DE102019125170B4 - Detection system for charged aerosols, corresponding method and use - Google Patents
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Abstract
Charged Aerosol Detector System (2000), wobei das System Folgendes umfasst:einen Tröpfchengenerator (2003), der dazu ausgelegt ist, Tröpfchen zu erzeugen,eine Trocknungseinheit (2005), die dazu ausgelegt ist, die Tröpfchen zu trocknen und so Partikel zu erzeugen,ein Ladegerät, das dazu ausgelegt ist, die Partikel aufzuladen,eine Strommesseinheit (2010), die dazu ausgelegt ist, einen von den geladenen Partikeln erzeugten Strom zu messen, undeine Messeinheit (100), die dazu ausgelegt ist, Daten zum Bestimmen mindestens eines Parameters der Partikel oder der Tröpfchen bereitzustellen, wobei die Messeinheit (100) prozessaufwärts der Strommesseinheit (2010) ist,wobei der mindestens eine Parametermindestens einen Größenparameter für eine Größe der Partikel oder der Tröpfchen;und/odermindestens einen Frequenzparameter für eine Frequenz der Partikel oder der Tröpfchen umfasst.Charged Aerosol Detector System (2000), the system comprising: a droplet generator (2003) designed to generate droplets, a drying unit (2005) designed to dry the droplets and thus generate particles, a charger configured to charge the particles, a current measuring unit (2010) configured to measure a current generated by the charged particles, and a measuring unit (100) configured to receive data for determining at least one parameter of the particles or the droplets, wherein the measuring unit (100) is upstream of the flow measuring unit (2010), wherein the at least one parameter is at least one size parameter for a size of the particles or the droplets; and / or at least one frequency parameter for a frequency of the particles or the droplets includes.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen das Gebiet der Detektion von geladenen Aerosolen (charged aerosol detection - CAD). Die Erfindung ist anwendbar auf das Gebiet der Chromatografie, wie z. B. Flüssigkeitschromatografie (LC) und insbesondere das Gebiet der Hochleistungs-Flüssigkeitschromatografie (HPLC) und der Ultrahochleistungs-Flüssigkeitschromatografie (UHPLC).The present invention relates generally to the field of charged aerosol detection (CAD). The invention is applicable to the field of chromatography, e.g. B. Liquid Chromatography (LC) and in particular the field of High Performance Liquid Chromatography (HPLC) and Ultra High Performance Liquid Chromatography (UHPLC).
LC ist eine Technologie, die auf chromatografischer Trennung basiert, wobei eine Probe in ihre Bestandteile aufgetrennt wird, indem die Probe zusammen mit einem Elutionslösemittel durch eine Chromatografiesäule gepumpt wird. Innerhalb der Säule befindet sich ein Feststoff, der mit der Flüssigkeit, d.h. dem Eluenten, der die Probe enthält, mit einer Interaktionsstärke interagiert, die für jede Komponente charakteristisch ist. Somit können verschiedene Komponenten je nach deren jeweiligen Interaktionsstärken zu unterschiedlichen Zeiten aus der Säule austreten. Mit anderen Worten ist die Zeit, die eine Komponente benötigt, bis sie die Säule verlässt, eine charakteristische Eigenschaft der Komponente unter den jeweiligen chromatografischen Bedingungen.LC is a technology based on chromatographic separation, in which a sample is separated into its components by pumping the sample through a chromatographic column together with an eluting solvent. Inside the column there is a solid that interacts with the liquid, i.e. the eluent containing the sample, with a strength of interaction that is characteristic of each component. Thus, different components can emerge from the column at different times depending on their respective strengths of interaction. In other words, the time it takes a component to leave the column is a characteristic of the component under the particular chromatographic conditions.
Die Bestandteile können so für die spätere Verwendung aufgetrennt oder ihre Anteile von einem geeigneten, der Trennsäule nachgelagerten Detektor detektiert und quantifiziert werden. Wenn die Verbindung den Detektor durchläuft, wird ein Peak im jeweiligen Signal erhalten. Ein solches Signal wird als Chromatogramm bezeichnet. Je nach Komplexität der Probe besteht es aus mehreren Peaks in kurzer Aufeinanderfolge.The components can thus be separated for later use or their proportions can be detected and quantified by a suitable detector downstream of the separation column. As the compound passes through the detector, a peak is obtained in the respective signal. Such a signal is called a chromatogram. Depending on the complexity of the sample, it consists of several peaks in quick succession.
HPLC-Systeme können je nach den Eigenschaften des Analyten oder des interessierenden Systems verschiedene Arten von Detektionsverfahren verwenden. Einige weit verbreitete Detektionsverfahren sind beispielsweise: Verdampfungslichtstreudetektion (ELSD), die für Gradienten- und isokratische Elution geeignet sein kann; Brechungsindex (RI), mit dem ein Analyt basierend auf der Brechungsindexvariation der mobilen Phase detektiert werden kann; massenspektroskopische Verfahren (MS) und auf der Spektroskopie von ultraviolettem/sichtbarem Licht basierende Verfahren (UV-Vis). ELSD, MS und UV/Vis können jedoch durch physikalische und/oder chemische Eigenschaften der Proben beeinflusst werden.HPLC systems can use different types of detection methods depending on the properties of the analyte or the system of interest. Some common detection methods include: Evaporative Light Scattering Detection (ELSD), which can be suitable for gradient and isocratic elution; Refractive Index (RI), with which an analyte can be detected based on the refractive index variation of the mobile phase; mass spectroscopic methods (MS) and methods based on spectroscopy of ultraviolet / visible light (UV-Vis). However, ELSD, MS and UV / Vis can be influenced by physical and / or chemical properties of the samples.
Ein weiteres Verfahren ist die Detektion von geladenen Aerosolen (CAD). CAD ist ein Detektionsverfahren, das in der Lage ist, eine bestimmte Chemikalie (oder eine Vielzahl von Chemikalien) in einer Probe nach dem Erzeugen von geladenen Aerosolpartikeln zu quantifizieren, die mit einem Amperemeter analysiert werden. CAD-Verfahren werden häufig zur Quantifizierung von nichtflüchtigen und halbflüchtigen Analyten eingesetzt und können eine konsistente Analytreaktion unabhängig von chemischen Strukturen und Molekülgrößen bereitstellen.Another method is the detection of charged aerosols (CAD). CAD is a detection method capable of quantifying a particular chemical (or a variety of chemicals) in a sample after generating charged aerosol particles that are analyzed with an ammeter. CAD methods are widely used to quantify non-volatile and semi-volatile analytes and can provide a consistent analyte response regardless of chemical structure and molecular size.
Einfach ausgedrückt sind CAD-Verfahren unabhängig vom Vorhandensein beispielsweise eines Chromophors und der Ionisationsfähigkeit eines Moleküls. Daher ist die Detektion von geladenen Aerosolen in der Lage, eine genaue und präzise Quantifizierung von - ohne darauf beschränkt zu sein - Lipiden, Kohlenhydraten, Antibiotika, Naturprodukten, Tensiden, Biokraftstoffen, Hilfsstoffen, Aminen und Gegenionen bereitzustellen, die andere Detektionsverfahren, z. B. UV/Vis-Absorption, nicht detektieren können. Darüber hinaus können Detektionsverfahren von geladenen Aerosolen eine einheitliche Reaktion auf Messungen von Analyten mit Chromophoren und insbesondere unabhängig von ihrem Extinktionskoeffizienten bei einer bestimmten Wellenlänge bereitstellen. CAD-Verfahren können auch gute quantitative Schätzungen von unbekannten Verunreinigungen, einschließlich Abbauprodukten, bereitstellen. Somit werden die Detektionsverfahren für geladene Aerosole im Hinblick auf andere Detektionsverfahren, z. B. ELSD, in Bezug auf Empfindlichkeit, Dynamikbereich und Ansprechgleichförmigkeit als vorteilhaft angesehen.In simple terms, CAD methods are independent of the presence of a chromophore, for example, and the ionization capacity of a molecule. Therefore, the detection of charged aerosols is able to provide an accurate and precise quantification of - without being limited to - lipids, carbohydrates, antibiotics, natural products, surfactants, biofuels, auxiliaries, amines and counterions that other detection methods, e.g. B. UV / Vis absorption, can not detect. In addition, detection methods of charged aerosols can provide a uniform response to measurements of analytes with chromophores and in particular independently of their extinction coefficient at a certain wavelength. CAD methods can also provide good quantitative estimates of unknown impurities, including degradation products. Thus, the detection methods for charged aerosols with respect to other detection methods, e.g. B. ELSD, considered beneficial in terms of sensitivity, dynamic range, and response uniformity.
Beispielsweise offenbart
Darüber hinaus bezieht sich auch
Obwohl die Offenbarungen zum Stand der Technik in mancher Hinsicht zufriedenstellend sein können, weisen sie dennoch gewisse Nachteile und Unzulänglichkeiten auf. In Bezug auf
Die
Aus der
Die
Angesichts der vorstehenden Ausführungen ist es eine Aufgabe, die Unzulänglichkeiten und Nachteile des früheren Standes der Technik zu überwinden oder mindestens zu mildern. Insbesondere zielt die vorliegende Erfindung darauf ab, eine Technologie bereitzustellen, die es ermöglicht, die Analytmenge genau zu bestimmen. So kann die vorliegende Erfindung beispielsweise auch darauf abzielen, die Analytmenge unabhängig vom verwendeten Lösemittel zu bestimmen.In view of the foregoing, it is an object to overcome, or at least mitigate, the deficiencies and disadvantages of the prior art. In particular, the present invention aims to provide a technology that enables the amount of analyte to be precisely determined. For example, the present invention can also aim to determine the amount of analyte independently of the solvent used.
Diese Aufgaben werden durch die vorliegende Erfindung erfüllt.These objects are achieved by the present invention.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf ein Charged Aerosol Detector System (CAD-System). Das System umfasst einen Tröpfchengenerator, der dazu ausgelegt ist, Tröpfchen zu erzeugen, eine Trocknungseinheit, die dazu ausgelegt ist, die Tröpfchen zu trocknen und somit Partikel zu erzeugen, ein Ladegerät, das dazu ausgelegt ist, die Partikel aufzuladen, und eine Strommesseinheit, die dazu ausgelegt ist, einen von den geladenen Partikeln erzeugten Strom zu messen. Ferner umfasst das System auch eine Messeinheit, die dazu ausgelegt ist, Daten zum Bestimmen mindestens eines Parameters der Partikel oder der Tröpfchen bereitzustellen.A first aspect of the present invention relates to a Charged Aerosol Detector System (CAD system). The system comprises a droplet generator, which is configured to generate droplets, a drying unit, which is configured to dry the droplets and thus to generate particles, a charger, which is configured to charge the particles, and a current measuring unit, which is designed to measure a current generated by the charged particles. Furthermore, the system also comprises a measuring unit which is designed to provide data for determining at least one parameter of the particles or the droplets.
Somit ist das System in der Lage, den mindestens einen Parameter der Partikel oder der Tröpfchen zu bestimmen. So kann beispielsweise ein Größenparameter für eine Größe des Tröpfchens oder Partikels bestimmt werden, wie z. B. eine Größenverteilung.The system is thus able to determine the at least one parameter of the particles or the droplets. For example, a size parameter can be determined for a size of the droplet or particle, such as e.g. B. a size distribution.
Die Messeinheit kann entweder dazu ausgelegt sein, die Partikel zu beobachten und Daten zum Bestimmen des mindestens einen Parameters basierend auf dieser Beobachtung bereitzustellen, oder die Tröpfchen zu beobachten und Daten zum Bestimmen des mindestens einen Parameters basierend auf dieser Beobachtung bereitzustellen.The measuring unit can either be designed to observe the particles and provide data for determining the at least one parameter based on this observation, or to observe the droplets and provide data for determining the at least one parameter based on this observation.
Das heißt, je nach Position der Messeinheit innerhalb des Systems kann sie dazu ausgelegt sein, entweder Partikel oder Tröpfchen zu beobachten. Der Fachmann wird verstehen, dass Tröpfchen dem Tröpfchengenerator nachgelagert und der Trocknungseinheit vorgelagert auftreten können, während Partikel typischerweise der Trocknungseinheit nachgelagert auftreten können. Anders ausgedrückt können Tröpfchen typischerweise den Effluenten umfassen, der dem Tröpfchengenerator zugeführt wird, während Partikel typischerweise nur den Analyten umfassen, da andere Teile des Effluenten in der Trocknungseinheit verdampft werden können. Es versteht sich, dass innerhalb der Trocknungseinheit je nach der genauen Position innerhalb der Trocknungseinheit sowohl Tröpfchen als auch Partikel vorhanden sein können.This means that, depending on the position of the measuring unit within the system, it can be designed to observe either particles or droplets. Those skilled in the art will understand that droplets are the Droplet generator can occur downstream and upstream of the drying unit, while particles can typically occur downstream of the drying unit. In other words, droplets can typically comprise the effluent that is supplied to the droplet generator, while particles typically only comprise the analyte, since other parts of the effluent can be vaporized in the drying unit. It goes without saying that, depending on the exact position within the drying unit, both droplets and particles can be present within the drying unit.
Der mindestens eine Parameter kann mindestens einen Größenparameter für eine Größe der Partikel oder Tröpfchen umfassen.The at least one parameter can comprise at least one size parameter for a size of the particles or droplets.
Dies kann aus folgendem Grund von Vorteil sein: Es wurde festgestellt, dass die Lösemittelabhängigkeit hauptsächlich darauf zurückzuführen ist, dass unterschiedliche Lösemittel normalerweise zu unterschiedlichen Tröpfchengrößenverteilungen führen. So ist beispielsweise die durchschnittliche Tröpfchengröße unterschiedlich, je nachdem, ob Wasser oder Acetonitril als Lösemittel verwendet wird.This can be advantageous for the following reason: It was found that the solvent dependency is mainly due to the fact that different solvents normally lead to different droplet size distributions. For example, the average droplet size differs depending on whether water or acetonitrile is used as the solvent.
