高选择性色谱-分子旋转共振波谱系统和方法技术方案

就选择性、分辨率和化合物鉴定而言，气相或液相色谱

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】高选择性色谱
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分子旋转共振波谱系统和方法
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年2月18日提交的题为“用于测量气相色谱流出物的分子旋转共振波谱仪(Molecular Rotational Resonance Spectrometer for Measurement of Gas Chromatography Effluents)”的美国申请第62/977,846号；于2019年10月9日提交的题为“具有单一特异性的分子检测/分离系统(A Molecular Detection/Separations System of Singular Specificity)”的美国申请第62/913,082号；以及于2019年5月7日提交的题为“质谱联用MRR波谱：作为色谱检测器的MRR波谱(Hyphenated MRR Spectroscopy:MRR Spectroscopy as a Chromatographic Detector)”的美国申请第62/844,280号在35U.S.C.
§
119(e)下的优先权权益。这些申请的每一个申请通过引用其相应整体并入本文。

技术介绍

[0003]通常采用色谱分离技术以确定和定量化学混合物中的组分。色谱用于制备和分析目的两者。在制备色谱中，仪器物理地分离并隔离不同的化合物。在分析色谱中，仪器鉴定并定量样品中的不同组分。例如，气相色谱(GC)用于表征药物开发和批准过程中的小分子混合物以及用于测量药物产品中的杂质。美国食品与药物管理局(FDA)严重依赖于气相色谱来进行监管验证。
[0004]常规的色谱设备包含柱，所述柱包含基于不同分析物的重量、极性或其它性质将所述分析物在柱中保留不同的时间量的固定相。这使得这些组分得以分离。常规的色谱设备还包含检测器，当化学组分从柱中洗脱出来时，所述检测器返回信号。这些检测器中的一些检测器不能获得化学信息—例如，火焰离子化检测器(FID)，其由于燃烧分析物而返回信号。其它检测器确实获得化学特异性信息—例如，质谱(MS)。然而，对于所有检测器，柱应当完全或几乎完全分离混合物的各种组分，以便可靠地定量组分。当多于一种组分同时从柱中洗脱出来时，大多数检测器不能准确地解析和定量单独组分。因此，分析化学家做出了巨大努力来开发可以更好地分离具有挑战性的混合物的新柱并且开发可以完全分离单独组分的方法。尽管付出了大量努力，但仍存在某些重要的分析，其中色谱分离是不可能的或非常困难的(需要昂贵的柱和长的运行时间)。
[0005]分子旋转共振(MRR)波谱(在其它方面也被称为分子旋转波谱或微波波谱)通过化合物在气相中的纯旋转角动量跃迁来表征化合物。分子的旋转能级按其3维质量分布所规定的那样被定量，所述质量分布被表示为其惯性矩I。这(在一个维度中)被定义为I＝Σm
i
r
i2
，其中m
i
是分子中原子i的质量，并且r
i
是原子i距分子的质心的距离。分子的旋转波谱由哈密顿函数(Hamiltonian)描述的，所述哈密顿函数精确地取决于其在三个空间轴上的惯性矩，并且因此使用旋转波谱，分子可以通过其在结构上的差异而被明确地区分。鉴于其众多且极其窄的波谱线(典型的波谱分辨率νΔν≈10
‑5)，高分辨率旋转波谱因此对于每个分子结构都是绝对唯一的。
[0006]例如，图1示出了
13
CH3CN和CH
313
CN的MRR波谱—具有相同质量的同位素异构体，其中可以观察到每一个波谱的清晰分辨的波谱模式。另外，值得注意的是，可以高精度地计算
每种化合物的MRR波谱。因此，使用MRR，可以在没有参考样品的情况下毫无疑义地鉴定化合物。

