本發(fā)明涉及一種校準用于探測目標化學品的檢測設備(detection apparatus)的方法。更具體地，本發(fā)明涉及一種包括采用異氟烷作為化學標準品(chemical standard)來校準檢測設備的方法，該檢測設備包括電離器和用于探測由電離形成的離子的探測器。

背景技術：

化學標準品具有廣泛的應用，常作為校準裝置或系統(tǒng)的工具。根據國際度量衡局的“校準”是指：“這樣的操作，第一步，在規(guī)定的條件下，建立由測量標準提供的具有測量不確定度(measurement uncertainties)的量值與具有相關測量不確定度(校準的儀器(calibrated instrument)的或者第二標準的)的對應示值之間的關系，以及，第二步，用此信息建立從示值獲得測量結果的關系”。因此，通常憑借校準作為手段來降低實驗條件(例如壓力和溫度)變化對裝置或系統(tǒng)的參數(shù)測量的影響，進而改善實驗獲得的數(shù)據的可信度。

在檢測設備中，實驗獲得的數(shù)據的可信度是基本要求，對于其應用來說非常關鍵。例如，檢測設備可以用于軍事、警方和個人安全中以作為探測化學戰(zhàn)劑(chemical warfare agents)的工具或者給醫(yī)療工作者用于檢測某些生物材料。除了用于改進檢測設備的應用和操作的潛力外，能夠作為確保涉及分析物樣品而獲得的實驗數(shù)據相關性和可靠性的工具的可用化學標準品非常稀有。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明涉及有關1-氯-2,2,2-三氟乙基二氟甲醚，也稱作異氟烷(CAS號：26675-46-7)，作為校準檢測設備的化學標準品的應用。

本發(fā)明的一個方面在于提供了一種校準檢測設備的方法，該檢測設備包括：

用于電離樣品的電離器(ioniser)；

用于探測由電離形成的離子的探測器；

該方法包括：

i)將含有異氟烷的校準物樣品引入至所述檢測設備中；

ii)收集與探測的由電離所述校準物樣品而形成的異氟烷的單體和二聚體負離子相關的實驗數(shù)據；

iii)基于對所收集的異氟烷的單體負離子的實驗數(shù)據相對所收集的異氟烷的二聚體負離子的實驗數(shù)據的評價，校準用于探測已知目標化學品的檢測設備。

本發(fā)明的另一方面在于提供了一種校準檢測設備的系統(tǒng)，其中，該檢測設備包括：用于電離樣品的電離器和用于探測由電離形成的離子的探測器；含有異氟烷的校準物樣品；以及分析單元，該分析單元被配置為：

i)收集與探測的由電離所述校準物樣品而形成的異氟烷的單體和二聚體離子相關的實驗數(shù)據；以及

ii)基于對所收集的異氟烷的單體離子的實驗數(shù)據相對所收集的異氟烷的二聚體離子的實驗數(shù)據的評價，校準用于探測已知目標化學品的檢測設備。

本發(fā)明的又一方面在于提供了一種裝置，其包括：檢測設備，其中，該檢測設備包括：用于電離樣品的電離器和用于探測由電離形成的離子的探測器；含有異氟烷或基本由異氟烷組成的校準物樣品；以及被配置為用于響應檢測設備的溫度、壓力和/或電場的變化以將所述校準物樣品引入至所述檢測設備中的工具。

本發(fā)明的又一方面提供了含有異氟烷或基本由異氟烷組成的校準物樣品在校準用于探測目標化學品的檢測設備中的應用，其中，該檢測設備包括：用于電離樣品的電離器和用于探測由電離形成的離子的探測器。

附圖說明

以下將通過參考附圖并僅結合實施例的方式對本發(fā)明的具體實施方式進行描述，其中：

圖1為說明本發(fā)明的方法的流程圖。

圖2顯示根據本發(fā)明一種實施方式的離子遷移譜儀形式的檢測設備。

圖3是顯示在離子遷移譜儀的無摻雜負模式(negative mode)下異氟烷的單體離子峰和二聚體離子峰以及由空氣電離形成的反應物離子峰(RIP)的漂移時間的一系列譜圖，同時顯示了在IMS室中內部濕度水平升高了。

圖4為顯示溫度對異氟烷的單體離子和二聚體離子的離子遷移率(K₀)降低的影響的繪圖。

圖5為說明可用于將異氟烷校準物樣品引入至檢測設備中的按需蒸汽發(fā)生器(OVG)的一個實例的示意框圖，其中該按需蒸汽發(fā)生器采用了單蒸汽可透過通道。

圖6為說明可用于將異氟烷校準物樣品引入至檢測設備中的按需蒸汽發(fā)生器(OVG)的另一個實例的示意框圖，其中該按需蒸汽發(fā)生器采用了單蒸汽可透過通道。

圖7為說明可用于將異氟烷校準物樣品引入至檢測設備中的按需蒸汽發(fā)生器(OVG)的一個實例的示意框圖，其中該按需蒸汽發(fā)生器采用了具有通道出口的蒸汽可透過通道和一條或多條封閉的蒸汽可透過通道。

圖8為說明可用于將異氟烷校準物樣品引入至檢測設備中的按需蒸汽發(fā)生器(OVG)的另一個實例的示意框圖，其中該按需蒸汽發(fā)生器采用了具有通道出口的蒸汽可透過通道和一條或多條封閉的蒸汽可透過通道。

