Title:
PROBEZERSTÄUBER MIT EINSTELLBARER LEITUNG UND VERWANDTE VERFAHREN
Document Type and Number:
Kind Code:
A1

Abstract:

Ein Probezerstäuber beinhaltet eine erste Leitung zum Leiten einer flüssigen Probe, eine zweite Leitung, die die erste Leitung umgibt, zum Definieren eines ringförmigen Durchgangs zum Leiten eines Gases, eine Zerstäuberspitze, bei der eine Fluidwechselwirkungsregion die flüssige Probe und das Gas aufnimmt. Die Zerstäuberspitze ist ausgebildet, um ein Probespray durch einen Kontakt zwischen der flüssigen Probe und dem Gas in der Fluidwechselwirkungsregion zu erzeugen und das Probespray aus der Öffnung abzugeben. Eine einstellbare Positionierungsvorrichtung ist ausgebildet, um die erste Leitung entlang der Längsachse ansprechend auf eine Einstellung der Positionierungsvorrichtung zu verschieben, wobei eine Axialposition der ersten Leitung relativ zu der Öffnung einstellbar ist.





Inventors:
Schleifer, Arthur, Calif. (Santa Clara, US)
Gore, Nigel P., Calif. (Santa Clara, US)
Application Number:
DE102017205545A
Publication Date:
10/05/2017
Filing Date:
03/31/2017
Assignee:
AGILENT TECHNOLOGIES, INC. A Delaware Corporation (Calif., Santa Clara, US)
International Classes:
G01N30/04; B05B5/00; B05B5/03; B05B5/053; B05B7/00; G01N27/62; H01T19/00; H05H1/24
Other References:
Kulkarni und andere, Aerosol Measurement (Aerosolmessung), 3. Ausgabe, John Wiley & Sons, Inc. (2011), S. 821
DePonte et al., Gas Dynamic Virtual Nozzle for Generation of Microscopic Droplet Streams (GDVN zur Erzeugung von Strömen aus mikroskopischen Tröpfchen), J. Phys. D: Appl. Phys. 41 195505 (2008)
Attorney, Agent or Firm:
Schoppe, Zimmermann, Stöckeler, Zinkler, Schenk & Partner mbB Patentanwälte, 81373, München, DE
Claims:
1. Probezerstäuber (100), der folgende Merkmale aufweist:
eine erste Leitung (108; 208), die entlang einer Längsachse (110) angeordnet ist, wobei die erste Leitung einen ersten Einlass (132) zum Aufnehmen eines Flusses einer flüssigen Probe, einen ersten Auslass (134) zum Abgeben der flüssigen Probe und eine Erstleitungsaußenoberfläche (140) aufweist;
eine zweite Leitung (112; 212), die die erste Leitung um die Längsachse herum umgibt, wobei die zweite Leitung einen zweiten Einlass (146) zum Aufnehmen eines Flusses eines Gases und eine Zweitleitungsinnenoberfläche (154), die von der Erstleitungsaußenoberfläche beabstandet ist, aufweist, wobei die erste Leitung und die zweite Leitung einen ringförmigen Durchgang zum Leiten des Gases definieren;
eine Zerstäuberspitze (116; 216), die einen Zerstäuberspitzenkörper (168; 268) und eine Fluidwechselwirkungsregion (170A) aufweist, wobei:
der Zerstäuberspitzenkörper eine Öffnung aufweist, die in einer axialen Entfernung von dem ersten Auslass relativ zu der Längsachse angeordnet ist;
die Fluidwechselwirkungsregion (170A) entlang der Längsachse zwischen der ersten Leitung und der Öffnung angeordnet ist und mit dem ersten Auslass, dem ringförmigen Durchgang und der Öffnung in Verbindung steht; und
die Zerstäuberspitze ausgebildet ist, um ein Probespray durch einen Kontakt zwischen der flüssigen Probe und dem Gas in der Fluidwechselwirkungsregion zu erzeugen und das Probespray aus der Öffnung abzugeben; und
eine einstellbare Positionierungsvorrichtung (120), die mechanisch mit der ersten Leitung in Verbindung steht und ausgebildet ist, um die erste Leitung entlang der Längsachse ansprechend auf eine Einstellung der Positionierungsvorrichtung zu verschieben, wobei eine Axialposition des ersten Auslasses entlang der Längsachse relativ zu der Öffnung einstellbar ist.

2. Probezerstäuber gemäß Anspruch 1, bei dem die zweite Leitung (112) einen zweiten Auslass (148) zum Abgeben des Gases aus dem ringförmigen Durchgang in die Fluidwechselwirkungsregion aufweist.

3. Probezerstäuber gemäß Anspruch 2, bei dem sich die erste Leitung (108) durch die zweite Leitung hindurch in die Fluidwechselwirkungsregion erstreckt.

4. Probezerstäuber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Zerstäuberspitzenkörper (168) eine Ausbildung aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus:
zumindest ein Teil des Zerstäuberspitzenkörpers umgibt die Fluidwechselwirkungsreg ion;
zumindest ein Teil des Zerstäuberspitzenkörpers umgibt die zweite Leitung; und beides Vorstehende.

5. Probezerstäuber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die zweite Leitung (112) eine Ausbildung aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus:
zumindest ein Teil der zweiten Leitung umgibt die Fluidwechselwirkungsregion;
zumindest ein Teil der zweiten Leitung umgibt den Zerstäuberspitzenkörper; und
beides Vorstehende.

6. Probezerstäuber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, der einen zusammenlaufenden Abschnitt (180) aufweist, der zwischen der Fluidwechselwirkungsregion und der Öffnung angeordnet ist, wobei der zusammenlaufende Abschnitt in einer Richtung auf die Öffnung zu zusammenläuft.

7. Probezerstäuber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, der einen auseinanderlaufenden Abschnitt (282) aufweist, der positioniert ist, um das Probespray, das aus der Öffnung abgegeben wird, aufzunehmen, wobei der auseinanderlaufende Abschnitt in einer Richtung von der Öffnung weg auseinanderläuft.

8. Probezerstäuber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, bei dem zumindest ein Teil des Zerstäuberspitzenkörpers (168; 268) aus einem transparenten Material oder Saphir gebildet ist.

9. Probezerstäuber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die erste Leitung (108) eine konische erste Leitungsspitze aufweist, die an dem ersten Auslass (134) endet.

10. Probezerstäuber gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die einstellbare Positionierungsvorrichtung (120) ein drehbares Bauteil aufweist, das derart mechanisch mit der ersten Leitung in Verbindung steht, dass eine Drehung des drehbaren Bauteils eine Verschiebung der ersten Leitung bewirkt.

11. Atmosphärendruckionisations-(API-)Quelle (342), die folgende Merkmale aufweist:
einen Probezerstäuber (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10;
eine Ionisationskammer (420), die mit dem zweiten Leitungsauslass in Verbindung steht; und
eine Ionisationsvorrichtung (424), die zum Ionisieren von Analyten aus dem Probespray, das aus dem zweiten Auslass in die Ionisationskammer abgegeben wird, bei Atmosphärendruck, ausgebildet ist.

12. API-Quelle gemäß Anspruch 11, bei der die Ionisationsvorrichtung (424) aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus:
einer Elektrode, die zum Generieren eines Elektrosprays aus dem Probespray ausgebildet ist;
einer Elektrode, die zum Generieren einer Corona-Entladung ausgebildet ist, die wirksam für eine chemische Ionisation bei Atmosphärendruck ist;
einer Photonenquelle, die zum Generieren von Photonen zur Wechselwirkung mit dem Probespray ausgebildet ist;
einer Plasmaquelle, die zum Generieren von Plasma zur Wechselwirkung mit dem Probespray ausgebildet ist;
einem Plasmabrenner, der mit dem zweiten Auslass in Verbindung steht und zum Generieren von Plasma zur Wechselwirkung mit Tröpfchen aus dem Probespray ausgebildet ist; und
einer Kombination aus zwei oder mehr der vorstehenden Elemente.

13. Probeanalysesystem (300; 400), das folgende Merkmale aufweist:
eine API-Quelle (342) gemäß Anspruch 11 oder 12; und
ein Analyseinstrument (310), das schnittstellenmäßig mit der Ionisationskammer verbunden ist und zum Messen eines Attributs von Analytionen oder Analytphotonen, die durch die API-Quelle erzeugt werden, ausgebildet ist.

14. Verfahren zum Erzeugen eines Probesprays (104), wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Fließenlassen einer flüssigen Probe durch eine erste Leitung, durch einen ersten Auslass der ersten Leitung und in eine Fluidwechselwirkungsregion einer Zerstäuberspitze;
Fließenlassen eines Gases durch einen ringförmigen Durchgang zwischen der ersten Leitung und einer zweiten Leitung, die die erste Leitung umgibt, und in die Fluidwechselwirkungsregion, wobei das Gas die flüssige Probe berührt und ein Probespray erzeugt;
Abgeben des Probesprays aus einer Öffnung der Zerstäuberspitze, wobei die Fluidwechselwirkungsregion entlang einer Längsachse angeordnet ist und der erste Auslass an einer Axialposition entlang der Längsachse relativ zu der Öffnung positioniert ist;
während des Abgebens des Probesprays, Verschieben der ersten Leitung, um die Axialposition des ersten Auslasses relativ zu der Öffnung einzustellen.

15. Verfahren gemäß Anspruch 14, bei dem das Verschieben ein Bewegen eines Einstellbauteils, das mit der ersten Leitung gekoppelt ist, aufweist.

16. Verfahren gemäß Anspruch 14 oder 15, das ein Bestimmen der Axialposition des ersten Auslasses relativ zu der Öffnung durch Messen eines Drucks an der Öffnung aufweist.

17. Verfahren zum Erzeugen von Analytionen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erzeugen eines Probesprays (104) gemäß dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16; und
Ionisieren von Analyten, die in Tröpfchen des Probesprays beinhaltet sind.

18. Verfahren zum Analysieren einer Probe, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Ionisieren von Analyten gemäß dem Verfahren gemäß Anspruch 17; und Messen eines Attributs der Ionen.

19. Verfahren zum Atomisieren einer Probe, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Erzeugen eines Probesprays (104) gemäß dem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 14 bis 16;
Generieren eines Plasmas; und
Abgeben der Tröpfchen aus dem Probespray in das Plasma.

20. Verfahren zum Analysieren einer Probe, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
Atomisieren der Probe gemäß dem Verfahren gemäß Anspruch 19, um Probeatome zu erzeugen; und
Messen eines Attributs der Probeatome oder Photonen, die aus den Probeatomen abgegeben werden.

Description:

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf die Erzeugung eines Sprays bzw. Sprühmittels über die Wechselwirkung eines Flüssigkeitsstroms und eines Vernebelungsgasstroms. Insbesondere kann der Flüssigkeitsstrom ein Probematerial beinhalten, das durch ein Analyseinstrument analysiert werden kann. Abhängig von der Anwendung könnte das Probematerial vor einer Verarbeitung durch das Analyseinstrument ionisiert werden.

Sprühdüsen wurden entwickelt, die ein Mittelrohr verwenden, um eine Flüssigkeit zu tragen, sowie ein äußeres Rohr, das üblicherweise konzentrisch zu dem inneren Rohr ist, um ein Gas zu tragen, das eine Vernebelung der Flüssigkeit unterstützt. Die jeweiligen Auslässe des Mittelrohrs und des äußeren Rohrs sind relativ zueinander derart positioniert, dass der Flüssigkeitsfluss sich in den umgebenden Gasfluss mischt, wodurch der Flüssigkeitsstrom durch eine Wechselwirkung mit dem Gasstrom aufgebrochen und in ein Spray aus Tröpfchen der Flüssigkeit umgewandelt wird, die durch den Gasfluss getragen wird, das heißt ein Aerosol wird erzeugt. Das resultierende Spray oder Aerosol kann abhängig von der Anwendung für einen breiten Bereich von Zwecken eingesetzt werden. Von besonderem Interesse ist die Erzeugung eines Probesprays, das heißt eines Sprays, das Tröpfchen beinhaltet, die Probematerial tragen, für das eine bestimmte Art von Analyse erfolgen soll. Ein Probespray könnte beispielsweise das Probematerial zum Implementieren einer Massenspektrometrie (MS) oder optischen Emissionsspektrometrie (OES) bereitstellen.

Ein Typ von Probesprühvorrichtung ist unter dem Namen dynamische virtuelle Gasdüse (GDVN; GDVN = gas dynamic virtual nozzle) bekannt. Eine GDVN beinhaltet ein Mittelrohr, das einen Strom einer flüssigen Probe abgibt, und ist durch ein äußeres Rohr umgeben. Ein Gasfluss wird durch den ringförmigen Durchgang eingerichtet, der zwischen dem Mittelrohr und dem äußeren Rohr gebildet ist. Das äußere Rohr weist einen Teil auf, der zu einer Austrittsöffnung vor, und in einer axialen Entfernung von, der Austrittsmündung des Mittelrohrs zusammenläuft. Durch diese Ausbildung tritt der Strom der flüssigen Probe aus dem Mittelrohr aus und in einen Raum ein, in dem die flüssige Probe auf das Gas trifft, das durch den ringförmigen Durchgang zugeführt wird. Die Wechselwirkung zwischen dem Gas und der flüssigen Probe bewirkt, dass die flüssige Probe in Tröpfchen aufbricht, mit dem Ergebnis, dass ein Probespray aus der Austrittsöffnung des äußeren Rohrs hervortritt, die als der Düsenaustritt der GDVN dient.

