MX2013008386A - Combinacion de puerta y modificador de iones. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de detección que incluye una región de ionización, una puerta de iones que comprende dos electrodos, un modificador de iones que comprende dos electrodos, una cámara de deriva y un colector. La puerta de iones y el modificador de iones se combinan de modo que la puerta de iones sea uno de los electrodos del modificador de iones.

Description

COMBINACIÓN DE PUERTA Y MODIFICADOR DE IONES La divulgación se refiere a un aparato de detección del tipo que sirve para detectar sustancias en una muestra. La divulgación se refiere más concretamente, pero no de forma exclusiva, a espectrómetros de movilidad iónica (IMS, por sus siglas en inglés) .

Los espectrómetros de movilidad iónica se utilizan para detectar la presencia de agentes químicos en vapores o gases generalmente a presión atmosférica. Un IMS dispone de medios para ionizar los agentes químicos de una muestra, tal como una descarga en corona o una fuente radiactiva. Se abre una puerta para admitir los clústeres iónicos moleculares en un extremo de una cámara de deriva a lo largo de la cual se aplica un voltaje para hacer que los clústeres iónicos se desplacen hasta el extremo opuesto en el que se recogen en una placa colectora. Los clústeres iónicos moleculares también pueden incluir iones dopantes ligados. El dopante se introduce para facilitar la identificación de los iones de interés. El tiempo que tarda un clúster iónico molecular en llegar desde la puerta hasta la placa colectora depende de la masa, el tamaño, la forma y la carga del clúster iónico molecular. Al medir este tiempo, se puede proporcionar una indicación de la naturaleza del agente químico.

En muchos casos, puede ser difícil identificar positivamente la sustancia de interés, ya que el tiempo de vuelo de los clústeres iónicos producidos puede ser muy similar al de clústeres iónicos de sustancias diferentes. Se han propuesto diversas configuraciones para mejorar la discriminación entre clústeres iónicos moleculares diferentes Una configuración descrita en US6797943, que se incorpora en su totalidad a la presente por referencia, supone la fragmentación de iones moleculares utilizando energía láser, un pirolizador o similar. Los clústeres iónicos se acumulan en una reserva en la que se exponen a la energía ele fragmentación iónica antes de ser admitidos en la cámara de deriva. Un problema de esta configuración es que todos los clústeres iónicos moleculares se someten a fragmentación y esto puede dar lugar a un gran número de picos en el espectro lo cual dificulta su análisis. Aunque- la fragmentación puede ser útil, la f agmentación puede incrementar la energía total utilizada por el IMS.

Se seleccionan dopantes para combinarlos con una o más sustancias de interés para obtener así picos espectrales identificables . Una comparación de un espectro de una muestra no dopada con el espectro de la misma muestra dopada puede mostrar entonces picos en posiciones diferentes y esto se podría utilizar como ayuda para determinar la sustancia analito o las sustancias de interés. También se puede seleccionar un dopante de modo que no se combine con la sustancia interferente o se combine de una forma que produzca una señal que se pueda distinguir fácilmente diferente de la sustancia interés.

En WO2006/114580 , que se incorpora a la presente en su totalidad por referencia, se describe un aparato y método para modificar iones . El aparato incluye un medio para aplicar un campo eléctrico alto con el fin de provocar la modificación iónica de los iones, tal como su fragmentación. El campo puede ser un campo RF con una potencia elevada de aproximadamente 2 MHz que es eficaz para provocar la modificación iónica de un porcentaje significativo de los iones dentro del campo. La potencia del campo puede ser de al menos 10 000 V/cm y puede ser del orden de varias decenas de miles de voltios por centímetro. El campo RF se puede aplicar de forma continua o en impulsos del orden de 1 is para evitar la descarga en corona.

Estos campos permiten que se transfiera suficiente energía a los iones para provocar una modificación iónica. Los iones modificados o fragmentados llegan a la placa colectora del dispositivo con una movilidad diferente de la de los iones no modificados y, por tanto, producen picos diferentes en el espectro de señales. Esto puede permitir al aparato distinguir entre dos iones diferentes con movilidades similares, ya que las versiones modificadas de estos iones por lo general no tendrán movilidades similares.

La modificación iónica puede tener lugar tanto en sistemas dopados como no dopados. En un sistema dopado se pueden producir dos efectos. El proceso de modificación iónica puede separar los aductos dopantes de los iones sin producir ninguna modificación en el propio ión. Esto puede deberse a que el aducto dopante solamente se separa del ión cuando ya ha atravesado la mayor parte del recorrido, a lo largo del modificador y la distancia restante en el modificador no es suficiente para que se produzca más modificación iónica. Los iones separados de los aductos pueden permanecer de esta forma si la región del modificador de iones y posterior está exenta de dopantes ya que, de lo contrario, se producirá recombinación . La modificación iónica del propio ión también se puede producir si queda bastante tiempo en la región codificante y se dispone de energía para que esta se produzca.

De acuerdo con la presente divulgación, se proporciona un dispositivo de detección que incluye una región de ionización, una puerta de iones que comprende dos electrodos, un modificador de iones que comprende dos electrodos, una cámara de deriva y un colector, caracterizado por que la puerta de iones y el modificador de iones se combinan de modo que la puerta de iones sea uno de los electrodos del modificador de iones.

En una realización, la puerta de iones comprende un electrodo fijo y un electrodo móvil. Estos electrodos pueden ser conjuntos de alambres paralelos, mallas de alambre o una combinación de alambres paralelos y malla de alambre.

La presente divulgación también abarca una puerta de iones y un modificador de iones combinados para emplear en un dispositivo de detección, en el que la puerta de iones comprende dos electrodos a través de los cuales se hace pasar corriente para controlar el flujo de iones en un aparato de detección, y en el cual el modificador de iones comprende dos electrodos a través de los cuales se aplica una forma de onda de alta frecuencia, caracterizado por que la puerta de iones constituye uno de los electrodos del modificador de iones.

En algunas realizaciones, la distancia entre la puerta de iones y el segundo electrodo del modificador de iones es menor de 1 mm, o menor de 0.75 mm, por ejemplo, puede estar comprendida en el rango de 0.05-0.5 mm, o 0.1-0.4mm, o 0.15- 0.3 mm. La proximidad del segundo electrodo del modificador de iones a la puerta de iones puede ser significativa.

Como resultado de la proximidad del segundo electrodo del modificador de iones a la puerta de iones, tanto el electrodo del modificador de iones como la puerta de iones se activan sustancialmente de forma simultánea, por ejemplo, 1 ms uno después del otro.

La divulgación también se extiende a métodos para detectar sustancias en una muestra, en los que la muestra se suministra en una región de ionización de un aparato de detección, la muestra se ioniza y se hace pasar a través de una puerta de iones y un modificador de iones combinados que controlan el flujo de la muestra hasta una cámara de deriva y fragmentan los iones dentro de la muestra, y los iones f agmentados en la muestra se desplazan a lo largo de la cámara de deriva hasta un colector.

Tal como se indicó anteriormente, la puerta de iones y el modificador de iones se pueden activar sustancialmente de forma simultánea, por ejemplo, 1 ms uno después del otro.

A continuación, se describirá una realización del dispositivo haciendo referencia a las siguientes figuras, en las que: La Figura 1 muestra, esquemáticamente, un sistema que incluye un dispositivo detector; La Figura 2 muestra, esquemáticamente, un dispositivo detector de acuerdo con la presente divulgación.

