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CN105074448A - 表面电离源 - Google Patents

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CN105074448A
CN105074448A CN201480007013.XA CN201480007013A CN105074448A CN 105074448 A CN105074448 A CN 105074448A CN 201480007013 A CN201480007013 A CN 201480007013A CN 105074448 A CN105074448 A CN 105074448A
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tube
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J·亨德里克斯
V·罗曼诺夫
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Smiths Detection Montreal Inc
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Abstract

一种表面电离源，包括管和放射源，该管包括第一端、第二端和内部孔，该内部孔穿过所述管从所述第一端朝向所述第二端延伸。所述管的第一端配置为接收气流且所述管的第二端配置为将所述气流引导至表面上，该表面配置为保持分析物。放射源至少大体上位于所述管的所述内部孔中，所述放射源配置为当所述气流通过所述内部孔时生成所述气流中的离子。包含所述离子的所述气流被引导至所述分析物以至少部分地使所述分析物离子化。

Description

表面电离源
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年1月31日提交的发明名称为“表面电离源”的美国临时专利申请61/759030的优先权，其全部内容合并于此，同时本申请要求于2013年3月15日提交的发明名称为“表面电离源”的美国临时专利申请61/788931的优先权，其全部内容合并于此。
背景技术
已经研发各种技术以从表面直接产生离子。典型的技术包括解吸电喷雾电离技术(DESI)和实时直接分析技术(DART)。然而，这样的表面电离技术都是通过将高电压应用于气流以产生离子。高电压电离技术的使用需要采用电离源的检测设备，以采用适当的额定配线，电源提供高电压(HV)，等等。此外，大多数的高电压离子源需要使用消耗液体或气体以正常运行。当离子源用于手持设备(例如便携式检测设备)中时，这样的消耗品的使用就是个劣势。
发明内容
一种利用放射产生离子的表面电离源。在实施方式中，一种表面电离源包括：管，该管包括第一端、第二端和内部孔，该内部孔穿过所述管从所述第一端朝向所述第二端延伸。所述第一端配置为接收气流且所述第二端配置为将所述气流引导至表面上，该表面可操作地保持分析物。放射源，该放射源至少大体上位于所述管的所述内部孔中，所述放射源配置为当所述气流通过所述内部孔时生成所述气流中的离子。包含所述离子的所述气流被引导至所述分析物以至少部分地使所述分析物离子化。在实施方式中，所述表面电离源可以应用于检测设备中，该检测设备包括分析仪，例如光谱分析仪，该光谱分析仪配置为接收至少一部分的离子化的所述分析物以用于所述分析物的分析。
在此提供的发明内容以简化方式引入概念的选择，此发明内容在下面的具体说明书中将进一步描述。此发明内容并不能用于确定所要求主题的主要特征或必要特征，也不能用作辅助确定所要求主题的范围。
附图说明
参考附图具体描述说明书。说明书和附图的不同实施例中使用的相同附图标记可以表示相似或相同的术语。
图1是显示了根据本发明公开的一种实施例中的表面电离源的框图。
图2是显示了根据本发明公开的一种实施例中采用图1所示的表面电离源的检测设备的框图。