具體實施方式

在圖1所示的例子中，方法101的第一部分包括電離含有異氟烷或基本由異氟烷組成的校準物樣品。異氟烷，其化學結構如下所示，公知的是主要用作麻醉劑，常用于獸醫(yī)麻醉，并且通常以(R)和(S)光學異構體的外消旋混合物形式存在。

因此，將校準物樣品引入至所述檢測設備中，在其中被檢測設備的電離器所電離。一旦電離，異氟烷可以形成單體負離子和二聚體負離子。本文中所指的異氟烷的單體負離子和異氟烷的二聚體負離子分別對應于[CF₃CH(Cl)OCF₂H-X]^-加合物和[(CF₃CH(Cl)OCF₂H)₂-X]^-加合物，其中X為O₂、Br或I。這些加合物中的X的性質取決于在探測器中的主要化學過程，其可以通過例如操作探測器期間存在或不存在摻雜劑來改變。

本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)所述單體離子和二聚體離子的性質因通常與檢測設備相關的某些實驗條件而被不同的影響。探測的這兩種不同離子的實驗數(shù)據之間的關系可被識別并用于校準用于探測具體目標化學品的檢測設備。

在圖1所示的方法的實施例中，異氟烷的單體負離子和異氟烷的二聚體負離子的探測102是通過檢測設備的探測器(適用于探測由電離形成的離子)完成。在一些實施方式中，該檢測設備包括：在所述電離器和探測器之間的漂移室，離子可沿著該漂移室從所述電離器傳送至所述探測器；用于控制由所述電離器至所述漂移室的離子通道的閘門(gate)；多個電極，被配置為在所述漂移室中提供均勻的負電場梯度以用于離子由所述電離器傳送至所述探測器。所述探測器可以與分析單元相連。在一些實施方式中，所述分析單元包括計算機系統(tǒng)。所述計算機系統(tǒng)可以包括計算機程序產品，并可以記錄在永久電腦可讀媒介上，以及這些可編寫成處理程序(processor)來操作本文中描述的一種或多種方法。

圖1所示的方法包括收集關于探測的由電離所述校準物樣品而形成的異氟烷的單體負離子和二聚體負離子的數(shù)據(步驟103)。在一些實施方式中，所述檢測設備包括在所述電離器和探測器之間的漂移室(drift chamber)、閘門和多個電極，獲得的作為本發(fā)明方法的一部分的實驗數(shù)據可以包括由電離所述校準物樣品而形成的異氟烷的單體負離子和二聚體負離子通過該漂移室的漂移時間。換句話說，漂移時間對應于電離后至被探測在漂移室中單體離子和二聚體離子的飛行時間。所述探測器與分析單元連接，從而所述分析單元可以配置為收集關于探測的由電離所述校準物樣品而形成的異氟烷的單體離子和二聚體離子的實驗數(shù)據。

圖1所示的方法包括基于對所收集的異氟烷的單體離子的實驗數(shù)據相對所收集的異氟烷的二聚體負離子的實驗數(shù)據的評價，校準用于探測已知目標化學品的檢測設備(步驟104)。在一些實施方式中，所述方法的該部分可以包括對異氟烷的單體負離子的漂移時間相對異氟烷的二聚體負離子的漂移時間進行評價。在一些實施方式中，在所述檢測設備中異氟烷的單體離子周圍(about)的中性分子聚集水平(a level of clustering of neutral molecules)是采用異氟烷的單體離子的漂移時間與異氟烷的二聚體離子的漂移時間的比例測定的。

因此，校準可以包括修正用于探測具體已知目標化學品的探測器的漂移時間探測參數(shù)(drift time detection parameter)。例如這可以基于比較所述檢測設備中異氟烷單體離子周圍的中性分子聚集水平的測定值相對目標化學品在聚集水平變化下的預估的漂移時間。一旦檢測設備已校準，便可采用該帶有探測參數(shù)的檢測設備來分析分析物樣品。其中，分析單元作為用于實現(xiàn)實施本發(fā)明的方法的裝置，該分析單元可以配置為基于對所收集的異氟烷的單體離子的實驗數(shù)據相對所收集的異氟烷的二聚體離子的實驗數(shù)據的評價，校準用于探測已知目標化學品的檢測設備。

在一些實施方式中，根據本發(fā)明公開內容的需要被校準的檢測設備為離子遷移譜儀，更優(yōu)選為負模式離子遷移譜儀(negative mode ion mobility spectrometer)。離子遷移譜儀(IMS)是能夠在具有緩沖氣體的電場中，通過離子間相互作用，根據氣相離子的尺寸與電荷的比例來分離氣態(tài)離子的分析技術。IMS可以基于電離的化學品穿過隔離電離器和探測器的漂移室所消耗的時間來鑒定化學品。IMS探測器的輸出可以被視覺化地用圖表表示，形成峰高vs.離子飛行時間(“漂移時間”)的譜圖。

離子遷移譜儀的應用廣泛，最知名的是用于探測化學戰(zhàn)劑、爆炸物和非法藥品，因為它們具有高靈敏度、可攜帶、易操作和響應時間快，從而使得它們成為對于軍事、警方和個人安全來說具有非常高價值的裝置。離子遷移譜儀還用于探測生物材料，包括醫(yī)療診斷設備的部分，以及用于連續(xù)監(jiān)測空氣分子污染物。

