CN105934277A - 具有膜的化学分析仪 - Google Patents

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Abstract

本文中描述了用于对分析物进行分析的系统。所述系统包括具有进样口的腔室和经布置成密封所述进样口的半渗透膜。所述半渗透膜包含第一物料和第二物料的交联混合物。所述系统还可以包括布置在真空室中的辐射源，所述辐射源与半渗透膜间隔开，并适应于用处在至少部分被所述半渗透膜吸收的频率下的电磁辐射来辐照所述半渗透膜。

Description

具有膜的化学分析仪
相关申请的交叉引用
本申请要求于2013年9月13日提交的题为“具有膜的化学分析仪”的美国临时专利申请序列号61/877,603的权益和优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请总体上涉及分析系统(例如质谱仪)。
背景技术
质谱仪通常在真空室中电离少量的分析物。然后可以使用电技术来确定这些离子的性质，并由离子的性质推断出分析物的性质。膜进样质谱法(MembraneInlet Mass Spectrometry，MIMS)是将分析物分子引入到真空室中的技术。半渗透膜界面(例如，硅橡胶(silicone)聚合物)将气态或液态样品基质(例如，载气、环境空气、水)与在质谱仪内产生的压力低得多的区域分离。分析物，例如分子，优先穿过半渗透膜以从样品基质运输分子。与具有直接进样口(例如孔口或毛细管)的质谱系统相比，对于相同数量的分析物分子，MIMS进样口仅允许数量少得多的基质分子进入质谱仪的真空中。这允许构造具有与其它系统基本相同的灵敏度的质谱系统，但其在真空泵上用于维持质谱仪低压的气体负荷减小。这样的系统可以用更稳健的低功耗真空泵来建立，其能够构造更小、更耐久、且因此更便携的质谱仪仪器。
MIMS仪器已经在环境和安全领域中展现出其最大的商业成功。这些应用通常采用以坚固耐用和低功耗抽真空系统为特征的小型仪器(compactinstruments)。这种类型的仪器包括，例如，Bruker Daltonik GmbH制造的MobileMass Spectrometer仪器系列(family)和INFICON，Inc研发的电池供电的HAPSITE仪器。这些仪器采用线性四极杆质量过滤器检测器和可选的气相色谱进样系统，从而为牢固封装的化学战剂(chemical warfare agents，CWA)和各种各样的有毒工业化学品(TIC)提供高灵敏度分析。诸如由Kore Technology Ltd生产的那些的仪器也采用膜进样；但是这些仪器使用飞行时间(time-of-flight，TOF)质谱技术代替四极杆质量过滤器。上述系统利用了MIMS的优点，从而能够使用低速溅射离子泵或与小型化学吸气泵(getter pump)组合以便能够进行移动式或半移动式操作的这些泵。在这些系统的一些中也可使用其它泵，例如小型涡轮泵、分子泵、或涡旋泵。已经开发出了MIMS仪器的众多其它实施方式，例如，用于研究应用。一种这样的系统被开发用于水下采样(submersed watersampling)。在所述的后一设备中，进样膜允许从水基质中引入分析物分子，同时承受高达几百米的水压。
一些现有MIMS仪器的局限性在于，分析物分子通过扩散穿过半渗透膜。相对较大的分子(例如杀虫剂、麻醉剂、和某些炸药)比相对较小的分子(例如许多挥发性有机化学品(VOC))慢得多地扩散穿过该膜。因而一些现有MIMS系统受限于检测VOC或只检测最小的半挥发性有机化合物(SVOC)。在一般情况下，SVOC化合物往往是比VOC更大的分子，因此更慢地扩散穿过MIMS进样口。通过采用高得多的膜温度以加速扩散过程已经在检测较大的分子方面获得一定成功。一种现有技术方法包括用来自于离子源灯丝的光子通量直接加热该膜；然而，使用更高的温度作为单一手段存在限制。对于许多分析物，高温由于降低了分析物进入膜的分配系数而降低了灵敏度，并且对于硅橡胶膜这一最普遍类型的半渗透膜，在升高的温度下与少量的水或氧气接触导致挥发性含硅化合物的释放。这些被释放的材料包覆并侵蚀质谱仪的电极表面。另外，较高的温度可能使得不稳定的分析物降解。
此外，质谱仪在石油和天然气钻探过程中被频繁使用。在这些应用中，其可用于监测钻探出的烃类的组合物。在天然气钻探中，这些通常是饱和烃如甲烷和丙烷。其还可用于检测在钻探点周围环境中的不饱和烃。现有技术方案对于这两种类型的检测需要不同的分析仪。
附图简要说明
当结合以下描述和附图来理解时，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得更明显，在所述附图中，在可能的情况下，已使用相同的附图标记来表示图所共有的相同特征，且其中：
图1-3是示例性MIMS系统的示意图；
图4是膜组装件的图像的图示；
图5是两个膜组装件的图像的图示；
图6是膜组装件的图像的图示；
图7是测量不饱和烃的示例性方法的流程图；
图8是确定混合物的组成的示例性方法的流程图；
图9是示出了数据处理系统的组件的高层次(high-level)图；