Das Aufladen der Partikel erfolgt jedoch in der Regel in einem Diffusionsladevorgang. Bei diesem Vorgang ist die auf einem Partikel abgeschiedene Ladungsmenge etwa proportional zu seinem Durchmesser und damit zur dritten Wurzel aus seinem Volumen (und der Probenmenge). Das Erzeugen vieler kleiner Tröpfchen führt somit dazu, dass mehr Ladung abgeschieden und ein höherer Strom gemessen wird. Da die Tröpfchengrößen (und damit auch die Partikelgrößen) vom verwendeten Lösemittel abhängen, hängt der resultierende Strom (für eine gegebene Analytmenge oder -Konzentration) vom Lösemittel ab.However, the charging of the particles usually takes place in a diffusion charging process. During this process, the amount of charge deposited on a particle is roughly proportional to its diameter and thus to the third root of its volume (and the amount of sample). The creation of many small droplets thus leads to more charge being deposited and a higher current being measured. Since the droplet sizes (and thus also the particle sizes) depend on the solvent used, the resulting flow (for a given amount or concentration of analyte) depends on the solvent.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bestimmen jedoch die Größenparameter der Tröpfchen oder der Partikel. So werden beispielsweise eine durchschnittliche Tröpfchen- oder Partikelgröße und/oder weitere Parameter (z. B. eine Standardabweichung) bestimmt. Mit diesen Parametern kann der gemessene Strom einer Analytmenge (oder -Konzentration) zugeordnet werden.However, embodiments of the present invention determine the size parameters of the droplets or particles. For example, an average droplet or particle size and / or other parameters (e.g. a standard deviation) are determined. With these parameters, the measured current can be assigned to an analyte quantity (or concentration).
Der mindestens eine Parameter kann auch einen Gesamtflüssigkeitsfluss umfassen, aus dem die Tröpfchen erzeugt werden. Dieser Gesamtfluss kann z. B. in Verbindung mit einem Parameter der Tröpfchengröße dazu verwendet werden, eine Analytflussmenge zu bestimmen.The at least one parameter can also comprise a total liquid flow from which the droplets are generated. This total flow can e.g. B. used in conjunction with a parameter of the droplet size to determine an analyte flow rate.
Der mindestens eine Größenparameter kann einen Mittelwert für die Größe der Partikel oder Tröpfchen und zusätzlich oder alternativ eine Breite einer Verteilung für die Größe der Partikel oder Tröpfchen umfassen.The at least one size parameter can comprise a mean value for the size of the particles or droplets and additionally or alternatively a breadth of a distribution for the size of the particles or droplets.
Zusätzlich oder alternativ kann der mindestens eine Parameter mindestens einen Frequenzparameter für eine Frequenz der Partikel oder Tröpfchen umfassen. Das heißt, ein Frequenzparameter kann Informationen über die Frequenz bereitstellen, mit der Partikel oder Tröpfchen eine bestimmte Fläche oder ein bestimmtes Volumen passieren.Additionally or alternatively, the at least one parameter can comprise at least one frequency parameter for a frequency of the particles or droplets. That is, a frequency parameter can provide information about the frequency with which particles or droplets pass a certain area or a certain volume.
Ähnlich wie beim Größenparameter kann dies von Vorteil sein. So kann beispielsweise mittels des Frequenzparameters entweder ein Größenparameter der Tröpfchen bestimmt werden, wenn die Messeinheit der Trocknungseinheit vorgelagert ist und der dem Tröpfchengenerator zugeführte Gesamteffluentenfluss bekannt ist, oder es kann es möglich sein, einen Größenparameter der Tröpfchen zu bestimmen, wenn die Messeinheit der Trocknungseinheit nachgelagert ist und der von der Strommesseinheit gemessene Strom berücksichtigt wird. Im letzteren Beispiel kann es auch möglich sein, den Analytfluss direkt aus dem Frequenzparameter zu bestimmen, d. h. ohne vorher den Größenparameter zu bestimmen.Similar to the size parameter, this can be beneficial. For example, using the frequency parameter, either a size parameter of the droplets can be determined if the measuring unit is upstream of the drying unit and the total effluent flow supplied to the droplet generator is known, or it can be possible to determine a size parameter of the droplets if the measuring unit is located downstream of the drying unit and the current measured by the current measuring unit is taken into account. In the latter example it may also be possible to determine the analyte flow directly from the frequency parameter, i.e. H. without first determining the size parameter.
Somit kann es das Bestimmen eines Frequenzparameters auch ermöglichen, den gemessenen Strom einer Analytmenge (oder -Konzentration) zuzuordnen, wodurch mindestens der Effekt einer variierenden Partikelgröße und damit der Lösemittelabhängigkeit reduziert wird.Thus, the determination of a frequency parameter can also make it possible to assign the measured current to an analyte amount (or concentration), whereby at least the effect of a varying particle size and thus the solvent dependency is reduced.
Der Frequenzparameter kann einen Mittelwert für die Frequenz der Partikel oder Tröpfchen umfassen.The frequency parameter can comprise an average value for the frequency of the particles or droplets.
Das heißt, in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird zusätzlich zum Strom mindestens ein zusätzlicher Parameter der Partikel oder der Tröpfchen bestimmt, beispielsweise ein Größen- oder Frequenzparameter.That is, in embodiments of the present invention, in addition to the flow, at least one additional parameter of the particles or the droplets is determined, for example a size or frequency parameter.
Diese Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen somit nicht nur den Strom, sondern auch den zusätzlichen Parameter bereit. Mittels dieses zusätzlichen Parameters kann z. B. bestimmt werden, ob der gemessene Strom durch viele kleine Partikel oder durch weniger größere Partikel verursacht wurde. Es versteht sich, dass dies z. B. bei der Messung von Größen- oder Frequenzparametern der Partikel vor Erreichen der Strommesseinheit erreicht werden kann.These embodiments of the present invention thus not only provide the current, but also the additional parameter. By means of this additional parameter, for. For example, it can be determined whether the measured current was caused by many small particles or by fewer larger particles. It is understood that this z. B. can be achieved when measuring size or frequency parameters of the particles before reaching the current measuring unit.
Es ist jedoch nicht notwendig, die Größen- oder Frequenzparameter der Partikel zu messen. Stattdessen können auch Größen- oder Frequenzparameter der Tröpfchen verwendet werden. Im Allgemeinen versteht es sich, dass größere Tröpfchen (bei einer gegebenen Analytkonzentration) zu größeren Partikeln führen, und Tröpfchen mit höherer Frequenz zu Partikeln mit höherer Frequenz. Somit können auch die Größen- oder Frequenzparameter der Tröpfchen in Verbindung mit dem Strom verwendet werden, um zu einer verbesserten Schätzung der Analytmenge zu gelangen.However, it is not necessary to measure the size or frequency parameters of the particles. Instead, size or frequency parameters of the droplets can also be used. In general, it is understood that larger droplets (at a given analyte concentration) lead to larger particles, and droplets with a higher frequency lead to particles with a higher frequency. Thus, the size or frequency parameters of the droplets can also be used in connection with the flow in order to arrive at an improved estimate of the amount of analyte.
Zusätzlich oder alternativ kann der mindestens eine Parameter mindestens einen Impulsparameter für den Impuls der Partikel oder Tröpfchen umfassen, der einen Mittelwert für den Impuls der Partikel oder Tröpfchen in mindestens einer Richtung umfassen kann.Additionally or alternatively, the at least one parameter can comprise at least one impulse parameter for the impulse of the particles or droplets, which can comprise an average value for the impulse of the particles or droplets in at least one direction.
Ferner kann der mindestens eine Parameter mindestens einen Geschwindigkeitsparameter für die Geschwindigkeit der Partikel oder Tröpfchen umfassen, der einen Mittelwert für die Geschwindigkeit der Partikel oder Tröpfchen in mindestens einer Richtung umfassen kann.Furthermore, the at least one parameter can comprise at least one speed parameter for the speed of the particles or droplets, which can comprise an average value for the speed of the particles or droplets in at least one direction.
Darüber hinaus kann das System eine Verarbeitungseinheit umfassen, die dazu ausgelegt ist, die Daten von der Messeinheit zu empfangen und zu analysieren, um den mindestens einen Parameter zu bestimmen. Zusätzlich kann die Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt sein, eine Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom und einem Teilsatz des mindestens einen Parameters zu bestimmen.In addition, the system can comprise a processing unit which is designed to receive and analyze the data from the measuring unit in order to determine the at least one parameter. In addition, the processing unit can be designed to determine an analyte flow rate based on the measured current and a subset of the at least one parameter.
Das heißt, die Verarbeitungseinheit kann den mindestens einen Parameter basierend auf den von der Messeinheit bereitgestellten Daten bestimmen, z. B. kann die Verarbeitungseinheit einen Mittelwert für die Größe der Partikel oder Tröpfchen bestimmen. Darüber hinaus kann die Verarbeitungseinheit einen Teilsatz des mindestens einen Parameters mit dem von der Strommesseinheit gemessenen Strom kombinieren, um den entsprechenden Analytfluss zu schätzen. Es versteht sich, dass ein Teilsatz mindestens einen Parameter umfasst. Ferner kann ein Teilsatz eines Satzes auch den gesamten Satz umfassen, d. h. der Teilsatz des mindestens einen Parameters kann alle Parameter umfassen.That is to say, the processing unit can determine the at least one parameter based on the data provided by the measuring unit, e.g. B. the processing unit can determine an average value for the size of the particles or droplets. In addition, the processing unit can combine a subset of the at least one parameter with the current measured by the current measuring unit in order to estimate the corresponding analyte flow. It is understood that a subset includes at least one parameter. Furthermore, a sub-sentence of a sentence can also comprise the entire sentence, i. H. the subset of the at least one parameter can include all parameters.
Insbesondere in Ausführungsformen, in denen der mindestens eine Parameter mindestens einen Größenparameter umfasst, kann die Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt sein, eine Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom und dem mindestens einen Größenparameter zu bestimmen.In particular in embodiments in which the at least one parameter comprises at least one size parameter, the processing unit can be designed to determine an analyte flow rate based on the measured current and the at least one size parameter.
Alternativ kann die Verarbeitungseinheit in Ausführungsformen, in denen der mindestens eine Parameter mindestens einen Frequenzparameter umfasst, dazu ausgelegt sein, eine Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom und dem mindestens einen Frequenzparameter zu bestimmen.Alternatively, in embodiments in which the at least one parameter comprises at least one frequency parameter, the processing unit can be designed to determine an analyte flow rate based on the measured current and the at least one frequency parameter.
Darüber hinaus kann die Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt sein, maschinelle Lernverfahren einzusetzen, um die Analyse der Daten der Messeinheit zu verbessern. Das heißt, die Verarbeitungseinheit kann dazu ausgelegt sein, Algorithmen unter Verwendung von maschinellen Lernverfahren zur Verbesserung der Datenanalyse zu verwenden. Solche maschinellen Lernverfahren können beispielsweise überwachtes, nicht überwachtes, Verstärkungs- oder Merkmals-Lernen sein.In addition, the processing unit can be designed to use machine learning methods in order to improve the analysis of the data from the measuring unit. That is to say, the processing unit can be designed to use algorithms using machine learning methods to improve the data analysis. Such machine learning methods can be, for example, monitored, unsupervised, reinforcement or feature learning.
Das System kann ferner ein Endgerät umfassen und die Verarbeitungseinheit kann dazu ausgelegt sein, den mindestens einen Parameter, den gemessenen Strom und/oder die Analytflussmenge an das Endgerät zu senden. Das Endgerät kann dazu ausgelegt sein, mindestens einen Teil der empfangenen Daten in ein von Menschen lesbares Signal umzuwandeln, das mindestens ein chromatografisches Spektrum sein kann.The system can furthermore comprise a terminal and the processing unit can be designed to send the at least one parameter, the measured current and / or the analyte flow rate to the terminal. The terminal can be designed to convert at least a portion of the received data into a human-readable signal, which can be at least one chromatographic spectrum.
Das heißt, das Endgerät kann Daten, wie z. B. den mindestens einen Parameter, den gemessenen Strom und/oder die Analytflussmenge von der Verarbeitungseinheit empfangen und mindestens einen Teil davon in ein von Menschen lesbares Signal umwandeln. Ein solches von Menschen lesbares Signal kann ein chromatografisches Spektrum sein, das typischerweise eine zeitaufgelöste Analytmenge in der dem System zugeführten Flüssigkeit anzeigt.That is, the terminal can receive data such as B. receive the at least one parameter, the measured current and / or the analyte flow rate from the processing unit and convert at least a portion thereof into a human-readable signal. One such human readable signal can be a chromatographic spectrum, which typically indicates a time-resolved amount of analyte in the liquid being supplied to the system.
Die Verarbeitungseinheit kann mindestens einen Mikroprozessor umfassen, wie z. B. eine Zentraleinheit (CPU) und/oder mindestens eine Schaltung, wie z. B. eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASCI) oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA).The processing unit can comprise at least one microprocessor, such as e.g. B. a central processing unit (CPU) and / or at least one circuit such. B. an application-specific integrated circuit (ASCI) or a field-programmable gate array (FPGA).
Ferner kann das System mindestens einen Speicher umfassen, wie z. B. mindestens eine nichtflüchtige Speichervorrichtung (z. B. ein Solid-State-Laufwerk (SSD)) und/oder mindestens eine flüchtige Vorrichtung (z. B. Random Access Memory (RAM)).Furthermore, the system can comprise at least one memory, such as. B. at least one non-volatile storage device (e.g. a solid state drive (SSD)) and / or at least one volatile device (e.g. random access memory (RAM)).
Die Messeinheit kann eine Bildgebungsvorrichtung umfassen und die Bildgebungsvorrichtung kann einen Bildsensor umfassen. Der Bildsensor kann eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) oder ein aktiver Pixel-Sensor (API) sein.The measuring unit can comprise an imaging device and the imaging device can comprise an image sensor. The image sensor can be a charge coupled device (CCD) or an active pixel sensor (API).
