前通过化学电离使样本气体中的分子和簇电离的设备。由此，试剂气体通过设置在腔室一侧的入口进入离子分子反应器并用单个x射线源电离。样本气体通过另一入口引入腔室中。该入口沿离子分子反应器的纵向轴线定向并垂直于试剂气体的入口。同样在该设备中，在样本气体与设备的壁结构之间建立层状鞘气流，以引导样本气体和试剂离子。试剂离子的轨迹可以配置为从腔室的一侧向内弯曲并且在相互作用反应处朝向样品气流弯曲。这可以例如通过使用电场、偏转器、翼或节流阀(例如文丘里管)来实现。然而，这些系统相应地需要在流体腔室内通常大于100mbar高压的缓冲气或鞘气，以建立有效地引导试剂离子和分析物的层流。这进而需要使用高纯气体或特定的清洁措施，以避免例如形成带有杂质的不希望的离子种类。此外，离子分子反应器中的高压将相应地导致腔室的记忆效应或较长的恢复时间。另外，为了提供具有所需恒定压力的缓冲气体或建立明确限定的层流，还需要另外的措施。在US2008/0217528A1(TOFWERKAG)中公开了另一种概念，其尤其描述了一种离子分子反应器，其中在高压试剂离子源中产生试剂离子，然后试剂离子沿轴向方向送入细长腔室中，细长腔室包括作为离子引导器的圆柱形棒状电极。分析物分子通过侧面样品入口进入离子分子反应器中，然后在腔室的第一端处于试剂离子与分析物之间的相交点处通过与试剂离子发生反应而被电离。然而，用这种设备只能实现有限的分析物离子产率和有限的灵敏度，尤其是由于试剂离子与分析物之间相对短的相互作用时间。因此，特别是当提到复杂混合物的筛选应用时，用已知的技术难以满足关于灵敏度、选择性和样品处理量的工业需求。例如，在酒行业中，期望对软木塞进行筛选，以减少软木中存在的污染物(其造成“软木污染”)导致的酒后来污染而变化。“软木污染”是一个广义术语，描述了酒具有不希望的气味或味道，尤其是只能在装瓶、陈化和打开后才能检测到的变质。然而，由于待检测的污染物浓度极低以及从软木和木质材料散发的VOC(挥发性有机化合物)的复杂混合物，所以软木的筛选是一个挑战。卤代酚或卤代苯甲醚是一类这样的污染物。由此，2,4,6-三氯苯甲醚(TCA)是最常见的污染物，其含量较高时使酒闻起来发霉或霉臭，像纸板、潮湿水泥或湿报纸一样。在最坏的情况下，酒是不可饮用的。TCA污染对人体健康无害，然而其对用软木塞封闭的酒造成了严重的问题，因为它会影响酒的质量和价格。当软木制成塞时，TCA来源于软木原材料的化学加工。当用氯化酚类化合物(其是木材加工中使用的一种抗菌剂)处理特定真菌时形成TCA。由于人类可以感知到浓度极低(ng/L)的TCA，因此极少量的这种化合物(大约纳克/升)可能是造成这种缺点的原因。因此，期望对软木进行卤代苯甲醚如TCA的有效且优选的自动筛选，以防止酒在储存和发酵过程中损坏。US9,588,089B2(CevaqueInvest)描述了一种通过气相色谱法(GC)分析软木的方法。然而，如果要实现足够的分离以减少假阳性的数量，则该方法很慢。因此，仍然需要进一步改进的技术和仪器用于分析物的化学电离，这些技术和仪器特别适合用于质谱分析。此外，需要提供用于涉及复杂混合物的工业筛选应用的解决方案。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供属于最初提到的
的改进的设备和方法。特别地，将提供用于以高灵敏度检测和分析分析物并允许高的样品处理量的改进的设备和方法。特别地，该设备和方法适于以更高的灵敏度和尤其是足够的特异性或分离来检测软木污染和/或卤代苯甲醚，以减少假阳性率。特别地，将提供用于分析物的化学电离的改进的技术和仪器，该技术和仪器特别适合用于质谱分析中。由此，希望获得尽可能高的分析物离子产率。还应该提供可以提高质谱分析中的灵敏度和/或允许测量超低浓度(例如在大气科学或酒行业等中如几ppqv(以体积计每千万亿中的份数)范围的浓度)的分析物的设备和方法。此外，该技术和仪器应尽可能地安全且易于使用。根据本专利技术的解决方案尤其由权利要求1的特征说明。因此，根据本专利技术，用于由分析物产生分析物离子的离子分子反应器、特别是与质量分析器一起使用和/或在质谱分析中使用的离子分子反应器包括：a)反应体积(reactionvolume)，在反应体积中试剂离子可以与分析物相互作用以形成分析物离子，特别是通过化学电离；b)至少一个分析物入口，其允许将分析物沿入口路径引入到反应体积中，由此优选地，入口路径的方向基本上沿反应体积中的预定传输路径的至少第一部分的方向延伸；c)至少一个试剂离子源和/或至少一个试剂离子入口，其允许将试剂离子提供到反应体积中；d)可选地，至少一个离子引导器，其包括电极组件，电极组件配置为用于产生交变电场、磁场和/或电磁场，交变电场、磁场和/或电磁场允许至少沿预定传输路径的一部分、特别是沿传输路径的第一部分、优选地本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于由分析物(121、321)产生分析物离子(123、323)的离子分子反应器(100、300)，特别地用于与质量分析器一起使用，所述离子分子反应器包括：/na)反应体积(140、340)，在所述反应体积(140、340)中试剂离子(131、331)能够与所述分析物(121、321)相互作用、特别是通过化学电离，以形成分析物离子(123、323)；/nb)至少一个分析物入口(120、320)，用于将所述分析物(121、321)沿入口路径(122、322)引入所述反应体积(140、340)中，其中优选地，所述入口路径(122、322)基本上沿所述反应体积(140、340)中的预定传输路径(141、341)的至少第一部分延伸；/nc)至少一个试剂离子源和/或至少一个试剂离子入口(130、330a、330b)，用于将试剂离子(131、331)提供到所述反应体积(140、340)中；/nd)可选地，至少一个离子引导器(150、151、350、351)，所述离子引导器(150、151、350、351)包括配置为用于产生交变电场、磁场和/或电磁场的电极组件，交变电场、磁场和/或电磁场允许至少沿所述预定传输路径(141、341)的一部分、优选地沿整个传输路径引导所述试剂离子(131、331)和/或所述分析物离子(123、323)通过所述反应体积(140、340)。/n...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20171020 EP 17197558.4;20180425 EP PCT/EP2018/06061.一种用于由分析物(121、321)产生分析物离子(123、323)的离子分子反应器(100、300)，特别地用于与质量分析器一起使用，所述离子分子反应器包括：
a)反应体积(140、340)，在所述反应体积(140、340)中试剂离子(131、331)能够与所述分析物(121、321)相互作用、特别是通过化学电离，以形成分析物离子(123、323)；
b)至少一个分析物入口(120、320)，用于将所述分析物(121、321)沿入口路径(122、322)引入所述反应体积(140、340)中，其中优选地，所述入口路径(122、322)基本上沿所述反应体积(140、340)中的预定传输路径(141、341)的至少第一部分延伸；
c)至少一个试剂离子源和/或至少一个试剂离子入口(130、330a、330b)，用于将试剂离子(131、331)提供到所述反应体积(140、340)中；
d)可选地，至少一个离子引导器(150、151、350、351)，所述离子引导器(150、151、350、351)包括配置为用于产生交变电场、磁场和/或电磁场的电极组件，交变电场、磁场和/或电磁场允许至少沿所述预定传输路径(141、341)的一部分、优选地沿整个传输路径引导所述试剂离子(131、331)和/或所述分析物离子(123、323)通过所述反应体积(140、340)。