图10示出了实验数据；和
图11是辐射源图像的图示。
所述附图是出于说明性目的，并且不必按照比例绘制。
详细说明
在下面的说明中，将以通常实施为软件程序的方式来描述一些方面。本领域技术人员将会容易地认识到，这样的软件的等效物也可在硬件、固件或微代码中构造。由于数据操纵算法和系统为人熟知，所以本说明将特别地针对于形成本文所描述的系统和方法的部分或者更直接地与本文所描述的系统和方法合作的算法和系统。并未在本文中具体地示出或描述的这样的算法和系统的其它方面，和用于产生和另外处理其所涉及的信号的硬件或软件选自本领域中已知的这样的系统、算法、组件和元件。已知如本文中所描述的系统和方法，适用于实施任何方面但在本文中并未具体地示出、暗示或描述的软件为常规的并且在这些领域的普通技术范围内。
如本文所用的，术语“真空室”并不意味着该室的内部必须处于0Pa的压力下。真空室的腔室内部压力小于所述室外部的压力。在一个实例中，内部压力远远低于大气压，即＜＜101.325kPa。该压力可以根据测量所需的灵敏度和所用的检测器类型来选择。
在各个实施方案中，腔室可以包括其中跨腔室的边界保持组分、物质或分析物的浓度差的外壳。在一个实例中，与含有大量氮气的标准大气相比，腔室可以几乎不含氮气。
图1示意性地示出了MIMS系统，其中膜组装件60位于本文中标记为80的质谱仪进样口处。质谱仪80由壳体84限定，壳体84包括位于壳体入口侧的离子源82。壳体84的内腔(interior)89可以通过例如泵30被抽成真空。离子源包括灯丝(未示出)或其它装置，用于在质谱仪80的进样口处产生与穿过膜组装件60的样品气体83一起注入到电离空间或电离室的电子(e-)流。由电子与进入的气体分子83的撞击导致形成正离子85，使其加速进入质量过滤器86，例如四极杆质量过滤器，其中通过传感器81(例如电子倍增器或法拉第杯)扫描质量用于检测，所述传感器设置在壳体84的相对端。
在各个方面中，供应器42经由阀45选择性地向膜组装件60或膜组装件61提供材料50，例如分析物或含有分析物的混合物或组合物。供应器42可以包括适应于施加正压朝向膜60推动材料50，或者施加负压拉动材料50跨过膜60的泵。在其它实例中，两个不同的膜可以依次手动或机械地(robotically)连接至腔室89的进样口。
在一个实例中，所关注的分析物83是比主体气体(bulk gas)(例如空气)或液体(例如，水)更易溶于膜60材料的非极性分子。因此，气体83比来自于供应器45的原始样品50具有高得多的分析物浓度。除了分析物83之外的物质50的某些组分可能穿过膜60，但通常量并不显著。所述膜可以是平板式或呈其它形状。所述膜是半渗透膜。
在一个实例中，由INFICON制造的HAPSITE气相色谱/质谱(GC/MS)装置使用平板膜(flat membrane)。其它类型的MS装置，如连续过程监测器(CPM)，允许极少量的材料50泄漏到内腔89中，例如MS真空室。这样的分析仪允许测量各种气体的种类，但是测量低浓度(例如低于1ppm)可能会有困难，因为通过泵30保持内腔89处于真空下仅有少量的气体可以得到处理。使用膜允许分析物83相对于材料50的比例增加，这使得能够测量较低ppm水平的分析物83而不需要增加真空泵30的泵容量(和由此导致的尺寸、成本和瓦数)。
如本文中所用的，“半渗透膜”是允许某些化学物质或分析物比其它化学物质或分析物更快速地穿过膜的结构。在一个实例中，Dow CorningTM SilasticTMQ7-4750生物医用/药用级铂固化的硅橡胶材料会通过不饱和烃(例如，“BTEX”，其为代表苯、甲苯、乙苯和二甲苯的首字母缩略词)，但很大程度上阻挡饱和烃(例如，甲烷(天然气)、丙烷、或丁烷)。
许多方案使用PDMS膜材料；非极性分子快速穿过PDMS膜材料而极性分子无法做到。已经确定存在至少一种膜材料，其会允许一类非极性分子穿过，同时有效地阻挡另一类。可以使用Dow CorningTM SilasticTM Q7-4750生物医用/药用级铂固化的硅橡胶材料。该材料将会使不饱和烃通过(例如“BTEX”，其为代表苯、甲苯、乙苯和二甲苯的首字母缩略词)，但会阻挡饱和烃(例如，甲烷(天然气)、丙烷、丁烷等)。
该选择性渗透膜材料允许监测有毒化学品，例如，用于遵守OSHA和EPA对BTEX的限制(例如，在空气中＜1ppm)。可以进行这样的监测以检测在石油和天然气井位，包括压裂站点的空气中非常低水平的BTEX。现有方案只能有效地检测出水中的BTEX，而无法检测出空气中的BTEX。大多数现有方案(包括常规MIMS)无法检测出在钻探点的空气中高浓度饱和烃中的BTEX。这是因为，质谱用电子轰击分析物83，这可以导致长链烃断裂成较短的链。这些较短的链可具有与苯或其它有毒或限用化学品非常相似的质量。因此，可能会难以确定对应于六碳分子的质量信号表示的是苯的存在，还是长链烃的离子己烷片段。标准的膜进样口可用于检测在其它清洁空气中的低ppb水平的BTEX，但这样的方案通常不能提供被甲烷或其它化合物淹没时可检测到的足够信号。Q7-4750阻挡了高浓度气体(例如甲烷)，但能够使BTEX穿过。这有利地允许滤出饱和烃从而以可接受的信噪比测量BTEX。