Momentane Entwürfe von GDVNs und anderen Probezerstäuber sind durch die Tatsache eingeschränkt, dass sie entweder keine Möglichkeit zum Einstellen der Position des Mittelrohrs relativ zu der Austrittsöffnung liefern oder keine Möglichkeit zum Einstellen der Position des Mittelrohrs, während der Probezerstäuber gerade arbeitet, liefern, d. h. während der Gas- und Flüssigkeitsfluss durch den Probezerstäuber aktiv sind. So ist bei momentanen Entwürfen eine Optimierung des Probesprays schwierig zu erzielen.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, einen verbesserten Entwurf von Probezerstäubern bereitzustellen.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Probezerstäuber gemäß Anspruch 1, eine Atmosphärendruckionisationsquelle gemäß Anspruch 11, ein Probeanalysesystem gemäß Anspruch 13, ein Verfahren zum Erzeugen eines Probesprays gemäß Anspruch 14, ein Verfahren zum Erzeugen von Analytionen gemäß Anspruch 17, ein Verfahren zum Analysieren einer Probe gemäß Anspruch 18 oder 20 und ein Verfahren zum Atomisieren einer Probe gemäß Anspruch 19.

Zum Angehen der vorstehend erwähnten Probleme als Ganzes oder in Teilen und/oder anderer Probleme, die durch Fachleute auf diesem Gebiet unter Umständen beobachtet wurden, stellt die vorliegende Offenbarung Verfahren, Prozesse, Systeme, Geräte, Instrumente und/oder Vorrichtungen bereit, die beispielhaft in unten dargelegten Implementierungen beschrieben sind.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Probezerstäuber: eine erste Leitung, die entlang einer Längsachse angeordnet ist, wobei die erste Leitung einen ersten Einlass zum Aufnehmen eines Flusses einer flüssigen Probe, einen ersten Auslass zum Abgeben der flüssigen Probe und eine Erstleitungsaußenoberfläche aufweist; eine zweite Leitung, die die erste Leitung um die Längsachse herum umgibt, wobei die zweite Leitung einen zweiten Einlass zum Aufnehmen eines Flusses eines Gases und eine Zweitleitungsinnenoberfläche, die von der Erstleitungsaußenoberfläche beabstandet ist, aufweist, wobei die erste Leitung und die zweite Leitung einen ringförmigen Durchgang zum Leiten des Gases definieren; eine Zerstäuberspitze mit einem Zerstäuberspitzenkörper und einer Fluidwechselwirkungsregion, wobei: der Zerstäuberspitzenkörper eine Öffnung aufweist, die in einer axialen Entfernung von dem ersten Auslass relativ zu der Längsachse angeordnet ist; die Fluidwechselwirkungsregion entlang der Längsachse zwischen der ersten Leitung und der Öffnung angeordnet ist und mit dem ersten Auslass, dem ringförmigen Durchgang und der Öffnung in Verbindung steht; und die Zerstäuberspitze ausgebildet ist, um ein Probespray durch einen Kontakt zwischen der flüssigen Probe und dem Gas in der Fluidwechselwirkungsregion zu erzeugen und das Probespray aus der Öffnung abzugeben; und eine einstellbare Positionierungsvorrichtung, die mechanisch mit der ersten Leitung in Verbindung steht und ausgebildet ist, um die erste Leitung entlang der Längsachse ansprechend auf eine Einstellung der Positionierungsvorrichtung zu verschieben, wobei eine axiale Position des ersten Auslasses entlang der Längsachse relativ zu der Öffnung einstellbar ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet eine Atmosphärendruck-Ionisations-(API-)Quelle (API = atmospheric pressure ionization): einen Probezerstäuber gemäß einem beliebigen der hierin offenbarten Ausführungsbeispiele; eine Ionisationskammer, die mit dem zweiten Leitungsauslass in Verbindung steht; und eine Ionisationsvorrichtung, die zum Ionisieren von Analyten aus dem Probespray, das aus dem zweiten Auslass in die Ionisationskammer abgegeben wird, bei Atmosphärendruck, ausgebildet ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Probeanalysesystem: eine API-Quelle gemäß einem beliebigen der hierin offenbarten Ausführungsbeispiele; und ein Analyseinstrument, das schnittstellenmäßig mit der Ionisationskammer verbunden ist und zum Messen eines Attributs von Analytionen oder Analytphotonen, die durch die API-Quelle erzeugt werden, ausgebildet ist.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Verfahren zum Erzeugen eines Probesprays: Fließenlassen einer flüssigen Probe durch eine erste Leitung, durch einen ersten Auslass der ersten Leitung und in eine Fluidwechselwirkungsregion einer Zerstäuberspitze; Fließenlassen eines Gases durch einen ringförmigen Durchgang zwischen der ersten Leitung und einer zweiten Leitung, die die erste Leitung umgibt, und in die Fluidwechselwirkungsregion, wobei das Gas die flüssige Probe kontaktiert und ein Probespray erzeugt; Abgeben des Probesprays aus einer Öffnung der Zerstäuberspitze, wobei die Fluidwechselwirkungsregion entlang einer Längsachse angeordnet ist und der erste Auslass an einer Axialposition entlang der Längsachse relativ zu der Öffnung positioniert ist; während des Abgebens des Probesprays, Verschieben der ersten Leitung, um die Axialposition des ersten Auslasses relativ zu der Öffnung einzustellen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Verfahren zum Erzeugen von Analytionen: Erzeugen eines Probesprays gemäß einem beliebigen der hierin offenbarten Ausführungsbeispiele; und Ionisieren von Analyten, die in Tröpfchen des Probesprays beinhaltet sind.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Verfahren zum Analysieren einer Probe: Ionisieren von Analyten gemäß einem beliebigen der hierin offenbarten Ausführungsbeispiele; und Messen eines Attributs der Ionen.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Verfahren zum Atomisieren einer Probe: Erzeugen eines Probesprays gemäß einem beliebigen der hierin offenbarten Ausführungsbeispiele; Generieren von Plasma; und Abgeben der Tröpfchen aus dem Probespray in das Plasma.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel beinhaltet ein Verfahren zum Analysieren einer Probe: Atomisieren der Probe gemäß einem beliebigen der hierin offenbarten Ausführungsbeispiele, um Probeatome zu erzeugen; und Messen eines Attributs der Probeatome oder Photonen, die aus den Probeatomen abgegeben werden.

Weitere Vorrichtungen, Geräte, Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile der Erfindung sind oder werden für einen Fachmann auf diesem Gebiet nach Durchsicht der folgenden Figuren und der detaillierten Beschreibung ersichtlich. Alle derartigen zusätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile sollen innerhalb der Beschreibung beinhaltet sein, innerhalb des Schutzbereichs der Erfindung liegen und durch die beigefügten Ansprüche geschützt sein.

Die Erfindung ist unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren besser verständlich. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, wobei stattdessen eine Veranschaulichung der Prinzipien der Erfindung hervorgehoben wird. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen in allen unterschiedlichen Ansichten entsprechende Teile.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1A eine schematische perspektivische Ansicht eines Probezerstäubers gemäß einigen Ausführungsbeispielen;

1B eine schematische Querschnittsseitenansicht (der Länge nach) des in 1A dargestellten Probezerstäubers;

1C eine schematische Querschnittsseitenansicht (der Länge nach) einer Zerstäuberspitze des in 1A dargestellten Probezerstäubers gemäß einem Ausführungsbeispiel;

2A eine schematische Querschnittsseitenansicht (der Länge nach) einer Zerstäuberspitze gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

2B eine schematische Querschnittsseitenansicht (der Länge nach) einer Zerstäuberspitze gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

3 eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Probeanalysesystems gemäß einigen Ausführungsbeispielen; und

4 eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Probeanalysesystems gemäß anderen Ausführungsbeispielen.

Der Ausdruck „Fluid”, wie er hierin verwendet wird, wird in einem allgemeinen Sinn verwendet, um sich auf jedes beliebige Material zu beziehen, das durch eine Leitung fließen kann. So kann sich der Ausdruck „Fluid” allgemein auf entweder eine Flüssigkeit oder ein Gas beziehen, es sei denn, dies ist anderweitig spezifiziert oder der Kontext gibt dies anderweitig vor.

Der Ausdruck „Flüssigkeit”, wie er hierin verwendet wird, kann sich allgemein auf eine Lösung, eine Suspension, ein Kolloid oder eine Emulsion beziehen. Feststoffe und/oder Gasblasen könnten in der Flüssigkeit vorliegen.

Der Ausdruck „Aerosol”, wie er hierin verwendet wird, bezieht sich allgemein auf eine Anordnung flüssiger Tröpfchen und/oder Feststoffe, die in einem gasförmigen Medium lange genug suspendiert sind, um beobachtet und gemessen zu werden. Die Größe von Aerosoltröpfchen oder Teilchen liegt üblicherweise in der Größenordnung von Mikrometern (μm). Siehe Kulkarni und andere, Aerosol Measurement (Aerosolmessung), 3. Ausgabe, John Wiley & Sons, Inc. (2011), S. 821. Ein Aerosol kann man sich folglich so vorstellen, dass es flüssige Tröpfchen und/oder Feststoffe sowie ein Gas beinhaltet, das die flüssigen Tröpfchen und/oder Feststoffe mitführt oder trägt. Der Ausdruck „Spray” oder „Sprühmittel” kann sich auf ein Aerosol beziehen, das gerade einem Antriebsmechanismus unterzogen wird oder wurde.

Wie der Ausdruck „Atomisierung” hierin verwendet wird, bezieht er sich auf den Prozess eines Aufbrechens von Molekülen herunter bis zu Atomen. Als ein nicht-einschränkendes Beispiel könnte „Atomisieren” einer Flüssigkeitsprobe ein Vernebeln der Flüssigkeitsprobe, um ein Aerosol zu bilden, gefolgt durch ein Aussetzen des Aerosols gegenüber einem Plasma bedeuten.

Wie der Ausdruck „Probe” hierin verwendet wird, beinhaltet er einen oder mehrere unterschiedliche Typen von Analyten von Interesse, die in einer Fluidmatrix gelöst sind oder anderweitig getragen werden. Die Analyten könnten Metalle, andere Elemente, (bio-)chemische Verbindungen, Biopolymere (z. B. Kohlenhydrate, Polynukleotide, Proteine usw.) oder biologische Stoffe sein, wie z. B. ganze (intakte) biologische Zellen, lysierte oder aufgespaltene Zellen oder intrazelluläre Komponenten. Die Fluidmatrix könnte Wasser und/oder andere Lösungsmittel, lösbare Materialien, wie z. B. Salze, und/oder gesamte gelöste Feststoffe (TDS; TDS = total dissolved solid), sein oder beinhalten und könnte außerdem andere Verbindungen beinhalten, die nicht von analytischem Interesse sind.

Wie der Ausdruck „Atmosphärendruck” hierin verwendet wird, ist er nicht auf den Standard-Atmosphärendruck von 760 Torr eingeschränkt. So beinhaltet „bei” Atmosphärendruck „bei oder um Atmosphärendruck herum” oder „bei etwa” Atmosphärendruck.

Wie der Ausdruck „Leitung” hierin verwendet wird, bezieht er sich allgemein auf einen beliebigen Typ von Struktur, die einen Innenraum umgibt, der einen wiederholbaren Weg für ein Fluid definiert, um von einem Punkt (z. B. einem Einlass der Leitung) zu einem anderen Punkt (z. B. einem Auslass der Leitung) zu strömen. Eine Leitung beinhaltet im Allgemeinen eine oder mehrere Wände, die ein Rohr oder einen Kanal definieren.

Bei einigen Ausführungsbeispielen könnte eine Leitung eine kleine Bohrung aufweisen. Ein Rohr mit kleiner Bohrung kann hierin als Kapillarrohr oder Kapillare bezeichnet werden. Ein Kanal mit kleiner Bohrung kann hierin als „mikrofluidischer Kanal” oder „Mikrokanal” bezeichnet werden. Der Querschnitt (oder die Durchströmfläche) einer Leitung mit kleiner Bohrung könnte eine Querschnittsabmessung in der Größenordnung von Mikrometern (beispielsweise bis zu etwa 1000 μm oder 1 μm) oder weniger (beispielsweise Nanometer (nm)) aufweisen. Beispielsweise könnte die Querschnittsabmessung von 100 nm bis 1000 μm (1 mm) variieren. Der Ausdruck „Querschnittsabmessung” bezieht sich auf einen Typ Abmessung, der geeignet beschreibend für die Form des Querschnitts der Leitung ist – beispielsweise Durchmesser in dem Fall eines kreisförmigen Querschnitts, Hauptachse in dem Fall eines elliptischen Querschnitts oder maximale Breite oder Höhe zwischen zwei gegenüberliegenden Seiten in dem Fall eines vieleckigen Querschnitts. Zusätzlich könnte der Querschnitt der Leitung eine unregelmäßige Form besitzen, entweder absichtlich oder als Ergebnis der Einschränkungen von Herstellungstechniken. Die Querschnittsabmessung eines unregelmäßig geformten Querschnitts könnte als die Abmessungscharakteristik eines regelmäßig geformten Querschnitts genommen werden, dem sich der unregelmäßig geformte Querschnitt am meisten annähert (beispielsweise Durchmesser eines Kreises, Hauptachse einer Ellipse, Breite oder Höhe eines Vielecks usw.). Durchflussraten durch eine Leitung mit kleiner Bohrung könnten in der Größenordnung von Mikrolitern pro Minute (μL/min) oder Nanolitern pro Minute (nL/min) sein.

Ein Rohr oder eine Kapillare kann durch jede beliebige bekannte Technik gebildet sein. Das Rohr oder die Kapillare könnte aus einer Vielzahl von Materialien gebildet sein, wie z. B. Quarzglas, Glas, Polymeren und Metallen.