2.根据权利要求1所述的离子分子反应器，其中，所述至少一个试剂离子源和/或至少一个试剂离子入口(130、330)配置为产生试剂离子的总束，所述总束关于由所述传输路径(141、341)的第一部分、所述入口路径(122、322)和/或所述分析物入口(120、320)的方向限定的轴线具有旋转对称性或圆对称性。


3.根据权利要求1-2中任一项所述的离子分子反应器，其中，所述离子引导器包括电极组件，所述电极组件具有至少两个、特别是至少三个、特别是至少四个、优选地至少五个、特别是至少六个或至少八个电极，其中所述电极能够单独地定址。


4.根据权利要求1-3中任一项所述的离子分子反应器，其中，所述离子引导器包括多极电极组件、离子漏斗和/或离子毯。


5.质谱仪(500)，其包括根据权利要求1-4中任一项所述的离子分子反应器。


6.成套部件，其包括根据权利要求1-4中任一项所述的离子分子反应器或根据权利要求5所述的质谱仪，以及用于从样品收集至少一种分析物的采样器。


7.根据权利要求6所述的成套部件，其中，所述采样器是顶空采样器，特别地包括中空体，特别是容器、瓶和/或中空管。


8.根据权利要求7所述的成套部件，其中，所述采样器包括用于接收样品的可加热的容器、用于将气态流体引入到所述容器内部的入口和用于从所述采样器回收气态流体的出口。


9.根据权利要求7-8中任一项所述的成套部件，其中，所述容器包括用于将样品、特别是软木塞插入所述容器中的开口，其中，优选地，所述开口的边缘构造成当所述样品放置在所述容器中时将所述样品封装在给定的接触区域。