在各个方面中，一个检测器系统与不同材料的多个可切换的膜一起使用，例如常规的PDMS和SilasticTMQ7-4750。在钻探点，公司可以使用PDMS膜来监测所生产的主体气体，并使用质谱分析(MS)来确定存在哪些化合物。在不同的精炼厂更有效地精炼不同的气体混合物，并且该信息允许确定哪一精炼厂会是最有能力处理该气体的。可以使用SilasticTM Q7-4750进行定期测量以检查在位点处BTEX水平没有高于EPA或OSHA限值。本发明的分析可用于生产和用于监视安全操作。在各个方面中，该膜可具有不同的尺寸以匹配所需的检测限/气流量等。在一个实例中，根据应用，PDMS膜可以从井内采样气体而SilasticTMQ7-4750可以引入外部空气。
图10示出了来自于质谱仪上使用Q7-4750膜的实验的实验数据。横轴是实验经过的时间(a.u.)，纵轴是来自于质谱仪中检测器的电流。将空气中的甲苯以一连串的浓度施加到膜，在图10中以每十亿份的份数(“ppb”)为单位进行标记：2ppb，5ppb，10ppb，然后是20ppb。该ppb读数是真空系统外的空气中甲苯的ppbv(按体积计每十亿份的份数)。该膜未被加热。
在电子轰击后，检测到荷质比为m/z＝92的离子化甲苯，如曲线1092所示。还检测到苯的阳离子+CH2(参见题为“质谱分析讲义(Mass SpectrometryHandout)”的论文)，其m/z＝91，如曲线1091所示。对于甲苯，92m/z被称为M+而91m/z被称为(M-1)+，其中M表示完整的分子离子而(M-1)是减去一个氢原子的离子。+表示一个正电荷。如图所示，清楚地检测出处于5ppb的甲苯，即使在2ppb时，一部分信号也是明显的。该灵敏度水平相比于当前的质谱仪获得了显著提升。
返回参照图1，在一个实例中，供应器42(或图9中控制供应器42和阀45的处理器986)可以首先选择性地供应材料50至膜60，但不供应至膜61。
在各个方面中，MS室上的多个进样口允许具有相同膜的备用件(back-up)，或从不同位置采样。可以使用针对不同的分析物具有各自不同的渗透速率(不同的灵敏度)的不同的膜。这样的配置可用于分析复杂混合物。在其它方面中，膜60和61具有基本相同的组成，但厚度不同。较薄的膜可以用于测量较低的浓度水平而较厚的膜可以用于测量较高的浓度水平。在其它方面中，膜60、61可以是基本相同的，并且可以充当热备件(hot spare)。如果一个膜发生穿刺或其它方式的故障时，可以堵住其端部，并可以使用另一个膜。
在各个方面中，一个MS系统具有带专用液体和空气进样口的多个膜。这种系统可以对于液态或气态样品提供有针对性的选择性，例如，使用多种类型的膜。
在各个方面中，如上所述的膜与吸气泵一起使用。这使得能构造便携式的MS系统。
膜与质谱仪(MS)的接口方式包括以下列出为#1-#3的那些。
1)片状膜(sheet membrane)，例如，如图1所示。空气或水在一侧，真空在另一侧。这种膜通常用在真空/MS侧(内腔89)上的多孔材料来支撑。然而，样品侧表面(面向泵45)会被污染并阻挡任何物质穿过。此外，支撑材料(未示出)可能吸附(一种或多种)分析物，导致残留记忆效应(carryover)或基线偏移问题。
2)管件(tube)可以从内腔89伸出。样品流体50(空气或水)可被施加在外侧，而真空在内侧，即，管件的内部可以连接至内腔89。支撑材料(多孔管或弹簧)通常位于管件的内部(在真空中)以防止该管件坍塌。然而，支撑材料在MS侧89，如此可能吸附分析物。此外，该管件不具有穿过它的主动式流动(active flow)，因此其可能要求大量的时间使高浓度的分析物扩散出该管件。
3)管件还可以延伸到内腔89中，并且样品可以通过管件的内部来泵送。该管件的外侧可暴露于真空中。实例示于图2中。
图2示出了一个MIMS系统。膜60是穿过腔室(例如被抽至低压的腔室)的管件。采样泵抽取载流体的物流穿过该管件；所述载流体输送分析物。该系统有利地允许在管件的入口处截留许多污染物，以便分析物可以流过该管件的入口下游的部分。一部分分析物穿过膜60进入真空室并被检测器81检测到。示例性的检测器包括但不限于，质谱仪(例如，飞行时间、四极杆质量传感器、离子阱、或磁式扇形分析器(magnetic sector))；光离子化检测器；光学检测器(例如，检测荧光、吸收、或拉曼散射)；金属氧化物传感器；和石英晶体微天平。某些传感技术在腔室的壳体内采用真空，而某些不采用真空。壳体84内部的大气组成和压力可以根据待检测的分析物和所述检测器的操作来选择。在各个方面中，MIMS系统被用作为连续过程监测器(CPM)中的检测单元。该系统被连接至待监测过程中的腔室或设备而不是进样口。在腔室或设备中使膜直接暴露于流体(例如，气体)。
多种现有方案使用与膜直接接触的加热器。然而，这增加了“残留记忆效应”(材料粘附至加热器)的概率。在不同的实例中，膜60可以用来自LED或二极管激光的光子(例如，红外线)辐照。通过选择优先被膜吸收的波长，并且以非接触的方式完成，使得能够仅加热该膜。可以进行快速加热和冷却(没有与膜直接接触的热质)。二极管或其它辐射源可以布置在所述真空系统或腔室中。可以使用任意数量的源，例如，一个更强效的源或多个不太强效的源的阵列。