图3是显示了根据本发明公开的一种实施例中，包括具有加热装置的表面电离源的检测设备的框图，该加热装置配置为用于加热气流，使得加热的气流进入表面电离源的管中。
图4是根据本发明公开的一种实施例中，包括表面电离源和离子传输组件的检测设备的框图，该离子传输组件配置为用于控制气流中至少一些离子的运动。
图5是显示了根据公开的一种实施例中，利用用于在分析物分析中使用的放射源产生离子的方法的流程图。
具体实施方式
图1至图4显示了根据本发明公开的一种实施例中的表面电离源100。如图1所示，表面电离源100包括具有第一(入口)端104和第二(出口)端106的管102。内部孔108从第一端104到第二端106延伸穿过所述管。管102的第一端104包括入口110，入口110配置成用于接收气流112，气流112穿过内部孔108流至第二端106。第二端106包括出口(排气口)114，出口114配置成用于从管102(例如，引导至表面202上，该表面202配置为保持分析物204(参见图2))中引导气流112。在实施方式中，管102可以由能够阻止(例如，反射和/或吸收)辐射(例如，高能(贝塔)粒子，等等)的材料组装而成。典型的材料包括：金属(例如钢、铜、铝等)、塑料、复合材料等，但并不限于此。可以考虑的是，管102也可以由不能阻止辐射的材料组装而成，该不能阻止辐射的材料具有设置在其内部的阻止辐射衬垫。
放射源116设置在管102的内部孔108中。在穿过内部孔108的气流112经过放射源116时，放射源116用于生成在气流112中的反应离子118。更具体地，反应离子118通过气流112与放射源116释出的辐射离子的相互作用而生成，该气流112具有通过放射源116放射的电离辐射，放射源116释放高能粒子(例如，贝塔粒子)。在实施方式中，放射源116包括释放高能粒子(例如，贝塔粒子)的薄膜118，薄膜118设置在管的内部孔108的表面120上。薄膜118通常可以为环形形状，通常具有与内部孔108的直径相等的外径。假设放射源是由放射包括高能粒子(例如，贝塔粒子)的电离辐射的材料组装而成。典型的材料包括：镍-63(Ni-63)或镅-241(Am-241)，但并不受限于此。
包括反应离子118的气流112(例如，电离气体112’)被引导至分析物上以至少部分地使所述分析物离子化。用于提供穿过管102的内部孔108的气流112的气体可以为任何适用的气体。在实施方式中，气体包括易于获得的空气或干燥空气。然而，可以考虑的是，各种其他气体(例如氮气(N)、氩气(Ar)等)也可以作为用于提供气流112的气体。
在实施方式中，气流112可以加热。例如，如图3和图4所示，表面电离源110可以包括热源302，该热源302安装在管102的入口104上，以在通过放射源116(例如，放射源116的上游)离子化气流112之前加热气流112。在实施方式中，热源302可以包括与入口104结合的加热器。在一种具体实施例中，加热器可以设置用于将气流112加热至130摄氏度，气流112可以为干燥空气。然而，气流112可以不加热(例如，可以接近运行的检测设备200所处环境的室温)。
在实施方式中，一个或多个掺杂物(例如“掺杂物1”122、“掺杂物2”124)能够加入至气流112中。例如，在离子化(例如放射源116的上游)以产生特定离子之前，一个或多个掺杂物(例如“掺杂物1”122)可以加入至气流112中。特定离子与感兴趣的分析物(例如，图2中表面202上)反应形成检测离子。在实施方式中，一个或多个掺杂物(例如“掺杂物1”122)可以利用适当的注入口注入于注入管102的入口110的上游气流112中，注入口例如隔板(septum)等(未显示)。在另一种实施方式中，离子化之后，一个或多个掺杂物(例如“掺杂物2”124)可以加入至气流112中(例如，通过放射源116的下游处管102的端口126)，在掺杂物直接离子化的情况下可能会导致多余的种类。因此，在不同的实施方式中，可以考虑的是掺杂物可以注入至放射源116的上游、放射源116的下游或放射源116的上游和下游中。
