CN111220746B - 液滴发生器系统、样品检测器、对应方法和用途 - Google Patents

液滴发生器系统、样品检测器、对应方法和用途 Download PDF

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Abstract

本公开内容涉及液滴发生器系统、样品检测器、对应方法和用途。本发明涉及一种检测器系统(2000)，其包括液滴发生器系统，其中所述液滴发生器系统包括液滴发生器单元(200)，其中所述液滴发生器单元(200)被配置成由以液滴发生器液体流量向所述液滴发生器单元(200)供应的液体产生液滴(224)，其中所述液滴发生器单元(200)被配置成以限定的液滴产生频率(f)产生所述液滴(224)。

Description

液滴发生器系统、样品检测器、对应方法和用途
技术领域
本发明属于样品检测领域。虽然本发明将主要参考带电气溶胶检测(CAD)来描述，但应当理解，本发明不限于此领域，而是还可以用于如质谱分析法等其它检测方法。本发明适用于如液相色谱(LC)等色谱领域，并且特别是针对高效液相色谱(HPLC)和超高效液相色谱(UHPLC)的分析物检测领域。LC是一种将样品分离成其组成部分的方法。可以分离组成部分以供后续使用，或可以检测和量化其部分。
背景技术
根据感兴趣的分析物或系统的特性，HPLC系统可以采用多种类型的检测方法。例如，一些广泛的检测方法是：蒸发光散射检测(ELSD)，其可以适用于梯度和等度洗脱；折射率(RI)，其可以用于基于移动相的折射率变化来检测分析物；基于质谱的方法(MS)和基于紫外/可见光光谱的方法(UV-Vis)。然而，ELSD、MS和UV/Vis可能会受到样品的物理和/或化学性质的影响。
另一种方法是带电气溶胶检测(CAD)。CAD是一种能够在产生带电气溶胶颗粒时量化样品中给定化学品(或多种化学品)的检测方法，使用安培计对所述带电气溶胶颗粒进行分析。CAD方法通常用于量化非易失性和半易失性分析物，并且可以提供不依赖于化学结构和分子大小的一致的分析物反应。
例如，US 6568245 B2公开了气溶胶检测器，特别是用于液相色谱应用，所述检测器包含电晕放电源，其被控制以选择性地使气溶胶的非易失性残余颗粒带电。气溶胶最初由液体样品的液滴组成，残余颗粒由液滴蒸发产生。在导电滤波器处收集选择性带电的残余颗粒。沿着耦合到滤波器的导体的电流被重复或连续地测量，以提供非易失性材料的浓度指示。
简言之，CAD方法不依赖于例如发色团和分子的离子化能力的存在。因此，带电气溶胶检测能够递送但不限于其它检测方法，例如UV/Vis吸光度无法检测的脂质、碳水化合物、抗生素、天然产物、表面活性剂、生物燃料、赋形剂、胺和抗衡离子的准确和精确的量化。此外，带电气溶胶检测方法可以向具有发色团的分析物的测量结果提供均匀响应，并且具体地，与它们在特定波长下的消光系数无关。CAD方法还可以提供包含降解产物的未知杂质的良好量化估计。因此，就灵敏度、动态范围和响应均匀性而言，带电气溶胶检测方法关于其它检测方法，例如，ELSD，被认为是有利的。
US 2014 0352411 A1公开了一种用于CAD系统的雾化器。雾化器设置有用于在喷雾室的中心区域内产生液滴喷雾的喷雾发射器。中心区域通过水平投射的肋与上部区域分开，所述肋限定了中心区域与上部区域之间的通道。上部区域内液滴行进的主要方向关于中心区域内液滴行进的主要方向基本上相反。较大的液滴不能越过从中心区域到上部区域的转弯，并且撞击在喷雾室的后表面上。
尽管此类CAD已经证明与HPLC、UHPLC和微LC的梯度条件相容，并且若干带电气溶胶检测系统已经给出了一致良好的结果，但在提供更可靠的量化测量方面仍然存在一些未解决的问题。
通常，CAD的一个问题是它们对所使用的溶剂的依赖性。不同的溶剂(例如，水和甲醇)可以产生关于所测量的所得电荷或电流的不同结果，所述不同结果可能使后续分析变得困难。
发明内容
鉴于以上情况，因此本发明的目的是克服或至少减少现有技术的缺点和不足。更具体地说，本发明的目的是提供分析方法和系统，所述分析方法和系统具有与所使用的溶剂无关的改进特性。虽然将参考CAD技术具体描述本发明的实施例，但应当理解，本发明不限于CAD，而是实际上还可以与如质谱分析法等其它检测技术一起使用。
以上所定义的目的由本发明满足。
在第一方面，本发明涉及液滴发生器系统，其中所述系统包括液滴发生器单元。
所述液滴发生器单元可以被配置成由以液滴发生器液体流量向所述液滴发生器单元供应的液体产生液滴。应当理解，本文所使用的术语液滴发生器液体流量用于描述到达液滴发生器单元的液体流量。
液滴发生器单元可以被配置成以液滴产生限定频率产生液滴。
这可能与现有技术中最常用的气动雾化器不同。使用此类气动雾化器(如现有技术中)，可能无法以限定频率产生液滴。因此，本技术的相应实施例可以是有益的，因为它可以以更受控制和可复写的方式产生液滴。
液滴发生器单元可以被配置成产生干扰并将干扰传递到液滴发生器液体流量，其中液滴产生频率可以对应于干扰的频率。
液滴产生频率可以是可调节的。换句话说，干扰的频率可以是可调节的。
因此，可以将液滴产生频率设置为合适的值。具体地，因此可以依赖于朝着液滴发生器单元的液体流量来调节液滴产生频率。考虑例如以下情况，第一，30μl/min的液体流量到达液滴发生器单元，并且第二，60μl/min的液体流量到达液滴发生器单元。当在第二种情况下设置液滴产生频率使第一种情况下的液滴产生频率的设置加倍时，每体积的信号数量保持不变。因此，可能会产生具有相对独立于到达液滴发生器单元的流量的尺寸(或尺寸分布)的液滴。
由于以下原因，这可能是有益的：在带电气溶胶检测器中，通常使用扩散充电过程来对颗粒(所述颗粒通过干燥液滴产生)进行充电。此扩散充电机制导致颗粒的电荷与颗粒直径成比例。因此，具有8倍量分析物的颗粒仅具有两倍的电荷。因此，当针对朝着液滴发生器单元的不同流量产生不同尺寸的液滴(并且因此颗粒)时，最终测量信号不与分析物的量直接成比例。
这可以通过具有可调节的液滴产生频率来克服，因此，液滴产生的频率可以例如以使得所得液滴的尺寸分布相对独立于朝着液滴产生单元的流量的方式进行设置。这可以是减少和/或消除以上所描述的非线性的一种措施。
液滴发生器单元可以包括孔口，并且液滴发生器单元可以被配置成通过引导穿过孔口的液滴发生器液体流量来产生液体射流。
孔口的孔径可以优选地处于1μm到50μm，进一步优选地3μm到40μm的范围内，如5μm到20μm。
液滴发生器单元可以进一步包括液滴流量区域，液滴被引入到所述液滴流量区域中，其中液滴流量区域包括比孔径大30倍到10,000倍，优选地50倍到2,000倍，如100倍到1,000倍的直径。
液滴发生器系统可以进一步包括用于控制液滴发生器单元的控制器。
控制器可以被配置成控制液滴产生频率。
控制器可以被配置成依赖于液滴发生器液体流量来控制液滴产生频率。
这可以具有如以上所描述的益处，并且可以具体地使所产生的液滴(和颗粒)的尺寸相对独立于液滴发生器液体流量。
更进一步，通过依赖于朝着液滴发生器单元的液滴发生器液体流量适当设置液滴产生频率，还可以产生具有相对独立于所使用溶剂的尺寸(或尺寸分布)的液滴。这可以使本技术相对独立于所使用的实际溶剂。
控制器可以被配置成与液滴发生器液体流量成比例地控制液滴产生频率。
对于具有下限和上限的液滴发生器流量范围中的每个液滴发生器液体流量，上限是下限的至少2倍，控制器可以被配置成将液滴产生频率控制为处于通过0.5·v和1.5·v限定的范围内，优选地处于通过0.8·v和1.2·v限定的范围内，如处于0.9·v和1.1·v的范围内，其中v＝0.28·F/D3，其中D是孔径，并且F是流到液滴发生器的液滴发生器液体流量。
也就是说，系统可以被配置成将液滴产生频率设置为大约v＝0.28·F/D3的频率。在由通过孔口的流量所产生的液体射流中，此频率将是对应于具有波长λ＝9.02·r的干扰的频率，其中r是半径(对应于直径D的一半)。此频率通常接近最快速增长的干扰的频率。也就是说，当将此频率供应给系统时，液滴通常会以此频率形成。在这方面，应注意，自然最快速增长的干扰的确切配置实际上取决于所使用的确切溶剂(但是具有接近以上所描述的波长的波长)。然而，当以以上所描述的频率供应系统时，液滴将以此频率形成，而与实际上自然最快速增长的干扰无关。因此，通过将频率设置为以上所描述的值，可以适当地控制液滴产生的频率。
系统可以被配置成在如带电气溶胶检测器系统等检测器系统中使用。然而，应该理解，本发明不限于带电气溶胶系统。相反，例如，系统还可以被配置成在质谱系统中使用。
液滴发生器单元可以被配置成产生具有直径分布的液滴，使得在描绘液体体积作为液滴直径的函数的图表中，半峰全宽(FWHM)低于优选地低于/>进一步优选地低于/>如低于/>其中/>是基于体积的平均液滴直径。
也就是说，系统可能导致相对窄的直径分布。
液滴发生器单元可以是压电液滴发生器单元。
液滴发生器单元可以包括压电陶瓷。
压电陶瓷可以被配置成发射机械波。
液滴发生器单元可以包括电压发生器。
液滴发生器单元可以包括定位于发生器与压电陶瓷之间的放大器。
液滴发生器单元可以进一步包括气体导管，其中气体导管被配置成向液滴发生器单元供应气流，其流速在0.1L/min与10L/min之间，优选地1L/min与7L/min之间，更优选地2L/min与5L/min之间。
液滴发生器单元可以进一步包括壳体，其中壳体包括孔口。
壳体可以被更换。
压电陶瓷可以围绕壳体。
液滴发生器单元可以进一步包括液滴流量区域。
系统可以被配置成在液滴流量区域中建立处于1m/s到20m/s的范围内的流速，优选地5m/s到10m/s，如7m/s到9m/s。
液滴发生器单元可以被配置成产生具有处于10μm到50μm的范围内，优选地15μm到25μm的基于体积的平均直径的液滴。
电压发生器可以是交流电压发生器。
电压发生器可以被配置成在50kHz到500kHz，并且优选地100kHz到300kHz的频率范围内操作。
系统可以包括液滴发生器单元上游的流量控制单元。
应当理解，流量控制单元可以控制朝着液滴发生器单元的流量。因此，只有预定范围内的流量可以到达液滴发生器单元。这还可以简化后续步骤，例如，依赖于到达液滴产生单元的流量来设置液滴产生频率。
更进一步，通过在液滴产生单元处具有限定的和有限的流量，在进一步的下游干燥区段中干燥液滴还可以更简单，因为在限定的时间量内仅必须蒸发限定且有限量的体积。
对于处于输入流量范围内的每个输入液体流量，所述流量控制单元被配置成朝着所述液滴发生器单元引导输出流量范围内的所述液滴发生器液体流量，
其中所述输入流量范围具有输入下限和输入上限，其中所述输入上限是所述输入下限的至少10倍，优选地所述输入下限的至少30倍，如所述输入下限的至少100倍，
其中所述输出流量范围具有输出下限和输出上限，其中所述输出上限是所述输出下限的至多5倍，优选地所述输出下限的至多4倍，进一步优选地所述输出下限的至多3倍，如所述输出下限的至多2.5倍。
也就是说，与流量控制单元处的输入流量无关，朝着液滴产生单元的流量可以总是处于范围内，其中上限仅是下限的至多5倍(并且优选地，其中上限仅是下限的至多2.5倍)。因此，再次，处于限定的和有限的流量范围内的流量可以到达液滴产生单元。