图11是辐射源的一个实例图像的图示。该辐射源可以是任何合适类型的辐射源，例如激光二极管或LED。在该实例中，辐射源是激光二极管110。激光二极管110布置在腔室中，使得激光二极管110与膜60间隔开。换句话说，激光二极管110不与膜60接触。激光二极管110适应于发射优先被膜60吸收的波长。随着波长被膜60所吸收，所述膜60得以加热。可以在分析物到达膜60之前将膜60加热。因此，激光二极管110以非接触的方式加热膜60。
再次参照图2，在一个实例中，加热器234包括这样的源。加热器234辐照膜60或由膜60形成的管件中的材料50。加热器234可以包括一个或多个LED或激光二极管，例如处于远程通信(telecommunications)红外波长(例如，λ＝1310nm)的那些。在另一实例中，加热器236在材料50到达进样口30之前辐照或以其它方式加热材料50。
膜60的长度和厚度可以基于分析物83和材料50的预期浓度进行选择。
图3示出了类似于图2中所示的系统的MIMS系统，特别使用四极杆质量过滤器质谱仪作为检测器81。在分析物83穿过膜60后，来自于离子源82的离子化分析物，和通过用离子轰击分析物产生的其它离子，穿过四极杆质量过滤器86到达离子检测器81。
图4是包括法兰410和管件形式的膜420的膜组装件图像的图示。膜420在进样口430处穿过法兰410。本公开通篇使用的术语“进样口”不限制流过进样口430的方向；进样口430可以接收流体进入膜420或流体穿出膜420。膜420可以经布置成回路形式，如图所示，或者直线形式，或者采用其它构型。
图5是使用不同的膜420、520的两个膜组装件的图像的图示。各自具有法兰410、510和进样口430、530。
图6是包括法兰610的膜组装件的图像的图示。穿过法兰布置有6个进样口530，其中一个被连接至管件并且将其中四个封端。如图所示，进样口530可以具有不同的尺寸。六个进样口530可以支持，例如三个不同的膜管件(例如，图5中的管件420、520)。进样口530的直径和膜520的直径不必相同。在各方面中，法兰、膜、或法兰与一个或多个膜的组装件是现场可更换单元(line-replaceable unit，LRU)，即它们可以不必将系统发送回工厂维修即可进行更换。
图7示出了图解测量不饱和烃的示例性方法的流程图。可以以任何顺序执行步骤，除非另有规定时，或者来自在前步骤的数据要用于在后的步骤时。在至少一个实例中，流程开始于步骤710。为了清楚说明，此处参照图1-6中所示的可以执行或参与该示例性方法的步骤的各种组件。然而，应当注意的是，可以使用其它组件；即，图7中所示的(一个或多个)示例性方法不限于由确定的组件来执行。
在步骤710中，将分析物施加至(例如，使其接触到)密封腔室进样口的半渗透膜。分析物中至少一部分的不饱和烃扩散穿过该膜进入腔室，并且分析物中至少一部分的饱和烃被阻止穿过该膜。
在步骤720中，使用检测器，例如图3中所示的四极杆质量过滤器MS装置来测量腔室中的不饱和烃。
在各个方面，步骤720包括步骤730。在步骤730中，用电子或其它带电或有质粒子撞击腔室中的不饱和烃。在步骤740中，使用质谱仪检测到撞击的化学产物。步骤740可以包括使化学产物穿过四极杆质量过滤器(“QMF”)的步骤750。
图8示出了图解用于确定混合物的组成的示例性方法的流程图。可以以任何顺序执行步骤，除非另有规定时，或者来自在前步骤的数据要用于在后的步骤时。在至少一个实例中，流程开始于步骤810。为了清楚说明，此处参照图1-6中所示的可以执行或参与该示例性方法的步骤的各种组件。然而，应当注意的是，可以使用其它组件；即，图8中所示的(一个或多个)示例性方法不限于由确定的组件来执行。
在步骤810中，将混合物50施加至半渗透膜60。各自的(一个或多个)量的一种或多种分析物穿过膜60进入腔室89。
在步骤820中，将混合物50施加至膜60期间或之后，测量并存储腔室中(一种或多种)分析物各自的性质。例如，如果多于一种的分析物83穿过膜60，则可以测定每种分析物83的浓度。该测量可以是经过一个固定时间后浓度的测量，或者是浓度随时间变化的测量。
在可选的步骤830中，在测量之后且在施加混合物至下一个连续膜之前清理腔室。在各个实施方案中在施加混合物的同时进行测量。清理腔室可以包括，例如，将其往回泵送，或者使用清洁设备或溶液去除分析物83。
在判定步骤840中，确定是否要使用更多的膜用于测试。如果是，则下一步骤是步骤810，如果否，则下一步骤是步骤850。
以这种方式，依次将混合物施加至对于一种或多种物质具有各自不同的渗透性的多个半渗透膜。对施加至膜60的混合物50进行测量，然后测量施加至膜膜61的混合物，...。在其它方面中，采用具有各自的检测器和各自不同的膜60的不同腔室89以并行的方式进行测量。
