CN106898536A - 用于分析型等离子体谱仪的液体样本引入系统和方法 - Google Patents
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Abstract
一种用于等离子体谱仪的液体样本引入系统20包括：样本容器，其用于固持液体样本；表面声波SAW喷雾器40，其经布置以从所述样本容器，接收液体样本；电子控制器60，其用于将电功率供应到所述SAW喷雾器40以便在所述SAW喷雾器40的表面上产生表面声波，以用于由所述所供应的样本液体产生雾剂；以及雾剂运输布置50，其用于从所述SAW喷雾器40接收所述雾剂且将其运载到谱仪的等离子体或火焰中。所述电子控制器60进一步经配置以控制到所述SAW喷雾器40的电功率以便准许调整雾剂参数，且控制所述雾剂运输布置50以便准许调整到所述谱仪的所述等离子体或火焰中的雾剂递送。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于分析型等离子体光学发射或质量谱仪的具有喷雾器的液体样本引入系统。本发明还涉及一种用于分析型等离子体谱仪的液体样本引入方法，以及一种对应的喷洒液体样本的方法。
背景技术
等离子体光学发射谱测定(OES)和等离子体质谱测定(MS)是用于液体形式的微量元素浓缩物的分析的众所周知的技术。等离子体可使用微波(例如微波感生等离子体光学发射谱测定(MIP-OES)或微波感生等离子体质谱测定(MIP-MS))或通过使用电感耦合系统(例如电感耦合等离子体光学发射谱测定(ICP-OES)或电感耦合等离子体质谱测定(ICP-MS))来形成，其每一者为采用大气压等离子体的技术的实例。通常，检测极限对于ICP-OES扩展到十亿分率(ppb)水平，且对于ICP-MS扩展到万亿分率(ppt)水平。原子吸收(AA)和原子荧光光谱法(AFS)也是众所周知的技术，其利用火焰来原子化样本材料。这些各种技术常常在实验室中彼此结合使用。下文中为了清晰和一致性起见，采用术语等离子体谱仪，但应理解，此涵盖包含用于产生等离子体或火焰的炬的任何装置。
上文各种分析技术中采用的炬在其细节方面不同。然而，原理对于每一者是通用的：液体样本通常使用喷雾器或某一形式的液滴产生器稀释和抽吸，且随后被推出喷雾器或液滴产生器的出口到达惰性或火焰气流中，惰性或火焰气流将含样本的液体的液滴载运到炬中且借此载运到等离子体或火焰中。等离子体排放物足够热而致使进入等离子体的液体的液滴逐渐地雾化、原子化且接着部分离子化。在ICP-OES的情况下，经原子化和离子化的材料受激发且松弛以发射由光谱仪检测到的特征性波长的光，且在ICP-MS的情况下，离子化材料经由离子光学系统和质量分析仪引导到真空系统中。
通常，含样本的液体使用气动喷雾器利用气体(例如在ICP的情况下，氩)流形成为液滴流。气动喷雾器产生具有广范围尺寸的液滴。然而，等离子体和火焰两者在解离大量大尺寸的液滴时效率低下。可凭经验估计或确定适于ICP谱测定的雾剂中液滴的最大直径。特定尺寸取决于多种因素，例如递送到等离子体中的雾剂的总量(等离子体加载)，并且还取决于所采用的ICP产生器、等离子体炬和负载线圈设计的特性。在多点滴雾剂中，10μm似乎为通常的尺寸限制。较大液滴尺寸可明显地在单一液滴引入系统中采用-例如，在S.Groh等人的《分光化学杂志(Spectrochimica Acta)》，B章节，第64卷，第247-254页(2009年)中，使用高达70μm的液滴尺寸，且在K.Shigeta等人的《分析型原子谱测定杂志(Journal ofAnalytical Atomic Spectrometry)》，第30卷，第1609-1616页(2015年)中，尽管使用专门设计的炬，但展示甚至高达300μm的液滴在ICP中产生分析信号。此外，公认为了获得最佳分析优值，液滴尺寸分布应尽可能窄。
为解决较大液滴尺寸所呈现的问题，喷射腔室通常放置在喷雾器与炬之间，以使较大液滴与较小液滴分离，较小液滴优选地由气流载送到炬中。因此，通常含喷洒样本的液体(在ICP-OES和ICP-MS的情况中)的不超过1-2％呈适于在炬内处理的充分小的液滴的形式。然而，基于气动的样本引入系统(SIS)中的此低效率不合需要：举例来说，使用此设备对微样本的分析(直接或使用加连字符技术实行)极其具有挑战性。低效率还导致产生大量废料和严重的存储器效应，这进而限制样本处理量。气动喷雾器的新近发展已产生输入效率的增加(比方说，达10％)但以样本处理量减少为代价。
与最大液滴尺寸和液滴尺寸分布限制一样，液滴数量密度(或雾剂浓度)和初始液滴速度也是样本引入系统中的重要参数。液滴数量密度和初始液滴速度在很大程度上界定喷射腔室中的二级和三级处理的过程，以及因此进入等离子体的雾剂的性质和量。这些参数尽可能小，被认为是合乎需要的。
每单位时间供应到等离子体的样本量最大化是合乎需要的，因为较高样本递送速率产生较好敏感度。另一方面，过多体积的液体可冷却或在最不利的情况中熄灭等离子体(等离子体加载)。较高样本递送速率还增加分析内的基质物质的非想要的效应。如此，存在与这些竞争性性质折衷的样本递送速率的最优值或范围。此值或范围由许多因素确定，例如样本类型(分析物类型、基质、溶剂、相对浓度等)，和等离子体参数(功率、气体流动速率等)。对于水溶液，当前基于气动喷雾器的SIS的样本递送速率的典型范围可能跨越10-150μL/分钟。同时，样本组分浓度可跨越数量级变化。对于一个元素，所述浓度可能处于分析仪的检测极限、然而另一元素可能如此充足而能够将检测器放置到非线性范围内。
用于将样本雾剂转移到等离子体中的中央通道气体流动速率也具有基本约束。通道形成于等离子体轴线上应足够高，这是将雾剂液滴有效引入到热且稠密的等离子体中的前提条件。但再次，过多量的中央气体因降低其激发/离子化性质而使等离子体稳健性降级。从等离子体条件的观点来看，最佳中央通道气体流动速率可通过当以无水形式引入样本时例如使用激光切除用干燥等离子体进行实验来估计，且处于(对于ICP等离子体)约0.4L/分钟。显然，对于湿润等离子体，此值应更小。如此，范围0.2-0.3L/分钟对于实现ICP等离子体中的“超稳健”条件被视为是极其有用的。
气动喷雾器缺乏灵活性(可变性)。样本递送速率的调整需要费时的设备改变。此外，气动喷洒技术的根本上随机性质及其对气流和样本液体参数两者的较强依赖性可能常常导致样本递送速率不稳定性以及控制问题，这两者进而可导致降级的分析性能。
为了解决不利雾剂性质和不灵活性的问题，已经提出其它形式的样本喷洒。一种此类技术采用电子控制的压电致动器，其喷洒效率独立于气流速率。电子控制还准许功率调谐，以用于样本递送速率调整，因此解决气动喷雾器的不变性缺点。此外，电子元件的固有稳定性改进液滴产生稳定性。
压电驱动施配器(PEDD)可大致分类为两组：所谓的“按需滴落”(DoD)装置，其产生单一隔离液滴用于循序传输到等离子体，参看(例如)WO-A-2014/056807；以及雾剂装置，其产生多个小液滴用于同时引入到等离子体中。DoD PEDD可产生很大程度上可再生、具有精确已知的直径且极其具有方向性的较大液滴(20-100μm直径)。信噪比和信号背景比较高。其不利方面是，相对缓慢的样本递送速率。相比之下，雾剂PEDD可产生大量较小液滴(直径在5与10μm之间或更小)，但所产生的液滴的行进方向更难控制且这导致非优化运输效率，因而敏感度降低且存储器效应增加。