Das heißt, die Messeinheit kann eine Vorrichtung zur Abbildung der Tröpfchen oder Partikel, zum Beispiel eine Kamera, umfassen. Typischerweise kann die Bildgebungsvorrichtung einen Bildsensor umfassen, der dazu ausgelegt sein kann, die entsprechenden Bilddaten bereitzustellen, wie z. B. eine CCD oder einen API.That is to say, the measuring unit can comprise a device for imaging the droplets or particles, for example a camera. Typically, the imaging device can comprise an image sensor which can be configured to provide the corresponding image data, such as e.g. B. a CCD or an API.
Ein Winkel zwischen einer Flussrichtung der Partikel oder Tröpfchen und einer Achse senkrecht zum Bildsensor der Bildgebungsvorrichtung kann im Bereich von 45° bis 135°, vorzugsweise 75° bis 105°, wie z. B. 85° bis 95° liegen.An angle between a direction of flow of the particles or droplets and an axis perpendicular to the image sensor of the imaging device can be in the range of 45 ° to 135 °, preferably 75 ° to 105 °, such as. B. 85 ° to 95 °.
Die Bildgebungsvorrichtung kann ferner optische Elemente umfassen, die dazu ausgelegt sind, die Abbildungsfähigkeit des Bildsensors zu verbessern. Das heißt, die Bildgebungsvorrichtung kann beispielsweise eine Linse und/oder eine Blende umfassen, um die Abbildungsfähigkeit zu verbessern, wie z. B. die Lichtintensität oder die Vergrößerung des Bildes.The imaging device can further comprise optical elements that are designed to improve the imaging capability of the image sensor. That is, the imaging device can for example comprise a lens and / or a diaphragm in order to improve the imaging capability, such as e.g. B. the light intensity or the magnification of the image.
Die Messeinheit kann ferner eine Lichtquelle umfassen. Eine Lichtquelle kann beispielsweise eine LED oder eine Halogenlampe sein. In einigen Ausführungsformen kann die Lichtquelle eine kohärente Laserlichtquelle sein. Das heißt, die Lichtquelle kann eine Quelle für kohärentes Laserlicht sein, wie z. B. eine halbleiterbasierte Laserdiode.The measuring unit can furthermore comprise a light source. A light source can be, for example, an LED or a halogen lamp. In some embodiments, the light source can be a coherent laser light source. That is, the light source can be a source of coherent laser light, such as e.g. B. a semiconductor-based laser diode.
Ferner kann die Lichtquelle dazu ausgelegt sein, in einem gepulsten Modus zu arbeiten, und vorzugsweise kann die Lichtquelle ein Stroboskop oder ein gepulster Laser sein. Das heißt, die Lichtquelle kann im Gegensatz zu kontinuierlich emittierendem Licht bei einer gegebenen Frequenz Lichtimpulse abgeben.Furthermore, the light source can be designed to operate in a pulsed mode, and preferably the light source can be a stroboscope or a pulsed laser. That is, in contrast to continuously emitting light, the light source can emit light pulses at a given frequency.
Die Lichtquelle kann ferner dazu ausgelegt sein, moduliert zu werden. Das heißt, die Lichtquelle kann dazu ausgelegt sein, eine Eigenschaft des Lichtstrahls zu manipulieren, z. B. Amplitude, Polarisation und/oder Phase. Beispielsweise kann die Lichtquelle einen optischen Modulator, wie z. B. einen absorbierenden Modulator oder einen refraktiven Modulator, umfassen.The light source can also be designed to be modulated. That is, the light source can be designed to manipulate a property of the light beam, e.g. B. amplitude, polarization and / or phase. For example, the light source can be an optical modulator, such as. B. an absorbing modulator or a refractive modulator.
Die Lichtquelle kann auch optische Elemente umfassen, die dazu ausgelegt sind, die Ausbreitung des Lichts zu modifizieren. Ähnlich wie bei der Bildgebungsvorrichtung können solche optischen Elemente beispielsweise eine Linse, eine Blende, eine Faser oder einen Wellenleiter umfassen. Optische Elemente können beispielsweise auch Glasfasern und Wellenleiter beinhalten, was bei bestimmten räumlichen Anforderungen innerhalb des Systems von Vorteil sein kann. Andere optische Elemente können beispielsweise ein Beugungsgitter oder ein Polarisator sein.The light source can also comprise optical elements that are designed to modify the propagation of the light. Similar to the imaging device, such optical elements can include, for example, a lens, a diaphragm, a fiber or a waveguide. Optical elements can, for example, also contain glass fibers and waveguides, which can be advantageous in the case of certain spatial requirements within the system. Other optical elements can be, for example, a diffraction grating or a polarizer.
Die Messeinheit kann eine Steuereinheit umfassen, die dazu ausgelegt ist, den synchronen Betrieb der Bildgebungsvorrichtung und der Lichtquelle sicherzustellen. Wenn beispielsweise die Lichtquelle gepulst wird, kann die Steuereinheit sicherstellen, dass die Bildgebungsvorrichtung die Tröpfchen oder Partikel synchron zu den Lichtimpulsen abbildet.The measuring unit can comprise a control unit which is designed to ensure the synchronous operation of the imaging device and the light source. For example, if the light source is pulsed, the control unit can ensure that the imaging device images the droplets or particles synchronously with the light pulses.
Die Messeinheit kann einen Lichtsensor umfassen. Das heißt, ein Sensor, der dazu ausgelegt ist, Licht zu erfassen und ein entsprechendes Signal bereitzustellen. Der Lichtsensor kann eines von einer Fotodiode, einem Fotowiderstand oder einem Fototransistor sein. Darüber hinaus kann der Lichtsensor auch optische Elemente umfassen, die dazu ausgelegt sind, die Ausbreitung des Lichts zu modifizieren.The measuring unit can comprise a light sensor. That is, a sensor that is designed to detect light and provide a corresponding signal. The light sensor may be one of a photodiode, a photoresistor, or a phototransistor. In addition, the light sensor can also comprise optical elements that are designed to modify the propagation of the light.
Die Messeinheit kann eine Lichtschranke umfassen, die die Lichtquelle und den Lichtsensor umfasst, wobei die Lichtschranke dazu ausgelegt sein kann, Daten über Partikel oder Tröpfchen bereitzustellen, die die Lichtschranke passieren. Das heißt, die Lichtquelle und der Lichtsensor können so angeordnet sein, dass der Lichtstrahl auf den Lichtsensor gerichtet ist. Ein Partikel oder Tröpfchen, das den Lichtstrahl passiert, kann das Licht, das den Lichtsensor erreicht, reduzieren oder blockieren. Somit kann der Lichtsensor Daten über die Partikel oder Tröpfchen bereitstellen, die den Sensor passieren, z. B. den Zeitpunkt, an dem ein Partikel oder Tröpfchen den Detektor passiert.The measuring unit can comprise a light barrier, which comprises the light source and the light sensor, wherein the light barrier can be designed to provide data on particles or droplets that pass through the light barrier. That is, the light source and the light sensor can be arranged such that the light beam is directed onto the light sensor. A particle or droplet passing the light beam can reduce or block the light reaching the light sensor. Thus, the light sensor can provide data about the particles or droplets passing through the sensor, e.g. B. the time at which a particle or droplet passes the detector.
Die Lichtschranke kann eine Einweg-Lichtschranke sein, d. h. die Lichtquelle und der Lichtsensor können einander gegenüberliegend angeordnet sein, so dass das von der Lichtquelle emittierte Licht direkt zum Lichtsensor gelangt. Alternativ kann die Lichtschranke auch eine Reflexions-Lichtschranke sein, d. h. das von der Lichtquelle emittierte Licht kann von einem Reflektor reflektiert werden, bevor es den Lichtsensor erreicht.The light barrier can be a one-way light barrier, i. H. the light source and the light sensor can be arranged opposite one another, so that the light emitted by the light source reaches the light sensor directly. Alternatively, the light barrier can also be a reflection light barrier, i. H. the light emitted by the light source can be reflected by a reflector before it reaches the light sensor.
Der Speicher kann einen maschinenlesbaren Code umfassen. Der maschinenlesbare Code kann dazu ausgelegt sein, die Verarbeitungseinheit zu veranlassen, den mindestens einen Parameter und/oder die Analytflussmenge zu berechnen.The memory can include machine readable code. The machine-readable code can be designed to cause the processing unit to calculate the at least one parameter and / or the analyte flow rate.
Das System kann ferner eine Ionenfalle umfassen, wobei die Ionenfalle dem Ladegerät nachgelagert und der Strommesseinheit vorgelagert ist. Die Ionenfalle kann beispielsweise Ionen mit hoher elektrischer Mobilität, wie z. B. geladene Gaspartikel, eliminieren.The system can further comprise an ion trap, wherein the ion trap is arranged downstream of the charger and upstream of the current measuring unit. The ion trap can, for example, ions with high electrical mobility, such as. B. charged gas particles, eliminate.
Ferner kann der Tröpfchengenerator dazu ausgelegt sein, die Tröpfchen mit einer definierten Tröpfchenerzeugungsfrequenz zu erzeugen. Das heißt, der Tröpfchengenerator kann die Tröpfchen mit einer Frequenz erzeugen, die beispielsweise von einem Benutzer gesteuert werden kann.Furthermore, the droplet generator can be designed to generate the droplets with a defined droplet generation frequency. That is, the droplet generator can generate the droplets at a frequency that can be controlled, for example, by a user.
Zusätzlich oder alternativ kann das System ferner eine Flusssteuereinheit zum Steuern eines Flusses hin zum Tröpfchengenerator umfassen. Das heißt, die Flusssteuereinheit kann beispielsweise einen konstanten Fluss bei einer definierten Flussrate festlegen.Additionally or alternatively, the system can further comprise a flow control unit for controlling a flow towards the droplet generator. This means that the flow control unit can, for example, define a constant flow at a defined flow rate.
Die Trocknungseinheit umfasst ein der Trocknungseinheit vorgelagertes Ende und ein der Trocknungseinheit nachgelagertes Ende. Das heißt, die vom Tröpfchengenerator erzeugten Tröpfchen können in die Trocknungseinheit am der Trocknungseinheit vorgelagerten Ende eintreten und nach dem Durchlaufen der Trocknungseinheit können die resultierenden Partikel die Trocknungseinheit am der Trocknungseinheit nachgelagerten Ende verlassen.The drying unit comprises an end upstream of the drying unit and an end downstream of the drying unit. That is, the droplets generated by the droplet generator can enter the drying unit at the end upstream of the drying unit and, after passing through the drying unit, the resulting particles can leave the drying unit at the end downstream of the drying unit.
In Ausführungsformen, bei denen die Messeinheit dazu ausgelegt ist, die Tröpfchen zu beobachten, kann die Messeinheit dem Tröpfchengenerator nachgelagert und dem der Trocknungseinheit nachgelagerten Ende vorgelagert angeordnet sein. Die Bestimmung einer Eigenschaft des Tröpfchens kann z. B. aus folgendem Grund vorteilhaft sein: Es versteht sich, dass die (von dem Analyten gebildeten) Partikel typischerweise wesentlich kleiner sind als die (von dem Analyten und dem Lösemittel gebildeten) Tröpfchen sind. Somit kann es einfacher sein, die Eigenschaften der größeren Tröpfchen zu bestimmen als die der kleineren Partikel, und somit können weniger anspruchsvolle Geräte verwendet werden.In embodiments in which the measuring unit is designed to observe the droplets, the measuring unit can be arranged downstream of the droplet generator and upstream of the end downstream of the drying unit. The determination of a property of the droplet can e.g. B. be advantageous for the following reason: It goes without saying that the particles (formed by the analyte) are typically significantly smaller than the droplets (formed by the analyte and the solvent). Thus, it may be easier to determine the properties of the larger droplets than the smaller particles, and less sophisticated equipment can be used.
Alternativ kann in Ausführungsformen, bei denen die Messeinheit dazu ausgelegt ist, die Partikel zu beobachten, die Messeinheit dem der Trocknungseinheit vorgelagerten Ende nachgelagert angeordnet sein. Ferner kann die Messeinheit dem der Trocknungseinheit nachgelagerten Ende nachgelagert angeordnet sein. Darüber hinaus kann die Messeinheit dem Ladegerät vorgelagert angeordnet sein. Alternativ kann sich die Messeinheit auch im Ladegerät befinden.Alternatively, in embodiments in which the measuring unit is designed to observe the particles, the measuring unit can be arranged downstream of the end located in front of the drying unit. Furthermore, the measuring unit can be arranged downstream of the end downstream of the drying unit. In addition, the measuring unit can be arranged upstream of the charger. Alternatively, the measuring unit can also be located in the charger.
Die Messeinheit kann dem Ladegerät nachgelagert angeordnet sein. Ferner kann die Messeinheit der Ionenfalle nachgelagert und der Strommesseinheit vorgelagert angeordnet sein. Dies kann von Vorteil sein, da somit die Eigenschaften der Partikel unmittelbar vor deren Eintritt in die Strommesseinheit bestimmt werden können.The measuring unit can be arranged downstream of the charger. Furthermore, the measuring unit can be arranged downstream of the ion trap and upstream of the current measuring unit. This can be advantageous since the properties of the particles can thus be determined immediately before they enter the current measuring unit.
Die Verarbeitungseinheit kann so ausgelegt sein, dass die bestimmte Analytflussmenge proportional zu (V̅)-2/3 ist, wobei V̅ ein mittleres Volumen der Partikel oder der Tröpfchen ist.The processing unit can be designed such that the determined analyte flow rate is proportional to (V̅) -2/3 , where V̅ is an average volume of the particles or the droplets.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung bezieht sie sich auf ein Verfahren zum Bestimmen einer Analytflussmenge. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Flusses einer Flüssigkeit, die den Analyten umfasst, das Erzeugen von Tröpfchen der Flüssigkeit, das Trocknen der Tröpfchen und damit das Erzeugen von Partikel, das Laden der Partikel und das Messen eines von den geladenen Partikeln erzeugten Stroms. Ferner umfasst das Verfahren auch das Bestimmen mindestens eines Parameters der Partikel oder der Tröpfchen.In other embodiments of the present invention it relates to a method for determining an analyte flow rate. The method includes providing a flow of a liquid comprising the analyte, creating droplets of the liquid, drying the droplets and thereby creating particles, charging the particles, and measuring a current generated by the charged particles. Furthermore, the method also includes determining at least one parameter of the particles or the droplets.