圖2是離子遷移譜儀200的示圖，其包括電離室202(被閘門206與漂移室204隔離開)。閘門206可以離子控制由電離室202至所述漂移室204的通道。在圖2中，電離源210配置為用于在電離室202電離原料。在圖2所示的示例中，所述漂移室204位于電離室202和探測器218之間，以便離子可穿過所述漂移室204抵達所述探測器218。所述漂移室204可以包括一系列電極220以用于在漂移室中施加電場來促使來自電離室202的電子沿著漂移室204向探測器218移動。所述離子遷移譜儀200可以配置為在基本與離子傳輸至探測器218的路徑相反的方向上提供源源不斷的緩沖氣流。例如，漂移氣體可從鄰近探測器218向閘門206流動。

所述探測器218可以用于表示被探測離子的性質，即根據離子穿過閘門206沿著漂移室204至探測器218的時間。探測器218的實例為配置為提供指示離子已抵達探測器218的信號。例如，探測器可以包括法拉第盤，其在離子達到其上被中和時會產生電流。

電極220可以配置為引導離子移向探測器218，例如電極220可以包括環(huán)，該環(huán)圍繞所述漂移室204設置以便聚焦于所述探測器218上。盡管圖2給出的示例包括了多個電極220，一些實施方式中可以僅采用兩個電極，或者采用一個電極并結合探測器218以施加電場來引導離子移向探測器218。其他電極構型(electrode configuration)也是可能的，例如包括但不限于其他幾何形狀的電極以及阻電和/或導電(electrically resistive and/or conductive)(例如阻電導體(resistive electrical conductor))涂層，例如連續(xù)涂層。

IMS可以非同時地在負模式(negative mode)或正模式(positive mode)下操作，這取決于分別施用的是負電場梯度還是正電場梯度。以往，在離子遷移譜儀中對形成正離子的分析物的探測(也因此需要在正模式下進行)主要涉及的是麻醉劑的探測，而爆炸物的探測更常在負模式下進行。

在電場影響下的在漂移室204的緩沖氣體中的離子的移動速率通常受離子的物理性質以外的電場強度、緩沖氣體的性質、溫度和壓力的影響。在IMS環(huán)境下的具體離子的定性測量采用的是離子遷移率常數(shù)(K)，其源自離子的速率和電場強度并根據以下方程(1)而得：

其中，v為離子速率單位為cm s^-1，E為漂移區(qū)域的電場強度單位為V cm^-1，L為漂移區(qū)域的長度單位為cm，V為貫穿所述漂移區(qū)域的總電壓降單位為伏特以及t_d為離子移動L距離所花的時間(“漂移時間”)單位為秒。通常離子遷移率常數(shù)需要修正且以弱化遷移率常數(shù)(reduced mobility constant，K₀)表示，其相當于根據以下方程(2)被修正至標準壓力和溫度的所測遷移率常數(shù)：

其中，P為漂移區(qū)域中的壓力單位為Torr以及T為緩沖氣體溫度單位為開爾文。采用方程(2)確定弱化遷移的一個問題在于其并不考慮因溫度變化引起的離子碰撞截面改變的影響(該影響如圖4所示，將在下文中討論)。如在Analyst,2010,135,1433to 1442中所報道的，這已導致了在IMS中采用化學標準品來作為校準實驗所得的離子遷移率的工具。過去提出了一些在IMS中可用的化學標準品，包括2,4-盧剔啶和甲基磷酸二甲酯的質子結合二聚體(proton-bound dimers)，其在從室溫至250℃下顯示出變化很小的弱化遷移。

通過采用化學標準品，弱化遷移可以根據以下方程(3)由實驗所得遷移率計算得到。該關系在以前被用于修正IMS中與電場強度、溫度和壓力有關的測量不確定度。

近些年來，已認識到弱化遷移值不僅受到溫度和壓力的影響，還作為穿過漂移室的離子周圍的中性分子，例如水、空氣、二氧化碳和揮發(fā)性有機化合物的聚集的結果。在一些情況中，這可能是由緩沖氣體污染導致的。離子周圍的聚集將影響其穿過漂移室的遷移率。

例如，這種現(xiàn)象已表現(xiàn)出對2,4-盧剔啶和甲基磷酸二甲酯的質子結合二聚體(以前其用作化學標準品)的遷移率的影響。

因此，本領域對受中性分子聚集(例如由高濕度漂移室的高濕度水平引起的)影響非常弱的化學標準品具有高度興趣。由此也引起了校準離子遷移譜儀的新方法；其中的一種是依靠采用“遷移標準品(mobility standard)”和“儀器標準品(instrument standard)”，如Analyst,2010,135,1433-1442中所提出的。遷移標準品對應于對聚集敏感的化學標準品，同時對聚集不敏感而由此遷移值保持例如不受緩沖氣體污染的影響的標準品被視為儀器標準品。二叔丁基吡啶(DTBP)已被認為是用于IMS的一種儀器標準品的實例，因為它的遷移率不受緩沖氣體溫度和濕度水平的影響。

具有遷移和儀器標準品的離子遷移譜儀的校準，如圖2所示的，可以首先包括采用以下方程(4)(以上方程(2)的重新調整)確定儀器常數(shù)(Ci)。被提出的是，儀器常數(shù)的數(shù)值是在漂移區(qū)域的長度、壓力、溫度和/或電場梯度改變后測定的。

在確定儀器常數(shù)(Ci)后，便可采用漂移標準品確定在譜儀中是否發(fā)生了聚集。如果實驗測定的漂移標準品的漂移時間和其弱化遷移率常數(shù)的乘積(product)等于所測定的儀器常數(shù)(Ci)，那么這表示不存在聚集。在該情況下，以下方程(5)可以用于確定未知分析物的弱化遷移率常數(shù)。

或者，如果存在聚集，例如譜儀中存在污染，那么可以確定在特定溫度和聚集水平下的校正因子(對特定分析物是唯一的)以說明聚集對離子遷移率的影響。離子遷移率主要受聚集的影響在于其對離子穿過漂移室的阻礙作用。這樣的校正因子可以用于校正在具體譜儀操作條件下探測具體目標化學品的離子遷移譜儀。

本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)異氟烷單獨可有效地同時用作儀器標準品和遷移標準品以確定在離子遷移譜儀中的聚集水平和用于校準具體目標化學品的探測。還發(fā)現(xiàn)異氟烷在離子遷移譜儀的負模式中形成兩個確定的峰，對應于單體離子和二聚體離子，分別為[CF₃CH(Cl)OCF₂H-X]^-1和[(CF₃CH(Cl)OCF₂H)₂-X]^-1，如前文中所討論的。還發(fā)現(xiàn)該二聚體峰對譜儀中具有中性分子的聚集弱敏感，從而相當于儀器標準品形式。同時，還發(fā)現(xiàn)單體峰的遷移率對于譜儀中的中性分子的聚集敏感，從而對應于遷移標準品形式。這可由本發(fā)明的附圖得到說明。

圖3顯示當離子遷移譜儀漂移室中的內部濕度即H₂O含量增加時(上部截屏＝30ppm H₂O，底部截屏＝215ppm H₂O)，在異氟烷單體離子周圍的聚集量也增加，從而導致漂移時間也相應延長。相反地，盡管濕度增加，二聚體離子并不受聚集影響因此它的漂移時間保持恒定。

圖4顯示了在無摻雜負模式離子遷移譜儀中測量的異氟烷的單體離子和二聚體離子的弱化遷移率(K₀)的繪圖。很明顯異氟烷的二聚體離子在測試溫度范圍內都保持穩(wěn)定，其弱化離子遷移率沒有明顯變化。相反地，隨著溫度的升高異氟烷的單體離子K₀顯著升高。這是因為隨著溫度升高水合作用的水分減少即單體離子周圍的聚集水量降低了。圖4表示了怎樣的溫度改變能夠對單體離子弱化遷移率有顯著影響。

儀器常數(shù)(Ci)可以在譜儀操作的具體條件下根據實驗測定的異氟烷二聚體離子的漂移時間而確定。進而，可以通過確定所述儀器常數(shù)是否與實驗測定的異氟烷單體離子漂移時間和其弱化遷移率常數(shù)的乘積相同，來確定漂移室內離子周圍是否存在任何中性分子的聚集。如果數(shù)值不相同，那么可以采用差值來對譜儀內分析物離子周圍的中性分子聚集水平進行定量。因此，實際上，可以采用異氟烷的單體離子的遷移率與異氟烷的二聚體離子的遷移率的比例來確定單體周圍的聚集程度。

進而，該聚集函數(shù)(function)可用于確定目標化學品(易受聚集影響)的產物離子峰(PIPs)的預估漂移時間，該漂移時間可通過跨越一系列溫度的聚集的變化水平而預先估算得到。例如，預估的樹值可以源自在多組溫度和濕度的具體組合下所得PIPs的漂移時間數(shù)據。應當理解的是這樣的預估樹值可以輕易地由本領域技術人員試驗得到?；蛘撸商娲桨笧榻柚＼浖?，其可以采用經驗數(shù)據建立聚集對目標化學品的PIPs的漂移時間的影響的模型，進而獲得在探測器的具體操作條件下目標化學品的PIPs的預估漂移時間。本領域技術人員可以通過多種已知資源商購到這樣的軟件，且其精確度可以輕易地由實驗驗證。

通過在實驗條件的具體組合下確定目標化學品的PIPs的預估漂移時間，探測器的探測參數(shù)可以調節(jié)至可在預估漂移時間下探測這些PIPs。例如，可以調節(jié)窗口位置(相當于離子峰的可視化的一系列漂移時間)以便在整個系列漂移時間范圍內(適當考慮了目標化學品的PIPs的預估漂移時間)可視化PIPs。通過該方法，便可校準譜儀以探測具體目標化學品。

因此，校準分為兩個階段；第一，采用二聚體離子的弱化遷移率(K₀)來校準探測器內的K₀空間。第二，采用單體的K₀確定室內發(fā)生的聚集水平，從而相應地移動探測窗口?？梢詫嵤┍景l(fā)明的方法以響應壓力、溫度和/或電池梯度的任何變化，且同時這些參數(shù)可以在檢測設備操作期間持續(xù)被監(jiān)控。

本發(fā)明適合于校準未加熱的和加熱的離子遷移譜儀。然而，本發(fā)明特別適合于校準未加熱的離子遷移譜儀(即在室溫下操作)。鑒于離子遷移譜儀的應用，通常室溫可以具有很寬的范圍(例如從遠低于0℃至遠高于40℃)。該溫度范圍可以對目標化學品的PIP(s)的峰位置(漂移時間)具有顯著影響，如上所解釋的。通過固定溫度，如在加熱的離子遷移譜儀中，由溫度改變引起的峰位置的改變可以大幅降低。然而，在未加熱的譜儀中，室溫的改變可以導致峰位置出現(xiàn)顯著位移，如圖4的異氟烷單體離子所示的。

本發(fā)明的方法可以使得探測參數(shù)例如窗口位置被調節(jié)至在較寬的室溫范圍內探測目標化學品，例如-31℃至50℃，包括-10℃至40℃。此外，異氟烷還具有特別的優(yōu)勢即它具有揮發(fā)性，這使得其可與在較寬溫度范圍內操作的離子遷移譜儀連用。

本發(fā)明描述的檢測設備可以包括干燥劑，例如分子篩，以用于干燥所述漂移室中的漂移氣體。此外，如本領域技術人員應當理解的是，可采用洗滌器來降低揮發(fā)性有機材料造成的污染。這些部件可降低所述漂移室內的污染和/或降低漂移室內離子周圍的中性分子聚集水平。

應當理解的是所述檢測設備的電離源可以從任何適于電離目的來源中進行選擇。例如，可以采用放射源，例如⁶³Ni箔、電噴霧電離(electrospray ionisation)、電暈噴霧(corona-spray)和電暈放電(corona-discharge)電離、基體的協(xié)助激光解析電離(matrix assisted laser desorption ionisation)或者光致電離源(photoionisation sources)。在本發(fā)明的一些實施方式中，可以采用摻雜試劑(摻雜劑，dopant)來促進電離，從而例如促進前文所描述的異氟烷負離子加合物的形成。合適的摻雜劑包括六氯乙烷(HCE；CAS#67-72-1)和五氯乙烷(PCE；CAS#76-01-1)。

本發(fā)明的檢測設備中的探測器可以簡單地為作用如法拉第杯的盤子。然而，應當理解的是，根據本發(fā)明，其他探測器也可以用作備選或用于補充(in addition thereto)例如質譜儀。

所述檢測設備還可以與這樣的工具配套使用，即配置為在響應檢測設備的溫度、壓力和/或電場變化的檢測設備中引入所述校準物樣品。檢測設備可以包括蒸汽發(fā)生器(vapour generator)以為探測器提供摻雜化學品。蒸汽發(fā)生器還可以用于提供測試化學品以用于測試或校準探測器、過濾器或其他裝置。在一些應用中，非常重要的是所述蒸汽發(fā)生器可以快速地開啟和關閉，從而在探測器關閉時可以防止泄漏。例如，在離子遷移譜儀中，快速開啟和關閉蒸汽發(fā)生器可以使得在不同摻雜條件間進行快速轉換，例如不同水平的摻雜劑或不同的摻雜物質。這樣的快速轉換還可以通過確保在儀器關閉時儀器的無摻雜區(qū)域無泄漏，使得IMS探測器的不同區(qū)域摻雜不同。

為了改善譜儀鑒別目標樣品中離子的能力，建議采用射頻、RF、電場(例如通過碎裂它們)來改性一些離子從而提供可用于推斷離子特性的附加信息。由此提供了測量離子的附加自由度，因此，可以改善確定離子間差異的能力。在存在污染物下進行測量時，或者困難的操作條件下進行測定時，或者樣品中含有不同的化學種類但具有相似的幾何結構和質量的離子等，離子遷移譜儀探測和鑒定離子的能力可能受到影響，從而離子改性便是解決該問題的一種方法。

在本發(fā)明的各個方面中，可以采用按需蒸汽發(fā)生器的方式將校準物樣品進入至檢測設備中，該蒸汽發(fā)生器包括：包括所述校準物樣品的蒸汽源(vapour source)(且該蒸汽源配置有流道(flow path))以提供蒸汽并使其流經阻抗器(impeder)至出口并分配蒸汽至所述檢測設備中。所述阻抗器可以包括：第一蒸汽可透過通道，其被配置為阻礙蒸汽從蒸汽源向出口擴散。所述第一蒸汽可透過通道可以包括適于捕獲(例如通過吸收)蒸汽的材料。吸收包括將蒸汽吸收至表面上、化學吸收、通過化學作用或分子作用捕獲蒸汽以及至少在多孔材料中臨時捕獲蒸汽中的至少一種。所述蒸汽可透過通道被配置為通過壓力差(例如與僅僅是濃度差相反的泵入或強制流動)使蒸汽被驅趕通過擴散障礙(diffusion barrier)由蒸汽源至出口。

所述蒸汽發(fā)生器還可以包括至少一個附加的蒸汽可透過通道以作為槽(sink)，并通過所述第一蒸汽可透過通道(first vapour permeable passage)與出口連接。該槽可以包括適于捕獲蒸汽的材料以將蒸汽擴散轉移至遠離所述出口。在一些實施方式中，所述第一蒸汽可透過通道和槽被配置為為了響應所述出口和蒸汽源之間的壓力差，驅趕蒸汽流通過所述第一蒸汽可透過通道至所述出口的的阻礙能力比驅趕蒸汽流進入所述槽的阻礙能力弱。在一些實施方式中，所述流道包括連通所述蒸汽源和所述第一蒸汽可透過通道的分支，以及包括所述槽的封閉分支。在一些實施方式中，所述槽包括至少一個第二蒸汽可透過通道，所述蒸汽源包括蒸汽室，以及所述阻抗器包括吸收組件(bsorption assembly)。

在一種或多種實施方式中，所述蒸汽發(fā)生器包括被配置為產生蒸汽的蒸汽室和被配置為接收來自蒸汽室的蒸汽流(例如通過擴散障礙)的蒸汽吸收組件。所述蒸汽吸收組件包括具有通道出口的第一蒸汽可透過通道。所述蒸汽吸收組件還可以包括一個或多個封閉的第二蒸汽可透過通道。當所述蒸汽吸收組件接收來自蒸汽室的蒸汽流(例如壓力驅動的流體)時，該蒸汽流將穿過第一蒸汽可透過通道至通道出口且來自該蒸汽流的蒸汽基本未被吸收。然而，當來自蒸汽室的蒸汽流未被接收時，從所述蒸汽室進入到蒸汽吸收組件的蒸汽則穿過第一蒸汽可透過通道并隨后穿過至少一個第二蒸汽可透過通道，從而至少基本被吸收。

圖5-8展示了根據本發(fā)明的實施方式的按需蒸汽發(fā)生器500。如所示的，蒸汽發(fā)生器500包括入口502和與檢測設備504的入口相連的蒸汽出口503。該蒸汽發(fā)生器500被配置為向檢測設備504提供容易控制的蒸汽供給。在一些實施方式中，蒸汽發(fā)生器500可以為多個檢測設備提供蒸汽流。例如，在一種實施方式中，所述檢測設備504可以包括IMS探測器。在一些實施方式中，所述蒸汽發(fā)生器500和檢測設備504可以是探測系統(tǒng)(例如IMS探測系統(tǒng))50的部分。在這樣的探測系統(tǒng)50中，蒸汽發(fā)生器500和探測器組件可以封裝于共同的封裝內。

所述蒸汽發(fā)生器500包括氣體(例如空氣)流體發(fā)生器506例如風扇、鼓風機、壓縮氣體源等。該流體發(fā)生器506被配置為開啟或關閉以按照需要向出口507提供氣流(空氣流)。流體發(fā)生器506可以包括多個過濾器或其他裝置以在將氣體提供至出口507前除去氣體(或者大氣)中的污染物和水蒸汽。

所述流體發(fā)生器506的出口507與蒸汽室509一端的入口508為流體連通的(fluid communication)(例如相連接)。所述蒸汽室509可以具有多種構型，且可以包括任何類型的蒸汽源，或者滲透源例如擴散源。例如，在所示的實施方式中，蒸汽室509包括外殼510，其包括被例如異氟烷的液相化合物飽和了的具有毛細作用的吸收劑材料511，從而在外殼510內且所述吸收劑材料511上方的內部空間512至少基本填充有在室溫下達到液體的飽和蒸汽壓的該液體的蒸汽。所述蒸汽室509包括在相對入口508的末端處的出口513，通過該出口由蒸汽和氣體構成的蒸汽流可以流出所述蒸汽室509。

蒸汽室出口513與蒸汽吸收組件515的入口514為流體連通的(例如相連接)，例如通過擴散障礙。所述蒸汽吸收組件515包括蒸汽吸收劑516，其被配置為吸收所述蒸汽室509產生的蒸汽。具有出口(蒸汽出口503)的蒸汽可透過通道(主流道)517延伸穿過蒸汽吸收劑516并與檢測設備504相連接。在圖示的實施方式中，所述蒸汽吸收組件515包括單一的蒸汽可透過通道517。然而，可以預期的是附加的蒸汽可透過通道517可與所示的通道517平行地提供。此外，在所述蒸汽室509的入口508和流體發(fā)生器506之間可提供有第二蒸汽吸收組件，以此在氣流關閉時(例如當流體發(fā)生器506關閉時)阻止蒸汽大量地從室509流入流體發(fā)生器506中。可在所述第二蒸汽吸收組件和蒸汽室之間連接上氣動閥(pneumatic valve)。該閥可以保持關閉狀態(tài)直至需要氣(空氣)流時。

按需蒸汽發(fā)生器500還可以包括一個或多個擴散障礙505。在一些實施方式中，所述擴散障礙可以包括具有較小橫截面積的流道，從而當發(fā)生器500處于關閉狀態(tài)時(例如當蒸汽發(fā)生器500不供應蒸汽流時)限制來自蒸汽發(fā)生器500的蒸汽擴散(由此引起損失)速率。

當蒸汽發(fā)生器500關閉時(例如處于關閉狀態(tài)，即不提供蒸汽流時)，流體發(fā)生器506也保持關閉從而不會有氣(空氣)流穿過蒸汽室509和蒸汽可透過通道517。該蒸汽可透過通道517向所述蒸汽室509的內部512打開從而一些蒸汽可以漂移至通道517中。當這樣的漂移發(fā)生時，蒸汽便擴散進入到蒸汽吸收劑材料中且被吸收。所述蒸汽吸收劑516的孔徑(bore)、長度、孔隙率和性質可以進行選擇，從而使得在零流量條件下(例如沒有或者基本沒有流量的條件)，脫離通道517的出口503端的蒸汽量對于采用蒸汽發(fā)生器500的應用環(huán)境(in the context of the application)來說并無影響。例如，在所述蒸汽發(fā)生器500用作IMS探測器中的校準源下，在關閉狀態(tài)下的蒸汽校準物流體被配制為不足以產生被IMS探測器探測到的任何明顯的標準物離子峰。

開啟所述蒸汽發(fā)生器500以在其出口503處產生蒸汽流(即通過開啟流體發(fā)生器506產生氣(空氣)流并進入蒸汽室509的入口508)。氣(空氣)流將收集蒸汽室509產生的蒸汽并推動蒸汽穿過出口513并進入蒸汽吸收組件515的通道517。選擇通道517內的流速從而使得通道中所收集的蒸汽的停留時間足夠短使得很少蒸汽被蒸汽吸收劑516吸收。因此，穿過蒸汽可透過通道517進入到通道517的出口503并傳送至檢測設備504的蒸汽量要高于流體發(fā)生器關閉時的。蒸汽流可以是連續(xù)或者脈沖的。

