УСТРОЙСТВО ПОДГОТОВКИ ПРОБ ДЛЯ АНАЛИЗА

Полезная модель относится к области аналитического приборостроения, в частности к определению лекарственных средств, наркотиков, взрывчатых и токсичных веществ промышленного происхождения, и т.п.
Известна система для дистанционного отбора воздушных проб с поверхности и из негерметизированных объектов, содержащая устройство обдува объекта воздушной струей, включающее побудитель нагнетаемого потока воздуха, устройство всасывания поступающего от объекта воздушного потока, снабженное побудителем всасываемого потока воздуха и устройство отбора транспортируемой от объекта пробы. Патент Российской Федерации №2279051, МПК: G01N 1/22, 2006 г. В целом система для дистанционного отбора воздушных проб громоздка и малоэффективна.
Известно устройство подготовки пробы для анализа, содержащее дрейфовую трубку в виде системы кольцевых электродов, разделенных диэлектрическими кольцами, дрейфовая трубка соединена с узлом ввода проб, содержащим корпус с патрубками для забора пробы и вывода газового потока из области ионизации, на противоположном торце дрейфовой трубки расположен коллектор, соединенный с усилителем. Патент Российской Федерации на полезную модель №67716, МПК G01N 13/00, 2007 г. Прототип. Прототип достаточно сложен, обеспечивает, лишь, типичную для спектрометров ионной подвижности селективность и работает в единственном режиме.
Задачей полезной модели является создание простой в управлении конструкции, обеспечивающей переход от одного вида анализа к другому виду анализа с разными ионизаторами при сохранении высокой чувствительности и разрешающей способности.
Техническим результатом полезной модели является повышение селективности, повышение чувствительности, увеличение быстродействия, возможность работы в разных режимах (универсальность).
Технический результат достигается тем, что в устройстве подготовки проб для анализа, содержащем камеру ионообразования, источник ионов, дрейфовую трубку с коллектором, и апертурным элементом, ионный затвор, ввод дрейфового газа в область дрейфа, систему питания, источник ионов содержит корпус ионизатора аксиально-симметричной формы, на стенках которого установлены радиально направленные устройства ввода и ионизации проб анализируемого вещества, точка пересечения осей которых расположена напротив отверстия в вершине стенки выпуклой формы, причем устройства ввода и ионизации проб анализируемого вещества установлены с возможностью независимой их юстировки и включения.
Сущность полезной модели поясняется на фиг.1-4. На фиг.1 схематично представлено устройство с коллекторным детектором для анализа газовых проб, где: 1 - электрораспылитель (в положении OFF), 2 -ионизатор на основе коронного разряда (в положении ON), 2.1 - игла ионизатора коронным разрядом, 2.2 - канал подвода высокого напряжения, 3 - фотоионизатор (в положении ON), 4 - устройство ввода газовых проб (в положении ON), 4.1 - канал газовых проб, 4.2 - нагреватель, 5 - распылитель жидких проб (в положении OFF), 6 - корпус ионизатора, 7 - камера ионообразования, 8 - стенка выпуклой формы, 9 - отверстие на вершине выпуклости стенки, 10 - области десольватации, 11 - впускной ионный затвор или концентратор, 12 - области дрейфа, 13 - выпускной ионный затвор, 14 - детектор на основе пластины Фарадея (коллекторный детектор), 15 - канал, 16 - нагреватель, 17 - канал откачки дрейфового газа и пробы, 18 - канал ввода охлажденного воздуха для работы при пониженной температуре или быстрой смены температурного режима, 19 - канал вывода охлажденного воздуха, 20 - корпус спектрометра ионной подвижности, 21 - разъем для ввода питающих напряжений, 22 - электрометрический усилитель, 23 - высоковольтные модули, 24 - контроллер, 25 - контроллер впускного ионного затвора или накопителя ионов, 26 - контроллер нагревателя, 27 - контроллер выпускного ионного затвора, 28 -анализируемое вещество.
На фиг.2 представлено распределение приведенных подвижностей для 2-6-дитетрабутилпиридина (разрешающая способность 100), полученное детектором на основе пластины Фарадея при ионизации коронным разрядом.
На фиг.3 представлено распределение приведенных подвижностей для раствора 2-6-дитетрабутилпиридина в ацетонитриле с 0.1% добавкой муравьиной кислоты и 0.1% воды (разрешающая способность 100), полученное при ионизации электрораспылением с масс селективным (192 а.е.м.) детектированием (квадрупольно-времяпролетный масс-спектрометр).
На фиг.4 представлено распределение приведенных подвижностей для раствора 2-6-дитетрабутилпиридина в ацетонитриле с 0.1% добавкой муравьиной кислоты и 0.1% воды (разрешающая способность 50), полученное ионизацией электрораспылением с масс селективным (192 а.е.м.) детектированием (квадрупольно-времяпролетный масс-спектрометр).
Устройство работает следующим образом. Каждое устройство ввода и ионизации проб анализируемого вещества юстируют и настраивают заранее.
Стандартные посадочные гнезда корпуса ионизатора 6 позволяют устанавливать и настраивать для работы различные виды устройств ввода и ионизации проб, которые содержат: ионизаторы в виде электрораспылителя, ионизатора коронным разрядом, фотоионизатора, лазерного ионизатора, ввод распылителя жидкой пробы, ввод газовых проб, подложку для десорбции с поверхности.