尽管如此，雾剂PEDD解决了气动喷雾器的主要缺点：其无堵塞且产生容易运输到等离子体中(由于其相对较小尺寸)的液滴。并且其稳健、简单、紧凑而且建造成本便宜。
在分析型谱测定中为了商业用途而提出的雾剂PEDDS自身可细分为两种：振动筛网喷雾器(VMN)和超声波喷雾器(USN)。在VMN中，在具有形成于其中的μm直径孔的膜片的辅助下通过(例如)化学或激光蚀刻产生雾剂。膜片随后以机械方式附接到电子控制的压电致动器。
在USN中，由于源自喷雾器主体的大量声波而产生雾剂。采用USN的SIS为市售的，例如来自美国内布拉斯加州欧马哈市(Omaha，Nebraska，USA)的Teledyne CetacTechnologies公司的U5000AT+和U6000AT+。其表征为相对窄的液滴尺寸分布、抗堵塞，和宽液体摄取范围，从而产生极敏感的分析结果。
不过，此些USN PEDD喷雾器的主要缺点是其成本和启动时间。存在相对高的电功率要求(20-50W)，且冗余功率还在致动器表面上耗散从而导致长期稳定性降低以及基质效应。液体馈送在USN PEDD中也并非最佳。
本发明试图解决现有技术的这些问题。确切地说，本发明的各方面试图至少减轻以下问题中的一或多者：基质效应(其限制分析准确性)、界定分析的精确度的短期和长期信号不稳定性、相对于特定元素的不充分敏感度、有限信号动态范围，以及可影响分析时间的存储器效应。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种根据技术方案1的液体样本引入系统。
本发明还扩展到一种根据技术方案50的表面声波(SAW)喷雾器。
根据本发明的另一方面，提供一种将液体样本引入到分析型等离子体谱仪中的方法，如技术方案58中陈述。
所述系统、装置和方法解决例如不存在交叉污染、任何样本接触表面的耐化学性、雾剂中不存在大液滴、雾剂流动的高稳定性和短稳定时间等考虑因素。本发明的方面提供增加的机械和化学稳健性。优选实施例预期一种稳固的、整体式、相对便宜的低功率系统和方法，其抗堵塞，且在一些特定实施例中可准许采用无泵和/或无内胎样本供应布置。在优选实施例中可通过使用极其抵抗侵略性介质的涂层或构造材料来提供化学稳健性。本发明的实施例的可控性和可调整性提供增加的基质稳健性、灵活性、干扰减少、稳定的样本流动和动态范围。
在检视以下描述和图式后，且从所附权利要求书中，其它优点和优选布置将变得显而易见。
附图说明
本发明可以用数种方式来实践，现将仅借助于实例并且参见附图来描述所述方式中的一些，在所述附图中：
图1示意性地展示根据本发明的第一实施例具有拥有液体处置系统、SAW喷雾器和雾剂运输设备的液体样本引入系统的分析型等离子体谱仪；
图2a、2b和2c分别展示到图1的实施例中的SAW喷雾器的连续、脉冲和混合样本递送模式的示意性侧视图；
图3a-3d以及图3e和3f分别展示图1的液体处置系统与SAW喷雾器的液体馈送管线之间的两个不同界面；
图4以平面和侧视图展示根据本发明的实施例的SAW喷雾器；
图5以平面图展示根据本发明的替代实施例的SAW喷雾器；
图6a-6f以侧视图且图6g和6h以平面图分别展示施加到图4的SAW喷雾器的各种涂层；
图7a-7h以侧视图展示施加到图4的SAW喷雾器的表面的各种宏结构；
图8a-8c展示相对于图1的雾剂运输设备安装在各种定向中的图1和4-7的SAW喷雾器；
图9更详细展示图1的液体样本引入系统和分析型等离子体谱仪；
图10说明无泵无内胎液体处置系统的第一布置；以及
图11说明无泵、无内胎液体处置系统的第二布置。
图12分别展示雾剂传输系统中的一对SAW喷雾器的侧部截面图和俯视图，以说明雾剂混合技术；以及
图13a和13b分别展示将液体与SAW喷雾器上的湿润和干燥样本混合。
具体实施方式
图1示意性地展示根据本发明的第一实施例具有液体样本引入系统20的分析型等离子体谱仪10。图1以框图格式展示谱仪，且将首先提供系统中的主要组件的功能的简要介绍。随后将参看后续图式描述图1中的组件中的每一者的更具体细节。
液体样本引入系统20包括液体处置系统30、表面声波(SAW)喷雾器40、雾剂运输布置50和系统控制器60。液体处置系统30包含其中包含液体样本的液体样本储层(图1中未图示)。液体处置系统30经布置以用各种方式中的一者将液体样本从样本储层运输到SAW喷雾器40，后续图中将更详细地描述所述方式。
SAW喷雾器40处接收的液体样本在该处喷洒以便形成含有样本液体的小液滴的雾剂。雾剂进入雾剂运输布置50，且随后运输穿过其中-任选地移除溶剂(去溶剂化)。在从雾剂运输布置退出后，(任选地去溶剂化的)液滴引入到分析型等离子体谱仪10的等离子体或火焰中。所得产物随后以已知方式分析。
等离子体谱仪的细节本身不与本发明相关。然而，将理解，可采用采用等离子体或炬的任何合适的分析型仪器，例如电感耦合等离子体(ICP)或微波感生等离子体(MIP)质谱仪(ICP-MS或MIP-MS)或光学发射谱仪(ICP-OES或MIP-OES)、原子吸收(AA)谱仪、原子荧光谱仪等。
已提供液体样本引入系统20及其与等离子体谱仪10的介接的简要概述，现将提供系统的个别组件的更详细描述。
液体处置系统
采用液体处置系统30将样本、稀释剂、基质改质剂和/或冲洗溶液转移到SAW喷雾器40的工作表面上。液体处置系统30的所有组件优选地无交叉污染效应，化学上耐受，且生物上兼容。
到SAW喷雾器40的液体馈送可处于连续模式(或至少，准连续模式)、脉冲模式(个别液滴)或两个模式的混合。
如稍后将阐述，SAW喷雾器40包含压电衬底100，其上形成用于在衬底表面上产生表面声波的叉指式变换器(IDT)110。在连续操作模式中，如图2a中所展示，样本液体作为实质上连续流穿过例如毛细管等液体馈送管线120从样本容器(图中未图示)供应到SAW喷雾器40的衬底100的表面。到达衬底100的表面的液体在图2a中标记为130，其中其由SAW喷雾器40喷洒以产生在该图中标记为140的雾剂。应注意，在图2a中的“关”模式中，未展示毛细管，但此并不暗示毛细管在该“关”模式中必定移除。依据应用、污染防止的程度和其它因素，连续模式中的毛细管可静止，或可移除以避免样本喷洒的步骤期间的污染。
样本液体可使用泵(未图示)或经由自抽吸(无泵)而到达衬底100的表面。在采用泵的情况下，需要例如由电子控制器60(图1)控制流动速率，使得液体以次μL/分钟-百μL/分钟的范围内的速率流到SAW喷雾器上。液体流动速率可与喷洒速率匹配，或可较高。在后一情况下，过多样本液体可从衬底表面排放到收集容座(也未图示)以供任选地再使用。
图2a中说明的连续模式还可通过利用例如液相层析、离子层析、毛细管电泳等耦合隔离技术馈送液体样本来实现。
图2b展示替代的脉冲(调制)样本递送技术，其中个别液滴供应到衬底100的表面。在图2b的布置中，精确且准确投配量的液体(再次，优选地，在电子控制器60的控制下)再次(在此实例中)使用液体馈送管线120沉积于上SAW喷雾器40的衬底100的表面上。所供应的样本液体随后呈单一固著液滴130'的形式保持在衬底的表面上，随后喷洒所述样本液体从而形成雾剂140。
