DE102018129812A1

DE102018129812A1 - Tropfengeneratorsystem, Detektor für Proben, entsprechendes Verfahren und entsprechende Verwendung

Info

Publication number: DE102018129812A1
Application number: DE102018129812.9A
Authority: DE
Inventors: Joachim Wiechers
Original assignee: Dionex Softron GmbH
Current assignee: Dionex Softron GmbH
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2018-11-26
Publication date: 2020-05-28
Also published as: CN111220746A; US20200166490A1; CN111220746B

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Detektorsystem (2000), zu dem ein Tropfengeneratorsystem gehört, wobei zu dem Tropfengeneratorsystem eine Tropfengeneratoreinheit (200) gehört, wobei die Tropfengeneratoreinheit (200) so konfiguriert ist, dass sie Tropfen (224) aus einer Flüssigkeit erzeugt, die der Tropfengeneratoreinheit (200) mit einem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss zugeführt wird, wobei die Tropfengeneratoreinheit (200) so konfiguriert ist, dass sie die Tropfen (224) mit einer definierten Frequenz zur Tropfenerzeugung erzeugt (f).

Description

Die Erfindung betrifft das Gebiet der Probenerkennung. Wenngleich die Erfindung unter hauptsächlicher Bezugnahme auf die Detektion aufgeladener Aerosole (charged aerosol detection - CAD) beschrieben ist, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf dieses Gebiet beschränkt ist, sondern zudem im Rahmen von anderen Detektionsverfahren eingesetzt werden kann, wie beispielsweise Massenspektrometrie. Die Erfindung ist anwendbar auf das Gebiet der Chromatografie, wie etwa Flüssigkeitschromatografie (LC), und insbesondere auf das Gebiet der Analytdetektion für Hochleistungsflüssigkeitschromatografie (High Performance Liquid Chromatography - HPLC) und Ultrahochleistungsflüssigkeitschromatografie (Ultra-High Performance Liquid Chromatography - UHPLC). Bei der LC handelt es sich um ein Verfahren des Auftrennens von Proben in deren Bestandteile. Die Bestandteile können für eine anschließende Verwendung aufgetrennt werden oder deren Anteile können nachgewiesen und quantifiziert werden.
HPLC-Systeme können verschiedene Arten von Nachweisverfahren einsetzen, wobei sich dies nach den Eigenschaften des Analyts oder des Systems von Interesse richtet. Beispielsweise sind einige weit verbreitete Nachweisverfahren: Verdampfungslichtstreuungsdetektion (evaporative light scattering detection - ELSD), die sich für eine Gradienten- und isokratische Eluierung eignen kann; Brechungsindex (RI), der verwendet werden kann, um ein Analyt auf Grundlage der Variation des Brechungsindexes der mobilen Phase nachzuweisen; auf der Massenspektroskopie basierende Verfahren (MS) und auf der Massenspektroskopie mit ultraviolettem/sichtbarem Licht basierende Verfahren (UV-Vis). ELSD, MS und UV/Vis können jedoch durch physikalische und/oder chemische Eigenschaften der Proben beeinflusst werden.
Ein weiteres Verfahren ist die Detektion von aufgeladenen Aerosolen (charged aerosol detection - CAD). Bei CAD handelt es sich um ein Nachweisverfahren, das in der Lage ist, eine bestimmte Chemikalie (oder eine Vielzahl von Chemikalien) in einer Probe nach dem Erzeugen aufgeladener Aerosolpartikel zu quantifizieren, die unter Anwendung eines Amperemeters analysiert werden. CAD-Verfahren werden üblicherweise verwendet, um nicht flüchtige und halbflüchtige Analyte zu quantifizieren, und können eine gleichmäßige Analytreaktion unabhängig von chemischen Strukturen und Molekülgrößen bereitstellen.
Beispielsweise offenbart- US 6568245 B2 einen Aerosoldetektor, insbesondere für Anwendungen auf dem Gebiet der Flüssigkeitschromatografie, zu dem eine Glimmentladungsquelle gehört, die so gesteuert wird, dass sie die nicht flüchtigen Restpartikel eines Aerosols selektiv auflädt. Das Aerosol besteht anfänglich aus Tropfen von einer flüssigen Probe, wobei die Restpartikel aufgrund einer Verdampfung der Tropfen entstehen. Die selektiv aufgeladenen Restpartikel werden an einem leitfähigen Filter aufgefangen. Der elektrische Strom entlang eines Leiters, der mit dem Filter gekoppelt ist, wird wiederholt oder durchgehend gemessen, um eine Anzeige der Konzentration des nicht flüchtigen Materials zu erhalten.
Einfach ausgedrückt, sind CAD-Verfahren unabhängig von der Gegenwart von beispielsweise eines Chromophors und der Ionisierungsfähigkeit eines Moleküls. Deshalb ist die Detektion von aufgeladenen Aerosolen in der Lage, eine genaue und präzise Quantifizierung unter anderem für Lipide, Kohlenhydrate, Antibiotika, natürliche Produkte, Tenside, Biokraftstoffe, Trägerstoffe, Amine und Gegenionen bereitzustellen, zu deren Nachweis andere Nachweisverfahrens, z. B. UV/Vis-Absorbanz, nicht in der Lage sind. Zudem können Verfahren zur Detektion von aufgeladenen Aerosolen eine einheitliche Reaktion auf Messungen von Analyten mit Chromophoren und insbesondere unabhängig von deren Extinktionskoeffizienten bei einer bestimmten Wellenlänge bieten. CAD-Verfahren können zudem gute quantitative Schätzungen im Hinblick auf unbekannte Verunreinigungen bereitstellen, einschließlich Zerfallsprodukte. Dementsprechend werden Verfahren zur Detektion von aufgeladenen Aerosolen im Hinblick auf andere Nachweisverfahren, z. B. ELSD, hinsichtlich der Empfindlichkeit, des Kontrastumfangs und der Einheitlichkeit der Reaktion als vorteilhaft betrachtet.
US 2014 0352411 A1 offenbart einen Nebulisator für ein CAD-System. Der Nebulisator wird mit einer Sprühquelle zum Erzeugen eines Sprühnebels aus Tropfen in einer zentralen Region einer Sprühkammer bereitgestellt. Die zentrale Region ist von einer oberen Region durch eine horizontal hervorstehende Strebe getrennt, die einen Durchgang zwischen der zentralen Region und der oberen Region definiert. Die Hauptbewegungsrichtung der Tropfen in der oberen Region ist im Hinblick auf die Hauptbewegungsrichtung der Tropfen in der zentralen Region im Wesentlichen umgekehrt. Größere Tropfen sind nicht in der Lage, sich um die Kurve von der zentralen Region zu der oberen Region zu bewegen und stoßen gegen die hintere Oberfläche der Sprühkammer.
Wenngleich sich derartige CAD als mit Gradientenbedingungen einer HPLC, UHPLC und Mikro-LC kompatibel erwiesen haben und mehrere Systeme zum Nachweisen aufgeladener Aerosole durchgehend gute Ergebnisse erzielt haben, bleiben nach wie vor einige Probleme im Hinblick auf das Bereitstellen belastbarerer quantitativer Messungen ungelöst.
Im Allgemeinen besteht ein Problem von CAD in deren Abhängigkeit von dem verwendeten Lösungsmittel. Verschiedene Lösungsmittel (z. B. Wasser und Methanol) können zu verschiedenen Ergebnissen im Hinblick auf die resultierende Ladung oder den resultierenden Strom führen, die/der gemessen wird, was die anschließende Auswertung erschweren kann.
In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen besteht ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung dementsprechend darin, die Unzulänglichkeiten und Nachteile des Standes der Technik zu überwinden oder wenigstens abzuschwächen. Insbesondere besteht ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung darin, ein Auswertungsverfahren und -system bereitzustellen, das im Hinblick auf eine Unabhängigkeit von dem verwendeten Lösungsmittel eine verbesserte Eigenschaft aufweist. Während Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung insbesondere unter Bezugnahme auf die CAD-Technologie beschrieben werden, versteht es sich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf CAD beschränkt ist, sondern vielmehr ebenfalls mit anderen Nachweistechnologien verwendet werden kann, wie etwa Massenspektrometrie.
Die vorstehend definierten Gegenstände werden durch die vorliegende Erfindung erfüllt.
In einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Tropfengeneratorsystem, wobei zu dem System eine Tropfengeneratoreinheit gehört.
Die Tropfengeneratoreinheit kann so konfiguriert sein, dass sie Tropfen aus einer Flüssigkeit erzeugt, die der Tropfengeneratoreinheit mit einem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss zugeführt wird. Es versteht sich, dass der Begriff Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss in der vorliegenden Schrift verwendet wird, um den Durchfluss einer Flüssigkeit zu beschreiben, die an der Tropfengeneratoreinheit ankommt.
Die Tropfengeneratoreinheit kann so konfiguriert sein, dass sie die Tropfen mit einer definierten Frequenz zur Tropfenerzeugung erzeugt.
Diese kann sich von den pneumatischen Nebulisatoren unterscheiden, die im Stand der Technik am häufigsten eingesetzt werden. Bei derartigen pneumatischen Nebulisatoren (wie im Stand der Technik) ist es unter Umständen nicht möglich, die Tropfen mit einer definierten Frequenz zu erzeugen. Die jeweilige Ausführungsform der vorliegenden Technologie kann dementsprechend vorteilhaft sein, da sie die Tropfen kontrollierter und reproduzierbarer erzeugen kann.
Die Tropfengeneratoreinheit kann so konfiguriert sein, dass sie Störungen erzeugt und die Störungen auf den Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss überträgt, wobei die Frequenz zur Tropfenerzeugung einer Frequenz der Störung entsprechen kann.
Die Frequenz zur Tropfenerzeugung kann einstellbar sein. Anders ausgedrückt, kann die Frequenz der Störungen einstellbar sein.
Dementsprechend kann die Frequenz zur Tropfenerzeugung auf geeignete Werte eingestellt werden. Insbesondere kann es dementsprechend möglich sein, die Frequenz zur Tropfenerzeugung in Abhängigkeit von einem Flüssigkeitsdurchfluss in Richtung der Tropfengeneratoreinheit anzupassen. Betrachten wir beispielsweise die Situation, dass zunächst ein Flüssigkeitsdurchfluss von 30 µl/min an der Tropfengeneratoreinheit ankommt und anschließend ein Flüssigkeitsdurchfluss von 60 µl/min an der Tropfengeneratoreinheit ankommt. Beim Einstellen der Frequenz zur Tropfenerzeugung in der zweiten Situation zum Verdoppeln der Einstellung der Frequenz zur Tropfenerzeugung in der ersten Situation, bleibt die Anzahl der Signale pro Volumen konstant. Dementsprechend kann es möglich sein, Tropfen mit einer Größe (oder einer Größenverteilung) zu erzeugen, die relativ unabhängig ist von dem Durchfluss, der an der Tropfengeneratoreinheit ankommt.
Dies kann aus dem nachstehenden Grund vorteilhaft sein: In Detektoren für aufgeladene Aerosole wird in der Regel eine Diffusionsaufladung verwendet, um Partikel aufzuladen (die durch das Trocknen der Tropfen erzeugt werden). Diese Diffusionsaufladung führt zu einer Ladung der Partikel, die proportional ist zu dem Partikeldurchmesser. Dementsprechend weisen Partikel mit der 8-fachen Menge an Analyt nur die doppelte Ladung auf. Dementsprechend, wenn Tropfen (und dementsprechend Partikel) mit einer unterschiedlichen Größe für verschiedene Ströme in Richtung der Tropfengeneratoreinheit erzeugt werden, ist das finale Messsignal nicht direkt proportional mit der Menge an Analyt.
Dies kann durch eine einstellbare Frequenz zur Tropfenerzeugung überwunden werden, da dementsprechend die Frequenz zur Tropfenerzeugung beispielsweise so eingestellt werden kann, dass die resultierende Größenverteilung der Tropfen relativ unabhängig ist von dem Durchfluss in Richtung der Tropfengeneratoreinheit. Dies kann eine Maßnahme zum Verringern und/oder Beseitigen der vorstehend beschriebenen Nichtlinearität sein.
Zu der Tropfengeneratoreinheit kann eine Öffnung gehören und die Tropfengeneratoreinheit kann so konfiguriert sein, dass sie einen Flüssigkeitsstrahl dadurch erzeugt, dass der Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss durch die Öffnung geführt wird.
Die Öffnung kann einen Öffnungsdurchmesser aufweisen, der bevorzugt in dem Bereich von 1 µm bis 50 µm, mehr bevorzugt 3 µm bis 40 µm liegt, wie etwa 5 µm bis 20 µm.
Zu der Tropfengeneratoreinheit kann zudem eine Tropfenströmungsregion gehören, in die die Tropfen eingeführt werden, wobei die Tropfenströmungsregion einen Durchmesser aufweist, der 30- bis 10.000-mal größer ist als der Öffnungsdurchmesser, bevorzugt 50- bis 2.000-mal, wie etwa 100- bis 1.000-mal.
Zu dem Tropfengeneratorsystem kann zudem eine Steuerung zum Steuern der Tropfengeneratoreinheit gehören.
Die Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie die Frequenz zur Tropfenerzeugung steuert.
Die Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie die Frequenz zur Tropfenerzeugung in Abhängigkeit von dem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss steuert.
Dies kann die vorstehend beschriebenen Vorteile aufweisen und kann insbesondere dafür sorgen, dass die Größen der erzeugten Tropfen (und Partikel) relativ unabhängig sind von dem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss.
Darüber hinaus kann es durch geeignetes Einstellen der Frequenz zur Tropfenerzeugung in Abhängigkeit von dem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss in Richtung Tropfengeneratoreinheit zudem möglich sein, die Tropfen mit einer Größe (oder Größenverteilung) zu erzeugen, die relativ unabhängig ist von dem verwendeten Lösungsmittel. Dadurch kann die vorliegende Technologie relativ unabhängig werden von dem tatsächlich eingesetzten Lösungsmittel.
Die Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie die Frequenz zur Tropfenerzeugung proportional zu dem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss steuert.
Für jeden Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss in einem Tropfengeneratordurchflussbereich mit einer Untergrenze und einer Obergrenze, wobei die Obergrenze wenigstens das Doppelte der Untergrenze beträgt, kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie die Frequenz zur Tropfenerzeugung dahingehend steuert, dass diese innerhalb des Bereiches liegt, der definiert ist durch 0,5 • v und 1,5 • v, bevorzugt innerhalb eines Bereiches, der definiert ist durch 0,8 • v und 1,2 • v, wie etwa innerhalb eines Bereiches von 0,9 • v und 1,1 • v, wobei $v = 0,28 \cdot \frac{F}{D 3},$
wobei D für den Öffnungsdurchmesser steht und F für den Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss zu dem Tropfengenerator steht.
Das bedeutet, das System kann so konfiguriert sein, dass es die Frequenz zur Tropfenerzeugung auf eine Frequenz von etwa $v = 0,28 \cdot \frac{F}{D 3}$
einstellt. In einem Flüssigkeitsstrahl, der durch einen Durchfluss durch eine Öffnung erzeugt wird, entspricht die Frequenz der Frequenz, die den Störungen mit einer Wellenlänge von λ = 9,2 • r entspricht, wobei r der Radius ist (bei dem es sich um den halben Durchmesser D handelt). Diese Frequenz liegt in der Regel nahe der Frequenz der am schnellsten wachsenden Störung. Das bedeutet, dass, wenn diese Frequenz dem System bereitgestellt wird, Tropfen in der Regel mit dieser Frequenz erzeugt werden. In dieser Hinsicht wird angemerkt, dass die genaue Konfiguration der natürlich am schnellsten wachsenden Störung vielmehr von dem konkret verwendeten Lösungsmittel abhängt (jedoch eine Wellenlänge aufweist, die in der Nähe der vorstehend beschriebenen Wellenlänge liegt). Wird dem System jedoch die vorstehend beschriebene Frequenz bereitgestellt, bilden sich Tropfen mit dieser Frequenz, und zwar unabhängig davon, was tatsächlich die natürlich am schnellsten wachsende Störung wäre. Dementsprechend ist es durch Einstellen der Frequenz auf den vorstehend beschriebenen Wert möglich, die Frequenz zur Tropfenerzeugung angemessen zu kontrollieren.
Das System kann so konfiguriert sein, dass es in einem Detektorsystem verwendet wird, wie etwa ein Detektorsystem für aufgeladene Aerosole. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf ein System mit aufgeladenen Aerosolen beschränkt ist. Vielmehr kann das System beispielsweise zudem so konfiguriert sein, dass es in einem Massenspektrometriesystem zur Anwendung kommt.
Die Tropfengeneratoreinheit kann so konfiguriert sein, dass sie Tropfen mit einer Durchmesserverteilung so erzeugt, dass in einem Diagramm, das das Flüssigkeitsvolumen als eine Funktion des Durchmessers der Tropfen darstellt, die Halbwertsbreite (FWHM) unter 0,4 •D, bevorzugt unter 0,3 • D, mehr bevorzugt unter 0,2 • D liegt, wie etwa unter 0,1 • D, wobei D der auf dem Volumen basierende mittlere Tropfendurchmesser ist.
Das bedeutet, dass das System zu einer relativ engen Durchmesserverteilung führen kann.
Bei der Tropfengeneratoreinheit kann es sich um eine piezoelektrische Tropfengeneratoreinheit handeln.
Die Tropfengeneratoreinheit kann eine piezoelektrische Keramik umfassen.
Die piezoelektrische Keramik kann so konfiguriert sein, dass sie mechanische Wellen emittiert.
Zu der Tropfengeneratoreinheit kann ein Spannungsgenerator gehören.
Zu der Tropfengeneratoreinheit kann ein Verstärker gehören, der zwischen dem Generator und der piezoelektrischen Keramik angeordnet ist.
Zu der Tropfengeneratoreinheit kann zudem eine Gasleitung gehören, wobei die Gasleitung so konfiguriert ist, dass sie die Tropfengeneratoreinheit mit einem Gasdurchfluss mit einer Durchflussrate zwischen 0,1 und 10 l/min versorgt, bevorzugt zwischen 1 und 7 l/min, mehr bevorzugt zwischen 2 und 5 l/min.
Zu der Tropfengeneratoreinheit kann zudem ein Gehäuse gehören, wobei das Gehäuse die Öffnung enthält.
Das Gehäuse kann austauschbar sein.
Die piezoelektrisch Keramik kann das Gehäuse umgeben.
Zu der Tropfengeneratoreinheit kann zudem eine Tropfenströmungsregion gehören.
Das System kann so konfiguriert sein, dass es eine Strömungsgeschwindigkeit in dem Bereich von 1 m/s bis 20 m/s in der Tropfenströmungsregion herstellt, bevorzugt 5 m/s bis 10 m/s, wie etwa 7 m/s bis 9 m/s.
Die Tropfengeneratoreinheit kann so konfiguriert sein, dass sie Tropfen mit einem volumenbasierten Durchmesser in dem Bereich von 10 µm bis 50 µm erzeugt, bevorzugt 15 µm bis 25 µm.
Bei dem Spannungsgenerator kann es sich um einen Drehstromspannungsgenerator handeln.
Der Spannungsgenerator kann so konfiguriert sein, dass er in einem Frequenzbereich von 50 bis 500 kHz und bevorzugt 100 bis 300 kHz arbeitet.
Zu dem System kann eine Durchflussregelungseinheit gehören, die der Tropfengeneratoreinheit vorgelagert angeordnet ist.
Es versteht sich, dass die Durchflussregelungseinheit einen Durchfluss in Richtung Tropfengeneratoreinheit regeln kann. Dementsprechend kann nur ein Durchfluss in einem vorher festgelegten Bereich zu der Tropfengeneratoreinheit gelangen. Dadurch können sich zudem die anschließenden Schritte vereinfachen, z. B. das Einstellen der Frequenz zur Tropfenerzeugung in Abhängigkeit von dem Durchfluss, der an der Tropfengeneratoreinheit ankommt.
Darüber hinaus kann dadurch, dass an der Tropfengeneratoreinheit ein definierter und begrenzter Durchfluss anliegt, das Trocknen der Tropfen in einem weiter nachgelagerten Trocknungsabschnitt vereinfacht werden, da nur ein definiertes und begrenztes Volumen in einer definierten Zeit verdampft werden muss.
Für jeden ankommenden Flüssigkeitsdurchfluss in einem Eingangsdurchflussbereich kann die Durchflussregelungseinheit so konfiguriert sein, dass die den Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss in einem Ausgangsdurchflussbereich in Richtung Tropfengeneratoreinheit leitet,
wobei der Eingangsdurchflussbereich eine Eingangsuntergrenze und eine Eingangsobergrenze aufweist, wobei die Eingangsobergrenze wenigstens das 10-fache der Eingangsuntergrenze beträgt, bevorzugt wenigstens das 30-fache der Eingangsuntergrenze, wie etwa wenigstens das 100-fache der Eingangsuntergrenze,
wobei der Ausgangsdurchflussbereich eine Ausgangsuntergrenze und eine Ausgangsobergrenze aufweist, wobei die Ausgangsobergrenze höchstens das 5-fache der Ausgangsuntergrenze beträgt, bevorzugt höchstens das 4-fache der Ausgangsuntergrenze, mehr bevorzugt höchstens das 3-fache der Ausgangsuntergrenze, wie etwa höchstens das 2,5-fache der Ausgangsuntergrenze.
Das bedeutet, dass unabhängig von dem Eingangsdurchfluss an der Durchflussregelungseinheit, der Durchfluss in Richtung der Tropfengeneratoreinheit immer in einem Bereich liegen kann, bei dem die Obergrenze höchstens lediglich das 5-fache der Untergrenze beträgt (und bevorzugt, bei dem die Obergrenze höchstens lediglich das 2,5-fache der Untergrenze beträgt). Erneut kann dementsprechend ein Durchfluss in einem definierten und begrenzten Durchflussbereich an der Tropfengeneratoreinheit ankommen.
Für jeden Eingangsdurchfluss in dem Bereich von 25 µl/min bis 2500 µl/min kann die Durchflussregelungseinheit so konfiguriert sein, dass die den Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss in dem Bereich von 10 µl/min bis 100 µl/min zu der Tropfengeneratoreinheit leitet.
Zu der Durchflussregelungseinheit kann ein Trennelement gehören.
Das Trennelement kann so konfiguriert und angeordnet sein, dass es den Eingangsflüssigkeitsdurchfluss in einen Ausgangsdurchflussweg in Richtung der Tropfengeneratoreinheit und in einen zusätzlichen Durchflussweg trennt.
Zu der Durchflussregelungseinheit kann zudem ein Durchflusswiderstand in dem Ausgangsdurchflussweg gehören.
Zu der Durchflussregelungseinheit kann zudem ein Element für zusätzliches Volumen in dem Ausgangsdurchflussweg gehören.
Das Element für zusätzliches Volumen kann den Ausgangsdurchflussweg um ein zusätzliches Volumen erweitern, das dem Volumen von einem oder mehreren zusätzlichen Funktionsgliedem in dem zusätzlichen Durchflussweg entspricht (z. B. kann es ein Volumen aufweisen, das dem Volumen eines Durchflussauswahlventils in dem zusätzlichen Durchflussweg entspricht).
Die Durchflussregelungseinheit kann so konfiguriert sein, dass sie einen Durchflusswiderstand in dem zusätzlichen Durchflussweg auf verschiedene Werte einstellt.
Der zusätzliche Durchflussweg kann einen primären Durchflussweg, eine Vielzahl von sekundären Durchflusswegen und ein Durchflussauswahlventil umfassen, das so konfiguriert ist, dass es eine Verbindung zwischen dem primären Durchflussweg und jedem der Vielzahl von sekundären Durchflusswegen herstellt.
Die sekundären Durchflusswege können einen Satz sekundärer Durchflusswege umfassen, wobei jeder sekundäre Durchflussweg aus diesem Satz jeweils einen sekundären Durchflusswiderstand umfasst.
Die sekundären Durchflusswiderstände können sich untereinander unterscheiden.
Eine Verzögerungszeit in dem Durchflusswiderstand in dem Ausgangsdurchflussweg kann im Wesentlichen identisch sein mit einer Verzögerungszeit in jedem der sekundären Durchflusswiderstände.
Ein Volumen des Elementes für zusätzliches Volumen kann einem Volumen des Durchflussauswahlventils entsprechen.
Die sekundären Durchflusswege können einen Durchflussweg ohne Durchgang umfassen.
Zu der Durchflussregelungseinheit kann zudem eine Entleerung gehören.
Die Entleerung kann dem zusätzlichen Durchflussweg nachgelagert angeordnet sein.
Das System kann so konfiguriert sein, dass es Wassertropfen aus Wasser, Methanoltropfen aus Methanol und Acetonitriltropfen aus Acetonitril erzeugt, wobei die Wassertropfen eine volumenbasierte mittlere Wassertropfengröße, die Methanoltropfen eine volumenbasierte mittlere Methanoltropfengröße und die Acetonitriltropfen eine volumenbasierte mittlere Acetonitriltropfengröße aufweisen, wobei die mittlere Methanoltropfengröße und die mittlere Acetonitriltropfengröße in einem Bereich liegen, der durch das 0,5-fache der mittleren Wassertropfengröße und das 1,5-fache der mittleren Wassertropfengröße definiert wird, bevorzugt in einem Bereich, der durch das 0,8-fache der mittleren Wassertropfengröße und das 1,2-fache der mittleren Wassertropfengröße definiert wird, wie etwa in einem Bereich, der durch das 0,9-fache der mittleren Wassertropfengröße und das 1,1-fache der mittleren Wassertropfengröße definiert wird.
Dementsprechend können die Tropfen mit einer Größe erzeugt werden, die relativ unabhängig ist von dem verwendeten Lösungsmittel.
Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Detektorsystem, zu dem das vorstehend erörterte Tropfengeneratorsystem gehört.
Zu dem Detektorsystem kann zudem ein Verdampfungsabschnitt gehören, der zum Verdampfen des Lösungsmittels konfiguriert ist.
Zu dem Detektorsystem kann zudem eine Mischkammer gehören, die für eine Interaktion von Partikeln, die durch Trocknen der Tropfen erzeugt werden, mit einem Strom aus aufgeladenen Ionen konfiguriert ist.
Die Mischkammer kann mit einer Ionenaufladungsvorrichtung verbunden sein, die zum elektrischen Aufladen eines Gasstroms konfiguriert ist.
Zu dem Detektorsystem kann zudem eine Ionenfalle gehören, die zum Entfernen von Ionen mit einer hohen elektrischen Mobilität konfiguriert ist.
Zu dem Detektorsystem kann zudem ein Amperemeter gehören, das zum Messen einer Ladung von Partikeln konfiguriert ist.
Zu dem Detektorsystem kann zudem ein Wandler gehören, der zum Umwandeln der gemessenen Ladung in ein durch Menschen lesbares Signal konfiguriert ist.
Bei dem durch Menschen lesbaren Signal kann es sich um ein chromatografisches Spektrum handeln.
Zu dem Detektorsystem gehört unter Umständen kein dem Tropfengeneratorsystem nachgelagert angeordneter Impaktor.
Das bedeutet, dass die vorliegende Technologie ein Weglassen des dem Tropfengeneratorsystem nachgelagert angeordneten Impaktors erlaubt. Dies kann aus dem nachstehenden Grund vorteilhaft sein: Wenn ein Impaktor verwendet wird, können relativ große Tropfen von den anderen Tropfen getrennt werden. Die in derartig großen Tropfen enthaltene Flüssigkeit kann sich jedoch ansammeln und es kann in einem gewissen Maße zu einer erneuten Zerstäubung aus dem Entwässerungssumpf kommen, wenn eine Nebulisatorkammer mit einem Ablauf verwendet wird. Dies kann zusätzliche Signale durch die erneute Zerstäubung verursachen, die mit Signalen von anderen Substanzen konkurrieren (die kurz nach der ersten Substanz eluieren) und dementsprechend die Dynamik für Signale einschränken, die sich in einem engen zeitlichen Abstand befinden. Dieser Nachteil kann durch das Weglassen des Impaktors überwunden werden.
Zu dem Detektorsystem kann eine Entladungsbaugruppe gehören, die der Tropfengeneratoreinheit nachgelagert und dem Verdampfungsabschnitt vorgelagert angeordnet ist.
Beispielsweise kann es sich bei dem Detektorsystem um ein Detektorsystem für aufgeladene Aerosole oder ein Massenspektrometriedetektorsystem handeln.
Die vorliegende Erfindung betrifft zudem ein Analyseverfahren, wobei das Verfahren das Verwenden des vorstehend erörterten Tropfengeneratorsystems oder des vorstehend erörterten Detektorsystems umfasst.
Zu dem Verfahren kann zudem gehören, dass die Tropfengeneratoreinheit Tropfen aus einem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss zu der Tropfengeneratoreinheit erzeugt.
Zu dem Verfahren kann zudem gehören, dass die Tropfengeneratoreinheit die Tropfen mit einer definierten Frequenz für das Erzeugen von Tropfen erzeugt.
Zu dem Verfahren kann zudem gehören, dass die Tropfengeneratoreinheit Störungen erzeugt und die Störungen auf den Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss überträgt, wobei die Frequenz zur Tropfenerzeugung einer Frequenz der Störungen entsprechen kann.
Zu dem Verfahren kann zudem das Einstellen der Frequenz zur Tropfenerzeugung gehören.
Zu dem Verfahren kann zudem gehören, dass die Tropfengeneratoreinheit einen Flüssigkeitsstrahl dadurch erzeugt, dass der Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss durch die Öffnung geführt wird.
Zu dem Verfahren kann zudem gehören, dass die Steuerung die Tropfengeneratoreinheit steuert.
Zu dem Verfahren kann zudem gehören, dass die Steuerung die Frequenz zur Tropfenerzeugung steuert.
Zu dem Verfahren kann zudem gehören, dass die Steuerung die Frequenz zur Tropfenerzeugung in Abhängigkeit von dem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss steuert.
Zu dem Verfahren kann zudem gehören, dass die Steuerung die Frequenz zur Tropfenerzeugung proportional zu dem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss steuert.
Zu dem Verfahren kann zudem gehören, dass die Steuerung die Frequenz zur Tropfenerzeugung dahingehend steuert, dass diese in einem Bereich liegt, der definiert ist durch 0,5 • v und 1,5 • v, bevorzugt in einem Bereich, der definiert ist durch 0,8 • v und 1,2 • v, wie etwa in dem Bereich von 0,9 • v und 1.1 • v, wobei $v = 0,28 \cdot \frac{F}{D 3},$
wobei D der Öffnungsdurchmesser ist und F der Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss zu dem Tropfengenerator ist.
Zu dem Verfahren kann gehören, dass die Tropfengeneratoreinheit Tropfen mit einer derartigen Durchmesserverteilung erzeugt, dass in einem Diagramm, das das Flüssigkeitsvolumen als eine Funktion des Durchmessers der Tropfen darstellt, die Halbwertsbreite (FWHM) unter 0,4 • D, bevorzugt unter 0,3 • D, mehr bevorzugt unter 0,2 • D liegt, wie etwa unter 0,1 • D liegt, wobei D der volumenbasierte mittlere Tropfendurchmesser ist.
Zu dem Verfahren kann das Erzeugen von Tropfen mit einem volumenbasierten mittleren Durchmesser in dem Bereich von 10 µm bis 50 µm gehören, bevorzugt 15 µm bis 25 µm.
Zu dem Verfahren kann gehören,
dass die Durchflussregelungseinheit einen ersten Eingangsflüssigkeitsdurchfluss empfängt und einen ersten Ausgangsflüssigkeitsdurchfluss des ersten Eingangsflüssigkeitsdurchflusses in Richtung Tropfengeneratoreinheit leitet;
dass die Durchflussregelungseinheit einen zweiten Eingangsflüssigkeitsdurchfluss empfängt und einen zweiten Ausgangsflüssigkeitsdurchfluss des zweiten Eingangsflüssigkeitsdurchflusses in Richtung Tropfengeneratoreinheit leitet;
wobei das Verhältnis zwischen dem ersten Eingangsflüssigkeitsdurchfluss und dem zweiten Eingangsflüssigkeitsdurchfluss größer als 10 ist und wobei das Verhältnis zwischen dem ersten Ausgangsflüssigkeitsdurchfluss und dem zweiten Ausgangsflüssigkeitsdurchfluss kleiner als 5 ist.
Zu dem Verfahren kann gehören dass die Durchflussregelungseinheit einen Eingangsflüssigkeitsdurchfluss empfängt, der größer ist als 500 µl/min, bevorzugt größer als 1.000 µl/min, mehr bevorzugt größer als 2.000 µl/min, und dass die Durchflussregelungseinheit einen Ausgangsflüssigkeitsdurchfluss des Eingangsflüssigkeitsdurchflusses in Richtung Tropfengeneratoreinheit leitet, wobei der Ausgangsflüssigkeitsdurchfluss kleiner ist als 300 µl/min, bevorzugt kleiner als 200 µl/min, wie etwa kleiner als 100 µl/min.
Die vorliegende Erfindung betrifft zudem eine Verwendung des vorstehend erörterten Tropfengeneratorsystems oder eines vorstehend erörterten Detektorsystems im Rahmen eines vorstehend erörterten Verfahrens.
Die Verwendung kann auf dem Gebiet der Chromatografie erfolgen.
Die Verwendung kann auf dem Gebiet der Flüssigkeitschromatografie erfolgen.
Die Verwendung kann auf dem Gebiet der Hochleistungsflüssigkeitschromatografie erfolgen.
Die Verwendung kann auf dem Gebiet der Ultrahochleistungsflüssigkeitschromatografie erfolgen.
Es versteht sich, dass das beschriebene Verfahren und die beschriebene Verwendung die vorstehend in Verbindung mit den System beschriebenen Vorteile aufweisen können.
Das bedeutet, dass die vorliegend beschriebene Technologie im Allgemeinen insbesondere Tropfen mit einer relativ konstanten Größe (oder Größenverteilung) erzeugen kann und die Tropfengröße relativ unabhängig von dem Flüssigkeitsdurchfluss und dem verwendeten Lösungsmittel sein kann. Das bedeutet, dass die vorliegende Erfindung eine Technologie vorsehen kann, mit der sowohl die Abhängigkeit von dem Lösungsmittel als auch die Nichtlinearität beseitigt werden.
Dies kann vorteilhaft sein, da dieselbe Menge an Analyt dementsprechend dasselbe Signal herbeiführt, unabhängig von dem verwendeten Lösungsmittel. Dadurch kann die anschließende Auswertung besonders einfach werden.
Anders ausgedrückt, sind bei Ausführungsformen der vorliegenden Technologie die Durchflussrate in Richtung Tropfengeneratoreinheit und die Tropfengröße oder Tropfengrößenverteilung der erzeugten Tropfen relativ konstant (und unabhängig von dem verwendeten Lösungsmittel). Dadurch wird auf der einen Seite die Abhängigkeit von dem Lösungsmittel abgeschafft und auf der anderen Seite wird dadurch die Abschaffung der Nichtlinearität per Berechnung ermöglicht. Darüber hinaus verwenden Ausführungsformen der vorliegenden Technologie einen Tropfengenerator, durch den Tropfen mit einer Größe (oder einer relativ engen Größenverteilung) unabhängig von dem Eluierungsmittel erzeugt werden können.
Zudem kann dies die vorliegend beschriebene Technologie besonders geeignet machen für eine Verwendung mit Gradienten. Beispielsweise werden im Rahmen der Chromatografie oftmals Gradienten verwendet. Das bedeutet, dass die Zusammensetzung des Eluierungsmittels sich im Rahmen eines Chromatogramms verändert. Dies kann zudem dann problematisch sein, wenn die Größe der erzeugten Tropfen und dementsprechend das Signal pro Analyt von dem verwendeten Lösungsmittel abhängt. Da diese Probleme durch die vorliegende Technologie überwunden werden, kann die vorliegende Technologie besonders geeignet sein, wenn derartige Gradienten verwendet werden.
Die vorliegende Technologie wird zudem durch die nachstehend nummerierten Ausführungsformen definiert.
Nachstehend werden Ausführungsformen erörtert, die mit einem Tropfengeneratorsystem in Zusammenhang stehen. Diese Ausführungsformen werden durch den Buchstaben „S“ abgekürzt, gefolgt von einer Ziffer. Erfolgt in der vorliegenden Schrift eine Bezugnahme auf eine DG-Ausführungsform, sind diese Ausführungsformen gemeint.

