RU2792724C2 - Integrated micro-photoionization detector with ultra-thin uv transmission window - Google Patents

Integrated micro-photoionization detector with ultra-thin uv transmission window Download PDF

Info

Publication number
RU2792724C2
RU2792724C2 RU2021112132A RU2021112132A RU2792724C2 RU 2792724 C2 RU2792724 C2 RU 2792724C2 RU 2021112132 A RU2021112132 A RU 2021112132A RU 2021112132 A RU2021112132 A RU 2021112132A RU 2792724 C2 RU2792724 C2 RU 2792724C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
microfluidic
equal
electrode
pid
chamber
Prior art date
Application number
RU2021112132A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2021112132A (en
Inventor
Сюйдун ФАНЬ
Хунбо ЧЖУ
Кацуо КУРАБАЯСИ
Original Assignee
Те Риджентс Оф Те Юниверсити Оф Мичиган
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Те Риджентс Оф Те Юниверсити Оф Мичиган filed Critical Те Риджентс Оф Те Юниверсити Оф Мичиган
Publication of RU2021112132A publication Critical patent/RU2021112132A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2792724C2 publication Critical patent/RU2792724C2/en

Links

Images

Abstract

FIELD: chromatography.
SUBSTANCE: integrated microfluidic photoionization detector (PID), containing a microfluidic ionization chamber and a microfluidic ultraviolet radiation chamber capable of generating ultraviolet photons. An ultra-thin transmission window is located between the microfluidic ionization chamber and the microfluidic ultraviolet radiation chamber for the passage of ultraviolet photons from the microfluidic ultraviolet radiation chamber to the microfluidic ionization chamber. Also, the system for detecting one or more VOC analytes is proposed, which includes a gas chromatography (GC) block containing at least one gas chromatography column, and an integrated microfluidic photoionization detector (PID) located after the gas chromatography (GC) block.
EFFECT: integrated microfluidic photoionization detector (PID), containing a microfluidic ionization chamber and a microfluidic ultraviolet radiation chamber capable of generating ultraviolet photons.
20 cl, 5 dwg

Description

Государственная поддержкаGovernmental support

Настоящее изобретение было выполнено при государственной поддержке в соответствии с RD-83564401-0, выданной Агентством по охране окружающей среды США. Правительство имеет определенные права на изобретение.The present invention was made with government support in accordance with RD-83564401-0 issued by the US Environmental Protection Agency. The government has certain rights to the invention.

Ссылка на родственные заявкиLink to related applications

Настоящая заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 62/740 583 от 3 октября 2018 г. Полное содержание вышеупомянутой заявки включено в этот документ посредством ссылки.The present application claims the priority of U.S. Provisional Application No. 62/740,583 dated October 3, 2018. The entire contents of the above application are incorporated herein by reference.

Область техники, к которой относится изобретениеThe field of technology to which the invention belongs

Настоящее изобретение относится к интегрированному фотоионизационному микродетектору со сверхтонким окном пропускания УФ-излучения.The present invention relates to an integrated photoionization microdetector with an ultra-thin UV transmission window.

Уровень техникиState of the art

В этом разделе приведена информация об уровне техники касательно настоящего изобретения, что не обязательно является известным уровнем техники.This section provides background information regarding the present invention, which is not necessarily prior art.

Газовую хроматографию (ГХ) широко используют для анализа летучих органических соединений (ЛОС) и других анализируемых соединений. При использовании для анализа ГХ-системы также обычно включают в себя детектор аналитов. Пламенно-ионизационные детекторы (ПИД) обычно используют в качестве детекторов пара для настольных ГХ-приборов. Однако ПИДы и мкПИДы (микро-ПИДы) являются деструктивными и поэтому ограничены в использовании. Например, ПИДы и мкПИДы нельзя размещать в середине пути потока пара для контроля многомерного разделения газовой хроматографии. Вместо этого их можно использовать только на конце ГХ-инструмента. Кроме того, для ПИД требуется использование водорода, что препятствует их широкому применению в микроустройствах газовой хроматографии. Детекторы теплопроводности (TCD) и мкTCD (микро-TCD) также использовались в качестве детекторов пара в сочетании с газовыми хроматографами. Они являются неразрушающими и имеют проточную конструкцию. Однако TCD страдают низкой чувствительностью (нанограмм) и требуют гелия. Детекторы электронного захвата (ДЭЗ) представляют собой еще один тип неразрушающего детектора пара. Хотя они очень чувствительны, они имеют ограниченный динамический диапазон и требуют использования радиоактивных материалов для ионизации аналита.Gas chromatography (GC) is widely used for the analysis of volatile organic compounds (VOCs) and other analyzed compounds. When used for analysis, GC systems also typically include an analyte detector. Flame ionization detectors (FIDs) are commonly used as vapor detectors for benchtop GC instruments. However, PIDs and microPIDs (micro-PIDs) are destructive and therefore limited in use. For example, FIDs and microFIDs cannot be placed in the middle of a vapor flow path to control multidimensional gas chromatography separations. Instead, they can only be used at the end of the GC instrument. In addition, FIDs require the use of hydrogen, which prevents their widespread use in gas chromatography microdevices. Thermal conductivity detectors (TCD) and µTCD (micro-TCD) have also been used as vapor detectors in conjunction with gas chromatographs. They are non-destructive and have a flow-through design. However, TCDs suffer from low sensitivity (nanograms) and require helium. Electron capture detectors (ECDs) are another type of non-destructive vapor detector. Although they are very sensitive, they have a limited dynamic range and require the use of radioactive materials to ionize the analyte.

Фотоионизационный детектор (ФИД) - это еще один тип детектора пара. ФИДы чувствительны (пикограмм), являются неразрушающими и применимы к широкому спектру паров. В ФИД молекулы пара ионизируются внутри ионизационной камеры под действием ультрафиолетового (УФ) излучения, генерируемого УФ-лампой. Ионы, генерируемые в ионизационной камере, направляются затем на электроды для генерации тока. УФ-лампа обычно заполнена аргоном низкого давления, криптоном или другими газами для получения УФ-света при внешнем электрическом возбуждении. В УФ-лампах герметизирующие окна (т.е. окна, пропускающие УФ-излучение) формируют из специальных материалов, таких как фторид кальция, фторид магния или фторид лития. Такие материалы имеют сравнительно высокий коэффициент пропускания в интересующем диапазоне длин волн УФ-излучения. Однако такие материалы являются сравнительно дорогими и чувствительны к травлению водой, соляризации кристаллов и эффекту пожелтения из-за УФ-повреждения, что ухудшает характеристики УФ-лампы (и, следовательно, ФИД) и сокращает срок ее службы. Кроме того, такие обычные УФ-лампы несовместимы с процессами микропроизводства. Следовательно, сложно изготовить ФИД с помощью таких обычных УФ-ламп.A photoionization detector (PID) is another type of vapor detector. PIDs are sensitive (picogram), non-destructive and applicable to a wide range of vapors. In a PID, vapor molecules are ionized inside an ionization chamber by exposure to ultraviolet (UV) radiation generated by a UV lamp. The ions generated in the ionization chamber are then sent to the electrodes to generate current. The UV lamp is usually filled with low pressure argon, krypton, or other gases to produce UV light when externally electrically excited. In UV lamps, sealing windows (i.e., windows that let in UV radiation) are formed from special materials such as calcium fluoride, magnesium fluoride, or lithium fluoride. Such materials have a relatively high transmittance in the UV wavelength range of interest. However, such materials are relatively expensive and susceptible to water etching, crystal solarization, and yellowing effects due to UV damage, which degrade the performance of the UV lamp (and hence the PID) and shorten lamp life. In addition, such conventional UV lamps are incompatible with micromanufacturing processes. Therefore, it is difficult to manufacture a PID using such conventional UV lamps.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

В этом разделе приведена сущность изобретения, причем он не является всеохватывающим описанием всего его объема и всех его признаков.This section provides the essence of the invention, and it is not an all-inclusive description of its entire scope and all its features.

В некоторых аспектах в настоящем изобретении предложен интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД), который содержит микрофлюидную ионизационную камеру, имеющую вход, который принимает образец текучей среды, и выход, через который образец текучей среды выходит из микрофлюидной ионизационной камеры. Интегрированный микрофлюидный ФИД также содержит первый электрод и отдельный второй электрод, электрически соединенные с микрофлюидной ионизационной камерой. Микрофлюидная камера ультрафиолетового излучения сконфигурирована для генерации ультрафиолетовых фотонов. Интегрированный микрофлюидный ФИД также включает в себя ультратонкое окно пропускания, расположенное между микрофлюидной ионизационной камерой и микрофлюидной камерой ультрафиолетового излучения, которое позволяет ультрафиолетовым фотонам проходить из микрофлюидной камеры ультрафиолетового излучения в микрофлюидную ионизационную камеру. В некоторых вариантах ультратонкое окно пропускания пропускает больше или примерно 5% ультрафиолетовых фотонов.In some aspects, the present invention provides an integrated microfluidic photoionization detector (PID) that includes a microfluidic ionization chamber having an inlet that receives a fluid sample and an outlet through which the fluid sample exits the microfluidic ionization chamber. The integrated microfluidic PID also includes a first electrode and a separate second electrode electrically connected to the microfluidic ionization chamber. The ultraviolet microfluidic chamber is configured to generate ultraviolet photons. The integrated microfluidic PID also includes an ultra-thin transmission window located between the microfluidic ionization chamber and the ultraviolet microfluidic chamber, which allows ultraviolet photons to pass from the ultraviolet microfluidic chamber to the microfluidic ionization chamber. In some embodiments, the ultra-thin transmission window transmits more than or about 5% of ultraviolet photons.

В одном из аспектов ультратонкое окно пропускания содержит материал, выбранный из группы, состоящей из диоксида кремния, плавленого диоксида кремния, кварца, сапфира, фторида магния, фторида кальция, фторида лития и их комбинаций.In one aspect, the ultra-thin transmission window comprises a material selected from the group consisting of silica, fused silica, quartz, sapphire, magnesium fluoride, calcium fluoride, lithium fluoride, and combinations thereof.

В одном из аспектов ультратонкое окно пропускания определено как одна или несколько выбранных областей на пластине.In one aspect, an ultrathin transmission window is defined as one or more selected areas on a wafer.

В одном аспекте ультратонкое окно пропускания расположено на опорной пластине, и ультратонкое окно пропускания задано в некоторых областях опорной пластины.In one aspect, an ultra-thin transmission window is located on the base plate, and the ultra-thin transmission window is defined in certain regions of the base plate.

В одном аспекте интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) также содержит стопку слоев, содержащую первый слой и второй слой. Ультратонкое окно пропускания задано в первом слое, и одна или несколько областей второго слоя, соответствующих ультратонкому окну пропускания, отсутствуют.In one aspect, the integrated microfluidic photoionization detector (PID) also includes a layer stack containing a first layer and a second layer. An ultra-thin transmission window is set in the first layer, and one or more regions of the second layer corresponding to the ultra-thin transmission window are missing.

В одном аспекте ультратонкое окно пропускания имеет толщину, меньшую или равную примерно 20 мкм, и выполнено с возможностью пропускать больше или примерно 5% ультрафиолетовых фотонов.In one aspect, the ultrathin transmission window has a thickness less than or equal to about 20 microns and is configured to transmit more than or about 5% of ultraviolet photons.

В одном аспекте ультратонкое окно пропускания имеет толщину от больше или равной примерно 250 нм до меньше или примерно равной 500 нм.In one aspect, the ultra-thin transmission window has a thickness greater than or equal to about 250 nm to less than or equal to about 500 nm.

В одном аспекте микрофлюидная камера ультрафиолетового излучения имеет вход, в который подают текучую среду, генерирующую ультрафиолет.In one aspect, the ultraviolet microfluidic chamber has an inlet to which ultraviolet generating fluid is supplied.

В одном аспекте микрофлюидная камера ультрафиолетового излучения содержит текучую среду, генерирующую ультрафиолет, выбранную из группы, состоящей из криптона, аргона, гелия и их комбинаций.In one aspect, the ultraviolet microfluidic chamber comprises an ultraviolet generating fluid selected from the group consisting of krypton, argon, helium, and combinations thereof.

В одном аспекте микрофлюидная ионизационная камера представляет собой один или несколько микрофлюидных каналов.In one aspect, the microfluidic ionization chamber is one or more microfluidic channels.

В одном аспекте один или несколько микрофлюидных каналов имеют общий объем менее примерно 10 мкл.In one aspect, one or more microfluidic channels have a total volume of less than about 10 μl.

В одном аспекте первый электрод и отдельный второй электрод сформированы в слое из электропроводящего материала, и один или несколько микрофлюидных каналов расположены в слое, чтобы электрически изолировать первый электрод от второго отдельного электрода.In one aspect, the first electrode and a separate second electrode are formed in a layer of electrically conductive material, and one or more microfluidic channels are located in the layer to electrically isolate the first electrode from the second separate electrode.