在此脉冲模式中，液体样本引入系统20能够作为完全消耗装置操作，这促进微样本的处置且减少废物量。固著液滴130'的喷洒期间产生的瞬态分析信号的区域独立于喷洒效率，喷洒效率进而可取决于样本物理化学性质。图2b的脉冲技术减少此类样本引入相关基质效应。
固著液滴130'当位于SAW喷雾器40的衬底100的表面上时的不可控制的蒸发是不合需要的，因为此导致喷洒时未知/不确定的浓度的样本。因此，最佳地，应在此脉冲样本溶液馈送技术中选择高喷洒速率。然而，如果例如通过使用视频相机测量固著液滴130'的蒸发，那么可有利地采用固著液滴130'的蒸发。确切地说，可确定初始样本浓度的可测量的实时增加，以便准许分析方法的敏感度的改进。
图2c中说明第三混合操作模式。在此模式中，在第一测量时间周期期间，液体样本作为一个脉冲或一系列脉冲递送到衬底100，从而形成单独固著液滴130'，随后喷洒所述单独固著液滴130'。换句话说，在所述测量时间周期期间，到SAW喷雾器的样本递送如上文相对于图2b所描述而进行。图2c的顶部4个图像中展示分析的这些阶段。
一旦样本的测量已结束，且已喷洒最后一个固著液滴(向下第5图，图2c)，随后就在第一清洁时间周期期间使用上文结合图2a描述的技术施加连续的冲洗溶液流。此在图2c中的底部两个图像中说明。以此方式，可在实验之间，例如在使用不同样本的实验之间，清洁SAW喷雾器40以避免交叉污染。尽管图2c中液体馈送管线120标记为与脉冲和连续流图像中相同，但当然将理解，此不必暗示每次采用相同的液体馈送管线。举例来说，为了最小化交叉污染，用于第一测量周期期间的第一样本分析的液体馈送管线可与第一清洁时间周期期间用于供应冲洗溶液的液体馈送管线以及用于供应在后续第二测量时间周期中待分析的第二样本流体的液体馈送管线两者均不同。所有液体递送步骤可经由电子控制器60来控制。
可使用不同类型的泵以可重复且可再生的方式将样本溶液馈送到SAW喷雾器40的衬底100的表面上。举例来说，泵可为注射泵、气体位移泵、蠕动泵或压电微泵。压电微泵由于其紧凑、低成本设计和直接电子控制而尤其优选。以此方式，可实现单件式抽吸-喷洒装置，其由通用电子元件驱动。
此外，尽管上文描述单一泵，但将理解，可使用两个或更多个不同泵或抽吸原理，例如一个泵用于将液体样本供应到SAW喷雾器40，且另一泵用于将冲洗溶液馈送到SAW喷雾器40。
尽管泵驱动的样本递送技术提供流动速率和/或固著液滴体积的最佳控制，但重力或毛细管力驱动的液体流也可用于将样本液体递送到SAW喷雾器40的表面。在图2b中例示的脉冲系统的情况下，可使用具有永久或一次性尖端的手动或自动移液管。
当然将认识到，可包含各种多端口阀、管线、回路、配件、适配器和其它典型液体处置及微流体组件，只要技术人员认为是必需或合乎需要的。为了清晰和容易理解，这些都未在图2a、2b和2c中展示，其特征限于液体处置系统30的优选实施例的主要功能方面。
图3a-3d以及图3e和3f分别展示液体馈送管线120与SAW喷雾器40之间的两个不同界面。在图3a-3d中展示的第一滴漏界面中，恒定液体接触提供在液体馈送管线(例如，图2a、2b和2c的液体馈送管线120)与SAW喷雾器40的表面之间。液体馈送管线120可为圆形或矩形毛细管、内嵌在喷雾器中的微通道、由任何多孔和化学耐受介质制成的芯体，或这些的某种组合。将看到，液体可从上方(图3a/3b)或下方(图3c/3d)引入到SAW喷雾器40的表面。后面的图式(3c/3d)说明喷雾器中内嵌的微通道的一个特定变型(钻凿或以其它方式形成于衬底中的通道)。此微通道的其它变型当然是可能的，例如衬底表面的顶部上的凹槽，其顶部开放或借助于涂层闭合，等等。
作为图3a-3d的滴漏系统的一替代方案，可改为采用射流系统，且此在图3e和3f中说明。此处，不存在液体馈送管线120与SAW喷雾器40的表面之间的恒定液体接触；实际上，液体馈送管线120的端部与SAW喷雾器40的衬底100隔开。间隙或间距太大以致不能维持液体馈送管线120与SAW喷雾器40的表面之间的液体桥(由于润湿力)。因此，样本液体150(图3e)的射流从液体馈送管线120的端部朝向SAW喷雾器40的表面引导。
图3a-3f中展示的界面中的每一者可用于在图2a、2b和2c的连续、脉冲或混合模式中供应样本液体。
与液体馈送管线120的端部相对于SAW喷雾器40的表面的不同位置一样，就二者之间的间距而言(即，如图3a-3d中相比于图3e-3f而说明)，横向方向中液体馈送管线120的端部相对于SAW喷雾器40的表面的位置也可变化。举例来说，液体馈送管线120可定位在边界处，或喷雾器的工作表面/声束的中心。
SAW喷雾器
图4中分别以平面图和侧视图展示SAW喷雾器40的一个合适的配置。喷雾器包括由压电材料形成的衬底100。LiNbO3被视为针对此目的最有效的压电材料。在衬底100的表面上的是叉指式变换器(IDT)110。IDT 110包括第一和第二大体并联的外部电极160a、160b，其连接到电学控制器60用于向其上供应RF电压。在相对于那些外部电极的横向方向中在第一与第二外部电极160a、160b之间延伸的是一系列变换器单元170。每一外部电极160a、160b连接到相应多个变换器单元170。每一电极的变换器单元170为叉指形，其中第一元件从第一电极160a朝向(并不一直到)第二电极160b延伸，而邻近元件两者从第二电极160b朝向(并不一直到)第一电极160a延伸。图4中，所述横向方向中第一与第二外部电极160a、160b之间的间距展示为“w”。此间距界定工作表面的宽度。叉指式间距(沿着SAW喷雾器，在与第一和第二外部电极160a、160b的伸长方向并行的方向上)标记为“s”。此为变换器单元的中心之间的距离，且连同每一变换器元件的宽度“x”(参看总电极间距，即工作宽度w)界定喷雾器的主频率。
IDT 110还具有厚度“t”(图4的侧视图)。IDT性能基本上由变换器单元的参数(宽度、长度、间距、厚度等)确定。确切地说，IDT 110的厚度确定IDT 110的阻抗，以及因此SAW喷雾器40中耗散的温度和(可能)其效率。可选择电极宽度x以便提供受控单相单向变换器，用于在一个方向中集中振动功率。
SAW喷雾器40的工作区域在图4中由点线190指示。工作区域190在脉冲操作模式中接收固著液滴130'(图2b和2c)，或在连续模式的情况下接收液流(图2a)。工作区域190与IDT 110分离间隙180，且IDT 110的宽度w确定喷雾器的工作区域190的宽度。
在图4中展示的实施例的一变型中，额外反射体电极可形成于IDT 110的背侧上，例如如J.Ju等人的《传感器和致动器A：物理学(Sensors and Actuators A：Physical)》第147卷，第570-575页(2008年)中所揭示。
为产生表面声波，将RF信号(其特性在下文更详细地论述)从电子控制器60供应到IDT 110。SAW喷雾器40可在渐进波和驻波模式中操作。驻波模式更高效：其允许获得较小液滴，且所产生的雾剂140严格地垂直传播到表面。为实现驻波模式，可使用2、4或更多个IDT110。举例来说，可以采用一对相对IDT以产生驻定表面声波。