S1 Ein Tropfengeneratorsystem, wobei zu dem System eine Tropfengeneratoreinheit gehört.
S2 Das Tropfengeneratorsystem nach der vorangehenden Ausführungsform, wobei die Tropfengeneratoreinheit so konfiguriert ist, dass sie Tropfen aus einer Flüssigkeit erzeugt, die der Tropfengeneratoreinheit mit einem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss zugeführt wird.
S3 Das Tropfengeneratorsystem nach der vorangehenden Ausführungsform, wobei die Tropfengeneratoreinheit so konfiguriert ist, dass sie die Tropfen mit einer definierten Frequenz zur Tropfenerzeugung erzeugt.
S4 Das Tropfengeneratorsystem nach einer beliebigen der 2 voranstehenden Ausführungsformen, wobei die Tropfengeneratoreinheit so konfiguriert ist, dass sie Störungen erzeugt und die Störungen auf den Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss überträgt, wobei bei einer Abhängigkeit von der voranstehenden Ausführungsform die Frequenz zur Tropfenerzeugung einer Frequenz der Störungen entspricht.
S5 Das Tropfengeneratorsystem nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen aus S3, wobei die Frequenz zur Tropfenerzeugung einstellbar ist.
S6 Das Tropfengeneratorsystem nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen von Ausführungsform S3, wobei zu der Tropfengeneratoreinheit eine Öffnung gehört und wobei die Tropfengeneratoreinheit so konfiguriert ist, dass sie einen Flüssigkeitsstrahl dadurch erzeugt, dass der Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss durch die Öffnung geführt wird.
S7 Das Tropfengeneratorsystem nach der vorangehenden Ausführungsform, wobei die Öffnung einen Öffnungsdurchmesser aufweist, der bevorzugt in dem Bereich von 1 µm bis 50 µm liegt, mehr bevorzugt 3 µm bis 40 µm, wie etwa 5 µm bis 20 µm.
S8 Das Tropfengeneratorsystem nach der vorangehenden Ausführungsform, wobei zu der Tropfengeneratoreinheit zudem eine Tropfenströmungsregion gehört, in die die Tropfen eingeführt werden, wobei die Tropfenströmungsregion einen Durchmesser umfasst, der 30- bis 10.000-mal größer ist als der Öffnungsdurchmesser, bevorzugt 50- bis 2.000-mal größer, wie etwa 100- bis 1.000-mal größer.
S9 Das Tropfengeneratorsystem nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zu dem Tropfengeneratorsystem zudem eine Steuerung zum Steuern der Tropfengeneratoreinheit gehört.
S10 Das Tropfengeneratorsystem nach der vorangehenden Ausführungsform und mit den Merkmalen von Ausführungsform S5, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Frequenz zur Tropfenerzeugung steuert.
S11 Das Tropfengeneratorsystem nach der vorangehenden Ausführungsform, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Frequenz zur Tropfenerzeugung in Abhängigkeit von dem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss steuert.
S12 Das Tropfengeneratorsystem nach der vorangehenden Ausführungsform, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Frequenz zur Tropfenerzeugung proportional zu dem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss steuert.
S13 Das Tropfengeneratorsystem nach einer beliebigen der beiden voranstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen von Ausführungsform S7, wobei für jeden Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss in einem Tropfengeneratordurchflussbereich mit einer Untergrenze und einer Obergrenze die Obergrenze wenigstens das 2-fache der Untergrenze beträgt, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Frequenz zur Tropfenerzeugung (f) dahingehend steuert, dass diese in einem Bereich liegt, der definiert ist durch 0,5 • v und 1,5 • v, bevorzugt in einem Bereich, der definiert ist durch 0,8 • v und 1,2 • v, wie etwa in einem Bereich von 0,9 • v und 1,1 • v, wobei $v = 0,28 \cdot \frac{F}{D 3},$
wobei D der Öffnungsdurchmesser ist und F der Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss zu dem Tropfengenerator ist.
S14 Das System nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das System so konfiguriert ist, dass es in einem Detektorsystem verwendet wird, wie etwa in einem Detektorsystem für aufgeladene Aerosole.
S15 Das System nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen, wobei die Tropfengeneratoreinheit so konfiguriert ist, dass sie Tropfen mit einer derartigen Durchmesserverteilung erzeugt, dass in einem Diagramm, das das Flüssigkeitsvolumen als eine Funktion des Durchmessers der Tropfen darstellt, die Halbwertsbreite (FWHM) unter 0,4 •D, bevorzugt unter 0,3 • D, mehr bevorzugt unter 0,2 • D, wie etwa unter 0,1 • D liegt, wobei D der volumenbasierte mittlere Tropfendurchmesser ist.
S16 Das System nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen, wobei es sich bei der Tropfengeneratoreinheit um eine piezoelektrische Tropfengeneratoreinheit handelt.
S17 Das System nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei zu der Tropfengeneratoreinheit eine piezoelektrische Keramik gehört.
S18 Das System nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei die piezoelektrisch Keramik so konfiguriert ist, dass sie mechanische Wellen emittiert.
S19 Das System nach einer beliebigen der 3 voranstehenden Ausführungsformen, wobei zu der Tropfengeneratoreinheit ein Spannungsgenerator gehört.
S20 Das System nach der voranstehenden Ausführungsform und mit den Merkmalen von Ausführungsform S17, wobei zu der Tropfengeneratoreinheit ein Verstärker gehört, der zwischen dem Generator und der piezoelektrischen Keramik angeordnet ist.
S21 Das System nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zu der Tropfengeneratoreinheit zudem eine Gasleitung gehört, wobei die Gasleitung so konfiguriert ist, dass sie die Tropfengeneratoreinheit mit einem Gasstrom mit einer Durchflussrate zwischen 0,1 und 10 l/min versorgt, bevorzugt zwischen 1 und 7 l/min, mehr bevorzugt zwischen 2 und 5 l/min.
S22 Das System nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen von Ausführungsform S6, wobei zu der Tropfengeneratoreinheit zudem ein Gehäuse gehört, wobei das Gehäuse die Öffnung enthält.
S23 Das System nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei das Gehäuse austauschbar ist.
S24 Das System nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S18 und S22, wobei die piezoelektrische Keramik das Gehäuse umgibt.
S25 Das System nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zu der Tropfengeneratoreinheit zudem eine Tropfenströmungsregion gehört.
S26 Das System nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei das System so konfiguriert ist, dass es eine Strömungsgeschwindigkeit in dem Bereich von 1 m/s bis 20 m/s in der Tropfenströmungsregion herstellt, bevorzugt 5 m/s bis 10 m/s, wie etwa 7 m/s bis 9 m/s.
S27 Das System nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen, wobei die Tropfengeneratoreinheit so konfiguriert ist, dass sie Tropfen mit einem volumenbasierten mittleren Durchmesser in dem Bereich von 10 µm bis 50 µm erzeugt, bevorzugt 15 µm bis 25 µm.
S28 Das System nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen von Ausführungsform S19, wobei es sich bei dem Spannungsgenerator um einen Drehstromspannungsgenerator handelt.
S29 Das System nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei der Spannungsgenerator so konfiguriert ist, dass er in einem Frequenzbereich von 50 bis 500 kHz arbeitet, bevorzugt 100 bis 300 kHz.
S30 Das System nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zu dem System eine Durchflussregelungseinheit gehört, die der Tropfengeneratoreinheit vorgelagert angeordnet ist.
S31 Das System nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei für jeden Eingangsflüssigkeitsdurchfluss in einem Eingangsdurchflussbereich die Durchflussregelungseinheit so konfiguriert ist, dass sie den Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss in einem Ausgangsdurchflussbereich in Richtung Tropfengeneratoreinheit leitet, wobei der Eingangsdurchflussbereich eine Eingangsuntergrenze und eine Eingangsobergrenze aufweist, wobei die Eingangsobergrenze wenigstens das 10-fache der Eingangsuntergrenze beträgt, bevorzugt wenigstens das 30-fache der Eingangsuntergrenze, wie etwa wenigstens das 100-fache der Eingangsuntergrenze, wobei der Ausgangsdurchflussbereich eine Ausgangsuntergrenze und eine Ausgangsobergrenze aufweist, wobei die Ausgangsobergrenze höchstens das 5-fache der Ausgangsuntergrenze beträgt, bevorzugt höchstens das 4-fache der Ausgangsuntergrenze, mehr bevorzugt höchstens das 3-fache der Ausgangsuntergrenze, wie etwa höchstens das 2,5-fache der Ausgangsuntergrenze.
S32 Das System nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei für jeden Eingangsdurchfluss in dem Bereich von 25 µl/min bis 2500 µl/min die Durchflussregelungseinheit so konfiguriert ist, dass sie den Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss in dem Bereich von 10 µl/min bis 100 µl/min zu der Tropfengeneratoreinheit leitet.
S33 Das System nach einer beliebigen der 2 voranstehenden Ausführungsformen, wobei zu der Durchflussregelungseinheit ein Trennelement gehört.
S34 Das System nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei das Trennelement so konfiguriert und angeordnet ist, dass es den Eingangsflüssigkeitsdurchfluss in einen Ausgangsdurchflussweg in Richtung der Tropfengeneratoreinheit und in einen zusätzlichen Durchflussweg trennt.
S35 Das System nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei zu der Durchflussregelungseinheit zudem ein Durchflusswiderstand in dem Ausgangsdurchflussweg gehört.
S36 Das System nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei zu der Durchflussregelungseinheit zudem ein Element für zusätzliches Volumen in dem Ausgangsdurchflussweg gehört.
S37 Das System nach einer beliebigen der 3 voranstehenden Ausführungsformen, wobei die Durchflussregelungseinheit so konfiguriert ist, dass sie einen Durchflusswiderstand in dem zusätzlichen Durchflussweg auf verschiedene Werte einstellt.
S38 Das System nach einer beliebigen der 4 voranstehenden Ausführungsformen, wobei der zusätzliche Durchflussweg einen primären Durchflussweg, eine Vielzahl von sekundären Durchflusswegen und ein Durchflussauswahlventil umfasst, das so konfiguriert ist, dass es eine Verbindung zwischen dem primären Durchflussweg und jedem der Vielzahl von sekundären Durchflusswegen herstellt.
S39 Das System nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei die sekundären Durchflusswege einen Satz sekundärer Durchflusswege umfassen, wobei jeder sekundäre Durchflussweg aus diesem Satz jeweils einen sekundären Durchflusswiderstand umfasst.
S40 Das System nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei sich die sekundären Durchflusswiderstände voneinander unterscheiden.
S41 Das System nach einer beliebigen der 2 voranstehenden Ausführungsformen und mit den Merkmalen von Ausführungsform S35, wobei eine Verzögerungszeit in dem Durchflusswiderstand in dem Ausgangsdurchflussweg im Wesentlichen identisch ist mit einer Verzögerungszeit in jedem der sekundären Durchflusswiderstände.
S42 Das System nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen S36 und S38, wobei ein Volumen des Elementes für zusätzliches Volumen einem Volumen des Durchflussauswahlventils entspricht.
S43 Das System nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen von Ausführungsform S39, wobei die sekundären Durchflusswege einen Durchflussweg ohne Durchgang umfassen.
S44 Das System nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen von Ausführungsform S30, wobei zu der Durchflussregelungseinheit zudem eine Entleerung gehört.
S45 Das System nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei die Entleerung dem zusätzlichen Durchflussweg nachgelagert angeordnet ist.
S46 Das System nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen, wobei das System so konfiguriert ist, dass es Wassertropfen aus Wasser, Methanoltropfen aus Methanol und Acetonitriltropfen aus Acetonitril erzeugt, wobei die Wassertropfen eine volumenbasierte mittlere Wassertropfengröße aufweisen, die Methanoltropfen eine volumenbasierte mittlere Methanoltropfengröße aufweisen und die Acetonitriltropfen eine volumenbasierte mittlere Acetonitriltropfengröße aufweisen, wobei die mittlere Methanoltropfengröße und die mittlere Acetonitriltropfengröße in einem Bereich liegen, der definiert ist durch das 0,5-fache der mittleren Wassertropfengröße und das 1,5-fache der mittleren Wassertropfengröße, bevorzugt in einem Bereich, der definiert ist durch das 0,8-fache der mittleren Wassertropfengröße und das 1,2-fache der mittleren Wassertropfengröße, wie etwa in einem Bereich, der definiert ist durch das 0,9-fache der mittleren Wassertropfengröße und das 1, 1-fache der mittleren Wassertropfengröße.