对于处于25μl/min到2500μl/min范围内的每个输入流量，流量控制单元可以被配置成将处于10μl/min到100μl/min范围内的液滴发生器液体流量引导到液滴发生器单元。
流量控制单元可以包括分流器元件。
分流器元件可以被配置成和定位成将输入的液体流量分离成朝着液滴发生器单元的输出流量路径和额外的流量路径。
流量控制单元可以进一步包括输出流量路径中的流阻元件。
流量控制单元可以进一步包括输出流量路径中的额外体积元件。
额外体积元件可以将体积添加到与额外的流量路径中的一个或多个额外的功能元件的体积相对应的输出流量路径(例如，它可以具有与额外的流量路径中的流量选择阀的体积相对应的体积)。
流量控制单元可以被配置成将额外的流量路径中的流阻设置为不同的值。
额外的流量路径可以包括一级流量路径、多个二级流量路径以及被配置成分别在一级流量路径与所述多个二级流量路径中的每一个之间建立连接的流量选择阀。
二级流量路径可以包括一组二级流量路径，其中此组的每个二级流量路径分别包括二级流阻元件。
二级流阻元件可以彼此不同。
输出流量路径中流阻元件中的延迟时间可以与二级流阻元件中的每一个的延迟时间基本相同。
额外体积元件的体积可以对应于流量选择阀的体积。
二级流量路径可以包括死端流量路径。
流量控制单元可以进一步包括废物。
废物可以定位在额外流量路径的下游。
系统可以被配置成从水产生水滴、从甲醇产生甲醇液滴以及从乙腈产生乙腈液滴，其中水滴具有基于体积的平均水滴尺寸，甲醇液滴具有基于体积的平均甲醇液滴尺寸，并且乙腈液滴具有基于体积的平均乙腈液滴尺寸，其中平均甲醇液滴尺寸和平均乙腈液滴尺寸处于由平均水滴尺寸的0.5倍和平均水滴尺寸的1.5倍限定的范围内，优选地处于由平均水滴尺寸的0.8倍和平均水滴尺寸的1.2倍限定的范围内，如处于由平均水滴尺寸的0.9倍和平均水滴尺寸的1.1倍限定的范围内。
因此，可以产生具有相对独立于所使用的溶剂的尺寸的液滴。
本发明还涉及一种包括以上所讨论的液滴发生器系统的检测器系统。
检测器系统可以进一步包括被配置成用于溶剂蒸发的蒸发区段。
检测器系统可以进一步包括混合室，所述混合室被配置成使通过干燥液滴产生的颗粒与带电离子流相互作用。
混合室可以连接到被配置成对气流进行充电的离子充电器。
检测器系统可以进一步包括被配置成消除具有高电迁移率的离子的离子阱。
检测器系统可以进一步包括被配置成测量颗粒的电荷的安培计。
检测器系统可以进一步包括被配置成将已测量的电荷转换成人类可读信号的换能器。
人类可读信号可以是色谱图。
检测器系统可以不包括液滴发生器系统下游的撞击器。
也就是说，本技术允许省略液滴发生器系统下游的撞击器。由于以下原因，这可能是有益的：当使用撞击器时，可以将相对大的液滴与其它液滴分离。然而，此类大液滴中含有的液体可能积聚，并且如果使用具有排水的雾化器室，则可能发生来自排水池的一定程度的再雾化。这可能导致来自再雾化的额外信号，所述额外信号与其它物质的信号(其在第一物质之后不久洗脱)竞争，并且因此限制针对定位在近瞬时距离处的信号的动态。通过省略撞击器可以克服此缺点。
检测器系统可以包括定位在液滴发生器单元下游和蒸发区段上游的排放组合件。
例如，检测器系统可以是带电气溶胶检测器系统或质谱检测器系统。
本发明还涉及一种分析方法，所述方法包括使用以上所讨论的液滴发生器系统或以上所讨论的检测器系统。
方法可以进一步包括液滴发生器单元从到液滴发生器单元的液滴发生器液体流量产生液滴。
方法可以进一步包括液滴发生器单元以限定的液滴产生频率产生液滴。
方法可以进一步包括液滴发生器单元产生干扰并将干扰传递到液滴发生器液体流量，其中液滴产生频率(f)可以对应于干扰的频率。
方法可以进一步包括调节液滴产生频率。
方法可以进一步包括液滴发生器单元通过引导穿过孔口的液滴发生器液体流量来产生液体射流。
方法可以进一步包括控制器控制液滴发生器单元。
方法可以进一步包括控制器控制液滴产生频率。
方法可以进一步包括控制器依赖于液滴发生器液体流量控制液滴产生频率。
方法可以进一步包括控制器控制液滴产生频率与液滴发生器液体流量成比例。
方法可以进一步包括控制器将液滴产生频率控制为处于通过0.5·v和1.5·v限定的范围内，优选地处于通过0.8·v和1.2·v限定的范围内，如处于0.9·v和1.1·v的范围内，其中v＝0.28·F/D3，其中D是孔径，并且F是流到液滴发生器的液滴发生器液体流量。
方法可以包括液滴发生器单元产生具有直径分布的液滴，使得在描绘液体体积作为液滴直径的函数的图表中，半峰全宽(FWHM)低于优选地低于/>进一步优选地低于/>如低于/>其中/>是基于体积的平均液滴直径。
方法可以包括产生具有处于10μm到50μm，优选地15μm到25μm的范围内基于体积的平均直径的液滴。
方法可以包括
流量控制单元接收第一输入液体流量，并且朝着液滴发生器单元进给第一输入液体流量的第一输出液体流量；
流量控制单元接收第二输入液体流量，并且朝着液滴发生器单元进给第二输入液体流量的第二输出液体流量；
其中第一输入液体流量与第二输入液体流量之间的比率大于10，并且其中第一输出液体流量与第二输出液体流量之间的比率小于5。
方法可以包括流量控制单元接收超过500μl/min，优选地超过1,000μl/min，进一步优选地超过2,000μl/min的输入液体流量，并且流量控制单元朝着液滴发生器单元进给输入液体流量的输出液体流量，其中输出液体流量小于300μl/min，优选地小于200μl/min，如小于100μl/min。
本发明还涉及以上所讨论的液滴发生器系统，或用于如以上所讨论的方法的以上所讨论的检测器系统的用途。
用途可以在色谱法中。
用途可以在液相色谱法中。
用途可以在高性能液相色谱法中。
用途可以在超高性能液相色谱法中。
应当理解，所描述的方法和所描述的用途可以具有以上结合系统所描述的优点。
也就是说，通常，目前所描述的技术可以特别地产生具有相对恒定尺寸(或尺寸分布)的液滴，并且液滴尺寸可以相对独立于液体流量和所使用的溶剂。也就是说，本发明可以提供消除溶剂依赖性和非线性两者的技术。
这可能是有益的，因为相同量的分析物因此将产生相同的而与所使用的溶剂无关的信号。这可能使后续分析变得特别简单。
换句话说，在本技术的实施例中，朝着液滴发生器单元的流速和所产生的液滴的液滴尺寸或液滴尺寸分布是相对恒定的(并且与所使用的溶剂无关)。一方面，这消除了溶剂依赖性，并且另一方面，这使得能够通过计算消除非线性。此外，本技术的实施例采用液滴发生器，通过所述液滴发生器可以以与洗脱剂无关的方式产生一种尺寸(或相对窄的尺寸分布)的液滴。
进一步，这还可以使目前所描述的技术特别适合于梯度的使用。例如，色谱法通常使用梯度。这意味着洗脱剂的组成在一个色谱图期间发生变化。如果的液滴尺寸产生以及因此每分析物的信号取决于所使用的溶剂，这还可能是有问题的。由于通过本技术克服了这些问题，因此当使用此类梯度时，本技术可能特别适合。
本技术还由以下编号的实施例来限定。
下面，将讨论与液滴发生器系统有关的实施例。这些实施例缩写为字母“S”跟随数字。当在本文中参考DG实施例时，那些实施例是指。
S1.一种液滴发生器系统，其中所述系统包括液滴发生器单元。
S2.根据前一实施例所述的液滴发生器系统，其中所述液滴发生器单元被配置成由以液滴发生器液体流量向所述液滴发生器单元供应的液体产生液滴。
S3.根据前一实施例所述的液滴发生器系统，其中所述液滴发生器单元被配置成以限定的液滴产生频率产生所述液滴。
S4.根据前述2项实施例中任一项所述的液滴发生器系统，其中所述液滴发生器单元被配置成产生干扰并将所述干扰传递到所述液滴发生器液体流量，其中，当依赖于前一实施例时，所述液滴产生频率对应于所述干扰的频率。
S5.根据前述具有S3的特征的实施例中任一项所述的液滴发生器系统，其中所述液滴产生频率是可调节的。
S6.根据前述具有实施例S3的特征的实施例中任一项所述的液滴发生器系统，其中所述液滴发生器单元包括孔口，并且其中所述液滴发生器单元被配置成通过引导穿过所述孔口的所述液滴发生器液体流量来产生液体射流。
S7.根据前一实施例所述的液滴发生器系统，其中所述孔口具有孔径，优选地处于1μm到50μm，进一步优选地3μm到40μm的范围内，如5μm到20μm。
S8.根据前一实施例所述的液滴发生器系统，其中所述液滴发生器单元进一步包括液滴流量区域，所述液滴被引入到所述液滴流量区域中，其中所述液滴流量区域包括比所述孔径大30倍到10,000倍，优选地50倍到2,000倍，如100倍到1,000倍的直径。
S9.根据前述实施例中任一项所述的液滴发生器系统，其中所述液滴发生器系统进一步包括用于控制所述液滴发生器单元的控制器。
S10.根据前一实施例和具有实施例S5的特征的所述液滴发生器系统，其中所述控制器被配置成控制所述液滴产生频率。
S11.根据前一实施例所述的液滴发生器系统，其中所述控制器被配置成依赖于所述液滴发生器液体流量控制所述液滴产生频率。
S12.根据前一实施例所述的液滴发生器系统，其中所述控制器被配置成控制所述液滴产生频率与所述液滴发生器液体流量成比例。
S13.根据前述两项具有实施例S7的特征的实施例中任一项所述的液滴发生器系统，
其中，对于具有下限和上限的液滴发生器流量范围内的每个液滴发生器液体流量，所述上限是所述下限的至少2倍，
所述控制器被配置成将所述液滴产生频率(f)控制为处于通过0.5·v和1.5·v限定的范围内，优选地处于通过0.8·v和1.2·v限定的范围内，如处于0.9·v和1.1·v的范围内，其中v＝0.28·F/D3，其中D是孔径，并且F是流到液滴发生器的液滴发生器液体流量。
S14.根据前述实施例中任一项所述的系统，其中所述系统被配置成在如带电气溶胶检测器系统等检测器系统中使用。
S15.根据前述实施例中任一项所述的系统，其中所述液滴发生器单元被配置成产生具有直径分布的液滴，使得在描绘液体体积作为液滴直径的函数的图表中，半峰全宽(FWHM)低于优选地低于/>进一步优选地低于/>如低于/>其中/>是基于体积的平均液滴直径。
S16.根据前述实施例中任一项所述的系统，其中所述液滴发生器单元是压电液滴发生器单元。
S17.根据前一实施例所述的系统，其中所述液滴发生器单元包括压电陶瓷。
S18.根据前一实施例所述的系统，其中所述压电陶瓷被配置成发射机械波。
S19.根据前述3项实施例中任一项所述的系统，其中所述液滴发生器单元包括电压发生器。
S20.根据前一实施例和具有实施例S17的特征的所述系统，其中所述液滴发生器单元包括定位在所述发生器与所述压电陶瓷之间的放大器。
S21.根据前述实施例中任一项所述的系统，其中所述液滴发生器单元进一步包括气体导管，其中所述气体导管被配置成向所述液滴发生器单元供应气流，其流速在0.1L/min与10L/min之间，优选地1L/min与7L/min之间，更优选地2L/min与5L/min之间。
S22.根据前述具有实施例S6的特征的实施例中任一项所述的系统，其中所述液滴发生器单元进一步包括壳体，其中所述壳体包括所述孔口。
S23.根据前一实施例所述的系统，其中所述壳体是可替换的。
S24.根据前述具有实施例S18和S22的特征的实施例中任一项所述的系统，其中所述压电陶瓷围绕所述壳体。