IDT电极可笔直，或为了改进声功率利用效率而弯曲、成圆形或椭圆形。电极可大体上会合，或可仅界定部分圆形、椭圆形等。图5展示某一此类可能布置。图5中，IDT 110'形成于压电衬底100的表面上。提供多个闭合圆形变换器元件170'，其每一者如所示叉指式布置在第一与第二IDT电极160'a、160'b之间(即，使得第一变换器元件从第一电极160'a以圆弧朝向(并不一直到)第二电极160'b延伸，而邻近于第一变换器元件的两个元件从第二电极160b以分别较大和较小半径的同心圆弧朝向(并不一直到)第一电极160a延伸)。在图5的布置中，液体供应到工作区域190'在IDT 110'的中心。
可实行额外电极几何建模和优化，以准许将表面声波塑形到有利的位置。此些基于SAW的PEDD在较高频率(高达250MHz)下操作，且需要显著较少电功率来操作。所需的功率的典型值处于1-5W范围内，最佳值为0.3W。
尽管从SAW喷雾器40的表面实行样本的喷洒，但喷雾器40的化学和物理特性与系统20的实务实施方案相关。SAW喷雾器中使用的常用材料为LiNbO3，但ZnO、AlN或锆钛酸铅(PZT)也可用于压电衬底、用于变换器单元的金属(例如Au、Al)和形成IDT的电极。尽管这些材料可具有产生合适的声波的过程中的合乎需要的性质，然而在给定使用此系统20的等离子体分析仪10中待分析的样本的持续改变(和潜在地化学反应性和/或生物学敏感性)组成的情况下，其可具有有限适用性。
出于此原因，提出采用保护涂层来改进SAW喷雾器40的耐化学性和生物相容性。与耐化学性和生物相容性一样，需要涂层应促进SAW喷雾器表面的清洁、应辅助将液体限制在喷雾器的工作表面190/190'上，且应提供(或至少帮助提供)适合于稳定和精细地分散雾剂形成物的液膜厚度。膜厚度是接触角的函数，且已凭经验确定为优选小于1mm，乃至在一些实施例中小于0.5mm。尽管基于连续液体馈送实验确定此些典型图式，但此些图式对于其中在液滴边缘处发生喷洒的脉冲样本也是有利的。当前对于此涂层的提供为优选的材料是SiO2、Al2O3、不同类型氟聚合物(例如PTFE、PFA、FEP)等。
图6a展示根据本发明的实施例的SAW喷雾器40的最简单实施例，其中单一涂层200施加在衬底100的顶部表面和IDT 110上方，以覆盖两者。液体因此位于涂层200的表面上，而不接触衬底100或IDT 110。
涂层200可进一步经修改以向其施加额外亲水性/疏水性性质。额外疏水化促进清洁过程，且亲水化(或至少，非有源疏水化)促进喷雾器表面上较薄液膜的形成，这进而提供较好的喷洒条件。亲水性和疏水性性质的组合可帮助将液体样本固持在对于喷洒有利的位置中。经改质表面的性质可表示对于宽范围的样本液体的折衷，或可针对特定样本液体类型优化。
SAW喷雾器40的此些额外表面特性可通过叠加额外改质涂层210作为涂层200的顶部上的第二层来施加，涂层200形成上部额外改质涂层210与IDT 110和衬底100之间的第一夹层。图6b中说明此布置。液体样本形成或降落在额外改质涂层210上，而非(中间)涂层200或IDT 110/衬底100上。
图6c-6f中说明又一方法，其中将微结构化图案220作为另一涂层210施加到SAW喷雾器(图6c)的表面上的第一涂层200，或者作为单一涂层200施加到SAW喷雾器40(图6d)的另外未涂覆表面。在又一布置中，衬底100'的表面可自身以图案220微结构化且接着用涂层200涂覆，液体样本130'放置到涂层200上(参看图6e和6f；在图6e中，仅展示微图案化衬底，然而在图6f中，展示经涂覆的微图案化衬底)。因此，总共仅一个涂层可由等离子体/化学微结构化改质，或两个涂层可经改质。在后一实例中，第一涂层可用于保护衬底100的表面和IDT 110。随后，第二上部涂层可沉积或图案化在衬底100和IDT 110上的较低涂层上方，上部涂层的目的是提供如上文所解释的样本性质。
如图6g和6h的平面图中最佳所见，SAW喷雾器40的工作区域190的仅一部分可用一或多个涂层涂覆(图6g中，仅展示一个涂层200)，或者整个SAW喷雾器40可如图6h中所展示而涂覆。还设想，不同类型的涂层可沉积于喷雾器的不同部分上(例如，亲水性样点在工作区域的中心，且疏水性涂层在样点外部)。
此外，宏结构化可强加于SAW喷雾器40的表面上以便产生宏观比例的陡度或非平坦度，以便促进液体限制和喷洒，并且还辅助表面清洁。可形成例如通道或阱等表面结构，以促进将液体限制在此处。如图7a-7d中所展示，宏结构化图案可包含以下中的一或多者：衬底中的通道(图7a)、用于液流的凹槽(图7b)；凹穴(图7c)；用于液体固着的突出部(例如，用于固著液滴的锚定器)-参看图7d-等等。SAW喷雾器40的表面的此宏结构化可与涂层(包含微结构化涂层)组合，，如图7e-7h中可见，图7e-7h与图7a-7d对应但添加了涂层200。
广义上说，施加到表面的宏结构的尺寸可在50-100微米的范围中，达几毫米。
此外，SAW喷雾器可装备有无源温度稳定器(例如散热片)或者有源温度稳定器(例如帕尔贴元件)。在后一种情况下，温度可稳定在环境(室温)温度下，或可存在使用帕尔贴元件分别低于或高于环境温度的冷却或加热。电子控制器60可再次与帕尔贴元件连接以便提供反馈温度控制，同时任选地独立地或作为其中将不同参数视为相关的全局反馈系统的一部分而同时控制系统20的其它要素(例如样本递送速率、喷洒速率等)。
相对于环境或室温温度升高SAW喷雾器40的温度可改进雾剂进入等离子体时雾剂的性质。此将在下文进一步阐述。
SAW喷雾器40方便地在其平面表面(也就是说，举例来说，图4的工作区域190或图5的190')处于水平定向中的情况下操作，如图8a中所展示。图8a中，SAW喷雾器40展示为穿过表示雾剂运输布置50的喷洒腔室的壁而安装。图8a中用与较早图式共同的参考标号标记的SAW喷雾器的组件将为简洁起见不在此处再次描述。
然而，此水平定向在体现本发明的系统20中并不重要。图8b展示SAW喷雾器40，其平面表面安装在垂直定向中穿过雾剂运输布置50的壁，且图8c展示处于既不水平也不垂直的定向的平面表面(工作区域)。
在工作区域并不水平的情况下，固著液滴130'可由表面张力固持在SAW喷雾器40的表面上。在样本流体的连续流动的情况下(图2a)，流体自身可沿着SAW喷雾器40的表面向下滴下或喷射，任何过剩的液体(如果存在)排出到排放容器(图式中未图示)。
电子控制器
图9展示图1的液体样本引入系统20的更详细示意图，以阐释可由控制器实行的各种功能。电子控制器60可执行以下两个方面的某一范围的功能：液体样本引入系统20中的各种组件的控制，和功率到SAW喷雾器40的提供(电源可自身基于液流速率、喷雾器流动速率、等离子体加载等的所要实验和/或反馈测量值来控制)。
如图9中所展示，控制器60经由液体处置系统30与SAW喷雾器40通信，且能够控制来自液体容器400的样本液体和/或冲洗溶液的流动。如结合图1解释，可经由泵(图9中未图示)实现到SAW喷雾器40的样本递送，且在此情况下电子控制器60可控制所述泵。液体处置系统30的其它功率要求也可由电子控制器60提供。
电子控制器60还可控制气体供应410，其将运载气体供应到雾剂运输布置50。举例来说，在第一实施例中，电子控制器60可将控制信号发送到(单独)气体供应410，或者电子控制器60可将控制信号发送到谱仪，谱仪随后又控制气体递送速率。通过调整到雾剂运输布置50中的气流的速率，可调整和控制由SAW喷雾器40产生且载送到等离子体谱仪10中的雾剂的摄取速率。此外，通过将电子控制器60连接到雾剂运输布置50，控制器60可将经延迟电学脉冲发送到无源去溶剂化雾剂传输系统50中的电磁阀(未图示)。