В некоторых других аспектах в настоящем изобретении предложена система детектирования одного или нескольких аналитов ЛОС, содержащая блок газовой хроматографии (ГХ), который содержит по меньшей мере одну колонку газовой хроматографии и интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД), расположенный после блока газовой хроматографии (ГХ). Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) содержит микрофлюидную ионизационную камеру, имеющую вход, который принимает образец текучей среды, и выход, через который образец текучей среды выходит из микрофлюидной ионизационной камеры. Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) также содержит первый электрод и отдельный второй электрод, электрически соединенные с микрофлюидной ионизационной камерой. Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) также содержит микрофлюидную камеру ультрафиолетового излучения, которая выполнена с возможностью генерации ультрафиолетовых фотонов. Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) также содержит ультратонкое окно пропускания, расположенное между микрофлюидной ионизационной камерой и микрофлюидной камерой ультрафиолетового излучения, которое позволяет более или примерно 5% ультрафиолетовых фотонов проходить из микрофлюидной камеры ультрафиолетового излучения в микрофлюидную ионизационную камеру. Микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) анализирует образец, обработанный в блоке газовой хроматографии (ГХ).In some other aspects, the present invention provides a detection system for one or more VOC analytes, comprising a gas chromatography (GC) unit that includes at least one gas chromatography column and an integrated microfluidic photoionization detector (PID) located after the gas chromatography (GC) unit . An integrated microfluidic photoionization detector (PID) comprises a microfluidic ionization chamber having an inlet that receives a fluid sample and an outlet through which the fluid sample exits the microfluidic ionization chamber. The integrated microfluidic photoionization detector (PID) also includes a first electrode and a separate second electrode electrically connected to the microfluidic ionization chamber. The integrated microfluidic photoionization detector (PID) also contains a microfluidic ultraviolet radiation chamber that is configured to generate ultraviolet photons. The integrated microfluidic photoionization detector (PID) also contains an ultra-thin transmission window located between the microfluidic ionization chamber and the microfluidic ultraviolet radiation chamber, which allows more than or about 5% of ultraviolet photons to pass from the microfluidic ultraviolet radiation chamber to the microfluidic ionization chamber. A microfluidic photoionization detector (PID) analyzes a sample processed in a gas chromatography (GC) unit.

В одном из аспектов ультратонкое окно пропускания содержит материал, выбранный из группы, состоящей из диоксида кремния, плавленого диоксида кремния, кварца, сапфира, фторида магния, фторида кальция, фторида лития и их комбинаций.In one aspect, the ultra-thin transmission window comprises a material selected from the group consisting of silica, fused silica, quartz, sapphire, magnesium fluoride, calcium fluoride, lithium fluoride, and combinations thereof.

В одном из аспектов ультратонкое окно пропускания определено как одна или несколько выбранных областей на пластине.In one aspect, an ultrathin transmission window is defined as one or more selected areas on a wafer.

В одном аспекте ультратонкое окно пропускания расположено на опорной пластине, и ультратонкое окно пропускания определено в некоторых областях опорной пластины.In one aspect, an ultra-thin transmission window is located on the base plate, and the ultra-thin transmission window is defined in certain regions of the base plate.

В одном аспекте интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) также содержит пакет слоев, содержащий первый слой и второй слой. Ультратонкое окно пропускания задано в первом слое, и одна или несколько областей второго слоя, соответствующих ультратонкому окну пропускания, отсутствуют.In one aspect, the integrated microfluidic photoionization detector (PID) also includes a layer stack containing a first layer and a second layer. An ultra-thin transmission window is set in the first layer, and one or more regions of the second layer corresponding to the ultra-thin transmission window are missing.

В одном аспекте ультратонкое окно пропускания имеет толщину, меньшую или равную примерно 20 мкм, и выполнено с возможностью пропускать больше или примерно 5% ультрафиолетовых фотонов.In one aspect, the ultrathin transmission window has a thickness less than or equal to about 20 microns and is configured to transmit more than or about 5% of ultraviolet photons.

В одном аспекте микрофлюидная ионизационная камера представляет собой один или несколько микрофлюидных каналов.In one aspect, the microfluidic ionization chamber is one or more microfluidic channels.

В одном аспекте первый электрод и отдельный второй электрод сформированы в слое из электропроводящего материала, и один или несколько микрофлюидных каналов расположены в слое, чтобы электрически изолировать первый электрод от второго отдельного электрода.In one aspect, the first electrode and a separate second electrode are formed in a layer of electrically conductive material, and one or more microfluidic channels are located in the layer to electrically isolate the first electrode from the second separate electrode.

Дополнительные области применимости станут очевидными из представленного в этом документе описания. Описание и специфические примеры в этом разделе приведены только для иллюстрации, и не предполагается, что они ограничивают объем настоящего изобретения.Additional areas of applicability will become apparent from the description presented in this document. The description and specific examples in this section are for illustration only and are not intended to limit the scope of the present invention.

Описание чертежейDescription of drawings

Описанные здесь чертежи приведены для иллюстрации только выбранных вариантов осуществления, а не всех возможных реализаций, и предполагается, что они не ограничивают объем настоящего изобретения.The drawings described herein are provided to illustrate only selected embodiments, not all possible implementations, and are not intended to limit the scope of the present invention.

На фиг. 1 схематически показан пример системы детектирования, включающей в себя блок газовой хроматографии (ГХ), который содержит по меньшей мере одну колонку газовой хроматографии и интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД), расположенный после блока газовой хроматографии (ГХ).In FIG. 1 schematically shows an example of a detection system including a gas chromatography (GC) unit that includes at least one gas chromatography column and an integrated microfluidic photoionization detector (PID) located after the gas chromatography (GC) unit.

На фиг. 2 показана иллюстрация интегрированного микрофлюидного фотоионизационного детектора (ФИД), имеющего ультратонкое окно пропускания, в соответствии с определенными аспектами настоящего изобретения.In FIG. 2 is an illustration of an integrated microfluidic photoionization detector (PID) having an ultra-thin transmission window, in accordance with certain aspects of the present invention.

На фиг. 3 приведен вид в поперечном разрезе интегрированного микрофлюидного фотоионизационного детектора (ФИД), показанного на фиг. 2, при этом сечение проведено вдоль линии 3-3.In FIG. 3 is a cross-sectional view of the integrated microfluidic photoionization detector (PID) shown in FIG. 2, the section being drawn along line 3-3.

На фиг. 4 приведена фотография ультратонкого окна пропускания ультрафиолетового (УФ) излучения, изображенного на кремниевой подложке, покрытой термоокислом.In FIG. 4 is a photograph of an ultra-thin ultraviolet (UV) transmission window imaged on a silicon substrate coated with thermal oxide.

На фиг. 5 показан график, сравнивающий способность пропускания ультрафиолета ультратонким окном пропускания ультрафиолетового (УФ) излучения, подготовленного в соответствии с определенными аспектами настоящего изобретения, по сравнению с воздушным окном.In FIG. 5 is a graph comparing the ultraviolet transmission capability of an ultra-thin ultraviolet (UV) transmission window prepared in accordance with certain aspects of the present invention compared to an air window.

Соответствующие ссылочные позиции обозначают соответствующие части на нескольких изображениях на чертежах.Corresponding reference numerals designate corresponding parts in several of the drawings.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

Примеры осуществления изобретения приведены для того, чтобы описание изобретения было исчерпывающим и полностью передавало объем изобретения специалистам в данной области техники. Многочисленные специфические подробности изложены в виде примеров специфических составов, компонентов, устройств и способов, чтобы обеспечить полное понимание вариантов осуществления настоящего изобретения. Специалистам в области техники будет очевидно, что специфические подробности использовать не обязательно, что примеры осуществления могут быть реализованы во многих различных формах, и что они не ограничивают объем изобретения. В некоторых примерах осуществления хорошо известные процессы, хорошо известные конструкции устройств и хорошо известные технологии подробно не описаны.The exemplary embodiments of the invention are provided so that the description of the invention is exhaustive and fully conveys the scope of the invention to those skilled in the art. Numerous specific details are set forth in the form of examples of specific formulations, components, devices, and methods in order to provide a thorough understanding of the embodiments of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that the specific details need not be used, that the embodiments may be embodied in many different forms, and that they do not limit the scope of the invention. In some embodiments, well-known processes, well-known device designs, and well-known technologies are not described in detail.

Терминология, используемая в этом документе, предназначена только для описания отдельных примеров реализации изобретения и не подразумевает ограничения. Используемые здесь формы единственного числа могут включать в себя формы множественного числа, если обратное не следует явно из контекста. Термины "содержит", "содержащий", "включающий в себя" и "имеющий" являются инклюзивными и, поэтому, описывают наличие определенных признаков, элементов, составов, шагов, целых чисел, операций и/или компонентов, но не препятствуют наличию или добавлению одного или более других признаков, целых чисел, шагов, процессов, элементов, компонентов и/или их групп. Хотя неограниченный термин "содержащий" следует понимать как неограничивающий термин, используемый для описания и утверждения различных вариантов осуществления, изложенных в данном документе, в определенных аспектах этот термин, а в качестве альтернативы, можно понимать как более ограничивающий и рестриктивный термин, например, "состоящий из" или "состоящий по существу из". Таким образом, для любого заданного варианта осуществления, содержащего композиции, материалы, компоненты, элементы, характеристики, целые числа, операции и/или этапы процесса, настоящее раскрытие, в частности, также включает в себя варианты осуществления, состоящие из или состоящие по существу из таких перечисленных композиций, материалов, компонентов, элементов, функций, целых чисел, операций и/или этапов процесса. В случае выражения "состоящий из" альтернативный вариант осуществления исключает любые дополнительные композиции, материалы, компоненты, элементы, свойства, целые числа, операции и/или этапы процесса, в то время как в случае "состоящий по существу из" любые дополнительные композиции, материалы, компоненты, элементы, характеристики, целые числа, операции и/или этапы процесса, которые существенно влияют на основные и новые характеристики, исключены из такого варианта осуществления, но любые композиции, материалы, компоненты, элементы, особенности, целые числа, операции и/или этапы процесса, которые существенно не влияют на основные и новые характеристики, могут быть включены в вариант осуществления.The terminology used in this document is only intended to describe specific examples of the invention and is not meant to be limiting. As used herein, the singular forms may include plural forms, unless the contrary is clear from the context. The terms "comprises", "comprising", "comprising" and "having" are inclusive and therefore describe the presence of certain features, elements, compositions, steps, integers, operations and/or components, but do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, processes, elements, components and/or groups thereof. Although the unrestricted term "comprising" should be understood as a non-limiting term used to describe and endorse the various embodiments set forth herein, in certain aspects, this term, and in the alternative, can be understood as a more limiting and restrictive term, for example, "consisting of of" or "consisting essentially of". Thus, for any given embodiment containing compositions, materials, components, elements, characteristics, integers, operations and/or process steps, the present disclosure specifically also includes embodiments consisting of or consisting essentially of such listed compositions, materials, components, elements, functions, integers, operations and/or process steps. In the case of "consisting of" the alternative embodiment excludes any additional compositions, materials, components, elements, properties, integers, operations and/or process steps, while in the case of "consisting essentially of" any additional compositions, materials , components, elements, characteristics, integers, operations and/or process steps that significantly affect the main and new characteristics are excluded from such an implementation, but any compositions, materials, components, elements, features, integers, operations and/ or process steps that do not significantly affect the core and new features may be included in the embodiment.

Не следует считать, что этапы способов, процессы и операции, описанные в этом документе, обязательно требуется выполнять в определенном описанном или обсуждаемом порядке, если специально не указан порядок выполнения. Также понятно, что могут использоваться дополнительные или альтернативные этапы, если не указано иное.It should not be assumed that the steps of the methods, processes and operations described in this document are necessarily required to be performed in a particular described or discussed order, unless specifically indicated the order of execution. It is also understood that additional or alternative steps may be used unless otherwise indicated.

Если говорится, что компонент, элемент или слой находится "на", "сцеплен с", "присоединен к" или "пристыкован к" другому элементу или слою, то он может находиться непосредственно на другом компоненте, элементе или слое, быть непосредственно сцепленным с ним, присоединенным к нему или пристыкованным к нему, либо могут иметься промежуточные элементы или слои. В отличие от этого, если говорится, что элемент находится "непосредственно на", "непосредственно сцеплен с", "непосредственно прикреплен к" или "непосредственно пристыкован к" другому элементу или слою, то промежуточных элементов или слоев быть не должно. Другие слова, используемые для описания взаимосвязей между элементами, следует интерпретировать аналогично (напр., "между" и "непосредственно между", "смежный" и "непосредственно смежный", и т.д.). Используемый в этом документе термин "и/или" включает в себя любые и все сочетания одного или нескольких соответствующих перечисленных элементов.If a component, element or layer is said to be "on", "attached to", "attached to", or "docked to" another element or layer, then it can be directly on another component, element or layer, be directly linked to them, attached to it or docked to it, or there may be intermediate elements or layers. By contrast, if an element is said to be "directly on", "directly coupled to", "directly attached to", or "directly attached to" another element or layer, then there should be no intervening elements or layers. Other words used to describe relationships between elements should be interpreted similarly (eg, "between" and "immediately between", "adjacent" and "immediately adjacent", etc.). As used herein, the term "and/or" includes any and all combinations of one or more of the respective listed elements.

Хотя в этом документе могут быть использованы для описания различных этапов, элементов, компонентов, областей, слоев и/или секций термины первый, второй, третий и т.д., эти этапы, элементы, компоненты, слои и/или секции не следует ограничивать этими терминами, если не указано обратное. Эти термины могут быть использованы только для отделения одного этапа, элемента, компонента, области, слоя или секции от другого этапа, элемента, компонента, области, слоя или секции. Такие термины, как "первый", "второй" и другие числовые термины, используемые в этом документе, не подразумевают последовательность или порядок, если это явно не указано в контексте. Таким образом, первый этап, элемент, компонент, область, слой или секция, обсуждаемый ниже, может быть назван вторым этапом, элементом, компонентом, областью или секцией, не отходя от идей вариантов осуществления.Although the terms first, second, third, etc., may be used in this document to describe various steps, elements, components, regions, layers, and/or sections, these steps, elements, components, layers, and/or sections should not be limited to these terms, unless otherwise indicated. These terms may only be used to distinguish one step, element, component, region, layer, or section from another step, element, component, region, layer, or section. Terms such as "first", "second", and other numeric terms used in this document do not imply sequence or order unless explicitly indicated in the context. Thus, a first step, element, component, region, layer, or section discussed below may be referred to as a second step, element, component, region, or section without departing from the inventive spirit of the embodiments.

Относительные пространственные или временные термины, такие как "до", "после", "внутренний", "наружный", "ниже", "под", "нижний", "над", "выше" и т.п. могут использования для упрощения описания, чтобы описать взаимосвязь одного элемента или признака с другим элементом (элементами) или признаком (признаками), как показано на фигурах. Может предполагаться, что относительные пространственные или временные термины охватывают различные ориентации устройства или системы при использовании или при работе в дополнение к изображенной на фигурах ориентации.Relative spatial or temporal terms such as before, after, inside, outside, below, below, below, above, above, etc. may be used to simplify the description to describe the relationship of one element or feature to another element(s) or feature(s), as shown in the figures. The relative spatial or temporal terms may be intended to encompass various orientations of the device or system in use or operation in addition to the orientation depicted in the figures.

В этом описании числовые значения представляют собой приблизительные меры или пределы диапазонов, чтобы охватить незначительные отклонения от заданных значений, и вариантов осуществления, имеющих примерно упомянутое значение, а также тех, которые имеют точно указанное значение. За исключением рабочих примеров, представленных в конце подробного описания, все числовые значения параметров (например, количеств или условий) в этом описании, включая прилагаемую формулу изобретения, следует понимать как модифицированные во всех случаях термином "примерно", независимо от того, действительно ли "примерно" стоит перед числовым значением или нет. "Примерно" означает, что указанное числовое значение допускает некоторую небольшую неточность (с некоторым приближением к точности в значении; приблизительно или достаточно близко к значению; почти). Если неточность, обеспечиваемая выражением "примерно", не понимают в данной области техники в этом обычном значении, то "примерно", используемое здесь, указывает по меньшей мере на вариации, которые могут возникнуть в результате обычных способов измерения и использования таких параметров. Например, "примерно" может содержать отклонение меньше или равное 5%, как вариант, меньше или равное 4%, как вариант, меньше или равное 3%, как вариант, меньше или равное 2%, как вариант, меньше или равное 1%, как вариант, меньше или равное 0,5%, а в некоторых аспектах, как вариант, меньше или равное 0,1%.In this description, the numerical values are approximate measures or range limits to cover minor deviations from the given values, and embodiments having approximately the value mentioned, as well as those having the precisely specified value. With the exception of working examples provided at the end of the detailed description, all numerical values of parameters (e.g., amounts or conditions) in this description, including the appended claims, should be understood as modified in all cases by the term "about", regardless of whether " approximately" precedes a numeric value or not. "About" means that the specified numerical value allows for some slight inaccuracy (with some approximation to precision in value; approximately or close enough to value; almost). If the imprecision provided by the expression "about" is not understood in the art in this conventional sense, then "about" as used herein indicates at least the variations that may result from conventional methods of measuring and using such parameters. For example, "about" may include a variation less than or equal to 5%, optionally less than or equal to 4%, optionally less than or equal to 3%, optionally less than or equal to 2%, optionally less than or equal to 1%, alternatively, less than or equal to 0.5%, and in some aspects, alternatively, less than or equal to 0.1%.

Кроме того, раскрытие диапазонов включает в себя раскрытие всех значений и дополнительно разделенных диапазонов в пределах всего диапазона, включая конечные точки и поддиапазоны, заданные для диапазонов.Further, expanding ranges includes expanding all values and further subdivided ranges within the entire range, including the endpoints and subranges specified for the ranges.

Теперь со ссылкой на сопровождающие чертежи будут более полно описаны примеры осуществления.Now with reference to the accompanying drawings will be more fully described embodiments.

Системы детектирования, использующие газовую хроматографию, можно использовать для обнаружения присутствия определенных анализируемых веществ, таких как ЛОС или других соединений. В таких системах детектор пара в виде микрофлюидного ФИД, подобного тем, которые подготовлены в соответствии с определенными аспектами настоящего изобретения, используют вместе с колонкой газовой хроматографии (ГХ). Образец пара для анализа сначала вводят в колонку ГХ. В некоторых аспектах колонка ГХ может быть миниатюрной в виде микро-ГХ (мкГК). Затем образец транспортируют через колонку с помощью инертного газа-носителя, и образец разделяют в колонке ГХ в соответствии с физическими свойствами каждого соединения (аналита) в образце. Каждое элюированное соединение выходит из колонки ГХ и поступает в блок детектора пара, который может представлять собой фотоионизационный детектор (ФИД) или микрофлюидный ФИД (мкФИД), как описано ниже. В других конструкциях ФИД или мкФИД блоки детектора пара могут быть использованы в промежуточных положениях внутри колонки ГХ для обнаружения аналитов. Как обсуждается в данном документе, если не указано иное, ФИД и мкФИД используют взаимозаменяемо.Detection systems using gas chromatography can be used to detect the presence of certain analytes such as VOCs or other compounds. In such systems, a microfluidic PID vapor detector, such as those prepared in accordance with certain aspects of the present invention, is used in conjunction with a gas chromatography (GC) column. The vapor sample for analysis is first injected into the GC column. In some aspects, the GC column may be miniaturized in the form of micro-GC (μGC). The sample is then transported through the column with an inert carrier gas, and the sample is separated on a GC column according to the physical properties of each compound (analyte) in the sample. Each eluted compound exits the GC column and enters the vapor detector assembly, which can be a photoionization detector (PID) or a microfluidic PID (µPID), as described below. In other PID or microPID designs, vapor detector units can be used at intermediate positions within the GC column to detect analytes. As discussed herein, unless otherwise noted, PID and microPID are used interchangeably.

ФИДы обычно используют фотоны высокой энергии (например, в ультрафиолетовом (УФ) диапазоне длин волн) для диссоциации элюированных молекул аналита на положительно заряженные ионы. Часто в ФИД используют разрядный газ, такой как инертный газ (например, криптон и аргон), который ионизируют в камере разрядной лампы. Внешняя энергия (например, высокочастотная энергия) может поглощаться разрядным газом, так что атомы в разрядном газе переходят в возбужденное состояние. В разрядной камере УФ-лампы каждый ион может объединяться с другим атомом для испускания одного или нескольких фотонов. Элюированные соединения попадают в устройство ФИД в ионизационной камере. Ионизационная камера и камера газоразрядной лампы обычно отделены друг от друга оптически прозрачным окном, которое позволяет фотонам высокой энергии проходить в ионизационную камеру. Типичное окно пропускания сформировано из такого материала, как фторид магния, фторид кальция или фторид лития, и имеет толщину от примерно 0,1 мм (примерно 100 мкм) до примерно 10 мм. Ионизационную камеру, содержащую элюированные соединения, затем бомбардируют фотонами, генерируемыми ионизированным разрядным газом из камеры газоразрядной лампы.PIDs typically use high energy photons (eg, ultraviolet (UV) wavelengths) to dissociate eluted analyte molecules into positively charged ions. Often a PID uses a discharge gas, such as an inert gas (eg krypton and argon), which is ionized in a discharge lamp chamber. External energy (for example, high frequency energy) can be absorbed by the discharge gas, so that the atoms in the discharge gas become excited. In the discharge chamber of a UV lamp, each ion can combine with another atom to emit one or more photons. Eluted compounds enter the PID device in the ionization chamber. The ionization chamber and the discharge lamp chamber are usually separated from each other by an optically transparent window which allows high energy photons to pass into the ionization chamber. A typical transmission window is formed from a material such as magnesium fluoride, calcium fluoride, or lithium fluoride and has a thickness of from about 0.1 mm (about 100 microns) to about 10 mm. The ionization chamber containing the eluted compounds is then bombarded with photons generated by ionized discharge gas from the discharge lamp chamber.

Фотоны/энергию затем поглощают молекулы аналита, которые переходят в возбужденное состояние и ионизируются в отдельной ионизационной камере, в конечном итоге образуя положительно заряженные ионы. Таким образом, исходя из относительного времени удерживания в колонке ГХ, различные молекулы аналита в образце разделяют, элюируют в разное время, и затем они попадают в камеру, где их ионизируют фотонами, испускаемыми ионизированным разрядным газом.The photons/energy are then absorbed by the analyte molecules, which become excited and ionized in a separate ionization chamber, eventually forming positively charged ions. Thus, based on the relative retention time in the GC column, different analyte molecules in the sample are separated, eluted at different times, and then enter the chamber where they are ionized by photons emitted by the ionized discharge gas.

Таким образом, газ становится электрически заряженным, и ионы производят электрический ток, который становится выходным сигналом, связанным с концентрацией ионизированных молекул анализируемого вещества. По мере того как каждое ионизированное соединение проходит через один или несколько собирающих электродов рядом с ионизационной камерой, генерируется электрический ток. Таким образом, анализируемые соединения могут быть идентифицированы на основе их времени удерживания и количественно определены с помощью сигнала ФИД (или тока, генерируемого ФИД).The gas thus becomes electrically charged and the ions produce an electrical current which becomes an output signal related to the concentration of ionized analyte molecules. As each ionized compound passes through one or more collecting electrodes near the ionization chamber, an electrical current is generated. Thus, analyte compounds can be identified based on their retention time and quantified using the PID signal (or current generated by the PID).

В различных аспектах настоящее раскрытие предполагает интегрированный фотоионизационный детектор (ФИД), который в некоторых вариантах может представлять собой микрофлюидный ФИД (мкФИД), как дополнительно обсуждается ниже. МкФИД содержит микрофлюидную ионизационную камеру для приема и обработки образца жидкости. Первый электрод и отдельный второй электрод электрически соединены с микрофлюидной ионизационной камерой. МкФИД также содержит интегрированную микрофлюидную камеру ультрафиолетового излучения, которая выполнена с возможностью генерации ультрафиолетовых фотонов. Ультратонкое окно пропускания расположено между микрофлюидной ионизационной камерой и микрофлюидной камерой ультрафиолетового излучения, которое позволяет ультрафиолетовым фотонам проходить из микрофлюидной камеры ультрафиолетового излучения в микрофлюидную ионизационную камеру.In various aspects, the present disclosure contemplates an integrated photoionization detector (PID), which in some embodiments may be a microfluidic PID (microfluidic PID), as discussed further below. The microfluidic ionization chamber contains a microfluidic ionization chamber for receiving and processing a liquid sample. The first electrode and a separate second electrode are electrically connected to the microfluidic ionization chamber. The McPID also contains an integrated ultraviolet microfluidic chamber that is capable of generating ultraviolet photons. An ultra-thin transmission window is located between the microfluidic ionization chamber and the ultraviolet microfluidic chamber, which allows ultraviolet photons to pass from the ultraviolet microfluidic chamber to the microfluidic ionization chamber.

В настоящем раскрытии в определенных аспектах предложена система 20 детектирования одного или нескольких летучих органических соединений (ЛОС) или других целевых аналитов, такая как показанная на фиг. 1. В системе 10 детектирования блок 20 газовой хроматографии (ГХ) содержит по меньшей мере одну колонку 22 газовой хроматографии. Предполагается, что используемый термин "колонка" в широком смысле включает в себя различные пути потока, по которым могут течь текучие среды, такие как структурированное поле потока от микроструктур, заданных на одной или нескольких подложках, или другие пути потока текучей среды, известные специалистами в данной области техники. После блока 20 газовой хроматографии (ГХ) расположен интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (мкФИД) 30.The present disclosure provides, in certain aspects, a system 20 for detecting one or more volatile organic compounds (VOCs) or other target analytes, such as that shown in FIG. 1. In the detection system 10, the gas chromatography (GC) unit 20 contains at least one gas chromatography column 22. As used herein, the term "column" is intended to broadly include various flow paths through which fluids may flow, such as a structured flow field from microstructures defined on one or more substrates, or other fluid flow paths known to those skilled in the art. this field of technology. Downstream of the gas chromatography (GC) unit 20 is an integrated microfluidic photoionization detector (μPID) 30.

В некоторых аспектах блок 20 ГХ представляет собой микрофлюидный ГХ (мкГХ), а ФИД 30 представляет собой микрофлюидный ФИД (мкФИД). В различных аспектах в изобретении предложены способы формирования и устройства, имеющие признаки или каналы микромасштаба и, следовательно, являющиеся микрофлюидными. В некоторых аспектах признак, такой как канал или камера, как вариант, меньше микромасштаба, например, представляет собой наноразмерную структуру. Используемый в этом документе термин "микромасштаб" относится к структуре, имеющей по меньшей мере один размер, который составляет менее примерно 500 мкм, как вариант, менее примерно 400 мкм, как вариант, менее примерно 300 мкм, как вариант, менее примерно 200 мкм, как вариант, менее примерно 150 мкм, а в некоторых вариантах, как вариант, менее примерно 100 мкм. "Наноразмерная" структура имеет по меньшей мере один размер, который меньше или равен примерно 50 мкм, как вариант, меньше или равен примерно 10 мкм (10000 нм), как вариант, меньше или равен примерно 1 мкм (1000 нм), как вариант, менее или равно примерно 0,1 мкм (100 нм), как вариант, менее примерно 50 нм и, как вариант, менее примерно 10 нм. В данном контексте упоминание микромасштаба, микроканала, микрофлюидного канала или микроструктуры охватывает более мелкие структуры, такие как эквивалентные наноразмерные структуры.In some aspects, the GC unit 20 is a microfluidic GC (μGC) and the PID 30 is a microfluidic PID (μFID). In various aspects, the invention provides shaping methods and devices having microscale features or channels and therefore being microfluidic. In some aspects, the feature, such as a channel or chamber, is optionally smaller than the microscale, such as being a nanoscale structure. As used herein, the term "microscale" refers to a structure having at least one dimension that is less than about 500 microns, alternatively less than about 400 microns, alternatively less than about 300 microns, alternatively less than about 200 microns, alternatively, less than about 150 microns, and in some embodiments, alternatively, less than about 100 microns. The "nanoscale" structure has at least one size that is less than or equal to about 50 µm, alternatively less than or equal to about 10 µm (10000 nm), alternatively less than or equal to about 1 µm (1000 nm), alternatively, less than or equal to about 0.1 μm (100 nm), optionally less than about 50 nm, and optionally less than about 10 nm. In this context, reference to a microscale, microchannel, microfluidic channel, or microstructure encompasses smaller structures such as equivalent nanoscale structures.