Es versteht sich, dass, wenn hierin auf eine Menge eines Analyten Bezug genommen wird, auf die absolute Menge des Analyten (z. B. ausgedrückt in kg, m3), die Konzentration des Analyten in einem Lösemittel (z. B. ausgedrückt in kg/m3) und auch auf deren Zeitderivate (wie z. B. einen Analytfluss, ausgedrückt in kg/s oder m3/s, oder eine Konzentration, ausgedrückt in kg/(m3*s)) Bezug genommen werden kann. Alle diese Angaben geben eine Menge eines Analyten an und alle diese Angaben können gemeint sein, wenn hierin auf eine Menge eines Analyten Bezug genommen wird.It will be understood that when reference is made herein to an amount of an analyte, the absolute amount of the analyte (e.g., expressed in kg, m 3 ), the concentration of the analyte in a solvent (e.g., expressed in kg / m 3 ) and also their time derivatives (such as an analyte flow, expressed in kg / s or m 3 / s, or a concentration, expressed in kg / (m 3 * s)) can be referred to. All of these statements indicate an amount of an analyte and all of these statements may be meant when reference is made herein to an amount of an analyte.
Das Verfahren kann das Beobachten der Partikel und das Bestimmen des mindestens einen Parameters basierend auf dieser Beobachtung umfassen. Alternativ kann das Verfahren auch das Beobachten der Tröpfchen und das Bestimmen des mindestens einen Parameters basierend auf dieser Beobachtung umfassen.The method can include observing the particles and determining the at least one parameter based on this observation. Alternatively, the method can also include observing the droplets and determining the at least one parameter based on this observation.
Das Bestimmen des mindestens einen Parameters kann das Bestimmen mindestens eines Größenparameters für eine Größe der Partikel oder der Tröpfchen umfassen. Das Bestimmen des mindestens einen Größenparameters kann das Bestimmen eines Mittelwerts für die Größe der Partikel oder Tröpfchen umfassen. Der Mittelwert kann beispielsweise das mittlere Volumen oder der mittlere Durchmesser eines Partikels oder Tröpfchens sein. Zusätzlich oder alternativ kann das Bestimmen des mindestens einen Größenparameters das Bestimmen einer Breite einer Verteilung für die Größe der Partikel oder Tröpfchen umfassen.Determining the at least one parameter can include determining at least one size parameter for a size of the particles or the droplets. Determining the at least one size parameter can include determining an average value for the size of the particles or droplets. The mean value can be, for example, the mean volume or the mean diameter of a particle or droplet. Additionally or alternatively, determining the at least one size parameter can include determining a width of a distribution for the size of the particles or droplets.
Ferner kann das Bestimmen des mindestens einen Parameters das Bestimmen mindestens eines Frequenzparameters für eine Frequenz der Partikel oder der Tröpfchen umfassen. Das Bestimmen des mindestens einen Frequenzparameters kann das Bestimmen eines Mittelwerts für die Frequenz der Partikel oder Tröpfchen umfassen.Furthermore, determining the at least one parameter can include determining at least one frequency parameter for a frequency of the particles or the droplets. Determining the at least one frequency parameter can include determining an average value for the frequency of the particles or droplets.
Das Bestimmen des mindestens einen Parameters kann ferner das Bestimmen mindestens eines Impulsparameters für einen Impuls der Partikel oder Tröpfchen in mindestens einer Richtung umfassen. Das Bestimmen mindestens eines Impulsparameters kann das Bestimmen eines Mittelwerts für den Impuls der Partikel oder Tröpfchen umfassen.The determination of the at least one parameter can further comprise the determination of at least one pulse parameter for a pulse of the particles or droplets in at least one direction. Determining at least one pulse parameter can include determining an average value for the pulse of the particles or droplets.
Zusätzlich oder alternativ kann das Bestimmen des mindestens einen Parameters ferner das Bestimmen mindestens eines Geschwindigkeitsparameters für eine Geschwindigkeit der Partikel oder Tröpfchen in mindestens einer Richtung umfassen. Das Bestimmen des mindestens einen Geschwindigkeitsparameters kann das Bestimmen eines Mittelwerts für die Geschwindigkeit der Partikel umfassen.Additionally or alternatively, the determination of the at least one parameter can further comprise the determination of at least one speed parameter for a speed of the particles or droplets in at least one direction. Determining the at least one speed parameter can include determining an average value for the speed of the particles.
Ferner kann das Verfahren die Verwendung eines Systems wie vorstehend beschrieben umfassen.Furthermore, the method can comprise the use of a system as described above.
In Ausführungsformen, bei denen das System eine Bildgebungsvorrichtung umfasst, kann das Verfahren ferner umfassen, dass die Bildgebungsvorrichtung die Bilder in Intervallen in einem Bereich von 1 ns bis 10.000 ns, vorzugsweise 10 ns bis 1.000 ns, ferner vorzugsweise 50 ns bis 150 ns, wie z. B. 100 ns, aufnimmt.In embodiments in which the system comprises an imaging device, the method can further comprise that the imaging device the images at intervals in a range from 1 ns to 10,000 ns, preferably 10 ns to 1,000 ns, further preferably 50 ns to 150 ns, such as z. B. 100 ns.
In Ausführungsformen, bei denen das System eine Lichtquelle umfasst, kann das Verfahren ferner das Pulsieren der Lichtquelle umfassen. Zusätzlich oder alternativ kann das Verfahren weiterhin das Modulieren der Lichtquelle umfassen.In embodiments where the system includes a light source, the method may further include pulsing the light source. Additionally or alternatively, the method can further comprise modulating the light source.
In Ausführungsformen, bei denen das System eine Steuereinheit umfasst, kann das Verfahren ferner umfassen, dass die Steuereinheit den synchronen Betrieb der Bildgebungsvorrichtung und der Lichtquelle steuert.In embodiments in which the system comprises a control unit, the method may further comprise the control unit controlling the synchronous operation of the imaging device and the light source.
Das Verfahren kann ferner umfassen, dass die Verarbeitungseinheit Daten von der Messeinheit empfängt und analysiert und die Verarbeitungseinheit die Parameter bestimmt. Ferner kann das Verfahren umfassen, dass die Verarbeitungseinheit die Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom und einem Teilsatz des mindestens einen Parameters bestimmt.The method can further include the processing unit receiving and analyzing data from the measuring unit and the processing unit determining the parameters. Furthermore, the method can include the processing unit determining the analyte flow rate based on the measured current and a subset of the at least one parameter.
Das Verfahren kann ferner umfassen, dass die Verarbeitungseinheit maschinelle Lernverfahren zur verbesserten Analyse der Daten aus der Bildgebungsvorrichtung verwendet.The method can further include that the processing unit uses machine learning methods for improved analysis of the data from the imaging device.
In Ausführungsformen, bei denen das System einen Speicher umfasst, der maschinenlesbaren Code umfasst, kann der im Speicher der Verarbeitungseinheit gespeicherte maschinenlesbare Code die Verarbeitungseinheit dazu veranlassen, die Parameter zu berechnen.In embodiments in which the system includes a memory that includes machine-readable code, the machine-readable code stored in the memory of the processing unit can cause the processing unit to calculate the parameters.
In Ausführungsformen des Verfahrens kann das System mit der Bildgebungsvorrichtung Fotos des Aerosols aufnehmen und es erzeugt Bilddaten, analysiert die Bilddaten in der Verarbeitungseinheit und bestimmt den mindestens einen Parameter, und bestimmt die Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom und einem Teilsatz des mindestens einen Parameters. Ferner kann das System den mindestens einen Parameter, den gemessenen Strom und/oder die Analytflussmenge an das Endgerät senden.In embodiments of the method, the system can take photos of the aerosol with the imaging device and it generates image data, analyzes the image data in the processing unit and determines the at least one parameter, and determines the analyte flow rate based on the measured current and a subset of the at least one parameter. Furthermore, the system can send the at least one parameter, the measured current and / or the analyte flow rate to the terminal.
Das Verfahren kann Schritte umfassen, wobei das System eine Winkelintensität der Lichtbeugung der Partikel oder Tröpfchen mit der Bildgebungsvorrichtung misst und Bilddaten erzeugt, die Bilddaten in der Verarbeitungseinheit analysiert und den mindestens einen Parameter bestimmt, und die Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom und einem Teilsatz des mindestens einen Parameters bestimmt. Ferner kann das System den mindestens einen Parameter, den gemessenen Strom und/oder die Analytflussmenge an das Endgerät senden.The method may include steps wherein the system measures an angular intensity of light diffraction of the particles or droplets with the imaging device and generates image data, analyzes the image data in the processing unit and determines the at least one parameter, and the analyte flow rate based on the measured current and a subset of the at least one parameter is determined. Furthermore, the system can send the at least one parameter, the measured current and / or the analyte flow rate to the terminal.
Das Verfahren kann umfassen, dass die Verarbeitungseinheit Flussdaten über die Menge des Flüssigkeitsflusses empfängt, der den Analyten umfasst, der dem Tröpfchengenerator bereitgestellt wird. Das heißt, die Verarbeitungseinheit kann Flussdaten über den Flüssigkeitsflusses zum Tröpfchengenerator empfangen. Diese Flussdaten können beispielsweise von einem Flusssensor oder einer Benutzereingabe bereitgestellt werden. The method may include the processing unit receiving flow data on the amount of liquid flow comprising the analyte that is provided to the droplet generator. That is, the processing unit can receive flow data on the liquid flow to the droplet generator. This flow data can for example be provided by a flow sensor or a user input.
Das Verfahren kann Schritte umfassen, wobei das System die Tröpfchen misst, die die Lichtschranke passieren, und Frequenzdaten erzeugt, die Frequenzdaten in der Verarbeitungseinheit analysiert und den mindestens einen Frequenzparameter bestimmt, und die Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom, den Flussdaten und dem mindestens einen Frequenzparameter bestimmt. Ferner kann das System den mindestens einen Frequenzparameter, den gemessenen Strom und/oder die Analytflussmenge an das Endgerät senden.The method may include steps wherein the system measures the droplets passing the light barrier and generates frequency data, analyzes the frequency data in the processing unit and determines the at least one frequency parameter, and the analyte flow rate based on the measured current, the flow data and the at least one Frequency parameters determined. Furthermore, the system can send the at least one frequency parameter, the measured current and / or the analyte flow rate to the terminal.
Das Verfahren kann Schritte umfassen, wobei das System die Partikel misst, die die Lichtschranke passieren, und Frequenzdaten erzeugt, die Frequenzdaten in der Verarbeitungseinheit analysiert und den mindestens Frequenzparameter bestimmt, und die Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom und dem mindestens einen Frequenzparameter bestimmt. Ferner kann das System den mindestens einen Frequenzparameter, den gemessenen Strom und/oder die Analytflussmenge an das Endgerät senden.The method may include steps whereby the system measures the particles that pass the light barrier and generates frequency data, analyzes the frequency data in the processing unit and determines the at least frequency parameter, and determines the analyte flow rate based on the measured current and the at least one frequency parameter. Furthermore, the system can send the at least one frequency parameter, the measured current and / or the analyte flow rate to the terminal.
Das System kann dazu ausgelegt sein, das Verfahren wie vorstehend beschrieben durchzuführen.The system can be designed to carry out the method as described above.
Die vorliegende Erfindung kann sich ferner auf die Verwendung eines Charged Aerosol Detector System für das Verfahren nach der vorliegenden Erfindung beziehen.The present invention can also relate to the use of a Charged Aerosol Detector System for the method according to the present invention.
Die Verwendung kann in der Chromatografie erfolgen.It can be used in chromatography.
Die Verwendung kann in der Flüssigkeitschromatografie erfolgen.It can be used in liquid chromatography.
Die Verwendung kann in der Hochleistungs-Flüssigkeitschromatografie erfolgen.It can be used in high-performance liquid chromatography.
Die Verwendung kann in der Ultrahochleistungs-Flüssigkeitschromatografie erfolgen.It can be used in ultra-high performance liquid chromatography.
Das heißt, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ein Charged Aerosol Detector System, wobei das System dazu ausgelegt ist, einen Parameter eines Aerosols innerhalb eines CAD-Systems zu bestimmen.That is to say, embodiments of the present invention relate to a charged aerosol detector system, the system being designed to determine a parameter of an aerosol within a CAD system.
Anders ausgedrückt wird in Ausführungsformen der vorliegenden Technologie ein Parameter für eine Eigenschaft der Partikel oder Tröpfchen von der Messeinheit bestimmt, wie z. B. ein Größenparameter oder ein Frequenzparameter. Dieser Parameter ermöglicht die Korrektur des Messsignals, d. h. des Stroms, für unterschiedliche Partikel- oder Tröpfchengrößen und somit eine genauere Bestimmung der Analytmenge in einer Probe. Dadurch kann die Abhängigkeit des Ergebnisses vom verwendeten Lösemittel und der Flüssigkeitsflussrate beseitigt oder mindestens erheblich reduziert werden.In other words, in embodiments of the present technology, a parameter for a property of the particles or droplets is determined by the measuring unit, such as e.g. B. a size parameter or a frequency parameter. This parameter enables the measurement signal to be corrected, i.e. H. of the current, for different particle or droplet sizes and thus a more precise determination of the amount of analyte in a sample. As a result, the dependency of the result on the solvent used and the liquid flow rate can be eliminated or at least significantly reduced.