Nachstehend werden Ausführungsformen in Zusammenhang mit einem Detektorsystem erörtert. Diese Ausführungsformen sind durch den Buchstaben „C“ abgekürzt, gefolgt von einer Ziffer. Erfolgt in der vorliegenden Schrift eine Bezugnahme auf eine Ausführungsform des Detektors, sind diese Ausführungsformen gemeint.

C1. Ein Detektorsystem, zu dem ein Tropfengenerator nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen gehört.
C2. Das Detektorsystem nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei zu dem Detektorsystem zudem ein Verdampfungsabschnitt gehört, der zum Verdampfen von Lösungsmittel konfiguriert ist.
C3. Das Detektorsystem nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Detektors, wobei zu dem Detektorsystem zudem eine Mischkammer gehört, die für eine Interaktion von Partikeln, die durch Trocknen der Tropfen erzeugt wurden, mit einem Strom aus aufgeladenen Ionen konfiguriert ist.
C4. Das Detektorsystem nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei die Mischkammer mit einer Ionenaufladungsvorrichtung verbunden ist, die zum elektrischen Aufladen eines Gasstroms konfiguriert ist.
C5. Das Detektorsystem nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Detektors, wobei zu dem Detektorsystem zudem eine Ionenfalle gehört, die zum Beseitigen von Ionen mit einer hohen elektrischen Mobilität konfiguriert ist.
C6. Das Detektorsystem nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Detektors, wobei zu dem Detektorsystem zudem ein Amperemeter gehört, das zum Messen einer Ladung von Partikeln konfiguriert ist.
C7. Das Detektorsystem nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei zu dem Detektorsystem zudem ein Wandler gehört, der zum Umwandeln der gemessenen Ladung in ein durch Menschen lesbares Signal konfiguriert ist.
C8. Das Detektorsystem nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei es sich bei dem durch Menschen lesbaren Signal um ein chromatografisches Spektrum handelt.
C9. Das Detektorsystem nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Detektors, wobei zu dem Detektorsystem kein Impaktor gehört, der dem Tropfengeneratorsystem nachgelagert angeordnet ist.
C10. Das Detektorsystem nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Detektors, wobei zu dem Detektorsystem eine Entladungsbaugruppe gehört, die der Tropfengeneratoreinheit nachgelagert und dem Verdampfungsabschnitt vorgelagert angeordnet ist.
C11. Das Detektorsystem nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Detektors, wobei es sich bei dem Detektorsystem um ein Detektorsystem für aufgeladene Aerosole handelt.
C12. Das Detektorsystem nach einer beliebigen der Ausführungsformen C1 bis C11, wobei es sich bei dem Detektorsystem um ein Massenspektrometriesystem handelt.

Nachstehend werden Ausführungsformen des Verfahrens erörtert. Diese Ausführungsformen sind mit dem Buchstaben „M“ abgekürzt, gefolgt von einer Ziffer. Erfolgt in der vorliegenden Schrift eine Bezugnahme auf eine Ausführungsform des Verfahrens, sind diese Ausführungsformen gemeint.

M1. Ein Analyseverfahren, das Verfahren umfassend das Verwenden des Tropfengeneratorsystems nach einer beliebigen der voranstehenden DG-Ausführungsformen oder eines Detektorsystems nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Detektors.
M2. Das Verfahren nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei zu dem Verfahren zudem gehört, dass die Tropfengeneratoreinheit Tropfen aus einer Flüssigkeit erzeugt, die der Tropfengeneratoreinheit mit einem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss zugeführt wird.
M3. Das Verfahren nach der voranstehenden Ausführungsform, wobei zu dem Verfahren zudem gehört, dass die Tropfengeneratoreinheit die Tropfen mit einer definierten Frequenz zur Tropfenerzeugung erzeugt.
M4. Das Verfahren nach einer beliebigen der 2 voranstehenden Ausführungsformen, wobei zu dem Verfahren zudem gehört, dass die Tropfengeneratoreinheit Störungen erzeugt und die Störungen auf den Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss überträgt, wobei bei Abhängigkeit von der voranstehenden Ausführungsform die Frequenz zur Tropfenerzeugung einer Frequenz der Störungen entspricht.
M5. Das Verfahren nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen von Ausführungsform M3, wobei zu dem Verfahren zudem das Einstellen der Frequenz zur Tropfenerzeugung gehört.
M6. Das Verfahren nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Verfahrens, wobei zu dem Tropfengeneratorsystem die Merkmale von S6 gehören, wobei zu dem Verfahren zudem gehört, dass die Tropfengeneratoreinheit einen Flüssigkeitsstrahl dadurch erzeugt, dass der Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss durch die Öffnung geführt wird.
M7. Das Verfahren nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Verfahrens, wobei zu dem Tropfengeneratorsystem die Merkmale von S10 gehören, wobei zu dem Verfahren zudem gehört, dass die Steuerung die Tropfengeneratoreinheit steuert.
M8. Das Verfahren nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Verfahrens mit den Merkmalen von M5, wobei zu dem Verfahren zudem gehört, dass die Steuerung die Frequenz zur Tropfenerzeugung steuert.
M9. Das Verfahren nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Verfahrens, wobei zu dem Verfahren zudem gehört, dass die Steuerung die Frequenz zur Tropfenerzeugung in Abhängigkeit von dem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss steuert.
M10. Das Verfahren nach der voranstehenden Ausführungsform und mit den Merkmalen von M2, wobei zu dem Verfahren zudem gehört, dass die Steuerung die Frequenz zur Tropfenerzeugung proportional zu dem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss steuert.
M11. Das Verfahren nach einer beliebigen der 2 voranstehenden Ausführungsformen, wobei zu dem Tropfengeneratorsystem die Merkmale von S7 gehören, wobei zu dem Verfahren zudem gehört, dass die Steuerung die Frequenz zur Tropfenerzeugung (f) dahingehend steuert, dass diese in einem Bereich liegt, der definiert ist durch 0,5 • v und 1,5 • v, bevorzugt in einem Bereich, der definiert ist durch 0,8 • v und 1,2 • v, wie etwa in einem Bereich von 0,9 • v und 1,1 • v, wobei $v = 0,28 \cdot \frac{F}{D 3},$
wobei D der Öffnungsdurchmesser ist und F der Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss zu dem Tropfengenerator ist.
M12. Das Verfahren nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen, wobei zu dem Verfahren gehört, dass die Tropfengeneratoreinheit Tropfen mit einer derartigen Durchmesserverteilung erzeugt, dass in einem Diagramm, das das Flüssigkeitsvolumen als eine Funktion des Durchmessers der Tropfen darstellt, die Halbwertsbreite (FWHM) unter 0,4 • D, bevorzugt unter 0,3 • D, mehr bevorzugt unter 0,2 • D, wie etwa unter 0,1 • D liegt, wobei D der volumenbasierte mittlere Tropfendurchmesser ist.
M13. Das Verfahren nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Verfahrens, wobei zu dem Verfahren das Erzeugen von Tropfen mit einem volumenbasierten mittleren Durchmesser in dem Bereich von 10 µm bis 50 µm gehört, bevorzugt 15 µm bis 25 µm.
M14. Das Verfahren nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Verfahrens, wobei zu dem Tropfengeneratorsystem die Merkmale von S30 gehören, wobei zu dem Verfahren gehört, dass die Durchflussregelungseinheit einen ersten Eingangsflüssigkeitsdurchfluss empfängt und einen ersten Ausgangsflüssigkeitsdurchfluss des ersten Eingangsflüssigkeitsdurchflusses in Richtung Tropfengeneratoreinheit leitet; die Durchflussregelungseinheit einen zweiten Eingangsflüssigkeitsdurchfluss empfängt und einen zweiten Ausgangsflüssigkeitsdurchfluss des zweiten Eingangsflüssigkeitsdurchflusses in Richtung Tropfengeneratoreinheit leitet; wobei das Verhältnis zwischen dem ersten Eingangsflüssigkeitsdurchfluss und dem zweiten Eingangsflüssigkeitsdurchfluss größer ist als 10 und wobei das Verhältnis zwischen dem ersten Ausgangsflüssigkeitsdurchfluss und dem zweiten Ausgangsflüssigkeitsdurchfluss kleiner ist als 5.
M15. Das Verfahren nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Verfahrens, wobei zu dem Verfahren gehört, dass die Durchflussregelungseinheit einen Eingangsflüssigkeitsdurchfluss empfängt, der größer ist als 500 µl/min, bevorzugt größer als 1.000 µl/min, mehr bevorzugt größer als 2.000 µl/min, und die Durchflussregelungseinheit einen Ausgangsflüssigkeitsdurchfluss des Eingangsflüssigkeitsdurchflusses in Richtung Tropfengeneratoreinheit leitet, wobei der Ausgangsflüssigkeitsdurchfluss kleiner ist als 300 µl/min, bevorzugt kleiner als 200 µl/min, wie etwa kleiner als 100 µl/min.

Nachstehend werden Ausführungsformen der Verwendung erörtert. Diese Ausführungsformen sind mit dem Buchstaben „U“ abgekürzt, gefolgt von einer Ziffer. Erfolgt in der vorliegenden Schrift eine Bezugnahme auf eine Ausführungsform der Verwendung, sind diese Ausführungsformen gemeint.

U1. Verwendung des Tropfengeneratorsystems nach einer beliebigen der voranstehenden DG-Ausführungsformen oder eines Detektorsystems nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Detektors im Rahmen eines Verfahrens nach einer beliebigen der voranstehenden Ausführungsformen des Verfahrens.
U2. Verwendung nach der voranstehenden Ausführungsform auf dem Gebiet der Chromatografie.
U3. Verwendung nach der voranstehenden Ausführungsform auf dem Gebiet der Flüssigkeitschromatografie.
U4. Verwendung nach der voranstehenden Ausführungsform auf dem Gebiet der Hochleistungsflüssigkeitschromatografie.
U5. Verwendung nach der voranstehenden Ausführungsform auf dem Gebiet der Ultrahochleistungsflüssigkeitschromatografie.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die Ausführungsformen der Erfindung veranschaulichen. Diese Ausführungsformen sind lediglich dazu gedacht, die vorliegende Erfindung zu veranschaulichen und sollen diese nicht einschränken.

1 zeigt ein CAD-System in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik, wobei Komponenten dieses Systems auch in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung verwendet werden können;
2 zeigt ein CAD-System nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
3 zeigt ein Trennelement nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt einen Tropfengenerator nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.

Es wird angemerkt, dass nicht alle der Zeichnungen die Bezugsziffern enthalten. Vielmehr wurden in einigen der Zeichnungen die Bezugsziffern der Kürze halber und zum Vereinfachen der Darstellung weggelassen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
Im Allgemeinen kann zu einem HPLC-Abwasser ein Flüssigkeitssystem gehören, das zudem wenigstens ein Eluierungsmittel und wenigstens eine Probe enthalten kann. Das HPLC-Abwasser kann ebenfalls als HPLC-Flüssigkeit oder einfach als Abwasser oder Flüssigkeit bezeichnet werden. Nachstehend wird am häufigsten einfach der Begriff „Flüssigkeit“ verwendet. Es versteht sich, dass die Flüssigkeit in der Regel die zu analysierende Probe und ein Lösungsmittel enthält.
In einem Detektorsystem kann ein HPLC-Abwasser zunächst von einer Auftrennungssäule in ein Aerosol überführt werden. Es versteht sich, dass das hauptsächlich nachstehend beschriebene Detektorsystem ein Detektorsystem für aufgeladene Aerosole (charged aerosol detector system - CAD) ist. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegende Erfindung nicht auf ihre Anwendung in CAD-Systemen beschränkt ist, sondern zudem in anderen Detektionssystemen verwendet werden kann, wie etwa Massenspektrometriesysteme. Das Eluierungsmittel der Aerosoltropfen wird verdampft, so dass das zu messende Analyt in ein sekundäres, hauptsächlich trockenes Aerosol überführt wird. Dieses Aerosol kann anschließend elektrisch aufgeladen werden. Die Ladung des Aerosols kann in einem Amperemessgerät gemessen werden. Der gemessene Strom kann ein Maß für die Menge des Analyts sein. Ein Unterschied zu den weit verbreiteten UV-Detektoren besteht darin, dass im Rahmen des CAD-Verfahrens keine Chromophore in dem Analyt erforderlich sind. Dementsprechend wird dieser Detektor als ein Universaldetektor bezeichnet.
1 zeigt ein CAD-System 1000 nach dem Stand der Technik. Es versteht sich, dass einige Komponenten dieses Systems 1000 ebenfalls im Rahmen von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Anwendung finden können. Der Detektor für aufgeladene Aerosole kann zudem als System 1000 bezeichnet werden. Einfach ausgedrückt, umfasst das System 1000 einen Einlass 1002, der dazu dient, dem System 1000 ein Edelgas zuzuführen, beispielsweise Stickstoff, und einen Abwassereinlass 1004 zum Leiten des Abwassers. Bei einigen Ausführungsformen kann das CAD-System 1000 in einem HPLC-System verwendet werden und letztlich ein Teil eines HPLC-Systems sein. In derartigen Systemen kann der Einlass 1004 auch als HPLC-Einlass 1004 bezeichnet werden, da er Abwasser von einer HPLC-Säule aufnehmen kann. Es versteht sich jedoch, dass die vorliegend beschriebene Technologie nicht auf eine Anwendung auf dem Gebiet von HPLC beschränkt ist und letztlich auch in anderen Anwendungen verwendet werden kann.
Der Einlass 1002 kann auch als ein Einlass 1002 für Edelgas oder einfach als Gaseinlass 1002 bezeichnet werden. Bei einigen Ausführungsformen kann ein Edelgas, wie etwa N2, verwendet werden. Dies kann aus Sicherheitsgründen eingesetzt werden, um die Entstehung einer entflammbaren (oder explosionsfähigen) Zusammensetzung zu verhindern. Es ist jedoch auch möglich, andere Gase zu verwenden, wie etwa Luft. Der HPLC-Einlass 1004 kann auch als der Abwassereinlass 1004 der HPLC-Säule, Abwassereinlass 1004 oder einfach als Probeneinlass 1004 bezeichnet werden. Zu dem System 1000 gehört zudem ein Nebulisator 1200 zum Erzeugen eines Sprays aus feinen Tropfen einer Flüssigkeit, die durch einen Probeneinlass 1004 zugeführt wird.
Einfach ausgedrückt, wird ein HPLC-Abwasser einem Nebulisator 1200 über einen Einlass 1004 zugeführt. Gleichzeitig wird ein Edelgas dem Nebulisator 1200 über einen Gaseinlass 1002 zugeführt. Einfach ausgedrückt, gehören zu dem Nebulisator 1200 ein Kapillareinlass, der mit dem HPLC-Einlass 1004 verbunden ist, und ein koaxialer Edelgasstrom, der durch einen Gaseinlass 1002 zugeführt wird. Der Nebulisator 1200 erzeugt ein Spray aus feinen Tropfen eines HPLC-Abwassers.
Zudem gehört zu dem System 1000 eine Sprühkammer 1007, die das in dem Nebulisator 1200 gebildete Spray aus feinen Tropfen empfängt. Sobald der Strom aus dem Spray in die Sprühkammer eingeführt wurde, legen die gebildeten Tropfen eine bestimmte Entfernung zurück. Tropfen mit einer ausreichend geringen Größe, d. h. niedrigen Masse, werden durch den Gasstrom mitgerissen, der sich in Richtung der oberen Region der Sprühkammer 1007 bewegt. Die Tropfen werden in Richtung eines Trocknungsrohrs 1008 geleitet, das zudem als Trocknungsrohr 1008, Verdunstungsrohr 1008 oder Verdampfungsrohr 1008 bezeichnet werden kann. Die Tropfen, die nicht in der Lage sind, in die obere Region in der Sprühkammer 1007 zu gelangen, d. h. die Tropfen, die nicht klein genug sind, um durch das Gas in die obere Region der Sprühkammer 1007 transportiert zu werden, treffen auf die Rückwand der Sprühkammer 1007. Diese relativ großen Tropfen werden dementsprechend durch eine Flüssigkeit „absorbiert“, die sich an der Rückwand des Impaktors bildet. Diese relativ großen Tropfen werden dementsprechend ein Teil der an der Rückwand des Impaktors gebildeten Flüssigkeit. Diese Flüssigkeit strömt nach unten und läuft letztlich in einen Ablauf 1009 aus der Sprühkammer 1007 ab. Die kleineren Tropfen, die in der Lage sind, in die obere Region der Sprühkammer 1007 zu gelangen, durchqueren ein Trocknungsrohr 1008, das eine weitere Verdampfung der restlichen volatilen Teile der Tropfen erlaubt, z. B. weitere Verdampfung des restlichen Lösungsmittels. Die Verdampfung des restlichen volatile Teils der Tropfen kann beispielsweise durch Erhitzen des Trocknungsrohrs 1008 erreicht werden.
Anders ausgedrückt, werden durch den Nebulisator 1200 gebildete Tropfen einer Sprühkammer 1007 zugeführt, in der die Tropfen mit relativ geringeren Größen in der Lage sind, ihren Bahnverlauf in die obere Region der Sprühkammer 1007 zu bewältigen, um anschließend durch einen erhitzten Verdampfungsabschnitt zu gelangen, der als Trocknungsrohr 1008 bezeichnet wird. Während des Passierens durch das Trocknungsrohr 1008 werden die Tropfen durch Beseitigung der restlichen volatilen Flüssigkeit getrocknet, d. h. Lösungsmittel. Die Tropfen verlassen das Trocknungsrohr 1008 als trockene feste Partikel. Es versteht sich im Allgemeinen, dass Sinn und Zweck des Trocknungsrohrs 1008 darin bestehen, das Lösungsmittel zu entfernen. Die Mehrheit der Substanzen, wenn das gesamte Lösungsmittel entfernt ist, bildet trockene Partikel (d. h. sie werden fest) am Ende des Trocknungsrohrs 1008. Je nach den Einzelheiten des Phasenübergangs können einige Substanzen (auch nachdem das gesamte Lösungsmittel entfernt wurde) jedoch zudem in der flüssigen Phase vorliegen. Der Einfachheit halber können diese Substanzen, wenn das Lösungsmittel am Ende des Trocknungsrohrs entfernt ist, zudem durch den Begriff „Partikel“ abgedeckt sein.
Nach dem Trocknen werden die Partikel einer Mischkammer 1010 zugeführt, die ebenfalls mit einem Strom aus Edelgas durch einen Gaseinlass 1002 versorgt wird. Bevor das Edelgas in die Mischkammer 1010 gelangt, wird es mit einer Aufladevorrichtung 1012 aufgeladen und im Übermaß der Mischkammer 1010 zugeführt. Das aufgeladene (Edel-)Gas reagiert mit den Partikeln unter Bildung von elektrisch aufgeladenen Partikeln, die zusammen mit dem überschüssigen aufgeladenen Gas zu einer Sammelvorrichtung 1016 geleitet werden. Vor dem Eintritt in die Sammelvorrichtung 1016 werden die aufgeladenen Partikel und das überschüssige aufgeladene Gas durch eine Ionenfalle 1014 geleitet, die Ionen mit einer hohen elektrischen Mobilität entfernt, d. h. die Ionenfalle 1014 entfernt aufgeladene Gaspartikel (z. B. aufgeladene N₂-Partikel) und zudem andere kleine aufgeladene Partikel (z. B. Partikel mit einer Größe von bis zu 6 nm). Bei der Sammelvorrichtung 1016 handelt es sich um ein Amperemeter, weshalb es auch als ein Strommessgerät 1016 bezeichnet werden kann. Anschließend überträgt das Strommessgerät 1016 ein Signal an das Endgerät 1018. Das durch das Strommessgerät 1016 emittierte Signal ist ein Ergebnis der Entladung der aufgeladenen Partikel. Die Intensität des Signals ist proportional zu dem Umfang der Aufladung, der in den Partikeln enthalten ist, der in Zusammenhang steht mit der Menge an Analyt, die in den Partikeln (und dementsprechend auch in den Tropfen) enthalten ist.
Kurz zusammengefasst, arbeitet der Detektor für aufgeladene Aerosole 1000 dadurch, dass er einen (Edel-)Gasstrom (injiziert durch einen Einlass 1002) durch einen Nebulisator 1200 einer Flüssigkeit bereitstellt, die durch einen Abwassereinlass 1004 zugeführt wird, um Tropfen zu erzeugen. Nicht geeignete Tropfen werden in den Ablauf 1009 entsorgt und das restliche Lösungsmittel wird anschließend durch ein Verdampfungsrohr 1008 verdampft. In einer Mischkammer 1010 wird den Partikeln durch eine Aufladevorrichtung 1012 eine Oberflächenladung verliehen und Partikel mit einer hohen elektrischen Mobilität werden durch eine Ionenfalle 1014 entfernt. Anschließend werden die aufgeladenen Partikel durch ein Amperemeter 1016 gemessen und wird die gemessene Ladung mit der Menge an Analyt in der injizierten Probe in Zusammenhang gebracht und als ein chromatografisches Spektrum 1018 ausgedrückt.
Einfacher ausgedrückt, verwendet das CAD-System 1000 einen pneumatischen Nebulisator 1200 zum Erzeugen eines Aerosols aus einem Lösungsmittel, das eine Probe enthält. Das Aerosol wird ebenfalls als das primäre Aerosol bezeichnet. Dieses primäre Aerosol wird anschließend in einem Trocknungsrohr 1008 getrocknet, das bei Bedarf erhitzt werden kann, um ein sekundäres Aerosol zu erzeugen, das in der Regel feste Partikel enthält. Der Transport des Aerosols durch dieses Trocknungsrohr 1008 wird durch das Gas aus dem Nebulisator 1200 bewirkt, das durch den Einlass 1002 bereitgestellt wird. Am Ende des Trocknungsrohrs 1008 ist das Lösungsmittel verdampft. Anschließend wird das sekundäre Aerosol aufgeladen, z. B. durch aufgeladene Stickstoffionen in einer Mischkammer 1010. Bei diesem Aufladen handelt es sich im Wesentlichen um eine Diffusionsaufladung. Anschließend werden die aufgeladenen Partikel in einem Filteramperemeter 1016 entladen, wobei der Entladestrom gemessen wird. Eine Ionenfalle 1014 ist dem Filteramperemeter 1016 vorgelagert angeordnet. Diese Ionenfalle 1014 entfernt aufgeladene Stickstoffionen aus dem Gasstrom, da diese nicht in dem Amperemeter 1016 gemessen werden sollten. Eine weitere verwendete Komponente ist ein Impaktor, der sich in der Sprühkammer 1007 befindet, auch bekannt als die Rückwand der Sprühkammer 1007. Die Funktion des Impaktors besteht darin, sehr große Tropfen aus dem Aerosol zu entfernen. Dies dient dazu, zu vermeiden, dass überschüssige Flüssigkeit in das Trocknungsrohr 1008 gelangt und eine vollständige Verdampfung dadurch nicht zustande kommt, dass der Transportdurchfluss in dem Trocknungsrohr 1008 gesättigt ist.
Während das beschriebene CAD-System 1000 in einigen Fällen zufriedenstellende Ergebnisse erreichen kann, kann es jedoch bestimmte Kehrseiten und Nachteile aufweisen. Insbesondere wurde festgestellt, dass das CAD-System 1000 aus 1 nicht ideal ist. Insbesondere die Ergebnisse (d. h. der durch das Amperemeter 1016 gemessene Strom) können stark von dem verwendeten Lösungsmittel abhängen. Das bedeutet, dass dieselbe Probe in verschiedenen Lösungsmitteln verschiedene Ströme an dem Amperemeter ergeben kann, was die weitere Verwendung der Ergebnisse mühselig machen kann.
Zunächst werden Merkmale von Ausführungsformen der vorliegenden Technologie (d. h. die in diesem Dokument umrissene Technologie) unter allgemeiner Bezugnahme auf die 2 bis 4 umrissen, bevor Einzelheiten der einzelnen Komponenten unter spezifischerer Bezugnahme auf die einzelnen Figuren beschrieben werden.
Wie erörtert, können vorhergehende CAD-Systeme den Nachteil aufweisen, dass sie stark von dem verwendeten Lösungsmittel abhängen. Wird eine Probe beispielsweise in Wasser und in Methanol aufgelöst, kann der resultierende Strom für dieselbe Konzentration der Probe je nachdem, ob die Probe in Wasser oder in Methanol aufgelöst wurde, unterschiedlich sein. Ausführungsformen der vorliegenden Technologie führen durch zusätzliche Merkmale, die einzeln oder zusammen verwendet werden können, zu einer Überwindung oder wenigstens Abschwächung dieser Abhängigkeit von dem Lösungsmittel.
Wie in 2 dargestellt, kann zu Ausführungsformen der vorliegenden Technologie eine Durchflussregelungseinheit 100 gehören, die dem Tropfengenerator 200 vorgelagert angeordnet ist. Die Durchflussregelungseinheit 100 kann einen Durchfluss einer Flüssigkeit (wobei die Flüssigkeit in der Regel das Lösungsmittel und die Probe enthält) zu dem Tropfengenerator 200 regeln. Dementsprechend kann nur eine definierte Menge an Flüssigkeitsdurchfluss (oder ein Flüssigkeitsdurchfluss in einem definierten Bereich) zu dem Tropfengenerator 200 gelangen. Beispielsweise kann die Durchflussregelungseinheit 100 so konfiguriert sein, dass ein Eingangsdurchfluss in dem Bereich von 25 µl/min bis 2500 µl/min zu einem Ausgangsdurchfluss zu dem Tropfengenerator 200 in dem Bereich von 25 µl/min bis 56 µl/min führt. Das bedeutet, dass die Durchflussregelungseinheit 100 so konfiguriert sein kann, dass sie einen Ausgangsdurchfluss in dem Bereich von 25 µl/min bis 56 µl/min für alle Eingangsdurchflüsse in dem Bereich von 25 µl/min bis 2500 µl/min aufweist.
Dementsprechend kann der dem Tropfengenerator 200 zugeführte Flüssigkeitsdurchfluss stets in einem sehr definierten Bereich liegen.
Dies kann aus dem nachstehenden Grund vorteilhaft sein. Es versteht sich, dass der Tropfengenerator 200 Tropfen auf Grundlage des Flüssigkeitsdurchflusses erzeugt, der an dem Tropfengenerator 200 ankommt. Zudem wird den Tropfen über einen Gaseinlass 2002 ein Gas zugeführt, um dementsprechend ein Aerosol zu bilden. Dieses Aerosol direkt nach dem Tropfengenerator 200 kann auch als das primäre Aerosol bezeichnet werden. Das primäre Aerosol wird anschließend durch ein Trocknungsrohr 2008 geleitet. Im Idealfall ist am Ende des Trocknungsrohres 2008 das gesamte Lösungsmittel verdampft und haben sich Partikel gebildet.
Hierzu ist es vorteilhaft, dass der Flüssigkeitsdurchfluss in Richtung des Tropfengenerators 200 in einem definierten (und relativ niedrigen) Bereich liegt. Betrachten wir beispielsweise die Situation, dass der Gaseinlass 2002 einen konstanten Durchfluss eines Gases (z. B. Luft, wenngleich andere Gase, wie etwa N₂, ebenfalls verwendet werden können) von 3 l/min zuführt.
Zudem wird unter atmosphärischen Bedingungen und bei einer beispielhaften Temperatur von 25 °C eine Luftfeuchtigkeit von 100 % bei einer Konzentration (Wasser in Luft) von 23 g/m³ erreicht. Anders ausgedrückt, kann 1 m³ Luft 23 g Wasserdampf aufnehmen. Das bedeutet, dass 11 Luft 23 mg Wasserdampf aufnehmen kann, was ungefähr 23 µl Lösungsmittelwasser entspricht. Dementsprechend können bei einem Luftstrom von 3 1/min etwa 69 µl/min flüssiges Wasser verdampft werden, bevor die Luft mit Wasserdampf gesättigt ist.
Dementsprechend stellen dadurch, dass sichergestellt wird, dass lediglich ein definierter (und relativ niedriger) Flüssigkeitsdurchfluss zu dem Tropfengenerator 200 gelangt, Ausführungsformen der vorliegenden Technologie sicher, dass (beinahe) die gesamte Flüssigkeit in dem Trocknungsrohr 2008 verdampft werden kann.
Zudem wird außerdem angemerkt, dass nur eine begrenzte Zeit in dem Trocknungsrohr 2008 verbracht wird, was eine vollständige Verdampfung ebenfalls behindern kann. Zudem ist es aus diesem Grund vorteilhaft, dass nur ein definierter (und relativ niedriger) Flüssigkeitsdurchfluss zu dem Tropfengenerator 200 und dementsprechend in das Trocknungsrohr 2008 gelangt.
Darüber hinaus kann es auch angesichts der begrenzten Zeit in dem Trocknungsrohr vorteilhaft sein, relativ kleine Tropfen zu erzeugen, da es schwierig sein kann, große Tropfen in einer begrenzten Zeit in dem Trocknungsrohr vollständig zu verdampfen.
Es versteht sich, dass dadurch die Abhängigkeit von dem Lösungsmittel verringert wird, da verschiedene Lösungsmittel ihre Sättigung an verschiedenen Punkten erreichen.
Zudem kann bei Ausführungsformen der vorliegenden Technologie ein spezieller Tropfengenerator 200 verwendet werden. Insbesondere kann der Tropfengenerator 200 dafür sorgen, dass sich die Tropfen mit einer Frequenz bilden, die einstellbar ist. Diese Frequenz kann auch als die Frequenz zur Tropfenerzeugung bezeichnet werden. In dieser Hinsicht erfolgt eine Bezugnahme auf 4, die ein Beispiel für einen derartigen Tropfengenerator 200 darstellt.
Wie erörtert, gibt es einen Flüssigkeitsdurchfluss 226 in einem kontrollierten Bereich von der Durchflussregelungseinheit 100 zu dem Tropfengenerator 200. In der dargestellten Ausführungsform wird der Durchfluss 226 durch ein Gehäuse 210 geleitet und tritt durch eine Öffnung 211 mit einem Öffnungsdurchmesser aus dem Gehäuse aus. Dementsprechend wird ein Flüssigkeitsstrahl 228 erzeugt. Dieser Flüssigkeitsstrahl 228 löst sich in einzelne Tropfen 224 auf. Insbesondere sorgen Störungen in dem Strahl 228 sorgen dafür, dass sich der Strahl 228 in einzelne Tropfen 224 auflöst. Die am schnellsten wachsenden Störungen führen dazu, dass sich der Strahl 228 in Tropfen 224 mit einem Tropfendurchmesser D_Tropfen = 1,89 D auflöst, wobei D der Durchmesser der Öffnung 211 ist.
Dies kann verwendet werden, um Störungen bei (oder nah bei) der am schnellsten wachsenden Störung zu unterstützen. Es ist zu berücksichtigen, dass ein Durchfluss von beispielsweise 40 µl/min an dem Tropfengenerator 200 ankommt und dass der Tropfengenerator eine Öffnung 211 mit einem Durchmesser von 10 µm aufweist. Die am schnellsten wachsende Störung führt dementsprechend zu Tropfen 224 mit einem Durchmesser von etwa 19 µm, d. h. Tropfen 224 mit einem Volumen V_Tropfen von 3,6 • 10^-15 m³ = 3,6 • 10^-121 = 3,6 • 10^-6 µl.
Betrachten wir nun einen beispielhaften Flüssigkeitsdurchfluss von 40 µl/min, der an dem Tropfengenerator 200 ankommt. Dies entspricht einem Durchfluss von 0,67 µl/s. Wird der Durchfluss durch das vorstehend berechnete Volumen der Tropfen geteilt, führt dies zu einer Frequenz zur Tropfenerzeugung f von 185 kHz. In dem dargestellten Beispiel unterstützt der Tropfengenerator 200 die am schnellsten wachsende Störung durch Erzeugen von Störungen mit der jeweiligen Frequenz. Diese Frequenz kann auch als die Frequenz der Störungen bezeichnet werden und im Allgemeinen der Frequenz zur Tropfenerzeugung entsprechen.
Das bedeutet, wenn der Tropfengenerator 200 eine Störung mit dieser Frequenz verursacht, unterstützt dies die am schnellsten wachsende Störung, die natürlich in dem Flüssigkeitsstrahl 228 auftritt, und löst aus, dass die Tropfen 224 entsprechend dieser Störung und mit dem vorstehend erörterten Durchmesser gebildet werden. Es versteht sich, dass ähnliche Betrachtungen auch dann gelten, wenn eine externe Störung verursacht wird, die nahe bei der am schnellsten wachsenden natürlichen Störung liegt.
Bei der dargestellten Ausführungsform wird die Störung durch ein piezoelektrisches Element 206 verursacht, das elektronisch mit verschiedenen Erregerfrequenzen erregt werden kann. Es versteht sich jedoch, dass dies lediglich beispielhaften Charakters ist und dass andere Umsetzungen ebenfalls möglich sind.
Zusammengefasst kann der Tropfengenerator 200 eine Störung des Flüssigkeitsdurchflusses mit einer Frequenz verursachen, die einstellbar ist. Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird diese Frequenz (die auch als die Frequenz zur Tropfenerzeugung bezeichnet werden kann) durch den Flüssigkeitsdurchfluss geregelt, der an dem Tropfengenerator 200 ankommt, und zwar so, dass er die Bildung von Tropfen mit einem Durchmesser bei (oder nah bei) dem Durchmesser der Tropfen unterstützt, die durch die am schnellsten wachsende Störung verursacht würden, die in dem Flüssigkeitsdurchfluss auftritt.
Bemerkenswerterweise erfolgt die vorstehend erörterte Tropfenbildung relativ unabhängig von der Flüssigkeit und dementsprechend von dem verwendeten Lösungsmittel. Das bedeutet, dass die vorstehend erörterte Tropfenbildung zu Tropfengrößen (oder Tropfengrößenverteilungen) führt, die relativ unabhängig sind von dem Lösungsmittel.
Dies kann sich im Rahmen der weiteren Auswertung als enorm vorteilhaft erweisen. Es versteht sich, dass im Anschluss an das Trocknungsrohr 2008, wenn das Lösungsmittel verdampft ist, Partikel gebildet werden. Die Partikel, zusammen mit dem Gas, bilden dementsprechend ein Aerosol, das ebenfalls als das sekundäre Aerosol bezeichnet werden kann. In der Mischkammer 2010 werden diese Partikel durch eine Diffusionsaufladung aufgeladen. Dieser Vorgang deponiert die Ladungen an den Partikeln proportional zu dem Durchmesser der Partikel. Das bedeutet, dass ein Partikel, dessen Volumen 8-mal so groß ist wie das eines anderen Partikels, nur die doppelte Ladung des anderen Partikels tragen würde.
Es kann dementsprechend problematisch sein, wenn verschiedene Lösungsmittel zu verschiedenen Tropfengrößen (oder Tropfengrößenverteilungen) und dementsprechend zu verschiedenen Partikelgrößen (oder Partikelgrößenverteilungen) führen würden. Durch die vorstehend genannten Mittel können Ausführungsformen der vorliegenden Technologie dieses Problem überwinden. Im Allgemeinen können die vorstehenden Mittel dafür sorgen, dass die Tropfengrößen unabhängig von dem Lösungsmittel und dem Eingangsdurchfluss sind. Dementsprechend ist das Stromsignal an dem Amperemeter 2016 relativ unabhängig von dem Lösungsmittel, wodurch eine einfache und praktische Linearisierung des Signals ermöglicht wird.
Im Allgemeinen versteht es sich, dass die vorliegend beschriebene Technologie eine niedrigere Nachweisgrenze von etwa 0,1 ppm umfassen kann, hauptsächlich definiert durch die Reinheit des Lösungsmittels. Dementsprechend kann sie einen relativ großen dynamischen Bereich umfassen.
Nachstehend werden weitere Einzelheiten von Ausführungsformen der vorliegenden Technologie beschrieben.
Die 2 bis 4 zeigen ein Detektorsystem 2000 (z. B. ein CAD-System) in Übereinstimmung mit Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Es versteht sich, dass einige Komponenten des CAD-Systems 2000 der vorstehenden Beschreibung unter Bezugnahme auf 1 entsprechen können. Es gibt jedoch einige Merkmale, die anders sind.
Einfach ausgedrückt, umfasst die dargestellte Ausführungsform wenigstens zwei Elemente, die anders sind als bei dem System 1000 in 1. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können beide dieser Merkmale (entsprechend der vorliegenden Beschreibung) oder eines davon umfassen.
Zu dem in 2 dargestellten System 2000 gehören ein Einlass 2004 und ein Tropfengenerator 200, der ebenfalls als ein Nebulisator bezeichnet werden kann.