Микрофлюидный канал представляет собой микроканал, сформированный внутри или на подложке, который имеет площадь поперечного сечения и объем, достаточные для того, чтобы микрофлюидный канал мог принимать, передавать и/или хранить материалы, включая текучие среды. Текучие среды включают в себя газы, пары, жидкости и т.п. Таким образом, микрофлюидный канал обычно имеет такие размеры, что длина структуры образует наибольший размер, например канавки (открытая форма) или канала (структурно закрытая геометрия). В некоторых вариантах микрофлюидные каналы могут быть полностью закрытыми структурами, ограничивающими пустую область, которая допускает жидкостное сообщение через себя, как описано далее в данном документе. Микрофлюидные каналы могут иметь различные формы поперечного сечения, включая кольцевую, круглую или овальную (образующую трубку или цилиндрическую форму), прямоугольную и т.п.A microfluidic channel is a microchannel formed within or on a substrate that has a cross-sectional area and volume sufficient to enable the microfluidic channel to receive, transfer and/or store materials, including fluids. Fluids include gases, vapors, liquids, and the like. Thus, the microfluidic channel is typically sized such that the length of the structure forms the largest dimension, such as a groove (open shape) or a channel (structurally closed geometry). In some embodiments, the microfluidic channels may be completely enclosed structures that define an empty area that allows fluid communication through itself, as described later in this document. The microfluidic channels may have various cross-sectional shapes, including annular, circular or oval (tube-forming or cylindrical), rectangular, and the like.

Системы 20 детектирования, основанные на газовой хроматографии, обычно содержат по меньшей мере пять компонентов: (1) источник 24 газа-носителя; (2) систему 26 ввода образца текучей среды; (3) одну или несколько колонок 22 газовой хроматографии; (4) детектор, такой как микрофлюидный ФИД 30; и (5) систему обработки данных (не показана). Газ-носитель (также называемый подвижной фазой) представляет собой сравнительно инертный газ высокой чистоты, такой как гелий, водород, азот, аргон или воздух. Газ-носитель может протекать через колонку 22 ГХ одновременно с исследуемым образцом текучей среды (в течение всего процесса разделения). Система 26 ввода образца текучей среды вводит заданный объем образца смеси, содержащей один или несколько целевых аналитов, подлежащих тестированию (например, в газообразной форме), в колонку путем объединения ее с текущим газом-носителем из источника газа-носителя. Обычно разделения достигают внутри хроматографической колонки 22, потому что внутренние поверхности колонки покрыты (или внутренняя часть колонки заполнена) материалом, который выступает в качестве стационарной фазы. Стационарная фаза адсорбирует различные целевые аналиты в образце смеси с разной степенью. Различия в адсорбции приводят к разным задержкам и, таким образом, коэффициентам подвижности для различных химических веществ по мере их прохождения по колонке, тем самым влияя на физическое разделение целевых аналитов в образце смеси. Примечательно, что хотя блок 20 газовой хроматографии (ГХ) показан только в виде одной колонки 22 ГХ, он может содержать несколько колонок, через которые может проходить образец текучей среды. Кроме того, такие системы детектирования могут включать в себя различные другие компоненты, такие как модуляторы и тому подобное.Detection systems 20 based on gas chromatography typically include at least five components: (1) carrier gas source 24; (2) a fluid sample injection system 26; (3) one or more columns 22 gas chromatography; (4) a detector such as a microfluidic PID 30; and (5) a data processing system (not shown). The carrier gas (also called the mobile phase) is a relatively inert, high purity gas such as helium, hydrogen, nitrogen, argon, or air. The carrier gas may flow through the 22 GC column simultaneously with the test fluid sample (during the entire separation process). The fluid sample injection system 26 injects a predetermined volume of a sample mixture containing one or more target analytes to be tested (eg, in gaseous form) into the column by combining it with a flowing carrier gas from a source of carrier gas. Typically, separations are achieved within the chromatographic column 22 because the interior surfaces of the column are covered (or the interior of the column is filled) with material that acts as the stationary phase. The stationary phase adsorbs various target analytes in the sample mixture to varying degrees. Differences in adsorption lead to different delays and thus mobility coefficients for different chemicals as they pass through the column, thereby affecting the physical separation of the target analytes in the sample mixture. Notably, although gas chromatography (GC) unit 20 is shown as only one GC column 22, it may contain multiple columns through which a fluid sample may pass. In addition, such detection systems may include various other components such as modulators and the like.

Детектор, такой как микрофлюидный ФИД 30, расположен после выхода 32 одной или нескольких колонок 22 ГХ. МкФИД 30 интегрирован с блоком 20 газовой хроматографии (ГХ) и служит для обнаружения различных химикатов или целевых аналитов в образце, выходящих или элюирующих из колонки 22 в разное время. МкФИД 30 содержит микрофлюидную ионизационную камеру 40, имеющую вход 42, который принимает образец текучей среды, и выход 44, через который образец текучей среды выходит из микрофлюидной ионизационной камеры 40. Первый электрод и отдельный второй электрод (не показаны) также электрически соединены с микрофлюидной ионизационной камерой 40. Микрофлюидная камера 50 ультрафиолетового излучения сконфигурирована для генерации ультрафиолетовых фотонов. Окно 60 пропускания расположено между микрофлюидной ионизационной камерой 40 и микрофлюидной камерой 50 ультрафиолетового излучения, которое позволяет ультрафиолетовым фотонам проходить из микрофлюидной камеры 50 ультрафиолетового излучения в микрофлюидную ионизационную камеру 40. Таким образом, мкФИД анализирует образец, обработанный в блоке 20 газовой хроматографии (ГХ). Хотя это не показано, система обработки данных также обычно связана с мкФИД 30, чтобы иметь возможность хранить, обрабатывать и записывать результаты испытаний на разделение.A detector, such as a microfluidic PID 30, is located after the exit 32 of one or more GC columns 22. The microFID 30 is integrated with the gas chromatography (GC) unit 20 and serves to detect different chemicals or target analytes in the sample leaving or eluting from the column 22 at different times. The microfluidic ionization chamber 40 comprises a microfluidic ionization chamber 40 having an inlet 42 which receives a fluid sample and an outlet 44 through which the fluid sample exits the microfluidic ionization chamber 40. The first electrode and a separate second electrode (not shown) are also electrically connected to the microfluidic ionization chamber. chamber 40. The ultraviolet microfluidic chamber 50 is configured to generate ultraviolet photons. A transmission window 60 is located between the microfluidic ionization chamber 40 and the ultraviolet microfluidic chamber 50, which allows ultraviolet photons to pass from the ultraviolet microfluidic chamber 50 to the microfluidic ionization chamber 40. Thus, the microfluidic ionization chamber 40 analyzes the sample processed in the gas chromatography (GC) unit 20. Although not shown, the data processing system is also typically associated with the microPID 30 to be able to store, process and record separation test results.

На фиг. 2 и 3 показано схематическое изображение и поперечное сечение типичного интегрированного микрофлюидного фотоионизационного детектора (мкФИД) 100, подготовленного в соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения. МкФИД 100 включает в себя подложку 110. В или на подложке 110 может быть образован один или несколько микрофлюидных каналов 118. На фиг. 2 и 3 структура 112 стенок сформирована на подложке 110, чтобы ограничивать один или несколько микрофлюидных каналов 118. Подложка 110 может быть сформирована из неорганического материала или полимера. В некоторых аспектах подложка 110 может быть стеклянной (например, диоксидом кремния или боросиликатом). В некоторых вариантах подложка 110 содержит множество слоев.In FIG. 2 and 3 show a schematic and cross-sectional view of a typical integrated microfluidic photoionization detector (µPID) 100 prepared in accordance with some aspects of the present invention. The MCFID 100 includes a substrate 110. One or more microfluidic channels 118 may be formed in or on the substrate 110. FIG. 2 and 3, a wall structure 112 is formed on a substrate 110 to define one or more microfluidic channels 118. The substrate 110 may be formed from an inorganic material or a polymer. In some aspects, substrate 110 may be glass (eg, silicon dioxide or borosilicate). In some embodiments, substrate 110 includes a plurality of layers.

В некоторых вариантах структура 112 стенок может представлять собой слой или выбранные области из электропроводящего материала (например, проводящего кремниевого материала), сформированного на подложке 110. Таким образом, в определенных вариантах, когда структура 112 стенок является электропроводящей, структура 112 стенок может выступать в качестве положительного электрода и/или отрицательного электрода. Таким образом, по меньшей мере один слой структуры 112 стенок может содержать электропроводящий материал. Электропроводящий материал может быть сформирован из проводящего материала или полупроводникового материала (такого как легированный полупроводниковый материал). В некоторых аспектах электропроводящий материал содержит материал, выбранный из группы, состоящей из: кремния (Si) (например, легированного кремния), алюминия (Al), оксида индия-олова (ITO), золота (Au), серебра (Ag), платины (Pt), иридия (Ir), палладия (Pd), вольфрама (W), нержавеющей стали (SS), цинка (Zn), титана (Ti), их сплавов и оксидов, а также их комбинаций. По меньшей мере два слоя из множества могут иметь разные составы. Например, первый слой на подложке 110 может содержать легированный полупроводниковый материал, такой как легированный кремний, а второй слой, покрывающий первый слой, может содержать электропроводящий металл. В качестве альтернативы, в структуру 112 стенок в качестве электродов могут быть встроены электропроводящие материалы, которые находятся в контакте с одним или несколькими микрофлюидными каналами 118.In some embodiments, wall structure 112 may be a layer or selected regions of electrically conductive material (e.g., conductive silicon material) formed on substrate 110. Thus, in certain embodiments, when wall structure 112 is electrically conductive, wall structure 112 may act as positive electrode and/or negative electrode. Thus, at least one layer of the wall structure 112 may comprise an electrically conductive material. The electrically conductive material may be formed from a conductive material or a semiconductor material (such as a doped semiconductor material). In some aspects, the electrically conductive material comprises a material selected from the group consisting of: silicon (Si) (e.g. doped silicon), aluminum (Al), indium tin oxide (ITO), gold (Au), silver (Ag), platinum (Pt), iridium (Ir), palladium (Pd), tungsten (W), stainless steel (SS), zinc (Zn), titanium (Ti), their alloys and oxides, and combinations thereof. At least two of the plurality of layers may have different compositions. For example, the first layer on substrate 110 may comprise a doped semiconductor material, such as doped silicon, and the second layer overlaying the first layer may comprise an electrically conductive metal. Alternatively, electrically conductive materials may be incorporated into the wall structure 112 as electrodes and are in contact with one or more microfluidic channels 118.

Структура 112 стенок может быть выборочно сформирована в определенных областях или, как вариант, удалена в выбранных областях в виде рисунка, который формирует один или несколько микрофлюидных каналов 118. В некоторых аспектах один или несколько микрофлюидных каналов 118 могут образовывать спиральный рисунок. Таким образом, один или несколько микрофлюидных каналов 118 могут определять извилистый узор на подложке. Под "извилистым" подразумевается, что канал для текучей среды представляет собой проточную конструкцию, которая изгибается и имеет по меньшей мере два изменения направления на 180° по ходу пути для текучей среды. Путь для текучей среды, определяемый одним или несколькими микрофлюидными каналами 118, таким образом, изогнут и позволяет избежать изменений направления, которые приводят к появлению застойных зон или уменьшению потока жидкости. Такой извилистый путь может определять спиральную структуру или структуру переплетенного типа. В одном варианте осуществления один или несколько микрофлюидных каналов 118 могут задавать спираль Архимеда. Один или несколько микрофлюидных каналов 118 могут быть вытравлены или сформированы в проводящей кремниевой пластине или слое, например, в виде канала в форме спирали Архимеда, сформированного в таком материале. В других вариантах один или несколько микрофлюидных каналов могут иметь другие конфигурации пути потока, включая прямолинейные пути потока.The wall structure 112 may be selectively formed in certain areas or alternatively removed in selected areas in a pattern that forms one or more microfluidic channels 118. In some aspects, one or more microfluidic channels 118 may form a helical pattern. Thus, one or more microfluidic channels 118 may define a sinuous pattern on the substrate. By "tortuous" is meant that the fluid passage is a flow-through structure that bends and has at least two 180° changes of direction along the fluid path. The fluid path defined by one or more microfluidic channels 118 is thus curved and avoids direction changes that result in dead zones or reduced fluid flow. Such a tortuous path may define a helical structure or an interlaced type structure. In one embodiment, one or more microfluidic channels 118 may define an Archimedes spiral. One or more microfluidic channels 118 may be etched or formed into a conductive silicon wafer or layer, such as an Archimedes spiral channel formed in such material. In other embodiments, one or more microfluidic channels may have other flow path configurations, including straight flow paths.

В некоторых вариантах общий объем одного или нескольких микрофлюидных каналов 118 (или ионизационной камеры) меньше или равен примерно 10 мкл. В некоторых предпочтительных аспектах меньше или равен примерно 9 мкл, как вариант, меньше или равен примерно 8 мкл, как вариант, меньше или равен примерно 7 мкл, как вариант, меньше или равен примерно 6 мкл, как вариант, меньше или равен примерно 5 мкл, как вариант, меньше или равен примерно 4 мкл, как вариант, меньше или равен примерно 3 мкл, как вариант, меньше или равен примерно 2 мкл и в некоторых вариантах, как вариант, меньше или равен примерно 1,5 мкл Например, в одном варианте один или несколько микрофлюидных каналов 118 ограничивают объем ионизационной камеры всего около 1,3 мкл.In some embodiments, the total volume of one or more microfluidic channels 118 (or ionization chamber) is less than or equal to about 10 μl. In some preferred aspects, less than or equal to about 9 μl, alternatively, less than or equal to about 8 μl, alternatively, less than or equal to about 7 μl, alternatively, less than or equal to about 6 μl, optionally less than or equal to about 5 μl , optionally less than or equal to about 4 µl, optionally less than or equal to about 3 µl, optionally less than or equal to about 2 µl, and in some embodiments, optionally less than or equal to about 1.5 µl For example, in one In an embodiment, one or more microfluidic channels 118 limit the volume of the ionization chamber to only about 1.3 μl.