在步骤850中，使用处理器986(图9)，自动处理所存储的性质以确定在该混合物中的(一种或多种)分析物的(一个或多个)浓度。在一个实例中，在步骤820中当混合物50被施加至膜60时进行测量。在传感器81处测得的浓度以一定的速率上升，直到其在一定水平处达到饱和。对于各个膜测量该速率。各个膜针对不同的分析物具有不同的渗透性。对于包含两种化合物A和B的混合物50，以及两个膜1和2，设S1和S2分别为使用膜1和2测得的速率。设kA1为A的每单位浓度A跨过膜1的已知扩散速率，和同样对于B的kB1，以及对于A和B跨过膜2的kA2、kB2。则
kA1cA+kB1cB＝S1 (1)
kA2cA+kB2cB＝S2 (2)
S1和S2为测量值，而四个k值是已知的，因此形成了具有两个未知数的两个方程体系。如果该体系并非是不定的(即方程(1)和(2)都是线性独立的)，则可以解出浓度cA和cB。
还可以考虑其它因素。例如，速率会受到膜的厚度、温度、组成和腔室89外侧的分析物浓度的影响。处理器986可以使用传感器和校准表来补偿这些影响。校准表可以通过在不同条件下在代表性硬件上进行实验室实验来制定。
如上所述，各个方面提供了对分析物的检测。各个方面的技术效果是物理分离分析物并在分离后检测分析物。其它方面的技术效果是确定混合物的不同组分各自的浓度。
图9是示出用于分析数据和进行本文描述的其它分析的示例性数据处理系统的组件和相关组件的高层次图。该系统包括处理器986、外围系统920、用户接口系统930和数据存储系统940。外围系统920、用户接口系统930和数据存储系统940通信地连接到处理器986。处理器986可以通信地连接到网络950(以虚线(phantom)示出)，例如Internet或X.95网络，如下文所讨论的那样。供应器42、传感器91(均如图1所示)、图2中所示的检测器、或图3中所示的离子检测器可各自包括或连接到一个或多个系统986、920、930、940，并可以各自连接到一个或多个网络950。图7-8中所示的方法步骤可以由处理器986自动执行，其可以控制供应器42、图3中所示的离子源和质量过滤器、或其它检测器、电子设备、或流体处理设备，并且其可以从传感器91接收数据。本文中所描述的处理器986和其它处理设备可以各自包括一个或多个微处理器、微控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、可编程的逻辑设备(PLD)、可编程的逻辑阵列(PLA)、可编程的阵列逻辑设备(PAL)、或数字信号处理器(DSP)。
处理器986可实施本文中所描述的各个方面的过程。处理器986可以是或者包括一个或多个用于自动对数据进行操作的设备，例如中央处理单元(CPU)、微控制器(MCU)、台式计算机、膝上型计算机、大型计算机、个人数字助理、数字照相机、蜂窝电话、智能电话、或用于处理数据、管理数据、或处置数据的任何其它设备，无论是以电气、磁性、光学、生物组件、或以其它方式来实施。处理器986可以包括Harvard-架构组件、改良的Harvard-架构组件、或Von-Neumann-架构组件。
短语“通信地连接”包括任何类型的连接，有线的或无线的，用于设备或处理器之间的数据通信。这些设备或处理器可以处于物理上接近或不接近的位置。例如，子系统(诸如外围系统920、用户接口系统930、和数据存储系统940)与数据处理系统986分开示出，但其可以完全或部分地存储在数据处理系统986内。
外围系统920可包括经配置成向处理器986提供数字内容记录的一个或多个设备。例如，外围系统920可包括数字静物照相机、数字摄像机、蜂窝电话、或其它数据处理器。处理器986在从外围系统920中的设备接收数字内容记录后，即可在数据存储系统940中存储这样的数字内容记录。
用户接口系统930可包括鼠标、键盘、另一计算机(例如，经由网络或零调制解调器电缆(null-modem cable)连接的计算机)、或者任何设备或设备组合，数据从那里输入到处理器986。用户接口系统930还可以包括显示设备、处理器可访问的存储器、或者处理器986可向其输出数据的任何设备或设备组合。用户接口系统930和数据存储系统940可以共享处理器可访问的存储器。
在各个方面中，处理器986包括或连接到经由网络链路916(以虚线示出)与网络950耦合的通信接口915。例如，通信接口915可包括综合业务数字网(ISDN)终端适配器或调制解调器以经由电话线路进行数据通信；经由局域网(LAN)(例如Ethernet LAN)或广域网(WAN)进行数据通信的网络接口；或经由无线链路进行数据通信的无线电，例如WiFi或GSM。通信接口915穿过网络链路916向网络950发送和接收承载有表示各类信息的数字或模拟数据流的电、电磁或光信号。网络链路916可以经由开关、网关、集线器(hub)、路由器或其它网络设备连接到网络950。
处理器986可以通过网络950、网络链路916和通信接口915发送消息和接收数据(包括程序代码)。例如，服务器可以在其与之相连的有形的非易失性计算机可读存储介质上为应用程序(例如，JAVA小程序)存储请求代码。服务器可以从介质取回代码，并通过网络950将其传输到通信接口915。所接收的代码在其被接收后可以由处理器986执行，或者存储在数据存储系统940中用于稍后执行。