Zusätzlich dazu gehört zu dem System in 2 zudem eine Durchflussregelungseinheit 100 oder ein Durchflussregelungselement 100, die/das so konfiguriert ist, dass sie/es den Flüssigkeitsdurchfluss von dem Einlass 2004 zu dem Tropfengenerator regelt. Anders ausgedrückt, dem Einlass 2004 nachgelagert und dem Tropfengenerator 200 vorgelagert kann eine Durchflussregelungseinheit 100 angeordnet sein. Weitere Einzelheiten zu einer möglichen Konfiguration der Durchflussregelungseinheit 100 sind nachstehend konkret unter Bezugnahme auf 3 beschrieben.
Zudem wird ein speziell konfigurierter Tropfengenerator 200 verwendet, der entsprechend der vorstehenden Beschreibung arbeitet. Beispielsweise kann ein piezoelektrischer Tropfengenerator durch die vorliegende Technologie verwendet werden.
Wie erörtert, können diese Merkmale (d. h. die Durchflussregelungseinheit 100 und der spezielle Typ Tropfengenerator 200) unabhängig voneinander oder zusammen verwendet werden - wie in der vorliegend beschriebenen Ausführungsform.
Dies kann, verglichen mit dem System 1000 aus 1, zu einigen Vorteilen führen. Wie erörtert, ist in dem System aus 1 in der Regel eine Sprühkammer 1007 mit einem Impaktor vorgesehen, der dem Nebulisator 1200 nachgelagert angeordnet ist. Hier werden einige der größeren Tropfen von den kleineren Tropfen getrennt, die im Rahmen der weiteren Analyse verwendet werden.
In dem System 1000 aus 1 wird der Teil der Flüssigkeit, der aufgetrennt und nicht für eine weitere Analyse verwendet wird, jedoch relativ unkontrolliert aufgetrennt, so dass es nicht ohne Weiteres möglich ist, zu bestimmen, welches Verhältnis der Flüssigkeit im Rahmen der anschließenden Analyse zur Anwendung kommt. Im Gegensatz dazu wird neben den vorstehend beschriebenen Vorteilen in dem System 2000 aus 2 die Flüssigkeitsmenge, die anschließend verwendet und analysiert wird, dem Tropfengenerator 200 vorgelagert geregelt. Dies führt zu einer kontrollierteren Analyse.
Zudem kann sich der Tropfengenerator 200 von Tropfengeneratoren unterscheiden, z. B. Nebulisatoren, die in Systemen im Stand der Technik eingesetzt werden. Insbesondere kann der Tropfengenerator so konfiguriert sein, dass er Tropfen mit einer Größe oder einer Größenverteilung erzeugt, die im Wesentlichen unabhängig ist von der Flüssigkeit (und dementsprechend von dem verwendeten Lösungsmittel).
Zudem kann der Tropfengenerator darüber hinaus die Tropfen 224 mit einer relativ engen Tropfengrößenverteilung erzeugen. Beispielsweise kann die Tropfengrößenverteilung durch ein Diagramm dargestellt werden, das das Flüssigkeitsvolumen als eine Funktion des Durchmessers der Tropfen darstellt. Das bedeutet, dass ein derartiges Diagramm für jede (jedes Intervall von) Tropfengröße darstellt, welches Gesamtflüssigkeitsvolumen in Tropfen mit derartigen Größen enthalten ist. In einem derartigen Diagramm liegt die Halbwertsbreite (FWHM) unter 0,4 • D, wobei D für den volumenbasierten Tropfendurchmesser steht, d. h., $\bar{D} = \frac{\sum_{i = 1}^{n} D_{i} \cdot V_{i}}{\sum_{i = 1}^{n} V_{i}}$
wobei i für das einzelne Partikel steht, n für die Gesamtzahl an Partikeln steht, D_i für den Durchmesser des einzelnen Partikels steht und V_i für das Volumen des einzelnen Partikels steht. Bevorzugt liegt die FWHM unter 0,3 • D, mehr bevorzugt unter 0,2 • D, wie etwa unter 0,1 • D.
Beispielsweise kann eine derartige Tropfengrößenverteilung erreicht werden, wenn der Tropfengenerator 100 als ein piezoelektrischer Tropfengenerator umgesetzt ist.
Eine derartige enge Tropfengrößenverteilung kann vorteilhaft sein, da die Beziehung zwischen der Tropfengröße und der Ladung, die der Tropfen nach dem Aufladen trägt, nicht linear ist. Der Grund für die Nichtlinearität liegt in dem Auflademechanismus in der Mischkammer 1010, 2010 begründet. Der Auflademechanismus ist ein Diffusionsauflademechanismus, der zu einer Ladung der Partikel führt, die proportional ist zu dem Partikeldurchmesser. Partikel, die die 8-fache Menge an Analyt aufweisen, sind nur durch eine doppelte Ladung gekennzeichnet.
Dementsprechend kann es vorteilhaft sein, Partikel mit einer relativ engen Größenverteilung zu haben. Im Gegensatz dazu führen physikalische Eigenschaften der Flüssigkeit zu Tropfen mit verschiedenen Größen während der pneumatischen Zerstäubung. Eine bestimmte Menge an Flüssigkeit, verteilt auf einige große Tropfen, führt zu spezifischen Strommessungen. Wenn jedoch dieselbe Menge an Flüssigkeit auf viele kleine Tropfen verteilt ist, ist der gemessene Strom wesentlich höher. Im Rahmen der Chromatografie werden oftmals Gradienten verwendet, was bedeutet, dass sich die Zusammensetzung des Eluierungsmittels während eines Chromatogramms ändert. Dieser Gradient spiegelt das Problem der Abhängigkeit von dem Lösungsmittel wider und dementsprechend führen identische Mengen an Analyt zu Spitzen unterschiedlicher Ausmaße, wenn die Spitzen zu Zeitpunkten mit verschiedenen Zusammensetzungen des Eluierungsmittels eluieren.
Auf Grundlage der vorstehend beschriebenen Gründe kann es vorteilhaft sein, eine relativ enge Tropfengrößenverteilung zu haben, die zu besseren Ergebnissen von anschließenden Analysen führen kann.
Zudem kann das in 2 dargestellte System 2000 unter Umständen zudem keine Sprühkammer mit einem Impaktor und einem Ablauf umfassen (vgl. 1007 und 1009 in 1). Dies kann dahingehend vorteilhaft sein, als dass das CAD-System 1000 aus 1 zu einem gewissen Grad an erneuter Zerstäubung aus dem Entwässerungssumpf führen kann, wenn eine Sprühkammer 1200 mit einem Ablauf verwendet wird. Dies kann nach einem großen Signal zu der Erzeugung kleiner Signalspitzen führen, die mit Signalen von anderen Substanzen konkurrieren (die kurz nach der ersten Substanz eluieren), wodurch die Dynamik für Signale dementsprechend begrenzt wird, die sich in einer kurzen Entfernung befinden.
Zudem kann das Weglassen eines derartigen Impaktors und eines Ablaufs dementsprechend zu besseren Analyseergebnissen führen.
Dementsprechend kann das System 2000 aus 2 eine geringere Abhängigkeit von dem Lösungsmittel zeigen. Andere Systeme, wie etwa das System 1000 aus 1, können eine starke Abhängigkeit von dem verwendeten Lösungsmittel zeigen.
Es gibt verschiedene Gründe für Abhängigkeiten von Lösungsmitteln in Systemen nach dem Stand der Technik, wie etwa das System 1000 aus 1. Die Flüssigkeitsmenge, die in dem Trocknungsrohr ankommt, richtet sich nach der Größe des Anteils, der über den Impaktor aufgetrennt wird, und leistet dementsprechend natürlich keinen Beitrag zu der Messung. Zudem führen die physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit zu Tropfen verschiedener Größen während der pneumatischen Zerstäubung. Das bedeutet, dass verschiedene Flüssigkeiten zu einer im Wesentlichen verschiedenen Größenverteilung der erzeugten Tropfen führen werden. Eine bestimmte Flüssigkeitsmenge, verteilt auf wenige große Tropfen, führt zu einem bestimmten gemessenen Strom. Wenn dieselbe Menge an Flüssigkeit jedoch auf viele kleine Tropfen verteilt ist, ist der gemessene Strom wesentlich höher.
Diese Probleme finden sich in dem CAD-System 2000 aus 2 nicht. Im Unterschied zu dem System 1000 regelt das CAD-System 2000 den Flüssigkeitsdurchfluss vor dem Tropfengenerator 200 und trennt Tropfen nicht unkontrolliert. Zudem ist durch Verwendung eines anderen Tropfengenerators (z. B. einer, der Tropfen bei einer definierten Frequenz erzeugt) die Tropfengrößenverteilung enger und weniger stark abhängig von dem verwendeten Lösungsmittel. Dementsprechend kann das CAD-System 2000 bessere Analyseergebnisse erzielen.
Weitere Merkmale der dargestellten Ausführungsformen werden nachstehend beschrieben.
2 zeigt ein CAD-System 2000 entsprechend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Das CAD-System 2000 kann auch als System 2000 bezeichnet werden. Einfach ausgedrückt, gehören zu dem System 2000 ein Einlass 2002, um das System 2000 mit einem Gas zu versorgen, beispielsweise mit einem Edelgas, wie etwa Stickstoff, und ein Flüssigkeitseinlass 2004. Bei einigen Ausführungsformen kann es sich bei dem Einlass um einen HPLC-Einlass 2004 zum Leiten von Abwasser aus der HPLC-Säule handeln. Der Einlass 2002 kann ebenfalls als Edelgaseinlass 2002 oder einfach als Gaseinlass 2002 bezeichnet werden. Der HPLC-Einlass 2004 kann zudem als ein Einlass für das Abwasser aus der HPLC-Säule 2004, Abwassereinlass 2004 oder einfach als Flüssigkeitseinlass 2004 bezeichnet werden. Auch hier versteht es sich, dass es nicht entscheidend ist, dass die vorliegende Technologie in einem HPLC-System verwendet wird, d. h. die Probe kann auch von einer anderen Einheit als einer HPLC-Säule bereitgestellt werden.
Zu dem System 2000 gehört zudem ein Tropfengeneratorsystem 200 oder ein Nebulisatorsystem 200 zum Erzeugen eines Sprühnebels aus feinen Tropfen aus einer Flüssigkeit, die über einen Probeneinlass 2004 bereitgestellt wird, wobei die Tropfen in einem Gasstrom mitgerissen werden, der durch einen Gaseinlass 2002 bereitgestellt wird. Das Nebulisatorsystem 200 kann ebenfalls einfach als Nebulisator 200 bezeichnet werden.
Zudem gehört zu dem System 2000 eine Durchflussregelungsbaugruppe 100, die zwischen dem Probeneinlass 2004 und dem Nebulisator 200 angeordnet ist. Die Durchflussregelungsbaugruppe 100 kann auch als Durchflussregelungseinheit 100 oder Durchflussregelungssystem 100 bezeichnet werden. Die Durchflussregelungseinheit 100 ist so konfiguriert, dass sie einen definierten Flüssigkeitsdurchfluss zu dem Nebulisator leitet. Wenn Begriffe wie „nach“, „bevor“ oder „zwischen“ in dieser Patentschrift verwendet werden, versteht es sich, dass derartige Begriffe in der Regel den Standort in einem Durchflussweg kennzeichnen. Das bedeutet, dass der Begriff, dass ein Element A „vor“ einem anderen Element B angeordnet ist, kennzeichnet, dass Element A dem Element B vorgelagert angeordnet ist. Zudem kennzeichnet der Begriff, dass ein Element B „nach“ einem anderen Element A angeordnet ist, dass Element B dem Element A nachgelagert angeordnet ist. Wenn ein Element B laut Darstellung zwischen Element A und C angeordnet ist, sollte dies zudem kennzeichnen, dass Element B einem der Elemente A und C nachgelagert und dem jeweils anderen der Elemente A und C vorgelagert angeordnet ist.
Einfach ausgedrückt, wird eine Flüssigkeit (z. B. ein HPLC-Abwasser) einem Nebulisator 200 durch einen Einlass 2004 zugeführt. Gleichzeitig wird dem Nebulisator 200 ein Gas durch einen Gaseinlass 2002 zugeführt. Zudem gehört zu dem System 2000 eine Durchflussregelungsbaugruppe 100 (siehe Erläuterung zu 3), die mit dem HPLC-Einlass 2004 und dem Nebulisator 200 verbunden ist, der auch als Tropfengenerator 200 bezeichnet werden kann (siehe Erläuterung zu 4). Der Nebulisator 200 erzeugt einen Sprühnebel aus Tropfen durch Desintegration der Flüssigkeit in Tropfen, die in einen Edelgasstrom ausgestoßen werden. Einfach ausgedrückt, gehört zu der Durchflussregelungseinheit 100 eine Vielzahl von Komponenten, die eine Regelung (und Reduktion) der Flüssigkeitsrate auf optimale Werte erlauben kann, und das Tropfengeneratorsystem 200 kann dementsprechend die Anwendung von mechanischen Ultraschallwellen erlauben, die durch Ausbreitung bei dem Zerlegen der verringerten Durchflussrate in Tropfen behilflich sein können. Die gebildeten Tropfen können zu einem Trocknungsrohr 2008 transportiert werden, das auch als Trocknungsrohr 2008, Verdampfungsrohr 2008 oder Verdunstungsrohr 2008 bezeichnet werden kann.
Nach dem Trocknen entstehen Partikel und diese werden einer Mischkammer 2010 zugeführt, der zudem ein Gasstrom über einen Gaseinlass 2002 zugeführt wird. Es versteht sich, dass der Gaseinlass 2002 zum Bereitstellen von Gas nach der Trocknungskammer der Gaseinlass sein kann, der das Gas dem Tropfengenerator 200 bereitstellt. Bei anderen Ausführungsformen können zudem jedoch separate Gaseinlässe (die auch als Gaszuläufe bezeichnet werden können) für den Tropfengenerator 200 und im Anschluss an die Trocknungskammer eingesetzt werden.
Bevor es in die Mischkammer 2010 gelangt, kann das Gas über eine Aufladevorrichtung 2012 elektrisch aufgeladen und im Übermaß der Mischkammer 2010 zugeführt werden. Das aufgeladene Gas wirkt auf die Partikel ein, um elektrisch aufgeladene Partikel zu bilden, die neben einem zusätzlichen aufgeladenen Gas zu einer Sammelvorrichtung 2016 geleitet werden. Bevor sie in die Sammelvorrichtung 2016 kommen, durchlaufen die aufgeladenen Partikel und das überschüssige aufgeladene Gas eine Ionenfalle 2014, durch die die Ionen mit einer hohen elektrischen Mobilität entfernt werden, d. h. die Ionenfalle 2014 beseitigt aufgeladene Gaspartikel und zudem kleine aufgeladene Partikel - in der Regel können Partikel mit einer Größe kleiner als etwa 10 nm durch die Ionenfalle entfernt werden. Diese Partikel können ebenfalls als Beta-1-Partikel bezeichnet werden. Die Sammelvorrichtung 2016 ist ein Amperemeter und dieses kann ebenfalls als Strommessgerät 2016 bezeichnet werden. Anschließend überträgt das Strommessgerät 2016 ein Signal an ein Endgerät 2018. Das durch das Strommessgerät 2016 emittierte Signal ist ein Ergebnis des Entladens der aufgeladenen Partikel. Die Intensität des Signals ist proportional zu dem Ausmaß der Ladung, die in den Partikeln enthalten ist. Im Allgemeinen versteht es sich, dass eine höhere Menge der Probe in der Flüssigkeit in dem primären Aerosol zu größeren Partikeln in dem sekundären Aerosol führen wird. Dementsprechend ist die Ladung darüber hinaus ein Maß für die Menge der Probe in der Flüssigkeit.
Kurz zusammengefasst arbeitet das CAD-System 2000 durch Regeln (und je nach Eingangsdurchfluss: Reduzieren) der dem System zugeführten Flüssigkeitsdurchflussrate (z. B. zugeführt durch ein HPLC-System) über eine Durchflussregelungseinheit 100, die als eine Trennungsbaugruppe 100 umgesetzt sein kann, bevor die Flüssigkeit dem CAD-Tropfengeneratorsystem 200 zugeführt wird. Das CAD-Tropfengeneratorsystem 200 umfasst eine Vielzahl von Komponenten, die das Erzeugen von Tropfen durch Anwendung mechanischer Ultraschallwellen erleichtert. Dementsprechend können Tropfen mit einer definierten Frequenz erzeugt werden. Die erzeugten Tropfen können in das Trocknungsrohr 2008 freigesetzt werden, unter Erzeugung von Partikeln getrocknet werden, und die Partikel können über einen Gasstrom einer Mischkammer 2010 zugeführt werden. In der Mischkammer 2010 wird den Partikeln durch eine Aufladevorrichtung 2010 eine Oberflächenladung verliehen und werden Ladungen mit einer hohen Mobilität durch eine Ionenfalle 2014 entfernt. Anschließend werden die aufgeladenen Partikel unter Verwendung eines Amperemeters 2016 gemessen und wird die gemessene Ladung mit der Menge an Analyt in der injizierten Probe in Zusammenhang gesetzt und als ein chromatografisches Spektrum 2018 ausgedrückt.
Das CAD-System 2000 kann den Verzicht auf den Impaktor des CAD-Systems 1000 ermöglichen. Das CAD-System 2000 kann das Erzeugen von Tropfen einer angemessenen Größe erlauben, die unabhängig ist von der verwendeten Lösungsmittelzusammensetzung. Wie erörtert, kann in anderen Systemen ein Impaktor verwendet werden, um Tropfen mit einer relativ großen Größe zu entfernen. In dem vorliegend beschriebenen System können die Tropfen jedoch mit einer Größenverteilung erzeugt werden, die unabhängig ist von der Lösungsmittelzusammensetzung. Dementsprechend ist es unter Umständen nicht erforderlich, Tropfen mit übermäßigen Größen zu entfernen. Dementsprechend umfasst das vorliegend beschriebene System 2000 unter Umständen keinen Impaktor, d. h. es kann frei von einem Impaktor sein. Zudem können durch Verwenden der Durchflussregelungseinheit 100 der an dem Tropfengenerator ankommende Flüssigkeitsdurchfluss und dementsprechend die Menge an Flüssigkeitsdurchfluss, die durch das Trocknungsrohr 2008 geleitet wird, dahingehend geregelt werden, dass sie sich derart darstellen, dass das gesamte Lösungsmittel in dem Trocknungsrohr 2008 verdampft werden kann (wie vorstehend erörtert). Dadurch kann der Impaktor zum Entfernen von großen Tropfen überflüssig werden.
Zudem kann, da das System 2000 frei von einem Impaktor sein kann, das System 2000 zudem keinen Ablauf (wie etwa Ablauf 1009) umfassen, der dem Tropfengenerator 200 nachgelagert angeordnet ist und zum Ablassen von Flüssigkeit dient, die durch größere Tropfen verursacht wird. Es versteht sich, dass, wenn ein derartiger Ablauf vorhanden ist, (wie in dem System 1000), einige Teile der abzulassenden Flüssigkeit zu einem späteren Zeitpunkt zerstäubt werden können, was zu Verunreinigungen bei der späteren Analyse führt. Anders ausgedrückt, wenn ein derartiger Ablauf vorhanden ist, kann sich Flüssigkeit in der Sprühkammer ansammeln. Bevor diese abgelassen wird, können Teile davon zerstäubt werden und sich auf anschließende Analysen auswirken. Derartige Verunreinigungen sind in dem vorliegend beschriebenen System 2000 nicht vorhanden, wodurch dementsprechend bessere Analyseergebnisse erzielt werden.
3 zeigt eine Durchflussregelungseinheit 100 für ein CAD-System 2000, das in der vorliegenden Konfiguration auch als eine Trennungseinheit 100 bezeichnet werden kann. Im Allgemeinen kann die Durchflussregelungseinheit 100 einen Flüssigkeitsdurchfluss in Richtung Tropfengenerator 200 regeln. Insbesondere kann die Durchflussregelungseinheit 100 so konfiguriert sein, dass sie den Flüssigkeitsdurchfluss zu dem Tropfengenerator 200 so regelt, dass unabhängig von dem an der Durchflussregelungseinheit 100 ankommenden Durchfluss der Durchfluss in Richtung Tropfengenerator immer in einem vorher festgelegten Bereich liegt. Beispielsweise kann die Durchflussregelungseinheit 100 den Eingangsdurchfluss in dem Bereich von 25 µl/min bis 1600 µl/min in Ausgangsdurchflüsse von 25 µl/min bis 50 µl/min umwandeln. In dem dargestellten Beispiel kann der Rest des Durchflusses in die Entleerung geleitet werden.
In der dargestellten Ausführungsform kann zu der Durchflussregelungseinheit 100 eine Trennungsvorrichtung gehören, die beispielsweise eine T-förmige Trennungsvorrichtung sein kann, die konzeptionell durch die Bezugsziffer 102 gekennzeichnet ist. Die Trennungsvorrichtung 102 kann ebenfalls als ein Trenn-T-Stück 102 bezeichnet werden und es kann mit einem Flüssigkeitsdurchfluss versorgt werden, der beispielsweise über ein HPLC-System und im Allgemeinen über den Einlass 2004bereitgestellt wird. Das Trenn-T-Stück 102 kann den Flüssigkeitsdurchfluss in zwei verschiedene Richtungen umleiten. Ein Teil der Flüssigkeit kann in Richtung eines von einer Vielzahl von Durchflusswiderständen 106, 108, 110, 112, 114 geleitet werden. Ein anderer Teil des Durchflusses kann in Richtung eines Weges geleitet werden, der ein Element für zusätzliches Volumen 104 und einen Durchflusswiderstand 116 umfasst. Anders ausgedrückt, kann das Trenn-T-Stück 102 fluidisch mit einem von einer Vielzahl von Durchflusswiderständen 106, 108, 110, 112 und 114 verbunden sein. Die Durchflusswiderstände 106, 108, 110, 112, 114 und 116 können ebenfalls als Durchflussbegrenzer 106, 108, 110, 112, 114 und 116 bezeichnet werden und als Begrenzerkapillaren umgesetzt sein. Darüber hinaus kann zu der Trennungsvorrichtung 100 eine Sackgasse gehören, die mit der Bezugsziffer 126 gekennzeichnet ist. Das Trenn-T-Stück 102 kann fluidisch mit einem beliebigen der Durchflusswiderstände 106, 108, 110, 112, 114 und der Sackgasse 126 über ein Durchflussauswahlventil 124 verbunden sein, das in der vorliegenden Schrift als ein drehbares Verbindungselement 124 umgesetzt ist, das vereinfacht auch als Verbinder 124 bezeichnet werden kann. Der Verbinder 124 kann eine fluidische Verbindung über eine Vielzahl von Verbindungsanschlüssen herstellen, die konzeptionell durch die Bezugsziffern 1, 2, 3, 4, 5 und 6 gekennzeichnet sind, die den Durchflusswiderständen 106, 108, 110, 112, 114 bzw. der Sackgasse 126 entsprechen. Die Verbindungsanschlüsse 1, 2, 3, 4, 5 und 6 können auch als Verbinder 1, 2, 3, 4, 5 und 6 oder vereinfacht als Anschlüsse 1, 2, 3, 4, 5 und 6 bezeichnet werden.
Einfach ausgedrückt, wird der Flüssigkeitsdurchfluss, der über die Durchflussregelungseinheit kreuzt, um in Richtung Tropfengenerator 200 zu strömen, durch eine Umleitung des Durchflusses bestimmt. Einfach ausgedrückt, kann zu der Umleitung des Flüssigkeitsdurchflusses eine Reihe von kapillaren Verbindungen gehören, die so angepasst sein können, dass sie eine Konfiguration einnehmen, die das Herstellen einer fluidischen Verbindung zwischen dem Trenn-T-Stück 102 und den Durchflusswiderständen 106, 108, 110, 112 oder 114 erlaubt. Die fluidische Verbindung kann durch eine drehbare Verbindungskapillare erreicht werden, die konzeptionell durch die Bezugsziffer 124 gekennzeichnet ist. Der Flüssigkeitsdurchfluss und insbesondere das Durchflussverhältnis zu dem Tropfengenerator 200 können durch den Durchflusswiderstand in dem Weg bestimmt werden, der zu dem Tropfengenerator 200 führt, und zwar in Relation zu dem Durchflusswiderstand in dem Weg, der zu der Entleerung 120 führt.
Die Auswahl eines Verbindungsanschlusses und dementsprechend des zu verwendenden Durchflusswiderstands 106, 108, 110, 112, 114 kann eine Regelung des Verhältnisses der Flüssigkeit, die in Richtung Tropfengenerator 200 umgeleitet wird, erlauben. Darüber hinaus kann durch das Regeln des Verhältnisses des Flüssigkeitsdurchflusses, der zu dem Tropfengenerator 200 umgeleitet wird, ein Herstellen eines vorher festgelegten Durchflussbereiches erlaubt sein. Anders ausgedrückt, kann das Verhältnis der Flüssigkeit, die nach außen zu dem Element für zusätzliches Volumen 104 und weiter zu dem Tropfengenerator 200 geleitet wird, dadurch definiert werden, dass eine fluidische Verbindung mit einem der Durchflusswiderstände 106, 108, 110, 112, 114 oder mit der Sackgasse 126 durch eine Verbindung zwischen dem Verbinder 124 und einem beliebigen der Anschlüsse 1, 2, 3, 4, 5 und 6 hergestellt wird. Jeder Verbindungsanschluss kann als ein Zugang zu einer von einer Vielzahl von Kapillarverbindungen dienen, die das Herstellen einer fluidischen Verbindung zwischen der Trennungsvorrichtung 102 und einem Durchflusswiderstand 106, 108, 110, 112, 114 oder 126 erlauben kann. Es versteht sich, dass der in 2 dargestellte Durchflussregelungsmechanismus lediglich beispielhaften Charakters ist und die Möglichkeit besteht, das Layout der Durchflusswiderstände zu variieren. Es versteht sich zudem, dass die Anzahl an Durchflusswiderständen für verschiedene Ausführungsformen erhöht oder reduziert werden kann, d. h. es kann möglich sein, mehr oder weniger Durchflusswiderstände zu verwenden.
Bei einer Ausführungsform können die Durchflusswiderstände die nachstehenden Abmessungen aufweisen:

