CN112567232A - 测量分子手性的方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测量手性分子的样品中分子的手性的方法，该样品包含至少一种化学种类，该方法包括以下步骤：将手性分子的样品引入到电离区域(13)中；通过电磁辐射(14)使电离区域(13)中的分子电离；并检测由电离产生的并相对于电磁辐射(14)的传播轴z在电离区域(13)的前面和后面发射的电子的分布；其特征在于，电磁辐射(14)是椭圆偏振的，椭圆率作为时间的函数连续且周期性地变化，该方法的特征还在于，它包括根据作为时间的函数连续检测的电子分布来确定分子的手性的步骤。本发明还涉及一种使用这种方法来测量分子的手性的系统(1)。

Description

测量分子手性的方法和系统

技术领域

本发明涉及一种用于测量手性分子样品中的分子的手性的方法，该样品包含至少一种化学种类的手性分子。它还涉及实现这种方法的测量系统。

本发明的领域是手性分子混合物的化学分析领域。

背景技术

在许多工业过程中，化学混合物的分析在研发和质量控制方面是必不可少的工具。手性分子以至少两种形式存在，即在其镜像上不能重叠的对映体，特别难以分析。这些分子在许多工业领域，诸如药理学、食品加工、农用化学品等中起着至关重要的作用，其中对映体纯度能够是主要重要的。例如，药物化合物能够包含手性分子，并且由于生物体对分子的响应能够取决于其手性，因此了解这些化合物的分子的对映体组成至关重要。

已经开发出许多用于测量对映体纯度的方法。

分析分子手性的历史技术是基于圆二色性(CD)。通过测量左旋或右旋圆偏振辐射的吸收差异，能够获得与样品的手性有关的信息。但是，CD的效果非常微弱，需要稠密的(液体)样品，因此需要大量的材料。它提供了微弱的信号，需要长的获取时间，以获得良好的信噪比。

基于光电子圆二色性(PECD)的另一种公认技术是通过圆偏振辐射将气体样品的手性分子电离。通过电离而发射的电子的角度分布沿着光的传播轴具有强的不对称性。因此，根据光的螺旋性(圆偏振的转动方向)或分子的对映异构体，较多或较少的电子被向前或向后发射。此技术针对单光子电离能够使用极紫外光(XUV)范围内的辐射，在电离是多光子电离的情况下，也能够使用紫外、可见或红外激光辐射。在文件WO2018/060120A1中描述了一个示例。

在混合物含有几种化学种类的情况下，对映体分析更为复杂。为了知道源自每个电子的离子，使用PECD的当前技术基于对所产生的电子和离子的同时的并存、检测。这种类型的检测要求对每一激光脉冲测量出最多一个事件，以便仅产生一个电子并能够将其分配给其母离子。因此，这极大地限制了此类测量的速度和精度。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于测量的方法和系统，其允许以简单、可靠和快速的方式分析样品的化学和对映体组成。

本发明的另一个目的是提出一种用于测量方法和系统，其允许对手性分子样品的组成进行连续监测或检查。

本发明的另一个目的是提出一种用于测量的方法和系统，其允许对多种类样品中种类的相对比例进行连续监测或检查，并确定每种种类的对映体过量。

本发明的目的还在于提出一种不需要任何样品制备而仅需要较低样品消耗的用于测量的方法和系统。

最后，本发明的目的是提出一种不需要任何离子的检测的用于测量的方法和系统。

这些目的中的至少一个是通过一种用于测量手性分子的样品中的分子的手性的方法来实现的，该样品包含至少一种化学种类，其中，该方法包括以下步骤：

-将手性分子的样品引入到电离区域中；

-通过电磁辐射使电离区域中的分子电离；

-检测由电离产生的并相对于电磁辐射的传播轴z被发射到电离区域的前面和后面的电子的分布；以及

-根据作为时间的函数连续检测的电子分布来确定分子的手性。

电磁辐射是椭圆偏振的，其中，辐射的偏振椭圆率作为时间的函数而连续且周期性地变化。

在本发明的框架内，术语“电子分布”能够同时表示：

-通过简单计数获得的电子的数量，

-电子的空间分布，或

-电子的角度分布，

其中，电子相对于电离辐射的传播轴朝着电离区域的前面和后面发射。

因此，在本发明的框架内，样品分子的手性能够通过向前发射的电子数量和向后发射的电子数量来确定。

根据本发明的方法所提出的技术基于连续测量的电子或光电子的椭圆二色性。因此，向前和向后发射的电子的分布的变化以及由此的不对称性根据时间和电磁辐射的偏振状态被测量。通过使辐射的偏振椭圆率作为时间的函数连续且周期性地变化，偏振在左旋圆偏振-左旋椭圆偏振-线性偏振-右旋椭圆偏振-右旋圆偏振偏振之间连续且周期性地振荡。对周期信号的连续测量则使得能够对分子样品进行更简单，更快速的分析。