S25.根据前述实施例中任一项所述的系统，其中所述液滴发生器单元进一步包括液滴流量区域。
S26.根据前一实施例所述的系统，其中所述系统被配置成在所述液滴流量区域中建立处于1m/s到20m/s的范围内的流速，优选地5m/s到10m/s，如7m/s到9m/s。
S27.根据前述实施例中任一项所述的系统，其中所述液滴发生器单元被配置成产生具有处于10μm到50μm的范围内，优选地15μm到25μm的基于体积的平均直径的液滴。
S28.根据前述具有实施例S19的特征的实施例中任一项所述的系统，其中所述电压发生器是交流电压发生器。
S29.根据前一实施例所述的系统，其中所述电压发生器被配置成在50kHz到500kHz，并且优选地100kHz到300kHz的频率范围内操作。
S30.根据前述实施例中任一项所述的系统，其中所述系统包括所述液滴发生器单元下游的流量控制单元。
S31.根据前一实施例所述的系统，
其中对于输入流量范围内的每个输入液体流量，所述流量控制单元被配置成朝着所述液滴发生器单元引导输出流量范围内的所述液滴发生器液体流量，
其中所述输入流量范围具有输入下限和输入上限，其中所述输入上限是所述输入下限的至少10倍，优选地所述输入下限的至少30倍，如所述输入下限的至少100倍，
其中所述输出流量范围具有输出下限和输出上限，其中所述输出上限是所述输出下限的至多5倍，优选地所述输出下限的至多4倍，进一步优选地所述输出下限的至多3倍，如所述输出下限的至多2.5倍。
S32.根据前一实施例所述的系统，其中对于处于25μl/min到2500μl/min范围内的每个输入流量，所述流量控制单元被配置成将处于10μl/min到100μl/min范围内的所述液滴发生器液体流量引导到所述液滴发生器单元。
S33.根据前述2项实施例中任一项所述的系统，其中所述流量控制单元包括分流器元件。
S34.根据前一实施例所述的系统，其中所述分流器元件被配置成和定位成将输入的液体流量分离成朝着液滴发生器单元的输出流量路径和额外的流量路径。
S35.根据前一实施例所述的系统，其中所述流量控制单元进一步包括所述输出流量路径中的流阻元件。
S36.根据前一实施例所述的系统，其中所述流量控制单元进一步包括所述输出流量路径中的额外体积元件。
S37.根据前述3项实施例中任一项所述的系统，其中所述流量控制单元被配置成将所述额外流量路径中的流阻设置为不同的值。
S38.根据前述4项实施例中任一项所述的系统，其中所述额外流量路径包括一级流量路径、多个二级流量路径以及被配置成分别在一级流量路径与所述多个二级流量路径中的每一个之间建立连接的流量选择阀。
S39.根据前一实施例所述的系统，其中所述二级流量路径包括一组二级流量路径，其中此组的每个二级流量路径分别包括二级流阻元件。
S40.根据前一实施例所述的系统，其中所述二级流阻元件彼此不同。
S41.根据前述和具有实施例S35的特征的2项实施例中任一项所述的系统，其中输出流量路径中流阻元件中的延迟时间与二级流阻元件中的每一个的延迟时间基本相同。
S42.根据前述具有实施例S36和S38的特征的实施例中任一项所述的系统，其中额外体积元件的体积对应于流量选择阀的体积。
S43.根据前述具有实施例S39的特征的实施例中任一项所述的系统，其中所述二级流量路径包括死端流量路径。
S44.根据前述具有实施例S30的特征的实施例中任一项所述的系统，其中所述流量控制单元进一步包括废物。
S45.根据前一实施例所述的系统，其中所述废物定位在所述额外流量路径的下游。
S46.根据前述实施例中任一项所述的系统，
其中所述系统被配置成从水产生水滴、从甲醇产生甲醇液滴以及从乙腈产生乙腈液滴，其中所述水滴具有基于体积的平均水滴尺寸，所述甲醇液滴具有基于体积的平均甲醇液滴尺寸，并且所述乙腈液滴具有基于体积的平均乙腈液滴尺寸，
其中所述平均甲醇液滴尺寸和所述平均乙腈液滴尺寸处于由所述平均水滴尺寸的0.5倍和所述平均水滴尺寸的1.5倍限定的范围内，优选地处于由所述平均水滴尺寸的0.8倍和所述平均水滴尺寸的1.2倍限定的范围内，如处于由所述平均水滴尺寸的0.9倍和所述平均水滴尺寸的1.1倍限定的范围内。
下面，将讨论与检测器系统有关的实施例。这些实施例缩写为字母“C”跟随数字。当在本文中参考检测器实施例时，那些实施例是指。
C1.一种检测器系统，其包括根据前述实施例中任一项所述的液滴发生器。
C2.根据前一实施例所述的检测器系统，其中所述检测器系统进一步包括被配置成用于溶剂蒸发的蒸发区段。
C3.根据前述检测器实施例中任一项所述的检测器系统，其中所述检测器系统进一步包括混合室，所述混合室被配置成使通过干燥所述液滴产生的颗粒与带电离子流相互作用。
C4.根据前一实施例所述的检测器系统，其中所述混合室连接到被配置成对气流进行充电的离子充电器。
C5.根据前述检测器实施例中任一项所述的检测器系统，其中所述检测器系统进一步包括被配置成消除具有高电迁移率的离子的离子阱。
C6.根据前述检测器实施例中任一项所述的检测器系统，其中所述检测器系统进一步包括被配置成测量颗粒的电荷的安培计。
C7.根据前一实施例所述的检测器系统，其中所述检测器系统进一步包括被配置成将所述已测量的电荷转换成人类可读信号的换能器。
C8.根据前一实施例所述的检测器系统，其中所述人类可读信号是色谱光谱。
C9.根据前述检测器实施例中任一项所述的检测器系统，其中所述检测器系统不包括所述液滴发生器系统下游的撞击器。
C10.根据前述检测器实施例中任一项所述的检测器系统，其中所述检测器系统包括定位在所述液滴发生器单元下游和所述蒸发区段上游的排放组合件。
C11.根据前述检测器实施例中任一项所述的检测器系统，其中所述检测器系统是带电气溶胶检测器系统。
C12.根据实施例C1到C11中任一项所述的检测器系统，其中所述检测器系统是质谱系统。
下面，将讨论方法实施例。这些实施例缩写为字母“M”跟随数字。当在本文中参考方法实施例时，那些实施例是指。
M1.一种分析方法，所述方法包括使用根据前述DG实施例中任一项所述的液滴发生器系统或根据前述检测器实施例中任一项所述的检测器系统。
M2.根据前一实施例所述的方法，其中所述方法进一步包括所述液滴发生器单元从向具有液滴发生器液体流量的所述液滴发生器单元供应的液体来产生液滴。
M3.根据前一实施例所述的方法，其中所述方法进一步包括所述液滴发生器单元以限定的液滴产生频率产生所述液滴。
M4.根据前述2个实施例中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括所述液滴发生器单元产生干扰并将所述干扰传递到所述液滴发生器液体流量，其中，当依赖于前一实施例时，所述液滴产生频率对应于所述干扰的频率。
M5.根据前述具有实施例M3的特征的实施例中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括调节所述液滴产生频率。
M6.根据前述方法实施例中任一项所述的方法，其中所述液滴发生器系统包括S6的特征，其中所述方法进一步包括所述液滴发生器单元通过引导穿过所述孔口的所述液滴发生器液体流量来产生液体射流。
M7.根据前述方法实施例中任一项所述的方法，其中所述液滴发生器系统包括S10的特征，其中所述方法进一步包括所述控制器控制所述液滴发生器单元。
M8.根据前述具有M5的特征的方法实施例中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括所述控制器控制所述液滴产生频率。
M9.根据前述方法实施例中任一项所述的方法，其中所述方法进一步包括所述控制器依赖于所述液滴发生器液体流量控制所述液滴产生频率。
M10.根据前一实施例和具有M2的特征的所述方法，其中所述方法进一步包括所述控制器控制所述液滴产生频率与所述液滴发生器液体流量成比例。
M11.根据前述2项实施例中任一项所述的方法，其中所述液滴发生器系统包括S7的特征，其中所述方法进一步包括
所述控制器将所述液滴产生频率(f)控制为处于通过0.5·v和1.5·v限定的范围内，优选地处于通过0.8·v和1.2·v限定的范围内，如处于0.9·v和1.1·v的范围内，其中v＝0.28·F/D3，其中D是孔径，并且F是流到所述液滴发生器的液滴发生器液体流量。
M12.根据前述实施例中任一项所述的方法，其中所述方法包括所述液滴发生器单元产生具有直径分布的液滴，使得在描绘液体体积作为液滴直径的函数的图表中，半峰全宽(FWHM)低于优选地低于/>进一步优选地低于/>如低于/>其中/>是基于体积的平均液滴直径。
M13.根据前述方法实施例中任一项所述的方法，其中所述方法包括产生具有处于10μm到50μm，优选地15μm到25μm范围内的基于体积的平均直径的液滴。
M14.根据前述方法实施例中任一项所述的方法，其中所述液滴发生器系统包括S30的特征，其中所述方法包括
流量控制单元接收第一输入液体流量，并且朝着液滴发生器单元进给第一输入液体流量的第一输出液体流量；
流量控制单元接收第二输入液体流量，并且朝着液滴发生器单元进给第二输入液体流量的第二输出液体流量；
其中第一输入液体流量与第二输入液体流量之间的比率大于10，并且其中第一输出液体流量与第二输出液体流量之间的比率小于5。
M15.根据前述方法实施例中任一项所述的方法，其中所述方法包括
所述流量控制单元接收超过500μl/min，优选地超过1,000μl/min，进一步优选地超过2,000μl/min的输入液体流量，并且所述流量控制单元朝着所述液滴发生器单元进给所述输入液体流量的输出液体流量，其中所述输出液体流量小于300μl/min，优选地小于200μl/min，如小于100μl/min。
下面，将讨论用途实施例。这些实施例缩写为字母“U”跟随数字。当在本文中参考用途实施例时，那些实施例是指。
U1.根据前述DG实施例中任一项所述的液滴发生器系统，或根据前述检测器实施例中任一项所述的检测器系统的用途，用于根据前述方法实施例中任一项所述的方法。
U2.根据前一色谱法实施例的所述用途。
U3.根据前一液相色谱法实施例的所述用途。
U4.根据前一高效液相色谱法实施例的用途。
U5.根据前一超高效液相色谱法实施例的用途。
附图说明
现在将参考示出本发明的实施例的附图来描述本发明。这些实施例应当仅举例说明，而不是限制本发明。
图1描绘了根据现有技术的CAD系统，其中此系统的部件还可以在本发明的实施例中使用；
图2描绘了根据本发明的实施例的CAD系统；
图3描绘了根据本发明的实施例的分流器；
图4描绘了根据本发明的实施例的液滴发生器。
具体实施方式
注意，并非所有附图都带有所有参考标记。相反，在一些附图中，为了说明的简化和简洁起见，已经省略了一些参考标记。现在将参考附图来描述本发明的实施例。
通常，HPLC流出物可以包括液体系统，所述液体系统可以进一步包括至少一种洗脱剂和至少一种样品。HPLC流出物还可以称为HPLC液体，或简称为流出物或液体。在下文中，大多数情况下，将仅使用术语“液体”。应该理解，液体通常包括待分析的样品和溶剂。
在检测器系统中，HPLC流出物可以最初从分离柱转移到气溶胶中。应该理解，下面主要描述的检测器系统是带电气溶胶检测器(CAD)系统。然而，应该理解，本发明不限于其在CAD系统中的应用，而且还可以在如质谱系统等其它检测系统中使用。蒸发气溶胶滴的洗脱剂，以便将待测量的分析物转移到二级，大部分干燥的气溶胶中。然后，此气溶胶可以带电。可以用安培计测量气溶胶的电荷。已测量的电流可以是用于分析物量的量度。广泛的UV检测器的一个不同之处在于CAD方法不需要分析物中的任何发色团。因此，此检测器被称为通用检测器。
图1描绘了根据现有技术的CAD系统1000。应该理解，此系统1000的一些部件还可以在本发明的实施例中使用。带电气溶胶检测器还可以称为系统1000。简而言之，系统1000包括用于向系统1000供应惰性气体，例如，氮气的入口1002和用于引导流出物的流出物入口1004。在一些实施例中，CAD系统1000可以用于HPLC系统中，并且实际上可以是HPLC系统的一部分。在此类系统中，入口1004还可以称为HPLC入口1004，因为它可以接收来自HPLC柱的流出物。然而，应该理解，目前所描述的技术不限于HPLC中的应用，并且实际上还可以用于其它应用中。
入口1002还可以称为惰性气体入口1002或简称为气体入口1002。在一些实施例中，可以使用如N2等惰性气体。出于安全原因，这可以用于不产生易燃(或爆炸性)组合物。然而，还可能使用如空气等其它气体。HPLC入口1004还可以称为HPLC柱流出物入口1004、流出物入口1004或简称为样品入口1004。系统1000还包括雾化器1200，所述雾化器用于产生由样品入口1004供应的液体的细小液滴的喷雾。
简言之，HPLC流出物通过入口1004供应到雾化器1200。同时，惰性气体通过气体入口1002进给到雾化器1200。简言之，雾化器1200包括连接到HPLC入口1004的毛细管入口，并且同轴惰性气流由气体入口1002进给。雾化器1200产生HPLC流出物的细小液滴的喷雾。
进一步，系统1000包括喷雾室1007，所述喷雾室接收形成于雾化器1200中的细小液滴的喷雾。一旦将喷雾流进给到喷雾室，形成的液滴就行进一定距离。通过行进到喷雾室1007的上部区域的气流夹带足够小尺寸即小质量的液滴。将液滴引导到干燥管道1008，所述干燥管道还可以称为干燥管1008、蒸发管1008或蒸发管道1008。不能够行进到喷雾室1007内的上部区域的液滴，即小到不能由气体携带到喷雾室1007的上部区域的液滴，对喷雾室1007的后壁进行撞击。因此，这些相对大的液滴被形成于撞击器的后壁上的液体“吸收”。因此，这些相对大的液滴成为形成于撞击器的后壁上的液体的一部分。此液体向下流动，并且最终从喷雾室1007排出到排水管1009中。能够行进到喷雾室1007的上部区域的较小液滴行进通过干燥管1008，所述干燥管允许进一步蒸发液滴的剩余挥发性部分，例如，进一步蒸发剩余溶剂。可以例如，通过加热干燥管1008来获得对液滴的剩余挥发性部分的蒸发。
换句话说，由雾化器1200形成的液滴被进给到喷雾室1007，其中相对较小尺寸的液滴能够越过其轨迹到喷雾室1007的上部区域，随后行进通过被称为干燥管1008的加热蒸发扇区。在穿过干燥管1008时，通过消除残留的挥发性液体即溶剂来干燥液滴。液滴作为干燥固体颗粒离开干燥管1008。通常应理解，干燥管1008的目的是去除溶剂。当去除所有溶剂时，大多数物质将在干燥管1008的端部形成干燥颗粒(即，它们将是固体)。然而，取决于相位转换的细节，一些物质(甚至在已经去除所有溶剂之后)还可以处于液相。为了简单起见，当溶剂在干燥管之后被去除时，这些物质还可以被术语“颗粒”所涵盖。
在干燥之后，将颗粒进给到混合室1010，所述混合室还通过气体入口1002供应惰性气体流。在进入混合室1010之前，惰性气体用充电器1012充电，并且过量地供应到混合室1010。带电(惰性)气体与颗粒相互作用，以形成带电颗粒，所述带电颗粒与过量带电气体一起被引导到收集器1016。在进入收集器1016之前，带电颗粒和过量带电气体穿过消除高电迁移率的离子的离子阱1014，即离子阱1014去除带电气体颗粒(例如，带电N2颗粒)，以及还有其它小的带电颗粒(例如，尺寸最大为6nm的颗粒)。收集器1016是安培计，因此其还可以称为电流表1016。随后，电流表1016将信号传送到终端装置1018。电流表1016发出的信号是带电颗粒放电的结果。信号的强度与颗粒中含有的电荷量成比例，所述电荷量与颗粒中含有的分析物(并且因此，还在液滴中)的量有关。
简而言之，带电气溶胶检测器1000通过雾化器1200向由流出物入口1004进给以产生液滴的液体供应(惰性)气流(由入口1002注入)来操作。将不合适的液滴消除到排水管1009中，并且然后通过蒸发管道1008蒸发剩余的溶剂。在混合室1010中，通过充电器1012向颗粒赋予表面电荷，并且通过离子阱1014消除具有高电迁移率的颗粒。随后，通过安培计1016测量带电颗粒，并且已测量的电荷与注入样品中的分析物的量相关，并且表示为色谱光谱1018。
更简单地说，CAD系统1000利用气动雾化器1200，以便从包括样品的溶剂产生气溶胶。此气溶胶还称为一次气溶胶。然后在干燥管1008中干燥一次气溶胶，如果适用的话，可以将所述一次气溶胶加热以产生二次气溶胶，所述二次气溶胶通常包括固体颗粒。通过此干燥管1008的气溶胶的传递受到由入口1002供应的来自雾化器1200的气体的影响。在干燥管1008的端部，溶剂已经蒸发。然后，例如，通过混合室1010中的带电氮离子对二次气溶胶进行充电。此充电过程基本上是扩散充电过程。然后，使带电颗粒在滤波器安培计1016中放电，测量放电电流。离子阱1014被放置在滤波器安培计1016的上游。此离子阱1014从气流中去除带电的氮离子，因为这些氮离子不应在安培计1016中测量。使用的另一个组合件是定位在喷雾室1007中的撞击器，还称为喷雾室1007的后壁。撞击器的功能在于从气溶胶中去除非常大的液滴。这是为了避免过量的液体被引入到干燥管1008中，并且由于干燥管1008中的输送流量达到饱和，不影响完全蒸发。
然而，虽然所描述的CAD系统1000在一些情况下可以产生令人满意的结果，但是它可能具有某些缺点和劣势。具体地，已经发现图1的CAD系统1000不是理想的。具体地，结果(即，由安培计1016测量的电流)可能在很大程度上取决于所使用的溶剂。也就是说，不同溶剂中的相同样品可能在安培计处产生不同的电流，这可能使结果的进一步使用变得麻烦。
首先，将在更具体地参考单个附图描述单个部件的细节之前，一般参考图2到4概述本技术的实施例的特征(即，本文档中概述的技术)。
如所讨论的，现有CAD系统可能具有它们严重依赖于所使用的溶剂的劣势。例如，如果样品在水中和甲醇中溶解，则对于相同浓度的样品，所得电流可能不同，这取决于样品是在水中还是在甲醇中溶解。本技术的实施例通过额外的特征来克服或至少减轻对溶剂的此依赖性，所述额外的特征可以单独或协同使用。
如图2所描绘的，本技术的实施例可以包括定位在液滴发生器200的上游的流量控制单元100。流量控制单元100可以控制到液滴发生器200的液体流量(所述液体通常包括溶剂和样品)。因此，仅限量化的液体流量(或限定范围内的液体流量)可以到达液滴发生器200。例如，流量控制单元100可以被配置成使得处于25μl/min到2500μl/min范围内的输入流量导致到处于25μl/min到56μl/min范围内的液滴发生器200的输出流量。也就是说，流量控制单元100可以被配置成对于处于25μl/min到2500μl/min范围内的所有输入流量，具有处于25μl/min到56μl/min范围内的输出流量。
因此，向液滴发生器200供应的液体流量可以总是处于非常限定的范围内。
由于以下原因，这可能是有利的。应当理解，液滴发生器200基于到达液滴发生器200的液体流量来产生液滴。进一步，借助于气体入口2002向液滴供应气体，从而形成气溶胶。直接在液滴发生器200的下游的此气溶胶还可以称为一次气溶胶。然后将一次气溶胶引导通过干燥管2008。理想地，在干燥管2008的端部，所有溶剂都已经蒸发，并且形成颗粒。
为实现此，朝着液滴发生器200的液体流量处于限定的(并且相对低的)范围内是有利的。考虑以下情况，例如，气体入口2002以3l/min进给恒定气流(例如，空气，尽管还可以使用如N2等其它气体)。
进一步，在大气条件和25℃的示例性温度下，在浓度(空气中的水)为23g/m3时达到100％的空气湿度。换句话说，1m3的空气可以容纳23g水蒸气。也就是说，1l空气可以容纳23mg水蒸气，大约相当于23μl溶剂水。因此，当空气流为3l/min时，在空气被水蒸气饱和之前，可以蒸发约69μl/min的液态水。
因此，通过确保仅限定的(并且相对低的)液体流量到达液滴发生器200，本技术的实施例确保(几乎)所有液体可以在干燥管2008中蒸发。
进一步，还应注意，将仅在干燥管2008中花费有限量的时间，这也可能阻碍完全蒸发。同样由于此原因，有利的是，仅限定的(并且相对低的)液体流量到达液滴发生器200，并且因此到达干燥管2008中。
更进一步，还鉴于将在干燥管中花费的有限量的时间，产生相对小的液滴可能是有利的，因为在干燥管中在有限量的时间内使大液滴完全蒸发可能是困难的。
应当理解，这降低了对溶剂的依赖性，因为不同的溶剂可能在不同的点达到饱和。
进一步，在本技术的实施例中，可以采用特定的液滴发生器200。更具体地说，液滴发生器200可以以可调节的频率使液滴形成。此频率还可以称为液滴产生频率。在所述方面，参考图4，描绘了此类液滴发生器200的实例。
如所讨论的，存在在从流量控制单元100到液滴发生器200的受控范围内的液体流量226。在所描绘的实施例中，所述流226被引导通过壳体210，并且通过具有孔径的孔口211离开壳体。因此，产生液体射流228。此液体射流228分解成单个液滴224。更具体地说，射流228中的干扰导致射流228分解成单个液滴224。增长最快的扰动导致射流228分解成具有液滴直径D液滴＝1.89D的液滴224，其中D是孔口211的直径。
这可以用于支持增长最快的扰动处(或接近)的扰动。考虑到例如，40μl/min的流量到达液滴发生器200，并且液滴发生器具有直径为10μm的孔口211。因此，增长最快的扰动将导致直径为约19μm的液滴224，即体积为V液滴3.610-15m3＝3.610-12l＝3.6·10-6μl的液滴224。
现在，考虑到达液滴发生器200的40μl/min的示例性液体流量，这对应于0.67μl/s的流量。将流量除以以上所计算的液滴体积，得到液滴产生频率f为185kHz。在所描绘的实例中，液滴发生器200通过以相应频率产生干扰来支持最快增长的扰动。此频率还可以称为干扰的频率，并且通常可以对应于液滴产生频率。
也就是说，当液滴发生器200以此频率引起扰动时，这将支持在液体射流228中自然发生的增长最快的扰动，并且将触发根据此扰动形成液滴224，并且具有以上所讨论的直径。应当理解，当引起接近最快增长的自然扰动的外部扰动时，类似的考虑还适用。
在所描绘的实施例中，扰动是由可以以不同激发频率进行电子激发的压电元件206引起的。然而，应该理解，这仅仅是示例性的，并且其它实现也是可能的。