Ferner kann sich die vorliegend beschriebene Technologie dadurch auch besonders für die Verwendung mit Lösemittelgradienten eignen, die häufig in der Chromatografie verwendet werden. Das heißt, die Zusammensetzung des Elutionsmittels ändert sich während eines Analyselaufs. Dies kann auch problematisch sein, da die Größe der erzeugten Tröpfchen (und Partikel) und somit das Signal pro Analyt vom verwendeten Lösemittel abhängig sein kann. Da diese Probleme durch die vorliegende Technologie überwunden werden, kann die vorliegende Technologie besonders geeignet sein, wenn solche Lösemittelgradienten verwendet werden.Furthermore, the technology described here can also be particularly suitable for use with solvent gradients, which are often used in chromatography. This means that the composition of the eluent changes during an analysis run. This can also be problematic as the size of the droplets (and particles) generated and thus the signal per analyte can depend on the solvent used. Since these problems are overcome by the present technology, the present technology can be particularly useful when using such solvent gradients.
Die vorliegende Technologie ist auch durch die folgenden nummerierten Ausführungsformen definiert.The present technology is also defined by the following numbered embodiments.
Nachstehend wird auf Systemausführungsformen Bezug genommen. Diese Ausführungsformen werden durch den Buchstaben „S“ mit nachfolgender Nummer abgekürzt. Wann immer in diesem Schriftstück auf „Systemausführungsformen“ Bezug genommen wird, sind diese Ausführungsformen gemeint.
- S1. Charged Aerosol Detector System, wobei das System Folgendes umfasst:
- einen Tröpfchengenerator, der dazu ausgelegt ist, Tröpfchen zu erzeugen,
- eine Trocknungseinheit, die dazu ausgelegt ist, die Tröpfchen zu trocknen und so Partikel zu erzeugen,
- ein Ladegerät, das dazu ausgelegt ist, die Partikel aufzuladen,
- eine Strommesseinheit, die dazu ausgelegt ist, einen von den geladenen Partikeln erzeugten Strom zu messen, und
- eine Messeinheit, die dazu ausgelegt ist, Daten zum Bestimmen mindestens eines Parameters der Partikel oder der Tröpfchen bereitzustellen.
- S2. System nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei die Messeinheit dazu ausgelegt ist, die Partikel zu beobachten und Daten zum Bestimmen des mindestens einen Parameters basierend auf dieser Beobachtung bereitzustellen.
- S3. System nach der vorletzten Ausführungsform, wobei die Messeinheit dazu ausgelegt ist, die Tröpfchen zu beobachten und Daten zum Bestimmen des mindestens einen Parameters basierend auf dieser Beobachtung bereitzustellen.
- S4. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der mindestens eine Parameter mindestens einen Größenparameter für eine Größe der Partikel oder der Tröpfchen und vorzugsweise einen Gesamtflüssigkeitsfluss, aus dem die Tröpfchen gebildet werden, umfasst.
- S5. System nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei der mindestens eine Größenparameter einen Mittelwert für die Größe der Partikel oder Tröpfchen umfasst.
- S6. System nach einer der 2 vorstehenden Ausführungsformen, wobei der mindestens eine Größenparameter eine Breite einer Verteilung für die Größe der Partikel oder Tröpfchen umfasst.
- S7. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der mindestens eine Parameter mindestens einen Frequenzparameter für eine Frequenz der Partikel oder der Tröpfchen umfasst.
- S8. System nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei der mindestens eine Frequenzparameter einen Mittelwert für die Frequenz der Partikel oder Tröpfchen umfasst.
- S9. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der mindestens eine Parameter mindestens einen Impulsparameter für den Impuls der Partikel oder Tröpfchen umfasst.
- S10. System nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei der mindestens eine Impulsparameter einen Mittelwert für den Impuls der Partikel oder Tröpfchen in mindestens einer Richtung umfasst.
- S11. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der mindestens eine Parameter mindestens einen Geschwindigkeitsparameter für die Geschwindigkeit der Partikel oder Tröpfchen umfasst.
- S12. System nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei der mindestens eine Geschwindigkeitsparameter einen Mittelwert für die Geschwindigkeit der Partikel oder Tröpfchen in mindestens einer Richtung umfasst.
- S13. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das System eine Verarbeitungseinheit umfasst, die dazu ausgelegt ist, die Daten von der Messeinheit zu empfangen und zu analysieren, um den mindestens einen Parameter zu bestimmen.
- S14. System nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei die Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt ist, eine Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom und einem Teilsatz des mindestens einen Parameters zu bestimmen.
- S15. System nach der vorstehenden Ausführungsform und mit den Merkmalen von S4, wobei die Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt ist, eine Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom und dem mindestens einen Größenparameter zu bestimmen.
- S16. System nach der vorletzten Ausführungsform mit den Merkmalen von S7, wobei die Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt ist, eine Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom und dem mindestens einen Frequenzparameter zu bestimmen.
- S17. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen von S13, wobei die Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt ist, maschinelle Lernverfahren einzusetzen, um die Analyse der Daten der Messeinheit zu verbessern.
- S18. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen von S14, wobei das System ferner ein Endgerät umfasst, und wobei die Verarbeitungseinheit dazu ausgelegt ist, den mindestens einen Parameter, den gemessenen Strom und/oder die Analytflussmenge an das Endgerät zu senden.
- S19. System nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei das Endgerät dazu ausgelegt ist, mindestens einen Teil der empfangenen Daten in ein von Menschen lesbares Signal umzuwandeln.
- S20. System nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei das vom Menschen lesbare Signal mindestens ein chromatografisches Spektrum ist.
- S21. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen von S13, wobei die Verarbeitungseinheit mindestens einen Mikroprozessor, wie z. B. eine Zentraleinheit (CPU) und/oder mindestens eine Schaltung, wie eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASCI) oder ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA), umfasst.
- S22. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das System mindestens einen Speicher, wie z. B. mindestens eine nichtflüchtige Speichervorrichtung (z. B. ein Solid-State-Laufwerk (SSD)) und/oder mindestens eine flüchtige Vorrichtung (z. B. Random-Access-Speicher (RAM)) umfasst.
- S23. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Messeinheit eine Bildgebungsvorrichtung umfasst.
- S24. System nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei die Bildgebungsvorrichtung einen Bildsensor umfasst.
- S25. System nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei der Bildsensor eine ladungsgekoppelte Vorrichtung (CCD) oder ein aktiver Pixel-Sensor (API) ist.
- S26. System nach einer der 2 vorstehenden Ausführungsformen, wobei ein Winkel zwischen einer Flussrichtung der Partikel oder Tröpfchen und einer Achse senkrecht zum Bildsensor der Bildgebungsvorrichtung im Bereich von 45° bis 135°, vorzugsweise 75°
bis 105°, wie z. B. 85° bis 95°, liegt. - S27. System nach einer der 3 vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Bildgebungsvorrichtung ferner optische Elemente umfasst, die dazu ausgelegt sind, die Abbildungsfähigkeit des Bildsensors zu verbessern.
- S28. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Messeinheit ferner eine Lichtquelle umfasst.
- S29. System nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei die Lichtquelle eine kohärente Laserlichtquelle ist.
- S30. System nach einer der 2 vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Lichtquelle dazu ausgelegt ist, in einem gepulsten Modus zu arbeiten, und vorzugsweise wobei die Lichtquelle ein Stroboskop oder ein gepulster Laser ist.
- S31. System nach einer der 3 vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Lichtquelle dazu ausgelegt ist, moduliert zu werden.
- S32. System nach einer der 4 vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Lichtquelle optische Elemente umfasst, die dazu ausgelegt sind, die Ausbreitung von Licht zu modifizieren.
- S33. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen von S23 und S28, wobei die Messeinheit eine Steuereinheit umfasst, die dazu ausgelegt ist, den synchronen Betrieb der Bildgebungsvorrichtung und der Lichtquelle sicherzustellen.
- S34. System nach einer der vorstehenden Systemausführungsformen, wobei die Messeinheit einen Lichtsensor umfasst.
- S35. System nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei der Lichtsensor eines von einer Fotodiode, einem Fotowiderstand oder einem Fototransistor ist.
- S36. System nach einer der zwei vorstehenden Ausführungsformen, wobei der Lichtsensor optische Elemente umfasst, die dazu ausgelegt sind, die Ausbreitung von Licht zu modifizieren.
- S37. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen von S28 und S34, wobei die Messeinheit eine Lichtschranke umfasst, die die Lichtquelle und den Lichtsensor umfasst, wobei die Lichtschranke dazu ausgelegt ist, Daten über Partikel oder Tröpfchen bereitzustellen, die die Lichtschranke passieren.
- S38. System nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei die Lichtschranke eine Einweg-Lichtschranke ist.
- S39. System nach der vorletzten Ausführungsform, wobei die Lichtschranke eine Reflexions-Lichtschranke ist.
- S40. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform
S22 , wobei der Speicher maschinenlesbaren Code umfasst. - S41. System nach der vorstehenden Ausführungsform und mit den Merkmalen von mindestens einer der Ausführungsformen
S13 undS14 , wobei der maschinenlesbare Code dazu ausgelegt ist, die Verarbeitungseinheit dazu zu veranlassen, den mindestens einen Parameter und/oder die Analytflussmenge zu berechnen. - S42. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das System ferner eine Ionenfalle umfasst, wobei die Ionenfalle dem Ladegerät nachgelagert und der Strommesseinheit vorgelagert angeordnet ist.
- S43. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei der Tröpfchengenerator dazu ausgelegt ist, die Tröpfchen mit einer definierten Tröpfchenerzeugungsfrequenz zu erzeugen.
- S44. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei das System ferner eine Flusssteuereinheit zum Steuern eines Flusses hin zum Tröpfchengenerator umfasst.
- S45. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen, wobei die Trocknungseinheit ein der Trocknungseinheit vorgelagertes Ende und ein der Trocknungseinheit nachgelagertes Ende umfasst.
- S46. System nach der vorstehenden Ausführungsform und mit den Merkmalen der Ausführungsform
S3 , wobei die Messeinheit dem Tröpfchengenerator nachgelagert und dem der Trocknungseinheit nachgelagerten Ende vorgelagert angeordnet ist. - S47. System nach der vorletzten Ausführungsform und mit den Merkmalen der Ausführungsform
S2 , wobei die Messeinheit dem der Trocknungseinheit vorgelagerten Ende nachgelagert angeordnet ist. - S48. System nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei die Messeinheit dem der Trocknungseinheit nachgelagerten Ende nachgelagert angeordnet ist.
- S49. System nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei die Messeinheit dem Ladegerät vorgelagert angeordnet ist.
- S50. System nach der vorletzten Ausführungsform, wobei die Messeinheit in dem Ladegerät angeordnet ist.
- S51. System nach der Ausführungsform
S48 , wobei die Messeinheit dem Ladegerät nachgelagert angeordnet ist. - S52. System nach der vorstehenden Ausführungsform und mit den Merkmalen der Ausführungsform
S42 , wobei die Messeinheit der Ionenfalle nachgelagert und der Strommesseinheit vorgelagert angeordnet ist. - S53. System nach einer der vorstehenden Ausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen
S5 undS14 , wobei die Verarbeitungseinheit so ausgelegt ist, dass die bestimmte Analytflussmenge proportional zu (V̅)-2/3 ist, wobei V̅ ein mittleres Volumen der Partikel oder der Tröpfchen ist.
- S1. Charged Aerosol Detector System, which system comprises:
- a droplet generator designed to generate droplets,
- a drying unit designed to dry the droplets and thus generate particles,
- a charger designed to charge the particles,
- a current measuring unit configured to measure a current generated by the charged particles, and
- a measuring unit which is designed to provide data for determining at least one parameter of the particles or the droplets.
- S2. System according to the above embodiment, wherein the measuring unit is designed to observe the particles and to provide data for determining the at least one parameter based on this observation.
- S3. System according to the penultimate embodiment, wherein the measuring unit is designed to observe the droplets and to provide data for determining the at least one parameter based on this observation.
- S4. System according to one of the preceding embodiments, wherein the at least one parameter comprises at least one size parameter for a size of the particles or the droplets and preferably a total liquid flow from which the droplets are formed.
- S5. System according to the preceding embodiment, wherein the at least one size parameter comprises an average value for the size of the particles or droplets.
- S6. System according to one of the 2 preceding embodiments, wherein the at least one size parameter comprises a width of a distribution for the size of the particles or droplets.
- S7. System according to one of the preceding embodiments, wherein the at least one parameter comprises at least one frequency parameter for a frequency of the particles or the droplets.
- S8. System according to the preceding embodiment, wherein the at least one frequency parameter comprises an average value for the frequency of the particles or droplets.
- S9. System according to one of the preceding embodiments, wherein the at least one parameter comprises at least one pulse parameter for the pulse of the particles or droplets.
- S10. System according to the preceding embodiment, wherein the at least one pulse parameter comprises an average value for the pulse of the particles or droplets in at least one direction.
- S11. System according to one of the preceding embodiments, wherein the at least one parameter comprises at least one speed parameter for the speed of the particles or droplets.
- S12. System according to the preceding embodiment, wherein the at least one speed parameter comprises an average value for the speed of the particles or droplets in at least one direction.
- S13. System according to one of the preceding embodiments, wherein the system comprises a processing unit which is designed to receive and analyze the data from the measuring unit in order to determine the at least one parameter.
- S14. System according to the preceding embodiment, wherein the processing unit is configured to determine an analyte flow rate based on the measured current and a subset of the at least one parameter.
- S15. System according to the above embodiment and having the features of S4, wherein the processing unit is designed to determine an analyte flow rate based on the measured current and the at least one size parameter.
- S16. System according to the penultimate embodiment having the features of S7, wherein the processing unit is designed to determine an analyte flow rate based on the measured current and the at least one frequency parameter.
- S17. System according to one of the preceding embodiments having the features of S13, wherein the processing unit is designed to use machine learning methods in order to improve the analysis of the data from the measuring unit.
- S18. System according to one of the preceding embodiments with the features of S14, wherein the system further comprises a terminal, and wherein the processing unit is designed to send the at least one parameter, the measured current and / or the analyte flow rate to the terminal.
- S19. System according to the preceding embodiment, wherein the terminal is designed to convert at least part of the received data into a human-readable signal.