有利地，能够实时地执行确定手性的步骤。

根据特别有利的实施例，检测步骤能够通过测量在时间t_i(i＝1、2等)时相对于电磁辐射的传播轴z发射到电离区域的前面和后面的电子的数量来进行的，其中，对于每次测量在间隔Δt＝(t_i-t_i-1)期间对所测得的数量进行积分。

因此，整个测量时间对于对信号进行正确采样都是有用的，而不失去时间。

根据非限制性实施例，确定分子的手性的步骤能够包括以下步骤：将相对于电磁辐射的传播轴z在电离区域的前面检测到的电子数量与在电离区域的后面检测到的电子数量进行比较。

有利地，根据本发明的方法还能够包括以下步骤：对电子分布的时间演变进行傅里叶分析，以获得分布的频谱。

实际上，通过周期性地调制电离辐射的偏振状态，以电子分布形式检测到的信号也具有周期性。这种周期性使得能够对信号进行简单分析、特别是进行包括执行傅立叶变换的傅立叶分析步骤。傅里叶变换使得能够通过电子分布的时间演变的频谱来获得分子样品的其他特性，例如对映体过量及其时间演变。

因此，在考虑单种类分子的样品的情况下，根据本发明的方法还能够包括以下步骤：根据电子分布的频谱来确定对映体过量。

有利地，还能够在电子分布的连续时间片段上进行傅立叶变换。然后能够监测对映体过量的时间演变。

替代地，能够直接从对电子信号的分析中获得电子分布的时间演变，例如，使用一组电子滤波器使得能够测量傅立叶变换的不同分量，或者使用电子频谱分析仪。

根据实施例，根据本发明的方法还能够包括以下步骤：根据作为时间的函数的电子分布来生成电子的空间和/或角度分布图。

根据示例，分布图能够是电子的速度图。

该图由落在检测器上的电子数构成。检测器上的位置反映了电子在电离期间的速度及其发射方向。每种手性分子都有特定的速度图。

有利地，根据本发明的方法还能够包括以下步骤：对分布图的每个分量进行傅立叶分析。

替代地或附加地，根据本发明的方法还能够包括以下步骤：

-确定分布图在电磁辐射的传播轴上的投影；以及

-对投影的时间演变进行傅立叶分析，以获得频谱。

根据变型，能够利用合适的一维检测器直接测量分布图的投影。

有利地，针对多种类分子的样品，该方法还能够包括以下步骤：根据分布图的投影的频谱来确定样品种类。

根据实施例，根据本发明的方法还能够包括以下步骤：根据分布图的投影的频谱来确定对映体过量。

有利地，除了对偏振的调制之外，还能够对电磁辐射的其他参数进

行时间调制，例如能量(或强度)、波长或激光脉冲持续时间。电子分布的时间演变则不同于仅调制偏振椭圆率的分布或仅与该分布相比被增强。在这种增强的电子分布的傅立叶光谱中，与仅调制偏振椭圆率的分布相比，存在的组分或峰值的数量增加了。然后，最大数量的组分使得能够对多种类分子样品的化学和对映体组成进行更精细的分析，并对其进行实时监测。