10.根据权利要求7-9中任一项所述的成套部件，其中，所述采样器包括加热元件，所述加热元件允许加热所述容器，特别是加热至20-300℃、优选地30-100℃、特别是40-75℃的温度。


11.根据权利要求7-10中任一项所述的成套部件，其中，所述采样器包括用于在气态流体进入所述入口之前预加热所述气态流体的热交换器元件，其中，优选地，所述热交换器元件允许所述气态流体在进入所述入口之前与所述容器的外表面接触。


12.根据权利要求7-11中任一项所述的成套部件，其中，所述容器包括单端封闭的管状容器，优选地，所述出口在所述单端封闭的管状容器的端面中和/或所述入口在所述单端封闭的管状容器的侧面中。


13.根据权利要求12所述的成套部件，其中，所述单端封闭的管状容器包括在间隔开的管状外壳内，使得在所述单端封闭的管状容器的侧面周围具有封闭的自由体积，并且使得所述单端封闭的管状容器的开口端保持从外部可自由进入。


14.根据权利要求7-13中任一项所述的成套部件，其中，所述容器包括过压排放口、可透气的部分和/或可透气的封闭件。


15.根据权利要求14所述的成套部件，其中，所述可透气的部分和/或可透气的封闭件放置在所述入口的内部，并且从朝向所述容器的内部从所述入口突出。


16.根据权利要求14-15中任一项所述的成套部件，其中，所述可透气的部分和/或可透气的封闭件是环形的，优选地其是环形的玻璃料。


17.根据权利要求6-16中任一项所述的成套部件，还包括采样单元、特别是自动采样单元，所述采样单元能够将多个样品按顺序地装载到所述采样器中，并且其中，所述采样单元优选地配置为收集来自每个样品的至少一种分析物，并将来自每个样品的至少一种分析物按顺序地引入离子分子反应器的反应体积中。


18.一种用于分析样品、特别是软木塞的设备，所述设备包括根据权利要求6-17中任一项所述的成套部件，其中，所述采样器连接至离子分子反应器的分析物入口。


19.一种用离子分子反应器、特别是根据权利要求1-4中任一项所述的离子分子反应器(100、300)产生分析物离子的方法，所述方法包括步骤：
a)将分析物(121、321)通过分析物入口(120、320)引入腔室的反应体积(140、340)中；
b)提供试剂离子(131、331)并将所述试剂离子引入所述反应体积(140、340)中；
c)使所述试剂离子(131、331)与所述分析物(121、321)相互作用，以形成分析物离子(123、323)；
d)可选地，利用离子引导器(150、151、350、351)引导所述试剂离子和/或分析物离子沿预定传输路径(141、341)通过所述反应体积(140、340)，优选地利用交变电场、磁场和/或电磁场；
其中，优选地，将所述分析物(121、321)沿入口路径(122、322)引入所述反应体积(140、340)中引入所述反应体积中，其中所述入口路径的方向基本上沿所述反应体积(140、340)中的预定传输路径(141、341)的至少第一部分延伸。


20.根据权利要求19所述的方法，其中将所述分析物以与至少一种其他化学物质、特别是与多种其他化学物质、特别是与至少5种、10种或100种不同的其他化学物质的混合物的形式引入所述反应腔室中。


21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述混合物包括蒸气或由其组成，所述蒸气包含从软木、特别是从软木塞蒸发的物质。


22.根据权利要求19-21中任一项所述的方法，其中，所述分析物包括卤代苯甲酚和/或卤代酚或由卤代苯甲酚和/或卤代酚组成，特别地所述分析物包括选自2,4,6-三氯苯甲醚(TCA)、2,3,4,6-四氯苯甲醚(TeCA)、2,3,4,5,6-五氯苯甲醚(PCA)和2,4,6-三溴苯甲醚(TBA)的组的至少一种化合物或由其组成。


23.根据权利要求20-22中任一项所述的方法，其中，所述混合物还包括载气，例如惰性气体，例如Kr和/或Ar。


24.根据权利要求19-23中任一项所述的方法，其中，所述离子分子反应器(100、300)中的压力低于500mb...

【专利技术属性】
技术研发人员：F·洛佩兹希尔菲克，M·胡特里，M·戈南，C·施特默，M·卡姆雷切，
申请(专利权)人：托夫沃克股份公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH