CN112804938A - 用于低挥发性采样的方法和设备 - Google Patents

Abstract

分子旋转共振(MRR)光谱法是一种与现有技术相比可以以更精细的时间分辨率提供准确的反应工艺数据的结构特异性高分辨率光谱技术。MRR光谱法是可以进行在线手性组合物测量的唯一分析技术。这使得MRR光谱法对于在线反应监测尤其有用，所述在线反应监测在今天通过手动提取样品并离线测量样品来完成并且每次测量花费3‑4个小时。相反地，当利用直接连接到反应管线的低挥发性采样接口进给时，MRR光谱仪可以在约10分钟内解析异构体。所述采样接口测量反应溶液的精确样品、将溶剂汽化以浓缩分析物、使分析物挥发并且将挥发的分析物注入所述MRR光谱仪的测量室中以进行MRR测量。样品浓缩和挥发快速发生并且无需任何额外的样品制备。这使得反应监测更加可行，从而有助于制造更安全、更便宜且更有效的药物。

Description

用于低挥发性采样的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请根据35U.S.C.§119(e)要求于2018年8月8日提交的题为“用于低挥发性采样的方法和设备(Methods and Apparatus for Low-Volatility Sampling)”的美国申请第62/715,846号的优先权权益，所述美国申请以全文引用的方式并入本文中。

政府支持

本发明是根据美国陆军(U.S.Army)授予的拨款号W31P4Q-15-C-0019在政府支持下完成的。政府拥有本发明的某些权利。

背景技术

分子旋转共振(MRR)光谱法基于分子在光谱的微波到毫米波区域(微波区域为1-40GHz并且毫米区域为30-3000GHz)中的指纹图谱来鉴定分子。每种化合物的独特光谱由辐射在低压(例如，小于100毫托)气相环境中与每个分子的翻滚(end-over-end)旋转的相互作用产生。光谱的模式与分子的三维结构非常精确地相关，因此，对分子的结构的任何修改都会改变此模式并且允许基于分子的结构对分子进行区分。技术的极高分辨率意味着可以在混合物中直接解析不同化合物的模式(光谱)而无需分离。另外，模式的结构仅取决于分子的三维结构(质量分布和电子电荷分布)，所述分子三维结构可以通过可商购获得的量子化学软件准确且有效地计算。因此，可以直接在复杂混合物中鉴定化合物而无需纯的参考标准品，所述纯的参考标准品可以非常昂贵并且难以生产。

一些MRR光谱仪是用于测量宽带光谱的研究性高灵活性仪器——即，所述MRR光谱仪可以表征样品中的所有分析物，包含未知的或未预料到的分析物。尽管这在期望对样品进行最全面的可能分析的分析实验室环境中是高度期望的，但在工艺线中，所关注分析物是已知的并且期望更简单的分析。另外，这些研究性仪器使用高带宽数字组件，因此，所述研究性仪器是昂贵的。

其它MRR光谱仪被设计成测量目标光谱——仅关注每个样品中的特定分析物的已知共振。这大大降低了波形生成和检测的成本，同时保留了技术的分子特异性。由于特定频率范围内激发功率的聚焦，在相同的时间量内，目标分析也比宽带分析更灵敏(10到100倍)。

发明内容

发明人已经认识到，MRR光谱法特别适合于对反应混合物中的异构体——包含对映异构体、非对映异构体和区域异构体进行快速鉴定和定量。傅里叶变换红外(FTIR)光谱法、拉曼(Raman)光谱法和紫外可见(UV-Vis)光谱法具有比MRR光谱法更粗糙的光谱分辨率：使用这些技术通常无法解析低水平杂质的光谱。气相色谱法和液相色谱法可以比光学光谱法更准确地鉴定多组分混合物，但是较慢并且是劳动力密集的。另外，在气相色谱法和液相色谱法下，结构类似的化学品和异构体经受共洗脱，这限制了结构特异性。核磁共振(NMR)系统需要手性位移试剂来解析对映异构体。而且，质谱分析法无法在没有大量努力的情况下解析异构体。

由于MRR光谱法对混合物内的立体异构体和区域异构体的敏感性，通过MRR光谱法进行的反应监测具有优于其它测量技术的内置优势。然而，使用MRR光谱法进行反应监测存在挑战，包含使具有高分子量的分析物挥发的挑战。为了解决这一挑战，发明人开发了低挥发性采样方法和接口，所述采样方法和接口可以使具有低挥发性(例如，沸点高于100℃)的高分子量分析物(例如，其分子量大于100道尔顿的分析物)足够快地挥发以进行在线反应监测。

这些低挥发性采样方法和接口包含一种分析溶液中的分析物混合物的方法。所述方法的实例包含提取所述溶液的样品，所述样品包含所述分析物混合物和溶剂。将所述样品转移到储器中，所述储器被加热到第一温度以使所述溶剂从所述溶液中蒸发。然后将所述储器加热到高于所述第一温度的第二温度以使所述分析物混合物中的至少一种分析物挥发。将所述分析物从所述储器转移到与所述储器热隔离的喷嘴。所述喷嘴将挥发的分析物注入真空室中，在所述真空室中，测量所述分析物的分子旋转共振(MRR)光谱。基于所述MRR光谱鉴定所述分析物。

其它实施例包含一种用于MRR光谱仪的采样接口。所述采样接口包含泵、与所述泵流体连通的储器、与所述储器热连通的加热器和与所述储器热隔离并且流体连通的喷嘴。在操作中，所述泵测量含有分析物混合物和溶剂的溶液的样品。所述储器接收所述样品。所述加热器将所述样品加热到高得足以使所述溶剂蒸发的第一温度并且加热到高得足以使所述分析物混合物中的至少一种分析物挥发的第二温度。而且，所述喷嘴将所述分析物排放到所述MRR光谱仪的真空室中。

另一个实施例包含一种分析溶液中的分析物混合物的方法。所述方法的实例包括调节进入储器的所述溶液的流。连续地使所述分析物混合物挥发并且将所述分析物混合物从所述储器转移到真空室，在所述真空室中测量分析物的MRR光谱。MRR光谱用于鉴定所述样品中的所述分析物混合物的至少一种组分。

又另一个实施例包含用于MRR光谱仪的另一种采样接口。所述采样接口包含流量调节器、与泵流体连通的储器、与所述储器热连通的加热器和与所述储器流体连通的喷嘴。在操作中，所述流量调节器调节含有分析物混合物和溶剂的溶液的流。所述储器接收样品。所述加热器将所述储器加热到高得足以使所述分析物混合物挥发的温度。而且，所述喷嘴将所述分析物混合物排放到所述MRR光谱仪的真空室中。

上述概念和下文更详细讨论的另外的概念的所有组合(前提是此类概念不相互不一致)是本文中公开的本发明主题的一部分。在本公开的结尾处出现的所要求保护的主题的所有组合是本文中公开的本发明主题的一部分。本文使用的也可能出现在通过引用并入的任何公开中的术语应被赋予与本文所公开的概念最一致的含义。

附图说明

技术人员将理解，附图主要出于说明性目的而非旨在限制本文中描述的本发明主题的范围。附图不一定按比例绘制；在一些情况下，本文中公开的本发明主题的各个方面可以被夸大或被放大地示出在附图中以便于理解不同的特征。在附图中，相似的附图标记通常指代相似的特征(例如，功能上类似的和/或结构上类似的元件)。

图1A是通过MRR光谱法的用于反应混合物的低挥发性采样入口的示意图。

图1B是耦接到用于MRR光谱仪的真空室的图1A的低挥发性采样入口的照片。

图1C示出了使样品分流到低挥发性采样入口的流分离器。

图1D是耦接到商用流反应器的流分离器的照片。

图2是具有适合于定量给送和连续流测量的外部挥发储器的低挥发性采样入口的示意图。反应溶液沉积在与加热块热接触以进行挥发的外部样品储器中。将低挥发性采样入口保持靠近光谱仪(例如，在10cm以内)减少了分析物损失、死体积和时滞。设备后的样品路径可以保持被加热。

图3是由注射器隔片进给的低挥发性采样入口的示意图。

图4是与MRR光谱仪集成的低挥发性采样入口的照片。

图5A是展示用于使用低挥发性采样设备进行溶液测量的温度循环方法的绘图。

图5B示出了用低挥发性采样入口完成的对在二氯甲烷中的10％v/v异蒲勒醇溶液的50μL注射剂的MRR光谱法测量的储器温度(上)、真空压力(中)和MRR光谱仪信号(下)的绘图。

图6是使用图1B的低挥发性采样入口和MRR光谱仪利用相同样品的三次独立运行的分析物信号对时间的绘图。

图7展示了青蒿酸(AA)到二氢青蒿酸(DHAA)和被称为四氢青蒿酸(THAA)的不期望的过度还原副产物的氢化，所述DHAA是合成重要的抗疟疾药物青蒿素的中间体。

图8A示出了对图7中所示的青蒿酸(AA)的氢化的粗反应混合物的MRR分析，从而示出了对混合物中的所有四种主要组分(起始材料、产物、产物的差向异构体和过度还原副产物)的选择性。

图8B示出了图7的粗反应混合物的拉曼光谱。拉曼光谱法通过双组分化学计量学模型来解析起始材料和产物。拉曼光谱法不能用于确定非对映异构体纯度或量化副产物。

图9A和9B分别示出了来自MRR光谱法和NMR测量的图7的反应的工艺监测结果。每个MRR结果在提取样品后的15分钟内确定，而NMR结果需要4个小时来返回。另外，NMR测量无法直接量化过度还原产物(THAA)。

具体实施方式

分子旋转共振(MRR)光谱法可以用于监测反应的完成、产物产率、中间体和包含异构体(对映异构体、非对映异构体和/或区域异构体)的杂质。MMR光谱法的影响来自于新的化学见解(例如，分辨率和特异性)、测量产率以及MMR光谱法可以生成结果的速度。新的化学见解意味着有更强的能力来理解为什么化学工艺按预期起作用或不起作用，并且速度可以推进制药行业内更大的连续生产目标。

与用于分析化学的其它技术不同，MRR光谱法可以用于对复杂混合物中的单独组分进行快速鉴定和定量，所述组分包含通常很难或无法通过其它技术解析的异构杂质。MRR光谱法的优势使其特别适合于在制药研究和开发实验室中分析挥发性化学品。由于MRR光谱法通过分析处于低压气相的分子而起作用，因此挥发性化学品被挥发或从溶液或固体变为气相以用于测量。

使化学品挥发可以具有挑战性，特别是当尝试确保MRR光谱仪分析与原始样品中的内容物有关的挥发的化学品(或化学混合物)时。幸运地，本发明低挥发性采样接口可以可靠且可重复地将气相样品和凝相样品两者引入旋转光谱法仪器中。低挥发性采样接口使液体溶液中的分析物如活性药物成分(API)、API前体、API中间体或API反应副产物浓缩并挥发，以用于使用MRR光谱法进行测量。低挥发性采样接口在几秒钟到几分钟的时间内将分析物挥发到载气流中——接口将样品加热到其沸点以下，并且所产生的蒸气被夹带到载气中。接口具有自动将蒸气注入真空室中以用于MRR分析的喷嘴。在分析之前，加热将溶剂(例如，EtOH)汽化，因此稀释溶液中的MRR信号基本上等于从纯固体中观察到的MRR信号。当预期样品中的分析物具有类似的蒸气压时，这特别充分地起作用，因为这样减少了顶部空间分区。

与其它采样接口不同，低挥发性采样接口可以使分子量超过100原子质量单位或道尔顿(u或Da)的分子直接从分子量超过100Da的溶液中挥发，而无需提前去除溶剂或其它(小的)杂质。这种能力使本发明低挥发性采样接口适合于直接从自动化工艺线对分析物进行采样。与当前采样技术相比，直接从自动化工艺线对较大的分析物进行采样是巨大的优势，所述当前采样技术涉及将纯固体或液体样品手动放入储器中以进行挥发。

使较大分子直接从反应溶液中挥发的能力使得可以使用MRR光谱法监测API合成的工艺研究和开发阶段。这是合成少量候选药物以生产用于毒理学、稳定性和调配物研究并最终用于有前途的候选品的临床试验的材料的阶段。这也是针对产率、效率和成本来开发和优化合成途径的阶段。可以淘汰不良候选品并推进优良候选品的速率是药物计划的成本和生产率的关键决定因素。对于MRR光谱法，快速简单的方法开发和快速的分析时间是优于其它分析技术的引人注目的优势。另外，能够容易地解析混合物中异构杂质(区域异构体、非对映异构体和对映异构体)是本领域中当前未遇到的重大挑战。

用于MRR光谱法的计量的低挥发性采样接口

图1A和1B展示了用于通过MRR光谱法来测量离散的反应混合物(样品)的计量的低挥发性采样接口100。图1A示出了采样接口100的示意图，并且图1B是耦接到MRR光谱仪的真空室130的采样接口100的照片。在操作中，此采样接口100将反应溶液引入MRR光谱仪中。采样接口通过以下来完成这一操作：(1)将等分试样的反应溶液(通常介于50μL与500μL之间)转移到挥发储器中；(2)从反应溶液中去除溶剂以浓缩所关注的较低挥发性分析物；以及(3)使分析物挥发并且通过脉冲喷流针孔喷嘴将分析物转移到MRR光谱仪的真空室中以进行分析。

采样接口100包含对经由耦接到流分离器(图1C和1D)的入口102接收的样品量进行调节或计量的微定量给送泵110。微定量给送泵110的输出经由第一阀112(例如，PTFE体型电磁阀)耦接到载气管线104，所述第一阀进而耦接到组合挥发储器和针孔喷嘴120。在图1A所示出的采样接口100中，挥发储器直接作为针孔喷嘴的一部分进行加工；在其它实例中，挥发储器和针孔喷嘴可以是单独的组件。组合挥发储器和针孔喷嘴120具有四个端口：来自微定量给送泵110的入口、来自载气管线104经由第三阀106的入口、经由喷嘴通向MRR光谱仪的真空室130的出口以及排气出口124。

在操作中，微定量给送泵110在每个激活循环传送期望量(例如，10μL)的液体样品。泵110可以在每个测量循环根据需要激活许多次(例如，5次，以产生50μL样品)以测量出液体样品的期望量。打开第一阀112允许载气将液体样品吹入储器和喷嘴120中。

如下所述，(未)示出的加热器加热储器中的样品。首先，加热器使样品中的溶剂蒸发。蒸发的样品可以从排气端口124排出或者通过喷嘴脉冲式输送到真空室中。如果将蒸发的溶剂脉冲式输送到真空室中，则MRR光谱仪可以测量蒸发的溶剂的MRR光谱。最终，蒸发的溶剂的MRR光谱中的峰的幅值将下降，从而指示溶剂基本上被蒸发。

一旦大部分溶剂被汽化(例如，在预先确定的时间之后或响应于挥发的溶剂的实时MRR光谱法测量的下降幅值)，加热器就升高储器温度，从而汽化所有剩余溶剂并使样品的成分挥发。同时，关闭排气阀124(如果还没有关闭的话)。进气阀保持打开，并且喷嘴120将挥发后的样品脉冲式输送到MRR光谱仪的真空室130中以进行分析，这可以取决于测量带宽而花费几秒钟到几分钟。挥发后的样品在通过120喷嘴脉冲式输送时绝热冷却。一旦样品脉冲式输送到MRR光谱仪真空室中，就可以致动第二阀114和第三阀106，使得在下一次测量之前，载气经由废物出口116和排气出口124将任何废物从样品管道中推出。一旦储器已经足够冷却，低挥发性采样接口100就可以从流分离器接收下一个样品。

图1C和1D示出了适合于将样品供应到图1A的低挥发性采样接口100的流分离器150。如图1D所示，流分离器150与流反应器成一直线连接。更具体地，流分离器150具有将产物从流反应器引导到储器154中的入口152。(反应副产物和未反应的起始材料也可以在储器154中收集。)通风孔156允许氢气和其它气体逸出储器154。大部分产物经由主出口158离开储器；辅助出口160将产物中的一些产物分流到低挥发性采样接口100的入口102以用于MRR光谱法。

具有外部挥发储器的低挥发性采样入口

图2示出了低挥发性采样接口200，所述低挥发性采样接口具有在脉冲喷流喷嘴220外部的挥发储器216和适合于连续测量的低体积流量调节器210。外部挥发储器216形成为填充有如玻璃棉等固体材料以保持注入的溶液的小试管。外部挥发储器216部分地被加热线圈218围绕，所述加热线圈可以以超过2℃/秒的速率(例如，约5℃/秒、7.5℃/秒、10℃/秒、12℃/秒或15℃/秒)加热储器中的液体样品，这允许样品在几秒钟内挥发。可以使用空气冷却或用于快速冷却的强制冷却液以类似速率(例如，约2℃/秒、5℃/秒、7.5℃/秒、10℃/秒、12℃/秒或15℃/秒)冷却储器。

外部挥发储器216的输入经由废物阀214和流组合器212连接到流量调节器210，所述流量调节器可以测量出来自样品源的剂量或连续流，而不会在测量之间被清除。适合的样品源包含但不限于流分离器、流反应器(传送反应溶液的试管)、分批反应器、烧瓶或其它样品容器。外部挥发储器216的输出耦接到由涂覆的不锈钢管材制成的经加热样品传输路径，所述经加热样品传输路径防止挥发的溶剂或分析物在到达MRR光谱仪之前再次冷凝。可以通过单独的加热元件(未示出)将经加热样品传输路径加热到高于储器温度的温度，以防止挥发的分析物冷凝。具有此接口200的MRR光谱仪可以在5-10分钟的循环周期内完成多组分反应分析，其中循环周期从一种样品被注入的时间持续到下一个样品可以被注入的时间。这比其它系统快得多，所述其它系统至少花费60-90分钟(包含样品制备时间)来进行异构体分析。

在操作中，流量调节器210测量离散量的液体或调节流向流组合器212的液体样品连续流。流量调节器可以用于调整和/或维持流速；典型的流速可以在10-100微升/分钟的范围内。载气从载气入口204进入流组合器212并且推动液体样品通过废物阀214并进入储器216中。加热器218加热储器216和样品，所述样品如上文和下文所述挥发。另一个阀206通过耦接到针孔喷嘴220的电磁阀222使一些载气转向。致动此电磁阀222将挥发后的样品吹出针孔喷嘴220并且吹入MRR光谱仪的真空室230中。可以将挥发后的样品脉冲式输送到真空室230中以进行离散或循环测量或者连续吹入以进行连续测量。

对于离散或循环测量，一旦储器216充满了样品，就可以致动废物阀214以冲洗将流量调节器210连接到储器216的管道。另外，可以在样品测量之间用溶剂冲洗接口200，其中MRR光谱仪出于校准或参考目的对溶剂进行任选的MRR光谱法测量。

可以使用处理器或其它电子控制器(未示出)控制采样接口200和MRR光谱仪。此处理器可以连接到采样接口的流量调节器210、加热器218以及阀206、212、214和222并且自动控制仪器的阀、流和温度。这可以使用可编程微控制器开发板(如Arduino)或专用外部电子设备板或作为单独的计算机(例如，膝上型计算机)实施。

外部挥发储器216通过使得可以比集成到喷嘴中的储器更快地加热和冷却储器来提高采样接口的性能。由于喷嘴的质量(例如，约20g)以及无法将储器与电磁阀和真空室完全热隔离，可以以至多约1℃/秒的速率加热或冷却像图1A中所示的储器等集成到喷嘴中的储器。这种相对慢的加热和冷却速率在每个循环增加了等待储器中的样品达到不同的温度设定点的几分钟。相比之下，外部挥发储器可以与喷嘴、电磁阀和真空室更完全地热隔离，因此可以更快地(例如，以10℃/秒到12℃/秒的速率)加热或冷却外部挥发储器，从而导致每个循环更少的等待和更短的循环周期。

将储器与针孔喷嘴分开还使得可以将加热器从MRR光谱法系统的真空室移开，从而减少真空泵上的负荷。

外部挥发储器也减少或消除由于来自储器的蒸气到达冷却器电磁阀和提升阀而导致的样品到样品带出。这降低了污染的可能性并且提高了光谱仪测量的保真度。

另外，外部挥发储器比集成到喷嘴中的储器更易于清洗。通过使整个真空室达到大气压来清洗集成的储器。系统中的主真空泵花费约1个小时来冷却下来并且花费30分钟来加热，因此任何储器维护都会引入显著的停机时间。相反地，可以在不打开真空室的情况下清洗外部储器，从而将清洗时间减少至少90分钟。在外部储器的情况下，涉及打开真空室的唯一维护是更换将阀密封的PTFE提升阀，所述提升阀随时间推移磨损并且最终引入泄漏。可以在大约100个测量循环后更换此PTFE提升阀。