根据本发明的另一方面，提出一种用于测量手性的系统，该系统包括：

-电离区域，其设置为接收包含至少一种化学种类的手性分子的样品；

-电磁辐射源，其设置为发射电磁辐射，并借助于电磁辐射使电离区域中的手性分子电离；

-电子检测装置，其设置为检测由电离产生的并相对于电磁辐射的传播轴z发射到电离区域的前面和后面的电子的分布；

-偏振调制器，其设置为使电磁辐射椭圆地偏振，并且使辐射的偏振椭圆率作为时间的函数连续且周期性地变化；以及

-确定装置，其设置和/或编程为根据作为时间的函数连续检测到的电子分布来确定分子的手性。

根据非限制性示例，电子检测装置能够包括磁场喷射不对称性检测器和速度图成像光谱仪中的至少之一。

特别有利的是，电磁辐射源能够是激光源。

优选地，激光源是产生飞秒脉冲的脉冲激光源。

根据非限制性示例，脉冲激光源的波长的范围能够从紫外线到可见光。

根据有利的变型，脉冲激光源能够是高速光纤激光。

这样的激光源是可商购的，并且易于与根据本发明的系统一起使用。

通常，电磁辐射源的波长决定分子的电离类型，即单光子电离或多光子电离。

实际上，波长在可见光、红外线或紫外线范围的脉冲激光源产生能够引起多光子电离的辐射。相反，无论远紫外线光源或极紫外线光源是连续的还是脉冲的，它们均能够引起单光子电离。

根据实施例，根据本发明的系统还能够包括用于激光源的脉冲持续时间调制器。

根据实施例，根据本发明的系统还能够包括设置为检测电离的分子的离子检测器。

离子检测器能够例如是质谱仪。

即使离子检测器对于实现根据本发明的方法不是必不可少的，但是它仍然能够用于监测样品的化学组成的时间演变并为多种类混合物的对映体分析提供额外的精度。

有利地，偏振调制器能够包括四分之一波片，其设置为围绕辐射的传播轴转动。

这种调制器特别易于使用，节省空间并且经济。市售的电动转动装置能够与四分之一波片一起使用。

也能够使用其他类型的偏振调制器，例如电光元件(普克尔斯盒等)。

根据变型，能够通过两个偏振分量的干涉控制来调制偏振的椭圆率。

有利地，根据本发明的系统还能够包括用于电磁辐射的强度调制器和/或用于电磁辐射的波长调制器。

通常，确定装置包括至少一台计算机、中央处理或计算单元、模拟电子电路(优选为专用的)、数字电子电路(优选为专用的)和/或微处理器(优选为专用的)和/或软件装置。

有利地，根据本发明的系统设置为实施根据本发明的方法。

根据一个实施例，确定装置和/或编程为实时地确定手性。

根据一个示例，检测装置设置为在时间t_i(i＝1、2等)时对相对于电磁辐射的传播轴发射到电离区域的前面和背面的电子的数量进行测量，其中，确定装置设置和/或编程为对于每次测量在间隔Δt＝(t_i–t_i-1)期间对所测得的数量进行积分。

根据一个实施例，确定装置设置和/或编程为将相对于电磁辐射的传播轴在电离区域的前面检测到的电子数量和在电离区域后面检测到的电子数量进行比较，其中，检测装置设置为检测电子的数量。

有利地，确定装置设置和/或编程为对电子分布的时间演变进行傅立叶分析，以便获得分布的频谱。

根据一个示例，对于单种类分子的样品，确定装置设置和/或编程为根据电子分布的频谱确定对映体过量。

根据一个实施例，确定装置设置和/或编程为根据作为时间的函数的电子分布生成电子的空间和/或角度分布图。

根据一个变型，确定装置设置和/或编程为对分布图的每个分量执行傅立叶分析。

根据一个实施例，确定装置设置和/或编程为：

-确定分布在电磁辐射的传播轴上的投影；以及

-对投影的时间演变执行傅立叶分析，以便获得频谱。

根据一个示例，针对多种类分子的样品，确定装置设置和/或编程为根据分布图的投影的频谱来确定样品种类。

根据另一个示例，确定装置设置和/或编程为根据分布图的投影的频谱来确定对映体过量。

根据本发明的方法和系统能够被分别用于在药理学、食品加工或农药领域中对分子的手性的测量。实际上，这些行业需要可靠且快速的手性分析技术，特别是在新化合物的开发阶段，以鉴定例如反应产物及其对映体过量。

根据第一应用示例，对在其中发生化学反应的混合物的组成进行实时监测可能是非常有用的。能够直接利用根据本发明的方法和系统来进行反应监测，尤其是通过收集在其中发生反应的容器所排放的蒸气来进行该反应监测。

根据第二应用示例，连续地进行手性分析测量能够是非常有用的，特别是在研究和开发阶段中合成具有非常相似结构的多种产品期间，其中，可靠性和速度的因素非常重要。例如，在基础分子上，不同的官能团能够被取代，以向具有最佳的寻求性能的化合物收敛。在该特定领域中，待测量的中间化合物通常少量产生，这是根据本发明的方法和系统所提出的要满足的要求。