在实施时，表面电离源100可以应用于检测设备，该检测设备可以为手持便携式检测设备(例如手持爆炸物检测器)、非手持便携式检测设备(例如化学检测器)或固定(实验室)检测设备等，该检测设备包括光谱分析仪，光谱分析仪配置为用于接收至少一部分离子化的分析物，以对分析物进行分析。
图2至图4显示了根据本发明公开的一种实施例中，采用图1所示的表面电离源100的典型的检测设备200。如图所示，检测设备200包括保持分析物204(例如，分析样品)的表面202和光谱分析仪206，具有入口208的光谱分析仪206配置为用于接收至少一部分离子化的分析物204，以对该分析物204进行分析。在实施方式中，表面202包括非导电样品表面，例如玻璃表面等。然而，在其他实施方式中，表面202可以包括容纳于检测设备200中的样品收集拭子。
光谱分析仪206可以采用任何数量的质谱技术用于离子的混合选择，质谱技术包括离子阱(IonTrap)、四重组(Quadruple)、飞行时间、扇形磁场(MagneticSector)、轨道阱(Orbitrap)及其它们的组合等，和/或采用任何数量的离子迁移谱技术用于离子的混合选择，例如离子迁移谱(IMS)、非对称场离子迁移谱(FAIMS)、行波离子迁移谱(TWIMS)及其它们的组合等。离子可以通过所使用的适于选择(分离)技术的光谱分析仪206的探测仪检测出来。
表面电离源100设置为使得管102的第二端106(出口(排气口)114)接近包括分析物204的表面202。例如，如图所示，表面电离源100(例如，管102)可以设置为使得气流112流出出口(排气口)114，并以相对光谱分析仪206的入口208成角度地撞击表面202。包括反应离子118的气流112离子化至少一部分分析物，产生转移至光谱分析仪206的分析物离子以进行分析。
如图2所示，气流112可以帮助离子从表面电离源100传输至表面202和/或光谱分析仪器206的入口208，以通过光谱分析仪器206进行分析。然而，离子从表面电离源100至样品表面202和/或光谱分析仪器的入口208的传输可以通过适当的成形流场、电场或它们的组合而得以增强。此外，成形流场和/或电场的使用能够允许相同的源头用于从表面202同时产生正离子和负离子。在图4中，显示的检测设备200采用一个或多个离子传输组件402、404，一个或多个离子传输组件402、404配置为用于控制气流112中的至少一部分离子的运动。离子传输组件402、404配置为生成适于离子从表面电离源100至样品表面202和/或光谱分析仪器的入口208的传输的流场、电场或它们的组合。
图5显示了根据公开的一种实施例中，利用用于在分析物分析中使用的放射源产生离子的方法的流程图。在实施方式中，方法500可以利用表面电离源(例如用于检测设备(例如图2、图3和图4所示的检测设备)的图1所示的表面电离源100)来实施。
如图所示，接收气流(方框502)。例如，正如在此描述的，气流可以通过设置在表面电离源100的管102的第一端104中的入口110来接收，气流穿过内部孔108流至管的第二端106。用于提供穿过内部孔108流至管的第二端106的气流112的气体可以为任何适当的气体。在实施方式中，该气体包括易于获得的空气或干燥空气。然而，可以考虑的是，各种其他气体(例如氮气(N)、氩气(Ar)等)也可以用作提供气流112的气体。
在实施方式中，气体可以被加热(方框504)。例如，图3和图4所示，表面电离源110可以包括热源302，该热源302安装在管102的入口104上，以在通过放射源116(例如，放射源116的上游)离子化气流112之前，加热气流112。在实施方式中，热源302可以包括与入口104结合的加热器。在一种具体实施例中，加热器可以设置用于将气流112加热至130摄氏度，气流112可以为干燥空气。然而，气流112可以不加热(例如，可以接近运行的检测设备200所处环境的室温)。