Кроме того, в некоторых аспектах устройство мкФИД 100 имеет незначительный общий мертвый объем в микрофлюидном канале. Общий мертвый объем одного или нескольких микрофлюидных каналов 118 может быть меньше или равен примерно 1% от общего объема микрофлюидного канала, например, когда общий объем одного или нескольких микрофлюидных каналов составляет 5 мкл, мертвый объем меньше или равный 1% будет представлять собой мертвый объем, меньше или равный приблизительно 0,05 мкл или 50 нл. В некоторых других вариантах общий мертвый объем одного или нескольких микрофлюидных каналов 118 может быть меньше или равен примерно 0,9% от общего объема одного или нескольких микрофлюидных каналов, как вариант, меньше или равен примерно 0,7% от общего объема одного или нескольких микрофлюидных каналов, как вариант, меньше или равен примерно 0,6% от общего объема одного или нескольких микрофлюидных каналов, а в некоторых вариантах меньше или равен примерно 0,5% от общего объема одного или нескольких микрофлюидных каналов. В некоторых других вариантах мертвый объем одного или нескольких микрофлюидных каналов может быть меньше или равен примерно 30 нл, как вариант, меньше или равен примерно 25 нл, как вариант, меньше или равен примерно 15 нл, как вариант, меньше или равен примерно 10 нл, как вариант, меньше или равен примерно 5 нл, как вариант, меньше или равен примерно 4 нл, как вариант, меньше или равен примерно 3 нл, а в некоторых вариантах, как вариант, меньше или равен примерно 2 нл.In addition, in some aspects, the microfluidic device 100 has a negligible total dead volume in the microfluidic channel. The total dead volume of one or more microfluidic channels 118 may be less than or equal to about 1% of the total microfluidic channel volume, for example, when the total volume of one or more microfluidic channels is 5 µl, a dead volume of less than or equal to 1% would be a dead volume, less than or equal to approximately 0.05 μl or 50 nl. In some other embodiments, the total dead volume of one or more microfluidic channels 118 may be less than or equal to about 0.9% of the total volume of one or more microfluidic channels, alternatively, less than or equal to about 0.7% of the total volume of one or more microfluidic channels. channels, optionally less than or equal to about 0.6% of the total volume of one or more microfluidic channels, and in some embodiments, less than or equal to about 0.5% of the total volume of one or more microfluidic channels. In some other embodiments, the dead volume of one or more microfluidic channels may be less than or equal to about 30 nl, alternatively less than or equal to about 25 nl, alternatively less than or equal to about 15 nl, alternatively less than or equal to about 10 nl, alternatively less than or equal to about 5 nl, alternatively less than or equal to about 4 nl, alternatively less than or equal to about 3 nl, and in some embodiments, alternatively less than or equal to about 2 nl.

Микрофлюидный канал может иметь ширину от больше или равной примерно 50 мкм до меньше или равной примерно 200 мкм, как вариант, от больше или равной примерно 100 мкм до меньше или равной примерно 200 мкм, и в некоторых аспектах, как вариант, от больше или равной примерно 125 мкм до меньше или равной примерно 175 мкм. В некоторых других вариантах микрофлюидный канал имеет высоту или глубину от больше или равной примерно 100 мкм до меньше или равной примерно 600 мкм, как вариант, от больше или равной примерно 200 мкм до меньше или равной примерно 500 мкм, как вариант, от больше или равной примерно 300 мкм до меньше или равной примерно 400 мкм и в некоторых аспектах, как вариант, от больше или равной примерно 350 мкм до меньше или равной примерно 400 мкм. Общая длина микрофлюидного канала может быть больше или равна примерно 0,5 см, но меньше или равна примерно 10 см, как вариант, больше или равна примерно 1 см и меньше или равна примерно 5 см, и в некоторых аспектах, как вариант, больше или равна примерно 2 см и меньше или равна примерно 3 см. Толщина стенки (например, между соответствующими проходами, примыкающими друг к другу в микрофлюидных каналах) может быть от больше или равной примерно 10 мкм до меньше или равной примерно 100 мкм, как вариант, от больше или равной примерно 25 мкм до меньше или равной примерно 75 мкм и в некоторых аспектах, как вариант, от больше или равной примерно 40 мкм до меньше или равной примерно 60 мкм. В одном варианте осуществления микрофлюидный канал имеет поперечное сечение 150 мкм (ширина) × 380 мкм (глубина), толщину стенки 50 мкм и длину 2,3 см.The microfluidic channel may have a width greater than or equal to about 50 μm to less than or equal to about 200 μm, optionally greater than or equal to about 100 μm to less than or equal to about 200 μm, and in some aspects, alternatively greater than or equal to about 125 µm to less than or equal to about 175 µm. In some other embodiments, the microfluidic channel has a height or depth greater than or equal to about 100 microns to less than or equal to about 600 microns, alternatively greater than or equal to about 200 microns to less than or equal to about 500 microns, alternatively greater than or equal to from about 300 microns to less than or equal to about 400 microns, and in some aspects, optionally from greater than or equal to about 350 microns to less than or equal to about 400 microns. The total length of the microfluidic channel may be greater than or equal to about 0.5 cm, but less than or equal to about 10 cm, optionally greater than or equal to about 1 cm and less than or equal to about 5 cm, and in some aspects, alternatively greater than or is about 2 cm and less than or equal to about 3 cm. The wall thickness (e.g., between respective passages adjacent to each other in the microfluidic channels) can be greater than or equal to about 10 μm to less than or equal to about 100 μm, alternatively from greater than or equal to about 25 microns to less than or equal to about 75 microns, and in some aspects optionally greater than or equal to about 40 microns to less than or equal to about 60 microns. In one embodiment, the microfluidic channel has a cross section of 150 µm (width) × 380 µm (depth), a wall thickness of 50 µm, and a length of 2.3 cm.

Как отмечено выше, микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) 100 также включает в себя первый электрод и второй электрод противоположной полярности. Например, структура стенок 112 может ограничивать область 114 первого электрода и отдельную область 116 второго электрода. Область 114 первого электрода и область 116 второго электрода могут быть сформированы в выбранных областях одного или нескольких слоев структуры 112 стенок на подложке 110. Структура 112 стенок может иметь одну или несколько непроводящих областей 108. В некоторых вариантах подложка 110 содержит выбранные области, имеющие первый слой из легированного кремния и второй слой из электропроводящего металла, причем выбранные области представляют собой отдельные области, которые соответствуют соответствующей области 114 первого электрода и области 116 второго электрода. Область 114 первого электрода может быть отделена и электрически изолирована от области 116 второго электрода одним или несколькими микрофлюидными каналами 118. Микрофлюидный канал 118 может быть сформирован в структуре 112 стенок и, таким образом, может разделять и ограничивать область 114 первого электрода и область 116 второго электрода. В некоторых аспектах, дно микрофлюидного канала 118 может представлять собой подложку 110, или, как вариант, хотя это не показано, один или несколько микрофлюидных каналов могут быть полностью сформированы в структуре 112 стенок, так что боковые стенки и дно/нижняя часть заданы в ней.As noted above, the microfluidic photoionization detector (PID) 100 also includes a first electrode and a second electrode of opposite polarity. For example, the wall structure 112 may define a first electrode region 114 and a separate second electrode region 116. The first electrode region 114 and the second electrode region 116 may be formed in selected regions of one or more layers of the wall structure 112 on the substrate 110. The wall structure 112 may have one or more non-conductive regions 108. In some embodiments, the substrate 110 includes selected regions having a first layer of doped silicon and a second layer of electrically conductive metal, the selected regions being separate regions that correspond to the respective region 114 of the first electrode and the region 116 of the second electrode. The first electrode region 114 may be separated and electrically isolated from the second electrode region 116 by one or more microfluidic channels 118. The microfluidic channel 118 may be formed in the wall structure 112 and thus may separate and delimit the first electrode region 114 and the second electrode region 116 . In some aspects, the bottom of the microfluidic channel 118 may be the substrate 110, or alternatively, although not shown, one or more microfluidic channels may be completely formed in the wall structure 112 such that the side walls and the bottom/bottom are defined therein. .

Область 114 первого электрода и область 116 второго электрода могут быть подключены к внешнему положительному и отрицательному выводу источника питания (не показан). Хотя это не показано, к области 114 первого электрода и к области 116 второго электрода с противоположной полярностью может быть подключена схема силового привода, подключенная к источнику питания. Области 114, 116 первого и второго электродов могут быть подключены к усилителю (не показан) для образования замкнутой цепи. В некоторых аспектах источник питания может представлять собой источник питания низкого напряжения, имеющий максимальное напряжение, меньшее или равное примерно 20 вольт постоянного тока (VDC). Таким образом, электроды, ограниченные областью 114 первого электрода и областью 116 второго электрода обеспечивают возможность измерения электрических сигналов, генерируемых ионизированными аналитами в одном или нескольких микрофлюидных каналах 118, когда их бомбардируют и возбуждают фотонами.The first electrode region 114 and the second electrode region 116 may be connected to an external positive and negative terminal of a power supply (not shown). Although not shown, the first electrode area 114 and the second electrode area 116 with opposite polarity can be connected to a power drive circuit connected to a power source. The first and second electrode regions 114, 116 may be connected to an amplifier (not shown) to form a closed circuit. In some aspects, the power supply may be a low voltage power supply having a maximum voltage less than or equal to about 20 volts direct current (VDC). Thus, the electrodes defined by the first electrode region 114 and the second electrode region 116 allow measurement of electrical signals generated by ionized analytes in one or more microfluidic channels 118 when they are bombarded and excited by photons.

Устройство мкФИД 100 также включает в себя вход 122 для одного или нескольких микрофлюидных каналов 118, которые служат в качестве микрофлюидной ионизационной камеры. Также имеется выход 124 для одного или нескольких микрофлюидных каналов 118. Таким образом, газ-носитель, содержащий один или несколько целевых аналитов, может выходить из колонки для ГХ и поступать на вход 122, где он проходит через один или несколько микрофлюидных каналов 118. Как обсуждалось выше, аналиты в текучей среде, протекающей через микрофлюидную ионизационную камеру (один или несколько микрофлюидных каналов 118), могут быть ионизированы, и может быть измерен заряд. Область 114 первого электрода и область 116 второго электрода могут детектировать ток, генерируемый целевым аналитом(ами) при УФ-ионизации. Затем, текучая среда может выходить из микрофлюидной ионизационной камеры (из одного или нескольких микрофлюидных каналов 118) через выход 124.The microfluidic device 100 also includes an inlet 122 for one or more microfluidic channels 118 that serve as a microfluidic ionization chamber. There is also an outlet 124 for one or more microfluidic channels 118. Thus, a carrier gas containing one or more target analytes can exit the GC column and enter the inlet 122, where it passes through one or more microfluidic channels 118. As discussed above, analytes in fluid flowing through a microfluidic ionization chamber (one or more microfluidic channels 118) can be ionized and charge can be measured. The first electrode region 114 and the second electrode region 116 can detect the current generated by the target analyte(s) upon UV ionization. Fluid may then exit the microfluidic ionization chamber (from one or more microfluidic channels 118) through outlet 124.

Устройство мкФИД 100 также включает в себя источник электромагнитного излучения или света, который может представлять собой микрофлюидную камеру ультрафиолетового излучения или микрофлюидную разрядную камеру 130, которая выполнена с возможностью генерировать ультрафиолетовые фотоны. Микрофлюидная разрядная камера 130 может иметь вход 132 и может быть заполнена текучей средой, генерирующей ультрафиолет, такой как криптон, аргон, гелий и другие чистые или смешанные газы, которые, как известно в данной области техники, генерируют ультрафиолетовый свет. В одном аспекте текучая среда, генерирующая ультрафиолет, может быть выбрана из группы, состоящей из криптона, аргона, гелия и их комбинаций. Вход 132 может быть закрыт после заполнения текучей средой, генерирующей ультрафиолет. В качестве альтернативы, микрофлюидная разрядная камера 130 может иметь выход 134, так что генерирующая ультрафиолет текучая среда может протекать на вход 132 и выходить из микрофлюидной разрядной камеры 130 через выход 134. Микрофлюидная разрядная камера 130 также может иметь непроводящую крышку 136, расположенную на краях открытой камеры.The microFID device 100 also includes an electromagnetic radiation or light source, which may be a microfluidic ultraviolet light chamber or a microfluidic discharge chamber 130 that is configured to generate ultraviolet photons. The microfluidic discharge chamber 130 may have an inlet 132 and may be filled with an ultraviolet generating fluid such as krypton, argon, helium, and other pure or mixed gases known in the art to generate ultraviolet light. In one aspect, the ultraviolet generating fluid may be selected from the group consisting of krypton, argon, helium, and combinations thereof. Inlet 132 may be closed after being filled with ultraviolet generating fluid. Alternatively, the microfluidic discharge chamber 130 may have an outlet 134 such that ultraviolet generating fluid may flow into the inlet 132 and exit the microfluidic discharge chamber 130 through an outlet 134. The microfluidic discharge chamber 130 may also have a non-conductive cover 136 located at the edges of the open cameras.