根据第三应用示例，在质量控制期间，特别是在生产结束时进行手性分析。理想地，利用实时分析来非常有规律地甚至连续地对非常少量的待分析产品进行采样，使得能够量化对映体过量及其随时间的演变。

更一般地，根据本发明的用于测量的方法和系统能够分别用于手性分子样品的对映体纯度的分析。

附图说明

在对绝非限制性示例的详细描述的研究并根据附图，其他优点和特征将变得明显，其中：

-图1是根据本发明的装置的非限制性实施例的示意图；

-图2A是根据本发明的装置的激光辐射的偏振的示意图；

-图2B和2C是利用根据本发明的装置或方法对手性分子样品分析的非限制性示例的示意图；

-图3表示根据本发明的方法的实施例的图；

-图4是根据本发明的方法的实施例的对映体过量的测量示例；

-图5是利用本发明的单种类样品分析的非限制性示例的示意图；以及

-图6A至6D是利用本发明的多种类手性分子的混合物的样品分析的非限制性示例的示意图。

具体实施方式

应当理解，下文中将要描述的实施例绝不是限制性的。特别地，能够设想本发明的变型仅包括对下文中描述的与所描述的其他特征相分离特征的选择，前提是该特征的选择足以赋予技术优势或使本发明相对于现有技术水平有所区别。该选择包括至少一个优选是功能性的特征，该特征无结构细节，或者只有一部分结构细节，前提是仅这部分结构细节就足以赋予技术优势或使本发明相对于现有技术水平有所区别。

特别地，如果从技术观点来看不反对这种组合，则所描述的所有变型和所有实施方式能够组合在一起。

在附图中，几个附图共有的元素保持同一附图标记。

图1是根据本发明的用于测量的系统的非限制性实施例的示意图。

图1表示的系统1包括电磁辐射源10，例如脉冲激光器。

优选地，该激光源10是在红外范围中(例如，在1030nm)发射的脉冲光纤激光，可选地与非线性晶体例如倍频晶体组合，以产生大约515nm的辐射。所发射的脉冲是飞秒脉冲，速度约为每秒2百万个脉冲。每个脉冲的能量约为几μJ的量级。利用这样的激光源，分子的电离是共振多光子电离。

在本发明的框架内能够使用不同类型的飞秒激光源，所述不同类型的飞秒激光源是本领域技术人员所公知的，因此在此将不进行详细描述。

系统1还包括分子的容器11。容器11中的分子混合物能够是单种类或多种类。混合物能够以固体、液体或气体形式存在。容器11能够例如是烧瓶。

分子样品以气态形式通过气体管道12朝着电离区域13传输。为了在容器11中的混合物为固体或液体时获得气态形式，能够例如对容器进行加热。

电离区域13通常由真空室18来实现，气体被引入该真空室中。

借助于在图1中由附图标记15表示的已知的光束整形装置(例如镜子和透镜)，由激光10发射的光束14被引导并聚焦到电离区域13中。

根据本发明的系统1还包括偏振调制器16。偏振调制器16被设置成使激光辐射14椭圆地偏振，并且随时间连续地改变偏振的椭圆率。

根据有利的实施例，偏振调制器是四分之一波片16，该四分之一波片设置成围绕激光辐射的传播轴z转动。当线性偏振光束通过四分之一波片16时，对于入射的线性偏振，取决于片的快轴和慢轴的取向，在片16之后产生的光束的偏振是线性的、圆形的或椭圆形的、左旋的或右旋的取向。当将四分之一波片16设置成围绕传播轴z(对应于片16的主轴)连续转动时，所得到的偏振的椭圆率作为时间的函数在左旋圆形-左旋椭圆形-线性-右旋椭圆形-右旋圆形之间改变。图2A显示了每秒转动45°的四分之一波片的偏振的椭圆率的时间演变的示例。该演变具有正弦形状。

能够通过本领域技术人员已知的任何方式特别是借助于机动化的板支撑件来实现四分之一波片的转动。

根据实施例，根据本发明的系统1还能够包括用于激光束的强度调制器(或能量调制器，未示出)。该调制器能够是例如由半波片和固定偏振器构成的衰减器。半波片的连续转动使得激光能量可以周期性调制。强度调制的频率能够低于偏振的椭圆率的调制的频率。例如，椭圆率调制周期能够是1秒，并且强度调制周期能够是20秒。