就电学(RF)功率到SAW喷雾器40的供应而言，此可由电子控制器60实时调整以便获得与每一特定分析测量值的要求匹配的雾剂递送速率。电子控制器60对供应到SAW喷雾器40的功率的实时可调整性可通过设定驱动电压的输出振幅、通过脉宽调制(PWM)、通过振幅调制(AM)等来实现。可针对每一分析程序(清洁、样本喷洒等)单独地优化RF驱动脉冲的振幅、波形和主频率。
图9还指示电子控制器60与等离子体谱仪10之间的通信。因此电子控制器60的另一能力为，其可将触发脉冲和控制信号发送到等离子体谱仪10(或更确切地说，其计算机)/从等离子体谱仪10(或更确切地说，其计算机)接收触发脉冲和控制信号，用于SAW喷雾器40处喷洒的开始与等离子体分析仪10的所述计算机对分析信号测量值的开始之间的同步，并且还用于取决于分析信号强度、基质效应的严重度或干扰而调整样本递送速率。
总体上，可经由电子控制器60基于光学、电阻性或电容性传感器实现样本引入系统20的额外反馈控制，以控制样本递送和样本喷洒过程的可再生性。此外，液体递送和喷洒过程的视觉/自动化控制以及液体界面对准可由视频相机(图9中未图示)再次在电子控制器60的控制下实现。
为执行上述功能，电子控制器60可包含以下组件中的一或多者：经调制RF产生器、阻抗匹配单元、衰减器、对于RF产生器典型的触发器和其它电子电路，以及对于控制单元典型的微处理器、微控制器或现场可编程门阵列(FPGA)。
雾剂运输系统
雾剂运输系统50的主要目标是，将由SAW喷雾器40喷洒的样本溶液雾剂以最小损失转移到等离子体炬中。依据分析应用，雾剂运输系统50可具有相对简单、紧凑的设计以允许直接在等离子体炬处组装整个样本引入系统20。实际上，可设想包括样本引入系统20、等离子体炬和液体容器400的组合的整体式装置。或者，可预期较复杂的设计，以提供额外任选功能性。
一个此额外选择方案为雾剂改质，目标是完全避免呈液体形式的过量溶剂的有害影响，或非想要的较大液滴进入等离子体(基于分析优值)。用于雾剂改质的技术可能包含初始(主要)雾剂的去溶剂化，或雾剂尺寸过滤。倘若所要液体递送速率变得如此高使得等离子体加载效应变得突出，则去溶剂化为优选的技术。
如此项技术中已知，可通过样本液滴的蒸发速率的加速(举例来说，通过气体供应410供应的运载气体的加热)实现有源去溶剂化-即，系统中的一或多个物理参数的故意改变(目标是加速去溶剂化)。可通过增加雾剂的初始温度，例如通过加热SAW喷雾器40自身来获得相同加速度。在这种情况下，最佳地限制SAW喷雾器40的温度以便不会超出形成SAW喷雾器40的衬底100的压电材料的居里温度的一半。可实施冷却雾剂(例如，在冷凝器中)的额外步骤，以便进一步减少到等离子体中的气流和样本中的溶剂含量。
作为有源去溶剂化的一替代方案，可采用无源去溶剂化技术。此处，故意延长雾剂运输布置50内液滴的滞留时间。在雾剂的情况下，可通过增加雾剂运输布置50的内部体积或通过减小来自用于运输雾剂的气体供应410的气体的流动速率来实现无源去溶剂化。为避免起因于中央通道气体流动速率的约束，可使用两个气流，第一相对缓慢气流提供雾剂运输，且第二相对较快气体供应刚好在炬注射器将总中央通道气体流动速率升高到所要值之前在下游进行供应。
有源和无源去溶剂化方法可依据对任何有源去溶剂化系统中使用的温度水平的需求而组合。
根据本发明的实施例的系统的优点之一是，其通过利用优选地存在于任何情形中的系统的特征促进无源去溶剂化。确切地说，体现本发明的系统20准许简单调制雾剂到雾剂运输布置50中的引入。雾剂到等离子体中的引入还可相对于喷洒脉冲串的开始而延迟，其方式是停止来自气体供应410的运载气体的流动，例如闭合所述气体供应410的电磁阀420(图9)。再次，所述过程可由电子控制器60自动控制或可由用户手动地实现。
以下示范性操作工作流程/序列仅为了说明而提供，且当然将理解，可改为使用动作的不同次序或不同动作。
在第一步骤中，气体供应410的电磁阀420闭合。接下来，控制器60将触发信号发送到液体处置系统30和SAW喷雾器40以开始液体样本到喷雾器的流动，且激活喷雾器。随后发生短初始喷洒周期，在此期间不供应运载气体，因为电磁阀420保持闭合。在所述短初始喷洒周期之后，控制器60指示电磁阀420打开，从而导致运载气体流动，运载气体扫掠雾剂通过雾剂运输布置50且到达等离子体中。同时，控制器60指示等离子体分析仪的计算机开始测量。
在初始延迟(初始喷洒周期，在此期间不供应运载气体)期间，雾剂有更多时间进行去溶剂化。任何非想要的大样本液滴也可借助重力安定在雾剂运输布置50内部，使得其不载送到等离子体中且并不有害地影响分析测量值。换句话说，本发明的实施例的系统20可另外被视为液滴去溶剂化/分离装置(还参看下文)。此外，为避免由于来自气体供应410的气体的供应的调制而导致的等离子体参数的变化，可使用旁通系统。具体地说，可刚好在用于将雾剂喷射到等离子体中的注射器前包含三向电磁阀。在此布置中，在雾剂递送的停止阶段期间，旁通气体进入等离子体。旁通流动速率可不同于运输样本雾剂的运载气体的流动速率。旁通路径还可装备有额外喷雾器，额外喷雾器喷洒空白溶液以便维持停止阶段期间等离子体中的恒定溶剂浓度。
使用经延迟最终雾剂递送的此方法在具有高运载气体流动速率和低样本递送速率的紧凑型运输系统的情况下尤其有吸引力，此时液滴蒸发的动力方面和间距非常重要。
应注意，所有上文提及的额外气体路径可同样用于实时雾剂气体稀释(必要时)。可通过添加气体调节器或阀或通过更换现有气体调节器或阀来实现实施方案。
具有进入雾剂运输布置50的极高气流(达10L/分钟)的布置需要定位在雾剂运输布置50的远离SAW喷雾器40的端部(也就是说，雾剂运输布置50的接近等离子体的端部)处的雾剂分裂器。此雾剂分裂器系统可改进雾剂去溶剂化，尤其在高样本递送速率的情况下。
通常用于雾剂改质的另一方法为液滴尺寸过滤/分离。可使用分析型等离子体谱测定中使用的各种已知类型的喷射腔室实现尺寸过滤(例如气旋、碰撞珠粒、Scott型等)。因此，在一些实施例中，样本引入系统包括用于液滴尺寸过滤(尤其用于定位在喷雾器与等离子体或火焰之间的较大液滴的移除)的喷射腔室。由SAW喷雾器产生的雾剂液滴的空气动力行为(即，其初始起始位置、速度和移动方向)呈现为与液滴尺寸相关。通过来自气体供应410的运载气体流的恰当管理，可足够强地影响较大液滴的轨道使得其可在液体表面附近分离。此因而提供将这些过大液滴再引导回到SAW 40的表面上的可能性，其在SAW 40的表面上可被再收集和再喷洒。
已经仅借助于实例描述若干实施例。然而有经验的读者将认识到，可预期各种修改和添加。举例来说，图9的实施例暗示使用静止设备，其中液体容器400中的样本溶液经由液体转移管线和液体界面连续抽吸(经典的布置)或通过移液管呈固著液滴130'的形式降落到SAW喷雾器40的表面上。然而，同样预期无泵和无内胎布置。图式10和11中展示两个此类布置。
在图10中，SAW喷雾器40自身用作移液管。空白SAW喷雾器40(图10，左手侧图像)与液体容器400(图10，左侧第二)中的样本溶液形成液体接触。将衬底(举例来说，其可如上文结合图式6a-6h描述而涂覆)上的工作区域190浸没到液体中，同时优选地，IDT 110固持在液体的表面上方。一旦样本已呈固著液滴的形式放置到工作区域190上，SAW喷雾器40就从液体容器(图10，左侧第三)撤回，且在固著液滴130'仍在适当位置的情况下引入到雾剂运输布置50中(在图10的右手侧图像中以侧部截面图展示)。随后，可如上文所描述发生来自固著液滴130'的液体喷洒和所得雾剂到等离子体中的运输。