Ein mikrofluidischer Kanal könnte in einem Festkörper aus einem Material gebildet sein. Das Material könnte von dem Typ sein, der in verschiedenen Gebieten der Mikroherstellung eingesetzt wird, wie z. B. Mikrofluidik, Mikroelektronik, mikroelektromechanischen Systemen (MEMS) und dergleichen. Die Zusammensetzung des Materials könnte eine sein, die auf diesen Gebieten als ein Halbleiter, elektrischer Isolator oder Dielektrikum, Vakuumabdichtung, Strukturschicht oder Opferschicht eingesetzt wird. Das Material könnte so aus beispielsweise einem Metalloid (z. B. Silizium oder Germanium), einer Metalloid-Legierung (z. B. Silizium-Germanium), einem Carbid, wie z. B. Siliziumcarbid, einem anorganischen Oxid oder einer derartigen Keramik (z. B. Siliziumoxid, Titanoxid oder Aluminiumoxid), einem anorganischen Nitrid oder Oxinitrid (z. B. Siliziumnitrid oder Siliziumoxinitrid), verschiedenen Glasen oder verschiedenen Polymeren, wie z. B. Polycarbonaten (PC), Polydimethylsiloxan (PDMS), usw. bestehen. Der Festkörper aus einem Material könnte zu Beginn in der Form von beispielsweise einem Substrat, einer Schicht, die auf einem darunterliegenden Substrat angeordnet ist, einem mikrofluidischen Chip, einer Form bzw. Die, die aus einem größeren Wafer aus dem Material vereinzelt ist, usw. bereitgestellt werden.

Der Kanal könnte in einem Festkörper aus einem Material durch eine beliebige Technik gebildet sein, die auf dem Gebiet der Herstellung schon bekannt ist oder später noch entwickelt wird, die geeignet für die Zusammensetzung des Materials und die Größe und das Aspektverhältnis (z. B. Länge: Durchmesser) des Kanals ist. Als nicht-einschränkende Beispiele könnte der Kanal durch eine Ätztechnik gebildet sein, wie z. B. Ätzen mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB; FIB = focused ion beam), Tiefreaktivionenätzen (DRIE; DRIE = deep reactive ion etching), Weichlithografie oder eine Mikrobearbeitungstechnik, wie z. B. mechanisches Bohren, Laserbohren oder Ultraschallfräsen. Abhängig von der Länge und der charakteristischen Abmessung des zu bildenden Kanals könnte das Ätzen oder die Mikrobearbeitung in einer Art und Weise erfolgen, die analog zu der Bildung eines vertikalen oder dreidimensionalen „Durchgangslochs” teilweise in oder vollständig durch die Dicke des Materials ist (z. B. ein „Durch-Wafer”- oder „Durch-Substrat”-Durchgangsloch). Alternativ könnte ein anfangs offener Kanal oder Graben auf der Oberfläche eines Substrats gebildet sein, das dann mit einem anderen Substrat verbunden wird, um den Kanal fertigzustellen. Das andere Substrat könnte eine flache Oberfläche besitzen oder könnte auch einen anfangs offenen Kanal umfassen, der mit dem offenen Kanal des ersten Substrats als Teil des Verbindungsvorgangs ausgerichtet wird.

Abhängig von seiner Zusammensetzung könnte das Material, das die Leitung definiert, inhärent chemisch träge relativ zu dem Fluid sein, das durch die Leitung fließt. Alternativ könnte die Leitung (oder zumindest die Innenoberfläche der Leitung) als Teil des Herstellungsvorgangs deaktiviert sein, wie z. B. durch Aufbringen einer geeigneten Beschichtung oder Oberflächenbehandlung/Funktionalisierung, um so die Leitung chemisch träge zu machen. Ferner könnte die Innenoberfläche der Leitung so behandelt oder funktionalisiert werden, dass ihr so eine Eigenschaft verliehen oder diese verbessert wird, wie z. B. Hydrophobie, Hydrophilie, Lipophobie, Lipophilie, usw., wie dies für eine bestimmte Anwendung nötig oder wünschenswert ist. Beschichtungen und Oberflächenbehandlungen/Funktionalisierungen für alle derartigen Zwecke sind für Fachleute auf diesem Gebiet ohne weiteres zu erkennen.

Bei einigen Ausführungsbeispielen ist das Material, das die Leitung bildet, optisch für einen Zweck transparent, wie z. B. Durchführung einer Messung auf Optikbasis, Durchführung einer Probeanalyse, Erfassung oder Identifikation einer Substanz, die durch den Kanal fließt, ermöglichen für einen Benutzer, Flüsse und/oder interne Komponenten zu beobachten, usw.

Die 1A1C stellen ein Beispiel eines Probezerstäubers 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel dar. 1A ist eine schematische perspektivische Ansicht des Probezerstäubers 100. 1B ist eine schematische Querschnittseitenansicht (der Länge nach) des Probezerstäubers 100. 1C ist eine schematische Querschnittseitenansicht (der Länge nach) eines distalen Endabschnitts (oder vorderen Endabschnitts) des Probezerstäubers 100, d. h. des Abschnitts, der an einem distalen Ende (oder vorderen Ende oder einer Spitze) 102 des Probezerstäubers 100 endet. In dem vorliegenden Kontext ist das distale Ende 102 das Ende, an dem ein Probespray 104 (1) gebildet und nach außen ausgestoßen wird. Der Probezerstäuber 100 weist außerdem einen proximalen Endabschnitt (oder hinteren Endabschnitt) auf, d. h. den Abschnitt, der an einem proximalen Ende (oder hinteren Ende) 106 des Probezerstäubers 100 endet. In dem vorliegenden Kontext ist das proximale Ende 106 das Ende, das dem distalen Ende 102 axial gegenüberliegt.

Im Allgemeinen kann der Probezerstäuber 100 eine erste Leitung (oder innere Leitung oder Probeleitung) 108 (1B und 1C), der entlang einer Längsachse 110 angeordnet ist (oder sich dort erstreckt), eine zweite Leitung (oder äußere Leitung oder Gasleitung) 112, die die erste Leitung 108 um die Längsachse 110 herum umgibt, eine Zerstäuberspitze (oder einen Zerstäuberspitzenabschnitt) 116, die an dem distalen Ende 102 angeordnet ist, und eine einstellbare Positionierungsvorrichtung (oder axiale Einstellvorrichtung 120 aufweisen, die üblicherweise zwischen dem distalen Ende 102 und dem proximalen Ende 106 angeordnet ist. In dem Zusammenhang der vorliegenden Offenbarung bezieht sich der Ausdruck „axial” auf eine Position relativ zu der Längsachse 110 oder bezeichnet diese. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste Leitung 108 und die zweite Leitung 112 als Rohre vorgesehen. Alternativ könnten eine oder beide der ersten Leitung 108 und der zweiten Leitung 112 oder Teile von einer oder beiden der ersten Leitung 108 und der zweiten Leitung 112 Kanäle sein, die in Strukturteilen des Probezerstäubers 100 gebildet sind.

Zur Darstellungs- und Beschreibungszwecken wird die Längsachse 110 als ein Referenzdatum eingesetzt, von dem aus die Positionen der verschiedenen Komponenten des Probezerstäubers 100 definiert werden können. Die erste Leitung 108 befindet sich auf der Längsachse 110 und die zweite Leitung 112 ist koaxial zu der ersten Leitung 108 relativ zu der Längsachse 110. In dem Zusammenhang der vorliegenden Offenbarung soll der Ausdruck „koaxial” die erste Leitung 108 und die zweite Leitung 112 nicht auf kreisförmige Querschnitte aufweisend einschränken, sondern bedeutet stattdessen, dass die erste Leitung 108 und die zweite Leitung 112 sich beide auf einer gemeinsamen Achse, nämlich der Längsachse 110, befinden. Die erste Leitung 108 und die zweite Leitung 112 könnten andere runde Querschnitte (z. B. elliptisch) aufweisen oder könnten bei anderen Ausführungsbeispielen Vieleckquerschnitte aufweisen, wie hier an anderer Stelle angemerkt ist. Die erste Leitung 108 könnte allgemein als zentral innerhalb der Gesamtstruktur des Probezerstäubers 100 positioniert betrachtet werden. In diesem Fall könnte die Längsachse 110 zumindest allgemein als die Mittelachse des Probezerstäubers 100 betrachtet werden. Eine derartige Konfiguration jedoch schränkt den Probezerstäuber 100 nicht darauf ein, dass er als Ganzes perfekt symmetrisch um die Längsachse 110 ist, wie aus dem in 1A gezeigtem Beispiel ersichtlich wird.

Die erste Leitung 108 beinhaltet einen ersten Leitungseinlass (oder ersten Einlass) 132 (1A und 1B) zum Aufnehmen eines Flusses einer flüssigen Probe von einer Probequelle und einen ersten Leitungsauslass (oder ersten Auslass) 134 (1B und 1C) zum Abgeben der flüssigen Probe. Der erste Leitungseinlass 120 könnte sich allgemein an einem Punkt in Flussrichtung vor der Zerstäuberspitze 116 befinden, wie z. B. an oder nahe bei dem proximalen Ende 106 des Probezerstäubers 100. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel befindet sich der erste Leitungseinlass 120 auf der Achse (auf der Längsachse 110) an dem proximalen Ende 106, während er sich bei anderen Ausführungsbeispielen an einer Position außerhalb der Achse befinden könnte. Der erste Leitungseinlass 120 könnte fluidisch abgedichtet und sicher in einer Bohrung eines Fluidanschlussstücks 136 fixiert sein (z. B. Druckabdichtungsanschlussstück, Hülse, usw., 1A und 1B), das ausgebildet ist, um den ersten Leitungseinlass 120 fluidisch in einer Fluid-abgedichteten Weise mit einer anderen Fluidleitung zu koppeln, die mit der Probequelle in Verbindung steht.

Wie in 1C dargestellt ist, beinhaltet die erste Leitung 108 eine Erstleitungsaußenoberfläche 138 und eine Erstleitungsinnenoberfläche 140, die die Dicke des festen Teils (Wand) der ersten Leitung 108 definieren, der die innere Bohrung (oder das Lumen) der ersten Leitung 108 umgibt. Die erste Leitung 108 endet an einer ersten Leitungsspitze 142, an der der erste Leitungsauslass 134 angeordnet ist. Bei einigen Ausführungsbeispielen ist die erste Leitungsspitze 142 spitz zulaufend (z. B. konisch), wie dargestellt, wobei sich hier der Außendurchmesser der ersten Leitung 108 entlang der ersten Leitungsspitze 142 bis zu ihrer Endfläche, die den ersten Leitungsauslass 134 umgibt, verjüngt. Die spitz zulaufende Geometrie könnte beispielsweise zum Verbessern einer Trennung des Flüssigkeitsflusses aus dem ersten Leitungsauslass 134 wünschenswert sein. Die innere Bohrung der ersten Leitung 108 könnte entlang der Länge der ersten Leitung 108 konstant sein oder zumindest entlang der Länge des distalen Teils der ersten Leitung 108, der an dem ersten Leitungsauslass 134 endet. Alternativ könnte die innere Bohrung in Stufen variieren oder allmählich spitz zulaufen, wie z. B. bei der dargestellten ersten Leitungsspitze 142.

Bei einem typischen, trotzdem nicht-einschränkenden Ausführungsbeispiel könnte der Innendurchmesser (Bohrungsdurchmesser) der ersten Leitung 108 in der Größenordnung von Mikrometern (μm) liegen, z. B. kleiner als 1000 μm. Die Endfläche, die den ersten Leitungsauslass 134 umgibt, könnte (im Wesentlichen) flach sein. Abhängig von ihrer Dicke könnte die Endfläche relativ stumpf oder relativ scharf sein. Die erste Leitung 108 könnte aus einem geeignet robusten und trägen Material bestehen, wie zum Beispiel aus Quarzglas (geschmolzenem Quarz).

Die zweite Leitung 112 beinhaltet einen zweiten Leitungseinlass (oder zweiten Einlass) 146 (1B) zum Aufnehmen eines Flusses eines geeigneten trägen Vernebelungsgases (z. B. für Stickstoff, Argon, Helium usw.) von einer Vernebelungsgasquelle und einen zweiten Leitungsauslass (oder zweiten Auslass) 148 (1C) zum Abgeben des Vernebelungsgases. Der zweite Leitungseinlass 146 könnte sich allgemein an einem Punkt in Flussrichtung vor der Zerstäuberspitze 116 befinden. Wie in 1B dargestellt ist, könnte der zweite Leitungseinlass 146 in einem Gasanschlussstück 150 positioniert sein (oder ein einstückiges Teil desselben sein), das zum fluidischen Koppeln mit einer anderen Fluidleitung ausgebildet ist, die mit der Vernebelungsgasquelle in Verbindung steht. Der Gasfluss könnte in einem Winkel (z. B. 90 Grad) zu der Längsachse 110, entlang der die zweite Leitung 112 ausgerichtet ist, in das Gasanschlussstück eintreten, wie durch einen Pfeil angezeigt wird. Wie in 1C dargestellt ist, beinhaltet die zweite Leitung 112 eine Zweitleitungsaußenoberfläche 152 und eine Zweitleitungsinnenoberfläche 154, die die Dicke des festen Teils (Wand) der zweiten Leitung 112 definieren, der die Innenbohrung (oder das Lumen) der zweiten Leitung 112 umgibt. Die innere Bohrung der zweiten Leitung 112 könnte entlang der Länge der zweiten Leitung 112 konstant sein oder variieren. Bei einem typischen, trotzdem nicht einschränkenden Ausführungsbeispiel könnte der Innendurchmesser (Bohrungsdurchmesser) der zweiten Leitung 112 in der Größenordnung von Mikrometern (μm) liegen, z. B. kleiner als 1000 μm. Die zweite Leitung 112 könnte aus einem geeignet robusten Material hergestellt sein, wie zum Beispiel verschiedenen Metallen.