- S20. The system of the previous embodiment, wherein the human readable signal is at least one chromatographic spectrum.
- S21. System according to one of the preceding embodiments with the features of S13, wherein the processing unit has at least one microprocessor, such as. B. a central processing unit (CPU) and / or at least one circuit, such as an application-specific integrated circuit (ASCI) or a field-programmable gate array (FPGA).
- S22. System according to one of the preceding embodiments, wherein the system comprises at least one memory, such as e.g. B. comprises at least one non-volatile storage device (e.g. a solid state drive (SSD)) and / or at least one volatile device (e.g. random access memory (RAM)).
- S23. System according to one of the preceding embodiments, wherein the measuring unit comprises an imaging device.
- S24. The system of the previous embodiment, wherein the imaging device comprises an image sensor.
- S25. The system of the previous embodiment, wherein the image sensor is a charge coupled device (CCD) or an active pixel sensor (API).
- S26. System according to one of the 2 preceding embodiments, wherein an angle between a direction of flow of the particles or droplets and an axis perpendicular to the image sensor of the imaging device is in the range from 45 ° to 135 °, preferably 75 ° to 105 °, e.g. B. 85 ° to 95 °.
- S27. System according to one of the 3 preceding embodiments, wherein the imaging device further comprises optical elements which are designed to improve the imaging capability of the image sensor.
- S28. System according to one of the preceding embodiments, wherein the measuring unit further comprises a light source.
- S29. The system of the previous embodiment, wherein the light source is a coherent laser light source.
- S30. System according to one of the 2 preceding embodiments, wherein the light source is adapted to operate in a pulsed mode, and preferably wherein the light source is a stroboscope or a pulsed laser.
- S31. System according to one of the 3 preceding embodiments, wherein the light source is designed to be modulated.
- S32. System according to one of the 4 preceding embodiments, wherein the light source comprises optical elements which are designed to modify the propagation of light.
- S33. System according to one of the preceding embodiments with the features of S23 and S28, wherein the measuring unit comprises a control unit which is designed to ensure the synchronous operation of the imaging device and the light source.
- S34. System according to any of the preceding system embodiments, wherein the measuring unit comprises a light sensor.
- S35. The system according to the above embodiment, wherein the light sensor is one of a photodiode, a photoresistor or a phototransistor.
- S36. System according to one of the two preceding embodiments, wherein the light sensor comprises optical elements which are designed to modify the propagation of light.
- S37. System according to one of the preceding embodiments with the features of S28 and S34, wherein the measuring unit comprises a light barrier which comprises the light source and the light sensor, the light barrier being designed to provide data on particles or droplets that pass through the light barrier.
- S38. System according to the previous embodiment, wherein the light barrier is a one-way light barrier.
- S39. System according to the penultimate embodiment, wherein the light barrier is a reflection light barrier.
- S40. System according to one of the preceding embodiments having the features of the embodiment
S22 wherein the memory comprises machine readable code. - S41. System according to the preceding embodiment and having the features of at least one of the embodiments
S13 andS14 wherein the machine-readable code is designed to cause the processing unit to calculate the at least one parameter and / or the analyte flow rate. - S42. System according to one of the preceding embodiments, wherein the system further comprises an ion trap, wherein the ion trap is arranged downstream of the charger and upstream of the current measuring unit.
- S43. System according to one of the preceding embodiments, wherein the droplet generator is designed to generate the droplets with a defined droplet generation frequency.
- S44. The system according to any of the preceding embodiments, wherein the system further comprises a flow control unit for controlling a flow towards the droplet generator.
- S45. System according to one of the preceding embodiments, wherein the drying unit comprises an end upstream of the drying unit and an end downstream of the drying unit.
- S46. System according to the above embodiment and having the features of the embodiment
S3 , wherein the measuring unit is arranged downstream of the droplet generator and upstream of the end downstream of the drying unit. - S47. System according to the penultimate embodiment and having the features of the embodiment
S2 , wherein the measuring unit is arranged downstream of the end upstream of the drying unit. - S48. System according to the preceding embodiment, wherein the measuring unit is arranged downstream of the end downstream of the drying unit.
- S49. System according to the preceding embodiment, wherein the measuring unit is arranged upstream of the charger.
- S50. System according to the penultimate embodiment, wherein the measuring unit is arranged in the charger.
- S51. System according to the embodiment
S48 , wherein the measuring unit is arranged downstream of the charger. - S52. System according to the above embodiment and having the features of the embodiment
S42 , wherein the measuring unit is arranged downstream of the ion trap and upstream of the current measuring unit. - S53. System according to one of the preceding embodiments having the features of the embodiments
S5 andS14 , wherein the processing unit is designed such that the determined analyte flow rate is proportional to (V̅) -2/3 , where V̅ is an average volume of the particles or the droplets.
Nachstehend wird auf Verfahrensausführungsformen Bezug genommen. Diese Ausführungsformen werden durch den Buchstaben „M“ mit nachfolgender Nummer abgekürzt. Wann immer in diesem Schriftstück auf „Verfahrensausführungsformen“ Bezug genommen wird, sind diese Ausführungsformen gemeint.
- M1. Verfahren zum Bestimmen einer Menge eines Analytflusses, wobei das Verfahren Folgendes umfasst:
- Bereitstellen eines Flusses einer Flüssigkeit, die den Analyten umfasst, Erzeugen von Tröpfchen der Flüssigkeit,
- Trocknen der Tröpfchen und somit Erzeugen von Partikeln, Aufladen der Partikel,
- Messen eines von den geladenen Partikeln erzeugten Stroms und Bestimmen mindestens eines Parameters der Partikel oder der Tröpfchen.
- M2. Verfahren nach der vorstehenden Verfahrensausführungsform, wobei das Verfahren das Beobachten der Partikel und das Bestimmen des mindestens einen Parameters basierend auf dieser Beobachtung umfasst.
- M3. Verfahren nach der vorletzten Verfahrensausführungsform, wobei das Verfahren das Beobachten der Tröpfchen und das Bestimmen des mindestens einen Parameters basierend auf dieser Beobachtung umfasst.
- M4. Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen, wobei das Bestimmen des mindestens einen Parameters das Bestimmen mindestens eines Größenparameters für eine Größe der Partikel oder der Tröpfchen umfasst.
- M5. Verfahren nach dem vorstehenden Verfahren, wobei das Bestimmen des mindestens eines Größenparameters das Bestimmen eines Mittelwerts für die Größe der Partikel oder Tröpfchen umfasst.
- M6. Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen mit den Merkmalen von M4, wobei das Bestimmen von mindestens einem Größenparameter das Bestimmen einer Breite einer Verteilung für die Größe der Partikel oder Tröpfchen umfasst.
- M7. Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen, wobei das Bestimmen des mindestens einen Parameters das Bestimmen von mindestens einem Frequenzparameter für eine Frequenz der Partikel oder der Tröpfchen umfasst.
- M8. Verfahren nach der vorstehenden Verfahrensausführungsform, wobei das Bestimmen des mindestens einen Frequenzparameters das Bestimmen eines Mittelwerts für die Frequenz der Partikel oder Tröpfchen umfasst.
- M9. Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen, wobei das Bestimmen des mindestens einen Parameters ferner das Bestimmen von mindestens einem Impulsparameter für einen Impuls der Partikel oder Tröpfchen in mindestens einer Richtung umfasst.
- M10. Verfahren nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei das Bestimmen mindestens eines Impulsparameters das Bestimmen eines Mittelwerts für den Impuls der Partikel oder Tröpfchen umfasst.
- M11. Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen, wobei das Bestimmen des mindestens einen Parameters ferner das Bestimmen von mindestens einem Geschwindigkeitsparameter für eine Geschwindigkeit der Partikel oder Tröpfchen in mindestens einer Richtung umfasst.
- M12. Verfahren nach der vorstehenden Ausführungsform, wobei das Bestimmen des mindestens eines Geschwindigkeitsparameters das Bestimmen eines Mittelwerts für die Geschwindigkeit der Partikel umfasst.
- M13. Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen, wobei das Verfahren das Verwenden eines Systems nach einer der vorstehenden Systemausführungsformen umfasst.
- M14. Verfahren nach der vorstehenden Verfahrensausführungsform, wobei das System die Merkmale der Ausführungsform
S23 umfasst, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass die Bildgebungsvorrichtung Bilder in Intervallen in einem Bereich von 1 ns bis 10.000 ns, vorzugsweise 10 ns bis 1.000 ns, ferner vorzugsweise 50 ns bis 150 ns, wie z. B. 100 ns, aufnimmt. - M15. Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform
M13 , wobei das System die Merkmale der AusführungsformS30 umfasst, wobei das Verfahren ferner das Pulsieren der Lichtquelle umfasst. - M16. Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen mit den Merkmalen von M13, wobei das System die Merkmale der Ausführungsform
S31 umfasst, wobei das Verfahren ferner das Modulieren der Lichtquelle umfasst. - M17. Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform
M13 , wobei das System die Merkmale der SystemausführungsformS33 umfasst, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass die Steuereinheit den Synchronbetrieb der Bildgebungsvorrichtung und der Lichtquelle steuert. - M18. Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform
M13 , wobei das System die Merkmale der SystemausführungsformS13 umfasst, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass die Verarbeitungseinheit Daten von der Messeinheit empfängt und analysiert und die Verarbeitungseinheit den mindestens einen Parameter bestimmt. - M19. Verfahren nach den vorstehenden Verfahrensausführungsformen, wobei das Verfahren umfasst, dass die Verarbeitungseinheit die Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom und einem Teilsatz des mindestens einen Parameters bestimmt.
- M20. Verfahren nach der vorstehenden Verfahrensausführungsform, wobei das Verfahren ferner umfasst, dass die Verarbeitungseinheit maschinelle Lernverfahren zur verbesserten Analyse der Daten von der Bildgebungsvorrichtung verwendet.
- M21. Verfahren nach einer der 2 vorstehenden Verfahrensausführungsformen, wobei das System die Merkmale der Ausführungsform
S40 umfasst, wobei der im Speicher der Verarbeitungseinheit gespeicherte maschinenlesbare Code die Verarbeitungseinheit dazu veranlasst, die Parameter zu berechnen. - M22. Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform
M13 , wobei das System die Merkmale der SystemausführungsformenS14 ,S18 undS23 umfasst, wobei das System mit der Bildgebungsvorrichtung Fotos des Aerosols aufnimmt und Bilddaten erzeugt; die Bilddaten in der Verarbeitungseinheit analysiert und den mindestens einen Parameter bestimmt; die Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom und einem Teilsatz des mindestens einen Parameters bestimmt; und den mindestens einen Parameter, den gemessenen Strom und/oder die Analytflussmenge an das Endgerät sendet. - M23. Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsform
M13 , wobei das System die Merkmale der SystemausführungsformenS14 ,S18 undS23 umfasst, wobei das System eine Winkelintensität der Lichtbeugung der Partikel oder Tröpfchen mit der Bildgebungsvorrichtung misst und Bilddaten erzeugt; die Bilddaten in der Verarbeitungseinheit analysiert und den mindestens einen Parameter bestimmt; die Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom und einem Teilsatz des mindestens einen Parameters bestimmt; und den mindestens einen Parameter, den gemessenen Strom und/oder die Analytflussmenge an das Endgerät sendet. - M24. Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen mit den Merkmalen von M13, wobei das System die Merkmale der Systemausführungsform
S13 umfasst, wobei das Verfahren umfasst, dass die Verarbeitungseinheit Flussdaten über die Menge des Flüssigkeitsflusses empfängt, die den Analyten umfasst, der dem Tröpfchengenerator zugeführt wird. - M25. Verfahren nach der vorstehenden Verfahrensausführungsform mit den Merkmalen von M3, M7 und M13, wobei das System die Merkmale der Systemausführungsformen
S14 ,S18 undS37 umfasst, wobei das System die Tröpfchen, die die Lichtschranke passieren, misst und Frequenzdaten erzeugt; die Frequenzdaten in der Verarbeitungseinheit analysiert und den mindestens einen Frequenz-Parameter bestimmt; die Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom, den Flussdaten und dem mindestens einen Frequenzparameter bestimmt; und den mindestens einen Frequenzparameter, den gemessenen Strom und/oder die Analytflussmenge an das Endgerät sendet. - M26. Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen mit den Merkmalen der Ausführungsformen
M2 ,M7 undM13 , wobei das System die Merkmale der SystemausführungsformenS14 ,S18 undS37 umfasst, wobei das System die Partikel, die die Lichtschranke passieren, misst und Frequenzdaten erzeugt; die Frequenzdaten in der Verarbeitungseinheit analysiert und den mindestens Frequenzparameter bestimmt; die Analytflussmenge basierend auf dem gemessenen Strom und dem mindestens einen Frequenzparameter bestimmt; und den mindestens einen Frequenzparameter, den gemessenen Strom und/oder die Analytflussmenge an das Endgerät sendet. - S54. System nach einer der vorstehenden Systemausführungsformen, wobei das System dazu ausgelegt ist, das Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen auszuführen. Nachstehend wird auf Verwendungsausführungsformen Bezug genommen. Diese Ausführungsformen werden durch den Buchstaben „U“ mit nachfolgender Nummer abgekürzt. Wann immer in diesem Schriftstück auf „Verwendungsausführungsformen“ Bezug genommen wird, sind diese Ausführungsformen gemeint.
- U1. Verwendung des Charged Aerosol Detector Systems nach einer der vorstehenden Systemausführungsformen in einem Verfahren nach einer der vorstehenden Verfahrensausführungsformen.
- U2. Verwendung nach der vorstehenden Ausführungsform in der Chromatografie.
- U3. Verwendung nach der vorstehenden Ausführungsform in der Flüssigkeitschromatografie.
- U4. Verwendung nach der vorstehenden Ausführungsform in der Hochleistungs-Flüssigkeitschromatografie.
- U5. Verwendung nach der vorstehenden Ausführungsform in der Ultrahochleistungs-Flüssigkeitschromatografie erfolgt.