掺杂物可以注入至气流中(方框506)。例如，在离子化(例如放射源116的上游)产生特定离子之前，一个或多个掺杂物(例如“掺杂物1”122)可以加入至气流112中。特定离子与感兴趣的分析物(例如，在图2中的表面202上)反应以形成可检测的离子。在实施方式中，一个或多个掺杂物(例如“掺杂物1”122)可以利用适当的注入管102的入口110的上游的气流112中，利用适当的注入端口，例如隔板(septum)等(未显示)。
之后，气流经过放射源，其中放射源配置为用于在气流中形成离子(方框508)。如图1所示，放射源116设置在表面电离源100的管102的内部孔108中。在气流112穿过内部孔108经过放射源116时，放射源116配置为用于生成气流112中的反应离子118。更具体地，反应离子118通过气流112与放射源116释放的电离辐射之间的相互作用而生成，放射源116放射高能粒子(例如，贝塔粒子)。在实施方式中，放射源116包括释放高能粒子(例如，贝塔粒子)的薄膜118，薄膜118设置在管的内部孔108的表面120上。薄膜120通常可以为环状形状，通常具有与内部孔108的直径相等的外径。放射源是由释放包括高能粒子(例如，贝塔粒子)在内的辐射电离的材料制造的。典型的材料包括：镍-63(Ni-63)或镅-241(Am-241)，但并不受限于此。
之后，掺杂物可以注入至气流中(方框510)。例如，在离子化之后，一个或多个掺杂物(例如“掺杂物2”124)可以加入至气流112中(例如，通过放射源116的下游处管102的端口126)，在掺杂物的直接离子化的情况下可能会导致多余的种类。因此，在不同的实施方式中，可以考虑的是掺杂物可以注入至放射源116的上游(方框506)、放射源116的下游(方框510)或放射源116的上游和下游(方框506和方框510)中。
包括离子的气流112引导至配置为用于保持分析物表面上，以至少部分地使分析物(方框512)离子化。例如，如图2至图4所示，包括反应离子118的气流112(例如，电离气体112’)引导至分析物上，以至少部分地离子化分析物。在实施方式中，表面202包括非导电样品表面，例如玻璃表面等。然而，在其他实施方式中，表面202可以包括容纳于检测设备200中的样品收集拭子。
如前所述，表面电离源100可定位以使得管102的第二端106(出口(排气口)114)接近包括分析物204的表面202设置。例如，如图所示，表面电离源100(例如，管102)可以设置使得气流112流出出口(排气口)114，并以相对光谱分析仪206的入口208成角度地撞击表面202。包括反应离子118的气流112离子化至少一部分分析物，产生转移至光谱分析仪器200的分析物离子以进行分析。
在实施方式中，离子可以从表面电离源的传输至表面和/或光谱分析仪(方框514)，使得光谱分析能够在至少部分被离子化的分析物上实施(方框516)。在实施方式中，例如图2所示的实施方式，气流112可以帮助离子从表面电离源100传输至表面202和/或光谱分析仪206的入口208，以通过设备206来进行分析。在其他实施方式中，如图4所示，显示的检测设备200采用一个或多个离子传输组件402、404，一个或多个离子传输组件402、404配置为用于控制气流112中的至少一些离子的运动。离子传输组件402、404配置为形成适用于离子从表面电离源100至样品表面202和/或光谱分析仪206的入口208的传输的流场、电场或它们的组合。
如前所述，光谱分析仪206可以采用任何数量的质谱技术用于离子的混合选择，质谱技术包括离子阱(IonTrap)、四重组(Quadruple)、飞行时间、扇形磁场(MagneticSector)、轨道阱(Orbitrap)、它们的组合等，和/或采用任何数量的离子迁移谱技术用于离子的混合选择，例如离子迁移谱(IMS)、非对称场离子迁移谱(FAIMS)、行波离子迁移谱(TWIMS)、它们的组合等。离子可以通过使用适当的选择(分离)技术的光谱分析仪器206检测出来。
尽管已通过具体到结构特征和/或方法操作的语言对主题进行了描述，但是应该理解的是随附的权利要求中限定的主题并不受限于上述的具体特征或操作。此外，上述的具体特征和操作已经被公开作为实施权利要求的典型形式。

Claims (22)

1.一种表面电离源，包括：