总之，液滴发生器200可以以可调节的频率引起液体流量的扰动。在本发明的实施例中，此频率(其还可以称为液滴产生频率)由以此类方式到达液滴发生器200的液体流量控制，此类方式支持形成直径为(或接近)液滴直径的液滴，所述液滴将由液体流量中发生的最快增长的扰动引起。
显著地，以上所讨论的液滴形成相对独立于液体，并且因此相对独立于所使用的溶剂。也就是说，以上所讨论的液滴形成导致相对独立于溶剂的液滴尺寸(或液滴尺寸分布)。
这可能对进一步分析非常有益。应当理解，在干燥管2008之后，当溶剂已经蒸发时，颗粒形成。因此，颗粒与气体一起形成气溶胶，所述气溶胶还可以称为二次气溶胶。在混合室2010中，通过扩散充电过程对这些颗粒进行充电。此过程将电荷沉积在与颗粒的直径成比例的颗粒上。也就是说，体积比另一个颗粒大8倍的颗粒仅携带另一个颗粒的两倍电荷。
因此，当不同的溶剂将导致不同的液滴尺寸(或液滴尺寸分布)，并且因此导致不同的颗粒尺寸(或颗粒尺寸分布)时，可能会出现问题。通过上述手段，本技术的实施例可以克服此问题。通常，上述手段可以使液滴尺寸独立于溶剂，并且独立于输入流量。因此，安培计2016处的电流信号也是相对独立于溶剂的，以允许信号的简单且方便的线性化。
通常，应该理解，目前所描述的技术可以包括约0.1ppm的较低检测限制，主要由溶剂的纯度限定。因此可以包括相对大的动态范围。
在下文中，将描述本技术的实施例的进一步细节。
图2到4描绘了根据本发明的实施例的检测器系统2000(例如，CAD系统)。应该理解，CAD系统2000的一些部件可以如前面参考图1所描述的。然而，有一些不同的特征。
简言之，所描绘的实施例包括至少两个与图1中的系统1000不同的元件。本发明的实施例可以包括这些特征两者(如目前所描述的)或所述这些特征中的一个。
图2中所描绘的系统2000包括入口2004和液滴发生器200，所述液滴发生器还可以称为雾化器。
然而，除此之外，图2中的系统还包括流量控制单元100或流量控制元件100，所述流量控制元件被配置成控制从入口2004到液滴发生器的液体流量。换句话说，在入口2004的下游和液滴发生器200的上游，流量控制单元100可以定位。以下描述流量控制单元100的可能配置的进一步细节，特别参考图3。
进一步，使用特别配置的液滴发生器200，所述液滴发生器可如上所述进行操作。例如，本技术可以使用压电液滴发生器。
如所讨论的，这些特征(即，流量控制单元100和特定类型的液滴发生器200)可以彼此独立地使用或一起使用-如在当前所描述的实施例中。
当与图1的系统1000相比，这可以带来一些益处。如所讨论的，在图1的系统中，通常在雾化器1200的下游设置具有撞击器的喷雾室1007。这里，一些较大的液滴与用于进一步分析的较小的液滴分离。
然而，在图1的系统1000中，以相对不受控制的方式分离被分离并且不用于进一步分析的液体部分，使得不容易确定用于后续分析的液体比例。与此相反，除以上所概述的益处之外，在图2的系统2000中，随后使用和分析的液体量被控制在液滴发生器200的上游。这导致更加受控制的分析。
进一步，液滴发生器200可以与液滴发生器不同，例如，现有技术系统中使用的雾化器。具体地，液滴发生器可以被配置成产生具有尺寸或尺寸分布的液滴，所述液滴大部分独立于液体(并且因此独立于所使用的溶剂)。
进一步，液滴发生器还可以产生具有相对窄的液滴尺寸分布的液滴224。例如，液滴尺寸分布可以由将液体体积描绘为液滴直径的函数的图表来表示。也就是说，此类图表描绘了液滴尺寸的每个(间隔)，所述液滴的总液体体积包含在具有此类尺寸的液滴中。在此类图表中，半峰全宽(FWHM)低于其中/>是基于体积的平均液滴直径，即，
其中i是单个颗粒，n是颗粒的总数，Di是单个颗粒的直径，并且Vi是单个颗粒的体积。优选地，FWHM低于进一步优选地低于/>如低于/>
例如，当液滴发生器100作为压电液滴发生器实现时，可以实现此类窄的液滴尺寸分布。
具有此类窄的液滴尺寸分布可能是有益的，因为液滴尺寸与其在充电之后携带的电荷之间的关系不是线性的。发现非线性的原因在于混合室1010、2010中的充电机制。充电机制是扩散充电机制，所述扩散充电机制导致颗粒的电荷与颗粒直径成比例。具有8倍量分析物的颗粒仅具有其电荷的两倍。
因此，具有相对窄的尺寸分布的颗粒可能是有益的。与所述相对窄的尺寸分布的颗粒相比，液体的物理性质在气动雾化期间产生不同尺寸的液滴。分布到少量大液滴的一定量的液体导致特定的电流测量。然而，如果将相同数量的液体分布到许多小液滴，则测量电流要高得多。色谱法通常使用梯度，这意味着洗脱剂的组成在一个色谱图期间发生变化。此梯度反映了溶剂依赖性的问题，并且因此，如果峰在洗脱剂的不同组成时洗脱，则相同量的分析物产生不同尺寸的峰。
由于以上所概述的原因，具有相对窄的液滴尺寸分布可能是有益的，这可以使后续分析产生改进的结果。
进一步，图2中所描绘的系统2000还可以不包括具有撞击器和排水管的喷雾室(比较图1中的1007和1009)。这可能是有益的，因为如果使用具有排水的喷雾室1200，图1的CAD系统1000可以引起来自总是受到影响的排水池的一定程度的再雾化。在大信号之后，这可能导致小信号峰的产生，所述小信号峰与其它物质的信号竞争(所述其它物质在第一物质之后不久洗脱)，因此限制了定位在近距离处的信号的动态。
因此，省略此类撞击器和排水管也可以产生优异的分析结果。
因此，图2的系统2000可以较少依赖于溶剂。如图1的系统1000等其它系统可能在很大程度上依赖于所使用的溶剂。
在如图1的系统1000等现有系统中，溶剂依赖性的原因不同。到达干燥管的液体量取决于通过撞击器分离的部分的尺寸，并且因此当然对测量没有帮助。进一步，液体的物理性质在气动雾化期间产生不同尺寸的液滴。也就是说，不同的液体将导致产生的液滴的尺寸分布基本上不同。分布到少量大液滴的一定量的液体导致一定的测量电流。然而，如果将相同数量的液体分布到许多小液滴，则测量电流要高得多。
这些问题在图2的CAD系统2000中没有出现。与系统1000不同，CAD系统2000控制液滴发生器200上游的液体流量，并且不以不受控制的方式分离液滴。进一步，通过使用不同的液滴发生器(例如，所述液滴发生器以限定的频率产生液滴)，液滴尺寸分布更窄，并且不太依赖于所使用的溶剂。因此，CAD系统2000可以产生优异的分析结果。
现在将描述所描绘的实施例的进一步特征。
图2描绘了根据本发明的实施例的CAD系统2000。CAD系统2000还可以称为系统2000。简而言之，系统2000包括用于向系统2000供应气体，例如，如氮气等惰性气体的入口2002以及液体入口2004。在一些实施例中，入口可以是用于进行HPLC柱流出物的HPLC入口2004。入口2002还可以称为惰性气体入口2002或简称为气体入口2002。HPLC入口2004还可以称为HPLC柱流出物入口2004、流出物入口2004或简称为液体入口2004。再次，应该理解，在HPLC系统中使用本技术并不重要，即，样品还可以从除HPLC柱以外的其它实体供应。
系统2000还包括液滴发生器系统200或雾化器系统200，用于从由样品入口2004供应的液体产生细小液滴的喷雾，所述液滴夹带在由气体入口2002供应的气流中。雾化器系统200还可以简称为雾化器200。
进一步，系统2000还包括定位在样品入口2004与雾化器200之间的流量控制整体100。流量控制整体100还可以称为流量控制单元100或流量控制系统100。流量控制单元100被配置成将限定的液体流量引导到雾化器。当在本说明书中使用如“之后”、“之前”或“之间”等术语时，将应当理解此类术语通常表示流量路径中的位置。也就是说，元件A定位在另一个元件B“之前”的术语表示元件A定位在元件B的上游。进一步，元件B定位在另一个元件A“之后”表示元件B定位在元件A的下游。进一步，当元件B被认为定位在元件A与元件C之间时，这应该表示元件B定位在元件A和元件C之一的下游和元件A和元件C的另一个的上游。
简言之，液体(例如，HPLC流出物)通过入口2004供应到雾化器200。同时，气体通过气体入口2002进给到雾化器200。进一步，系统2000包括连接到HPLC入口2004和连接到雾化器200的流量控制整体100(参见图3的说明)，所述雾化器还可以称为液滴发生器200(参见图4的说明)。雾化器200通过将液体分解成排出到惰性气流中的液滴而产生液滴的喷雾。简言之，流量控制单元100包括多个部件，所述多个部件可以允许将液体速率控制(和降低)到最佳值，并且液滴发生器系统200随后可以允许施加机械超声波，所述机械超声波通过传播可以辅助将降低的流速分解成液滴。可以将已形成的液滴传递到干燥管道2008，所述干燥管道还可以称为干燥管2008、蒸发管2008或蒸发管道2008。
在干燥之后，产生颗粒，并且将所述颗粒进给到混合室2010，所述混合室还通过气体入口2002供应气体流。应当理解，用于在干燥室之后供应气体的气体入口2002可以是向液滴发生器200供应气体的气体入口。然而，在其它实施例中，还可以有用于液滴发生器200和干燥室之后的使用的单独的气体入口(所述单独的气体入口还可以称为气体供应)。
在进入混合室2010之前，气体通过充电器2012进行充电，并且向混合室2010过量地供应。带电气体与颗粒相互作用，以形成带电颗粒，所述带电颗粒与一些过量带电气体一起被引导到收集器2016。在进入收集器2016之前，带电颗粒和过量带电气体穿过消除高电迁移率的离子的离子阱2014，即离子阱2014消除带电气体颗粒，以及还有小的带电颗粒-通常，尺寸小于约10nm的颗粒可以被离子阱去除。这些颗粒还可以称为β-1-颗粒。收集器2016是安培计，并且其还可以称为电流表2016。随后，电流表2016将信号传送到终端装置2018。电流表2016发出的信号是带电颗粒放电的结果。信号的强度与颗粒中含有的电荷量成比例。通常，应该理解，一次气溶胶中液体中较高量的样品将在二次气溶胶中产生较大的颗粒。因此，电荷还是液体中样品量的量度。
简而言之，CAD系统2000通过流量控制单元100控制(并且，取决于输入流量：降低)向系统供应的液体流速(例如，由HPLC系统提供)来操作，可以在向CAD液滴发生器系统200供应液体之前，将所述流量控制单元实现为分流器整体100。CAD液滴发生器系统200包括多个部件，所述多个部件通过机械超声波的应用来促进液滴的产生。因此，可以以限定的频率产生液滴。已产生的液滴可以释放到干燥管2008中，可以干燥所述已产生的液滴以产生颗粒，并且所述颗粒可以通过气流传送到混合室2010。在混合室2010中，通过充电器2010向颗粒赋予表面电荷，并且通过离子阱2014消除高迁移率电荷。随后，通过安培计2016测量带电颗粒，并且已测量的电荷与注入样品中的分析物的量相关，并且表示为色谱光谱2018。
CAD系统2000可以允许分配CAD系统1000的撞击器。CAD系统2000可以允许产生足够尺寸的液滴，所述足够尺寸独立于所使用的溶剂组合物。如所讨论的，在其它系统中，可以采用撞击器来去除具有相对大尺寸的液滴。然而，在目前所描述的系统中，可以产生具有尺寸分布的液滴，所述尺寸分布独立于溶剂组合物。因此，可能不需要去除尺寸过大的液滴。因此，目前所描述的系统2000可以不包括撞击器，即，它可以是无撞击器的。进一步，通过使用流量控制单元100，可以控制到达液滴发生器的液体流量，以及由此引导通过干燥管2008的液体流量的量，使得所有溶剂可以在干燥管2008中蒸发(如以上所讨论的)。这可能使撞击器去除多余的大液滴。