Durchflusswiderstand (Bezugsziffer) Länge (mm) Innendurchmesser (µm)

116 300 30

106 300 30

108 400 40

110 500 50

112 750 75

114 1000 100
Zudem kann die Fraktion der Flüssigkeit, die zu einem beliebigen der Durchflusswiderstände 106, 108, 110, 112 oder 114 geleitet wird, später über einen Entleerungsbehälter 120 ausgeleitet werden, der auch als Entleerungssammelvorrichtung 120 oder vereinfacht als Entleerung 120 bezeichnet werden kann. Bei einer Ausführungsform kann die Fraktion der Flüssigkeit, die zu einem beliebigen der Durchflusswiderstände 106, 108, 110, 112 oder 114 geleitet wird, zudem für eine weitere Isolation oder Aufreinigung aufgefangen werden. Anders ausgedrückt, kann bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Entleerungsbehälter 120 zudem als eine Probensammelvorrichtung 120 fungieren. Bei einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Entleerungsbehälter 120 durch eine beliebige andere Art der Verbindung ersetzt sein, die eine Übertragung von aufgefangener Flüssigkeit auf einen anderen Detektor oder ein anderes Teil eines HPLC-Systems erlaubt.
Wie erörtert, kann die T-Trennungsvorrichtung 102 zudem mit einer Sackgasse 126 verbunden sein. Das bedeutet, dass, wenn der Verbinder 124 mit der Sackgasse 126 verbunden ist, (beinahe) die gesamte Menge an Flüssigkeit, die der Trennungsvorrichtung 102 zugeführt wird, in Richtung Tropfengenerator 200 geleitet wird. In diesem Fall wird keinerlei Flüssigkeit zu der Entleerungssammelvorrichtung 120 geleitet, d. h. der Großteil der Flüssigkeit, die der Trennungsvorrichtung 100 zugeführt wurde, durchströmt das Trenn-T-Stück 102 und strömt in Richtung Tropfengenerator 200.
Wenn zudem der drehbare Verbinder 124 eine fluidische Verbindung beispielsweise mit dem Anschluss 2 herstellt, kann ein Teil der Flüssigkeit, die der Trennvorrichtung 100 zugeführt wurde, zu dem Durchflusswiderstand 106 umgeleitet werden. Bei einer Ausführungsform kann der Durchflusswiderstand 116 dieselben Abmessungen aufweisen wie der Durchflusswiderstand 106, wodurch es möglich sein kann, im Wesentlichen denselben Flüssigkeitsdurchfluss in Richtung Tropfengenerator 200 und in Richtung Entleerung 120 zu haben. Wenn der drehbare Verbinder 124 jedoch eine fluidische Verbindung mit dem Anschluss 3 herstellt, kann der Teil der umgeleiteten Flüssigkeit jetzt zu dem Durchflusswiderstand 108 geleitet werden, dessen Abmessungen unter Umständen von der Säule 116 abweichen, wodurch ein verschiedenes Verhältnis des Flüssigkeitsdurchflusses zu der Entleerung 120 umgeleitet werden kann. Einfach ausgedrückt, kann ein verschiedenartiger Satz abgelenkter Abwasserverhältnisse dadurch erreicht werden, dass der drehbare Verbinder 124 mit verschiedenen Verbindungsanschlüssen gekoppelt wird. Einfacher ausgedrückt, kann das Herstellen einer fluidischen Verbindung mit den Durchflusswiderständen 106, 108, 110, 112, 114 oder mit der Sackgasse 126 als ein Einstellungssystem zum Regeln der Durchflussrate der Flüssigkeit fungieren, die in Richtung Tropfengenerator 200 strömt.
Dementsprechend kann es zudem möglich sein, das Durchflussverhältnis zwischen der Flüssigkeit, die in Richtung Tropfengenerator 200 zugeführt wurde, und der, die in Richtung der Entleerung 120 zugeführt wurde, zu schätzen. Unter der Annahme, dass der Durchflusswiderstand in den Wegen größtenteils durch die Durchflusswiderstände 116 bzw. 106, 108, 110, 112 und 114 verursacht wird, und unter der Annahme, dass die Durchflusswiderstände im Allgemeinen dasselbe Design aufweisen (ihre Abmessungen ausgenommen), z. B. sind sie aus demselben Werkstoff geformt, versteht es sich, dass deren Durchflusswiderstand durch die nachstehende Abhängigkeit gekennzeichnet ist: $R \sim \frac{l}{D^{4}}$
wobei die nachstehende Bezeichnung verwendet wird

R:: Durchflusswiderstand des Durchflusswiderstands;
l:: Länge des Durchflusswiderstands;
D:: Durchmesser des Durchflusswiderstands.

Das bedeutet, dass der Widerstand proportional ist zu der Länge des Durchflusswiderstands und umgekehrt proportional ist zu der vierten Potenz des Durchmessers.
Unter den vorstehenden Annahmen und unter Verwendung der Bezeichnung R₁₁₆ für den Durchflusswiderstand des Durchflusswiderstands 116 und R_n für den Durchflusswiderstand des Durchflusswiderstands in dem Weg in Richtung des Entleerungsbehälters 120 kann das Verhältnis des Flüssigkeitsdurchflusses in Richtung Tropfengenerator 200 ausgedrückt werden als $V e r h ä l t n i s = \frac{\frac{1}{R_{116}}}{\frac{1}{R_{116}} + \frac{1}{R_{n}}}$

Bei einer Ausführungsform können die nachstehenden Abmessungen für die Durchflusswiderstände verwendet werden, wobei der Durchflusswiderstand 116 eine Länge von 300 mm und einen Durchmesser von 30 µm aufweist.

Durchflusswiderstand (n)	Länge (mm)	Innendurchmesser (µm)	Relativer Durchflusswiderstand (AU)	Durchflussverhältnis in Richtung 200	Trennungsverhältnis
116	300	30	1	-
106	300	30	1,000	0,500	2,00
108	400	40	0,423	0,297	3,37
110	500	50	0,216	0,177	5,63
112	750	75	0,064	0,060	16,63
114	1000	100	0,027	0,026	38,04
126			∞	1	1,00

Im Allgemeinen versteht es sich, dass, wenn der Durchflusswiderstand in dem Weg in Richtung Tropfengenerator 200 eingestellt ist (durch einen bestimmten Durchflusswiderstand 116 in diesem Weg), je niedriger der Durchflusswiderstand in dem anderen Weg in Richtung der Entleerung 120 ist, desto mehr Flüssigkeit wird in Richtung der Entleerung 120 geleitet. Dementsprechend gilt: je niedriger der Widerstand des Durchflusswiderstands n in dem Weg in Richtung der Entleerung 120, desto weniger Flüssigkeit wird in Richtung Tropfengenerator 200 geleitet. Zudem versteht es sich, dass, wenn Verbinder 124 mit einer Sackgasse 126 verbunden ist, dies einem unendlichen Durchflusswiderstand entspricht, so dass der vollständige Durchfluss in Richtung Tropfengenerator 200 geleitet würde.
Die vorstehend erörterten Beispiele ermöglichen ein Verhältnis des Durchflusses, der in Richtung Tropfengenerator 200 geleitet wird, zwischen 1/1 (d. h. 100 %) und 1/38. Es versteht sich jedoch, dass durch Auswählen verschiedener Abmessungen der Durchflusswiderstände andere Verhältnisse ebenfalls umgesetzt werden können.
Weitere Überlegungen im Zusammenhang mit den Durchflusswiderständen, die ebenfalls als Durchflussbegrenzer bezeichnet werden können, werden nachstehend erörtert.
Unter der Annahme eines laminaren Durchflusses und unter der weiteren Annahme, dass der Durchflusswiderstand ausschließlich durch die Durchflusswiderstände verursacht wird, entsprechend der Hagen-Poiseuille-Gleichung, der Druckabfall in den Wegen in Richtung Tropfengenerator 200 (der als Weg 1 bezeichnet wird) und in Richtung der Entleerung 120 (der als Weg 2 bezeichnet wird), gelten die nachstehenden Gleichungen: $Δ P_{1} = {\dot{V}}_{1} \cdot \frac{i_{1}}{R_{1}^{4}} \cdot \frac{8 η}{π}$
$Δ P_{2} = {\dot{V}}_{2} \cdot \frac{i_{2}}{R_{2}^{4}} \cdot \frac{8 η}{π}$
wobei:

I für den Weg steht (1 oder 2),
ΔP_l für den Druckabfall in Weg i steht;
v̇_l für den Volumendurchfluss in Weg i steht;
l_l für die Länge des Begrenzers in Weg i steht;
R_i für den Radius des Begrenzers in Weg i steht;
η für die Viskosität der Flüssigkeit steht.

Die nachstehenden Anforderungen gelten: $A P_{1} = A P_{2}$
$Δ P_{1} = Δ P_{2}$
${\dot{V}}_{2} = N \cdot {\dot{V}}_{1}$
$t_{2} = t_{1}$
wobei

N:: für das Verhältnis des Flüssigkeitsdurchflusses in Weg 2 gegenüber Weg 1 steht;
t_i:: für die zeitliche Verzögerung in Weg i steht.

Anders ausgedrückt, ist entsprechend (I) der Druckabfall in den Wegen (in etwa) gleich; kennzeichnet (II) das Verhältnis des Flüssigkeitsdurchflusses in Weg 2 gegenüber Weg 1; und sollte entsprechend (III) die Zeit, die die Flüssigkeit benötigt, um durch die Begrenzer zu strömen, gleich sein.
Die zeitliche Verzögerung t_i in Weg i kann wie folgt abgeleitet werden: $t_{1} = \frac{V_{1}}{{\dot{V}}_{1}} = \frac{π \cdot R_{l}^{2} \cdot l_{i}}{{\dot{V}}_{t}}$
wobei V_i für das Volumen des Durchflussbegrenzers i steht.
Die Anwendung von Anforderung (1) führt zu $\begin{array}{l} Δ P_{1} = Δ P_{2} \\ \Rightarrow {\dot{V}}_{1} \cdot \frac{l_{1}}{R_{1}^{4}} \cdot \frac{8 η}{π} = {\dot{V}}_{2} \cdot \frac{l_{2}}{R_{2}^{4}} \cdot \frac{8 η}{π} \\ \Rightarrow {\dot{V}}_{1} \cdot \frac{l_{1}}{R_{3}^{4}} = {\dot{V}}_{2} \cdot \frac{l_{2}}{R_{2}^{4}} \end{array}$
Die Anwendung von Anforderung II: V̇₂ = N · V̇₁ führt zu $\begin{array}{l} \Rightarrow {\dot{V}}_{1} \cdot \frac{l_{1}}{R_{3}^{4}} = N \cdot {\dot{V}}_{1} \cdot \frac{_{l_{2}}}{R_{2}^{4}} \\ \Rightarrow \frac{l_{1}}{R_{1}^{4}} = N \cdot \frac{l_{2}}{R_{2}^{4}} \\ \Rightarrow l_{2} = l_{1} \cdot \frac{R_{2}^{4}}{N \cdot R_{12}^{4}} \end{array}$
Zudem führt die Anwendung von Anforderung III: t₂ = t₁ zu $\frac{π \cdot R_{1}^{2} \cdot l_{1}}{{\dot{V}}_{1}} = \frac{π \cdot R_{2}^{2} \cdot l_{2}}{{\dot{V}}_{2}}$
Die Anwendung von Anforderung II: V̇₂ = N· V̇₁ in dieser Gleichung führt zu $\begin{array}{l} \frac{π \cdot R_{1}^{2} \cdot l_{1}}{{\dot{V}}_{1}} = \frac{π \cdot R_{2}^{2} \cdot l_{2}}{N \cdot {\dot{V}}_{1}} \\ \Rightarrow R_{2}^{2} = R_{1}^{2} \cdot N \cdot \frac{l_{1}}{l_{2}} \end{array}$
Die Anwendung der vorstehend gefundenen Gleichung für I₂ in dieser Gleichung führt zu $\begin{array}{l} R_{2}^{2} = R_{1}^{2} \cdot N \cdot \frac{l_{1} \cdot N \cdot R_{1}^{4}}{l_{1} \cdot R_{2}^{4}} \\ \Rightarrow R_{2}^{6} = N^{2} \cdot R_{1}^{6} \\ \Rightarrow R_{2} = N^{\frac{1}{3}} \cdot R_{1} \end{array}$
Das erneute Anwenden der vorstehend gefundenen Gleichung für I2 führt zudem zu $I_{2} = I_{1} \cdot \frac{R_{2}^{4}}{N \cdot R_{1}^{4}} = I_{1} \cdot \frac{N^{\frac{1}{3}} \cdot R_{1}^{4}}{N \cdot R_{1}^{4}} = N^{\frac{1}{3}} \cdot I_{1}$
Betrachten wir nun den Fall von N=8, d. h. 8-mal so viel Flüssigkeitsdurchfluss durch Weg 2 wie durch Weg 1. In einem solchen Fall würden die nachstehenden Gleichungen gelten $I_{2} = 2 \cdot I_{1}$
$R_{2} = 2 \cdot R_{1}$
$V_{2} = B \cdot V_{1}$
${\dot{V}}_{2} = B \cdot {\dot{V}}_{1}$
$t_{2} = t_{1}$
Anders ausgedrückt, können die vorstehenden Gleichungen auch ausgedrückt werden als $N = {(\frac{I_{2}}{I_{1}})}^{3}$
und $N = {(\frac{R_{2}}{R_{1}})}^{3}$
Das bedeutet, wenn gewünscht ist, dass die vorstehend erwähnten Anforderungen (I) bis (III) erfüllt werden, d. h. derselbe Druckabfall in den Wegen, der Volumendurchfluss entsprechend der Gleichung (II) und dieselbe Verzögerungszeit, sollten die relative Länge der Durchflussbegrenzer und die relativen inneren Radii der Durchflussbegrenzer proportional dimensioniert sein. Dies ist zudem in der erörterten Ausführungsform umgesetzt (siehe die Längen und die Innendurchmesser in der vorstehenden Tabelle).
Wenn dieselben Verzögerungszeiten in den verschiedenen Wegen angewendet werden, kann sich dies als vorteilhaft erweisen. Es versteht sich, dass dies kennzeichnet, dass Flüssigkeit, die an einem Trenn-T-Stück 102 getrennt wird, dementsprechend den Begrenzer 116 in dem Weg in Richtung Tropfengenerator 200 gleichzeitig mit Flüssigkeit umströmt haben wird, die den Begrenzer in dem Weg in Richtung der Entleerung 120 umströmt hat. Dies ist besonders vorteilhaft unter Berücksichtigung einer sich verändernden Zusammensetzung der Flüssigkeit (z. B., wenn Flüssigkeitsgradienten in der HPLC verwendet werden). Würden für die Wege nicht dieselben Verzögerungszeiten gelten, würde dies dazu führen, dass die Begrenzer mit verschiedenen Lösungsmittelzusammensetzungen gefüllt würden, was zu unterschiedlichen Durchflusswiderständen führen würde, was unerwünscht sein kann, da es sich auf die Funktionsweise der vorstehend beschriebenen Mechanismen auswirken kann.

Unter erneuter Bezugnahme auf 3 sind weitere Einzelheiten der verschiedenen Konfigurationen (d. h., dass das Durchflussauswahlventil 124 verschiedene Zustände annimmt) ebenfalls in der nachstehenden Tabelle zusammengefasst.