Haciendo referencia a la Figura 1, un dispositivo detector incluye una cubierta tubular y alargada 1 cuyo interior está sustancialmente a presión atmosférica. Un puerto de entrada 2 situado en su extremo izquierdo desemboca en una región de ionización 3. Una muestra gaseosa o vapor que se haya de analizar se suministra al puerto 2 a través de un filtro 4 de la forma convencional. La región de ionización 3 incluye un punto de descarga en corona 5 o cualquier otro modo de ionización, tal como una fuente radiactiva, para ionizar la muestra. Una puerta de iones 6 separa la región de ionización 3 de una cámara de deriva 7, que llega hasta el extremo derecho de la cubierta 1 donde hay instalada una placa colectora de iones 8. La cámara de deriva 7 incluye una fila de electrodos 11-15 separados entre sí a lo largo de la longitud de la cámara de deriva 7.

La placa colectora 8, los electrodos 11-15, la puerta 6 y el punto de descarga 5 están conectados eléctricamente a una unidad de control procesadora 20, que proporciona una señal a una pantalla u otra unidad de utilización 21 representativa de las sustancias detectadas.

Se puede suministrar gas de arrastre al extremo derecho de la cubierta 1 en una entrada 30 para que fluya de derecha a izquierda a lo largo de la cámara de deriva 7, es decir, en la dirección opuesta al flujo de iones. El gas de arrastre es expulsado desde la cámara de deriva 7 en su extremo izquierdo a través de un puerto de salida 31. El gas fluye entre el puerto de salida 31 y la entrada 30 a través del sistema gaseoso 32, que incluye un tamiz molecular 33 y una bomba 34. El tamiz 33 puede contener un dopante.

Los iones producidos en la región de ionización 3 son admitidos en el extremo izquierdo de la cámara de deriva 7 cuando la puerta 6 está abierta. Los iones se desplazan de izquierda a derecha a lo largo de la cámara de deriva bajo la influencia del campo eléctrico relativamente bajo de aproximadamente 250 V cm"1 aplicado por los electrodos 11-15. Los iones con movilidades diferentes se separan unos de otros a medida que avanzan a lo largo de la cámara de deriva 7 de modo que, en cualquier momento, habrá iones diferentes en diferentes regiones de la cámara de deriva. Por lo tanto, los iones con movilidades diferentes llegarán a la placa colectora 8 en momentos diferentes y producirán picos de señal en la unidad procesadora 20 en tiempos diferentes.

Se puede aplicar un campo eléctrico alto para provocar una modificación iónica de los iones, tal como su fragmentación, en la cámara de deriva 7. El campo se aplica por medio del electrodo 13, que incluye dos electrodos 13A y 13B separados a lo largo del eje primario de la cámara de deriva. En otras realizaciones, los dos electrodos están separados uno del otro a lo largo del diámetro de la cámara de deriva 7. En otras realizaciones más, los electrodos del modificador de iones comprenden dos estructuras reticulares, separadas la una de la otra a lo largo del eje de la cámara de deriva.

Aunque en la Figura 1 estos electrodos 13 A y 13B se muestren en la mitad a la largo de la cámara de deriva 7, pueden estar situados en cualquier punto a lo largo de la cámara, ya sea adyacentes a la región de ionización o en la región de ionización. Estos electrodos 13A y 13B están conectados a una unidad RF de alto voltaje 40 controlada por la unidad procesadora 20. La unidad de alto voltaje 40 funciona para aplicar un campo RF de alta potencia eficaz para provocar una modificación iónica de al menos una porción de los iones dentro del campo, p. ej . , un porcentaje significativo de los iones dentro del campo. El campo RF se puede aplicar de forma continua o en impulsos. El campo es normalmente un campo sinusoidal aplicado entre los dos conjuntos de alambres colocados en lados opuestos del tubo de deriva .

Haciendo referencia ahora a la Figura 2, se emplearán en este caso los mismos números de referencia que en la Figura 1 para las mismas partes. En este caso el modificador de iones comprende un único electrodo 18 que está configurado para operar en conjunción con la puerta de iones 6 que actúa como segundo electrodo. El electrodo 18 puede estar situado lo más próximo que sea posible a la puerta de iones 6, y los iones cargados, cuando el potencial sea correcto en la puerta, pasarán a través de la puerta y serán modificados o fragmentados inmediatamente. Por ejemplo, el electrodo 18 puede estar situado lo más próximo que sea posible a la puerta de iones 6 sin que como resultado se forme un arco eléctrico entre el electrodo y la puerta de iones.