所述蒸汽發(fā)生器500被配置為能夠在不需要時非?？焖俚仃P閉蒸汽流，從而蒸汽不會具有明顯比例的泄漏。在IMS探測系統(tǒng)中，這將有效地阻止摻雜劑蒸汽在系統(tǒng)關閉且斷電時進入IMS探測器中。這還可以使得IMS探測器的所選區(qū)域可被低風險的摻雜，所述風險為在儀器關閉時摻雜劑將漏至無摻雜區(qū)域。在傳統(tǒng)系統(tǒng)中，在儀器通電時穿過IMS探測器的氣流可以保持無摻雜區(qū)域沒有摻雜劑，但是當斷電時，氣流停止從而任何微量的摻雜劑泄漏都將污染儀器的所有區(qū)域。這在以前除非是儀器連續(xù)通電，否則難以使得IMS探測器的不同區(qū)域摻雜不同。

圖5-8中，闡明了流體發(fā)生器506與蒸汽室509的入口502為流體連通的(例如相連接)，以便將空氣推至室509中。然而，在其他實施方式中，流體發(fā)生器506可以與蒸汽室509的下游連接并被配制為將空氣推入至室509中。例如，流體發(fā)生器506可以連接在蒸汽室509的出口513和蒸汽吸收組件515的入口514(蒸汽可透過通道517的入口514端)之間，或者其可與蒸汽吸收組件515的下游(通道517的出口503端處)相連。

在圖7和8所示的實施方式中，闡明了蒸汽吸收組件515還包括一個或多個附加的蒸汽可透過通道(區(qū))且為封閉的(或者阻塞的)，從而形成“死端”蒸汽可透過通道("dead end"vapour-permeable passages，顯示出四(4)個死端蒸汽可透過通道717A-D，統(tǒng)稱717)。如所示的，死端蒸汽可透過通道717因此可以延伸且僅部分穿過蒸汽吸收劑516，且并不包括出口。

當所述蒸汽吸收組件515接收來自蒸汽室509的蒸汽流時(即流體發(fā)生器506開啟)，該蒸汽流穿過主要的蒸汽可透過通道517(作為主流道起作用)并進入通道出口503且該蒸汽流中的蒸汽至少基本未被蒸汽吸收劑516所吸收。然而，當源自蒸汽室的蒸汽流并未被接收時(例如流體發(fā)生器506關閉從而有極少的或者沒有蒸汽流)，從蒸汽室509進入至蒸汽吸收組件515中的蒸汽則進入蒸汽可透過通道517和/或死端蒸汽可透過通道717且至少基本被蒸汽吸收劑516所吸收。

之前當所述蒸汽發(fā)生器500處于關閉狀態(tài)時(例如當不提供蒸汽流時)，從蒸汽室509擴散出來的蒸汽將進入蒸汽吸收組件515，但是現(xiàn)在則進入下游的蒸汽可透過通道517(主流道)和死端蒸汽可透過通道517。結果是，提供的蒸汽吸收面積(由此的吸收程度)顯著增加。然而，當所述蒸汽發(fā)生器500處于開啟狀態(tài)時(例如當提供蒸汽流時)，死端蒸汽可透過通道717則作為死體積且基本沒有氣體交換也不會導致來自蒸汽流的蒸汽被吸收。因此，相對于僅包括蒸汽可透過通道517而不具有死端蒸汽可透過通道717的實施方式，帶有死端蒸汽可透過通道717的蒸汽發(fā)生器500輸出的蒸汽濃度并不會明顯改變。

在一些實施方式中，增加死端蒸汽可透過通道717可以允許提高按需蒸汽發(fā)生器500的操作溫度范圍寬度。當溫度升高時，滲透和擴散源的活力提高，擴散速率提高，而吸收劑材料(例如為活性炭)捕獲化學品的能力通常會下降。因此，蒸汽將以更高的濃度和更快的速率送至蒸汽發(fā)生器500的蒸汽吸收組件515。這樣的提高將伴隨著吸收容量/速率的降低，導致蒸汽吸收組件515幾乎不能處理蒸汽。因此關閉狀態(tài)下泄漏可能會增加。因此，當如圖5和6所示的蒸汽吸收組件515的蒸汽可透過通道517(不具有死端蒸汽可透過通道717)被設計為具有合適長度以便在非常低的溫度下具有充足濃度的蒸汽輸出開啟狀態(tài)下的蒸汽發(fā)生器500，但是所述通道517可能并不足夠長以至在非常高的溫度下吸收所有關閉狀態(tài)下的蒸汽。為蒸汽吸收組件515增加死端蒸汽可透過通道717，如圖7和8所示的，可以提高關閉狀態(tài)下的吸收同時降低開啟狀態(tài)下輸出蒸汽發(fā)生器500的蒸汽濃度。因此，為蒸汽吸收組件515增加死端蒸汽可透過通道717使其可以在更寬的溫度范圍內降低蒸汽泄漏，且還不會限制蒸汽發(fā)生器500在非常低的溫度下提供充足的蒸汽的能力。此外，增加死端蒸汽可透過通道717使得可以進一步提高輸出蒸汽發(fā)生器500的蒸汽濃度且不會削弱蒸汽發(fā)生器500在關閉狀態(tài)下限制蒸汽泄漏的能力。