数据存储系统940可以包括经配置成存储信息的一个或多个处理器可访问的存储器或通信地与其连接。存储器可以，例如，位于机壳内或者作为分布式系统的部件。短语“处理器可访问的存储器”意在包括处理器986可以传送数据至或从其传送数据(使用外围系统920的适当组件)的任何数据存储设备，无论是易失性的还是非易失性的；无论是可移动的还是固定的；无论是电子、磁性、光学、化学、机械的还是以其它方式。示例性的处理器可访问的存储器包括但不限于：寄存器、软盘、硬盘、磁带、条形码、光盘、DVD、只读存储器(ROM)、可擦除可编程的只读存储器(EPROM、EEPROM、或闪存)、和随机存取存储器(RAM)。数据存储系统940中的处理器可访问的存储器之一可以是有形的非临时性计算机可读存储介质，即，参与存储可提供给处理器986用于执行的指令的非临时性设备或制品。
在一个实例中，数据存储系统940包括代码存储器941(例如RAM)和磁盘943(例如有形的计算机可读的旋转存储设备，诸如硬盘驱动器)。计算机程序指令从磁盘943读入代码存储器941。处理器986随后执行装入代码存储器941的计算机程序指令中的一个或多个序列，作为执行本文中描述的方法步骤的结果。以这种方式，处理器986执行了计算机实施的方法。例如，本文中描述的方法步骤、本文中流程图或框图的方块、以及这些的组合可以通过计算机程序指令来实施。代码存储器941也可以存储数据，或者可以只存储代码。
实施例1
本文中描述了用于对分析物进行分析的系统。该系统包括具有进样口的腔室和经布置成密封所述进样口的半渗透膜。该半渗透膜包含第一物料(compound)和第二物料的交联混合物。第一物料包含.0-75.0重量％的二甲基乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷(Dimethyl siloxane)、15.0-35.0重量％的无定形二氧化硅、5.0-10.0重量％的羟基封端的聚二甲基硅氧烷、和3.0-7.0重量％的二甲基乙烯基封端的聚二甲基甲基乙烯基硅氧烷(Dimethyl，methylvinyl siloxane)。第二物料包含55.0-75.0重量％的二甲基乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷、15.0-35.0重量％的无定形二氧化硅、5.0-10.0重量％的羟基封端的聚二甲基硅氧烷、3.0-7.0重量％的二甲基乙烯基封端的聚二甲基甲基乙烯基硅氧烷、和1.0-5.0重量％的聚二甲基甲基氢硅氧烷(Dimethyl，methylhydrogen siloxane)。
该系统可以包括检测器。该腔室可以是真空室并且检测器可以是质谱仪。该系统还可以包括布置在腔室中的离子源。该膜可具有在25℃下基本上等于115的比重。该膜可具有大约50的邵氏A硬度。该腔室可包括多个进样口且该系统还可以包括用于提供分析物的供应器、经布置成分别密封多个进样口之一的多个半渗透膜，和适应于从供应器选择性地提供分析物至多个膜的每一个的连接器。分析物可包含化学物质，并且多个半渗透膜中的两个对该化学物质可具有各自不同的渗透性。进样口可以包括孔对(aperture pairs)，并且系统还可以包括多个具有各自的半渗透侧壁的管件，每个管件经由所述孔对的各自一个孔穿入和穿出腔室，和检测器，其经布置在腔室中并适应于检测穿过所述管件之一的侧壁的物质的性质。
实施例2
本文中描述了一种化学分析系统。该化学分析系统包括：具有进样口的真空室和密封所述进样口的半渗透膜。该化学分析系统还包括布置在真空室中的辐射源，辐射源与半渗透膜间隔开，并适应于用处在至少部分被半渗透膜吸收的频率下的电磁辐射来辐照该半渗透膜。
该化学分析系统可以包括适应于向半渗透膜的外侧提供分析物的供应器，其中所述辐射源要在所述分析物到达膜之前加热所述膜。该辐射源可以适应于以非接触方式加热半渗透膜。辐射源可以是激光二极管。该激光二极管可以适应于通过发射被半渗透膜优先吸收的波长来加热半渗透膜。辐射源可以包括多个激光二极管。
本文所描述的各个方面可实现为系统或方法。因此，本文的各个方面可呈完全硬件方面、完全软件方面(包括固件、常驻软件、微代码等)或者组合软件与硬件方面的方面的形式。这些方面在本文中都可以被大体上称作“服务”、“电路”、“电路系统”、“模块”或“系统”。
而且，本文的各个方面可具体化为计算机程序产品，其包括存储在有形的非临时性计算机可读介质上的计算机可读程序代码。这样的介质可以被制造为常规用于此类制品，例如，通过压制CD-ROM。该程序代码包括可以被加载到处理器986(还可以存在其它处理器)中的计算机程序指令，以使本文中各个方面的功能、动作、或操作步骤由处理器986(或其它处理器)来执行。用于执行本文中描述的各个方面的操作的计算机程序代码可以以一个或多个编程语言的任何组合来撰写，并可以从磁盘943加载到代码存储器941中来执行。该程序代码可以，例如，完全在处理器986上、部分在处理器986上且部分在连接至网络950的远程计算机上、或完全在远程计算机上执行。
本发明包括本文所描述的方面的组合。提及“特定方面”等指的是存在于本发明的至少一个方面中的特征。单独地提及“一方面”(或“实施方案”)或“特定方面”等未必是指相同的一个或多个方面；但是，这样的方面并非是相互排斥的，除非如此指示，或者对于本领域技术人员而言是显而易见的。提及“方法”或“多种方法”等时使用单数或复数并非是限制性的。词语“或”在本公开中以非排它性的意义使用，除非另外明确地指出。