根据另一个实施例，根据本发明的系统1还能够包括用于激光脉冲持续时间的调制器(未示出)。例如，在包括光栅压缩器的频率漂移放大激光器的情况下，能够借助于机械平移装置通过改变压缩器的光栅之间的距离来执行调制。

根据又一个实施例，根据本发明的系统1能够包括用于电磁辐射源的波长调制器。在脉冲激光源的情况下，例如可以通过改变倍频晶体的取向来精细地调制波长，或者通过使用光学参量放大器类型的频率转换装置来剧烈地调制波长。

当激光辐射与存在于电离区域中的分子相互作用时，分子被电离，从而释放出电子。优选地，每个激光脉冲使至少一个分子电离。电子沿不同方向被发射。由于分子的手性，所发射电子的角度和/或空间分布是不对称的，这意味着向前发射的电子多于向后发射的电子，或者向后发射的电子多于向前发射的电子。这种不对称性存在于激光的圆形偏振和椭圆偏振。当辐射的偏振为线性时，该不对称性消失。

仍然参照图1，根据本发明的系统1还包括电子检测装置，其被设置成对由分子的电离所产生的并相对于光的传播轴z被发射到电离区域13的前面和后面的电子或光电子进行检测。在所示的实施例中，这些检测装置由位于电离区域13的前面和后面的板17a、17b表示。

电子检测装置包括例如用于电子的速度图成像(VMI)光谱仪。这种VMI光谱仪对电子角度和/或空间分布成像并将其转换成能够由相机测得的光信号。

其他电子检测器例如是通过使用磁场将电子引导到两个检测器上来直接地测量向前和向后发射的电子的数量的检测器。

根据本发明的系统1还包括例如计算机的确定装置(未示出)。该装置特别地被设置成根据随时间进行连续检测的电子空间或角度分布来执行对分子的手性的确定。该装置能够执行如下详细所述的其他分析操作。

以下将参考图1至图5描述根据本发明的用于测量的方法的实施例，该方法由根据上述实施例的系统实现。

将分子的气体样品引入到电离区域13中。该样品能够包含单化学种类或者多化学种类的分子。分子在电离区域13中借助于激光辐射14通过共振多光子电离被电离。通过四分之一波片16的转动而将激光束14椭圆地偏振成使得椭圆率作为时间的函数连续地变化。图2A示出了四分之一波片转动45°/s时偏振的椭圆率的时间演变。

检测通过电离发射的光电子，尤其是测量光电子相对于传播轴z朝向电离区域的前面和后面的数量和/或角度或空间分布。这使得尤其可以测量取决于辐射的偏振椭圆率的光电子分布的向前和向后不对称性。能够例如利用VMI光谱仪来测量角度分布。

所测量信号的变化具有周期性：在四分之一波片的每个半圈处信号是相同的，与在片的每个半圈处也是相同的偏振椭圆率一致(参见图2A)。该周期性使得能够通过例如傅立叶变换来简单地分析信号。信号是“动态”测量的，即在曝光时间Δt上对其求平均，并且在没有停滞时间的情况下每隔Δt测量一次。选择曝光时间Δt以获得良好的信号水平。因此，必须调节四分之一波片16的转动速度，以便对信号的振荡进行正确采样。根据示例，对于以45°/s转动的片，曝光时间Δt＝50ms。当然，能够选择片的其他曝光时间和其他转动速度。

为了能够确定样品的分子的手性，将作为时间的函数的朝前发射的电子数量F与朝后发射的电子数量B进行比较。获得如下定义的不对称性函数G(t)：G＝4(F-B)/(F+B)。在图2B中示出了该函数G(t)根据四分之一波片的转动(在图2A中示出)的变化。

在图2B中观察到，不对称性G(t)具有复杂且非正弦的时间结构。这意味着向前和向后的不对称性的变化不是随激光的偏振椭圆率单调的，而是甚至能够改变符号。该效应是由于激光器的多光子电离的共振性质。

不对称性函数G(t)的傅立叶分析包括通过傅立叶变换分解函数，从而能够获得作为振荡频率的函数的频谱。图2C中示出了图2B的函数G的频谱。该频谱示出了从31至34的一系列峰值，这一系列峰值反映了对激光的椭圆率的响应的非线性，即反映了电子分布的不对称性的时间演变的非线性。