相比之下，图11展示用于产生样本雾剂且将其运输到等离子体的替代无泵和无内胎布置的各种侧部和前部截面图。图11中，SAW喷雾器40形成样本引入系统20的组成部分。SAW喷雾器40可在喷洒期间浸没到液体容器400中，使得SAW喷雾器40直接接触液体容器400中的样本溶液。从图11可以看出，雾剂运输布置50在SAW喷雾器40浸没到样本液体中且喷洒发生时形成与液体容器400的密闭/气密性系统。
因此，在图10和11的布置中，整个液体馈送系统以及各种液体路径变得不必要。图10和11的实施例利用SAW喷雾器40的相对于现有技术喷雾器减小的尺寸，以及SAW 喷雾器在自抽吸模式中和垂直/倾斜定向中(图8a-8c)操作的能力。避免使用泵和液体馈送管线的样本引入系统(例如图10和11中说明的系统)对于快速半定量乃至定量化学分析尤其有吸引力。在此分析中，由于样本递送速率的变化而产生的分析信号的可能改变可通过使用内部标准来缓和。
如图12中所展示，还预期雾剂的混合。举例来说，雾剂可在SAW喷雾器40的表面上方混合。可实现双喷雾器设计，其中(例如)可针对样本溶液采用一个喷雾器，且可针对标准(使用线上标准添加方法)或针对空白样本(线上稀释)采用第二喷雾器，等等。
或者，可改为在喷雾器工作表面上混合液体。这些液体可为稀释剂、内部标准、基质改质剂等。其可经由相同或经由如图13a中所展示的单独个别液体界面馈送到SAW喷雾器40的工作区域190上。相同方法还可用于先前沉积于喷雾器表面上且已如图13b中所展示在其上干燥(干燥样点分析)的任何样本的溶解和改质。
最后，本发明的实施例的系统、喷雾器和方法适合于多种清洁技术。所有类型的喷雾器的固有性质中的一者为经溶解固体在工作表面的润湿边界上的沉积。SAW喷雾器的高效率和无孔性质使沉积不太突出和有害，但一些沉积仍是可能的且在这种情况下需要采取步骤解决所述问题。
在第一清洁技术中，SAW喷雾器40可放置于具有流动的冲洗溶液的容器(例如，冲洗台)中。为促进清洁过程，SAW喷雾器40可在冲洗期间激励。
在第二技术中，经激励SAW喷雾器40的工作区域190可用冲洗溶液喷射。
在第三技术中，SAW喷雾器40的工作区域190可用冲洗溶液喷射，同时SAW喷雾器非活跃(即，未激励)。使用过的冲洗溶液可收集在排放容器中。
第二和第三清洁方法可任选地一起实行。
本发明的实施例具有各种应用。举例来说，上文概述的技术适于微样本的分析，例如喷雾器表面上样本的(半)定量分析。举例来说，可以此方式分析指纹或可溶性固体(在此些固体样本已经添加到SAW喷雾器40的表面时其液体分解、溶解或解吸附之后)。还可使用本文中所描述的系统、喷雾器和方法有利地实行流微注射、连字符技术(例如将SAW喷雾器介接到下游液相层析、毛细管电泳、离子层析等)。
需要绝对消除交叉污染的重要应用(例如“血点分析”)也较好地适合于此处描述的概念，因为可以采用单次使用式便宜的SAW芯片。
由于SAW喷雾器不存在堵塞问题而促进具有高总溶解固体(TDS)含量的样本的分析。
所述技术还归因于高喷洒效率而较好地适合于纳米颗粒分析，这改进粒度和数目浓度的确定的准确性和精确度两者。
归因于高喷洒效率且归因于所使用的极高频率和低功率，单颗细胞分析为有利的。低功率和高频率使细胞毁坏最小化。
自动化高样本处理量分析是可能的。
可通过样本递送速率(其线性地取决于施加到SAW喷雾器40的功率)的实时变化实现具有大范围的分析物或基质元素浓度的样本的分析。
Claims (89)
1.一种用于等离子体谱仪的液体样本引入系统，其包括：
(a)样本容器，其用于固持液体样本；
(b)表面声波SAW喷雾器，其经布置以接收来自所述样本容器的液体样本；
(c)电子控制器，其用于将电功率供应到所述SAW喷雾器以便在所述SAW喷雾器的表面上产生表面声波，从而用于从所述所供应的样本液体产生雾剂；以及
(d)雾剂运输布置，其用于从所述SAW喷雾器接收所述雾剂且将其运载到谱仪的等离子体或火焰；
所述电子控制器进一步经配置以控制到所述SAW喷雾器的所述电功率以便准许调整所述雾剂参数，且控制所述雾剂运输布置以便准许调整到所述谱仪的所述等离子体或火焰中的所述雾剂递送。
2.根据权利要求1所述的系统，其进一步包括液体样本运输布置，所述液体样本运输布置经配置以在所述样本容器与所述SAW喷雾器之间运输所述液体样本，且作为连续和/或脉冲液流递送所述液体样本。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述电子控制器进一步经配置以控制到所述SAW喷雾器的所述液体样本的所述流动速率。
4.根据权利要求3所述的系统，所述液体样本运输布置进一步包括泵，所述电子控制器经配置以控制所述泵以便产生从所述液体样本运输布置到所述SAW喷雾器的液体样本的大体上连续流，或从所述液体样本运输布置到所述SAW喷雾器的液体样本的脉冲流。
5.根据权利要求4所述的系统，其中所述泵是选自包括注射泵、气体位移泵、蠕动泵和压电微泵的列表。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的系统，其中所述电子控制器经配置以控制所述泵以便产生在所述SAW喷雾器处具有0.1μL/分钟与1000μL/分钟之间的流动速率的液体样本的连续流。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述液体样本运输布置包含用于将液体样本的液滴施配到所述SAW喷雾器上的移液管。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述移液管具有永久或一次性尖端。
9.根据权利要求7或权利要求8所述的系统，其中所述移液管为手动可操作的。
10.根据权利要求7或权利要求8所述的系统，其中所述电子控制器经配置以控制所述移液管以便进而控制所述液体样本从所述移液管到所述SAW喷雾器的所述流动速率。
11.根据权利要求3所述的系统，所述液体样本运输布置进一步包括泵，所述电子控制器在第一时间周期期间配置以控制所述泵以便产生样本液体到所述SAW喷雾器上的大体上连续流，且在第二时间周期期间控制所述泵以便产生液体样本的脉冲流。
12.根据权利要求2到11中任一权利要求所述的系统，其进一步包括位于所述液体样本运输布置与所述SAW喷雾器之间的样本界面，所述样本界面包括邻近于所述SAW喷雾器表面延伸的液体馈送管线。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述液体馈送管线的端部紧邻所述SAW喷雾器表面延伸使得所述液体馈送管线的所述端部处的液体液滴同时接触所述液体馈送管线和所述SAW喷雾器表面两者。
14.根据权利要求12所述的系统，其中所述液体馈送管线的端部定位成邻近于所述SAW喷雾器表面但与之分离，所述系统进一步包括用于将液体样本作为射流从所述液体馈送管线的所述端部朝向所述SAW喷雾器的所述表面推进的推进构件。
15.根据权利要求12、13或14中任一权利要求所述的系统，其中所述液体馈送管线由毛细管形成。
