用于快速樣品分析的方法和系統(tǒng)技術(shù)方案

由分離器(12)隨時間解析的成分蓄積在樣品池(14)中且通過基于電磁輻射的光譜技術(shù)(比如FTIR?16)來分析。樣品池可被配置用于多路徑吸收并且可被加熱。分離器可為氣相色譜儀或另一種合適裝置，例如基于蒸餾的分離器。本文所述的方法和系統(tǒng)可包括其它機(jī)械元件、控制裝置、用于處理背景和樣品數(shù)據(jù)的程序以及用于物種識別和/或定量的協(xié)議、自動化、計算機(jī)接口、算法、軟件或其它特征。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
【國外來華專利技術(shù)】相關(guān)申請本申請根據(jù)美國法典(USC)第35條119(e)要求2014年3月17日提交的第61/954,054號美國臨時申請的權(quán)益，其全部內(nèi)容以引用方式并入本文。
技術(shù)介紹
氣相色譜法(GC)用于根據(jù)通過GC柱的不同分子的保留分布(retentionprofile)將混合物解析為其各種成分。雖然所述技術(shù)可分離含有數(shù)百種物質(zhì)的混合物，但是識別從柱中洗脫出來的分子更加成問題。為了解決所存在的分子物種的快速且靈敏識別的需求，GC已與諸如質(zhì)譜法(MS)或傅立葉變換紅外線(FTIR)光譜法的技術(shù)整合。氣相色譜法-質(zhì)譜法(GC-MS)可能是當(dāng)今的分析儀器行業(yè)中最廣泛普及的級聯(lián)技術(shù)。GC-MS系統(tǒng)是通用的并且在許多不同行業(yè)中采用，具體用于環(huán)境、化學(xué)、石化、制藥和毒理學(xué)應(yīng)用。雖然GC-MS是適用于多種成分檢測和光譜識別、能夠測量原子物種并且由大量可用光譜庫支持的快速、靈敏的技術(shù)，但是其也具有許多缺點。這些缺點包括防止MS干擾的化合物分離、非線性校準(zhǔn)、不良精度和精確度(需要經(jīng)常校準(zhǔn))以及有限的動態(tài)范圍。當(dāng)存在可允許發(fā)生化學(xué)電離的高濃度時也面臨問題，從而產(chǎn)生有問題的數(shù)據(jù)。為了防止MS光譜重疊和干擾，所述技術(shù)通常需要完全或近似完全分辨的GC峰值，不限于共洗脫。另外GC-MS無法區(qū)分具有相同電子碰撞和化學(xué)電離質(zhì)譜的結(jié)構(gòu)異構(gòu)體。另外，大部分GC-MS系統(tǒng)需要在分析之前對化合物的列表進(jìn)行用戶選擇(例如，約60)并且接著僅報告用戶選擇的那些。雖然MS軟件然后能夠進(jìn)行全局搜索并且嘗試識別其它峰值，但是其幾乎不能執(zhí)行定量分析。這可至少部分歸因于以下事實：雖然數(shù)量大(10,000s)，但是MS庫僅僅是定性的并且可隨著MS制造商的不同而不同。因此除非針對化合物校準(zhǔn)MS，否則半定量分析仍然保持針對檢測峰值的最佳結(jié)果。GC-MS系統(tǒng)在一定程度上也不太可靠。為了分析，GC-MS通常需要氦氣或氫氣，這增加了成本和/或安全考慮。由于低操作壓力的大氣泄漏會出現(xiàn)設(shè)備問題，且一般來說，GC-MS系統(tǒng)需要頻繁維護(hù)，造成較長的停機(jī)時間。接著，使系統(tǒng)恢復(fù)在線耗時耗力。雖然GC-MS是最通常部署的解決方案，但是氣相色譜法-傅立葉變換紅外光譜法(GC-FTIR)提供了強(qiáng)大的分析工具，其尤其有利于區(qū)分具有相同電子碰撞和化學(xué)電離質(zhì)譜的結(jié)構(gòu)異構(gòu)體。
技術(shù)實現(xiàn)思路
然而，現(xiàn)有GC-FTIR系統(tǒng)的設(shè)計也受其自身限制的困擾。例如，許多GC-FTIR聯(lián)用利用“光管(lightpipe)”(通常用于傳遞從GC柱中洗脫的氣體和來自FTIR干涉儀的光二者的池或比色皿)。光管制造為相對較短以防止峰值稀釋物(peakdilution)通過IR池以及其最終IR檢測或輔助檢測。因為IR吸收與池路徑長度成比例，所以此短路徑長度限制了該技術(shù)的靈敏度(最小檢測限(MDL))。問題還出現(xiàn)在其中GC峰值極快出現(xiàn)的情況中。因為光管與GC的流速相比具有相對較大體積，所以氣體可被稀釋，使得更難以測量。因此需要解決由常規(guī)的GC-MS或GC-FTIR技術(shù)和系統(tǒng)存在的問題的技術(shù)和設(shè)備。例如，需要聯(lián)用隨時間方面辨別或解析物種的現(xiàn)有或最近開發(fā)的系統(tǒng)，諸如GC，和/或光學(xué)光譜系統(tǒng)，諸如FTIR，以減少或最小化利用常規(guī)光管裝置面臨的缺陷的方式進(jìn)行。還需要可將GC與適用于識別成分物種的光譜方法集成的簡易單元和程序。還需要將除GC之外的分離技術(shù)與FTIR或其它光譜分析工具集成在一起。