Интегрированная микрофлюидная разрядная камера 130 генерирует свет или электромагнитное излучение внутри интегрированной лампы, и, следовательно, фотоны, которые направляют к содержимому одного или нескольких микрофлюидных каналов 118. Как показано, первый возбуждающий электрод 140 и второй возбуждающий электрод 142 противоположной полярности расположены в виде рисунка в покровном слое 144, который обычно соответствует рисунку одного или нескольких микрофлюидных каналов 118, расположенных ниже. Таким образом, когда ток или потенциал прикладывают к первому возбуждающему электроду 140 и второму возбуждающему электроду 142, текучая среда, генерирующая ультрафиолет, возбуждается и генерирует фотоны в областях, соответствующих одному или нескольким микрофлюидным каналам 118.The integrated microfluidic discharge chamber 130 generates light or electromagnetic radiation within the integrated lamp, and hence photons, which are directed to the contents of one or more microfluidic channels 118. As shown, the first excitation electrode 140 and the second excitation electrode 142 of opposite polarity are arranged in a pattern in overburden 144, which typically matches the pattern of one or more microfluidic channels 118 below. Thus, when a current or potential is applied to the first excitation electrode 140 and the second excitation electrode 142, the ultraviolet generating fluid is excited and generates photons in regions corresponding to one or more microfluidic channels 118.

Особенно подходящий свет попадает в спектр ультрафиолетового электромагнитного излучения. В некоторых вариантах свет может представлять собой ультрафиолетовое излучение (УФ) (включая ультрафиолет A, ультрафиолет B, ультрафиолет C, ближний ультрафиолет, средний ультрафиолет, дальний ультрафиолет, крайний ультрафиолет и вакуумный ультрафиолет) с длиной волны от больше или равной примерно 10 нм до меньше или равной примерно 400 нм. В других вариантах свет может представлять собой ультрафиолетовое излучение в диапазоне длины волны от более или равной примерно 100 нм до меньше или равной примерно 400 нм (включая ультрафиолет A, ультрафиолет B, ультрафиолет C). В частности, свет может представлять собой отфильтрованный свет, сфокусированный светом, поляризованный свет или может быть внеспектральным или представлять собой смесь различных длин волн.Particularly suitable light falls within the ultraviolet electromagnetic spectrum. In some embodiments, the light may be ultraviolet (UV) radiation (including ultraviolet A, ultraviolet B, ultraviolet C, near ultraviolet, mid ultraviolet, far ultraviolet, extreme ultraviolet, and vacuum ultraviolet) with a wavelength greater than or equal to about 10 nm to less or equal to about 400 nm. In other embodiments, the light may be ultraviolet radiation in the wavelength range from greater than or equal to about 100 nm to less than or equal to about 400 nm (including ultraviolet A, ultraviolet B, ultraviolet C). In particular, the light may be filtered light, light focused, polarized light, or may be non-spectral or a mixture of different wavelengths.

В некоторых вариантах, как дополнительно описано ниже, окно УФ-пропускания может быть ультратонким и, таким образом, в определенных вариантах осуществления может иметь субмикронную толщину. Таким образом, ультратонкое окно 150 пропускания расположено между микрофлюидной ионизационной камерой в виде одного или нескольких микрофлюидных каналов 118 и микрофлюидной камерой ультрафиолетового излучения в виде микрофлюидной разрядной камеры 130. Ультратонкое окно 150 пропускания позволяет достаточному количеству ультрафиолетовых фотонов проходить из микрофлюидной разрядной камеры 130 в один или несколько микрофлюидных каналов 118, которые служат в качестве микрофлюидной ионизационной камеры для возбуждения одного или нескольких целевых аналитов до детектируемого уровня. В некоторых аспектах термин "пропускание" означает, что ультратонкое окно прозрачно для целевого диапазона длин волн электромагнитной энергии, например, в ультрафиолетовых диапазонах длин волн, описанных выше. Таким образом, в определенных аспектах окно пропускания пропускает больше или равно примерно 5% электромагнитной энергии в заранее определенном диапазоне длин волн, как вариант, больше или равно примерно 10%, как вариант, больше или равно примерно 20%, как вариант, больше или равно примерно 30%, как вариант, больше или равно примерно 40%, как вариант, больше или равно примерно 50%, как вариант, больше или равно примерно 60%, как вариант, больше или равно примерно 70%, как вариант, больше или равно примерно 80%, как вариант, больше или равно примерно 90%, и в некоторых аспектах, как вариант, больше или равно примерно 95% электромагнитной энергии в заранее заданном диапазоне длин волн (например, в ультрафиолетовых диапазонах спектра). В некоторых вариантах ультратонкое окно пропускания имеет толщину меньше или равную примерно 20 мкм и выполнено с возможностью пропускать больше или примерно 5% ультрафиолетовых фотонов или любого из уровней передачи ультрафиолетовых фотонов, указанных выше.In some embodiments, as further described below, the UV transmission window may be ultrathin, and thus, in certain embodiments, may be submicron thick. Thus, the ultra-thin transmission window 150 is located between the microfluidic ionization chamber in the form of one or more microfluidic channels 118 and the ultraviolet microfluidic chamber in the form of a microfluidic discharge chamber 130. The ultra-thin transmission window 150 allows a sufficient amount of ultraviolet photons to pass from the microfluidic discharge chamber 130 to one or a plurality of microfluidic channels 118 that serve as a microfluidic ionization chamber to excite one or more target analytes to a detectable level. In some aspects, the term "transmission" means that the ultrathin window is transparent to the target wavelength range of electromagnetic energy, such as the ultraviolet wavelength ranges described above. Thus, in certain aspects, the transmission window transmits greater than or equal to about 5% of electromagnetic energy in a predetermined wavelength range, alternatively greater than or equal to about 10%, alternatively greater than or equal to about 20%, alternatively greater than or equal to about 30% as an option, greater than or equal to about 40%, as an option, greater than or equal to about 50%, as an option, greater than or equal to about 60%, as an option, greater than or equal to about 70%, as an option, greater than or equal about 80%, alternatively, greater than or equal to about 90%, and in some aspects, alternatively, greater than or equal to about 95% of electromagnetic energy in a predetermined wavelength range (for example, in the ultraviolet ranges of the spectrum). In some embodiments, the ultrathin transmission window has a thickness of less than or equal to about 20 microns and is configured to transmit more than or about 5% of ultraviolet photons or any of the levels of ultraviolet photon transmission noted above.

Толщина сверхтонкого окна 150 пропускания может быть меньше или равна примерно 20 микрометрам (мкм), как вариант, меньше или равна примерно 10 мкм, как вариант, меньше или равна примерно 5 мкм, как вариант, меньше или равна примерно 4 мкм, как вариант, меньше или равна примерно 3 мкм, как вариант, меньше или равна примерно 2 мкм и в некоторых вариантах, как вариант, меньше или равна примерно 1 мкм. В некоторых вариантах выбора толщина сверхтонкого окна 150 пропускания может быть меньше или равна примерно 500 нм, как вариант, меньше или равна примерно 450 нм, как вариант, меньше или равна примерно 400 нм, как вариант, меньше или равна примерно 350 нм, как вариант, меньше или равна примерно 300 нм, как вариант, меньше или равна примерно 250 нм, как вариант, меньше или равна примерно 200 нм, как вариант, меньше или равна примерно 150 нм, как вариант, меньше или равна примерно 100 нм и в некоторых вариантах, как вариант, меньше или равна примерно 50 нм. В некоторых вариантах толщина сверхтонкого окна 150 пропускания может быть больше или равна примерно 50 нм, но меньше или равна примерно 20 мкм, как вариант, больше или равна примерно 50 нм, но меньше или равна примерно 10 мкм, как вариант, больше или равна примерно 50 нм, но меньше или равна примерно 5 мкм, как вариант, больше или равна примерно 50 нм, но меньше или равна примерно 4 мкм, как вариант, больше или равна примерно 50 нм, но меньше или равна примерно 3 мкм, как вариант, больше или равна примерно 50 нм, но меньше или равна примерно 2 мкм, как вариант, больше или равна примерно 50 нм, но меньше или равна примерно 1 мкм, как вариант, больше или равна примерно 50 нм, но меньше или равна примерно 500 нм, как вариант, больше или равна примерно 50 нм, но меньше или равна примерно 250 нм, как вариант, больше или равна примерно 50 нм, но меньше или равна примерно 250 нм, как вариант, больше или равна примерно 50 нм, но меньше или равна примерно 200 нм, как вариант, больше или равна примерно 50 нм, но меньше или равна примерно 150 нм и в некоторых вариантах, как вариант, больше или равна примерно 50 нм, но меньшей или равна примерно 100 нм.The thickness of the ultrathin transmission window 150 may be less than or equal to about 20 micrometers (μm), optionally, less than or equal to about 10 microns, optionally, less than or equal to about 5 microns, optionally, less than or equal to about 4 microns, optionally, less than or equal to about 3 μm, optionally less than or equal to about 2 μm, and in some embodiments, optionally less than or equal to about 1 μm. In some embodiments, the thickness of the ultrathin transmission window 150 may be less than or equal to about 500 nm, alternatively, less than or equal to about 450 nm, alternatively, less than or equal to about 400 nm, alternatively, less than or equal to about 350 nm, alternatively , less than or equal to about 300 nm, optionally less than or equal to about 250 nm, optionally less than or equal to about 200 nm, optionally less than or equal to about 150 nm, optionally less than or equal to about 100 nm, and in some alternatively less than or equal to about 50 nm. In some embodiments, the thickness of the ultrathin transmission window 150 may be greater than or equal to about 50 nm, but less than or equal to about 20 microns, alternatively greater than or equal to about 50 nm, but less than or equal to about 10 microns, alternatively greater than or equal to about 50 nm, but less than or equal to about 5 µm, optionally, greater than or equal to about 50 nm, but less than or equal to about 4 µm, optionally, greater than or equal to about 50 nm, but less than or equal to about 3 µm, optionally, greater than or equal to about 50 nm, but less than or equal to about 2 µm, optionally greater than or equal to about 50 nm, but less than or equal to about 1 µm, optionally greater than or equal to about 50 nm, but less than or equal to about 500 nm alternatively greater than or equal to about 50 nm but less than or equal to about 250 nm alternatively greater than or equal to about 50 nm but less than or equal to about 250 nm alternatively greater than or equal to about 50 nm but less than or equal to about 200 nm, optionally greater than or equal to about 50 nm, but less than or equal to about 150 nm, and in some embodiments, alternatively, greater than or equal to about 50 nm, but less than or equal to about 100 nm.

Как обсуждается ниже, ультратонкое окно 150 пропускания может представлять собой ультратонкую пластину или может представлять собой одну или несколько выбранных ультратонких областей или слоев, выполненных в более толстой пластине или слоях материала. В некоторых аспектах ультратонкое окно 150 пропускания может быть расположено над одним или несколькими микрофлюидными каналами 118. В некоторых вариантах ультратонкое окно 150 пропускания размещено по меньшей мере над частью одного или нескольких микрофлюидных каналов 118, таким образом формируя верхнюю стенку (например, четвертую сторону трехстороннего канала) для ограждения микрофлюидного канала(ов) 118. Однако ультратонкое окно 150 пропускания не обязательно должно контактировать с одним или несколькими микрофлюидными каналами 118, а вместо этого может быть расположено рядом с микрофлюидным каналом и может оставлять небольшой зазор, например, расположенный на расстоянии от менее нескольких миллиметров до менее чем примерно 10 мкм от одного или нескольких микрофлюидных каналов 118. Таким образом, источник ультрафиолетового света в виде микрофлюидной разрядной камеры 130 расположен и сконфигурирован так, чтобы направлять фотоны к образцам текучих сред, которые могут присутствовать в одном или нескольких микрофлюидных каналах. Таким образом, один или несколько микрофлюидных каналов 118 служат в качестве ионизационной камеры для присутствующих и протекающих в них анализируемых соединений.As discussed below, the ultra-thin transmission window 150 may be an ultra-thin plate, or may be one or more selected ultra-thin regions or layers provided in a thicker plate or layers of material. In some aspects, the ultrathin window 150 may be located over one or more microfluidic channels 118. In some embodiments, the ultrathin window 150 is placed over at least a portion of one or more microfluidic channels 118, thereby forming a top wall (e.g., the fourth side of a three-way channel). ) to enclose the microfluidic channel(s) 118. However, the ultra-thin transmission window 150 does not have to be in contact with one or more microfluidic channels 118, but instead may be located adjacent to the microfluidic channel(s) and may leave a small gap, for example, located at a distance from less than a few millimeters to less than about 10 microns from one or more microfluidic channels 118. Thus, the ultraviolet light source in the form of a microfluidic discharge chamber 130 is positioned and configured to direct photons towards fluid samples that may be present in one or more microfluidic channels. Thus, one or more microfluidic channels 118 serve as an ionization chamber for the analyzed compounds present and flowing therein.