Wie am besten in 1C gezeigt ist, definieren die erste Leitung 108 und die zweite Leitung 112 einen ringförmigen Durchgang (oder eine ringförmige Leitung) 158 radial oder quer (d. h. in einer Richtung orthogonal zu der Längsachse 110) zwischen denselben, nämlich zwischen der Erstleitungsaußenoberfläche 138 und der Zweitleitungsinnenoberfläche 154, zum Leiten des Vernebelungsgases zu dem zweiten Leitungsauslass 148 (der ebenso ringförmig ist). In dem Zusammenhang der vorliegenden Offenbarung sollen die Ausdrücke „radial” und „ringförmig” die erste Leitung 108 und die zweite Leitung 112 nicht' auf kreisförmige Querschnitte einschränken, sondern zeigen stattdessen an, dass die zweite Leitung 112 zumindest einen Teil der Länge der ersten Leitung 108 umgibt, um so den ringförmigen Durchgang 158 zu definieren oder zu bilden. Einer oder mehrere radial ausgerichtete ringförmige Abstandshalter 160 könnten eingesetzt werden, um die erste Leitung 108 in koaxialer Beziehung zu der zweiten Leitung 112 radial anzuordnen. Beispielsweise könnten drei Abstandshalter 160 axial voneinander entlang der Länge des ringförmigen Durchgangs 158 beabstandet sein. Die ringförmigen Abstandshalter 160 besitzen Mündungen (nicht gezeigt), um einen im Wesentlichen ungehinderten Fluss von Vernebelungsgas durch die ringförmigen Abstandshalter 160 zu ermöglichen. Jeder ringförmige Abstandshalter 160 könnte beispielsweise als eine Scheibe mit Löchern, Radialschlitzen oder dergleichen ausgebildet sein, oder als eine radartige Anordnung mit einer Mittelnabe und radialen Speichen, mit oder ohne einen äußeren Rand. Zur Erleichterung des Zusammenbaus könnten die ringförmigen Abstandshalter 160 zuvor mit enger Passung an der Erstleitungsaußenoberfläche 138 positioniert sein. Die erste Leitung 108 mit den daran befestigten ringförmigen Abstandshaltern 160 könnte dann derart in die zweite Leitung 112 eingeführt werden, dass ein Kontakt zwischen den ringförmigen Abstandshaltern 160 und der Zweitleitungsinnenoberfläche 154 relativ lose ist, um eine axiale Verschiebung der ersten Leitung 108 relativ zu der zweiten Leitung 112 unterzubringen, wie hierin noch weiter beschrieben werden wird.

Bei dem in 1C dargestellten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der erste Leitungsauslass 134 axial über den zweiten Leitungsauslass 148 hinaus. Allgemeiner könnten die jeweiligen Axialpositionen (entlang oder relativ zu der Längsachse 110) des erste Leitungsauslasses 134 und des zweiten Leitungsauslasses 148 bei einer bestimmten Verwendung des Probezerstäubers 100 gleich sein oder nicht. Die einstellbare Positionierungsvorrichtung 120 ermöglicht es, dass die Axialposition des ersten Leitungsauslasses 134 relativ zu der Axialposition des zweiten Leitungsauslasses 148 einstellbar ist, wie hierin noch weiter beschrieben werden wird.

Die Zerstäuberspitze 116 dient als das distale Ende des Probezerstäubers 100 und als Düse, was die Funktionen einer Gas-Flüssigkeit-Wechselwirkung (Kontakt) und Probesprayerzeugung bereitstellt. 1C stellt ein Ausführungsbeispiel der Zerstäuberspitze 116 dar. Die Zerstäuberspitze 116 könnte einen festen Zerstäuberspitzenkörper 168 beinhalten, in dem eine innere Bohrung 170 gebildet ist. Die erste Leitung 108 und die zweite Leitung 112 sind derart in die innere Bohrung 170 eingeführt, dass die Zerstäuberspitze 116 die distalen Endabschnitte der ersten Leitung 108 und der zweiten Leitung 112, einschließlich des ersten Leitungsauslasses 134 und des zweiten Leitungsauslasses 148, koaxial umgibt. Eine Austrittsöffnung 172, aus der die Flüssigkeit und Gas abgegeben werden, um das Probespray 104 zu bilden, ist durch den Zerstäuberspitzenkörper 168 an einer am weitesten distalen Endfläche 174 der Zerstäuberspitze 116 gebildet. Die Austrittsöffnung 172 könnte auf der Achse positioniert sein, wie dargestellt, oder könnte bei anderen Ausführungsbeispielen zu der Längsachse 110 versetzt oder in einem Winkel zu derselben sein. Der Durchmesser der Austrittsöffnung 172 könnte größer sein als der Durchmesser des ersten Leitungsauslasses 134, um das Verhindern eines Verstopfens der Austrittsöffnung 172 zu unterstützen. Ein Teil der inneren Bohrung 170, der als sich allgemein von dem zweiten Leitungsauslass 148 zu der Austrittsöffnung 172 erstreckend betrachtet wird, definiert eine Fluid-(Gas-Flüssigkeit-)Wechselwirkungsregion 170A. So steht die Fluidwechselwirkungsregion 170A an einem Axialende derselben (oder Einlassende) in Verbindung mit dem ersten Leitungsauslass 134 und dem ringförmigen Durchgang 158 (an dem zweiten Leitungsauslass 148), um die Ströme von flüssiger Probe und Vernebelungsgas aufzunehmen, wie durch Pfeile dargestellt ist, und steht an dem anderen Axialende derselben in Verbindung mit der Austrittsöffnung 172, die die Gas-Flüssigkeit-Mischung aufnimmt, die sich zu dem Probespray 104 entwickelt. Ein weiterer Teil 170B der inneren Bohrung 170 kann den distalen Endabschnitt der zweiten Leitung 112 direkt umgeben. Ein Übergangsabschnitt 170C könnte den Teil 170B an die Fluidwechselwirkungsregion 170A anschließen lassen und eine spitz zulaufende oder heruntergestufte Reduzierung des Durchmessers der inneren Bohrung 170 bereitstellen. Durch diese Ausbildung kann der Übergangsabschnitt 170C als eine Anschlags- oder Lokalisierungsoberfläche dienen, gegen die die zweite Leitung 112 anstößt, wenn die zweite Leitung 112 in die innere Bohrung 170 eingeführt wird.

Bei einigen Ausführungsbeispielen könnte die Fluidwechselwirkungsregion 170A einen zylindrischen Abschnitt 178 mit konstantem Durchmesser aufweisen, der zu einem zusammenlaufenden Abschnitt 180 übergeht, entlang dessen sich der Durchmesser bis auf die Austrittsöffnung 172 reduziert. Bei anderen Ausführungsbeispielen ist der zusammenlaufende Abschnitt 180 unter Umständen nicht vorgesehen. Die Endfläche 174 der Zerstäuberspitze 116, die die Austrittsöffnung 172 umgibt, könnte flach oder im Wesentlichen flach sein, wie dargestellt. Bei anderen Ausführungsbeispielen könnte die Austrittsöffnung 172 einen auseinanderlaufenden Abschnitt (nicht gezeigt) beinhalten oder zu diesem übergehen, der an der Endfläche 174 endet oder in derselben gebildet ist.

Bei einigen Ausführungsbeispielen besteht der Zerstäuberspitzenkörper 168 aus einem harten abnutzungsbeständigen Material. Bei weiteren Ausführungsbeispielen besteht der gesamte oder ein Teil des Zerstäuberspitzenkörpers 168 aus einem optisch transparenten Material, das es ermöglicht, dass der Fluidfluss in der Fluidwechselwirkungsregion 170A und eine oder mehrere innere Komponenten, wie zum Beispiel der erste Leitungsauslass 134, der zweite Leitungsauslass 148 und die Fluidwechselwirkungsregion 170A, von außerhalb der Zerstäuberspitze 116 sichtbar sind.

Im Allgemeinen ist die Zerstäuberspitze 116 ausgebildet, um ein Probespray 104 zu erzeugen, indem ein Kontakt zwischen der flüssigen Probe und dem Vernebelungsgas in der Fluidwechselwirkungsregion 170A gefördert wird und das Gas und die Flüssigkeit aus der Austrittsöffnung 172 abgegeben werden, um das Probespray 104 zu bilden. Bei Betrieb wird ein Fluss aus Vernebelungsgas durch den ringförmigen Durchgang 158 mit einer geeigneten Flussrate und einem geeigneten Druck eingerichtet und dieser tritt aus dem ringförmigen Durchgang 158 (bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an dem zweiten Leitungsauslass 148) aus und in die Fluidwechselwirkungsregion 170A ein, wie durch Pfeile angezeigt ist. Ein Fluss einer flüssigen Probe wird dann durch die erste Leitung 108 mit einer geeigneten Flussrate und einem geeigneten Druck eingerichtet und dieser tritt aus dem ersten Leitungsauslass 134 aus und als ein flüssiger Probestrom oder Strahl in die Fluidwechselwirkungsregion 170A ein, wie durch einen Pfeil angezeigt ist. Das Vernebelungsgas hüllt den flüssigen Probestrom derart koaxial in der Fluidwechselwirkungsregion 170A ein, dass der flüssige Flussweg mit dem Gasflussweg verschmilzt, d. h. der Flüssigkeitsfluss wird in den Gasfluss injiziert. Die Mischung der flüssigen Probe und des Vernebelungsgases tritt dann aus der Austrittsöffnung 172 aus. Die Kräfte, die durch den koaxialen Gasstrom in der Fluidwechselwirkungsregion 170A ausgeübt werden, können den Flüssigkeitsstrom hydrodynamisch in einen schmaleren Strom komprimieren oder fokussieren, dessen Durchmesser kleiner sein kann als der (minimale) Innendurchmesser der Austrittsöffnung 172. So kann die Flüssigkeit als feines Filament einer Flüssigkeit oder als längliche Tropfen aus der Austrittsöffnung 172 austreten, die unmittelbar nach einem Austreten aus der Austrittsöffnung 172 ein Probespray 104 bilden. Dieser Vorgang führt zu der Bildung des Probesprays 104, d. h. eines Aerosols, das feine Tröpfchen des Probematerials aufweist (oder beinhaltet), die in dem Vernebelungsgas mitgeführt werden. Ferner können ein Kontakt zwischen dem Probematerial und der Oberfläche, die die Austrittsöffnung 172 definiert, und so ein Verstopfen der Austrittsöffnung 172 minimiert oder vollständig vermieden werden.

Bei einigen Ausführungsbeispielen und abhängig von Betriebsbedingungen kann flüssige Probe, die durch den Gasfluss angezogen wird, zu Beginn in grobe Tröpfchen zerfallen, die wiederum in feinere Tröpfchen zerfallen können. Bei einigen Ausführungsbeispielen und abhängig von Betriebsbedingungen können zumindest einige Tröpfchen in der Austrittsöffnung 172 gebildet werden und/oder in Flussrichtung vor der Austrittsöffnung 172. Bei einigen Ausführungsbeispielen und abhängig von Betriebsbedingungen kann das Probespray 104 zumindest zu Beginn als eine „Einzelreihe”-Folge von Tröpfchen gebildet sein, wie in 1C dargestellt ist, und/oder könnte jenseits der Austrittsöffnung 172 beginnen, sich wie ein konisches Spray auszubreiten oder federartig zu weiten, wie in 1C durch gestrichelte Linien dargestellt ist.

Bei einigen Ausführungsbeispielen kann der Probezerstäuber 100 in einer ähnlichen Weise wie eine dynamische virtuelle Gasdüse (GDVN) arbeiten. Siehe beispielsweise DePonte et al., Gas Dynamic Virtual Nozzle for Generation of Microscopic Droplet Streams (GDVN zur Erzeugung von Strömen aus mikroskopischen Tröpfchen), J. Phys. D: Appl. Phys. 41 195505 (2008).

Im Allgemeinen beabsichtigt die vorliegende Offenbarung in ihren breitesten Aspekten keine spezifischen Einschränkungen bei der Flussrate der flüssigen Probe, die in die Zerstäuberspitze 116 fließt. Bei einigen Ausführungsbeispielen könnte die Flussrate in einem Bereich von 10 nL/min bis 1 mL/min (0,01 μL/min bis 1000 μL/min) betragen. Bei anderen Ausführungsbeispielen könnte die Flussrate in einem Bereich von 1 μL/min bis 100 μL/min betragen. Die Flussrate der flüssigen Probe sowie die Flussrate des Vernebelungsgases und die jeweiligen Drücke, bei denen die flüssige Probe und das Vernebelungsgas der Zerstäuberspitze 116 zugeführt werden, können so optimiert werden, wie dies für verschiedene Anwendungen erforderlich ist.

Im Allgemeinen ist die einstellbare Positionierungsvorrichtung 120 (1A und 1B) ausgebildet, um es einem Benutzer zu ermöglichen, die Axialposition der ersten Leitung 108, und so des ersten Leitungsauslasses 134, relativ zu der Austrittsöffnung 172 der Zerstäuberspitze 116 (sowie relativ zu anderen Komponenten des Probezerstäubers 100, wie zum Beispiel der zweiten Leitung 112) einzustellen oder zu variieren und so die axiale Entfernung oder Beabstandung zwischen dem ersten Leitungsauslass 134 und der Austrittsöffnung 172 einzustellen oder zu variieren. Die Axialeinstellung oder Varianz des ersten Leitungsauslasses 134 relativ zu der Austrittsöffnung 172 könnte realisiert werden, indem ermöglicht wird, dass die erste Leitung 108 axial relativ zu dem Zerstäuberspitzenkörper 168 beweglich ist, in dem die Austrittsöffnung 172 gebildet ist, und/oder indem ermöglicht wird, dass der Zerstäuberspitzenkörper 168 relativ zu der ersten Leitung 108 axial beweglich ist. Dies bedeutet, dass entweder die erste Leitung 108 oder der Zerstäuberspitzenkörper 168 oder sowohl die erste Leitung 108 als auch der Zerstäuberspitzenkörper 168 axial relativ zu anderen stationären Komponenten des Probezerstäubers 100 beweglich sein können.