本專利技術(shù)大體上涉及一種將時間分辨分離器(在許多情況下為氣相色譜儀(GC))耦合至依賴光學(xué)光譜技術(shù)(諸如FTIR或其它光譜技術(shù))的分析儀的系統(tǒng)和方法。在其許多實施例中，分離器與光學(xué)光譜分析儀之間的聯(lián)用是基于具有特定特征的樣品池?；陔姶诺妮椛涔庾V裝置可用于識別且在許多情況下定量存在于由分離器解析的成分(峰值)中的物種。還可提供控制、自動化儀器、計算機(jī)接口、算法和/或軟件相關(guān)的特征。一方面，一種用于分析樣品的方法包括將來自時間分辨分離器的輸出物引導(dǎo)至積聚由分離器提供的成分的樣品池，例如氣體池。通常，樣品池已經(jīng)部分或完全排空。流體(例如，氣體)被允許蓄積在樣品池中，有效地集成它們的光譜特征。然后可對在一定時間段內(nèi)獲得的多個光譜取平均值以最佳地測量樣品池中的積聚濃度。獲得包括來自先前洗脫的樣品成分(例如，先前洗脫的化學(xué)物種)的光譜的移動背景以分析當(dāng)前洗脫成分而不受先前洗脫的成分的干擾。積聚并且平均化的多個光譜可通過使用類似方法收集的移動背景進(jìn)行校正，且將校正的數(shù)據(jù)與已知光譜進(jìn)行比較以識別存在于當(dāng)前樣品成分中的一種或多種成分，例如，諸如原子、分子、分子碎片、離子的化學(xué)物種。另一方面，用于分析樣品的系統(tǒng)包括耦合隨時間解析樣品成分的分離器與光譜分析儀的樣品池，其中樣品池被配置用于積聚由分離器產(chǎn)生的樣品成分并且可以對在完成每一次積聚期間或在完成每一次積聚之后的所收集的光譜進(jìn)行平均。在某些實施例中，針對期望在洗脫時間洗脫的某些化合物，對使用在洗脫時間之前的一描述時間的背景進(jìn)行校正得到的樣品數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在具體實施例中，將樣品池加熱。在其它實施例中，其還配置用于多路徑吸收。分離器可為氣相色譜儀、基于蒸餾的分離器或另一合適單元，其可隨時間解析或分離存在于樣品中的成分，諸如化學(xué)物種。雖然在當(dāng)前實施例中分離器是氣相色譜系統(tǒng)，但是在其它實施例中，采用諸如液相色譜系統(tǒng)、親和色譜系統(tǒng)、超臨界流體色譜系統(tǒng)、離子交換色譜系統(tǒng)、蒸餾系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、熱解吸系統(tǒng)、偽蒸餾設(shè)備、熱重量分析(TGA)儀器或裂解儀器的分離器。一般來說，根據(jù)一方面，本專利技術(shù)以樣品分析系統(tǒng)為特征。此系統(tǒng)包括提供隨時間變化的樣品的成分的分離器、成分積聚(例如，收集和蓄積)在其中的樣品池以及用于獲得樣品池中的成分的光譜響應(yīng)的光譜系統(tǒng)。在不同實施方案中，光譜系統(tǒng)在以下列光譜區(qū)域毫米、微波、太赫、紅外線(包括近紅外、中紅外和/或遠(yuǎn)紅外)、可見光、紫外線(UV)(包括真空紫外線(VUV))、x射線和/或伽馬的一個或多個中確定樣品池中的成分的光譜響應(yīng)。另外，光譜系統(tǒng)可測量樣品池中的成分的不同特性，諸如吸收光譜、發(fā)射(包括黑體或熒光)光譜、彈性散射和反射光譜、阻抗(例如，折射率)光譜和/或無彈性散射(例如，拉曼和康普頓散射)光譜。當(dāng)分離器是氣相色譜系統(tǒng)時，其可能無需分離檢測系統(tǒng)。在一個實施例中，光譜系統(tǒng)是傅立葉變換紅外光譜儀。優(yōu)選地，樣品池中的路徑長度是利用多路徑光學(xué)裝置而增加?？墒褂脩烟爻鼗蚋倪M(jìn)的懷特池型光學(xué)裝置。實施例可包括用于排空或部分排空樣品池的真空泵抽裝置。另外，可使用用于隔離樣品池與泵抽裝置的閥、用于將來自分離器的輸出分流轉(zhuǎn)向并遠(yuǎn)離樣品池的閥、樣品池壓力控制裝置或它們的任意組合。樣品濃縮裝置(諸如TDT)、吹掃和捕集或溶劑濃縮裝置可用于收集樣品。一般來說，根據(jù)另一方面，本專利技術(shù)以樣品分析方法為特征，所述方法包括提供隨時間變化的樣品的成分、將成分收集在樣品池中以及獲得樣品池中的成分的光譜響應(yīng)。一般來說，根據(jù)另一方面，本專利技術(shù)以樣品池系統(tǒng)為特征。此系統(tǒng)包括用于積聚成分的樣品池、用于將來自分離器的成分接收至樣品池中的輸入端口以及用于光譜分析路徑，其用于將能量輸送通過樣品池以使得能夠確定池中的成分的光譜響應(yīng)。通常，樣品池被至少部分排空。一般來說，根據(jù)另一方面，本專利技術(shù)以用于使用樣品池的方法為特征。此方法包括將成分積聚在本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種樣品分析系統(tǒng)，包括：分離器，提供隨時間變化的樣品的成分；樣品池，其中積聚所述成分；以及光譜系統(tǒng)，用于獲得所述樣品池中的所述成分的光譜響應(yīng)。