进一步，由于系统2000可以没有撞击器，系统2000还可以不包括定位在液滴发生器200下游的排水管(如排水管1009)，用于排出由较大液滴引起的液体。应该理解，当存在此类排水管时(如在系统1000中)，待排出的液体的一些部分可能稍后被雾化，导致稍后分析中的杂质。换句话说，当存在此类排水管时，液体可能积聚在喷雾室中。在其排出之前，所述液体的部分可能被雾化并影响后续分析。此类杂质不存在于目前所描述的系统2000中，因此得到更好的分析结果。
图3描绘了用于CAD系统2000的流量控制单元100，所述流量控制单元在本配置中还可以称为分流器单元100。通常，流量控制单元100可以控制朝着液滴发生器200的液体流量。更具体地说，流量控制单元100可以被配置成控制到液滴发生器200的液体流量，使得独立于到达流量控制单元100的流量，朝着液滴发生器的流量总是处于预定范围内。例如，流量控制单元100可以将处于25μl/min到1600μl/min范围内的输入流量转换成25μl/min到50μl/min的输出流量。在所描绘的实例中，流量的其余部分可能会浪费。
在所描绘的实施例中，流量控制单元100可以包括分流器，所述分流器可以是例如，三通形分流器，其在概念上由附图标记102标识。分流器102还可以称为分流器三通102，并且可以向所述分流器三通进给例如，通过HPLC系统并且通常通过入口2004来供应的液体流量。分流器三通102可以将液体流量转向成两个不同的方向。液体的一部分可以被引向多个流阻元件106、108、110、112、114中的一个。流量的另一部分可以被引向包括额外体积元件104和流阻元件116的路径。换句话说，分流器三通102可以与多个流阻元件106、108、110、112和114中的一个进行流体连接。流阻元件106、108、110、112、114和116还可以称为限流器106、108、110、112、114和116，并且可以实现为限流器毛细管。更进一步，分流器100可以包括用附图标记126标识的死端。分流器三通102可以借助于流量选择阀124流体连接到流阻元件106、108、110、112、114和死端126中的任何一个，所述流量选择阀在此实现为可旋转连接元件124，其还可以简称为连接器124。连接器124可以通过分别对应于流阻元件106、108、110、112、114和死端126的由附图标记1、2、3、4、5和6概念性地标识的多个连接端口来固定流体连接。连接端口1、2、3、4、5和6还可以称为连接器1、2、3、4、5和6，或简称为端口1、2、3、4、5和6。
简言之，跨过流量控制单元流向液滴发生器200的液体流量由流转向确定。简言之，液体流量的转向可以包括一系列毛细管连接，所述连接可以被适配成假定允许在分流器三通102与流阻元件106、108、110、112或114之间建立流体连接的配置。流体连接可以通过由附图标记124概念性地标识的可旋转连接毛细管来实现。液体流量，并且更具体地说，到液滴发生器200的流量比可以由通向液滴发生器200的路径中的流阻相对于通向废物120的路径中的流阻来确定。
连接端口的选择以及因此流阻元件106、108、110、112、114中的哪一个被使用可以允许控制转向液滴发生器200的液体的比例。更进一步，控制引导到液滴发生器200的液体流量的比率可以允许建立预定的流量范围。换句话说，通过连接器124与端口1、2、3、4、5和6中的任何一个之间的连接，流出到额外体积元件104并进一步流出到液滴发生器200的液体的比率可以通过建立与流阻元件106、108、110、112、114或死端126中的一个的流体连接来限定。每个连接端口可以用作对多个毛细管连接中的一个的接入，所述多个毛细管连接可以允许在分流器102与流阻元件106、108、110、112、114或126之间建立流体连接。应该理解，图2中所显示的流量控制机制仅仅是示例，并且可以改变流阻元件的布局。还应该理解，对于不同的实施例，可以增加或减少流阻元件的数量，即，可以放置更多或更少的流阻元件。
在一个实施例中，流阻元件可以具有以下尺寸：
此外，引导到流阻元件106、108、110、112或114中的任一个的液体部分可以稍后传递到废物容器120，所述废物容器还称为废物收集器120，或简称为废物120。在一个实施例中，还可以收集引导到流阻元件106、108、110、112或114中的任一个的液体部分，以进一步分离或纯化。换句话说，在本发明的一个实施例中，废物收集器120还可以用作样本收集器120。在本发明的另外的实施例中，废物收集器120可以由任何其它类型的连接代替，以允许将已收集的液体转移到另一个检测器或HPLC系统的一部分。
如所讨论的，T分流器102还可以连接到死端126。也就是说，当连接器124连接到死端126时，将进给到分流器102的(几乎)液体总量导向液滴发生器200。在这种情况下，没有液体通过废物收集器120，即，进给到分流器100的大部分液体通过分流器三通102，并且朝着液滴发生器200。
进一步，如果可旋转连接器124建立与例如端口2的流体连接，则进给到分流器100的液体的一部分可以转向流阻元件106。在一个实施例中，流阻元件116可以具有与流阻元件106相同的尺寸，所述流阻元件可以允许具有朝着液滴发生器200和朝着废物120的基本相同的液体流量。然而，如果可旋转连接器124建立与端口3的流体连接，则现在转向液体的一部分可以被引导到流阻元件108，所述流阻元件可以具有与柱116不同的尺寸，因此，不同比例的液体流量可以被转向到120废物。简言之，通过将可旋转连接器124耦合到不同的连接端口，可以实现一系列不同的偏转流出物比率。更简单地说，建立与流阻元件106、108、110、112、114或死端126的流体连接可以用作控制朝着液滴发生器200的液体的流速的调节系统。
因此，还可以估计朝着液滴发生器200供应的液体与朝着废物120供应的液体之间的流量比。假设路径中的流阻主要分别由流阻元件116、106、108、110、112和114引起，并且假设流阻元件通常具有相同的设计(除了其尺寸以外)，例如，它们由相同的材料形成，可以理解，它们的流阻具有以下依赖性：
R～l/D4
其中使用了以下符号
R：流阻元件的流阻；
l：流阻元件的长度；
D：流阻元件的直径。
也就是说，流阻与流阻元件的长度成比例，并且与直径的四次方成反比。
在上述假设下，并且使用符号R116表示流阻元件116的流阻，以及Rn表示流阻元件在朝着废物容器120的路径中的流阻，朝着液滴发生器200的流体流量比率可以表示为
在一个实施例中，以下尺寸可以用于流阻元件，其中流阻元件116的长度为300mm并且直径为30μm。
通常，应该理解，如果设置朝着液滴发生器200的路径中的流阻(通过此路径中的给定流阻元件116)，则朝着废物120的另一路径中的流阻越低，朝着废物120引导的流体就越多。因此，流阻元件n在朝着废物120的路径中的阻力越低，朝着液滴发生器200引导的流体就越少。进一步，应该理解，当连接器124连接到死端126时，这对应于无限流阻，使得朝着液滴发生器200引导完整的流量。
以上所讨论的实例允许引向液滴发生器200的流量比率处于1/1(即，100％)与1/38之间。然而，应该理解，通过选择流阻元件的不同尺寸，还可以实现其它比率。
下文将讨论与流阻元件有关的进一步考虑，所述流阻元件还可以称为流阻。
假设层流，并且进一步假设流阻是由流阻元件排外地引起的，根据Hagen-Poiseuille等式，朝着液滴发生器200的路径中的压降(所述路径将被称为路径1)并且朝着废物120的路径中的压降(所述路径将被称为路径2)，以下等式适用：
(A)
(B)
其中：
i是路径(1或2)，
ΔPi是路径i中的压降；
是路径i中的体积流量；
li是路径i中的限制器长度；
Ri是路径i中的限制器半径；
η是液体的黏性。
以下要求适用于：
I：ΔP1＝ΔP2
II：
III：t2＝t1
其中
N：是路径2与路径1中液体流量的比率；
ti：是路径i中的时间延迟。
换句话说，根据(I)，路径中的压降(近似)相等；(II)表示路径2与路径1中的流体流量的比率；并且根据(III)，流体需要行进通过限制器的时间应该相等。
路径i中的时间延迟ti可以如下推导：
其中Vi是限流器i的体积。
应用要求(I)导致
/>
使用要求II：导致
进一步，应用要求III：t2＝t1导致
在此等式中应用要求II：导致
将以上所发现的l2等式应用到此等式中导致
再次应用以上所发现的l2等式进一步导致
现在考虑N＝8的情况，即，通过路径2的液体流量是路径1的8倍之多。在此类情况下，将应用以下等式
l2＝2·l1
R2＝2·R1
V2＝8·V1
t2＝t1
换句话说，上述等式还可以表示为
N＝(l2/l1)3和
N＝(R2/R1)3
也就是说，当想要满足上述要求(I)到(III)时，即路径中相同的压降，根据等式(II)的体积流量，以及相同的延迟时间，则限流器的相对长度和限流器的相对内径应当成比例缩放。这还在所讨论的实施例中实现(参见上表中的长度和内径)。
在不同路径中具有相同的延迟时间可能是有利的。应该理解，这表示在分流器T102处被分流的液体将因此与已经通过朝着废物120的路径中的限制器的液体同时通过朝着液滴发生器200的路径中的限制器116。当考虑改变液体的组成时(例如，当在HPLC中使用液体梯度时)，这是特别有利的。如果它们在路径中不具有相同的延迟时间，则这将导致限制器填充有不同的溶剂组合物，这将导致不同的流阻，这可能是不期望的，因为它可能影响上述机制的功能。
再次参考图3，不同配置的进一步细节(即，假设不同状态下的流量选择阀124)还总结在下表中。
在上表中，第一列涉及图3中的阀124的设置。第二列表示朝着液滴发生器200的流量路径中的限流器116和朝着废物120的流量路径中的限流器106到114的直径。限流器116和106到114具有以上所概述的长度。
对于跨限制器的压降(即，上述符号中的ΔP1和ΔP2)，当溶剂为水并且具有黏度H＝1mPa·s时，第三列表示通过系统的总流量，即，朝着液滴发生器200和朝着废物120的总流量。
通过使用这些压降，可以通过使用上述等式(A)和(B)得到各个路径中的流量，并且通过将各个路径中的流量相加得到总流量。
上表中的第4列是指分流比，即，此分流比的倒数是被引导到朝着液滴发生器200的路径中的流体的比率。
第5列和第6列表示应该使用阀124的相应设置的总最小流量和最大流量。第7列表示这些最大流量与最小流量之间的比率。
然后，第8列和第9列表示到达液滴发生器200的对应的最小流量和最大流量。也就是说，液滴发生器200处的最小(最大)流量可以计算为最小(最大)输入流量除以分流比。
最后两列，即第10列和第11列，表示在考虑最小和最大流量(参见第5列和第6列)时，当溶剂为水并且具有粘度H＝1mPa·s时，跨限制器116和106到114，即ΔP1和ΔP2的压力损失。
可以理解，到达液滴发生器的流量是总流量除以分流比(参见第4列)。