Die einstellbare Positionierungsvorrichtung 120 kann direkt oder indirekt über eine oder mehrere Komponenten des Probezerstäubers 100 mit der ersten Leitung 108 mechanisch in Verbindung stehen (d. h. kann mit dieser gekoppelt sein oder anderweitig mechanisch mit dieser in Beziehung gesetzt). Die einstellbare Positionierungsvorrichtung 120 könnte eine durch den Benutzer bediente Komponente beinhalten, d. h. eine Komponente, die ausgebildet ist, um durch einen Benutzer bewegbar zu sein. Die einstellbare Positionierungsvorrichtung 120 könnte derart ausgebildet sein, dass eine durch den Benutzer betätigte Bewegung der durch einen Benutzer bedienten Komponente in eine Axialeinstellung der ersten Leitung 108 (und so des ersten Leitungsauslasses 134) relativ zu der Austrittsöffnung 172 umgesetzt wird (d. h. mit einer Axialverschiebung) der ersten Leitung 108 relativ zu dem Zerstäuberspitzenkörper 168 und/oder einer Axialverschiebung des Zerstäuberspitzenkörpers 168 relativ zu der ersten Leitung 108). Als ein nicht-einschränkendes Beispiel könnte die durch den Benutzer betriebene Komponente ein drehbares Bauteil beinhalten (z. B. ein Bauteil, das um die Längsachse 110 drehbar ist), das mit der einen oder den mehreren Komponenten des Probezerstäubers 100 derart gekoppelt ist, dass eine Drehung des drehbaren Bauteils eine axiale Verschiebung der ersten Leitung 108 bewirkt.

Die 1A und 1B stellen ein nicht-einschränkendes Beispiel dessen dar, wie eine Axialeinstellung der ersten Leitung 108 implementiert sein könnte. Wie oben erwähnt wurde, kann der erste Leitungseinlass 120 fluidisch abgedichtet und fest in der Bohrung eines Fluidanschlussstücks 136 fixiert sein, das die erste Leitung 108 fluidisch mit einer anderen Leitung koppelt, durch die die flüssige Probe von einer stromaufwärtigen Probequelle fließt. Das Fluidanschlussstück 136 könnte wiederum an einer (ersten) Strukturkomponente 114 des Probezerstäubers 100 fixiert sein, die eine innere Bohrung 118 entlang der Längsachse 110 beinhaltet, durch die sich die erste Leitung 108 erstreckt. Die Position der ersten Leitung 108 ist so relativ zu der Position der ersten Strukturkomponente 114 fixiert. Die zweite Leitung 112 ist an einer (zweiten) Strukturkomponente 122 des Probezerstäubers 100 fixiert, die eine innere Bohrung 124 aufweist, durch die sich die erste Leitung 108 und die zweite Leitung 112 erstrecken. Die Position der zweiten Leitung 112 ist so relativ zu der Position der zweiten Strukturkomponente 122 fixiert. Ferner ist, da der Zerstäuberspitzenkörper 168 an der zweiten Leitung 112 fixiert ist, die Position des Zerstäuberspitzenkörpers 168 (und so der Austrittsöffnung 172) relativ zu der Position der zweiten Strukturkomponente 122 fixiert. Die erste Strukturkomponente 114 und die zweite Strukturkomponente 122 sind miteinander und/oder mit anderen Komponenten des Probezerstäubers 100 derart gekoppelt, dass die erste Strukturkomponente 114 axial relativ zu der zweiten Strukturkomponente 122 bewegbar ist, und/oder die zweite Strukturkomponente 122 relativ zu der ersten Strukturkomponente 114 axial bewegbar ist. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Teil 126 der inneren Bohrung 124 der zweiten Strukturkomponente 122 so dimensioniert, dass er einen Endteil 127 der ersten Strukturkomponente 114 aufnimmt und zur Unterbringung einer Bewegung der ersten Strukturkomponente 114 und/oder der zweiten Strukturkomponente 122 relativ zueinander einen axialen Raum bereitstellt. Eine geeignete Abdichtungskomponente 128, wie zum Beispiel ein Abdichtflansch oder ein O-Ring, könnte so koaxial zwischen der ersten Strukturkomponente 114 und der zweiten Strukturkomponente 122 in dem Raum, der in 1B mit 128 bezeichnet ist, positioniert sein, um eine Fluidabdichtung während einer Axialbewegung aufrechtzuerhalten.

Bei dem in den 1A und 1B dargestellten Ausführungsbeispiel ist die erste Strukturkomponente 114 bewegbar mit der zweiten Strukturkomponente 122 gekoppelt. Bei dem spezifischen Beispiel kann ein äußeres (oder inneres) Gewinde der ersten Strukturkomponente 114 mit einem inneren (oder äußeren) Gewinde der zweiten Strukturkomponente 122 an einem geeigneten Ort zusammengepasst sein. 1B stellt schematisch ein Beispiel und einen Ort einer Gewindeeingriffnahme oder -schnittstelle 144 zwischen der ersten Strukturkomponente 114 und der zweiten Strukturkomponente 122 dar. Durch diese Gewindeeingriffnahme 144 stehen die erste Strukturkomponente 114 und die zweite Strukturkomponente 122 so in mechanischer Verbindung miteinander, dass eine Drehung der ersten Strukturkomponente 114 und/oder der zweiten Strukturkomponente 122 eine Einstellung der Axialpositionen der ersten Strukturkomponente 114 und der zweiten Strukturkomponente 122 relativ zueinander bewirkt (d. h. axiale Bewegung der ersten Strukturkomponente 114 relativ zu der zweiten Strukturkomponente 122 und/oder Axialbewegung der zweiten Strukturkomponente 122 relativ zu der ersten Strukturkomponente 114). Häufig bewirkt eine derartige Drehung eine Einstellung der Axialposition der ersten Leitung 108, und so des ersten Leitungsauslasses 134, relativ zu der Austrittsöffnung 172 des Zerstäuberspitzenkörpers 168. Ein nicht-einschränkendes Beispiel eines Bereichs einer einstellbaren Axialverschiebung der ersten Leitung 108 relativ zu der Austrittsöffnung 172 ist in 1C durch einen doppelköpfigen Pfeil 168 dargestellt.

Bei einigen Ausführungsbeispielen und wie in den 1A und 1B dargestellt ist, kann die erste Strukturkomponente 114 als eine durch einen Benutzer bediente Komponente der einstellbaren Positionierungsvorrichtung 120 dienen, d. h. die erste Strukturkomponente 114 kann durch den Benutzer gedreht werden. Um eine Manipulation durch den Benutzer zu ermöglichen, kann die erste Strukturkomponente 114 einen Einstellknopf 130 beinhalten, der flache Stelle umfassen kann, um die Benutzung eines Gabelschlüssels oder eines anderen geeigneten Werkzeugs zu ermöglichen. Bei einigen Ausführungsbeispielen und wie dargestellt, könnte ein Verriegelungsmechanismus 156 vorgesehen sein, um zu ermöglichen, dass die Axialposition der ersten Leitung 108 verriegelt wird, sobald eine erwünschte Axialposition des ersten Leitungsauslasses 134 relativ zu der Austrittsöffnung 172 erhalten wurde. Der Verriegelungsmechanismus 156 könnte beispielsweise eine Stellschraube mit Gewinde zur Bewegung in einer Richtung beinhalten, die dazu führt, dass sich die zweite Strukturkomponente 122 in eine Ineingriffnahme mit festem Kontakt mit der ersten Strukturkomponente 114 bewegt (z. B. durch einen Klemmvorgang).

Die axiale Einstellbarkeit der ersten Leitung 108 kann einen oder mehrere Vorteile liefern. Insbesondere können die Eigenschaften oder Attribute des Probesprays 104 (z. B. Tröpfchengröße, Flussrate, Divergenzwinkel usw.), die als optimal erachtet werden, von einer Anwendung zur nächsten variieren. Derartige Eigenschaften oder Attribute hängen von den Betriebsparametern des Probezerstäubers 100 ab, einschließlich der Bedingungen in Bezug auf Fluidmechanik in der Fluidwechselwirkungsregion 170A der Zerstäuberspitze 116, wie zum Beispiel den Flussraten der flüssigen Probe und des Vernebelungsgases und dem Gasgegendruck an der Austrittsöffnung 172 oder über diese hinweg. Die Fluidmechanik in der Fluidwechselwirkungsregion 170A wird durch das Vorliegen der ersten Leitung 108 in der Fluidwechselwirkungsregion 170A beeinflusst. Insbesondere variiert der Gasgegendruck über die Austrittsöffnung 172 hinweg mit der Position der ersten Leitung 108 (und somit der Position des ersten Leitungsauslasses 134). Dies bedeutet, dass der Gasgegendruck über die Austrittsöffnung 172 hinweg mit der axialen Entfernung zwischen der ersten Leitung 108 (und so dem ersten Leitungsauslass 134) und der Austrittsöffnung 172 variiert. Beispielsweise erhöht ein Bewegen der ersten Leitung 108 näher an die Austrittsöffnung 172 den Druck. Bei hierin offenbarten Ausführungsbeispielen ermöglicht es die einstellbare Positionierungsvorrichtung 120, dass das Probespray 104 eingestellt oder „abgestimmt” und so für eine bestimmte Anwendung optimiert werden kann. Ferner ermöglicht die einstellbare Positionierungsvorrichtung 120 eine Einstellung der ersten Leitung 108 während eines tatsächlichen Betriebs des Probezerstäubers 100, d. h. während das Probespray 104 generiert wird, was den Vorgang des Einstellens und Optimierens des Probesprays 104 erheblich erleichtert. So macht die Durchführung von Einstellungen es nicht erforderlich, dass das Probespray 104 gestoppt werden muss, stattdessen kann dies „im Vorübergehen” erfolgen.

Die Einstellbarkeit im Vorübergehen ist ferner in Situationen nützlich, in denen die optimalen Betriebsparameter des Probezerstäubers 100 während einer Anfangs- oder Einleitungsphase des Probesprays 104 nicht die gleichen sind wie die optimalen Betriebsparameter während einer normalen oder Dauerbetrieb-Betriebsphase des Probesprays 104. Beispielsweise können die Flussraten, die zum Einleiten eines stabilen Probesprays 104 erforderlich sind, unterschiedlich zu den Raten sein, die für ein nachfolgendes Aufrechterhalten der Stabilität des stabilen Probesprays 104 nach dem Anfahren erforderlich sind, und die optimale Position der ersten Leitung 108 könnte für die unterschiedlichen Flussraten, die während der Anlauf- und der Normaldurchlaufphase erforderlich sind, unterschiedlich sein. In diesem Fall kann die erste Leitung 108 auf eine erste Position eingestellt oder voreingestellt sein, die optimal für ein Einleiten eines stabilen Probesprays 104 ist, und dann auf eine zweite Position eingestellt werden, die optimal für ein Aufrechterhalten eines stabilen Probesprays 104 während eines Normalbetriebs des Probezerstäubers 100 ist.

Wie oben angemerkt wurde, variiert der Gasgegendruck über die Austrittsöffnung 172 hinweg mit der Position der ersten Leitungsspitze 142. So könnte der Gasgegendruck eingesetzt werden, um eine Position der ersten Leitungsspitze 142 auszuwerten und präzise zu positionieren. Der Gasgegendruck könnte durch ein Druckmessgerät gemessen werden, das fluidisch in Verbindung mit der zweiten Leitung 112 steht (z. B. in diese abgreift). Beispielsweise könnte das Druckmessgerät so an dem Gasanschlussstück 150 befestigt sein, dass es wirksam mit dem Gas in Verbindung steht, das durch das Gasanschlussstück 150 fließt. Wie ebenso oben angemerkt wurde, könnte der gesamte Zerstäuberspitzenkörper 168 oder ein Teil desselben aus einem optisch transparenten Material bestehen, das es einem Benutzer ermöglicht, die erste Leitungsspitze 142 und den Fluidfluss in der Fluidwechselwirkungsregion 170A zu betrachten, was den Einstellvorgang weiter erleichtern kann.

2A ist eine schematische Querschnittseitenansicht (der Länge nach) einer Zerstäuberspitze 216 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Die Zerstäuberspitze 216 könnte als Teil eines Probezerstäubers vorgesehen sein, wie er z. B. oben beschrieben und in den 1A1C dargestellt ist. So könnte der Probezerstäuber eine erste Leitung 208 mit einer ersten Leitungsspitze 242, die an einem ersten Leitungsauslass 234 endet, aus dem die flüssige Probe abgegeben wird, eine zweite Leitung 212, die die erste Leitung 208 umgibt, und einen ringförmigen Durchgang 258, der zwischen der ersten Leitung 208 und der zweiten Leitung 212 definiert ist, zum Leiten des Gases aufweisen. Auch wie bei dem Ausführungsbeispiel, das oben beschrieben und in den 1A1C dargestellt wurde, kann die Zerstäuberspitze 216 einen Zerstäuberspitzenkörper 268 und eine Fluidwechselwirkungsregion 270 aufweisen. Der Zerstäuberspitzenkörper 268 kann eine Austrittsöffnung 272 aufweisen, die in einer axialen Entfernung von dem ersten Leitungsauslass 234 relativ zu der Längsachse angeordnet ist. Die Fluidwechselwirkungsregion 270 ist entlang der Längsachse zwischen der ersten Leitung 208 und der Austrittsöffnung 272 angeordnet und steht mit dem ersten Leitungsauslass 234, dem ringförmigen Durchgang 258 und der Austrittsöffnung 272 in Verbindung. Ferner ist die Zerstäuberspitze 216 ausgebildet, um durch Kontakt zwischen der flüssigen Probe und dem Gas in der Fluidwechselwirkungsregion 270 ein Probespray zu erzeugen und das Probespray aus der Austrittsöffnung 272 abzugeben Ferner kann der Probezerstäuber, der der Zerstäuberspitze 216 zugeordnet ist, eine einstellbare Positionierungsvorrichtung (z. B. die Positionierungsvorrichtung 120, die oben beschrieben und in den 1A1C dargestellt wurde) aufweisen, die mechanisch mit der ersten Leitung 208 in Verbindung steht und ausgebildet ist, um die erste Leitung 208 entlang der Längsachse ansprechend auf eine Einstellung der Positionierungsvorrichtung zu verschieben, wobei eine Axialposition des ersten Leitungsauslass 234 entlang der Längsachse relativ zu der Austrittsöffnung 272 einstellbar ist.