在一些實施方式中，為蒸汽吸收組件515增加死端蒸汽可透過通道717，如圖5和6所示的，可以有助于縮短主流道(例如縮短蒸汽可透過通道517)以便蒸汽發(fā)生器500在開啟狀態(tài)下產生更高的蒸汽濃度，且不會限制發(fā)生器500在關閉狀態(tài)下限制蒸汽泄漏的能力。此外，在探測系統(tǒng)50跨一系列溫度范圍操作的情況下，為蒸汽吸收組件515增加死端蒸汽可透過通道717可以提高蒸汽發(fā)生器500的能力，以提供充足濃度的蒸汽并通過具備較短的主流道在低溫下(在源活力比高溫下更低時)輸出開啟狀態(tài)的蒸汽發(fā)生器500，同時在更高的溫度下(在源活力和擴散速率比低溫下更高時)將關閉狀態(tài)的蒸汽發(fā)生器500的泄漏限制至可接受水平。

圖5-8所示的按需蒸汽發(fā)生器500(包括蒸汽可透過通道517(主流道)和/或死端蒸汽可透過通道717)的蒸汽吸收組件515的尺寸、布局和構型可以根據這些因素進行變換，該因素包括但不限于：蒸汽源(蒸汽室509)的活力、所需提供的濃度、用在蒸汽發(fā)生器500開啟狀態(tài)中的流體、在關閉狀態(tài)下可接受的釋放水平以及蒸汽發(fā)生器500的操作條件(例如溫度)。因此，本文中描述的任何尺寸、布局或構型都僅用于說明目的，并不旨在限制本發(fā)明。

圖5和7所示的實施方式中，蒸汽吸收組件515的蒸汽可透過通道517和/或死端蒸汽可透過通道717包括在吸收劑材料(例如碳，例如活性炭；或者燒結材料，例如分子篩材料(可以是沸石))的區(qū)域516中形成的加工孔。在其他實施方式中，所述蒸汽可透過通道517和死端蒸汽可透過通道717可以通過將區(qū)域516模塑成大致的核心結構(core structure，隨后被除去)而形成。所述吸收劑材料被配置為蒸汽(例如丙酮蒸汽等)的吸收劑。例如，該材料本身可以是由吸收劑材料形成的，例如碳(例如活性炭)，或者該材料本身可以為渲染有吸收劑(通過浸漬上合適的物質)的非吸收劑材料。在該方式中，通常蒸汽(例如丙酮蒸汽等)可以沿著蒸汽可透過通道517的長度方向以及在死端蒸汽可透過通道717中被蒸汽吸收劑516所吸收。

在圖6和8所示的實施方式中，蒸汽可透過通道517和/或死端蒸汽可透過通道717包括具有蒸汽可透過外壁或膜620(其至少大體上封閉于外殼621內且由蒸汽可透過材料形成)的管619的長度。例如，如所示的，形成蒸汽可透過通道517的管619可以沿著外殼621的中心軸向延伸，同時形成死端蒸汽可透過通道717的管619圍繞中心管排列。如所示的，形成蒸汽可透過通道517的管619包括與入口514相連的第一末端和與蒸汽出口503相連的第二末端。同樣地，形成死端蒸汽可透過通道717的管包括與入口514相連的第一末端。然而，這些管的第二末端為阻塞的并不會延伸出外殼621。可以選擇管619的孔徑、長度、壁厚和材料，從而使得在零流量條件下，脫離管619出口503端的蒸汽量在所述蒸汽發(fā)生器500的應用環(huán)境下無關緊要。

在一種實施方式中，圖6中所示的形成蒸汽可透過通道517的管619具有約100毫米(100mm)的長度以及具有約1毫米(1mm)的外徑，和約半毫米(0.5mm)的內徑。然而，也可以采用具有其他尺寸的管619。管619的外表面和外殼621的內表面之間的體積至少基本上填充有材料516，所述材料516易于吸收蒸汽室509產生的蒸汽。在一些實施方式中，材料516可以包括能夠有效吸收蒸汽例如丙酮蒸汽等的活性炭顆粒(activated charcoal granules)。因此，管619的所有面都可以被該炭顆粒吸收劑所包圍。在一些實施方式中，所述管619可以由彈性塑料形成，例如硅橡膠等。

在一些實施方式中，按需蒸汽發(fā)生器500還可以包括連接的氣動閥以阻止蒸汽流從所述蒸汽室509進入吸收劑通道直至需要采用蒸汽流。所述氣動閥具有阻止蒸汽連續(xù)被蒸汽吸收劑516吸收的優(yōu)點，因此可以延長蒸汽室509和蒸汽吸收劑516的吸收劑材料的壽命。蒸汽可透過通道517和/或死端蒸汽可透過通道717因此可以將滲透過閥門密封的蒸汽俘獲，從而使得擴散速率更低。因此，蒸汽吸收組件515的尺寸(例如蒸汽可透過通道517和/或死端蒸汽可透過通道717的長度、表面積等)可以被削減。

在圖5-8中，闡明了所述蒸汽吸收劑516可以圍繞蒸汽可透過通道517和/或死端蒸汽可透過通道717延展。然而，在一些實施方式中，整個蒸汽發(fā)生器500可以至少大體上封閉在蒸汽吸收劑中從而使得蒸汽基本不會在關閉狀態(tài)下脫離蒸汽發(fā)生器500。

本文中描述的按需的蒸汽發(fā)生器500提供有效俘獲的蒸汽?？梢允褂迷撜羝l(fā)生器500在探測系統(tǒng)50(例如IMS探測系統(tǒng))中周期地提供內部異氟烷校準物。

在另一方面，本發(fā)明還涉及含有異氟烷或基本由異氟烷組成的校準物樣品在校準前文中描述的用于探測目標化學品的檢測設備中的應用。

前文中描述的本發(fā)明的實施方式可以結合其他可兼容的實施方式以形成本發(fā)明的其他實施方式。