В частности, в некоторых вариантах ультратонкое окно пропускания может быть изготовлено на микропроизводстве из материала, подобного диоксиду кремния, который обычно считался непригодным для такого применения, поскольку такой материал считают непрозрачным для УФ-излучения. Известно, что диоксид кремния имеет чрезвычайно низкий коэффициент пропускания (или чрезвычайно высокий коэффициент ослабления) в интересующем УФ-спектре (например, для длин волн от примерно 140 нм до примерно 70 нм, что соответствует энергии УФ-фотонов от 9 эВ до 17,5 эВ). Поэтому диоксид кремния традиционно не рассматривали в качестве материала, который можно было бы использовать в качестве окна пропускания УФ-излучения для устройства ФИД. Однако при использовании определенных методов микротехнологии, описанных в этом документе, диоксид кремния может быть сформирован как часть окна пропускания, которое имеет сверхтонкую толщину и, следовательно, становится прозрачным в целевом УФ-спектре. Более конкретно, доля проходящего потока УФ-фотонов определяется как (1-А×t), где A - коэффициент ослабления диоксида кремния, а t - толщина окна пропускания. Несмотря на большое значение A, A×t становится сравнительно небольшим (что означает, что он становится прозрачным для ультрафиолета), когда величина t очень малая (например, когда t имеет субмикронную толщину). Однако в настоящем изобретении предполагают формирование сверхтонких окон пропускания не только из кремнийсодержащих материалов, таких как диоксид кремния (например, кремнезём), плавленый диоксид кремния, кремний, но также из различных других материалов, таких как фторид магния (MgF2), фторид кальция (CaF2), фторид лития (LiF) и т.п. В некоторых вариантах ультратонкое окно пропускания содержит материал, выбранный из группы, состоящей из диоксида кремния, плавленого диоксида кремния, кремния, кварца, сапфира, фторида магния, фторида кальция, фторида лития и их комбинаций.In particular, in some embodiments, the ultra-thin transmission window may be microfabricated from a material like silica, which has generally been considered unsuitable for such applications because such a material is considered opaque to UV radiation. Silica is known to have extremely low transmittance (or extremely high attenuation) in the UV spectrum of interest (for example, for wavelengths from about 140 nm to about 70 nm, corresponding to UV photon energies from 9 eV to 17.5 eV). Therefore, silica has traditionally not been considered as a material that could be used as a UV window for a PID device. However, using certain microfabrication techniques described in this document, silica can be formed as part of a transmission window that has an ultra-thin thickness and therefore becomes transparent in the target UV spectrum. More specifically, the fraction of the transmitted UV photon flux is defined as (1-A×t), where A is the attenuation coefficient of silicon dioxide, and t is the thickness of the transmission window. Despite the large value of A, A×t becomes relatively small (which means that it becomes transparent to ultraviolet light) when the value of t is very small (for example, when t has a submicron thickness). However, the present invention involves the formation of ultra-thin transmission windows not only from silicon-containing materials such as silicon dioxide (for example, silica), fused silica, silicon, but also from various other materials such as magnesium fluoride (MgF 2 ), calcium fluoride ( CaF 2 ), lithium fluoride (LiF) and the like. In some embodiments, the ultrathin transmission window comprises a material selected from the group consisting of silica, fused silica, silicon, quartz, sapphire, magnesium fluoride, calcium fluoride, lithium fluoride, and combinations thereof.

В некоторых вариантах для поддержания механической целостности окно пропускания спроектировано в виде пластины, имеющей одну или несколько выбранных областей с ультратонкой толщиной для пропускания УФ-электромагнитного излучения/фотонов, в то время как оставшиеся области пластины за пределами одной или нескольких выбранных областей могут оставаться сравнительно толстыми, так как они непрозрачны. Более толстые непрозрачные области имеют толщину больше, чем толщина ультратонких областей пропускания. В некоторых вариантах отношение средней первой толщины ультратонкой области пропускания к средней второй толщине оставшихся непрозрачных более толстых областей может быть меньше или равно примерно 1:2, как вариант, меньше или равно примерно 1:3, как вариант, меньше или равно примерно 1:4, как вариант, меньше или равно примерно 1:5 и в некоторых вариантах, как вариант, меньше или равно примерно 1:5.In some embodiments, to maintain mechanical integrity, the transmission window is designed as a plate having one or more selected areas of ultra-thin thickness for UV/photon transmission, while remaining areas of the plate outside of one or more selected areas may remain relatively thick. because they are not transparent. The thicker opaque regions are thicker than the ultrathin transmission regions. In some embodiments, the ratio of the average first thickness of the ultrathin transmission region to the average second thickness of the remaining opaque thicker regions may be less than or equal to about 1:2, alternatively less than or equal to about 1:3, alternatively less than or equal to about 1:4 , alternatively less than or equal to about 1:5, and in some embodiments, alternatively less than or equal to about 1:5.

В некоторых вариантах более толстые области имеют толщину больше примерно 500 нм, как вариант, больше или равную примерно 600 нм, как вариант, больше или равную примерно 700 нм, как вариант, больше или равную примерно 750 нм, как вариант, больше чем или равную примерно 800 нм, как вариант, больше или равную примерно 900 нм, как вариант, больше или равную примерно 1 мкм, как вариант, больше или равную примерно 2 мкм, как вариант, больше или равную примерно 3 мкм, как вариант, больше или равную примерно 4 мкм, как вариант, больше или равную примерно 5 мкм, как вариант, больше или равную примерно 10 мкм, а в некоторых вариантах, как вариант, больше или равную примерно 20 мкм.In some embodiments, the thicker regions have a thickness greater than about 500 nm, alternatively greater than or equal to about 600 nm, alternatively greater than or equal to about 700 nm, alternatively greater than or equal to about 750 nm, alternatively greater than or equal to about 800 nm, optionally greater than or equal to about 900 nm, optionally greater than or equal to about 1 µm, optionally greater than or equal to about 2 µm, optionally greater than or equal to about 3 µm, optionally greater than or equal to about 4 µm, optionally greater than or equal to about 5 µm, optionally greater than or equal to about 10 µm, and in some embodiments, optionally greater than or equal to about 20 µm.

В других аспектах окно пропускания может быть сборкой, включающей в себя несколько слоев, например, один слой может быть ультратонким слоем, а другой слой может быть одним или несколькими более толстыми слоями. Таким образом, окно пропускания может быть сформировано в виде пакета слоев, содержащего первый слой и второй слой. Ультратонкое окно пропускания задано в первом слое, и одна или несколько областей второго слоя, соответствующих ультратонкому окну пропускания, отсутствуют. Следовательно, выбранные области одного или нескольких более толстых слоев могут быть удалены, чтобы обеспечить пропускание УФ-излучения через ультратонкий слой в выбранных областях. Удаление может быть достигнуто с помощью методов формирования наноструктуры, травления, литографии или фотолитографии. В некоторых аспектах материал, образующий окно пропускания, может быть таким, который можно обрабатывать с помощью таких технологий литографии, фотолитографии или формирования наноструктуры, например, диоксид кремния, кремний, кварц, плавленый кварц и т.п.In other aspects, the transmission window may be an assembly including multiple layers, for example, one layer may be an ultra-thin layer and the other layer may be one or more thicker layers. Thus, the transmission window can be formed as a layer pack containing the first layer and the second layer. An ultra-thin transmission window is set in the first layer, and one or more regions of the second layer corresponding to the ultra-thin transmission window are missing. Therefore, selected areas of one or more thicker layers can be removed to allow UV light to pass through the ultrathin layer in selected areas. Removal can be achieved using nanostructure shaping, etching, lithography or photolithography techniques. In some aspects, the material forming the transmission window may be one that can be processed using such lithography, photolithography, or nanostructuring techniques, such as silicon dioxide, silicon, quartz, fused silica, and the like.

На фиг. 4 показано изображение ультратонкого окна пропускания, выполненного в соответствии с некоторыми аспектами настоящего раскрытия. Окно, пропускающее ультрафиолетовое излучение, из диоксида кремния субмикронной толщины (например, 500 нм), формируют на кремниевой пластине, имеющей термооксидное покрытие. Термическое окисление происходит после воздействия на кремниевую пластину комбинации окислителей (и, возможно, тепла) для создания термического оксидного слоя, содержащего диоксид кремния (SiO2) или кремнезем. Чтобы сохранить его механическую целостность, окно пропускания, содержащее диоксид кремния, может быть спроектировано таким образом, чтобы некоторые части были чрезвычайно тонкими (например, толщиной меньше или равной примерно 500 нм), тогда как остальные части могли оставаться сравнительно толстыми. Для обеспечения механической прочности создают периодический узор с небольшой открытой площадью и вытравливают со стороны кремния (то есть со стороны, противоположной стороне, имеющей покрытие из термоокисла). Слой термоокисла (т.е. слой диоксида кремния) служит слоем, препятствующим травлению. Толщину окна пропускания диоксида кремния контролируют слоем термоокисла на кремниевой пластине. Таким образом, рисунок травления создает рисунок из выбранных областей диоксида кремния, которые ограничивают окно пропускания для УФ-излучения/фотонов. В качестве неограничивающего примера такие окна пропускания могут быть сформированы стандартными способами фотолитографии в чистом помещении.In FIG. 4 shows an image of an ultra-thin transmission window made in accordance with some aspects of the present disclosure. A window that transmits ultraviolet radiation, made of silicon dioxide of submicron thickness (for example, 500 nm), is formed on a silicon wafer having a thermal oxide coating. Thermal oxidation occurs after a silicon wafer is exposed to a combination of oxidants (and possibly heat) to create a thermal oxide layer containing silicon dioxide (SiO 2 ) or silica. In order to preserve its mechanical integrity, the silica-containing transmission window can be designed so that some parts are extremely thin (eg, less than or equal to about 500 nm thick), while other parts can remain relatively thick. To provide mechanical strength, a periodic pattern with a small open area is created and etched from the silicon side (ie, the side opposite the side having the thermal oxide coating). The thermal oxide layer (ie the silicon dioxide layer) serves as an anti-etch layer. The thickness of the silicon dioxide transmission window is controlled by a thermal oxide layer on a silicon wafer. Thus, the etch pattern creates a pattern of selected areas of silica that limit the UV/photon transmission window. As a non-limiting example, such transmission windows can be formed by standard cleanroom photolithography techniques.

ПримерыExamples

Тестирование способности ультратонкого кварцевого окна пропускать УФ-излучение. В этом исследовании УФ-лампу, используемую в обычном ФИД, приобрели у Baseline-Mocon и использовали в качестве УФ-источника (энергия УФ-фотонов 10,6 эВ, длина волны приблизительно 120 нм). Лампу поместили непосредственно сверху ультратонкого окна, пропускающего УФ-излучение, из диоксида кремния, сформированного в соответствии с некоторыми аспектами настоящего изобретения. В качестве аналита использовали толуол, и его пропускали через микрофлюидную ионизационную камеру под окном из диоксида кремния. Получили сигнал ~ 0,01 В (столбик справа на фиг. 5). Для сравнения, в столбике слева на фиг. 5 окно из диоксида кремния заменено кремниевой пластиной, имеющей воздушное окно (что означает, что часть кремниевой пластины полностью протравлена насквозь) с той же площадью пропускания УФ-излучения, что и у окна из диоксида кремния. Сигнал 0,05 В получили при тех же условиях тестирования, что и для окна из диоксида кремния. Приведенное выше сравнение показывает, что ультратонкое окно из диоксида кремния может эффективно пропускать УФ-свет.Testing the ability of an ultra-thin quartz window to transmit UV radiation. In this study, a UV lamp used in a conventional PID was purchased from Baseline-Mocon and used as a UV source (UV photon energy 10.6 eV, wavelength approximately 120 nm). The lamp was placed directly on top of an ultra-thin, UV-transmitting silica window formed in accordance with some aspects of the present invention. Toluene was used as the analyte and passed through a microfluidic ionization chamber under a silica window. We received a signal of ~ 0.01 V (column on the right in Fig. 5). For comparison, in the column on the left in Fig. 5, the silica window is replaced by a silicon wafer having an air window (meaning that part of the silicon wafer is completely etched through) with the same UV transmission area as the silica window. A signal of 0.05 V was obtained under the same test conditions as for the silica window. The above comparison shows that the ultra-thin silica window can effectively transmit UV light.

Вышеприведенное описание вариантов осуществления было приведено для целей иллюстрации и описания. Не предполагается, что оно является всеохватывающим или ограничивающим изобретение. Отдельные элементы или признаки определенного варианта осуществления, в целом, не ограничены этим конкретным вариантом осуществления, но, где допустимо, они могут быть заменимыми и могут использоваться в выбранном варианте осуществления, даже если специально не были показаны или описаны. Их также можно изменять многими способами. Такие изменения не следует рассматривать как отклонение от изобретения, и полагается, что все такие модификации включены в объем изобретения.The above description of the embodiments has been provided for purposes of illustration and description. It is not intended to be all inclusive or to limit the invention. Individual elements or features of a particular embodiment are generally not limited to that particular embodiment, but where appropriate, they may be interchangeable and may be used in the selected embodiment even if not specifically shown or described. They can also be modified in many ways. Such changes should not be construed as a departure from the invention, and all such modifications are intended to be included within the scope of the invention.