能够使用多种方式通过傅立叶变换进行分解。这些可能性在图3中被总结。

从电子的空间(或角度)分布20能够直接获取单一种类样品的对映体过量21。也能够生成如上所示的速度图22。然后能够以至少两种方式分析速度图22。首先，传播轴z上的投影23使得能够确定多种类样品的化学组成24以及对映体过量25(在一维分析中)。其次，能够直接根据速度图22而无需通过投影23来确定多种类样品的化学组成24以及对映体过量25(二维分析，用虚线箭头表示)。

下面将详细介绍不同的测量和分析示例。

单种类样品的对映体过量的直接测量

参照图2C，傅立叶变换的主峰值31的幅度I_peak使得可以在使用对映体纯化合物进行校准后来直接测量单种类样品的对映体过量，其中，傅立叶变换的主峰值的幅度为I_peak ^ref。对映体过量ee定义如下：

ee＝([R]-[S])/([R]+[S]),

其中，[R]和[S]为样品中存在的两种对映体的浓度。其通过傅里叶变换分析直接提供：

ee＝I_peak/I_peak ^ref.

因此，使用高速激光源诸如飞秒光纤激光，能够非常快速进行对映体过量的精确测量。

图4示出了根据测量持续时间变化的ee测量的精度(置信区间为95％)。可以观察到，在大约3秒的测量中达到了约5％的精度。通过重复测量，即通过执行较长的采集并将要分析的信号切割为3秒长的连续的片段，能够实现更高的精度。这是信号的Gabor分析的原理，其由分析时间窗口中的局部傅立叶变换组成。以这种方式定位的所有这些傅立叶变换形成信号的Gabor变换，其然后提供了局部频谱。

下表1中汇总了对120次5秒测量(即总采集时间为10分钟)的统计分析。该统计分析的精度为0.4％(右手列)。表1列出了使用根据本发明的技术的几种对映体混合物的特征，并与混合物制造商提供的数据进行了比较。比较表明，制造商的理论预测与利用本发明的方法获得的结果之间一致性很好。该精度是由于激光辐射的偏振椭圆率的连续变化和动态采集而实现的。如上所述，所有的测量时间对于对电子分布的信号的振荡进行采样是有用的。傅里叶分析通过仅再现信号的振荡部分来滤除噪声。

混合物	制造商的对映体过量	测得的对映体过量
			1	-84.2±4％	84.0±0.4％
2	63.1±4％	62.7±0.5％
			3	25.1±4％	24.9±0.4％

表1

单种类样品的对映体组成的实时监测

进行对映体过量的快速且精确地确定的可能性使得可以对样品的对映体组成进行实时监测。为此，将测得的信号切割成时间片段，并对每个片段进行傅里叶分析(代表Gabor分析)。每个片段的持续时间确定了每次测量的精度和监测的时间分辨率。

图5示出了通过该方法针对包含两个相反手性(+)和(-)的分子的葑酮样品获得的结果。这里，根据时间针对葑酮F(+)、F(-)或其混合物M1、M2的对映体纯样品示出测得的对映体过量51。通过关闭和打开含有不同的加热的液体化合物的相应烧瓶来进行从一个样品到另一个样品的过渡。因为样品要经过烧瓶与电离区域之间的路径，因此从一个样品到另一个样品的过渡需要几分钟。该测量使得可以以较高的精度实时监测样品的对映体组成。

多种类样品中的对映体过量的测量

作为偏振椭圆率的函数的不对称信号G(t)的变化取决于所考虑的化学种类。从傅立叶分析的观点来看(参见图2C的示例)，这意味着频谱的不同峰值的幅度和相位是电离分子种类的特征，并且然后能够用于对几种化学种类的混合物进行对映体分析。为了完全表征多种类混合物，还必须知道所测信号中不同种类的相对权重以及每种种类的对映体过量。

为了知道不同种类的相对贡献，可以利用以下事实：不同分子种类的共振电离产生具有不同速度分布的光电子。通过(例如，使用VMI光谱仪)测量作为激光辐射的偏振椭圆率的函数的速度图的变化，针对不同的电离分子种类，获得不同标记。为了简化对速度图变化的分析，考虑到速度图在激光传播的z轴上的投影P(z,t)，可以将其限制于一维研究。能够根据在VMI上测得的速度图的2D图像来进行数字投影。替代地，能够利用专用检测器直接测量投影。