已经特别参考本发明的某些优选方面详细地描述了本发明，但将要理解的是在本发明的精神和范围内，可以由本领域普通技术人员实现变型、组合和修改。

Claims (15)

1.用于对分析物进行分析的系统，其包括：
a)具有进样口的腔室；以及
b)经布置成密封所述进样口的半渗透膜，所述半渗透膜包含第一物料和第二物料的交联混合物，
c)其中所述第一物料包含：
i)55.0-75.0重量％的二甲基乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷；
ii)15.0-35.0重量％的无定形二氧化硅；
iii)5.0-10.0重量％的羟基封端的聚二甲基硅氧烷；和
iv)3.0-7.0重量％的二甲基乙烯基封端的聚二甲基甲基乙烯基硅氧烷；以及
d)其中所述第二物料包含：
i)55.0-75.0重量％的二甲基乙烯基封端的聚二甲基硅氧烷；
ii)15.0-35.0重量％的无定形二氧化硅；
iii)5.0-10.0重量％的羟基封端的聚二甲基硅氧烷；
iv)3.0-7.0重量％的二甲基乙烯基封端的聚二甲基甲基乙烯基硅氧烷；和
v)1.0-5.0重量％的聚二甲基甲基氢硅氧烷。
2.权利要求1的系统，其还包括检测器。
3.权利要求2的系统，其中所述腔室是真空室，所述检测器是质谱仪。
4.权利要求3的系统，其还包括布置在所述腔室中的离子源。
5.权利要求1的系统，其中所述膜具有在25℃下基本上等于1.15的比重。
6.权利要求1的系统，其中所述膜具有大约50的邵氏A硬度。
7.权利要求1的方法，其中所述腔室包括多个进样口，并且其中所述系统还包括：
用于提供分析物的供应器；
经布置成分别密封所述多个进样口之一的多个半渗透膜；和
适应于从所述供应器选择性地提供分析物至所述多个膜的每一个的连接器。
8.权利要求7的系统，其中所述分析物包含化学物质，并且所述多个半渗透膜中的两个对所述化学物质具有各自不同的渗透性。
9.权利要求7的方法，其中所述进样口包括孔对，并且其中所述系统还包括：
多个具有各自的半渗透侧壁的管件，每个管件经由所述孔对的各自一个孔穿入和穿出所述腔室；和
检测器，其经布置在所述腔室中并适应于检测穿过所述管件之一的侧壁的物质的性质。
10.化学分析系统，其包括：
具有进样口的真空室；
密封所述进样口的半渗透膜；
经布置在所述真空室中的辐射源，所述辐射源与所述半渗透膜间隔开，并适应于用处在至少部分被所述半渗透膜吸收的频率下的电磁辐射来辐照所述半渗透膜。
11.权利要求10的化学分析系统，其还包括适应于向所述半渗透膜的外侧提供分析物的供应器，其中所述辐射源要在所述分析物到达膜之前加热所述膜。
12.权利要求10的化学分析系统，其中所述辐射源适应于以非接触方式来加热所述半渗透膜。
13.权利要求10的化学分析系统，其中所述辐射源包括激光二极管。
14.权利要求13的化学分析系统，其中所述激光二极管适应于通过发射被所述半渗透膜优先吸收的波长来加热所述半渗透膜。
15.权利要求10的系统，其中所述辐射源包括多个激光二极管。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2785413C1 (ru) * 2022-04-11 2022-12-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ФИЦ ХФ РАН) Электромембранный ионный источник и способ его изготовления

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019217560A1 (en) 2018-05-08 2019-11-14 Inficon, Inc. Chemical analysis device and method
CN112117179B (zh) * 2020-09-04 2024-04-02 上海裕达实业有限公司 一种便携式质谱仪校准装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050236565A1 (en) * 2004-04-21 2005-10-27 Sri International, A California Corporation Method and apparatus for the detection and identification of trace organic substances from a continuous flow sample system using laser photoionization-mass spectrometry
US20090317445A1 (en) * 2006-07-27 2009-12-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Drug delivery system with thermoswitchable membranes