利用低挥发性采样接口的连续采样

如果溶液中的分析物浓度足够高，则图2的低挥发性采样接口200可以在恒定温度下连续运行以测量分析物。在连续方法中，使样品连续挥发并且将样品转移到MRR光谱仪中。可调整的连续流量调节器210将溶液的连续流虹吸到外部储器216中，所述外部储器在整个样品流入喷嘴220中以用于注入光谱仪真空室230中时使整个样品挥发。对于连续采样，加热线圈218通常将外部储器216保持在高于分析物的沸点的温度(例如，高于分析物的沸点约50℃)以促进完全挥发。换句话说，通过MRR光谱仪来提取、挥发和测量整个样品，而无需任何中间步骤。连续方法和循环方法是互补的；循环方法对于沸点非常高(例如，高于300℃)的化合物可能会更好，而沸点较低的化合物可能会更易于使用连续方法测量。连续采样方法也可用于带有具有类似沸点的溶剂和分析物的样品。

具有外部挥发储器和隔片的低挥发性采样入口

图3示出了具有用于经由注射器进行注入(手动或经由自动进样器递送)的隔片304的低挥发性采样接口300。隔片304可以在入口的前面，例如在定量给送泵(未示出)的前面。隔片304可以由能够被注射器针头刺穿并且在针头被去除之后保持真空的任何材料制成。隔片304提供了用于将溶液引入系统中的替代性方法并且允许用户在光谱仪未直接探伸到工艺线中时(即，在光谱仪域反应之间没有直接连接时)在同一台仪器上运行不同的分析。这与分析人员将要手动分析的样品带入仪器中的仪器形成对比。

流过载气入口的载气将经由隔片304收集的液体样品吹入外部储器316中。包裹在储器316周围的加热夹套318加热储器316和其内容物，从而使溶剂汽化并且然后使分析物汽化。阀322允许载气将一种或多种挥发的分析物(和任选地挥发的溶剂)吹入真空室330中，所述真空室由真空泵332向下泵送以用于MRR光谱法。

利用低挥发性采样接口的循环采样

图4是与MRR光谱仪402集成的低挥发性采样入口400的照片。像图1A和1B中的低挥发性采样接口一样，此低挥发性采样入口400可以具有微定量给送泵以用于离散测量。如图2和3中，所述低挥发性采样入口还可以具有流量调节器和/或隔片以及外部挥发储器。低挥发性采样入口400使来自采样模块440的液体溶液中的一种或多种分析物挥发并将其注入MRR光谱仪的真空室430中以用于MRR光谱法分析。

低挥发性采样入口400可以被封闭在由塑料、金属或任何其它适合的材料制成的壳体中。这允许另外的稠度，因为可以控制外壳的内部温度以减少或消除溶剂可以冷凝并导致性能问题的冷点。如果需要，可以在外壳内或上安装有一个或多个加热器，以防止在储器或样品管道中形成冷点。

利用低挥发性采样接口的循环采样

图1A、1B、2、3和4中示出的低挥发性采样接口可以用于从工艺流、小瓶或其它容器中测量出溶液的受控量或样品并使样品中的一种或多种分析物挥发到真空中或气流中。用MRR光谱仪测量此挥发的溶液分析物以确定例如在制药开发或生产设施中的连续流反应的产物分布。

图5A展示了用于使用低挥发性采样接口进行离散MRR测量的温度对时间曲线。此离散MRR测量可以例如循环地或周期性地重复。为了开始MRR测量循环，将精确量的液体样品计量加入接口的储器(如图1A中集成到喷嘴中或者如图2中在外部)中。如果分析物是高分子量的(例如，＞200Da)，则使用脉冲喷嘴通过绝热膨胀来冷却样品。

在储器中，首先在干燥温度(图5A中的T_干燥；例如，比溶剂的沸点低5-10℃或对于沸点为40-90℃的有机溶剂为约35-85℃)下加热样品，其中溶剂具有高蒸气压力(接近其沸点)，而分析物具有非常低的蒸气压力。对于乙醇作为溶剂，此温度可以为75℃，所述温度比乙醇的沸点低三度。为喷嘴脉冲式输送流过储器的载气以将挥发的溶剂吹入MRR光谱仪的测量室中。干燥通常持续约1-3分钟。

MRR光谱仪监测溶剂的光谱线。一旦溶剂浓度下降，就将储器温度增加到足够高的温度(图5A中的T_测量(；例如，50-200℃)以使一种或多种所关注分析物挥发。喷嘴将分析物脉冲式输送到MRR光谱仪的测量室中，分析物在所述测量室中进行测量。如上文所提及的，此脉冲式输送也绝热地冷却挥发的分析物。在可以在约5分钟后发生并且可以由所关注频带中MRR信号强度的下降来指示的测量完成后，进一步将储器温度增加到清洗温度(图5A中的T_清洗；例如，150-250℃)。将储器保持在所述清洗温度例如约2分钟以从储器中清除任何剩余的分析物。然后冷却储器温度以接受下一个样品。