例如，阀设置3对应于朝着液滴发生器200的流量路径中的限制器116，所述限制器的直径为30μm，并且长度为300mm，并且朝着废物的限制器是直径为40μm、长度为400mm的限制器108。分流比(参见第4列)是3.37，即，总流量的1/3.37将朝着液滴发生器200引导。当供应103μl/min的总输入流量时(参见第5列)，朝着液滴发生器200的流量将为30.56μl/min(参见第8列)，并且压降将为77巴(参见第10列)。对应地，在总输入流量为173μl/min(第6列)时，朝着液滴发生器200的流量将为51.33μl/min(第9列)，并且压降将为129巴(第11列)。
因此将理解，当前所描述的流量控制单元100被适配成将输入流量控制制在25μl/min到2500μl/min的范围内，使得朝着液滴发生器200的流量处于23μl/min到68μl/min的范围内，同时在处于58巴和165巴的范围内的压降水平下操作。
由于以下原因，上述压力水平还可能是有利的。取决于液滴发生器200的类型，液滴发生器200可以有利地与具有一定压力的输入液体一起操作，即，高于大气压几(如1到5)巴。可能有利的是，此压力实质上低于跨限制器116和106到144的压降，使得液滴发生器的最佳操作所需的压力不会产生实质影响，并且在上述考虑中可以忽略不计。
更进一步，在上文中，阀设置1已经被解释为连接到死端。然而，在一些实施例中，此设置还允许限制器路径中的液体朝着废物运动。这可以通过例如具有非常高的流阻的限流器来实现，例如，具有非常小的内径的限流器。这可以具有以下优点：没有液体可以从死端路径“流出”。
再次参考图3，朝着液滴发生器200的路径还可以包括额外体积元件104，所述额外体积元件还可以称为体积添加元件104，所述体积添加元件可以将一定体积添加到到液滴发生器200的流量路径。应该理解，流量选择阀124可以向朝着废物120的流量路径添加体积。额外体积元件104可以将相同量的体积添加到朝着液滴发生器200的流量路径。这确保例如，当流量选择阀124假设配置2(即，连接到限流器106)并且当使用溶剂梯度时，溶剂的相同组合物同时到达朝着液滴发生器200的路径中的限流器116处，并且到达朝着废物120的路径中的限流器106到114处。这是有利的，否则，限流器处的溶剂的组合物可以是不同的，这(当溶剂具有不同的黏度时)将导致在朝着液滴发生器200的路径和朝着废物120的路径中的限流器处的压降不同。
也就是说，总之，本发明的实施例允许将液体流量控制制到液滴发生器200，使得仅处于预定范围内的液体流量到达液滴发生器。因此，本发明的实施例允许调节通向液滴发生器200的液体的流量比。如所讨论的，流阻元件106、108、110、112和114可以具有不同的尺寸，所述不同的尺寸还可以允许系统地增大或减小到达液滴发生器200的流量比。此外，流量控制单元100通过在分流器102与多个流阻元件106、108、110、112、114和126之间建立流体连接的一组不同组合来调节到达液滴发生器200的流量的能力还可以有利于处理通常在HPLC系统中观察到的液体变化，即，流量控制单元100可以具有可以允许采用可以处理在HPLC系统中频繁使用的流量的配置的配置。
简而言之，在通过HPLC进给液体的分流器三通102与流阻元件106、108、110、112和114之间建立的流体连接可以允许控制转向液滴发生器200的液体流量的比率，并且因此，可以控制进给到液滴发生器200的液体流率。例如，可以将通过HPLC系统供应，流量高达2500μL/min的液体的流速降低到处于25μL/min到56μL/min的范围内的流速，然后可以将所述液体进给到CAD液滴发生器200，以将液体流量分解成相同尺寸的液滴(例如，与所使用的溶剂无关的尺寸)。应理解，在此类系统中，仅约1％到2％的总流量应该被引导到液滴发生器200。为了实现这一点，在朝着废物120的路径中的流阻元件将具有比通向液滴发生器200的路径中的流阻元件116的流阻低大约50倍到100倍的流阻。
通常，流速降低可以独立于液体类型来实现。到达CAD液滴发生器200的液体流量可以有助于更好地控制由液体的雾化产生的液滴尺寸。
更简单地说，流量控制整体100可以通过减少来自柱的液体的量来为目标提供解决方案。更具体地说，可以使用溶剂独立分流器来控制朝着液滴发生器的液体流量。因此，可以在不使用撞击器的情况下建立流量控制。然后，减少量的液体可以在输送流量中完全蒸发。然后将此部分液体转移到恒定尺寸的液滴中，即与溶剂或恒定尺寸分布无关的尺寸。因此，已经消除了溶剂依赖性。这反过来允许通过计算消除非线性，因为现在一个信号被明确地分配到一定量的分析物。因此，可以消除现有系统中存在的两个问题。
图4描绘了根据本发明的实施例的用于CAD系统2000的液滴发生器200。具体地，液滴发生器200可以以限定频率产生液滴。在一些实施例中，此频率可以是可调节的。例如，液滴发生器200可以是振动孔口液滴发生器200。在一些实施例中，系统还可以包括用于液滴发生器的振幅控制，以控制振动的振幅。
简言之，液滴发生器200包括发生器202、放大器204、压电陶瓷206、输入管208、气流导管216、具有孔口211的壳体210、以及初始液滴流量区域218，所述初始液滴流量区域还可以称为低风管218。
简言之，本发明的一个实施例涉及液体流量226的雾化或气溶胶形成，所述雾化或形成可以通过使液流226流动、产生射流228并且从所述射流228形成液滴224来获得。应该理解，液体流量226通常从流量控制单元100到达液滴发生器200。
液滴发生器200(并且通常是系统2000)可以被设计成使得产生尺寸主要与到达液滴发生器200的液体类型无关，并且与到达液滴发生器200的液体流量无关的液滴224。
到达液滴发生器200的液体流量226首先被转换成液体射流228，所述液体射流随后分解成液滴224(还参见223，描绘了即将与液体射流228分离的液滴)。为了形成射流228，液体被引导通过具有孔径的孔口211。示例性孔径可以处于1μm到50μm的范围内，优选地3μm到40μm，进一步优选地5μm到20μm，如10μm。
通常，扩散充电过程可以稍后用于对颗粒进行充电(通过干燥液滴224而产生)。在此类扩散充电过程中，沉积在颗粒上的电荷与其直径成比例。因此将理解，产生许多小液滴(并且因此许多小颗粒)会产生更高的信号，从而使本技术更敏感。这使得孔口211的小直径可取。
然而，孔口211的小直径可能使孔口211更容易破裂或堵塞。进一步，孔口211的直径越小，产生射流228所需的压力越大，赋予上述流量控制单元100的功能(对于上述基本原理，假设跨流量控制单元100的压降显著大于液滴发生器200处的压降)。
孔口211的上述尺寸适合于在上述两段中进行的观察之间建立折衷。
如所讨论的，液滴发生器200产生射流228，所述射流随后分解成单个液滴224。
射流228中可能存在干扰。增长最快的干扰具有波长λ＝9.02·r，其中r是射流228的半径，所述半径是孔口211的直径的一半-参见，例如Kowalewski，《流体动力学研究(Fluid Dynamics Research)》17(1996),121-145“从液体射流中分离液滴”。
如果此干扰导致液滴224形成，则液滴224的直径可以如下计算：
液滴的体积对应于具有对应于波长λ的长度的射流228的区段的体积，即，
其中D为对应于孔口的直径的射流228的直径。
因此，通过使用得到
也就是说，由增长最快的扰动引起的液滴直径D液滴约为射流228和孔口211的直径D的1.9倍。例如，对于直径为10μm的孔口，这些液滴的直径为19μm。
然而，应该理解，以上所描述的具有波长λ＝9.02·r的增长最快的干扰的模型被简化，并且增长最快的波长实际上可能取决于所使用的溶剂。然而，当以一定频率(对应于射流中的波长)和足够振幅产生外部干扰时，即使不是实际上增长最快的波长，这种干扰将导致液滴形成。如果外部干扰总是以相同的频率施加，这使得可以将不同的液体转换成相同尺寸的液滴。
在本技术的实施例中，可以操作发生器202以使射流228中的扰动等于(或至少接近)上述最快增长的扰动。引起此扰动的频率可以计算为
f＝F/V液滴
其中f是频率，F是朝着液滴发生器200的流量，并且V液滴是液滴的体积。
可以理解，当已知到系统2000的总流量和流量控制单元100的设置细节时，可以确定朝着液滴发生器200的流量，并且因此，可以对应地设置激发频率f。
当以(或接近)对应于最快增长干扰的激发频率的频率激发液滴发生器200时，液滴224将以非常受控且均匀的方式形成，所述液滴还独立于液体。
例如，发生器202可以被配置成产生可以由放大器204放大的电压。如上所述，由发生器202发射的信号可以是可调节的，以支持扰动。简言之，取决于所选择的频率，可以形成具有限定尺寸(或尺寸分布)的液滴224。甚至更简单地说，可以使用信号(例如，正弦信号)将液体流量226分解成液滴224(通过支持最快增长的扰动处或附近的扰动)并且将它们释放到含有特定的载剂的环境中，所述载剂可以使悬浮在例如惰性气体中的液滴224的形成成为可能。所得悬浮液还可以称为气溶胶、悬浮雾、喷雾或雾化液体。如所讨论的，此气溶胶还可以称为一次气溶胶。
在一个实施例中，信号可以由放大器204放大，所述放大器在将信号进给到压电陶瓷206之前，负责放大信号，所述压电陶瓷可以分配在具有孔口211的壳体210周围。此类信号可以允许产生相对均质尺寸分布的液滴224。简单来说，向系统进给振动能量源可以支持增长最快的干扰，并且因此导致液体流量破碎成液滴224(具有一定的液滴尺寸或液滴尺寸分布)。因此，可以产生具有相对窄的尺寸分布的相对小且稳定的液滴224(如上所概述的)。
在当前所描述的实施例中，液滴发生器200实现为包括压电陶瓷206的压电液滴发生器。然而，应该理解，可以使用任何液滴发生器，所述液滴发生器被配置成以可调节或可控制的频率在射流228处引起扰动。更具体地说，扰动还可以机械地、气动地、磁力地、磁致伸缩地、机电地和/或电动地传递到射流228。如以上参考第二个表所讨论的，在当前所描述的实施例中，到达液滴发生器200的流量可以处于23μm/min和68μm/min的范围内。对于这些流量，液滴发生器200产生具有相同尺寸(即，具有相同尺寸分布)的液滴是可取的。遵循上述基本原理，因此，在理想情况下，发生器202的频率处于最大值至少比最小值大3倍的范围内是可调节的。
在目前所描绘的实施例中，压电陶瓷206可以包括材料，如，例如钙钛矿结构和表现出压电特性的其它相关结构，如，例如但不限于钛酸钡、钛酸铌酸铅、铌酸钾、具有纤锌矿结构的氧化锌和钨酸钠。这仅仅是示例性的，并且还可以使用其它材料。压电陶瓷206还可以称为压电器206或简称为陶瓷206，所述陶瓷可以用作电振荡的接收器。换句话说，陶瓷206可以用作能够接收电信号(例如，正弦形信号)的压电元件，以随后产生导向力，并且将所述导向力施加到相对的主体，例如，壳体210的壁。
例如，在一个实施例中，可以将陶瓷206分配在壳体210的壁周围。此配置可以允许陶瓷206将振荡传递到壳体210，以产生多个液滴224。
在本发明的一个实施例中，具有孔口211的壳体210可以是可替换的。因此，可以选择以上所概述的不同直径的孔口214。此类直径选择可以允许、有助于或至少促进液滴尺寸控制。