En una realización, el electrodo del modificador de iones 18 está situado después de la puerta de iones. En otra realización, el electrodo del modificador de iones está situado antes de la puerta de iones.

La puerta de iones 6 normalmente está constituida por dos conjuntos de alambres paralelos interdigitados tal como en un obturador Bradbury Neilson. Los iones pasan a través de la puerta cuando los potenciales en los dos conjuntos de alambres se hayan equilibrado, por ejemplo, sean sustancialmente iguales. Si están descompensados, entonces se establece un campo perpendicular a la dirección de desplazamiento. Los iones que colisionan con los alambres no se transmiten a través de la puerta. Un conjunto de alambres está normalmente a un potencial fijo y el otro puede ser variable.

El dispositivo de la Figura 2 tiene tres electrodos para formar la puerta de iones y el modificador de iones. Esta reducción en el número de electrodos puede incrementar la sensibilidad del dispositivo ya que se perderán menos iones debido a la colisión con un electrodo. Además, sustancialmente todos los iones se pueden modificar (cuando el modificador de iones está activado) ya que el modificador de iones está adyacente a la puerta de iones. En la presente realización, la modificación iónica ocurre al entrar en la cámara de deriva para incrementar la sensibilidad del dispositivo en comparación con un dispositivo que no tiene la configuración descrita.

E funcionamiento y cuando el modificador de iones está activado, una mitad de la forma de onda sinusoidal, p. ej . , sustancialmente una mitad, se aplica al electrodo 18 y la otra mitad a la puerta de iones 6. Se puede aplicar a solo uno de los electrodos de la puerta de iones 6 o se puede aplicar ambos electrodos para evitar que se produzca una descarga entre las rejillas fijas y móviles de los electrodos de la puerta de iones (por ejemplo, un obturador Bradbury Neilson) .

La superior sensibilidad del dispositivo se conseguirá mediante la generación de picos iónicos de fragmentos más grandes que ayudarán a identificar con mayor precisión y certeza la identidad de la muestra. Estos picos se pueden añadir a colecciones existentes de picos para proporcionar a un usuario final una definición más detallada de una muestra particular .

El dispositivo se podría configurar para operar sin modificación iónica, es decir, con el electrodo 18 apagado. Cuando se identifica una sustancia ambigua, la unidad procesadora 20 se puede configurar para iniciar la modificación iónica con el fin de evitar la ambigüedad. Como alternativa, el dispositivo podría funcionar con el campo de modificación iónica encendido y después apagado durante periodos cortos para confirmar la detección de la sustancia.

El hecho de que el modificador de iones sea adyacente a la puerta de iones minimiza o incluso evita los problemas de sincronización que presentan los sistemas de la técnica anterior. En la técnica anterior (haciendo referencia a la Figura 1), el campo de modificación iónica se debe iniciar en un momento predeterminado calculado después de abrir la puerta 6 de modo que aquellos iones dentro de un rango seleccionado de movilidades sean los electrodos de campo de modificación iónica 13A y 13B cuando se energizan con el voltaje de modificación iónica. Este tipo de operación ayuda a confinar la modificación iónica únicamente a iones seleccionados, de este modo se evita que se produzcan picos adicionales en el espectro y se facilita la identificación.

Sin embargo, la sincronización del campo de modificación iónica puede variar dependiendo de la muestra, tal como el tamaño y la velocidad de los iones, el gas de arrastre, la ubicación relativa del modificador de iones en comparación con la puerta de iones, los campos eléctricos aplicados y la presencia de un dopante . La presente invención minimiza o evita el problema de la sincronización al disponer de la modificación iónica en una posición adyacente a la puerta de iones y al disponer de la puerta de iones como segundo electrodo en el modificador. El electrodo del modificador de iones y la puerta de iones se pueden activar sus ancialmente de forma simultánea, por e emplo, 1 ms uno después del otro.