图5A中所示的循环方法在储器中浓缩样品并且因此提高了MRR测量灵敏度。这对于具有挥发性溶剂和非挥发性分析物例如其沸点相差100℃或更高的分析物和溶剂的样品特别有用。即使对于具有低分析物浓度的样品(例如，<10mg/mL或小于1重量％)，循环方法也会产生与纯物质的信号一样强的分析物信号。而且，循环方法非常适于确定分析物比率，其中不需要内部标准品或其它校准测量。

图5B展示了使用像图1A、1B和3中所示的低挥发性采样接口等低挥发性采样接口的在二氯甲烷中的10％v/v异蒲勒醇溶液的50μL样品的单个十分钟MRR分析循环。顶部迹线示出了储器温度随时间而变。中间迹线示出了相同时间段内真空室中的压力。而且底部迹线示出了在测量期间在分析物的单线频率下MRR信号的幅值。在时间t＝0处，将液体样品注入储器中。最初，将储器保持在30℃的温度，所述温度热得足以使溶剂从样品中蒸发。约30秒后，加热器将储器加热到约50℃的温度，所述温度热得足以使样品中的期望分析物(异蒲勒醇)挥发。喷嘴将蒸发后的样品吹入真空室中，从而产生幅值为约6mV的MRR信号。

MRR信号幅值保持近似恒定，直到约6分钟过去其开始下降时为止，从而指示分析物已经基本上被蒸发。响应于此信号下降，加热器温度在约90秒内从50℃增加到200℃以使储器中的剩余样品快速挥发。同时，氮气清除真空室约一分钟以消除残留的溶剂。一旦清除完成，就揭示分析物的MRR信号几乎完全消失。然后在约90秒的时间内将储器温度冷却回到30℃以允许注入下一个样品。

图6是使用图1A和1B的低挥发性采样接口利用相同样品的三次独立运行的分析物MRR信号对时间的绘图。所述图示出了即使加上用于使温度斜升和斜降的时间，每个测量循环也少于10分钟。在测量期间，信号随时间推移并不平坦——通常有‘增长(grow-in)’期、合理稳定期和衰减期。可以改变分析物的量以调整稳定期的持续时间，这取决于针对给定测量灵敏度或信噪比期望多少测量时间。另外，其示出了在相同条件下，从注入到注入，增长期、稳定期和衰减期的时间是一致的。

利用低挥发性采样的MRR光谱法的实验证明

图7展示了使用由图1A和1B的低挥发性采样接口进给的MRR光谱仪进行监测的连续催化氢化反应。对于每个MRR测量循环，首先利用与挥发储器热连通的加热器将储器的温度设置得略低于溶剂的沸点(对于沸点为78℃的乙醇，所述温度可以为约75℃)，并且排放2分钟。将光谱仪微调到溶剂的MRR转变以监测其消失。一旦溶剂大部分地被蒸发，加热器就将增加储器温度以生成所关注分析物的适合的蒸气压力。对于青蒿酸的氢化，此温度为160℃。然后，利用MRR光谱仪依次测量每种所关注化学物种的MRR，各自大约30秒(取决于期望的灵敏度和加载的样品量)。测量完成后，利用加热器将储器温度进一步增加20℃到30℃，并且MRR光谱仪监测主产物共振以确保主产物从系统中去除。此后，将挥发储器冷却并且准备好接收下一个样品。对于AA氢化，此MRR光谱仪和采样接口运行大约15分钟的循环时间(其中约2分钟是测量MRR光谱所花费的时间)。

测量的目的是监测青蒿酸(AA)到二氢青蒿酸(DHAA)的非对称催化氢化。DHAA是合成重要的抗疟疾药物青蒿素的中间体。从MRR光谱法获得的信息可以用于开发用于合成DHAA的不那么昂贵的工艺并且因此降低合成青蒿素的成本。廉价的青蒿素合成将克服由青蒿素通常从青蒿植物中分离出来这一事实引起的供应限制以及变化的全球供应量和广泛不同的价格。

为了评估此应用，首先测量了宽带光谱以表征反应产物和所有相关杂质的MRR签名特征。图8A中示出了此分析的结果。总共鉴定出四个物种——产物(DHAA)、起始材料(AA)、产物的非对映异构体(其中氢化产生了不期望的立体化学)以及被称为四氢青蒿酸(THAA)的因还原过度而产生的副产物。此分析使用约70mg粗反应产物进行并花费大约3小时进行测量。基于实验参数与计算的结构参数之间的出色匹配来鉴定化合物。因为每个签名特征的强度与分析物浓度成比例，所以此测量还得出组分的相对浓度。通过这一宽带测量来确定混合物中的所有物种的共振。可以将这些共振添加到光谱库中，以使得未来能够在目标反应监测仪器中进行分析。

在此单次宽带分析之后，利用目标(窄带)MRR光谱法监测混合物中的每种组分的共振频率，所述MRR光谱法更快并且使用更少的样品体积。例如，利用1mg样品和15分钟循环时间(包含样品挥发和样品之间的仪器清洗)的目标MRR测量可以产生具有与图8A所示的宽带测量相同的灵敏度的窄带(例如，1MHz)光谱。在此灵敏度下，可以解析异构杂质低至约0.5％的水平。此灵敏度可以使用具有法布里-珀罗(Fabry-Perot)腔的MRR光谱仪实现。