CN102350233A (zh) * 2011-07-18 2012-02-15 清华大学 一种优先透过碳酸二甲酯的渗透汽化膜的制备方法
US20120208004A1 (en) * 2011-02-10 2012-08-16 Inficon, Inc. Ultra-thin membrane for chemical analyzer and related method for forming membrane
CN103102685A (zh) * 2011-11-14 2013-05-15 吴江朗科化纤有限公司 一种硅橡胶掺杂二氧化硅共混膜的制备方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5448062A (en) * 1993-08-30 1995-09-05 Mims Technology Development Co. Analyte separation process and apparatus
US6923939B1 (en) * 2001-07-05 2005-08-02 Uop Llc Heat activated membrane introduction apparatus and method for screening materials
GB2411046B (en) * 2004-02-12 2006-10-25 Microsaic Systems Ltd Mass spectrometer system
CN101882552A (zh) * 2004-08-02 2010-11-10 奥斯通有限公司 离子迁移率谱仪
WO2010127114A2 (en) * 2009-05-01 2010-11-04 Oregon Health & Science University Automated detection and counting of biomolecules using nanoparticle probes
CA2769569C (en) 2009-07-31 2014-07-15 M-Tech Japan Co., Ltd. Tin-containing alloy plating bath, electroplating method using same, and substrate with the electroplating deposited thereon

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050236565A1 (en) * 2004-04-21 2005-10-27 Sri International, A California Corporation Method and apparatus for the detection and identification of trace organic substances from a continuous flow sample system using laser photoionization-mass spectrometry
US20090317445A1 (en) * 2006-07-27 2009-12-24 Koninklijke Philips Electronics N.V. Drug delivery system with thermoswitchable membranes
US20120208004A1 (en) * 2011-02-10 2012-08-16 Inficon, Inc. Ultra-thin membrane for chemical analyzer and related method for forming membrane
CN102350233A (zh) * 2011-07-18 2012-02-15 清华大学 一种优先透过碳酸二甲酯的渗透汽化膜的制备方法
CN103102685A (zh) * 2011-11-14 2013-05-15 吴江朗科化纤有限公司 一种硅橡胶掺杂二氧化硅共混膜的制备方法

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2785413C1 (ru) * 2022-04-11 2022-12-07 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр химической физики им. Н.Н. Семенова Российской академии наук (ФИЦ ХФ РАН) Электромембранный ионный источник и способ его изготовления

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