【技術(shù)特征摘要】
【國外來華專利技術(shù)】2014.03.17 US 61/954,0541.一種樣品分析系統(tǒng)，包括：分離器，提供隨時間變化的樣品的成分；樣品池，其中積聚所述成分；以及光譜系統(tǒng)，用于獲得所述樣品池中的所述成分的光譜響應(yīng)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述光譜系統(tǒng)在下列光譜區(qū)域毫米、微波、太赫、紅外線(包括近紅外、中紅外和/或遠(yuǎn)紅外)、可見光、紫外線(UV)(包括真空紫外線(VUV))、x射線和/或伽馬中的一個或多個確定所述樣品池中的所述成分的所述光譜響應(yīng)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述光譜系統(tǒng)測量樣品池中的所述成分的吸收光譜、發(fā)射(包括黑體或熒光)光譜、彈性散射和反射光譜、阻抗(例如，折射率)光譜和/或無彈性散射(例如，拉曼和康普頓散射)光譜。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述分離器是氣相色譜系統(tǒng)、液相色譜系統(tǒng)、親和色譜系統(tǒng)、超臨界流體色譜系統(tǒng)、離子交換色譜系統(tǒng)、蒸餾系統(tǒng)、分餾系統(tǒng)、熱解吸系統(tǒng)、偽蒸餾設(shè)備、熱重量分析儀器或裂解儀器。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述分離器是不需要分離檢測系統(tǒng)的氣相色譜系統(tǒng)。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述光譜系統(tǒng)是傅立葉變換紅外線光譜儀。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述樣品池中的路徑長度是利用多路徑光學(xué)裝置而增加。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中所述樣品池包括懷特池或改進(jìn)的懷特池型光學(xué)裝置。9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于排空或部分排空所述樣品池的真空泵抽裝置。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于隔離所述樣品池與泵抽裝置的閥、用于將來自所述分離器的輸出分流轉(zhuǎn)向并遠(yuǎn)離所述樣品池的閥、樣品池壓力控制裝置，或它們的任意組合。11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括用于收集所述樣品的樣品濃縮裝置。12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的系統(tǒng)，其中所述樣品濃縮裝置是TDT、吹掃和捕集或溶劑濃縮裝置。13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括自動化儀器控制裝置。14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的系統(tǒng)，其中所述儀器控制裝置執(zhí)行用于存取關(guān)于已知化合物的信息的程序、積分程序、背景校正程序、化合物信息庫、校準(zhǔn)、內(nèi)標(biāo)或它們的任意組合。15.一種樣品分析方法，包括：提供隨時間變化的樣品的成分；將所述成分收集在樣品池中；以及獲得所述樣品池中的所述成分的光譜響應(yīng)。16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中確定所述樣品池中的所述成分的所述光譜響應(yīng)包括收集在下列光譜區(qū)域毫米、微波、太赫、紅外線(包括近紅外、中紅外和/或遠(yuǎn)紅外)、可見光、紫外線(UV)(包括真空紫外線(VUV))、x射線和/或伽馬中的一個或多個的所述響應(yīng)。17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的方法，其中獲得所述光譜響應(yīng)包括獲...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：M·L·斯帕爾特茲，A·S·博南諾，P·P·本克，
申請(專利權(quán))人：佩里森分析技術(shù)有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：美國;US