Claims (20)

1. Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД), содержащий: микрофлюидную ионизационную камеру, имеющую вход, который принимает образец текучей среды, и выход, через который образец текучей среды выходит из микрофлюидной ионизационной камеры; первый электрод и отдельный второй электрод, электрически соединенные с микрофлюидной ионизационной камерой; интегрированную микрофлюидную камеру ультрафиолетового излучения для генерации ультрафиолетовых фотонов; и окно пропускания, расположенное между микрофлюидной ионизационной камерой и микрофлюидной камерой ультрафиолетового излучения, при этом окно пропускания ограничивает одну или более ультратонких областей пропускания, имеющих толщину, меньшую или равную примерно 500 нм, которые позволяют пропускать ультрафиолетовые фотоны из микрофлюидной камеры ультрафиолетового излучения в микрофлюидную ионизационную камеру.1. An integrated microfluidic photoionization detector (PID) comprising: a microfluidic ionization chamber having an inlet that receives a fluid sample and an outlet through which the fluid sample exits the microfluidic ionization chamber; a first electrode and a separate second electrode electrically connected to the microfluidic ionization chamber; an integrated ultraviolet microfluidic chamber for generating ultraviolet photons; and a transmission window located between the microfluidic ionization chamber and the microfluidic ultraviolet radiation chamber, wherein the transmission window defines one or more ultrathin transmission regions having a thickness less than or equal to about 500 nm, which allow transmission of ultraviolet photons from the microfluidic ultraviolet radiation chamber into the microfluidic ionization chamber. camera. 2. Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) по п. 1, в котором окно пропускания содержит материал, выбранный из группы, состоящей из диоксида кремния, плавленого диоксида кремния, кремния, кварца, сапфира, фторида магния, фторида кальция, фторида лития и их комбинаций.2. An integrated microfluidic photoionization detector (PID) according to claim 1, wherein the transmission window comprises a material selected from the group consisting of silicon dioxide, fused silica, silicon, quartz, sapphire, magnesium fluoride, calcium fluoride, lithium fluoride, and their combinations. 3. Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) по п. 1 или 2, в котором ультратонкие области пропускания сформированы в виде одной или более выбранных областей на пластине.3. An integrated microfluidic photoionization detector (PID) according to claim 1 or 2, wherein the ultrathin transmission regions are formed as one or more selected regions on the wafer. 4. Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) по любому из пп. 1-3, в котором окно пропускания расположено на опорной пластине, и ультратонкие области пропускания сформированы как одна или более выбранных областей на опорной пластине.4. Integrated microfluidic photoionization detector (PID) according to any one of paragraphs. 1-3, in which the transmission window is located on the base plate, and ultra-thin transmission regions are formed as one or more selected areas on the base plate. 5. Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) по любому из пп. 1-4, в котором окно пропускания также содержит пакет слоев, содержащий первый слой и второй слой, причем указанные одна или более ультратонкие области пропускания сформированы в первом слое, где второй слой отсутствует.5. Integrated microfluidic photoionization detector (PID) according to any one of paragraphs. 1-4, wherein the transmission window also comprises a layer stack comprising a first layer and a second layer, said one or more ultrathin transmission regions being formed in the first layer where the second layer is absent. 6. Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) по любому из пп. 1-5, в котором окно пропускания имеет толщину, меньшую или равную примерно 20 мкм, и выполнено с возможностью пропускания больше или примерно 5% ультрафиолетовых фотонов.6. Integrated microfluidic photoionization detector (PID) according to any one of paragraphs. 1-5, in which the transmission window has a thickness less than or equal to about 20 microns, and is configured to transmit more than or about 5% of ultraviolet photons. 7. Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) по любому из пп. 1-6, в котором указанные одна или более ультратонких областей пропускания содержат материал, выбранный из группы, состоящей из диоксида кремния и плавленого диоксида кремния, и имеют толщину от больше или равной примерно 250 нм до меньше или равной примерно 500 нм.7. Integrated microfluidic photoionization detector (PID) according to any one of paragraphs. 1-6, wherein said one or more ultrathin transmission regions comprise a material selected from the group consisting of silica and fused silica and have a thickness greater than or equal to about 250 nm to less than or equal to about 500 nm. 8. Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) по любому из пп. 1-7, в котором микрофлюидная камера ультрафиолетового излучения имеет вход для подачи текучей среды, генерирующей ультрафиолетовое излучение.8. Integrated microfluidic photoionization detector (PID) according to any one of paragraphs. 1-7, wherein the ultraviolet radiation microfluidic chamber has an inlet for supplying an ultraviolet radiation generating fluid. 9. Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) по любому из пп. 1-8, в котором микрофлюидная камера ультрафиолетового излучения содержит текучую среду, генерирующую ультрафиолетовое излучение, выбранную из группы, состоящей из криптона, аргона, гелия и их комбинаций.9. Integrated microfluidic photoionization detector (PID) according to any one of paragraphs. 1-8, wherein the ultraviolet microfluidic chamber contains an ultraviolet radiation generating fluid selected from the group consisting of krypton, argon, helium, and combinations thereof. 10. Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) по любому из пп. 1-9, в котором микрофлюидная ионизационная камера представляет собой один или более микрофлюидных каналов, при этом интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) дополнительно содержит третий электрод и отдельный четвертый электрод, сформированные в слое, расположенном поверх микрофлюидной камеры ультрафиолетового излучения и электрически соединенном с ней, причем третий электрод и четвертый электрод образуют второй рисунок, который соответствует первому рисунку из указанных одного или более микрофлюидных каналов микрофлюидной ионизационной камеры, находящейся ниже микрофлюидной камеры ультрафиолетового излучения.10. Integrated microfluidic photoionization detector (PID) according to any one of paragraphs. 1-9, in which the microfluidic ionization chamber is one or more microfluidic channels, while the integrated microfluidic photoionization detector (PID) further comprises a third electrode and a separate fourth electrode formed in a layer located on top of the microfluidic ultraviolet radiation chamber and electrically connected to it wherein the third electrode and the fourth electrode form a second pattern that corresponds to a first pattern of said one or more microfluidic channels of the microfluidic ionization chamber below the ultraviolet microfluidic chamber. 11. Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) по любому из пп. 1-10, в котором микрофлюидная ионизационная камера имеет общий объем, меньший или равный примерно 10 микролитров (мкл), а микрофлюидная камера ультрафиолетового излучения имеет общий объем менее примерно 10 мкл.11. Integrated microfluidic photoionization detector (PID) according to any one of paragraphs. 1-10, wherein the microfluidic ionization chamber has a total volume less than or equal to about 10 microliters (μl) and the ultraviolet microfluidic chamber has a total volume of less than about 10 μl. 12. Интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) по любому из пп. 1-11, в котором первый электрод и отдельный второй электрод сформированы в слое из электропроводящего материала, и указанные один или более микрофлюидных каналов расположены в указанном слое для электрического изолирования первого электрода от второго отдельного электрода.12. Integrated microfluidic photoionization detector (PID) according to any one of paragraphs. 1-11, wherein the first electrode and a separate second electrode are formed in a layer of electrically conductive material, and said one or more microfluidic channels are located in said layer to electrically isolate the first electrode from the second separate electrode. 13. Система детектирования одного или более аналитов летучих органических соединений (ЛОС), содержащая: (i) блок газовой хроматографии (ГХ), содержащий по меньшей мере одну газовую хроматографическую колонку; и (ii) интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД), расположенный после блока газовой хроматографии (ГХ), содержащий: микрофлюидную ионизационную камеру, имеющую вход для приема образца текучей среды и выход для выхода образца текучей среды из микрофлюидной ионизационной камеры; первый электрод и отдельный второй электрод, электрически соединенные с микрофлюидной ионизационной камерой; интегрированную микрофлюидную камеру ультрафиолетового излучения для генерации ультрафиолетовых фотонов; и окно пропускания, расположенное между микрофлюидной ионизационной камерой и микрофлюидной камерой ультрафиолетового излучения, при этом окно пропускания ограничивает одну или более ультратонких областей пропускания, имеющих толщину, меньшую или равную примерно 500 нм, которые позволяют пропускать ультрафиолетовые фотоны из микрофлюидной камеры ультрафиолетового излучения в микрофлюидную ионизационную камеру, при этом микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) выполнен с возможностью анализа образца, обработанного в блоке газовой хроматографии (ГХ).13. System for detecting one or more analytes of volatile organic compounds (VOC), containing: (i) a gas chromatography (GC) unit containing at least one gas chromatographic column; and (ii) an integrated microfluidic photoionization detector (PID) located after the gas chromatography (GC) unit, comprising: a microfluidic ionization chamber having an inlet for receiving a fluid sample and an outlet for exiting a fluid sample from the microfluidic ionization chamber; a first electrode and a separate second electrode electrically connected to the microfluidic ionization chamber; an integrated ultraviolet microfluidic chamber for generating ultraviolet photons; and a transmission window located between the microfluidic ionization chamber and the microfluidic ultraviolet radiation chamber, wherein the transmission window defines one or more ultrathin transmission regions having a thickness less than or equal to about 500 nm, which allow transmission of ultraviolet photons from the microfluidic ultraviolet radiation chamber to the microfluidic ionization chamber. chamber, wherein the microfluidic photoionization detector (PID) is configured to analyze the sample processed in the gas chromatography (GC) unit. 14. Система детектирования по п. 13, в которой окно пропускания содержит материал, выбранный из группы, состоящей из диоксида кремния, плавленого диоксида кремния, кварца, кремния, сапфира, фторида магния, фторида кальция, фторида лития и их комбинаций.14. The detection system of claim 13 wherein the transmission window comprises a material selected from the group consisting of silica, fused silica, quartz, silicon, sapphire, magnesium fluoride, calcium fluoride, lithium fluoride, and combinations thereof. 15. Система детектирования по п. 13 или 14, в которой окно пропускания сформировано в виде одной или более выбранных областей на пластине.15. The detection system according to claim 13 or 14, wherein the transmission window is formed in the form of one or more selected areas on the plate. 16. Система детектирования по любому из пп. 13-15, в которой окно пропускания расположено на опорной пластине, и одна или более ультратонких областей пропускания сформирована в выбранных областях опорной пластины.16. The detection system according to any one of paragraphs. 13-15, in which the transmission window is located on the base plate, and one or more ultra-thin transmission regions are formed in selected areas of the base plate. 17. Система детектирования по любому из пп. 13-16, в которой окно пропускания интегрированного микрофлюидного ионизационного детектора (ФИД) также содержит пакет слоев, содержащий первый слой и второй слой, причем одна или более ультратонких областей пропускания сформированы в первом слое, где второй слой отсутствует.17. The detection system according to any one of paragraphs. 13-16, wherein the integrated microfluidic ionization detector (PID) transmission window also comprises a layer stack comprising a first layer and a second layer, with one or more ultrathin transmission regions formed in the first layer where the second layer is absent. 18. Система детектирования по любому из пп. 13-17, в которой окно пропускания имеет толщину, меньшую или равную примерно 20 мкм, и выполнено с возможностью пропускания больше или примерно 5% ультрафиолетовых фотонов.18. The detection system according to any one of paragraphs. 13-17, in which the transmission window has a thickness less than or equal to about 20 microns and is configured to transmit more than or about 5% of ultraviolet photons. 19. Система детектирования по любому из пп. 13-18, в которой микрофлюидная ионизационная камера представляет собой один или более микрофлюидных каналов, при этом интегрированный микрофлюидный фотоионизационный детектор (ФИД) дополнительно содержит третий электрод и отдельный четвертый электрод, сформированные в слое, расположенном поверх микрофлюидной камеры ультрафиолетового излучения и электрически соединенном с ней, причем третий электрод и четвертый электрод образуют второй рисунок, который соответствует первому рисунку из указанных одного или более микрофлюидных каналов микрофлюидной ионизационной камеры, находящейся ниже микрофлюидной камеры ультрафиолетового излучения.19. The detection system according to any one of paragraphs. 13-18, in which the microfluidic ionization chamber is one or more microfluidic channels, while the integrated microfluidic photoionization detector (PID) further comprises a third electrode and a separate fourth electrode formed in a layer located on top of the microfluidic ultraviolet radiation chamber and electrically connected to it wherein the third electrode and the fourth electrode form a second pattern that corresponds to a first pattern of said one or more microfluidic channels of the microfluidic ionization chamber below the ultraviolet microfluidic chamber. 20. Система детектирования по п. 19, в которой первый электрод и отдельный второй электрод сформированы в слое из электропроводящего материала, и указанные один или более микрофлюидных каналов расположены в указанном слое для электрического изолирования первого электрода от второго отдельного электрода.20. The detection system of claim 19, wherein the first electrode and the separate second electrode are formed in a layer of electrically conductive material, and said one or more microfluidic channels are located in said layer to electrically isolate the first electrode from the second separate electrode.
RU2021112132A 2018-10-03 2019-10-02 Integrated micro-photoionization detector with ultra-thin uv transmission window RU2792724C2 (en)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US62/740,583 2018-10-03

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2021112132A RU2021112132A (en) 2022-11-11
RU2792724C2 true RU2792724C2 (en) 2023-03-23

Family

ID=

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2455633C1 (en) * 2010-12-28 2012-07-10 ООО "Бюро аналитического приборостроения "Хромдет-Экология" Photoionisation detector
RU2523765C1 (en) * 2012-12-24 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" Photo-ionisation detector for gas analysers

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2455633C1 (en) * 2010-12-28 2012-07-10 ООО "Бюро аналитического приборостроения "Хромдет-Экология" Photoionisation detector
RU2523765C1 (en) * 2012-12-24 2014-07-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тверской государственный технический университет" Photo-ionisation detector for gas analysers

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6929570B2 (en) Small discharge photoionization detector
Rezende et al. Micro photoionization detectors
CN107735682B (en) Microfluidic photoionization detector
Akbar et al. GC-on-chip: integrated column and photoionization detector
US20080054174A1 (en) Ion Mobility Spectrometer
US8237116B2 (en) GC-MS analysis apparatus
US20030103205A1 (en) Method and apparatus for glow discharges with liquid microelectrodes
JP2009523246A (en) Ionization-based detection
EP2920583B1 (en) Photoionization detector for gas chromatography having two separately ionizing sources
Puanngam et al. A cold plasma dielectric barrier discharge atomic emission detector for atmospheric mercury
US20210341422A1 (en) Integrated micro-photoionization detector with an ultrathin ultraviolet transmission window
JP2019529922A (en) Post-separation mobility analyzer and method for determining ion collision cross sections
RU2792724C2 (en) Integrated micro-photoionization detector with ultra-thin uv transmission window
EP2784499B1 (en) Transmission window for a vacuum ultraviolet gas discharge lamp
US10048222B2 (en) Miniaturized helium photoionization detector
WO2013176580A1 (en) Differential ion mobility spectrometer
US20230145929A1 (en) Photoionization detector and method for gas sample analysis
US6840085B1 (en) Photoionization detector with multiple ionization cells
Wilson et al. LEd-SpEC: Spectroscopic detection of water contaminants using glow discharges from liquid microelectrodes
Rezende Microfabricated modular photoionization detector for volatile organic compounds
Rezende et al. Micro photo ionization detector for Volatile Organic compounds: State of the art and future studies
Mitra DC Pulse-Powered Microdischarges on Planar Electrodes and Their Use in Vapor and Liquid Phase Chemical Sensing in Ambient Air.
Rezende et al. MICRO PHOTO IONIZATION DETECTOR FOR VOLATILE ORGANIC COMPOUNDS
Yang et al. Probing Aqueous Surfaces by TOF-SIMS