- M1. A method of determining an amount of analyte flow, the method comprising:
- Providing a flow of a liquid comprising the analyte, generating droplets of the liquid,
- Drying the droplets and thus creating particles, charging the particles,
- Measuring a current generated by the charged particles and determining at least one parameter of the particles or the droplets.
- M2. Method according to the above method embodiment, wherein the method comprises observing the particles and determining the at least one parameter based on this observation.
- M3. Method according to the penultimate method embodiment, wherein the method comprises observing the droplets and determining the at least one parameter based on this observation.
- M4. Method according to one of the preceding method embodiments, wherein determining the at least one parameter comprises determining at least one size parameter for a size of the particles or the droplets.
- M5. Method according to the above method, wherein determining the at least one size parameter comprises determining an average value for the size of the particles or droplets.
- M6. Method according to one of the above method embodiments with the features of M4, wherein the determination of at least one size parameter comprises the determination of a width of a distribution for the size of the particles or droplets.
- M7. Method according to one of the preceding method embodiments, wherein the determination of the at least one parameter comprises the determination of at least one frequency parameter for a frequency of the particles or the droplets.
- M8. Method according to the above method embodiment, wherein determining the at least one frequency parameter comprises determining a mean value for the frequency of the particles or droplets.
- M9. Method according to one of the preceding method embodiments, wherein determining the at least one parameter further comprises determining at least one pulse parameter for a pulse of the particles or droplets in at least one direction.
- M10. Method according to the preceding embodiment, wherein determining at least one pulse parameter comprises determining a mean value for the pulse of the particles or droplets.
- M11. Method according to one of the preceding method embodiments, wherein determining the at least one parameter further comprises determining at least one speed parameter for a speed of the particles or droplets in at least one direction.
- M12. Method according to the preceding embodiment, wherein determining the at least one speed parameter comprises determining an average value for the speed of the particles.
- M13. Method according to one of the preceding method embodiments, the method comprising using a system according to one of the preceding system embodiments.
- M14. Method according to the above method embodiment, wherein the system has the features of the embodiment
S23 wherein the method further comprises that the imaging device images at intervals in a range of 1 ns to 10,000 ns, preferably 10 ns to 1,000 ns, further preferably 50 ns to 150 ns, such as. B. 100 ns. - M15. Method according to one of the above method embodiments with the features of the embodiment
M13 , the system having the features of the embodimentS30 wherein the method further comprises pulsing the light source. - M16. Method according to one of the above method embodiments having the features of M13, wherein the system has the features of the embodiment
S31 wherein the method further comprises modulating the light source. - M17. Method according to one of the above method embodiments with the features of the embodiment
M13 , the system having the characteristics of the system embodimentS33 wherein the method further comprises that the control unit controls the synchronous operation of the imaging device and the light source. - M18. Method according to one of the above method embodiments with the features of the embodiment
M13 , the system having the characteristics of the system embodimentS13 wherein the method further comprises that the processing unit receives and analyzes data from the measuring unit and the processing unit determines the at least one parameter. - M19. Method according to the above method embodiments, wherein the method comprises that the processing unit determines the analyte flow rate based on the measured current and a subset of the at least one parameter.
- M20. Method according to the above method embodiment, wherein the method further comprises that the processing unit uses machine learning methods for improved analysis of the data from the imaging device.
- M21. Method according to one of the 2 above method embodiments, wherein the system has the features of the embodiment
S40 wherein the machine-readable code stored in the memory of the processing unit causes the processing unit to calculate the parameters. - M22. Method according to one of the above method embodiments with the features of the embodiment
M13 , the system having the characteristics of the system embodimentsS14 ,S18 andS23 wherein the system with the imaging device takes photos of the aerosol and generates image data; analyzes the image data in the processing unit and determines the at least one parameter; determine the analyte flow rate based on the measured current and a subset of the at least one parameter; and sends the at least one parameter, the measured current and / or the analyte flow rate, to the terminal device. - M23. Method according to one of the above method embodiments with the features of the embodiment
M13 , the system having the characteristics of the system embodimentsS14 ,S18 andS23 wherein the system measures an angular intensity of light diffraction of the particles or droplets with the imaging device and generates image data; analyzes the image data in the processing unit and determines the at least one parameter; determine the analyte flow rate based on the measured current and a subset of the at least one parameter; and sends the at least one parameter, the measured current and / or the analyte flow rate, to the terminal device. - M24. Method according to one of the above method embodiments having the features of M13, wherein the system has the features of the system embodiment
S13 wherein the method comprises the processing unit receiving flow data on the amount of the liquid flow comprising the analyte being delivered to the droplet generator. - M25. Method according to the above method embodiment with the features of M3, M7 and M13, wherein the system has the features of the system embodiments
S14 ,S18 andS37 wherein the system measures the droplets passing the photoelectric switch and generates frequency data; the frequency data is analyzed in the processing unit and the at least one frequency parameter is determined; determine the analyte flow rate based on the measured current, the flow data and the at least one frequency parameter; and sends the at least one frequency parameter, the measured current and / or the analyte flow rate to the terminal. - M26. Method according to one of the above method embodiments with the features of the embodiments
M2 ,M7 andM13 , the system having the characteristics of the system embodimentsS14 ,S18 andS37 wherein the system measures the particles passing the light barrier and generates frequency data; the frequency data is analyzed in the processing unit and the at least frequency parameter is determined; determine the analyte flow rate based on the measured current and the at least one frequency parameter; and sends the at least one frequency parameter, the measured current and / or the analyte flow rate to the terminal. - S54. System according to one of the preceding system embodiments, the system being designed to carry out the method according to one of the preceding method embodiments. Reference is made below to use embodiments. These embodiments are abbreviated by the letter “U” followed by a number. Whenever "use embodiments" are referred to in this document, these embodiments are meant.
- U1. Use of the Charged Aerosol Detector System according to one of the above system embodiments in a method according to one of the above method embodiments.
- U2. Use according to the above embodiment in chromatography.
- U3. Use according to the above embodiment in liquid chromatography.
- U4. Use according to the above embodiment in high-performance liquid chromatography.
- U5. Use according to the above embodiment takes place in ultra-high-performance liquid chromatography.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben. Diese Ausführungsformen sollten nur Beispiele für die vorliegende Erfindung geben, diese aber nicht einschränken.
-
1 zeigt ein CAD-System nach 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 CAD-System nach Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung; -
4 zeigt eine Schemazeichnung einer Messeinheit; -
5 zeigt eine Schemazeichnung der Lichtschranke in zwei verschiedenen Konfigurationen; -
6A zeigt die Abhängigkeit des Stroms von dem Analytfluss und der Partikelgröße; und -
6B und6C zeigen die Abhängigkeit des Stroms von dem Analytfluss bzw. von der Partikelgröße.
-
1 Figure 3 shows a prior art CAD system, components of which system may also be used in embodiments of the present invention; -
2 Figure 3 shows a CAD system in accordance with embodiments of the present invention; -
3 Figure 3 shows a CAD system in accordance with embodiments of the present invention; -
4th shows a schematic drawing of a measuring unit; -
5 shows a schematic drawing of the light barrier in two different configurations; -
6A shows the dependence of the current on the analyte flow and the particle size; and -
6B and6C show the dependence of the current on the analyte flow or on the particle size.
Es wird darauf hingewiesen, dass nicht alle Zeichnungen alle Bezugszeichen aufweisen. Stattdessen wurden in einigen Zeichnungen einige der Bezugszeichen aus Platzgründen und der Einfachheit der Darstellung halber weggelassen. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die Begleitzeichnungen beschrieben.It should be noted that not all drawings have all reference symbols. Instead, some of the reference numbers have been omitted in some drawings for reasons of space and simplicity of illustration. Embodiments of the present invention will now be described with reference to the accompanying drawings.
In der gesamten Beschreibung wird der Begriff „in Flussrichtung“ verwendet. Das ist die Richtung, in der eine Flüssigkeit oder ein Aerosol die verschiedenen Phasen eines CAD-Systems durchläuft. In der in
Im Allgemeinen kann ein HPLC-Effluent ein Flüssigkeitssystem umfassen, das ferner mindestens ein Elutionsmittel und mindestens eine Probe umfassen kann. Der HPLC-Effluent kann auch als HPLC-Flüssigkeit oder einfach als Effluent oder Flüssigkeit bezeichnet werden. Im Folgenden wird meist nur der Begriff „Flüssigkeit“ verwendet. Es sollte sich verstehen, dass die Flüssigkeit typischerweise die zu analysierende Probe und mindestens ein Lösemittel umfasst. In vielen Fällen umfasst sie die Probe und ein Lösemittelgemisch.In general, an HPLC effluent can comprise a liquid system which can further comprise at least one eluent and at least one sample. The HPLC effluent can also be referred to as HPLC liquid or simply as effluent or liquid. In the following mostly only the term “liquid” is used. It should be understood that the liquid typically comprises the sample to be analyzed and at least one solvent. In many cases it includes the sample and a mixed solvent.
In CAD-Systemen kann ein HPLC-Effluent zunächst in ein Aerosol überführt werden. Das Elutionsmittel der Aerosoltropfen wird verdampft, so dass der zu messende Analyt in ein sekundäres, meist trockenes Aerosol überführt wird. Dieses Aerosol kann dann elektrisch geladen werden. Die Ladung des Aerosols kann in einem Amperemeter gemessen werden. Der gemessene Strom kann ein Maß für die Analytmenge sein. Ein Unterschied zu den weit verbreiteten UV-Detektoren besteht darin, dass das CAD-Verfahren keine Chromophore im Analyten benötigt. Somit wird dieser Detektor als Universaldetektor bezeichnet.In CAD systems, an HPLC effluent can first be converted into an aerosol. The eluent of the aerosol droplets is evaporated so that the analyte to be measured is converted into a secondary, mostly dry aerosol. This aerosol can then be electrically charged. The charge of the aerosol can be measured in an ammeter. The measured current can be a measure of the amount of analyte. One difference to the widely used UV detectors is that the CAD method does not require any chromophores in the analyte. This detector is therefore called a universal detector.
Der Gaseinlass
Einfach ausgedrückt wird ein HPLC-Effluent einem Zerstäuber
Ferner umfasst das System
Anders ausgedrückt werden die vom Zerstäuber
Nach dem Trocknen werden die Partikel einer Mischkammer
Kurz zusammengefasst, arbeitet der Detektor für geladene Aerosole
Vereinfachter ausgedrückt verwendet das CAD-System
Obwohl das CAD-System
Einfach ausgedrückt können frühere CAD-Systeme den Nachteil haben, dass sie stark vom verwendeten Lösemittel abhängen. Beispielsweise kann dieselbe Konzentration einer Probe zu unterschiedlichen Strömen führen, je nachdem, ob die Probe in Wasser oder in Methanol gelöst wurde.Put simply, previous CAD systems can have the disadvantage of being highly dependent on the solvent used. For example, the same concentration of a sample can lead to different currents depending on whether the sample was dissolved in water or in methanol.
Es gibt verschiedene Gründe für die Abhängigkeit von Lösemitteln in früheren Systemen, wie z. B. dem System
Unter Bezugnahme auf
Das System
Eine bekannte Tröpfchengrößenverteilung kann es ermöglichen, die Interpretation des von der Strommesseinheit
In einigen Ausführungsformen (nicht dargestellt) kann die Messeinheit
Das System
Einfach ausgedrückt wird eine Flüssigkeit (z. B. ein HPLC-Effluent) einem Tröpfchengenerator
Ausführungsformen der vorliegenden Technologie können eine Messeinheit
Im Folgenden werden die Messungen unter Bezugnahme auf Tröpfchen erörtert. Der Fachmann wird jedoch verstehen, dass dasselbe für Partikel gilt, wenn die Messeinheit
Insbesondere kann das Messverfahren der Messeinheit
Nach dem Trocknen entstehen Partikel, die in ein Ladegerät, und insbesondere in eine Mischkammer
Vor dem Eintritt in die Strommesseinheit
Anschließend überträgt der Strommesser
Kurz gesagt arbeitet das CAD-System
Es versteht sich, dass die Messeinheit
Unter Bezugnahme auf
Ein solcher Tröpfchengenerator
Ferner kann das System
Insbesondere kann eine Kombination aus einer Flusssteuereinheit und einem frequenzgesteuerten Tröpfchengenerator von Vorteil sein, da sie eine sehr stabile Erzeugung einer relativ konstanten und engen Tröpfchengrößenverteilung unabhängig von Flussschwankungen und Effluentbestandteilen ermöglicht.In particular, a combination of a flow control unit and a frequency-controlled droplet generator can be advantageous, since it enables a very stable generation of a relatively constant and narrow droplet size distribution independent of flow fluctuations and effluent components.
Nun wird auf
Die Kameraachse, d. h. die Achse senkrecht zu dem Bildsensor der Bildgebungsvorrichtung
Die Bildgebungsvorrichtung kann ferner optische Elemente, wie z. B. Linsen, umfassen, um die Abbildungsfähigkeit des Bildsensors zu verbessern. Beispielsweise können Linsen Mittel bereitstellen, um den Fokus in der richtigen Ebene einzustellen und/oder das Licht, das den Bildsensor erreicht, zu erhöhen.The imaging device can also include optical elements, such as e.g. B. lenses, include to improve the imaging ability of the image sensor. For example, lenses can provide means to adjust the focus in the correct plane and / or to increase the light reaching the image sensor.
Ferner kann die Messeinheit
Die Lichtquelle kann so angeordnet sein, dass sie die Beleuchtung für die Bildgebungsvorrichtung
In der in
In der in
Das Charged Aerosol Detector System
Die Verarbeitungseinheit
Die Verarbeitungseinheit
Ferner kann das CAD-System
Ferner kann die Messeinheit
In einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Messeinheit
In weiteren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Messeinheit
Kleinere Partikel streuen das Licht in größeren Winkeln in Bezug auf den Laserstrahl im Vergleich zu größeren Partikeln, die in kleineren Winkeln streuen. Somit enthält das als Winkelintensität auf der Bildgebungsvorrichtung
Zur Optimierung der Auflösung und Leistung kann die Laserlichtquelle
Die Verarbeitungseinheit
Es sei darauf hingewiesen, dass das System zwar hauptsächlich zum Bestimmen eines Größen- oder Frequenzparameters ausgelegt ist, aber auch zum Extrahieren anderer Parameter verwendet werden kann, z. B. Geschwindigkeits- oder Impulskomponenten der Tröpfchen oder Partikel, was die Genauigkeit der Messungen weiter verbessern kann.It should be noted that while the system is primarily designed to determine a magnitude or frequency parameter, it can also be used to extract other parameters, e.g. B. velocity or momentum components of the droplets or particles, which can further improve the accuracy of the measurements.