技术实现思路

[0007]将气相色谱(GC)或液相色谱(LC)与分子旋转共振(MRR)波谱组合的仪器提供了关于气相或液相中的分析物的空前水平的分子信息。所得GC
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MRR或LC
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MRR波谱系统(也称为GC
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MRR或LC
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MRR仪器)可以采用包含啁啾脉冲FT(CP
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FT)技术在内的宽带MRR测量技术，以比其它MRR或旋转波谱系统快若干个数量级地测量波谱。本专利技术的GC
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MRR或LC
‑
MRR仪器相对于其它GC或LC检测系统，具体地质谱(MS)具有至少三个优点：(i)MRR对分子结构的差异高度敏感，并且因此可以解析所有类型的异构化合物；(ii)MRR可以在特异性或准确性没有损失的情况下解析和定量共洗脱化合物；以及(iii)定性鉴定和绝对定量两者都可以在没有参考标准物的情况下实现。
[0008]本专利技术的仪器可以采取集成色谱
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波谱系统的形式，所述集成色谱
‑
波谱系统包括气相色谱仪、MRR波谱仪以及可操作地联接到MRR波谱仪的处理器。在操作中，所述气相色谱仪用柱将分析物分离成组分。所述柱与载气源流体连通，所述载气源供应载气以推动所述组分穿过所述柱。MRR测量所述组分的色谱图。MRR包括测量室、喷嘴和微波源。所述测量室保持由所述气相色谱仪分离的所述分析物的所述组分。与所述柱和所述测量室流体连通的所述喷嘴将所述组分注入到所述测量室中。并且与所述测量室电磁通信的所述微波源用激励脉冲激励所述测量中的所述组分，所述激励脉冲在约6GHz到约18GHz的频率范围内具有至少一个波谱分量。所述处理器基于所述组分的所述MRR波谱解析所述分析物的所述组分。
[0009]替代性仪器包括色谱仪和与所述色谱仪流体连通的MRR波谱仪。所述色谱仪将分析物分离成组分。并且所述MRR波谱仪测量所述组分中的至少一种组分的MRR波谱。
[0010]另一种本专利技术的仪器包括气相色谱仪、MRR波谱仪和与所述气相色谱仪的柱和所述MRR波谱仪的真空室流体连通的脉冲射流膨胀源。再次，所述气相色谱仪将分析物分离成组分，并且所述MRR测量所述组分的MRR波谱。所述脉冲射流超声波膨胀源将所述组分从所述柱传送到所述真空室中。
[0011]在本专利技术的仪器中，由MRR波谱仪收集的原始数据是来自由色谱仪分离的分析物组分的一系列连续的时域自由感应衰减(FID)迹线。可以用处理器(例如，仪器处理器或单独的处理器)对这些时域FID迹线中的每个时域FID迹线进行傅里叶变换，以产生对应的分子旋转共振(MRR)波谱。所述处理器鉴定这些MRR波谱中的每个MRR波谱的谱线并且对每个MRR波谱中的所述谱线的振幅进行求和以产生与所述时域FID迹线的时间箱(time bin)相对应的振幅值。所述处理器基于所述时域FID迹线的所述振幅值和时间箱形成所述分析物组分的色谱图。所述处理器还鉴定所述色谱图中的峰并且对与和所述色谱图中的所述峰相关联的所述时间箱相对应的所述时域FID迹线进行求和、积分或平均，以产生经积分的时域FID迹线。对所述经积分的时域FID迹线进行傅里叶变换产生与所述色谱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种集成色谱
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波谱系统，其包括：气相色谱仪，所述气相色谱仪用于将分析物分离成组分，所述气相色谱仪具有与载气源流体连通的柱，所述载气源供应载气以推动所述组分穿过所述柱；分子旋转共振(MRR)波谱仪，所述MRR波谱仪被配置成测量所述组分的色谱图，所述MRR波谱仪包括：测量室，所述测量室用于保持所述组分；喷嘴，所述喷嘴与所述柱和所述测量室流体连通，以将所述组分注入到所述测量室中；以及微波源，所述微波源与所述测量室电磁通信，以用激励脉冲激励所述测量中的所述组分，所述激励脉冲在约6GHz到约18GHz的频率范围内具有至少一个波谱分量；以及处理器，所述处理器可操作地联接到所述MRR波谱仪，以基于所述组分的MRR波谱解析所述分析物的所述组分。2.根据权利要求1所述的集成色谱