Ein Strukturteil 284 der Zerstäuberspitze 216, die in 2A dargestellt ist, umgibt oder definiert die Fluidwechselwirkungsregion 270, die sich in Flussrichtung nach dem ersten Leitungsauslass 234 befindet. Im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel, das oben beschrieben und in 1C dargestellt ist, kann dieser Strukturteil 284 der Zerstäuberspitze 216 als ein einstückiges Teil oder eine Erweiterung der zweiten Leitung 212 betrachtet werden. Anders ausgedrückt könnte der Strukturteil 284 als der distale Abschnitt der zweiten Leitung 212 betrachtet werden, so dass die zweite Leitung 212 (an ihrem distalen Abschnitt) als die Fluidwechselwirkungsregion 270 umgebend oder definierend betrachtet werden kann. Wiederum anders ausgedrückt kann der distale Abschnitt der zweiten Leitung 212 (dem Strukturteil 284 entsprechend) als eine Komponente der Zerstäuberspitze 216 betrachtet werden. Ferner umgibt der Strukturteil 284 der Zerstäuberspitze 216, die in 2A dargestellt ist, den Zerstäuberspitzenkörper 268. So kann, wenn der Strukturteil 284 als einstückig mit der zweiten Leitung 212 betrachtet wird, der Zerstäuberspitzenkörper 268 als innerhalb der zweiten Leitung 212 befindlich betrachtet werden. Als ein nichteinschränkendes Beispiel kann die Zerstäuberspitze 216 durch Einführen des Zerstäuberspitzenkörpers 268 in die zweite Leitung 212 (z. B. von dem offenen distalen Ende der zweiten Leitung 212) und Befestigen des Zerstäuberspitzenkörpers 268 an einer erwünschten Axialposition zusammengebaut werden. Der Zerstäuberspitzenkörper 268 kann beispielsweise durch eine Presspass- oder durch eine geeignete Verbindungs- oder Anbringungstechnik befestigt werden. Im Vergleich dazu umgibt bei dem Ausführungsbeispiel, das oben beschrieben und in 10 dargestellt ist, zumindest ein Teil des Zerstäuberspitzenkörpers 168 (d. h. der Teil der Zerstäuberspitze 116, in dem sich die Austrittsöffnung 172 befindet) die Fluidwechselwirkungsregion 170A.

Wie auch in 2A dargestellt ist, kann bei einigen Ausführungsbeispielen die Zerstäuberspitze 216 einen zusammenlaufenden Abschnitt 280 aufweisen, der zwischen der Fluidwechselwirkungsregion 270 und der Austrittsöffnung 272 angeordnet ist. Der zusammenlaufende Abschnitt 280 läuft in der Richtung entlang der Längsachse auf die Austrittsöffnung 272 zu zusammen, d. h. besitzt einen Durchmesser, der sich bis auf den Durchmesser der Austrittsöffnung 272 in der Richtung auf die Austrittsöffnung 272 zu reduziert. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der zusammenlaufende Abschnitt 280 in dem Zerstäuberspitzenkörper 268 gebildet, während er bei anderen Ausführungsbeispielen durch die Innenoberfläche(n), die die Fluidwechselwirkungsregion 270 einschließt/einschließen, gebildet oder definiert sein kann.

2B ist eine schematische Querschnittseitenansicht (der Länge nach) der Zerstäuberspitze 216 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Im Vergleich zu dem in 2A gezeigten Ausführungsbeispiel beinhaltet in 2B die Zerstäuberspitze 216 einen auseinanderlaufenden Abschnitt 282, der positioniert ist, um das Probespray, das aus der Austrittsöffnung 272 abgegeben wird, aufzunehmen. Der auseinanderlaufende Abschnitt 282 läuft in einer Richtung von der Austrittsöffnung 272 weg auseinander, d. h. besitzt einen Durchmesser, der von dem Durchmesser der Austrittsöffnung 272 in der Richtung von der Austrittsöffnung 272 weg zunimmt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der auseinanderlaufende Abschnitt 282 in dem Zerstäuberspitzenkörper 268 gebildet.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Zerstäuberspitze 216 sowohl einen zusammenlaufenden Abschnitt 280 als auch einen auseinanderlaufenden Abschnitt 282 aufweisen, die jeweils an den gegenüberliegenden Seiten der Austrittsöffnung 272 angeordnet sind.

Ein Probezerstäuber, der die Zerstäuberspitze 216 beinhaltet, wie in 2A oder 2B dargestellt ist, kann wirken, um eine Probespray im Allgemeinen auf die gleiche Art und Weise zu erzeugen, wie oben in Verbindung mit den 1A1C beschrieben wurde, und kann den oder die gleichen Vorteile, die oben beschrieben wurden, bereitstellen.

Im Allgemeinen kann der Probezerstäuber 100 gemäß einem beliebigen der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele in einer beliebigen Anwendung eingesetzt werden, die die Verwendung eines Probematerials in einer zur Aerosol gemachten Form beinhaltet. Der Probezerstäuber 100 könnte beispielsweise als Teil eines Probeanalysesystems eingesetzt werden, um ein Probespray 104 in ein Analyseinstrument einzuführen. Bei einem spezifischeren Beispiel könnte das Probespray 104, das durch den Probezerstäuber 100 generiert wird, eingesetzt werden, um Analytionen aus dem gleichen Material des Probesprays 104 zu erzeugen. Der Probezerstäuber 100 könnte angepasst sein, um einen bestimmten Typ von Spray zu erzeugen, der für einen bestimmten Typ einer Ionisation auf Spraybasis nützlich ist, wie z. B. Thermosprühionisation, Elektrosprühionisation, reibungselektrische Sprühionisation, Schallsprühionisation oder ultraschallgestützte Sprühionisation. Zusätzlich kann das Probespray 104 eingesetzt werden, um eine oder mehrere Proben (z. B. Punkte) auf einem festen Substrat zu erzeugen, die danach durch eine optische Technik analysiert oder ionisiert werden können, wie z. B. durch Laserdesorption oder eine Technik mit Bezug auf Umgebungsionisation.

3 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Probeanalysesystems 300 gemäß einigen Ausführungsbeispielen. Das Probeanalysesystem 300 kann allgemein eine Probeeinführungsvorrichtung oder ein -system 304 oder ein Analyseinstrument 310 aufweisen. Die Probeeinführungsvorrichtung 304 kann allgemein den Probezerstäuber 100, wie er hierin beschrieben ist, und eine Probequelle 314 zum Zuführen der flüssigen Probe zu dem Probezerstäuber 100 aufweisen. Der Probezerstäuber 100 kann mit einer Kammer 318 in Verbindung stehen, in die der Probezerstäuber 100 ein analythaltiges Probespray 104 abgibt. Abhängig von dem Ausführungsbeispiel kann die Kammer 318 als Teil des Analyseinstruments 310 betrachtet werden, oder als eine Schnittstelle (wie beispielsweise eine Atmosphärendruckschnittstelle) zwischen der Probeeinführungsvorrichtung 304 und dem Analyseinstrument 310.

Das Analyseinstrument 310 könnte allgemein eine Analysiervorrichtung 322 und einen Detektor 326 aufweisen, deren Ausbildung und Funktionsweise von dem Typ implementierten Analyseinstruments 310 abhängen. Im Allgemeinen sind die Analysiervorrichtung 322 und der Detektor 326 ausgebildet, um ein Attribut von Analyten, die in dem Probespray 104 beinhaltet sind, oder Atomen, Ionen oder Photonen, die aus den Analyten erzeugt werden, zu messen (d. h. Daten aus diesen zu erfassen). Bei einigen Ausführungsbeispielen sind die Analysiervorrichtung 322 und der Detektor 326 in einem Gehäuse 330 angeordnet, das von der Kammer 318 durch eine Grenze 334, wie z. B. eine Wand, getrennt ist. Eine Probenahmeschnittstelle 338, die an der Grenze 334 positioniert oder durch diese gebildet ist, kann einen Weg für Analyte oder Ionen oder Photonen, die aus den Analyten erzeugt werden (abhängig von dem Ausführungsbeispiel), die zu der Analysiervorrichtung 322 transportiert werden sollen, definieren. Bei einigen Ausführungsbeispielen liegt ein Druckunterschied zwischen den jeweiligen Innenräumen der Kammer 318 und des Gehäuses 330 vor. Bei einigen Ausführungsbeispielen wird das Innere des Gehäuses 330 auf einem Vakuumpegel beibehalten, während das Innere der Kammer 318 bei Atmosphärendruck (oder um denselben herum) beibehalten wird. Bei einigen Ausführungsbeispielen beinhaltet das Gehäuse 330 mehrere Kammern, die auf unterschiedlichen Drücken beibehalten werden, wie z. B. der Reihe nach reduzierten Drücken bei Ausführungsbeispielen, bei denen die Analysiervorrichtung 322 auf einem Hochvakuumniveau (sehr niedrigen Druck) betrieben werden muss.

Bei einigen Ausführungsbeispielen und wie dargestellt beinhaltet das Probeanalysesystem 300 eine Atmosphärendruckionisations-(API-)Quelle 342. Die API-Quelle 342 beinhaltet eine Ionisationsvorrichtung, die zum Erzeugen von Analytionen aus den Analyten ausgebildet ist, die in dem Probespray 104 beinhaltet sind, das aus dem Probezerstäuber 100 abgegeben wird. Der Typ der Ionisationsvorrichtung hängt von dem Typ der bereitgestellten API-Quelle 342 ab. Beispiele von API-Quellen 342 beinhalten Sprühionisationsquellen (z. B. Elektrosprühionisations-(ESI-)Quellen), chemische Atmosphärendruck-Ionisations-(APCI-)Quellen, Atmosphärendruck-Photoionisations-(APPI-)Quellen; (APPI = atmospheric pressure photoionization) und induktiv gekoppelte Plasmaquellen (ICP-Quellen; ICP = inductively coupled plasma) sowie andere Quellen auf Plasmabasis, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Ionen, die in der API-Quelle 342 erzeugt werden, oder Photonen, die aus Atomen abgegeben werden, die in der API-Quelle 342 erzeugt werden, werden über die Probenahmeschnittstelle 338 in das Gehäuse 330 geleitet. Bei einigen Ausführungsbeispielen kann ein Fluss eines trägen Trocknungsgases (z. B. Stickstoff, Argon usw.) in die Kammer 318 geleitet werden, wie z. B. koaxial um die Probenahmeschnittstelle 338 herum oder als Vorhang vor der Probenahmeschnittstelle 338, um ein Verhindern dessen zu unterstützen, dass neutrale Moleküle durch die Probenahmeschnittstelle 338 passieren.

Bei einigen Ausführungsbeispielen kann die Ionisationsvorrichtung eine Elektrode 346 aufweisen, die mit einer Spannungsquelle in Verbindung steht. In einem Fall, in dem die API-Quelle 342 als eine ESI-Quelle ausgebildet ist, kann die Elektrode 346 so positioniert sein, dass sie in Verbindung mit einer geeignet positionierten Gegenelektrode so wirkt, dass ein elektrisches Feld mit einer räumlichen Ausrichtung erzeugt wird, die zum Erzeugen eines Elektrosprays aus dem Probespray 104 wirksam ist. Analytionen werden folglich gemäß bekannten Mechanismen aus dem Elektrospray erzeugt. Die Elektrode 346 könnte in einer Entfernung von dem Probezerstäuber 100 positioniert sein oder könnte in Kontakt mit einem elektrisch leitfähigen Teil des Probezerstäubers 100 stehen. Der Probezerstäuber 100 kann auf die hierin beschriebene Art und Weise separat und unabhängig von der nachfolgenden Erzeugung eines Elektrosprays aus dem Probespray 104 ein elektrisch neutrales (nicht geladenes) Probespray 104 generieren. Die Probenahmeschnittstelle 338 (Ioneneinlass) könnte beispielsweise als die Gegenelektrode dienen.

Bei anderen Ausführungsbeispielen, bei denen die API-Quelle 342 als eine APCI-Quelle ausgebildet ist, könnte die Elektrode 346 ausgebildet und positioniert sein, um eine Corona-Entladung (d. h. eine Corona-Entladungsnadel) zu erzeugen, gegenüber der das Probespray 104 ausgesetzt wird, wie Fachleute auf diesem Gebiet wissen werden. Das Vernebelungsgas, das aus dem Probezerstäuber 100 abgegeben wird, könnte verwendet werden, um primäre Ionen zu bilden, oder ein separater Eingang eines Reagensgases (nicht gezeigt) könnte für diesen Zweck vorgesehen sein.