При работе с ионизатором на основе коронного разряда 2 или с фотоионизатором 3 электрораспылитель 1 отключен. (Фиг.1).
Анализируемое вещество 28 в газовой фазе подают через ввод газовых проб 4 через канал 4.1 прогреваемый нагревателем 4.2.
Анализируемое вещество 28 в жидкой фазе вводят через ортогонально расположенный распылитель жидких проб 5.
В камере ионообразования 7 в процессе коронного разряда или фотоионизации рождаются ионы, которые через отверстие 9 на вершине выпуклой стенки 8 поступают в область десольватации 10, проходят через впускной ионный затвор или концентратор 11 и поступают в область дрейфа 12. Через канал 15 в область дрейфа 12 постоянно подают дрейфовый газ (азот высокой чистоты или сухой очищенный атмосферный воздух с расходом 0.5-2 л/мин).
Дрейфовая трубка, включает область десольватации 10 и область дрейфа 12, разделенные впускным затвором или концентратором фазы 11.
Области десольватации 10 и дрейфа 12 в радиальном направлении ограничены набором цилиндрических электродов, формирующих электрическое поле. Двигаясь под воздействием электрического поля, под атмосферным давлением ионы анализируемого вещества 28 сталкиваются с молекулами дрейфового газа.
В области десольватации 10 происходит осушение и декластеризация ионов. Впускной затвор или концентратор фазы 11 формирует локализованную в пространстве группу, содержащую ионы анализируемого вещества 28. Эта группа, двигаясь под воздействием электрического поля в области дрейфа в противотоке дрейфового газа, разделяется на серию групп, содержащих компоненты с разной степенью удерживания на молекулах выбранного дрейфового газа. Каждая из этих групп достигает выпускного ионного затвора 13 за время дрейфа, связанное с подвижностью компонент, формирующих эту группу, и попадает на коллекторный детектор 14.
Коллекторный детектор 14 соединен с электрометрическим усилителем 22 (Фиг.1), аналоговый сигнал с которого преобразуют в цифровую форму и передают на контроллер 24. Ионные группы из-за различной подвижности регистрируют в разное время.
При работе с электрораспылителем 1 ионизатор на основе коронного разряда 2, фотоионизатор 3 устройство ввода газовых проб 4 и распылитель жидких проб 5 отключают (переводят в положение OFF). Анализируемое вещество 28 подают в жидкой фазе. Для распыления используют газ носитель. Распыление производят в электрическом поле, создаваемым между острием иглы и стенкой 8, имеющей выпуклую форму. А затем рожденные ионы через отверстие 9 на вершине выпуклой стенки 8 поступают в область десольватации 10, проходят через впускной ионный затвор или концентратор 11 и поступают в область дрейфа 12. Через канал 15 в область дрейфа 12 постоянно подают дрейфовый газ (азот высокой чистоты или сухой очищенный атмосферный воздух с расходом 0.5-2 л/мин).
При работе с десорбером анализируемое вещество наносят на подложку, а десорбцию и ионизацию осуществляют лазерным излучением (методы MALDI и DIOS), с помощью лазера, установленного на место электрораспылителя 1. Или электрораспылением растворителя (метод DESI) с помощью электрораспылителя 1. Растворитель подают в жидкой фазе. Для распыления используют газ носитель. Распыление производят в электрическом поле, создаваемым между острием иглы, и стенкой 8 имеющей выпуклую форму. Между подложкой и стенкой 8 прикладывают выталкивающий потенциал. А затем рожденные ионы через отверстие 9 на вершине выпуклой стенки 8 поступают в область десольватации 10, проходят через впускной ионный затвор или концентратор 11 и поступают в область дрейфа 12. Через канал 15 в область дрейфа 12 постоянно подают дрейфовый газ (азот высокой чистоты или сухой очищенный атмосферный воздух с расходом 0.5-2 л/мин).
Получаемый сигнал представляет собой хроматограмму из пиков различной амплитуды.
0
0
2
Хроматограмму трансформируют в распределение приведенных подвижностей по следующей формуле: K=273LP/(760ETt), где: К - приведенная подвижность (см/Bс), Е - напряженность дрейфового поля (В/см), t - время дрейфа ионов (с), Р - давление (мм. рт. ст.). Т- температура (К).
Компоненты идентифицируют по значению приведенной подвижности, соответствующей максимуму пика, а по амплитуде или площади пика определяют их концентрации в исходной пробе анализируемого вещества 28.
При детектировании масс селективным детектором спектрометр ионной подвижности соединяют с квадрупольно-времяпролетным или другим масс-спектрометром. Для каждой группы разделенных по подвижности ионов записывают спектр масс. Идентификацию компонент производят по 3-х мерной информации (приведенная подвижность, масса, интенсивность).
Критерием селективности спектрометра ионной подвижности является разрешающая способность, определяемая по одному пику, как R=t/δt, где t-время дрейфа ионов, a δt - длительность ионного импульса в области детектора на уровне полувысоты максимума пика. Это уравнение приводят к виду R=K/δK, где: К подвижность ионов, а δК диапазон подвижностей, соответствующий длительности пика аналитического сигнала на полувысоте его интенсивности. Разрешающая способность отражает минимальные различия в подвижности, необходимые для разрешения пиков в заданном диапазоне подвижностей.