Aunque la divulgación se haya ejemplificado en el contexto de un aparato IMS, la puerta de iones y el modificador de iones combinados también se podrían utilizar en cualquier aparato de detección a parte de un aparato IMS .

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.

Claims (16)

REVI DICACIO ES

1. Un dispositivo de detección que incluye una región de ionización, una puerta de iones que comprende dos electrodos, un modificador de iones que comprende dos electrodos, una cámara de deriva y un colector, caracterizado por que la puerta de iones y el modificador de iones están combinados de modo que la puerta de iones sea uno de los electrodos del modificador de iones.

2. Un dispositivo de detección como el que se reivindica en la reivindicación 1, en el que la puerta de iones comprende un electrodo fijo y un electrodo móvil.

3. Un dispositivo de detección como el que se reivindica en la reivindicación 2, en el que el electrodo fijo y el electrodo móvil son conjuntos de alambres paralelos.

4. Un dispositivo de detección como el que se reivindica en la reivindicación 2, en el que el electrodo fijo y el electrodo móvil son ambos malla de alambre.

5. Un dispositivo de detección como el que se reivindica en la reivindicación 2, en el que el electrodo fijo y el electrodo móvil son una combinación de alambres paralelos y malla de alambre.

6. Una puerta de iones y un modificador de iones combinados para utilizar en un dispositivo de detección, en el que la puerta de iones comprende dos electrodos a través de los cuales se hace pasar corriente para controlar el flujo de iones en un aparato de detección y en el que el modificador de iones comprende 2 electrodos a través de los cuales se aplica una forma de onda de alta frecuencia, caracterizado por que la puerta de iones constituye uno de los electrodos del modificador de iones.

7. Una puerta de iones y un modificador de iones combinados como los que se reivindican en la reivindicación 6, en donde la distancia entre la puerta de iones y el segundo electrodo del modificador de iones es menor de lmm.

8. Una puerta de iones y un modificador de iones combinados como los que se reivindican en la reivindicación 7, en donde la distancia entre la puerta de iones y el segundo electrodo del modificador de iones es menor de 0.75 mm.

9. Una puerta de iones y un modificador de iones combinados como los que se reivindican en la reivindicación 8, en donde la distancia entre la puerta de iones y el segundo electrodo est comprendida en el rango de 0.05-0.5 mm, o 0.1-0.4 mm, o 0.15-0.3 mm.

10. Una puerta de iones y un modificador de iones combinados como los que se reivindican en la reivindicación 6, en donde el segundo electrodo del modificador de iones se activa sustancialmente de forma simultánea con la puerta de iones .

11. Una puerta de iones y un modificador de iones combinados como los que se reivindican en la reivindicación 10, en donde el segundo electrodo se activa 1 ms después de activar la puerta de iones.

12. Una puerta de iones y un modificador de iones combinados como los que se reivindican en la reivindicación 6, en donde el electrodo del modificador de iones está situado después de la puerta de iones con respecto al flujo de iones.

13. Una puerta de iones y un modificador de iones combinados como los que se reivindican en la reivindicación 6, en donde el electrodo del modificador de iones está situado antes de la puerta de iones con respecto al flujo de iones.

14. Un método para detectar sustancias en una muestra, en el que la muestra se suministra a una región de ionización de un aparato de detección, la muestra se ioniza y se hace pasar a través de una puerta de iones y un modificador de iones combinados que controlan tanto el flujo de los iones de la muestra hasta una cámara de deriva y fragmentan los iones dentro de la muestra, y los iones fragmentados en la muestra se desplazan a lo largo de la cámara de deriva hasta un colector .

15. Un método como el que se reivindica en la reivindicación 12, en el que la puerta de iones y el modificador de iones se activan sustancialmente de forma simultánea.

16. Un método como el¦ que se reivindica en la reivindicación 13, en el que el modificador de iones se activa 1 ms después de activar la puerta de iones .