Bei anderen Ausführungsbeispielen könnte die Ionisationsvorrichtung eine Plasmaquelle 350 aufweisen. In dem Fall von APPI bestrahlen Photonen 354, die in dem Plasma generiert werden, das Probespray 104 und bilden dabei Ionen. Die Photonen 354 können sich durch ein Fenster der Plasmaquelle 350 ausbreiten oder die Plasmaquelle 350 könnte eine fensterlose Ausbildung besitzen, wie für Fachleute auf diesem Gebiet bekannt ist. Das Plasma könnte durch verschiedene bekannte Techniken erzeugt und aufrechterhalten werden. Das plasmabildende Gas könnte eine einzelne Gasspezies oder eine Kombination aus zwei oder mehr unterschiedlichen Spezies sein. Verschiedene Typen von Plasmen, und die Entwurfs- und Betriebsprinzipien verschiedener Typen von Energiequellen, die eingesetzt werden, um Plasmen zu erzeugen, sind Fachleuten auf diesem Gebiet allgemein bekannt und müssen hier zu Zwecken der vorliegenden Offenbarung nicht weiter beschrieben werden.

Bei anderen Ausführungsbeispielen mit APPI könnte eine nichtplasmabasierte Photonenquelle anstelle der Plasmaquelle 350 eingesetzt werden. Die Photonen 354 könnten beispielsweise als ein kohärenter Strahl, der durch einen Laser generiert wird, gerichtet werden.

Bei anderen Ausführungsbeispielen mit Ionisation auf Plasmabasis könnten die geladenen Spezies des Plasmas (Plasmaelektronen und/oder Plasmaionen) mit dem Probespray 104 interagieren und dabei Ionen bilden. Die Plasmaquelle 350 könnte beispielsweise eine induktiv gekoppelte Plasmaquelle (ICP-Quelle) sein. Bei derartigen Ausführungsbeispielen könnte die Plasmaquelle 350 als ein Plasmabrenner mit einer konzentrischen Rohrkonfiguration ausgebildet sein, wobei ein Probeeinlass mit der Austrittsöffnung 172 des Probezerstäubers 100 (nicht spezifisch gezeigt) in Verbindung steht. Das Probespray 104, das aus dem Probezerstäuber 100 abgegeben wird, könnte durch ein Mittelrohr des Plasmabrenners strömen, während ein plasmabildendes Gas durch eine ringförmige Leitung strömt, die koaxial zu dem Fluss des Probesprays 104 ist, und durch Energie in ein Plasma angeregt wird. Das Probespray 104 wird dann in das Plasma injiziert und die resultierenden Analytionen und Gase werden aus einem Auslass des Plasmabrenners in die Kammer 318 abgegeben.

Bei Ausführungsbeispielen, bei denen Analytionen gemessen werden (z. B. ist die API-Quelle 342 als eine ESI-, APCI-, APPI- oder plasmabasierte Quelle usw. ausgebildet), werden die Analytionen, die in der API-Quelle 342 erzeugt werden, (unter dem Einfluss eines Gasflusses, eines Druckunterschieds und/oder eines Spannungsgefälles) über die Probenahmeschnittstelle 338 in das Gehäuse 330 gerichtet. Die Probenahmeschnittstelle 338 könnte Ionenoptik aufweisen, die zum Extrahieren der Analytionen und Übertragen derselben als fokussierter Strahl an die Analysiervorrichtung 322 ausgebildet ist. Ionenoptik könnte beispielsweise eine Skimmer- bzw. Abstreichplatte, wie schematisch dargestellt ist, ein Kapillarrohr, eine Ionenlinse usw. aufweisen. Ein Ausstoßtor 358 könnte neutrale Gase aus der Kammer 318 entfernen. Eines oder mehrere Vakuumtore 362 könnten Gase aus dem Gehäuse 330 entfernen, um die erforderlichen Pegel eines Vakuums in dem Analysierabschnitt aufrechtzuerhalten. Zusätzlich könnte ein Fluss eines trägen Trocknungsgases (z. B. Argon, Stickstoff usw.) nahe der Probenahmeschnittstelle 338 eingerichtet sein (nicht gezeigt), um die Reduzierung der Menge neutraler Gasmoleküle, die in den Analysierabschnitt gelangen, zu unterstützen.

Bei einigen Ausführungsbeispielen, bei denen Analytionen gemessen werden, könnte das Analyseinstrument 310 ein Massenspektrometer (MS) sein. Wie für Fachleute auf diesem Gebiet zu erkennen ist, ist ein MS zum Aufnehmen von Analytionen, spektralmäßigen Auflösen der Analytionen auf der Basis ihrer jeweiligen Masse-Ladung-(m/z-)Verhältnisse und Messen der Ionenhäufigkeit (Zählen der Ionen) jedes erfassten m/z-Verhältnisses ausgebildet. Bei derartigen Ausführungsbeispielen ist die Analysiervorrichtung 322 ein Masseanalysator. Die Struktur und Funktionsweise verschiedener Typen von Masseanalysatoren sind Fachleuten auf diesem Gebiet bekannt. Beispiele von Masseanalysatoren beinhalten Mehrpolelektrodenstrukturen (z. B. Vierpol-Massefilter, lineare Ionenfallen, dreidimensionale Paul-Fallen usw.), Flugzeit-Analysatoren (TOF-Analysatoren; TOF = time-of-flight), elektrostatische Fallen (z. B. Kingdon-, Knight- und ORBITRAP®-Fallen) und Ionenzyklotronresonanz(ICR-)Fallen (FT-ICR- oder FTMS-, auch bekannt als Penning-Fallen), sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Der Detektor 326 könnte eine beliebige Vorrichtung sein, die zum Sammeln und Messen des Flusses (oder Stroms) masseverschiedener Ionen ausgebildet ist, die aus der Analysiervorrichtung 322 ausgegeben werden. Beispiele von Ionendetektoren beinhaltet Bildstromdetektoren, Elektronenvervielfacher, Photovervielfacher, Faraday-Schalen und Mikrokanalplatten-Detektoren (MOP-Detektoren; MOP = micro channel plate), sind jedoch nicht darauf eingeschränkt.

Bei anderen Ausführungsbeispielen, bei denen Analytionen gemessen werden, könnte das Analyseinstrument 310 ein Ionenbeweglichkeitsspektrometer (IMS; IMS = ion mobility spectrometer) sein. Wie für Fachleute auf diesem Gebiet zu erkennen ist, ist ein 'MS zum Aufnehmen von Analytionen, spektralmäßigen Auflösen der Analytionen auf der Basis ihrer jeweiligen Ionenbeweglichkeiten (z. B. Driftzeit) und Messen der Ionenhäufigkeit als Funktion der Ionenbeweglichkeit ausgebildet. Bei derartigen Ausführungsbeispielen könnte die Analysiervorrichtung 322 eine Driftzelle sein, die zum Arbeiten bei Atmosphärendruck (oder um denselben herum) der bei Vakuum ausgebildet ist. Ionen driften bei Vorliegen eines trägen Puffergases (z. B. Argon, Stickstoff usw.) unter dem Einfluss eines Spannungsgefälles, das entlang der axialen Länge der Driftzelle ausgebildet ist, durch die Driftzelle. Die Zeit, die ein Ion benötigt, um die Länge der Driftzelle zu durchqueren, ist ein Maß seiner Ionenbeweglichkeit und ist hauptsächlich abhängig von seinem Stoßquerschnitt (CPS; CCS = collisional cross-section). Bei wiederum anderen Ausführungsbeispielen könnte das Analyseinstrument 310 eine Bindestrich-Ausbildung aufweisen, wie z. B. ein IM-MS-Instrument, bei dem einer IM-Driftzelle ein Masseanalysator folgt.

Bei anderen Ausführungsbeispielen, bei denen die API-Quelle 342 für eine plasmabasierte Ionisation (z. B. unter Verwendung eines Plasmabrenners als Plasmaquelle 350) ausgebildet ist, werden die Photonen, die aus Analytatomen abgegeben werden, die in dem Plasma erzeugt werden, anstelle von Analytionen gemessen. Bei derartigen Ausführungsbeispielen könnte das Analyseinstrument 310 ein optisches Emissionsspektrometer (OES) sein, das auch als Atomemissionspektrometer (AES) bezeichnet wird. Wie für Fachleute auf diesem Gebiet zu erkennen ist, ist ein OES zum Aufnehmen von Photonen, die aus den Probeatomen abgegeben werden, wenn sich diese aus ihren angeregten Zuständen (durch das Plasma induziert) entspannen, spektralmäßigen Auflösen der Photonen auf der Basis ihrer jeweiligen Wellenlängen und Messen der Lichtintensität (Häufigkeit) bei jeder Wellenlänge ausgebildet. In dem Fall eines OES könnte die Probenahmeschnittstelle 338 Photonenoptik (z. B. Fenster, Linsen, Spiegel usw.) zum Sammeln des Lichts, das aus den Probeatomen abgegeben wird, und Übertragen des Lichts als fokussierten Strahl an die Analysiervorrichtung 322 aufweisen. Die Analysiervorrichtung 322 könnte beispielsweise ein Beugungsgitter oder eine andere Vorrichtung sein, die zum spektralmäßigen Auflösen der unterschiedlichen Wellenlängen der Gruppe von Photonen, die der Lichtstrahl aufweist, ausgebildet ist. Der Detektor 326 könnte ein beliebiger geeigneter optischer Detektor sein, wie z. B. eines oder mehrere Photovervielfacherrohre (PMTs; PMT = photomultiplier tube), Photodioden, ladungsgekoppelte Bauelemente (CCDs; CCD = charge coupled device), usw.

Ein analythaltiges Probespray 104, das wie oben beschrieben erzeugt wird, könnte in anderen Typen von Analyseinstrumenten nützlich sein. So könnte bei einigen Ausführungsbeispielen das Analyseinstrument 310 das Probeanalysesystem 300 ein Ultraviolett-(UV-), Sichtbar-(Vis-), Infrarot-(IR-) oder Fourier-Transformation-Infrarot-(FTIR-)Spektroskopieinstrument sein, oder ein Instrument, das eine Lichtabsorbanz, Lichtdurchlass, Lichtstreuung, Raman-Streuung, Fluoreszenz, Lumineszenz usw. misst, oder ein Mikroskop oder eine andere Bilderzeugungsvorrichtung. Ein Reagens, das als Markiermittel dient, könnte zu den Analyten zugegeben werden, beispielsweise im Zusammenhang mit Blitz- oder Glühlumineszenz oder -Fluoreszenz.

Außerdem könnte das Probespray 104 eingesetzt werden, um andere Typen von Probeformaten zu erzeugen. Das Probespray 104 könnte beispielsweise in einen Behälter oder die Mulde einer Mikroplatte gegeben werden. Bei einem weiteren Beispiel könnte das Analyseinstrument 310 ein optisches Plattenlesegerät sein oder dieses beinhalten. Als weiteres Beispiel könnte das Probespray 104 als eine Beschichtung auf ein Substrat aufgetragen werden, oder durch eine Maske, um eine Struktur auf einem Substrat zu erzeugen, oder so aufgetragen werden, dass Probepunkte auf einem Substrat entstehen.

Es ist außerdem zu erkennen, dass das Probeanalysesystem 300 ferner eine Systemsteuerung (nicht gezeigt) beinhalten kann, die die verschiedenen Funktionen der Komponenten des Probeanalysesystems 300 steuert und koordiniert. Die Systemsteuerung könnte einen oder mehrerer Typen von Hardware, Firmware und/oder Software beinhalten, sowie einen oder mehrere Speicher und Datenbanken, wie zu den jeweiligen Zwecken erforderlich ist.

4 ist eine schematische Ansicht eines Beispiels eines Probeanalysesystems 400 gemäß anderen Ausführungsbeispielen. Das Probeanalysesystems 400 könnte allgemein viele der gleichen Komponenten oder Merkmale des Probeanalysesystems 300 beinhalten, das oben beschrieben und in 3 dargestellt ist. So könnte beispielsweise das Probeanalysensystems 400 einen Probezerstäuber 100 und ein Analyseinstrument 310 beinhalten, wie hierin beschrieben ist. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel jedoch ist das Probeanalysensystems 400 zum Ionisieren des Probesprays 104 durch eine Ionisationstechnik des Typs ausgebildet, der in dem Vakuumbetriebsweise implementiert ist. Beispiele von Vakuumionisationstechniken beinhalten Elektronenionisation (EI), chemische Ionisation (CI), Photoionisation (PI) und Laserdesorptionsionisation (LDI), sind jedoch nicht darauf eingeschränkt. Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beinhaltet das Probeanalysesystem 300 eine Atmosphärendruckschnittstelle, insbesondere eine (erste) Kammer (oder Probeeinführungskammer) 418, die bei Atmosphärendruck beibehalten wird. Der Probezerstäuber 100 gibt das Probespray 104 in die erste Kammer 418 ab. Das Probeanalysensystem 400 beinhaltet außerdem eine (zweite) Kammer (oder Ionisationskammer) 420, die auf einem Vakuumpegel beibehalten wird, der geeignet für die gerade implementierte Ionisationstechnik ist. Eine Ionisationsvorrichtung 424 ist geeignet positioniert, um Energie 454 in der zweiten Kammer 420 zum Ionisieren einer Wechselwirkung mit dem Probematerial, das durch das Probespray 104 zugeführt wird, bereitzustellen.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die erste Kammer 418 und die zweite Kammer 420 physisch getrennt. Eine Übertragungsleitung 428 sorgt für eine Fluidverbindung zwischen der ersten Kammer 418 und der zweiten Kammer 420 und stellt so einen Weg für das Probespray 104 oder zumindest das Probematerial des Probesprays 104 bereit, sich von der ersten Kammer 418 zu der zweiten Kammer 420 zu bewegen. Die Übertragungsleitung 428 könnte ein Rohr mit kleiner Bohrung oder eine Kapillare mit geringer Gasleitfähigkeit sein. Durch diese Ausbildung ermöglicht es die Übertragungsleitung 428, dass die erste Kammer 418 und die zweite Kammer 420 im Wesentlichen fluidisch voneinander getrennt sind, wodurch das Vakuum in der zweiten Kammer 420 erhalten bleibt, während es ermöglicht wird, dass das Probematerial von der ersten Kammer 418 in die zweite Kammer 420 übertragen werden kann. Die Übertragungsleitung 428 könnte erwärmt werden, um eine Verdampfung von Lösungsmitteln in dem Probespray 104 zu fördern. Ein Transport des Probematerials in die zweite Kammer 420 könnte hauptsächlich durch den Druckunterschied zwischen der ersten Kammer 418 und der zweiten Kammer 420 angetrieben sein. Erwünschte Druck/Vakuumpegel in dem Probeanalysensystems 400 können durch ein Vakuumsystem beibehalten werden, das mit dem Ausstoßtor 358 und einem oder mehreren Vakuumtoren 362 und 364 in Verbindung steht.

Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Probeanalysesystems beinhaltet das Probeanalysesystem keine Atmosphärendruckschnittstelle. Stattdessen gibt der Probezerstäuber 100 das Probespray 104 direkt in eine Vakuumkammer ab, die die gleiche Kammer sein kann, in der eine Ionisationsvorrichtung arbeitet.

Es ist zu erkennen, dass die 3 und 4 schematische Darstellungen auf hoher Ebene von Systemen, Vorrichtungen und Merkmalen, die oben beschrieben wurden, sind. Wie für Fachleute auf diesem Gebiet zu erkennen ist, könnten andere Komponenten, wie z. B. zusätzliche Strukturen, Vorrichtungen, Strömungstechnik und Elektronik wie benötigt für praktische Implementierungen in Abhängigkeit von einer bestimmten Anwendung beinhaltet sein.

Exemplarische Ausführungsbeispiele

Exemplarische Ausführungsbeispiele, die gemäß dem vorliegend offenbarten Gegenstand bereitgestellt werden, beinhalten folgende, sind jedoch nicht darauf eingeschränkt:

  • 1. Ein Probezerstäuber, der folgende Merkmale aufweist: eine erste Leitung, die entlang einer Längsachse angeordnet ist, wobei die erste Leitung einen ersten Einlass zum Aufnehmen eines Flusses einer flüssigen Probe, einen ersten Auslass zum Abgeben der flüssigen Probe und eine Erstleitungsaußenoberfläche aufweist; eine zweite Leitung, die die erste Leitung um die Längsachse herum umgibt, wobei die zweite Leitung einen zweiten Einlass zum Aufnehmen eines Flusses eines Gases und eine Zweitleitungsinnenoberfläche, die von der Erstleitungsaußenoberfläche beabstandet ist, aufweist, wobei die erste Leitung und die zweite Leitung einen ringförmigen Durchgang zum Leiten des Gases definieren; eine Zerstäuberspitze, die einen Zerstäuberspitzenkörper und eine Fluidwechselwirkungsregion aufweist, wobei: der Zerstäuberspitzenkörper eine Öffnung aufweist, die in einer axialen Entfernung von dem ersten Auslass relativ zu der Längsachse angeordnet ist; die Fluidwechselwirkungsregion entlang der Längsachse zwischen der ersten Leitung und der Öffnung angeordnet ist und mit dem ersten Auslass, dem ringförmigen Durchgang und der Öffnung in Verbindung steht; und die Zerstäuberspitze ausgebildet ist, um ein Probespray durch einen Kontakt zwischen der flüssigen Probe und dem Gas in der Fluidwechselwirkungsregion zu erzeugen und das Probespray aus der Öffnung abzugeben; und eine einstellbare Positionierungsvorrichtung, die mechanisch mit der ersten Leitung in Verbindung steht und ausgebildet ist, um die erste Leitung entlang der Längsachse ansprechend auf eine Einstellung der Positionierungsvorrichtung zu verschieben, wobei eine Axialposition des ersten Auslasses entlang der Längsachse relativ zu der Öffnung einstellbar ist.
  • 2. Der Probezerstäuber gemäß Ausführungsbeispiel 1, bei dem die zweite Leitung einen zweiten Auslass zum Ausstoßen des Gases auf dem ringförmigen Durchgang in die Fluidwechselwirkungsregion aufweist.
  • 3. Der Probezerstäuber gemäß Ausführungsbeispiel 2, bei dem sich die erste Leitung durch die zweite Leitung hindurch in die Fluidwechselwirkungsregion erstreckt.
  • 4. Der Probezerstäuber gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 3, bei dem der Zerstäuberspitzenkörper die Fluidwechselwirkungsregion umgibt.
  • 5. Der Probezerstäuber gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 4, bei dem zumindest ein Teil des Zerstäuberspitzenkörpers die zweite Leitung umgibt.
  • 6. Der Probezerstäuber gemäß Ausführungsbeispiel 1, bei dem die zweite Leitung die Fluidwechselwirkungsregion umgibt.
  • 7. Der Probezerstäuber gemäß Ausführungsbeispiel 1 oder 6, bei dem die zweite Leitung den Zerstäuberspitzenkörper umgibt.
  • 8. Der Probezerstäuber gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 7, der einen zusammenlaufenden Abschnitt aufweist, der zwischen der Fluidwechselwirkungsregion und der Öffnung angeordnet ist, wobei der zusammenlaufende Abschnitt in der Richtung auf die Öffnung zu zusammenläuft.
  • 9. Der Probezerstäuber gemäß Ausführungsbeispiel 8, bei dem der zusammenlaufende Abschnitt Teil des Zerstäuberspitzenkörpers ist.
  • 10. Der Probezerstäuber gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 9, der einen auseinanderlaufenden Abschnitt aufweist, der positioniert ist, um das Probespray, das aus der Öffnung abgegeben wird, aufzunehmen, wobei der auseinanderlaufende Abschnitt in einer Richtung von der Öffnung weg auseinanderläuft.
  • 11. Der Probezerstäuber gemäß Ausführungsbeispiel 10, bei dem der auseinanderlaufende Abschnitt Teil des Zerstäuberspitzenkörpers ist.
  • 12. Der Probezerstäuber gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 11, bei dem zumindest ein Teil des Zerstäuberspitzenkörpers aus einem transparenten Material oder Saphir gebildet ist.
  • 13. Der Probezerstäuber gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 12, bei dem die erste Leitung eine konische erste Leitungsspitze aufweist, die an dem ersten Auslass endet.
  • 14. Der Probezerstäuber gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 13, bei dem der erste Auslass und die Öffnung Durchmesser im Mikroskalenbereich aufweisen.
  • 15. Der Probezerstäuber gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 14, bei dem die einstellbare Positionierungsvorrichtung ein drehbares Bauteil aufweist, das derart mechanisch mit der ersten Leitung in Verbindung steht, dass eine Drehung des drehbaren Bauteils eine Verschiebung der ersten Leitung bewirkt.
  • 16. Eine Atmosphärendruckionisations-(API-)Quelle, die folgende Merkmale aufweist: einen Probezerstäuber gemäß einem der Ausführungsbeispiele 1 bis 15; eine Ionisationskammer, die mit dem zweiten Leitungsauslass in Verbindung steht; und eine Ionisationsvorrichtung, die zum Ionisieren von Analyten aus dem Probespray, das aus dem zweiten Auslass in die Ionisationskammer abgegeben wird, bei Atmosphärendruck, ausgebildet ist.
  • 17. Die API-Quelle gemäß Ausführungsbeispiel 16, bei der die Ionisationsvorrichtung aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: einer Elektrode, die zum Generieren eines Elektrosprays aus dem Probespray ausgebildet ist; einer Elektrode, die zum Generieren einer Corona-Entladung ausgebildet ist, die wirksam für eine chemische Ionisation bei Atmosphärendruck ist; einer Photonenquelle, die zum Generieren von Photonen zur Wechselwirkung mit dem Probespray ausgebildet ist; einer Plasmaquelle, die zum Generieren von Plasma zur Wechselwirkung mit dem Probespray ausgebildet ist; einem Plasmabrenner, der mit dem zweiten Auslass in Verbindung steht und zum Generieren von Plasma zur Wechselwirkung mit Tröpfchen aus dem Probespray ausgebildet ist; und einer Kombination aus zwei oder mehr der vorstehenden Elemente.
  • 18. Ein Probeanalysesystem, das folgende Merkmale aufweist: eine API-Quelle gemäß Ausführungsbeispiel 16 oder 17; und ein Analyseinstrument, das schnittstellenmäßig mit der Ionisationskammer verbunden ist und zum Messen eines Attributs von Analytionen oder Analytphotonen, die durch die API-Quelle erzeugt werden, ausgebildet ist.
  • 19. Das Probeanalysesystem gemäß Ausführungsbeispiel 18, bei dem das Analyseinstrument aus der Gruppe ausgewählt ist, die besteht aus: einem Massenspektrometer; einem Ionenbeweglichkeitsspektrometer; einem optischen Emissionsspektrometer; und einer Kombination aus zwei oder mehr der vorstehenden Elemente.
  • 20. Ein Verfahren zum Erzeugen eines Probesprays, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Fließenlassen einer flüssigen Probe durch eine erste Leitung, durch einen ersten Auslass der ersten Leitung und in eine Fluidwechselwirkungsregion einer Zerstäuberspitze; Fließenlassen eines Gases durch einen ringförmigen Durchgang zwischen der ersten Leitung und einer zweiten Leitung, die die erste Leitung umgibt, und in die Fluidwechselwirkungsregion, wobei das Gas die flüssige Probe berührt und ein Probespray erzeugt; Abgeben des Probesprays aus einer Öffnung der Zerstäuberspitze, wobei die Fluidwechselwirkungsregion entlang einer Längsachse angeordnet ist und der erste Auslass an einer Axialposition entlang der Längsachse relativ zu der Öffnung positioniert ist; während des Abgebens des Probesprays, Verschieben der ersten Leitung, um die Axialposition des ersten Auslasses relativ zu der Öffnung einzustellen.
  • 21. Das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 20, bei dem das Verschieben ein Bewegen eines Einstellbauteils, das mit der ersten Leitung gekoppelt ist, aufweist.
  • 22. Das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 20 oder 21, das ein Bestimmen der Axialposition des ersten Auslasses relativ zu der Öffnung durch Messen eines Drucks an der Öffnung aufweist.
  • 23. Ein Verfahren zum Erzeugen von Analytionen, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erzeugen eines Probesprays gemäß dem Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 20 bis 22; und Ionisieren von Analyten, die in Tröpfchen des Probesprays beinhaltet sind.
  • 24. Das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 23, das ein Abgeben des Probespray in eine Ionisationskammer aufweist, wobei das Ionisieren in der Ionisationskammer erfolgt.
  • 25. Das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 23 oder 24, bei dem das Ionisieren ein Durchführen einer Technik aufweist, die aus der Gruppe ausgewählt wird, die besteht aus: Atmosphärendruckionisation (API); Elektrosprühionisation (ESI); chemische Ionisation bei Atmosphärendruck (APCI); Atmosphärendruck-Photoionisation (APPI); und Ionisation auf Plasmabasis.
  • 26. Ein Verfahren zum Analysieren einer Probe, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Ionisieren von Analyten gemäß dem Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 23 bis 25; und Messen eines Attributs der Ionen.
  • 27. Das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 26, bei dem das Messen ein Messen eines Masse-Ladung-Verhältnisses einer Ionenbeweglichkeit oder sowohl eines Masse-Ladung-Verhältnisses als auch einer Ionenbeweglichkeit aufweist.
  • 28. Ein Verfahren zum Atomisieren einer Probe, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Erzeugen eines Probesprays gemäß dem Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 18; Generieren eines Plasmas; und Abgeben der Tröpfchen aus dem Probespray in das Plasma.
  • 29. Ein Verfahren zum Analysieren einer Probe, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist: Atomisieren der Probe gemäß dem Verfahren gemäß einem der Ausführungsbeispiele 20 bis 22, um Probeatom zu erzeugen; und Messen eines Attributs der Probeatome oder Photonen, die aus den Probeatomen abgegeben werden.
  • 30. Das Verfahren gemäß Ausführungsbeispiel 29, bei dem das Messen ein spektralmäßiges Auflösen von Photonen, die aus den Atomen abgegeben werden, gemäß einer Wellenlänge aufweist.

Alle Referenzen/Schriften, die hier genannt sind, sind in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme aufgenommen.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausdrücke wie „in Verbindung stehen mit” und „verbunden mit” (beispielsweise „steht” eine erste Komponente „in Verbindung mit” oder „ist verbunden mit” einer zweiten Komponente) hierin verwendet werden, um eine strukturelle, funktionelle, mechanische, elektrische, signalmäßige, optische, magnetische, elektromagnetische, ionische oder fluidische Beziehung zwischen zwei oder mehr Komponenten oder Elementen anzuzeigen. So soll die Tatsache, dass gesagt wird, dass eine Komponente in Verbindung mit einer zweiten Komponente steht, nicht die Möglichkeit ausschließen, dass zusätzliche Komponenten zwischen der ersten und der zweiten Komponente vorhanden sein können und/oder diesen wirksam zugeordnet oder mit diesen in Eingriff gebracht sein können.

Es wird darauf hingewiesen, dass verschiedene Aspekte oder Details der Erfindung abgeändert werden können, ohne von dem Schutzbereich der Erfindung abzuweichen. Außerdem dient die vorstehende Beschreibung lediglich Darstellungszwecken und nicht Einschränkungszwecken – die Erfindung ist nämlich durch die Ansprüche definiert.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG

Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.

Zitierte Nicht-Patentliteratur

  • Kulkarni und andere, Aerosol Measurement (Aerosolmessung), 3. Ausgabe, John Wiley & Sons, Inc. (2011), S. 821 [0028]
  • DePonte et al., Gas Dynamic Virtual Nozzle for Generation of Microscopic Droplet Streams (GDVN zur Erzeugung von Strömen aus mikroskopischen Tröpfchen), J. Phys. D: Appl. Phys. 41 195505 (2008) [0053]