获得的投影P(z,t)作为激光的偏振椭圆率和时间的函数而振荡。为了确定不同种类的贡献，使投影如下对称：P^sym(z,t)＝(P(z,t)+P(-z,t))/2。为了获得P^sym(z,Ω)，对每个点z的变化进行傅里叶分析，其中Ω是振荡频率。根据考虑偏振椭圆率的情况下的分子种类的响应，傅立叶变换在频率Ω₁、Ω₂等处呈现不同的峰值。建立了包含空间分辨傅立叶变换的复数值的基础：P^sym(z,Ω₁)，P^sym(z,Ω₂)等。

图6A示出了莰酮60化合物和葑酮61化合物在z轴上的对称投影示例P^sym(Ω₁)。这些种类具有相同的质量和非常相似的电离势。不过，图6A示出速度分布不相同。

对未知混合物中将必须要识别的不同纯分子种类重复这一过程。混合物能够包括两种或更多种化合物。然后获得一系列P_A ^sym(z,Ω₁)、P_A ^sym(z,Ω₂)等等，P_B ^sym(z,Ω₁)、P_B ^sym(z,Ω₂)等等，其中A和B表示种类(针对具有两个种类A和B的混合物)。

在测量未知混合物的速度图期间，得到对称投影P_mix ^sym(z,Ω₁)、P_mix ^sym(z,Ω₂)等等。然后使用最小二乘法(或其他调整过程)来使以下函数最小化：

f＝|P_mix ^sym(z,Ω₁)-a*P_A ^sym(z,Ω₁)-(1-a)*P_B ^sym(z,Ω₁)|²+α|P_mix ^sym(z,Ω₂)-a*P_A ^sym(z,Ω₂)-(1-a)*P_B ^sym(z,Ω₂)|²+…，

其中，α被选择，以便平衡傅立叶光谱的不同峰值的贡献的相对权重。

该过程使得能够确定系数α，该系数给出了不同种类对所检测信号的贡献的相对权重。如果在相同的总压力下对单种类和多种类样品进行不同的测量，则该权重使得能够推导出种类的分压。

通常通过质谱法进行相对权重的测量，这与电子的检测相一致。但是，该常规技术极大地限制了采集持续时间，并且无法区分具有相同质量的种类。上述过程使得能够对具有相同质量的两种种类进行区分，例如莰酮和葑酮。

为了知道每一种种类的对映体过量，一旦确定了混合物中每一种种类的相对权重，就将与上述关于速度分布的对称部分所述的过程相似的过程应用于反对称部分：

P^antisym(z,t)＝(P(z,t)-P(-z,t))/2,

其表示在频率Ω’₁、Ω’₂等处的傅立叶峰值。

图6b示出了莰酮60化合物和葑酮61化合物在z轴上的反对称投影示例P^antisym(Ω₁)。两种种类的速度分布的反对称贡献明显不相同。将以下函数最小化：

g＝|P_mix ^antisym(z,Ω’₁)-a*ee_A*P_A ^antisym(z,Ω’₁)-(1-a)*ee_B*P_B ^antisym(z,Ω’₁)|²+α|P_mix ^antisym(z,Ω’₂)-a*ee_A*P_A ^antisym(z,Ω’₂)-(1-a)*ee_B*P_B ^antisym(z,Ω’₂)|²+…,类似于对称部分的函数f。

因此，获得了每个种类ee_A和ee_B的对映体过量。

上面描述的用于对多种类样品分析的方法还能够与Gabor分析相关联，以便从化学种类的角度和从化学种类的对映体组成的角度对混合物的组成进行实时监测。

图6C表示当打开和关闭含有莰酮62和葑酮63的烧瓶时，莰酮和葑酮的分压随时间演变，从而改变它们的相对比例。

图6D分别表示莰酮64和葑酮65通过打开和关闭包含它们的烧瓶而从a(-)样品过渡到a(+)样品时，它们的对映体过量的时间演变。

速度分布在z轴上的投影旨在降低问题的维数，并减少数据处理。然而，也能够使用速度分布的二维图进行多种类样品的分析。

当除了对偏振进行调制之外，还对电磁辐射的其他参数例如激光脉冲的能量(或强度)、波长或持续时间进行时间调制时，电子分布的时间演变不同于图2B所示的仅调制偏振的椭圆率时的电子分布的时间演变，或与图2B所示的电子分布的时间演变相比被增强。如图2C所示，在这种增强的电子分布的傅立叶光谱中，与其中仅调制偏置椭圆率的分布相比，存在的组分数增加了。然后，这种较大量的组分使得能够对对映体过量较精细地分析，并且能够对其进行实时监测。