相比之下，图8B中所示的工艺拉曼光谱法测量可以从化学计量学模型中解析起始材料和产物，但是不产生关于非对映异构体比率或不想要的副产物THAA的任何信息。与图9A所示的对应MRR测量的15分钟相比，利用如图9B所示的离线核磁共振(NMR)测量确定非对映异构体比率花费四个小时，包含样品检查；但是，由于THAA副产物的结构，即使离线NMR仪器也无法准确地对其进行定量。

结论

尽管本文已经描述和展示了各个本发明实施例，但本领域普通技术人员将容易想到用于执行本文描述的功能和/或获得结果和/或优点中的一个或多个优点的各种其它构件和/或结构，并且此类变型和/或修改中的每一个被认为在本文中描述的本发明实施例的范围内。更一般来讲，本领域的技术人员将容易了解到，本文中描述的所有参数、尺寸、材料和配置意味着是示例性的，并且实际参数、尺寸、材料和/或配置将取决于本发明教导所用于的一种或多种具体应用。仅使用常规实验，本领域的技术人员将认识到或者能够确定本文描述的具体的本发明实施例的许多等效物。因此，应理解，前述实施例是仅通过举例的方式来呈现的，并且在所附权利要求和其等效物的范围内，本发明实施例可以按与具体地描述和要求的方式不同的方式来实践。本公开的发明实施例涉及本文中描述的每个单独的特征、系统、物品、材料、成套工具和/或方法。另外，如果两个或更多个这样的特征、系统、物品、材料、成套工具和/或方法的任何组合并不相互矛盾，则这样的特征、系统、物品、材料、成套工具和/或方法被包含在本公开的发明范围内。

另外，各种发明概念可以体现为其实例已被提供的一种或多种方法。作为所述方法的一部分而执行的动作可以以任何适当方式排序。因此，可以构造动作以与所展示的顺序不同的顺序执行的实施例，所述动作可以包含同时执行一些动作，即使所述动作在说明性实施例中被示出为连续动作。

本文中定义和使用的所有定义都应当理解为对字典定义的控制、通过引用并入的文档中的定义和/或所定义术语的普通含义。

除非明确作出相反指示，否则如本文在说明书中和权利要求中使用的，不定冠词“一个(a)”和“一种(an)”应当理解为意指“至少一个/种”。

如本文在说明书中和权利要求中使用的，短语“和/或”应当理解为意指这样联合的要素中的“任一个或两个”，所述要素即在一些情况下共同存在而在其它情况下分开存在的要素。用“和/或”列出的多个要素应以相同的方式解释，即，如此结合的要素中的“一个或多个”。除了由“和/或”从句具体标识的要素之外，其它要素可以任选地存在，无论是与具体标识的那些要素相关还是不相关。因此，作为非限制性实例，当连同开放式语言如“包括”使用时，提到“A和/或B”在一个实施例中可以指仅A(任选地包含除了B之外的要素)；在另一个实施例中指代仅B(任选地包含除了A之外的要素)；在又另一个实施例中指代A和B两者(任选地包含其它要素)；等等。

如本文中在本说明书和权利要求中所使用的，“或”应当被理解为具有与如上文所定义的“和/或”相同的含义。例如，当将列表中的项分开时，“或”或“和/或”应被解释为包含性的，即包含许多要素或要素列表中的至少一个要素，但还包含多于一个要素以及任选地；另外的未列出项。只有明确地指示相反的术语如“……中的仅一个”或“……中的恰好一个”或者在权利要求中使用时，“由……组成”将指代包含多个要素或要素列表中的恰好一个要素。一般而言，当之前有排他性术语如“任一个”、“……之一”、“……中的仅一个”、或“……中的恰好一个”时，本文中使用的术语“或”应当仅被解释为指示排他性替代方案(即，“一个或另一个但不是两者”)。当在权利要求中使用时，“主要由……组成”应当具有如在专利法领域中使用的普通含义。

如在本说明书和权利要求中所使用的，关于一个或多个要素的列表的短语“至少一个”应当被理解为意指选自要素列表中的任何一个或多个要素的至少一个要素，但不一定包含要素列表内具体列出的每一个要素中的至少一个要素并且不排除要素列表中的要素的任何组合。这个定义还允许可以任选地存在除在短语“至少一个”所指的要素列表内具体标识的要素之外的要素，而无论是否与具体标识的那些元素相关还是不相关。因此，作为非限制性实例，“A和B中的至少一个”(或等效地“A或B中的至少一个”或等效地“A和/或B中的至少一个”)在一个实施例中可以指至少一个(任选地包含多于一个)A，而不存在B(并且任选地包含除了B之外的要素)；在另一个实施例中指至少一个(任选地包含多于一个)B，而不存在A(并且任选地包含除了A之外的要素)；在又一个实施例中指至少一个(任选地包含多于一个A)和至少一个(任选地包含多于一个)B(并且任选地包含其它要素)；等等。