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波谱系统，其中所述微波源被配置成以不同频率的激励脉冲激励不同组分。3.根据权利要求1所述的集成色谱
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波谱系统，其中所述处理器被配置成基于所述分析物的共洗脱组分的所述MRR波谱解析所述组分。4.根据权利要求1所述的集成色谱
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波谱系统，其中所述载气源是第一载气源，并且所述载气是第一载气，并且所述集成色谱
‑
波谱系统进一步包括：第二载体源，所述第二载体源与所述喷嘴流体连通以供应第二载气，以便将所述组分注入到所述测量室中，所述第二载气旋转地冷却所述组分。5.根据权利要求1所述的集成色谱
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波谱系统，其进一步包括：手性标签源，所述手性标签源与所述喷嘴流体连通，以将手性标签与所述组分一起注入到所述测量室中，所述手性标签与所述组分中的至少一种组分的不同对映异构体结合，由此产生能够由所述MRR波谱仪解析的所述不同对映异构体的MRR波谱的偏移。6.根据权利要求1所述的集成色谱
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波谱系统，其进一步包括：辅助检测器，所述辅助检测器可操作地联接到所述柱和所述处理器，以检测所述柱的输出中的峰，并且其中所述处理器被配置成响应于所述峰而触发对所述MRR波谱的测量和/或至少部分地基于所述峰处理所述MRR波谱。7.根据权利要求1所述的集成色谱
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波谱系统，其进一步包括：显示器，所述显示器可操作地联接到所述处理器，以显示所述柱的输出中的峰与多个MRR波谱的关系。8.一种系统，其包括：色谱仪，所述色谱仪用于将分析物分离成组分；以及分子旋转共振(MRR)波谱仪，所述MRR波谱仪与所述色谱仪流体连通，以测量所述组分中的至少一种组分的MRR波谱。9.根据权利要求8所述的系统，其中所述色谱仪是气相色谱仪。10.根据权利要求9所述的系统，其中所述MRR波谱仪是具有膨胀室的微波MRR波谱仪，并且所述系统进一步包括：
载气源，所述载气源与所述气相色谱仪和共振测量腔流体连通，以推动所述分析物穿过所述气相色谱仪并且将所述组分中的至少一种组分推入到所述膨胀室中。11.根据权利要求10所述的系统，其中所述膨胀室包括共振腔。12.根据权利要求9所述的系统，其中所述MRR波谱仪包括流动池，所述流动池用于从所述气相色谱仪接收所述分析物的所述组分。13.根据权利要求8所述的系统，其中所述色谱仪是液相色谱仪。14.根据权利要求13所述的系统，其中所述MRR波谱仪是具有膨胀室的微波MRR波谱仪，并且所述系统进一步包括：挥发接口，所述挥发接口与所述液相色谱仪热连通，以使所述组分中的至少一种组分挥发；以及载气源，所述载气源与所述挥发接口流体连通，以将所述组分中的至少一种组分推出所述挥发接口并推入到所述膨胀室中。15.根据权利要求8所述的系统，其中所述MRR波谱仪被配置成测量离开所述色谱仪的至少一种洗脱物的带宽为至少50MHz的波谱。16.根据权利要求8所述的系统，其进一步包括：处理器，所述处理器可操作地联接到所述MRR波谱仪，以至少部分地基于所述组分的所述MRR波谱形成所述分析物的总分子色谱图。17.根据权利要求8所述的系统，其进一步包括：处理器，所述处理器可操作地联接到所述MRR波谱仪，以至少部分地基于所述MRR波谱解析所述分析物的所述组分中的异构体、同位素体或同位素异构体中的至少一种。18.根据权利要求8所述的系统，其中所述组分包含不能用所述色谱仪分离的共洗脱组分，并且所述系统进一步包括：处理器，所述处理器可操作地联接到所述MRR波谱仪，以至少部分地基于所述MRR波谱解析来自所述色谱仪的共洗脱组分。19.根据权利要求8所述的系统，其进一步包括：辅助检测器，所述辅助检测器可操作地联接到所述色谱仪，以检测所述色谱仪的输出中的峰；以及处理器，所述处理器可操作地联接到所述MRR波谱仪和所述检测器，以响应于所述峰而触发对所述MRR波谱的测量和/或至少部分地基于所述峰处理所述MRR波谱。20.根据权利要求8所述的系统，其进一步包括：喷嘴，所述喷嘴与所述色谱仪和所述MRR波谱仪流体连通，以在所述MRR波谱仪测量所述MRR波谱之前旋转地冷却所述组分中的所述至少一种组分的分子。21.一种分析分析物的方法，所述方法包括：用色谱仪将所述分析物分离成组分；以及用与所述色谱仪流体连通的分子旋转共振(MRR)波谱仪测量所述组分中的至少一种组分的MRR波谱。22.根据权利...

【专利技术属性】
技术研发人员：J，
申请(专利权)人：布赖特斯佩克股份有限公司，
类型：发明
国别省市：