[发明专利]用于液体样品引入的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于分析仪器的液体样品引入系统的领域并且涉及其中样品必须以液滴流形式引入的那些分析装置。本发明涉及用于利用声学液滴发生器来产生液滴以直接注入分析装置中的装置。

背景

以液滴的形式供应到分析装置的液体样品通常使用喷雾器产生气溶胶来提供。利用此类液滴的分析装置包括电离和/或激发源，如微波诱导等离子体(MIP)、电感耦合等离子体(ICP)和火焰。这些分析装置提供了进行MIP和ICP发射光谱法(OES)、MIP和ICP质谱法(MS)、原子吸收光谱法(AA)和原子荧光光谱法(AFS)的谱仪。典型地将该含样品的液体使用喷雾器利用惰性气体(例如氩气)流形成为液滴流。喷雾器产生具有宽范围尺寸的液滴。然而，当该分析装置利用等离子体或火焰解离和激发或电离样品时，因为等离子体和火焰这两者在解离大液滴时均是低效的，通常在喷雾器和炬管之间设置喷雾室以便排除来自样品流进入分析装置中的大液滴。该喷雾室过滤该液滴流，通过使该流遵循一条这样的曲折路径，使得这些较大液滴撞击到该喷雾室中的表面上并且被排出，较小液滴被该气体流运送到该炬管内。在ICP-OES和ICP-MS的情况下，众所周知的是仅1-2％的雾化的含样品的液体处于适合于在该炬管内进行处理的足够小的液滴的形式，并且因此这种样品引入形式是低效的。

用于产生样品液滴流的替代方法包括使用连续流体喷射微液滴发生器(G.M.Hieftje和H.V.Malmastadt，分析化学(Analytical Chemistry)，第40卷，第1860-1867页，1968年)和振动孔单分散气溶胶发生器(H.Kawaguchi等人，光谱化学学报(Spectrochimica Ata)，第41B卷，第1277-1286页，1986年，T.Nomizu等人，分析原子光谱学杂志(Journal of Analytical Atomic Spectrometry)，第17卷，第592-595页，2002年)。一次产生一个液滴的能力和由此更完全地控制该液滴喷射过程-所谓的“按需液滴(droplet-on-demand)”技术-长久以来被视为是希望的。当液滴发生器属于其中液滴生成设备使单个液滴能响应于控制信号被喷射的类型时，该液滴发生器是一类被称为按需液滴发生器的发生器中的一种。主要设计用于喷墨印刷的一种具有这种能力的早期发生器是一种压电液滴发生器(美国专利3683212)。此种液滴发生器用于产生含有样品物质的液滴流，使这些液滴穿过烘箱以便在注入ICP内之前将该液滴蒸发至完全或部分干燥，以便研究氧化物离子的形成(J.B.French，B.Etkin，R.Jong，分析化学，第66卷，第685-691页，1994年)。压电液滴发生器和烘箱的这种联用被称为单分散干燥微粒注射器(MDMI)并且此种系统已经用于其他研究中(J.W.Olesik和S.E.Hobbs，分析化学，第66卷，第3371-3378页，1994年；A.C.Lazar和P.B.Farnsworth，应用光谱学(Applied Spectroscopy)，第53卷，第457-470页，1999年；A.C.Lazar和P.B.Farnsworth，应用光谱学，第51卷，第617-624页，1997年)。已经成功地实现了使用压电液滴发生器而不在烘箱中进行去溶剂化作为亚纳升(sub-nanolitre)样品引入技术用于激光诱导分解光谱法和电感耦合等离子体光谱法(S.Groh等人，分析化学，第82卷，第2568-2573页，2010年；A.Murtazin等人，光谱化学学报，第67B卷，第3-16页，2012年)。

所有这些液滴发生装置要求液体样品被送入液滴发生装置内的封闭体积中。典型地，制备样品并且储存在容器中，并且这些容器通常以阵列接近于该分析装置存储，使得这些容器可以被自动取样器进入。自动取样器将吸取管置于这些容器之一内，并且样品被抽入该管内并使用抽吸运送到液滴发生器中。因此含样品的液体与该吸取管相接触并且与液滴发生器的内表面接触。一旦样品吸取完成，自动取样器将该吸取管从含样品的容器中移出并且将其移动到包含洗涤溶液的容器中。将洗涤溶液抽入到吸取管中并且到液滴发生器中并且冲洗至废物以便在下一个样品进入前冲洗掉先前样品的残余物。对于上述所有液滴发生装置，无论是否使用自动取样器，都要求如用于从储存容器转移包含样品的液体的管的装置，并且该液滴发生器本身将暴露表面呈现给该包含样品的液体。