16.根据权利要求15所述的系统，其中所述毛细管的横截面为圆形或矩形。
17.根据权利要求12或权利要求13所述的系统，其中所述液体馈送管线包括内嵌在所述SAW喷雾器中的微通道。
18.根据权利要求12、权利要求13或权利要求14所述的系统，其中所述液体馈送管线包括由多孔介质形成的芯体。
19.根据权利要求2到18中任一权利要求所述的系统，其中所述电子控制器经配置以控制所述液体样本运输布置和所述SAW喷雾器使得所述液体样本到所述SAW喷雾器上的所述流动速率大体上相同于或大于SAW喷雾器对所述所供应的液体样本的喷洒的速率。
20.根据前述权利要求中任一权利要求所述的系统，其中所述电子控制器包含具有以下中的一或多者的RF产生器：脉宽调制器、振幅调制器、频率和/或振幅变换器、阻抗匹配单元和波形处理器，以准许实时调整供应到所述SAW喷雾器的功率。
21.根据任一前述权利要求所述的系统，其进一步包括传感器以确定到所述SAW喷雾器的所述液体样本递送速率、所述喷洒速率和所述雾剂运输布置中所述雾剂的所述流动速率中的一或多者，所述电子控制器进一步经配置以响应于传感器输出控制递送到所述SAW喷雾器的所述功率和控制所述雾剂运输布置以便控制到所述等离子体的所述液体样本喷洒和递送的可再生性。
22.根据权利要求3或当附属于权利要求3时根据权利要求4到20中任一权利要求所述的系统，其进一步包括传感器以确定到所述SAW喷雾器的所述液体样本递送速率、所述喷洒速率和所述雾剂运输布置中的所述雾剂的所述流动速率中的一或多者、所述电子控制器进一步经配置以响应于所述传感器输出控制递送到所述SAW喷雾器的所述功率，控制到所述SAW喷雾器的所述液体样本递送速率，且控制所述雾剂运输布置以便控制所述液体样本喷洒、到所述喷雾器的液体样本的所述递送速率和到所述等离子体的所述雾剂递送速率的所述可再生性。
23.根据权利要求21或权利要求22所述的系统，其中所述传感器包含光学、电阻性或电容性传感器和/或视频相机中的一或多者。
24.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述雾剂运输布置进一步包括用于从所述雾剂移除溶剂的去溶剂化构件。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述去溶剂化构件包括经配置以促进去溶剂化的有源去溶剂化布置。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述SAW喷雾器包含用于加热所述喷雾器表面的加热器，所述有源去溶剂化布置进一步具有用于冷却已由所述SAW喷雾器加热器加热的所述雾剂以用于对所述雾剂去溶剂化的冷却构件。
27.根据权利要求25所述的系统，其中所述有源去溶剂化布置包括由所述电子控制器控制的控制阀，所述控制阀可在所述电子控制器的控制下操作以延迟所述雾剂到所述雾剂运输布置中的注射。
28.根据权利要求24所述的系统，其中所述去溶剂化构件包括经配置以延长所述雾剂运输布置内的液滴滞留时间的无源去溶剂化布置。
29.根据权利要求28所述的系统，其中所述无源去溶剂化布置由所述雾剂运输布置内的流动路径形成。
30.根据权利要求29所述的系统，其中所述流动路径包括经布置以提供所述雾剂运输布置的入口与出口之间用于所述雾剂的间接路径的通道。
31.根据权利要求29所述的系统，其进一步包括与所述雾剂运输布置连接的运载气体供应，和用于控制所述雾剂运输布置中以及所述雾剂运输布置与所述等离子体之间的区中所述运载气体的流动的阀构件，所述运载气体的所述流动速率在所述雾剂运输布置中比在所述雾剂运输布置与所述等离子体之间慢。
32.根据权利要求28所述的系统，其中所述无源去溶剂化布置包含雾剂分裂器，所述雾剂运输布置具有邻近于所述SAW喷雾器的第一端和远离其的第二端，所述雾剂分裂器邻近于所述雾剂运输的所述远端定位。
33.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述SAW喷雾器包含安装在压电衬底上的一或多个叉指式变换器IDT。
34.根据权利要求33所述的系统，其中所述IDT形成为多个弯曲电极，具有所述弯曲电极内的中心区，用于接收来自所述样本容器的所述液体样本。
35.根据权利要求33或权利要求34所述的系统，其中所述IDT和/或所述压电衬底涂覆有SiO2、Al2O3和/或含氟聚合物中的一或多者。
36.根据权利要求35所述的系统，其进一步包括形成在所述IDT表面、所述压电表面或所述SiO2/Al2O3/含氟聚合物表面中的一或多者上的亲水性或疏水性层。
37.根据权利要求33、34、35或36所述的系统，其进一步包括形成于所述SAW喷雾器的所述表面中或上或施加到所述SAW喷雾器的所述表面的宏结构化图案。
38.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述电子控制器经配置以在所述SAW喷雾器的所述表面上产生渐进表面声波。
39.根据权利要求1到37中任一权利要求所述的系统，其中所述电子控制器经配置以在所述SAW喷雾器的所述表面上产生驻立表面声波。
40.根据任一前述权利要求所述的系统，其进一步包括与所述SAW喷雾器连接的温度稳定装置。
41.根据权利要求40所述的系统，其中所述温度稳定装置为无源温度稳定装置，即散热器。
42.根据权利要求40所述的系统，其中所述温度稳定装置为有源温度稳定装置，即帕尔贴元件。
43.根据权利要求42所述的系统，其中所述电子控制器进一步经布置以控制所述帕尔贴元件以便进而控制所述SAW喷雾器的温度。
44.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述SAW喷雾器在使用中安装在非水平定向中，所述系统进一步包括所述SAW喷雾器下方的垃圾桶以便俘获从所述样本容器施加到所述SAW喷雾器表面但随后不由所述SAW喷雾器喷洒的液体样本。
45.一种分析型等离子体谱仪，其与根据任一前述权利要求所述的液体样本引入系统组合。
46.根据权利要求45所述的等离子体谱仪，其进一步包括定位在所述SAW喷雾器与所述等离子体谱仪之间以按尺寸过滤所述雾剂中的所喷洒液滴的喷射腔室。
47.根据权利要求46所述的等离子体谱仪，其中所述喷射腔室是选自包括气旋、碰撞珠粒和Scott型喷射腔室的列表。
48.根据权利要求45到47中任一权利要求所述的等离子体谱仪，其为电感耦合等离子体ICP、光学发射谱仪、质谱仪、原子吸收谱仪，或原子荧光谱仪。
49.根据权利要求45到48中任一权利要求所述的等离子体谱仪，所述谱仪进一步包括样本分析仪、所述电子控制器进一步与所述样本分析仪通信且经配置以使所述SAW喷雾器对所述液体样本的喷洒的开始与所述等离子体谱仪的所述样本分析仪进行样本分析的开始同步，并且还根据分析信号特性调整样本递送速率。
50.一种用于分析型等离子体谱仪的表面声波SAW喷雾器，其包括具有一或多个孔隙的衬底，和安装在所述衬底上用于将电信号供应到所述衬底以便在所述衬底上产生表面声波的电极布置；
其特征在于，所述衬底和所述电极布置中的一或两者涂覆有化学耐受生物兼容性材料或由化学耐受生物兼容性材料形成。
51.根据权利要求50所述的SAW喷雾器，其中所述衬底和所述电极布置中的一或两者另外涂覆有亲水性材料或由亲水性材料形成。