换句话说，选择向陶瓷206供应的振荡的频率可以允许调节产生与输入流量无关的相同尺寸或相同尺寸分布的液滴。如以上所概述的，频率可以与到达液滴发生器200的流量成比例。因此，在不考虑溶剂的情况下，此类组合可以允许产生具有给定尺寸的液滴224。也就是说，通过控制朝着液滴发生器的流量，并且通过根据朝着液滴发生器的此流量来设置液滴发生器的振荡的频率，产生的液滴尺寸分布可能独立于输入流量，并且独立于所使用的溶剂。
注意，上述给定的液滴形成的基本原理与所使用的液体和溶剂无关。也就是说，利用目前所描述的技术，所述技术可以包含控制朝着液滴发生器200的液体流量，以及根据朝着液滴发生器200的液体流量来设置液滴发生器200的操作频率f，可以产生具有一定尺寸或一定尺寸分布的液滴224，所述液滴相对独立于溶剂的类型。因此，可以产生具有一定尺寸(或尺寸分布)的液滴224，所述液滴(大部分)独立于液体/溶剂和流量。
从壳体210排出的液滴224可以通过由气体导管216供应的气流输送，所述气体导管还可以简称为导管216。气体导管216可以设计成适配可以允许控制向CAD液滴发生器200供应的气流的配置，例如，可以供应0.1l/min到10l/min范围内的气体流速，例如，流速为3l/min。导管216可以进给例如，氮气、氦气或空气的气流，但是注意，这仅仅是示例性的，并且还可以使用其它气体。进给流可以将液滴224带向概念上由附图标记218标识的纵向低风区域。低风区域218的内径220可以基本上大于孔口211的直径。可以理解，在本实施例中，液体射流228将以处于约20μl/min到70μl/min的范围内的流量进给到低风区域218。孔径为10μm时，这对应于若干m/s的流速。为干燥管供应的气体通常可以以若干l/min的流速供应，所述流速大约比液体流量高105倍。可能有利的是，气流的流速大致对应于液流228的流速，否则，液滴224可以以不受控制的方式形成，并且不允许以上所描述的对其尺寸的控制。因此，低风区域的直径可以基本上大于孔口211的直径。例如，低风区域的直径与孔径的商可以处于30到10000的范围内，优选地50到2000，如100到1000。低风管的示例性直径可以是1mm到10mm，如2mm到4mm，例如，3mm。在低风区域218内，由壳体208通过喷嘴212排出并且由导管216供应的气体携带的液滴224可以在进入干燥管2008之前稳定并获得恒定的速度。换句话说，在区段218内，气体和液滴224的速度可以类似，即，气体和液相的速度可以变得相对较小，这可以允许更不受干扰地分解成液滴。
简言之，发生器202产生信号，所述信号被供应到负责将振荡进给到压电陶瓷206的放大器204。然后，陶瓷206发射机械超声波，所述机械超声波通过壁传递到壳体210。进给到壳体210的液体流量226可能会受到波的影响，从而从射流228产生液滴流224。排出的液滴224可以随后通过通过朝着低风区域218的气体导管216供应的惰性气体流进行，其中液滴224和气流可以达到速度平衡。随后，液滴224可以继续到干燥管2008，其中液滴224可以被干燥，即溶剂可以被消除，从而产生颗粒，所述颗粒被转移到CAD系统的另外的元件。CAD发生器200的方法可以提供液滴产生手段，所述手段可以导致具有窄尺寸分布的液滴224的产生，并且因此颗粒的产生。
更简单地说，由流量控制单元100减少的流量可以被转移到到液滴射流中的CAD液滴发生器200，然后所述液滴射流被分解成相同尺寸的液滴。由于用于产生液滴的此方法可能示出液滴尺寸对液体(并且从而溶剂)的物理性质的微小依赖性，因此本发明的实施例通过声激发执行一个液滴尺寸来精确地处理问题。此方法可以将液滴尺寸对溶剂的物理性质的微小依赖性几乎降低到零。
此外，由于声激发是通过压电陶瓷206来实现的，因此可以将激发频率重新调节为已知的液体流量，以便即使液体流量不同，液滴可以始终具有相同的尺寸。换句话说，在本发明的实施例中，液滴产生单元200可以包括频率控制元件，所述频率控制元件依赖于进给到液滴产生单元200的液体流量控制电压电源202的频率。维持不依赖于测量技术，而是依赖于所使用溶剂的质量的此方法的检测限制的性质。
由于高度带电的液滴在干燥管2008中经历库仑爆炸，因此液滴尺寸分布的一致性可能在干燥管2008中丧失。也就是说，液滴发生器200还可以产生带电液滴224。当此类带电液滴224在干燥管2008中逐渐干燥时，电荷体积比可以连续增加到它们经历库仑爆炸的点，这可能产生具有不受控制的尺寸的液滴。这可以通过在液滴发生器200的下游和干燥管2008的上游施加双极电晕放电来避免。
也就是说，一般而言，本发明的实施例采用液滴产生单元200和/或流量控制元件100，所述液滴产生单元使得产生的液滴具有非常窄的尺寸分布，所述流量控制元件安置在液滴产生单元200的上游，从而产生到液滴产生单元200的限定的且可蒸发的液体流量。
更具体地说，本技术的实施例可以允许不同的溶剂产生相同(或至少类似)的液滴尺寸或液滴尺寸分布。例如，水的(基于体积的)平均液滴尺寸可以称为平均水滴尺寸。对应地，可以限定平均甲醇液滴尺寸和平均乙腈液滴尺寸。在本技术的实施例中，平均甲醇液滴尺寸和平均乙腈液滴尺寸可以处于[平均水滴尺寸×0.5、平均水滴尺寸×1.5]的范围内，优选地[平均水滴尺寸×0.8、平均水滴尺寸×1.2]的范围内，如[平均水滴尺寸×0.9、平均水滴尺寸×1.1]的范围内。本技术可以允许产生用于不同溶剂的此类液滴尺寸。
虽然在上文中，已经参考附图描述了优选实施例，但是技术人员将理解，此实施例仅仅是为了说明的目的而提供的，并且决不应该被解释为限制由权利要求限定的本发明的范围。
无论何时在本说明书中使用如“约”、“基本上”或“近似”等相对术语，此类术语还应该被解释为还包含确切的术语。也就是说，例如，“基本上直的”应该被解释为还包含“(确切地)直的”。
无论何时在上述或还在所附权利要求中叙述的步骤，应该注意，在本文中叙述步骤的顺序可能是偶然的。也就是说，除非另有说明或者除非技术人员清楚，否则叙述步骤的顺序可能是偶然的。也就是说，当本文件陈述例如一种方法包括步骤(A)和(B)时，这不一定意味着步骤(A)在步骤(B)之前，但是步骤(A)也可能(至少部分地)与步骤(B)同时执行，或步骤(B)在步骤(A)之前。更进一步，当据说步骤(X)在另一个步骤(Z)之前时，这并不意味着在步骤(X)与(Z)之间没有步骤。也就是说，步骤(Z)之前的步骤(X)涵盖在步骤(Z)之前直接执行步骤(X)的情况，以及在一个或多个步骤(Y1)、……之前执行(X)，然后执行步骤(Z)的情况。当使用如“之后”或“之前”等术语时，对应的考虑适用。

Claims (17)

1.一种检测器系统(2000)，其包括液滴发生器系统，其中所述液滴发生器系统包括液滴发生器单元(200)，其中所述液滴发生器单元(200)被配置成由以液滴发生器液体流量向所述液滴发生器单元(200)供应的液体产生液滴(224)，其中所述液滴发生器单元(200)被配置成以限定的液滴产生频率(f)产生所述液滴(224)，其中，液滴发生器单元(200)被配置为产生具有直径分布的液滴，使得在描绘液体体积作为液滴直径函数的图表中，半峰全宽(FWHM)低于其中，/>是基于体积的平均液滴直径，
其中所述液滴发生器系统进一步包括用于控制所述液滴发生器单元(200)的控制器，其中所述控制器被配置成控制所述液滴产生频率(f)，
其中所述液滴产生频率(f)是可调节的，并且其中所述控制器被配置成依赖于所述液滴发生器液体流量控制所述液滴产生频率(f)，
其中所述液滴发生器系统包括所述液滴发生器单元(200)上游的流量控制单元(100)，
其中所述流量控制单元(100)被配置成使得预定范围内的流量到达所述液滴发生器单元(200)，
其中所述控制器被配置成与所述液滴发生器液体流量成比例地控制所述液滴产生频率，
其中所述液滴发生器单元(200)包括孔口(211)，并且其中所述液滴发生器单元(200)被配置成通过引导穿过所述孔口(211)的所述液滴发生器液体流量来产生液体射流(228)，其中所述孔口(211)具有孔径(D)，
其中，对于具有下限和上限的液滴发生器流量范围内的每个液滴发生器液体流量，所述上限是所述下限的至少2倍，
所述控制器被配置成将所述液滴产生频率(f)控制为处于通过0.5·v和1.5·v限定的范围内，其中v是通过v＝0.28·F/D3限定的频率变量，其中D是孔径，并且F是流到所述液滴发生器单元(200)的液滴发生器液体流量，
其中所述液滴发生器单元还包括液滴流量区域，
其中所述系统被配置成：在所述液滴流量区域中建立在1m/s至20m/s范围内的流速。
2.根据权利要求1所述的检测器系统，其中所述液滴发生器单元(200)被配置成产生干扰并将所述干扰传递到所述液滴发生器液体流量，其中所述液滴产生频率(f)对应于所述干扰的频率。
3.根据权利要求1所述的检测器系统，
其中对于处于输入流量范围内的每个输入液体流量，所述流量控制单元(100)被配置成朝着所述液滴发生器单元(200)在输出流量范围内引导所述液滴发生器液体流量，
其中所述输入流量范围具有输入下限和输入上限，其中所述输入上限是所述输入下限的至少10倍，
其中所述输出流量范围具有输出下限和输出上限，其中所述输出上限是所述输出下限的至多5倍。
4.根据权利要求1所述的检测器系统，其中所述检测器系统是带电气溶胶检测器系统。
5.根据权利要求1所述的检测器系统，其中，所述半峰全宽低于
6.根据权利要求1所述的检测器系统，其中，所述半峰全宽低于
7.根据权利要求1所述的检测器系统，其中，所述半峰全宽低于
8.根据权利要求1所述的检测器系统，其中，所述控制器被配置成将所述液滴产生频率(f)控制为处于通过0.8·v和1.2·v限定的范围内。
9.根据权利要求1所述的检测器系统，其中，所述控制器被配置成将所述液滴产生频率(f)控制为处于通过0.9·v和1.1·v的限定的范围内。
10.根据权利要求3所述的检测器系统，其中，所述输入上限是所述输入下限的至少30倍。
11.根据权利要求3所述的检测器系统，其中，所述输入上限是所述输入下限的至少100倍。
12.根据权利要求3所述的检测器系统，其中，所述输出上限是所述输出下限的至多4倍。
13.根据权利要求3所述的检测器系统，其中，所述输出上限是所述输出下限的至多3倍。
14.根据权利要求3所述的检测器系统，其中，所述输出上限是所述输出下限的至多2.5倍。
15.一种分析方法，所述方法包括使用根据权利要求1到14中任一项所述的检测器系统。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法进一步包括液滴发生器单元(200)以液滴产生频率(f)产生液滴(224)，其中所述方法进一步包括调节所述液滴产生频率(f)。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述方法进一步包括所述液滴发生器单元(200)产生干扰并将所述干扰传递到液滴发生器液体流量，其中所述液滴产生频率(f)对应于所述干扰的频率。
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