Spalte 1	Spalte 2	Spalte 3	Spalte 4	Spalte 5	Spalte 6	Spalte 7	Spalte 8	Spalte 9	Spalte 10	Spalte 11
Ventileinstelljung	Durchmesser von Begrenzern	Gesamtdurchfluss bei 100 bar	Trennungsverhältnis	Mindest - durchfluss	Maximaler Durchfluss	Max / Min	Mindest - durchfluss zu DG	Maximaler Durchfluss zu DG	Mindestdruck	Maximaler Druck
	µm	µl/min		µl/min	µl/min		µl/min	µl/min	bar	bar
1	30/0	40	1	25	56	2,25	25,00	56,00	63	141
2	30/30	80	2,00	56	103	1,84	28,00	51,50	71	130
3	30/ 40	134	3,37	103	173	1,68	30,56	51,33	77	129
4	30/ 50	224	5,63	173	385	2,22	30,73	68,39	77	172
5	30/75	661	16,63	385	1000	2,60	23,16	60,15	58	151
6	30/100	1512	38,04	1000	2500	2,50	26,29	65,73	66	165

In der vorstehenden Tabelle bezieht sich die erste Spalte auf die Einstellung des Ventils 124 in 3. Die zweite Spalte zeigt die Durchmesser der Durchflussbegrenzer 116 in dem Durchflussweg in Richtung Tropfengenerator 200 und der Durchflussbegrenzer 106 bis 114 in dem Durchflussweg in Richtung der Entleerung 120 an. Die Durchflussbegrenzer 116 und 106 bis 114 weisen die vorstehend aufgeführten Längen auf.
Die dritte Spalte zeigt für einen Druckabfall über die Begrenzer (d. h., ΔP₁ und ΔP₂ in der vorstehenden Darstellung) den Gesamtdurchfluss durch das System, d. h. den Gesamtdurchfluss in Richtung Tropfengenerator 200 und in Richtung der Entleerung 120, wenn es sich bei dem Lösungsmittel um Wasser handelt und dieses eine Viskosität von η = 1 mPa • s aufweist.
Unter Verwendung dieser Druckabfälle kann man den Durchfluss in den einzelnen Wegen unter Anwendung der vorstehenden Gleichungen (A) und (B) und den Gesamtdurchfluss durch Addieren der Durchflüsse in den einzelnen Wegen bestimmen.
Spalte 4 in der vorstehenden Tabelle bezieht sich auf das Trennungsverhältnis, d. h. der Umkehrwert dieses Trennungsverhältnisses ist das Verhältnis der Flüssigkeit, die in den Weg in Richtung Tropfengenerator 200 geleitet wird.
Die Spalten 5 und 6 zeigen Mindest- und Maximalwerte für den Gesamtdurchfluss, für den die jeweilige Einstellung des Ventils 124 verwendet werden sollte. Spalte 7 zeigt das Verhältnis zwischen diesen maximalen und Mindestdurchflüssen.
Die Spalten 8 und 9 zeigen anschließend die jeweiligen Mindest- und maximalen Durchflüsse, die an dem Tropfengenerator 200 ankommen. Das bedeutet, dass der Mindest- (maximale) Durchfluss an dem Tropfengenerator 200 als der Mindest- (maximale) Eingangsdurchfluss, geteilt durch das Trennungsverhältnis, berechnet werden kann.
Die letzten beiden Spalten, d. h. die Spalten 10 und 11, zeigen den Druckverlust über die Begrenzer 116 und 106 bis 114, d. h. ΔP₁ und ΔP₂, unter Berücksichtigung des Mindest- und maximalen Durchflusses (siehe Spalten 5 und 6), wenn es sich bei dem Lösungsmittel um Wasser handelt und dieses eine Viskosität von η = 1 mPa • s aufweist.
Es versteht sich, dass der Durchfluss, der an dem Tropfengenerator ankommt, der Gesamtdurchfluss ist, geteilt durch das Trennungsverhältnis (siehe Spalte 4).
Beispielsweise entspricht die Ventileinstellung 3 dem, dass der Begrenzer 116 in dem Durchflussweg in Richtung Tropfengenerator 200 einen Durchmesser von 30 µm und eine Länge von 300 mm aufweist, und dass es sich bei dem Begrenzer in Richtung der Entleerung um den Begrenzer 108 mit einem Durchmesser von 40 µm und einer Länge von 400 mm handelt. Das Trennungsverhältnis (siehe Spalte 4) beträgt 3,37, d. h. 1/3,37 des Gesamtdurchflusses werden in Richtung Tropfengenerator 200 geleitet. Wenn ein Eingangsdurchfluss von insgesamt 103 µl/min zugeführt wird (siehe Spalte 5), beträgt der Durchfluss in Richtung Tropfengenerator 200 30,56 µl/min (siehe Spalte 8) und beträgt der Druckabfall 77 bar (siehe Spalte 10). Dementsprechend beträgt bei einem Eingangsdurchfluss von insgesamt 173 µl/min (Spalte 6) der Durchfluss in Richtung Tropfengenerator 200 51,33 µl/min (Spalte 9) und beträgt der Druckabfall 129 (Spalte 11).
Dementsprechend versteht es sich, dass die vorliegend beschriebene Durchflussregelungseinheit 100 so angepasst ist, dass sie einen Eingangsdurchfluss in dem Bereich von 25 µl/min bis 2500 µl/min so regelt, dass der Durchfluss in Richtung Tropfengenerator 200 in dem Bereich von 23 µl/min bis 68 µl/min liegt, bei gleichzeitigem Betrieb bei Druckabfallwerten in dem Bereich von 58 bar und 165 bar.
Die vorstehend erwähnten Druckwerte können zudem aus dem nachstehenden Grund vorteilhaft sein. Je nach Art des Tropfengenerators 200 kann der Tropfengenerator 200 vorteilhafterweise so arbeiten, dass die ankommende Flüssigkeit einen bestimmten Druck aufweist, d. h. wenige (wie etwa 1 bis 5) bar über dem atmosphärischen Druck. Es kann vorteilhaft sein, dass dieser Druck wesentlich niedriger ist als der Druckabfall über die Begrenzer 116 und 106 bis 144, so dass der für einen optimalen Betrieb des Tropfengenerators erforderliche Druck keinen wesentlichen Einfluss hat und im Rahmen der vorstehenden Überlegungen vernachlässigt werden kann.
Darüber hinaus wurde in den vorstehenden Ausführungen die Ventileinstellung 1 dahingehend erläutert, dass eine Verbindung mit einer Sackgasse besteht. Bei einigen Ausführungsformen erlaubt diese Einstellung jedoch zudem, dass Flüssigkeit in dem Begrenzerweg in Richtung der Entleerung strömt. Dies kann beispielsweise dadurch umgesetzt werden, dass ein Durchflussbegrenzer mit einem sehr hohen Durchflusswiderstand zur Anwendung kommt, z. B. ein Durchflussbegrenzer mit einem sehr kleinen Innendurchmesser. Dies kann den Vorteil haben, dass keine Flüssigkeit aus dem Weg ohne Durchgang „entweichen“ kann.
Unter erneuter Bezugnahme auf 3 kann der Weg in Richtung Tropfengenerator 200 zudem ein Element für zusätzliches Volumen 104 umfassen, das auch als ein volumenhinzufügendes Element 104 bezeichnet werden kann, das dem Durchflussweg zu dem Tropfengenerator 200 ein bestimmtes Volumen hinzufügen kann. Es versteht sich, dass das Durchflussauswahlventil 124 dem Durchflussweg in Richtung der Entleerung 120 Volumen hinzufügen kann. Das Element für zusätzliches Volumen 104 kann dem Durchflussweg in Richtung Tropfengenerator 200 Volumen in demselben Umfang hinzufügen. Dies stellt sicher, beispielsweise, wenn das Durchflussauswahlventil 124 die Konfiguration 2 annimmt (d. h. eine Verbindung mit dem Durchflussbegrenzer 106 herstellt) und wenn ein Gradient von Lösungsmitteln verwendet wird, dass dieselbe Lösungsmittelzusammensetzung an dem Durchflussbegrenzer 116 in dem Weg in Richtung Tropfengenerator 200 und an dem Durchflussbegrenzer 106 bis 114 in dem Weg in Richtung der Entleerung 120 gleichzeitig ankommt. Dies ist deshalb vorteilhaft, weil andernfalls die Lösungsmittelzusammensetzung an den Durchflussbegrenzern verschieden sein könnte, was (wenn die Lösungsmittel verschiedene Viskositäten aufweisen) zu unterschiedlichen Druckabfällen an den Durchflussbegrenzern in dem Weg in Richtung Tropfengenerator 200 und in dem Weg in Richtung der Entleerung 120 führen würde.
Das bedeutet zusammengefasst, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Regelung des Flüssigkeitsdurchflusses zu dem Tropfengenerator 200 erlauben, so dass nur ein Flüssigkeitsdurchfluss in einem vorher festgelegten Bereich an dem Tropfengenerator ankommt. Dementsprechend erlauben Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung das Einstellen des Durchflussverhältnisses für Flüssigkeit, die zu dem Tropfengenerator 200 strömt. Wie erörtert, können die Durchflusswiderstände 106, 108, 110, 112 und 114 verschiedene Abmessungen aufweisen, die zudem ein systematisches Erhöhen oder Senken des Durchflussverhältnisses erlauben, das an dem Tropfengenerator 200 ankommt. Darüber hinaus kann die Fähigkeit der Durchflussregelungseinheit 100 zum Einstellen des Durchflusses, der an dem Tropfengenerator 200 ankommt, durch einen diversen Satz Kombinationen zum Herstellen einer fluidischen Verbindung zwischen einer Trennungsvorrichtung 102 und einer Vielzahl von Durchflusswiderständen 106, 108, 110, 112, 114 und 126 zudem dahingehend vorteilhaft sein, um Flüssigkeitsschwankungen zu bewältigen, die in der Regel in HPLCS-Systemen beobachtet werden, d. h. die Durchflussregelungseinheit 100 kann eine Konfiguration aufweisen, die es erlauben kann, eine Konfiguration anzunehmen, die mit Durchflüssen umgehen kann, die häufig im Rahmen von HPLC-Systemen verwendet werden.
Kurz zusammengefasst kann die fluidische Verbindung, die zwischen dem Trenn-T-Stück 102, das mit einer Flüssigkeit über eine HPLC versorgt wird, und einem Durchflusswiderstand 106, 108, 110, 112 und 114 hergestellt wurde, das Regeln des Verhältnisses des Flüssigkeitsdurchflusses, der zu dem Tropfengenerator 200 umgeleitet wurde, erlauben, und dementsprechend kann es möglich sein, die Flüssigkeitsdurchflussrate zu regeln, die dem Tropfengenerator 200 zugeführt wird. Beispielsweise kann die Durchflussrate einer Flüssigkeit, die über ein HPLC-System zugeführt wird, mit Durchflüssen von bis zu 2500 µl/min, auf eine Durchflussrate in dem Bereich von 25 bis 56 µl/min herabgesetzt sein, die anschließend einem CAD-Tropfengenerator 200 zugeführt werden kann, um den Flüssigkeitsdurchfluss in Tropfen einer identischen Größe herunterzubrechen (z. B. eine Größe, die unabhängig ist von dem verwendeten Lösungsmittel). Es versteht sich, dass in derartigen Systemen nur etwa 1 % bis 2 % des Gesamtdurchflusses zu dem Tropfengenerator 200 geleitet werden sollte. Hierfür hätte ein Durchflusswiderstand in dem Weg in Richtung der Entleerung 120 einen Durchflusswiderstand, der etwa 50-bis 100-mal niedriger ist als der Durchflusswiderstand des Durchflusswiderstands 116 in den Wegen zu dem Tropfengenerator 200.
Im Allgemeinen kann die Herabsetzung der Durchflussrate unabhängig von der Art der Flüssigkeit erreicht werden. Die Flüssigkeitsdurchflussrate, die den CAD-Tropfengenerator 200 erreicht, kann zu einer besseren Kontrolle über die Tropfengröße beitragen, die durch die Zerstäubung der Flüssigkeit erzeugt werden.
Einfach ausgedrückt kann die Durchflussregelungsbaugruppe 100 eine Lösung für den Gegenstand bieten, indem sie die Menge an Flüssigkeit in der Säule verringert. Insbesondere kann eine von dem Lösungsmittel unabhängige Trennungsvorrichtung verwendet werden, um den Flüssigkeitsdurchfluss in Richtung Tropfengenerator zu regeln. Dementsprechend kann eine Durchflussregelung eingerichtet werden, ohne dafür einen Impaktor zu verwenden. Die geringere Menge an Flüssigkeit kann dann in dem Transportdurchfluss vollständig verdampft werden. Dieser Teil der Flüssigkeit wird anschließend in Tropfen mit einer konstanten Größe, d. h. eine von dem Lösungsmittel unabhängige Größe, oder einer konstanten Größenverteilung umgewandelt. Dementsprechend wurde die Abhängigkeit von dem Lösungsmittel beseitigt. Dies wiederum erlaubt die Abschaffung der Nichtlinearität mittels Berechnung, da nun ein Signal eindeutig einer Menge an Analyt zugeordnet ist. Dementsprechend können beide Probleme, die in Systemen im Stand der Technik vorhanden sind, beseitigt werden.
4 zeigt einen Tropfengenerator 200 für ein CAD-System 2000 entsprechend Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Insbesondere kann der Tropfengenerator 200 die Tropfen mit einer definierten Frequenz erzeugen. Bei einigen Ausführungsformen kann diese Frequenz einstellbar sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Tropfengenerator 200 um einen Tropfengenerator 200 mit vibrierender Öffnung handeln. Bei einigen Ausführungsformen kann zu dem System zudem eine Amplitudenregelung für den Tropfengenerator gehören, um die Amplituden der Vibrationen zu kontrollieren.
Einfach ausgedrückt, gehören zu dem Tropfengenerator 200 ein Generator 202, ein Verstärker 204, eine piezoelektrische Keramik 206, ein Eingangsrohr 208, ein Gasdurchflussrohr 216, ein Gehäuse 210 mit einer Öffnung 211 und eine anfängliche Tropfenströmungsregion 218, die ebenfalls als ein Rohr mit niedrigem Strom 218 bezeichnet werden kann.
Einfach ausgedrückt, betrifft eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die Zerstäubung oder Aerosolbildung eines Flüssigkeitsdurchflusses 226, die erreicht werden kann durch Strömen eines Flüssigkeitsstroms 226, Erzeugen eines Strahls 228 und Bilden von Tropfen 224 aus diesem Strahl 228. Es versteht sich, dass der Flüssigkeitsdurchfluss 226 in der Regel von der Durchflussregelungseinheit 100 zu dem Tropfengenerator 200 gelangt.
Der Tropfengenerator 200 (und im Allgemeinen das System 2000) kann so gestaltet sein, dass Tropfen 224 mit einer Größe erzeugt werden, die im Wesentlichen unabhängig ist von der Art der Flüssigkeit, die an dem Tropfengenerator 200 ankommt, und unabhängig ist von dem Flüssigkeitsdurchfluss, der an dem Tropfengenerator 200 ankommt.
Der an dem Tropfengenerator 200 ankommende Flüssigkeitsdurchfluss 226 wird zunächst in einen Strahl 228 aus Flüssigkeit umgewandelt, der im Anschluss zu Tropfen 224 zerfällt (siehe auch 223, darstellend einen Tropfen, der kurz davor steht, sich von dem Flüssigkeitsstrahl 228 zu trennen). Um den Strahl 228 zu bilden, wird die Flüssigkeit durch die Öffnung 211 mit einem Öffnungsdurchmesser geführt. Beispielhafte Öffnungsdurchmesser können in dem Bereich von 1 µm bis 50 µm, bevorzugt von 3 µm bis 40 µm, mehr bevorzugt von 5 µm bis 20 µm, wie etwa 10 µm liegen.
In der Regel kann eine Diffusionsaufladung später verwendet werden, um die Partikel aufzuladen (erzeugt durch Trocknen der Tropfen 224). Im Rahmen einer derartigen Diffusionsaufladung ist die an einem Partikel deponierte Ladung proportional zu dessen Durchmesser. Dementsprechend versteht es sich, dass das Erzeugen von vielen kleinen Tropfen (und dementsprechend von vielen kleinen Partikeln) ein höheres Signal verursacht, wodurch dementsprechend die vorliegende Technologie empfindlicher wird. Dadurch sind kleine Durchmesser der Öffnung 211 wünschenswert.
Kleine Durchmesser für die Öffnung 211 können die Öffnung 211 jedoch anfälliger für Bruch oder Verstopfen machen. Zudem gilt: je kleiner der Durchmesser der Öffnung 211, desto mehr Druck ist erforderlich, um den Strahl 228 zu erzeugen, der die Funktionsweise der vorstehend erörterten Durchflussregelungseinheit 100 verleiht (im Hinblick auf die vorstehenden Begründungen wurde angenommen, dass der Druckabfall über die Durchflussregelungseinheit 100 im Wesentlichen größer ist als der Druckabfall an dem Tropfengenerator 200).
Die vorstehend erwähnten Abmessungen der Öffnung 211 eignen sich zum Finden eines Kompromisses zwischen den in den vorstehenden zwei Abschnitten gemachten Beobachtungen.
Wie erörtert, erzeugt der Tropfengenerator 200 einen Strahl 228, der anschließend in einzelne Tropfen 224 zerfällt.
In dem Strahl 228 können Störungen auftreten. Die am schnellsten wachsende Störung hat eine Wellenlänge von λ = 9,02 • r, wobei r für den Radius des Strahls 228 steht, der die Hälfte des Durchmessers der Öffnung 211 beträgt - siehe beispielsweiseKowalewski, Fluid Dynamics Research 17 (1996), 121-145, „On the separation of droplets from a liquid jet".
Wenn diese Störung zu der Bildung der Tropfen 224 führt, kann der Durchmesser der Tropfen 224 wie folgt berechnet werden:

Das Volumen der Tropfen entspricht dem Volumen eines Abschnittes des Strahls 228 mit einer Länge, die der Wellenlänge λ entspricht, d. h., $V_{T r o p f e n} = λ \cdot π \cdot {(\frac{D}{2})}^{2} = 9.02 \cdot π \cdot \frac{1}{2} \cdot D^{3},$
wobei D dem Durchmesser des Strahls 228 entspricht, der dem Durchmesser der Öffnung entspricht. Dementsprechend erhält man unter Verwendung von $V_{T r o p f e n} = \frac{4}{3} \cdot π \cdot {(\frac{D_{T r o p f e n}}{2})}^{3}$
$D_{T r o p f e n} = \sqrt[3]{\frac{3}{4} \cdot 9.02} \cdot D = 1.89 \cdot D .$