52.根据权利要求50或权利要求51所述的SAW喷雾器，其中所述衬底和所述电极布置中的一或两者另外涂覆有疏水性材料或由疏水性材料形成。
53.根据权利要求51或权利要求52所述的SAW喷雾器，其中所述疏水性和/或亲水性材料经图案化到所述衬底的所述表面上，所述电极布置和/或所述化学耐受生物兼容性材料用此涂覆或由此形成。
54.根据权利要求50到53中任一权利要求所述的SAW喷雾器，其进一步包括形成于所述衬底的所述表面上的宏结构图案。
55.根据权利要求50到54中任一权利要求所述的SAW喷雾器，其中所述化学耐受生物兼容性材料包含SiO2、Al2O3或含氟聚合物。
56.根据权利要求50到55中任一权利要求所述的SAW喷雾器，其中所述电极布置为由金或铝形成的叉指式变换器IDT。
57.根据权利要求50到56中任一权利要求所述的SAW喷雾器，其中所述衬底为由LiNbO3、ZnO、AlN或锆钛酸铅PZT形成的压电衬底。
58.一种将液体样本引入到分析型等离子体谱仪中的方法，其包括以下步骤：
(i)将液体样本供应到表面声波SAW喷雾器；
(ii)将电功率供应到所述SAW喷雾器以便在所述SAW喷雾器的所述表面上产生表面声波，使得由所述所供应的液体样本形成雾剂；
(iii)经由雾剂运输布置运输所述雾剂到所述分析型等离子体谱仪的等离子体或炬中。
59.根据权利要求58所述的方法，其进一步包括调整到所述SAW喷雾器的所述电功率以便调整所述雾剂参数。
60.根据权利要求59所述的方法，其中调整到所述SAW喷雾器的所述电功率包括调整所供应的所述电功率的振幅、频率或波形中的一或多者。
61.根据权利要求58到60中任一权利要求所述的方法，其进一步包括控制到所述SAW喷雾器的所述液体样本的所述流动速率。
62.根据权利要求58到61中任一权利要求所述的方法，其进一步包括将所述液体样本作为连续液体流供应到所述SAW喷雾器。
63.根据权利要求58到61中任一权利要求所述的方法，其进一步包括将所述液体样本作为脉冲液体流供应到所述SAW喷雾器。
64.根据权利要求58到61中任一权利要求所述的方法，其包括将所述液体样本在第一时间周期期间作为连续液体流且在第二时间周期期间作为脉冲液体流供应到所述SAW喷雾器。
65.根据权利要求62或当附属于权利要求61时根据权利要求64所述的方法，其包括将液体样本到所述SAW喷雾器的所述连续流的流动速率控制到0.1μL/分钟与1000μL/分钟之间。
66.根据权利要求63或当附属于权利要求61时根据权利要求64所述的方法，其包括将液体样本到所述SAW喷雾器的所述脉冲流的样本液滴体积控制到0.1μL与100μL之间。
67.根据权利要求66所述的方法，其中将所述样本液滴体积控制到1μL与50μL之间。
68.根据权利要求58到67中任一权利要求所述的方法，其进一步包括将液体样本作为射流从液体馈送管线的端部朝向所述SAW喷雾器的所述表面推进。
69.根据权利要求61或当附属于权利要求61时根据权利要求62到68中任一权利要求所述的方法，其进一步包括控制所述液体样本到所述SAW喷雾器的所述流动速率以便大体上相同于或大于由SAW喷雾器对所述所供应样本液体的所述喷洒速率。
70.根据权利要求58到69中任一权利要求所述的方法，其进一步包括：
感测到所述SAW喷雾器的所述液体样本递送速率、所述喷洒速率和所述雾剂运输布置中所述雾剂的所述流动速率中的一或多者；以及
响应于所述所感测的速率控制供应到所述SAW喷雾器的所述电功率且控制所述雾剂运输布置，以便控制所述液体样本喷洒和到所述等离子体的递送的可再生性。
71.根据权利要求58到70中任一权利要求所述的方法，其进一步包括使所述SAW喷雾器与所述等离子体之间的所述雾剂去溶剂化。
72.根据权利要求71所述的方法，，其进一步包括加热所述SAW喷雾器且接着随后冷却所述经加热的雾剂以便有源地将其去溶剂化。
73.根据权利要求71所述的方法，其进一步包括控制阀以便延迟所述经喷洒液体样本到所述雾剂运输布置中的注射。
74.根据权利要求71所述的方法，其包括通过延长所述雾剂运输布置中的滞留时间和/或通过增加所述雾剂运输布置的体积无源地使所述雾剂去溶剂化。
75.根据权利要求71所述的方法，其进一步包括将运载气体供应连接到所述雾剂运输布置，以及控制运载气体到所述雾剂运输布置中和所述雾剂运输布置与所述等离子体之间的区中的供应，所述方法进一步包括：
将所述雾剂运输布置中的所述运载气体流动速率控制到第一相对较慢速率，以及将所述雾剂运输布置与所述等离子体之间的所述区中的所述运载气体流动速率控制到第二相对较快速率。
76.根据权利要求71所述的方法，其进一步包括随着所述雾剂朝向所述等离子体退出所述雾剂运输布置而使所述雾剂分裂。
77.根据权利要求58到76中任一权利要求所述的方法，其中所述SAW喷雾器包括衬底和其上的电极布置，所述方法进一步包括涂覆SAW喷雾器的所述衬底和/或电极布置，或由化学耐受生物兼容性材料形成所述衬底和/或电极布置。
78.根据权利要求77所述的方法，其进一步包括用SiO2、Al2O3和/或含氟聚合物中的一或多者涂覆所述衬底和/或所述电极布置。
79.根据权利要求58到78中任一权利要求所述的方法，其进一步包括在所述SAW喷雾器和/或所述化学耐受生物兼容性材料上涂覆亲水性和/或疏水性层。
80.根据权利要求79所述的方法，其进一步包括以微结构化图案涂覆所述亲水性和/或疏水性层。
81.根据权利要求58到80中任一权利要求所述的方法，其进一步包括在所述SAW喷雾器的表面上形成宏结构。
82.根据权利要求58到81中任一权利要求所述的方法，其进一步包括将渐进表面声波施加到所述SAW喷雾器。
83.根据权利要求58到81中任一权利要求所述的方法，其进一步包括将驻立表面声波施加到所述SAW喷雾器。
84.根据权利要求58到83中任一权利要求所述的方法，其进一步包括使所述SAW喷雾器的所述温度稳定。
85.根据权利要求58到84中任一权利要求所述的方法，其进一步包括将所述SAW喷雾器温度加热到高于环境温度的温度。
86.根据权利要求58到84中任一权利要求所述的方法，其进一步包括在非水平定向中安裝所述SAW喷雾器，以及将垃圾桶定位在所述SAW喷雾器下方以便俘获供应到所述SAW喷雾器的液体样本而不借此喷洒。
87.根据权利要求58到86中任一权利要求所述的方法，其中将液体样本供应到所述SAW喷雾器的步骤(i)包括使所述SAW喷雾器直接接触样本容器中的液体样本的总体积，使得大量液体样本直接沉积在所述SAW喷雾器的所述表面上，以及从所述液体样本的所述总体积撤回所述SAW喷雾器，随后开始由所述液体样本形成雾剂的步骤(ii)。
88.根据权利要求58到87中任一权利要求所述的方法，其包括在第一时间周期期间用冲洗流体冲洗所述SAW喷雾器的所述表面，以及在第二时间周期期间将所述液体样本供应到所述SAW喷雾器。
89.一种SAW喷雾器表面上的液体样本的定量分析；流微注射、连字符技术，例如液相层析、毛细管电泳、离子层析；血点分析；具有高总溶解固体TDS含量的样本的分析；纳米颗粒分析；单细胞分析；自动化高样本处理量分析；以及具有大范围的分析物或基质元素浓度的液体样本的分析；其每一者当使用根据权利要求58-88中任一权利要求所述的方法实行时用于定量分析。
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