在权利要求以及以上说明书中，所有过渡性短语如“包括”、“包含”、“携带”、“具有”、“含有”、“涉及”、“容纳”、“由……组成”等应被理解为是开放式的，即，应被理解为意指包含但不限于。如美国专利局专利审查程序手册第2111.03节所述的，只有过渡短语“由……组成”和“基本上由……组成”应分别是封闭式或半封闭式过渡性短语。

Claims (21)

1.一种分析溶液中的分析物混合物的方法，所述方法包括：

提取所述溶液的样品，所述样品含有溶解在溶剂中的所述分析物混合物；

将所述样品转移到储器中；

将所述储器加热到第一温度以使所述溶剂从所述溶液中蒸发；

将所述储器加热到高于所述第一温度的第二温度以使所述分析物混合物中的至少一种分析物挥发；

将所述至少一种分析物转移到与所述储器热隔离的喷嘴；

通过所述喷嘴将所述至少一种分析物注入真空室中；

测量所述真空室中的所述至少一种分析物的分子旋转共振(MRR)光谱；以及

基于所述MRR光谱鉴定所述至少一种分析物。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述至少一种分析物的分子量为至少100原子质量单位。

3.根据权利要求1所述的方法，其中将所述储器加热到所述第二温度包括以至少约2℃/秒的速率加热所述储器。

4.根据权利要求1所述的方法，其中将所述至少一种分析物从所述储器转移到所述真空室包括通过喷嘴将所述至少一种分析物脉冲式输送到所述真空室中。

5.根据权利要求1所述的方法，其中将所述至少一种分析物从所述储器转移到所述真空室包括绝热冷却所述至少一种分析物。

6.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述MRR光谱鉴定至少一种分析物包括基于所述MRR光谱鉴定所述至少一种分析物的至少一种异构体。

7.根据权利要求1所述的方法，其中基于所述MRR光谱鉴定至少一种分析物发生在将所述样品转移到所述储器中的十分钟之内。

8.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

将从所述样品中蒸发的所述溶剂转移到所述真空室中；

测量从所述样品中蒸发的所述溶剂的MRR光谱；以及

基于所述溶剂的所述MRR光谱的幅值确定所述溶剂已经从所述样品中蒸发。

9.根据权利要求8所述的方法，其中将所述至少一种分析物从所述储器转移到所述真空室响应于基于所述溶剂的所述MRR光谱的所述幅值确定所述溶剂已经从所述样品中蒸发而发生。

10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括：

响应于所述至少一种分析物的所述MRR光谱的信号强度的降低将所述储器加热到高于所述第二温度的第三温度。

11.一种用于微波旋转共振(MRR)光谱仪的采样接口，所述采样接口包括：

泵，所述泵用于转移已知量的溶液，所述溶液含有分析物混合物和溶剂；

储器，所述储器与所述泵流体连通以接收所述已知量的所述溶液；

加热器，所述加热器与所述储器热连通以将所述已知量的所述溶液加热到高得足以使所述溶剂蒸发的第一温度并且加热到高得足以使所述分析物混合物中的至少一种分析物挥发的第二温度；以及

喷嘴，所述喷嘴与所述储器流体连通并且热隔离以将所述至少一种分析物排放到所述MRR光谱仪的真空室中。

12.根据权利要求11所述的采样接口，其中所述加热器被配置成以至少约2℃/秒的速率加热所述储器。

13.根据权利要求11所述的采样接口，其进一步包括：

管道，所述管道将所述储器连接到所述喷嘴以将所述至少一种分析物从所述储器传送到所述喷嘴。

14.一种分析溶液中的分析物混合物的方法，所述方法包括：

调节进入储器的所述溶液的流；

连续地使所述储器中的所述分析物混合物挥发；

将所述分析物混合物从所述储器转移到真空室；

测量所述真空室中的所述分析物的分子旋转共振(MRR)光谱；以及

基于所述MRR光谱鉴定所述样品中的所述分析物混合物的至少一种组分。

15.根据权利要求14所述的方法，其中调节所述溶液的所述流包括将所述溶液的流速设定为约10微升/分钟至约100微升/分钟。

16.根据权利要求14所述的方法，其中所述分析物混合物包括至少一种分析物，所述至少一种分析物的分子量为至少100原子质量单位。

17.根据权利要求14所述的方法，其中所述分析物混合物包括多种异构体，并且鉴定所述分析物混合物的所述组分包括至少鉴定所述多种异构体中的异构体。

18.一种用于微波旋转共振(MRR)光谱仪的采样接口，所述采样接口包括：

流量调节器，所述流量调节器用于调节含有至少一种分析物和溶剂的溶液的流；

储器，所述储器与泵流体连通以接收样品；

加热器，所述加热器与所述储器热连通以将所述储器加热到高得足以使所述至少一种分析物挥发的温度；以及

喷嘴，所述喷嘴与所述储器流体连通以将所述至少一种分析物排放到所述MRR光谱仪的真空室中。

19.根据权利要求18所述的采样接口，其中所述流量调节器被配置成将所述溶液的所述流调节成流速为约10微升/分钟至约100微升/分钟。

20.根据权利要求18所述的采样接口，其中所述加热器被配置成以至少约2℃/秒的速率加热所述储器。

21.根据权利要求18所述的采样接口，其中所述至少一种分析物的分子量为至少100原子质量单位。

Images