Im Folgenden wird die Messeinheit
Unter Bezugnahme auf
Ganz allgemein kann eine Lichtschranke eine Lichtquelle
In einigen Ausführungsformen können die Lichtquelle
In weiteren Ausführungsformen können die Lichtquelle
Für die Einweg-Lichtschranke passiert der von der Lichtquelle
Die Lichtquelle
Typischerweise kann die Lichtquelle
Der Lichtsensor
Im Allgemeinen kann die Lichtschranke
Die Frequenzdaten können es ermöglichen, den Mittelwert für die Größe der Partikel oder Tröpfchen zu bestimmen. Für Messungen von Tröpfchen kann das durchschnittliche Volumen eines Tröpfchens unter Berücksichtigung des Gesamteffluentenflusses zum Tröpfchengenerator abgeleitet werden. Der Fachmann wird verstehen, dass die Tröpfchen der Trocknungseinheit
Die Lichtschranke
Daher kann die durchschnittliche Tröpfchenfrequenz näherungsweise angegeben werden als
Ähnliche Überlegungen gelten, wenn die Messeinheit
Unter Bezugnahme auf die
Der Ladevorgang in der Mischkammer
Für ein Aerosol, d. h. einen Partikelsprühnebel, können die Partikel eine bestimmte Größenverteilung aufweisen. Der Einfachheit halber wird davon ausgegangen, dass alle Partikel dieselbe Größe aufweisen, d. h. alle Partikel die durchschnittliche Partikelgröße mit einem durchschnittlichen Partikeldurchmesser d̅p haben. Somit kann die mittlere Ladung pro Partikel als näherungsweise proportional zum mittleren Durchmesser der Partikelgrößenverteilung angegeben werden: q̅p ∝ d̅p.For an aerosol, ie a particle spray mist, the particles can have a specific size distribution. For the sake of simplicity, it is assumed that all particles have the same size, ie all particles have the average particle size with an average particle diameter d̅ p . Thus, the mean charge per particle can be given as approximately proportional to the mean diameter of the particle size distribution: q̅ p ∝ d̅ p .
Darüber hinaus kann jedes Partikel im Aerosol einem durchschnittlichen Volumen
Daher kann die Gesamtladung näherungsweise angegeben werden als
Somit hängt der Strom für eine gegebenen Partikelgrößenverteilung linear vom Analytfluss ab. Für einem gegebenen Fluss ist der Strom proportional zu
Daher kann der Analytfluss Fa basierend auf dem durchschnittlichen Partikelvolumen, d. h. einem Größenparameter, und dem gemessenen Strom bestimmt werden.Therefore, the analyte flow F a can be determined based on the average particle volume, ie a size parameter, and the measured current.
Unter der weiteren Annahme, dass die Partikelgröße proportional zur Tröpfchengröße ist, kann der Analytfluss Fa auch basierend auf einem Größenparameter bestimmt werden, der aus einer Messung der Tröpfchen und eines Gesamtflüssigkeitsflusses (d. h. eines Flusses der Flüssigkeit, aus der die Tröpfchen gebildet werden) extrahiert wurde. Es versteht sich, dass die Annahme, dass die Partikelgrößen proportional zu den jeweiligen Tröpfchengrößen sind, für einen gegebenen Zeitpunkt t und für einen bekannten Gesamtflüssigkeitsfluss im Allgemeinen sinnvoll sein kann.Further assuming that the particle size is proportional to the droplet size, the analyte flow F a can also be determined based on a size parameter extracted from a measurement of the droplets and a total liquid flow (ie, a flow of the liquid from which the droplets are formed) became. It goes without saying that the assumption that the particle sizes are proportional to the respective droplet sizes can generally be useful for a given point in time t and for a known total liquid flow.
Zu einem beliebigen Zeitpunkt t weist der Flüssigkeitsfluss, aus dem Tröpfchen gebildet werden, eine Konzentration des Analyten im Lösemittel auf. Wenn zum Zeitpunkt t aus dieser Flüssigkeit Tröpfchen gebildet werden, haben diese Tröpfchen im Allgemeinen auch diese Analytkonzentration (diese Annahme gilt mindestens für alle Fälle, in denen sich eine große Anzahl von Analytmolekülen in jedem Tröpfchen befindet). Wenn die Tröpfchen gebildet werden, ist die Analytmenge in einem Tröpfchen somit proportional zur Konzentration und zum Volumen VTröpfchen des Tröpfchens, d. h.
Es versteht sich, dass die Konzentration für einen gegebenen Analysefluss vom Gesamtflüssigkeitsfluss abhängt (für einen gegebenen Analysefluss gilt: je höher der Gesamtflüssigkeitsfluss, umso geringer die Konzentration). Somit wird für die vorliegenden Überlegungen auch der Gesamtflüssigkeitsfluss geregelt und/oder bestimmt.It goes without saying that the concentration for a given analysis flow depends on the total liquid flow (for a given analysis flow: the higher the total liquid flow, the lower the concentration). Thus, for the present considerations, the total liquid flow is also regulated and / or determined.
Nachdem ein Partikel aus diesem Tröpfchen erzeugt wurde, entspricht die Analytmenge in diesem Partikel der Menge des im Tröpfchen vorhandenen Analyten, d. h.
Ferner ist das Volumen V des Partikels nach dem Trocknen proportional zur Analytmenge im Partikel, d. h.
Die Kombination dieser Gleichungen führt zu
Somit kann auch die Größe der Tröpfchen beobachtet werden. Auch hier kann die Verwendung des gemessenen Stroms und des Größenparameters eine bessere Bestimmung der Analytmenge ermöglichen.In this way, the size of the droplets can also be observed. Here, too, the use of the measured current and the size parameter can enable a better determination of the amount of analyte.
Darüber hinaus kann das durchschnittliche Partikelvolumen V̅ auch basierend auf diesen Annahmen unter Berücksichtigung des gemessenen Stroms I und der durchschnittlichen Partikelfrequenz v̅p geschätzt werden.
Somit kann das durchschnittliche Partikelvolumen näherungsweise angegeben werden als
Alternativ kann der Analytfluss auch direkt basierend auf der durchschnittlichen Partikelfrequenz geschätzt werden. Das durchschnittliche Volumen eines Partikels kann auch näherungsweise als
Daher kann das durchschnittliche Partikelvolumen und/oder der Analytfluss aus einem Frequenzparameter und/oder einem Größenparameter abgeleitet werden.The average particle volume and / or the analyte flow can therefore be derived from a frequency parameter and / or a size parameter.
Die vorstehend erörterte Abhängigkeit des gemessenen Stroms, des Analytflusses und der Partikelgröße ist auch in den
Wie in
In Anbetracht dessen kann es sehr vorteilhaft sein, mindestens eine Größe oder einen Frequenzparameter der Tröpfchen oder Partikel zu bestimmen, da dies es ermöglichen kann, das gemessene Stromsignal zu korrigieren und somit die Analytflussmenge mit größerer Genauigkeit zu extrahieren. Dies kann durch Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erreicht werden.In view of this, it can be very advantageous to determine at least one size or a frequency parameter of the droplets or particles, since this can make it possible to correct the measured current signal and thus to extract the analyte flow rate with greater accuracy. This can be achieved by embodiments of the present invention.
Die Gesamtabhängigkeit des Stroms I vom Analytfluss Fa und dem durchschnittlichen Tröpfchenvolumen V̅ ist in
Somit versteht es sich, dass es für einen gegebenen Strom I verschiedene Kombinationen von Partikelgrößen V̅ und Analytfluss Fa geben kann, die zu diesem Strom führen würden. In Bezug auf
In Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung wird jedoch auch mindestens ein Größen- oder Frequenzparameter angegeben, der eine Größe der Tröpfchen oder der Partikel anzeigt, beispielsweise das durchschnittliche Partikelvolumen. Mit diesen Informationen kann ein gemessener Strom I einem Analytfluss Fa zugeordnet werden. Somit verbessern Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Genauigkeit eines Detektors für geladene Aerosole. In embodiments of the present invention, however, at least one size or frequency parameter is also specified which indicates a size of the droplets or of the particles, for example the average particle volume. With this information, a measured current I can be assigned to an analyte flow F a. Thus, embodiments of the present invention improve the accuracy of a charged aerosol detector.
Während in den vorstehenden Ausführungen die Logik (der Einfachheit halber) unter der Annahme beschreiben wurde, dass alle Partikel dieselbe Größe haben, sollte es sich verstehen, dass das beschriebene Konzept durch die Bestimmung der Größenverteilung (z. B. die durchschnittliche Partikelgröße und eine Standardabweichung) auch auf andere Situationen angewendet werden kann.While the above has described the logic (for the sake of simplicity) assuming that all particles are the same size, it should be understood that the concept described can be achieved by determining the size distribution (e.g. the average particle size and a standard deviation ) can also be applied to other situations.
Da verschiedene Lösemittel Tröpfchen mit unterschiedlichen Größenverteilungen erzeugen können, können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch dazu beitragen, die Lösemittelabhängigkeit zu beseitigen, da die Tröpfchen mit unterschiedlichen Größen durch die vorliegende Erfindung berücksichtigt werden.Since different solvents can produce droplets with different size distributions, embodiments of the present invention can also help to eliminate the solvent dependency, since the droplets with different sizes are taken into account by the present invention.
Das heißt, Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich im Allgemeinen auf Detektoren für geladene Aerosole, bei denen zusätzlich zum Strom auch ein Parameter bestimmt wird, der die Partikelgrößen angibt. Die Bestimmung sowohl des Stroms als auch der Partikelgrößen kann es ermöglichen, den Analytfluss mit großer Genauigkeit zu bestimmen.That is, embodiments of the present invention generally relate to detectors for charged aerosols in which, in addition to the current, a parameter is also determined which indicates the particle sizes. The determination of both the current and the particle sizes can make it possible to determine the analyte flow with great accuracy.
Wann immer in dieser Spezifikation ein relativer Begriff wie „ungefähr“, „im Wesentlichen“ oder „ca.“ verwendet wird, sollte dieser Begriff auch so ausgelegt werden, dass er den genauen Begriff mit einschließt. Das bedeutet z. B., dass „im Wesentlichen gerade“ so ausgelegt werden sollte, dass es auch „(genau) gerade“ einschließt.Whenever a relative term such as “approximately,” “substantially,” or “approximately” is used in this specification, that term should also be construed to include the exact term. That means z. B. that “essentially straight” should be interpreted to include “(exactly) straight”.
Wann immer Schritte in den vorstehenden Ausführungen und auch in den angehängten Ansprüchen genannt wurden, sollte darauf hingewiesen werden, dass die Reihenfolge, in der die Schritte in diesem Text genannt werden, nebensächlich sein kann. Das bedeutet, sofern nicht etwas anderes angegeben ist oder sofern dies nicht dem Fachmann klar ist, dass die Reihenfolge, in der die Schritte genannt werden, nebensächlich sein kann. Das bedeutet, wenn das vorliegende Dokument z. B. feststellt, dass ein Verfahren die Schritte (A) und (B) umfasst, so bedeutet dies nicht zwangsläufig, dass Schritt (A) vor Schritt (B) stattfindet, sondern es ist auch möglich, dass Schritt (A) (mindestens teilweise) gleichzeitig mit Schritt (B) stattfindet oder dass Schritt (B) vor Schritt (A) stattfindet. Wenn weiterhin ausgesagt ist, dass ein Schritt (X) vor einem weiteren Schritt (Z) stattfindet, impliziert dies nicht, dass zwischen den Schritten (X) und (Z) kein weiterer Schritt stattfindet. Das bedeutet, dass der Umstand, dass Schritt (X) vor Schritt (Z) erfolgt, die Situation beinhaltet, dass Schritt (X) unmittelbar vor Schritt (Z) erfolgt, aber auch die Situation, dass (X) vor einem oder mehreren der Schritte (Y1), ..., gefolgt von Schritt (Z), erfolgt. Entsprechende Erwägungen gelten, wenn Begriffe wie „nach“ oder „vor“ verwendet werden.Whenever steps are mentioned in the preceding statements and also in the appended claims, it should be pointed out that the order in which the steps are mentioned in this text can be irrelevant. This means, unless stated otherwise or unless this is clear to the person skilled in the art, that the order in which the steps are named can be of secondary importance. That means, if the present document z. B. determines that a method comprises steps (A) and (B), this does not necessarily mean that step (A) takes place before step (B), but it is also possible that step (A) (at least partially ) takes place simultaneously with step (B) or that step (B) takes place before step (A). If it is also stated that a step (X) takes place before a further step (Z), this does not imply that no further step takes place between steps (X) and (Z). This means that the fact that step (X) takes place before step (Z) includes the situation that step (X) takes place immediately before step (Z), but also the situation that (X) takes place before one or more of the Steps (Y1), ... followed by step (Z), takes place. Corresponding considerations apply when terms such as “after” or “before” are used.
Während in den vorstehenden Ausführungen eine bevorzugte Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben wurde, wird der Fachmann verstehen, dass diese Ausführungsform nur zu Zwecken der Veranschaulichung bereitgestellt wurde und keineswegs als Einschränkung des Geltungsbereichs dieser Erfindung, die durch die Ansprüche definiert ist, ausgelegt werden sollte.While a preferred embodiment has been described in the foregoing with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art will understand that this embodiment has been provided for the purpose of illustration only and is in no way to be construed as limiting the scope of this invention, which is defined by the claims should.
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