管，该管包括第一端、第二端和内部孔，该内部孔穿过所述管并从所述第一端朝向所述第二端延伸，所述第一端配置为接收气流且所述第二端配置为将所述气流引导至可操作地保持分析物的表面上；和
放射源，该放射源至少大体上位于所述管的所述内部孔中，所述放射源配置为当所述气流通过所述内部孔时生成所述气流中的离子，其中包含所述离子的所述气流被引导至所述分析物上，以至少部分地使所述分析物离子化。
2.根据权利要求1所述的表面电离源，其中，所述放射源包括释放高能粒子的薄膜，所述薄膜布置在所述管的所述内部孔的表面上。
3.根据权利要求2所述的表面电离源，其中，所述薄膜为基本环形形状。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的表面电离源，其中，所述放射源包括至少一个镍-63(Ni-63)或镅-241(Am-241)。
5.根据权利要求1-4中任意一项所述的表面电离源，其中，所述气流包括干燥空气流。
6.根据权利要求1-5中任意一项所述的表面电离源，其中，所述表面电离源还包括热源，该热源配置为加热所述气流。
7.根据权利要求1-6中任意一项所述的表面电离源，其中，所述表面电离源还包括离子传输组件，该离子传输组件配置为控制所述气流中的至少一部分的所述离子的运动。
8.根据权利要求1-7中任意一项所述的表面电离源，其中，所述表面电离源还包括端口，该端口配置为促使掺杂物添加至所述气流中。
9.一种检测设备，包括：
表面电离源，该表面电离源包括管和放射源，所述管包括第一端、第二端和内部孔，该内部孔穿过所述管从所述第一端朝向所述第二端延伸，所述第一端配置为接收气流且所述第二端配置为将所述气流引导至可操作地保持分析物的表面上；并且所述放射源至少大体上位于所述管的所述内部孔中，所述放射源配置为当所述气流通过所述内部孔时生成所述气流中的离子，其中包含所述离子的所述气流被引导至所述分析物上，以至少部分地使所述分析物离子化；以及
光谱分析仪，该光谱分析仪配置为接收至少一部分的离子化的所述分析物以用于所述分析物的分析。
10.根据权利要求9所述的检测设备，其中，所述光谱分析仪包括释放高能粒子的薄膜，所述薄膜布置在所述管的所述内部孔的表面上。
11.根据权利要求10所述的检测设备，其中，所述薄膜为基本环形形状。
12.根据权利要求9-11中任意一项所述的检测设备，其中，所述放射源包括至少一个镍-63(Ni-63)或镅-241(Am-241)。
13.根据权利要求9-12中任意一项所述的检测设备，其中，所述气流包括干燥空气流。
14.根据权利要求9-13中任意一项所述的检测设备，其中，所述表面电离源还包括热源，该热源配置为加热所述气流。
15.根据权利要求9-14中任意一项所述的检测设备，其中，所述表面电离源还包括离子传输组件，该离子传输组件配置为控制所述气流中的至少一部分的所述离子的运动。
16.根据权利要求9-15中任意一项所述的检测设备，其中，所述光谱分析仪包括至少一个质谱仪或离子迁移谱仪(IMS)。
17.根据权利要求9-16中任意一项所述的检测设备，其中，所述检测设备还包括端口，该端口配置为促使掺杂物添加至所述气流中。
18.一种方法，包括：
接收气流；
促使所述气流经过放射源，所述放射源配置为当所述气流经过所述放射源时生成所述气流中的离子；并且
将包含所述离子的所述气流引导至表面上，该表面配置为保持分析物以至少部分地使所述分析物离子化。
19.根据权利要求18所述的方法，该方法还包括在至少部分的被离子化的所述分析物上执行光谱分析。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，所述放射源包括至少一个镍-63(Ni-63)或镅-241(Am-241)。
21.根据权利要求18-20中任意一项所述的方法，该方法还包括对所述气流进行加热。
22.根据权利要求18-21中任意一项所述的方法，该方法还包括向所述气流内注入掺杂物。
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