当然，本发明不限于刚才所描述的示例，并且在不超出本发明的范围的情况下可以对这些示例进行多种修改。

Claims (21)

1.一种用于测量手性分子的样品中的分子的手性的方法，所述样品包括至少一种化学种类，其中，所述方法包括以下步骤：

-将手性分子的样品引入到电离区域(13)中；

-通过电磁辐射(14)使所述电离区域(13)中的分子电离；以及

-检测由电离产生的并且相对于所述电磁辐射(14)的传播轴z被发射到所述电离区域(13)的前面和后面的电子的分布；

其特征在于，所述电磁辐射(14)是椭圆偏振的，其中，所述辐射的偏振椭圆率作为时间的函数连续且周期性地变化，其中，所述方法的特征还在于，它包括以下步骤：

-根据作为时间的函数连续检测到的电子分布来确定分子的手性。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定手性的步骤是实时进行的。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述检测步骤是通过测量在时间t_i(i＝1、2等)时相对于所述电磁辐射(14)的传播轴z发射到所述电离区域(13)的前面和后面的电子的数量来进行的，其中，对于每次测量在间隔Δt＝(t_i-t_i-1)期间对所测得的数量进行积分。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，确定所述分子的手性的步骤包括以下步骤：将相对于所述电磁辐射(14)的传播轴z在所述电离区域(13)的前面检测到的电子数量和在所述电离区域后面检测到的电子数量进行比较。

5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：对所述电子分布的时间演变进行傅立叶分析，以获得所述分布的频谱。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，针对单种类分子的样品，所述方法还包括以下步骤：根据所述电子分布的频谱确定对映体过量。

7.根据前述权利要求中的任一项所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：根据作为时间t的函数的所述电子的分布生成所发射的电子的空间分布和/或角度分布图P(x,t)，其中x是电子在所述图上的位置。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：对所述分布图的每个分量进行傅立叶分析。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：

-确定所述分布图P(x,t)在所述电磁辐射的传播轴z上的投影P(z,t)；以及

-对所述投影P(z,t)的时间演变进行傅里叶分析，以获得频谱。

10.根据权利要求9的方法，其特征在于，针对多种类分子的样品，所述方法还包括以下步骤：根据所述分布图的投影P(z,t)的频谱来确定所述样品的种类。

11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括以下步骤：根据所述电子的分布图的投影P(z,t)的频谱来确定对映体过量。

12.一种用于测量手性的系统(1)，包括：

-电离区域(13)，所述电离区域设置为接收包含至少一种化学种类的手性分子的样品；

-电磁辐射源(10)，所述电磁辐射源设置为发射电磁辐射(14)并借助于所述电磁辐射使所述电离区域(13)中的手性分子电离；以及

-电子检测装置(17a、17b)，所述电子检测装置设置为检测由电离产生的并相对于所述电磁辐射(14)的传播轴z发射到所述电离区域(13)的前面和后面的电子的分布；

其特征在于，所述系统(1)还包括：

-偏振调制器(16)，所述偏振调制器设置为使所述电磁辐射(14)椭圆地偏振，并且使所述辐射(14)的偏振椭圆率作为时间的函数连续地变化；以及

-确定装置，所述确定装置设置或者编程为根据作为时间的函数连续检测到的电子分布来确定分子的手性。

13.根据权利要求12所述的系统(1)，其特征在于，所述电子检测装置(17a、17b)包括磁场喷射不对称性检测器和速度图成像光谱仪中的至少之一。

14.根据权利要求12或13所述的系统(1)，其特征在于，所述电磁辐射源(10)是激光源。

15.根据权利要求14所述的系统(1)，其特征在于，所述激光源(10)是飞秒脉冲激光源。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述系统还包括设置为检测电离的分子的离子检测器。

17.根据权利要求16所述的系统(1)，其特征在于，所述离子检测器是质谱仪。

18.根据权利要求12至17中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述偏振调制器(16)包括四分之一波片，所述四分之一波片设置为围绕辐射的传播轴z转动。

19.根据权利要求12至18中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述系统还包括用于所述电磁辐射的强度调制器和/或用于所述电磁辐射的波长调制器。

20.根据权利要求15至19中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述系统还包括用于所述激光源(10)的脉冲的持续时间的调制器。

21.根据权利要求12至20中任一项所述的系统(1)，其特征在于，所述系统设置为实现根据权利要求1至11其中之一所述的方法。

Images