Das bedeutet, dass der Tropfendurchmesser D_Tropfen, der durch die am schnellsten wachsende Störung verursacht wird, etwa das 1,9-fache des Durchmessers D des Strahls 228 und der Öffnung 211 beträgt. Beispielsweise würden für eine Öffnung mit einem Durchmesser von 10 µm diese Tropfen einen Durchmesser von 19 µm aufweisen.
Es versteht sich jedoch, dass das vorstehend beschriebene Modell der am schnellsten wachsenden Störung mit einer Wellenlänge von λ = 9,02 • r vereinfacht ist und dass die am schnellsten wachsende Wellenlänge tatsächlich von dem verwendeten Lösungsmittel abhängen kann. Beim Erzeugen einer externen Störung mit einer bestimmten Frequenz (die einer Wellenlänge in dem Strahl entspricht) und einer ausreichenden Amplitude führt diese Störung jedoch auch dann zu einer Tropfenbildung, wenn es sich nicht um die Wellenlänge handelt, die am schnellsten wachsen würde. Dadurch ist es möglich, verschiedene Flüssigkeiten in Tropfen mit derselben Größe umzuwandeln, wenn die externe Störung immer bei derselben Frequenz eingeführt wird.
Bei Ausführungsformen der vorliegenden Technologie kann der Generator 202 so betrieben werden, dass er eine Störung in dem Strahl 228 verursacht, die der vorstehend erörterten am schnellsten wachsenden Störung gleich (oder wenigstens annähernd gleich) ist. Die Frequenz, die diese Störung verursacht, kann wie folgt berechnet werden $f = \frac{F}{V_{T r o p f e n}},$
wobei f für die Frequenz steht, F für den Durchfluss in Richtung Tropfengenerator 200 steht und V_Tropfen für das Volumen des Tropfens steht.
Es versteht sich, dass, wenn der Gesamtdurchfluss zu dem System 2000 und die Einzelheiten der Einstellung der Durchflussregelungseinheit 100 bekannt sind, der Durchfluss in Richtung Tropfengenerator 200 bestimmt und dementsprechend die Erregerfrequenz f entsprechend eingestellt werden können.
Wenn der Tropfengenerator 200 mit einer Frequenz bei (oder nahe) der Erregerfrequenz erregt wird, die den am schnellsten wachsenden Störungen entspricht, bilden sich die Tropfen 224 sehr kontrolliert und gleichmäßig, wobei dies zudem unabhängig ist von der Flüssigkeit.
Beispielsweise kann ein Generator 202 so konfiguriert sein, dass er eine Spannung erzeugt, die durch einen Verstärker 204 verstärkt sein kann. Das durch den Generator 202 emittierte Signal kann einstellbar sein, um Störungen entsprechend der vorstehenden Erörterung zu unterstützen. Einfach ausgedrückt, können die Tropfen 224 mit einer definierten Größe (oder Größenverteilung) in Abhängigkeit von einer ausgewählten Frequenz erzeugt werden. Noch einfacher ausgedrückt, kann ein Signal (z. B. ein Sinussignal) verwendet werden, um den Flüssigkeitsdurchfluss 226 in Tropfen 224 zu zerlegen (durch Unterstützen einer Störung bei oder nahe der am schnellsten wachsenden Störung) und diese in einer Umgebung freizusetzen, die einen spezifischen Träger enthält, wodurch die Bildung von Tropfen 224 machbar werden kann, die beispielsweise in einem Edelgas suspendiert sind. Die resultierende Suspension kann auch als ein Aerosol, ein Suspensionsnebel, ein Sprühnebel oder eine zerstäubte Flüssigkeit bezeichnet werden. Wie erörtert, kann das Aerosol auch als das primäre Aerosol bezeichnet werden.
Bei einer Ausführungsform kann das Signal durch einen Verstärker 204 verstärkt sein, der sich für das Verstärken des Signals verantwortlich zeigt, bevor dieses der piezoelektrischen Keramik 206 zugeführt wird, die um ein Gehäuse 210 mit Öffnung 211 angeordnet sein kann. Ein derartiges Signal kann die Erzeugung von Tropfen 224 mit einer relativ homogenisierten Größenverteilung erlauben. Einfach ausgedrückt, kann das Versorgen des Systems mit einer Quelle für Vibrationsenergie die am schnellsten wachsenden Störungen unterstützen und dementsprechend eine Fragmentierung (mit einer bestimmten Tropfengröße oder Tropfengrößenverteilung) des Flüssigkeitsdurchflusses in Tropfen 224 verursachen. Dementsprechend können relativ kleine und stabile Tropfen 224 mit einer relativ engen Größenverteilung (wie vorstehend beschrieben) erzeugt werden.
Bei der vorliegend beschriebenen Ausführungsform ist der Tropfengenerator 200 als ein piezoelektrischer Tropfengenerator umgesetzt, der eine piezoelektrische Keramik 206 umfasst. Es versteht sich jedoch, dass ein beliebiger Tropfengenerator, der so konfiguriert ist, dass er eine Störung an dem Strahl 228 mit einer einstellbaren oder regelbaren Frequenz verursacht, verwendet werden kann. Insbesondere kann die Störung zudem mechanisch, pneumatisch, magnetisch, magnetostriktiv, elektromechanisch und/oder elektrodynamisch auf den Strahl 228 übertragen werden. Wie vorstehend unter Bezugnahme auf die zweite Tabelle erörtert, kann bei der vorliegend beschriebenen Ausführungsform der an dem Tropfengenerator 200 ankommende Durchfluss in einem Bereich von 23 µl/min bis 68 µm/min liegen. Es kann wünschenswert sein, dass der Tropfengenerator 200 Tropfen mit denselben Größen (d. h. mit derselben Größenverteilung) für diese Durchflüsse erzeugt. In Übereinstimmung mit den vorstehend erörterten Grundprinzipien kann die Frequenz des Generators 202 dementsprechend im Idealfall in einem Bereich einstellbar sein, in dem der größte wenigstens 3-mal größer ist als der kleinste Wert.
In der vorliegend dargestellten Ausführungsform kann die piezoelektrische Keramik 206 Werkstoffe umfassen, wie etwa beispielsweise Perowskit-Strukturen und andere damit verbundene Strukturen, die piezoelektrische Eigenschaften aufweisen, wie etwa beispielsweise unter anderem Bariumtitanat, Bleizicornattitanat, Kaliumniobat, Zinkoxide mit Wurtzite-Struktur und Natriumwolframat. Diese sind lediglich beispielhaften Charakters und andere Werkstoffe können ebenfalls eingesetzt werden. Die piezoelektrische Keramik 206 kann auch als Piezoelektrikum 206 oder einfach als Keramik 206 bezeichnet werden, die als ein Empfänger für elektrische Oszillationen fungieren kann. Anders ausgedrückt, kann die Keramik 206 als ein piezoelektrisches Element arbeiten, das in der Lage ist, elektrische Signal zu empfangen (z. B. ein sinusförmiges Signal), um eine gerichtete Kraft zu erzeugen und auf einen entgegengesetzten Körper aufzubringen, z. B. die Wand des Gehäuses 210.
Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform die Keramik 206 um eine Wand eines Gehäuses 210 angeordnet sein. Diese Konfiguration kann es der Keramik 206 ermöglichen, die Oszillationen auf das Gehäuse 210 zu übertragen, um eine Reihe von Tropfen 224 zu erzeugen
Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Gehäuse 210 mit der Öffnung 211 austauschbar sein. Dementsprechend kann es möglich sein, Öffnungen 214 mit verschiedenen Durchmessern entsprechend der vorstehenden Beschreibung auszuwählen. Eine derartige Auswahl des Durchmessers kann eine Regelung der Tropfengröße erlauben, zu dieser beitragen oder diese wenigstens vereinfachen.
Anders ausgedrückt, kann die Auswahl der Frequenz der Oszillation, mit der die Keramiken 206 beaufschlagt werden, das Einstellen der Erzeugung von Tropfen derselben Größe oder derselben Größenverteilung ermöglichen, und zwar unabhängig von dem Eingangsdurchfluss. Wie vorstehend umrissen, kann die Frequenz proportional sein zu dem an dem Tropfengenerator 200 ankommenden Durchfluss. Eine derartige Kombination kann dementsprechend das Erzeugen von Tropfen 224 mit einer bestimmten Größe ermöglichen, und zwar unabhängig von dem Lösungsmittel. Das bedeutet, dass durch Regeln des Durchflusses in Richtung Tropfengenerator und durch Einstellen der Frequenz der Oszillationen des Tropfengenerators entsprechend diesem Durchfluss in Richtung Tropfengenerator die Verteilung der erzeugten Tropfengrößen unabhängig sein kann von dem Eingangsdurchfluss von dem verwendeten Lösungsmittel.
Bemerkenswerterweise sind die vorstehend aufgeführten Grundprinzipien der Tropfenbildung unabhängig von der verwendeten Flüssigkeit und von dem verwendeten Lösungsmittel. Das bedeutet, dass unter Anwendung der vorliegend beschriebenen Technologie, zu der das Regeln des Flüssigkeitsdurchflusses in Richtung Tropfengenerator 200 und das Einstellen der Betriebsfrequenz f des Tropfengenerators 200 in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsdurchfluss in Richtung Tropfengenerator 200 gehören können, es möglich sein kann, Tropfen 224 mit einer bestimmten Größe oder einer bestimmten Größenverteilung zu erzeugen, die relativ unabhängig ist von der Art des Lösungsmittels. Dementsprechend kann es möglich sein, Tropfen 224 mit einer bestimmten Größe (oder Größenverteilung) zu erzeugen, die (mehrheitlich) unabhängig sind von der Flüssigkeit/dem Lösungsmittel und dem Durchfluss.
Die aus dem Gehäuse 210 hinausgedrängten Tropfen 224 können durch einen Gasstrom transportiert werden, der durch eine Gasleitung 216 bereitgestellt wird, die vereinfacht auch als Leitung 216 bezeichnet werden kann. Die Gasleitung 216 kann so konzipiert sein, dass sie eine Konfiguration annimmt, die ein Regeln des Gasstroms erlaubt, der dem CAD-Tropfengenerator 200 zugeführt wird, z. B. kann es möglich sein, eine Gasdurchflussrate in einem Bereich von 0,1 l/min bis 10 l/min bereitzustellen, beispielsweise einen Durchfluss von 3 l/min. Die Leitung 216 kann Gasströme beispielsweise aus Stickstoff, Helium oder Luft zuführen, wenngleich angemerkt wird, dass dies lediglich beispielhaften Charakters ist und andere Gase ebenfalls Anwendung finden können. Der zugeführte Strom kann die Tropfen 224 in Richtung einer längsverlaufenden Region mit niedrigem Strom tragen, die konzeptionell durch die Bezugsziffer 218 angezeigt wird. Die Region mit niedrigem Strom 218 kann einen Innendurchmesser 220 aufweisen, der wesentlich größer ist als der Durchmesser der Öffnung 211. Es versteht sich, dass bei der vorliegenden Ausführungsform der Flüssigkeitsstrahl 228 der Region mit niedrigem Strom 218 mit einem Durchfluss in dem Bereich von etwa 20 µl/min bis 70 µl/min zugeführt wird. Bei einem Öffnungsdurchmesser von 10 µm entspricht dies einer Strömungsgeschwindigkeit von mehreren m/s. Das für das Trocknungsrohr zugeführte Gas kann in der Regel mit einer Strömungsgeschwindigkeit von mehreren l/min zugeführt werden, wobei dieser Wert etwa um einen Faktor von 10⁵ höher ist als der Flüssigkeitsdurchfluss. Es kann vorteilhaft sein, dass die Strömungsgeschwindigkeit des Gasstroms in etwa der Strömungsgeschwindigkeit des Flüssigkeitsstroms 228 entspricht, da die Tropfen 224 andernfalls unkontrolliert gebildet werden und die vorstehend beschriebene Regelung von deren Größe nicht zulassen. Dementsprechend kann der Durchmesser der Region mit niedrigem Strom wesentlich größer sein als der Durchmesser der Öffnung 211. Beispielsweise kann ein Quotient des Durchmessers der Region mit niedrigem Strom gegenüber dem Durchmesser der Öffnung in dem Bereich von 30 bis 10000 liegen, bevorzugt 50 bis 2000, wie etwa 100 bis 1000. Beispielhafte Durchmesser des Rohres mit niedrigem Strom können 1 mm bis 10 mm betragen, wie etwa 2 mm bis 4 mm, beispielsweise 3 mm. In der Region mit niedrigem Strom 218 können die Tropfen 224, die durch das Gehäuse 208 durch die Düse 212 hinausgedrängt und durch ein Gas getragen wurden, das über die Leitung 216 zugeführt wurde, sich stabilisieren und eine konstante Geschwindigkeit annehmen, bevor sie in ein Trocknungsrohr 2008 gelangen. Anders ausgedrückt, kann in dem Abschnitt 218 die Geschwindigkeit des Gases und der Tropfen 224 ähnlich sein, d. h. die Geschwindigkeit des Gases und der flüssigen Phase kann relativ klein werden, wodurch eine ungestörtere Zerlegung in Tropfen ermöglicht werden kann.
Einfach ausgedrückt erzeugt ein Generator 202 ein Signal, das an einen Verstärker 204 übertragen wird, der verantwortlich ist für das Bereitstellen von Oszillationen für eine piezoelektrische Keramik 206. Anschließend emittiert die Keramik 206 mechanische Ultraschallwellen, die durch Wände an ein Gehäuse 210 weitergeleitet werden. Ein dem Gehäuse 210 zugeführter Flüssigkeitsdurchfluss 226 kann durch die Wellen dahingehend beeinflusst werden, dass er dementsprechend einen Strom aus Tropfen 224 von einem Strahl 228 herstellt. Die hinausgedrängten Tropfen 224 können im Anschluss daran durch ein Edelgas nach außen getragen werden, das über eine Gasleitung 216 bereitgestellt wird, und zwar in Richtung einer Region mit niedrigem Strom 218, in der die Tropfen 224 und der Gasstrom ein Geschwindigkeitsgleichgewicht erreichen können. Anschließend können alle Tropfen 224 weiter in ein Trocknungsrohr 2008 gelangen, in dem die Tropfen 224 getrocknet werden können, d. h. das Lösungsmittel kann entfernt werden, um dementsprechend Partikel zu erzeugen, die an weitere Elemente des CAD-Systems übertragen werden. Der Ansatz mit dem CAD-Generator 200 kann ein Mittel zum Erzeugen von Tropfen bieten, das zu der Herstellung von Tropfen 224 und dementsprechend von Partikeln mit einer engen Größenverteilung führt.
Noch einfacher ausgedrückt, kann der durch die Durchflussregelung 100 reduzierte Durchfluss an den CAD-Tropfengenerator 200 in einen Flüssigkeitsstrahl übertragen werden, der anschließend in Tropfen mit einer identischen Größe zerlegt wird. Da dieses Verfahren zum Erzeugen von Tropfen eine geringfügige Abhängigkeit der Tropfengröße von den physikalischen Eigenschaften der Flüssigkeit (und dementsprechend des Lösungsmittels) zeigen kann, befasst sich eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit genau diesem Problem, durch Verstärken einer Tropfengröße durch akustische Erregung. Dieser Ansatz kann die geringfügige Abhängigkeit der Tropfengröße von den physikalischen Eigenschaften des Lösungsmittels beinahe auf null reduzieren.
Darüber hinaus kann, da die akustische Erregung durch eine piezoelektrische Keramik 206 bewirkt wird, die Frequenz der Erregung neu auf einen bekannten Flüssigkeitsdurchfluss angepasst werden, so dass die Tropfen immer dieselbe Größe aufweisen können, selbst bei verschiedenen Durchflüssen der Flüssigkeit. Anders ausgedrückt, kann bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Tropfengeneratoreinheit 200 ein Frequenzregelelement umfassen, das die Frequenz einer Spannungsquelle 202 in Abhängigkeit von dem Flüssigkeitsdurchfluss regelt, der der Tropfengeneratoreinheit 200 zugeführt wird. Die Eigenschaft, dass die Nachweisgrenze dieses Verfahrens nicht von der Messtechnik, sondern von der Qualität des Lösungsmittels abhängt, wird beibehalten.
Die Einheitlichkeit der Verteilung der Tropfengröße kann in dem Trocknungsrohr 2008 verloren gehen, wenn hochgradig aufgeladene Tropfen Coulomb-Explosionen in dem Trocknungsrohr 2008 durchlaufen. Das bedeutet, dass der Tropfengenerator 200 auch geladene Tropfen 224 erzeugen kann. Wenn derartige geladene Tropfen 224 in dem Trocknungsrohr 2008 in zunehmendem Maße getrocknet werden, kann das Verhältnis zwischen Aufladung und Volumen nacheinander bis zu einem Punkt ansteigen, an dem sie Coulomb-Explosionen durchlaufen, in deren Rahmen Tropfen mit einer unkontrollierten Größe entstehen können. Dies kann durch die Anwendung einer bipolaren Koronaentladung nach dem Tropfengenerator 200 und vor dem Trocknungsrohr 2008 vermieden werden.
Das bedeutet allgemein ausgedrückt, dass Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Tropfengeneratoreinheit 200 verwenden, die zu einer sehr engen Größenverteilung der erzeugten Tropfen führt, und/oder ein Durchflussregelungselement 100, das der Tropfengeneratoreinheit 200 vorgelagert angeordnet ist, was zu einem definierten und verdampfbaren Flüssigkeitsdurchfluss zu der Tropfengeneratoreinheit 200 führt.
Insbesondere können Ausführungsformen der vorliegenden Technologie erlauben, dass verschiedene Lösungsmittel identische (oder wenigstens ähnliche) Tropfengrößen oder Tropfengrößenverteilungen ergeben. Beispielsweise kann die (volumenbasierte) mittlere Tropfengröße für Wasser als die mittlere Wassertropfengröße bezeichnet werden. Dementsprechend kann die mittlere Methanoltropfengröße und kann die mittlere Acetonitriltropfengröße definiert werden. Bei Ausführungsformen der vorliegenden Technologie können die mittlere Methanoltropfengröße und die mittlere Acetonitriltropfengröße in einem Bereich von [mittlere Wassertropfengröße x 0,5, mittlere Wassertropfengröße x 1,5], bevorzugt in dem Bereich von [mittlere Wassertropfengröße x 0,8, mittlere Wassertropfengröße x 1,2] liegen, wie etwa in einem Bereich von [mittlere Wassertropfengröße x 0,9, mittlere Wassertropfengröße x 1,1]. Die vorliegende Technologie kann die Erzeugung derartiger Tropfengrößen für die verschiedenen Lösungsmittel ermöglichen.
Während im Rahmen der vorstehenden Ausführungen eine bevorzugte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass diese Ausführungsform lediglich zum Zwecke der Veranschaulichung bereitgestellt wurde und keinesfalls so ausgelegt werden sollte, dass sie den Geltungsbereich der vorliegenden Erfindung beschränkt, der durch die Patentansprüche definiert ist.
Wird in dieser Patentschrift ein relativer Begriff verwendet, wie etwa „etwa“, „wesentlich“ oder „ungefähr“, sollte ein derartiger Begriff ebenfalls dahingehend ausgelegt werden, dass er den genauen Begriff umfasst. Das bedeutet, dass beispielsweise „im Wesentlichen gerade“ so ausgelegt werden sollte, dass es „(genau) gerade“ einschließt.
Werden in den vorstehenden Ausführungen oder in den beigefügten Patentansprüchen Schritte erwähnt, versteht es sich, dass die Reihenfolge, in der die Schritte in dem vorliegenden Text aufgeführt sind, zufällig sein kann. Das bedeutet, dass, sofern nicht anders angegeben oder sofern nicht für den Fachmann eindeutig, die Reihenfolge, in der die Schritte aufgeführt sind, zufällig sein kann. Das bedeutet, dass, wenn in dem vorliegenden Dokument beispielsweise steht, dass zu einem Verfahren die Schritte (A) und (B) gehören, dies nicht zwangsläufig bedeutet, dass Schritt (A) vor Schritt (B) durchgeführt wird, sondern es zudem möglich ist, dass Schritt (A) (wenigstens teilweise) gleichzeitig mit Schritt (B) durchgeführt wird, oder, dass Schritt (B) vor Schritt (A) durchgeführt wird. Darüber hinaus, wenn ein Schritt (X) vor einem anderen Schritt (Z) durchgeführt werden soll, impliziert dies nicht, dass es keinen Schritt zwischen den Schritten (X) und (Z) gibt. Das bedeutet, dass Schritt (X), der vor Schritt (Z) durchgeführt wird, die Situation umfasst, dass Schritt (X) direkt vor Schritt (Z) durchgeführt wird, aber auch die Situation, dass (X) vor einem oder mehreren Schritten (Y1), ..., gefolgt von Schritt (Z) durchgeführt wird. Entsprechende Überlegungen gelten, wenn Begriffe wie „nach“ oder „vor“ verwendet werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6568245 B2 [0004]
US 20140352411 A1 [0006]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

Kowalewski, Fluid Dynamics Research 17 (1996), 121-145, „On the separation of droplets from a liquid jet“ [0233]

Claims

Ein Detektorsystem (2000), umfassend ein Tropfengeneratorsystem, wobei zu dem Tropfengeneratorsystem eine Tropfengeneratoreinheit (200) gehört, wobei die Tropfengeneratoreinheit (200) so konfiguriert ist, dass sie Tropfen (224) aus einer Flüssigkeit erzeugt, die der Tropfengeneratoreinheit (200) mit einem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss zugeführt wird, wobei die Tropfengeneratoreinheit (200) so konfiguriert ist, dass sie die Tropfen (224) mit einer definierten Frequenz zur Tropfenerzeugung erzeugt (f).
Das Detektorsystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Tropfengeneratoreinheit (200) so konfiguriert ist, dass sie Störungen erzeugt und die Störungen auf den Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss überträgt, wobei die Frequenz zur Tropfenerzeugung (f) einer Frequenz der Störungen entspricht.
Das Detektorsystem nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei zu dem Tropfengeneratorsystem zudem eine Steuerung zum Steuern der Tropfengeneratoreinheit (200) gehört, wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Frequenz zur Tropfenerzeugung steuert (f).
Das Detektorsystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Frequenz zur Tropfenerzeugung (f) einstellbar ist und wobei die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Frequenz zur Tropfenerzeugung (f) in Abhängigkeit von dem Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss steuert.
Das Detektorsystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Tropfengeneratoreinheit (200) eine Öffnung (211) umfasst und wobei die Tropfengeneratoreinheit (200) so konfiguriert ist, dass sie einen Flüssigkeitsstrahl (228) dadurch erzeugt, dass der Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss durch die Öffnung (211) geführt wird, wobei die Öffnung (211) einen Öffnungsdurchmesser (D) aufweist, wobei für jeden Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss in einem Tropfengeneratordurchflussbereich mit einer Untergrenze und einer Obergrenze die Obergrenze wenigstens das 2-fache der Untergrenze beträgt, die Steuerung so konfiguriert ist, dass sie die Frequenz zur Tropfenerzeugung (f) dahingehend steuert, dass diese in einem Bereich liegt, der definiert ist durch 0,5 • v und 1,5 • v, bevorzugt in einem Bereich, der definiert ist durch 0,8 • v und 1,2 • v, wie etwa in einem Bereich von 0,9 •v und 1,1 • v, wobei $v = 0,28 \cdot \frac{F}{D 3},$
wobei D für den Öffnungsdurchmesser steht und F für den Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss zu dem Tropfengenerator (200) steht.
Das Detektorsystem nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei zu dem Tropfengeneratorsystem eine Durchflussregelungseinheit (100) gehört, die der Tropfengeneratoreinheit (200) vorgelagert angeordnet ist.
Das Detektorsystem nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei für jeden Eingangsflüssigkeitsdurchfluss in einem Eingangsdurchflussbereich die Durchflussregelungseinheit (100) so konfiguriert ist, dass sie den Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss in einem Ausgangsdurchflussbereich in Richtung Tropfengeneratoreinheit (200) leitet, wobei der Eingangsdurchflussbereich eine Eingangsuntergrenze und eine Eingangsobergrenze aufweist, wobei die Eingangsobergrenze wenigstens das 10-fache der Eingangsuntergrenze beträgt, bevorzugt wenigstens das 30-fache der Eingangsuntergrenze, wie etwa wenigstens das 100-fache der Eingangsuntergrenze, wobei der Ausgangsdurchflussbereich eine Ausgangsuntergrenze und eine Ausgangsobergrenze aufweist, wobei die Ausgangsobergrenze höchstens das 5-fache der Ausgangsuntergrenze beträgt, bevorzugt höchstens das 4-fache der Ausgangsuntergrenze, mehr bevorzugt höchstens das 3-fache der Ausgangsuntergrenze, wie etwa höchstens das 2,5-fache der Ausgangsuntergrenze.
Das Detektorsystem nach einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche, wobei es sich bei dem Detektorsystem um ein Detektorsystem für aufgeladene Aerosole handelt.
Ein Analyseverfahren, das Verfahren umfassend das Verwenden des Detektorsystems nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 8.
Das Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei zu dem Verfahren zudem gehört, dass die Tropfengeneratoreinheit (200) die Tropfen (224) mit einer Frequenz zur Tropfenerzeugung (f) erzeugt, wobei zu dem Verfahren zudem das Einstellen der Frequenz zur Tropfenerzeugung (f) gehört.
Das Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden zwei Ansprüche, wobei das Detektorsystem für aufgeladene Aerosole die Merkmale aus Anspruch 5 umfasst, wobei zu dem Verfahren zudem gehört, dass die Tropfengeneratoreinheit (200) Störungen erzeugt und die Störungen auf den Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss überträgt, wobei die Frequenz zur Tropfenerzeugung (f) einer Frequenz der Störungen entspricht, und wobei zu dem Verfahren zudem gehört, dass die Steuerung die Frequenz zur Tropfenerzeugung (f) dahingehend steuert, dass diese in einem Bereich liegt, der definiert ist durch 0,5 • v und 1,5 • v, bevorzugt in einem Bereich, der definiert ist durch 0,8 • v und 1,2 • v, wie etwa in einem Bereich von 0,9 • v und 1,1 • v, wobei $v = 0,28 \cdot \frac{F}{D 3},$
wobei D für den Öffnungsdurchmesser steht und F für den Tropfengeneratorflüssigkeitsdurchfluss zu dem Tropfengenerator (200) steht.